RU2094866C1 - Автоматизированная линия сборки твэл для энергетических ядерных реакторов типа бн - Google Patents

Abstract

Использование: в атомном машиностроении, при сборке твэлов. Сущность: в линию введены: автомат отмывки и сушки концов труб-оболочек и их внутренней поверхности, за счет которого исключается кислотная или щелочная обработка, решена проблема утилизации, 4-х позиционный автомат, позволяющий производить набор топливного столба из таблеток с различной степенью обогащения одновременно в 4-е оболочки трубы, тем самым обеспечивая заданную производительность, автомат контроля герметичности, позволяющий контролировать сварной шов по краям оболочки. Совместно с другими автоматами вновь введенные обеспечивают улучшение качества сборки твэлов. 9 ил.

Description

Изобретение относится к области атомного машиностроения, а конкретно, к сборке тепловыделяющих элементов, используемых в ядерных реакторах на быстрых нейтронах типа Б.Н.

Известна автоматическая установка для сборки и приваривания торцевых заглушек на концах оболочек твэл и для контроля сварных соединений (1), содержащая станцию сварки с механической подачей заглушки, манипулятор для съема по одной заглушке с механизма подачи и установки в открытый конец оболочки, станцию охлаждения сварных соединений, станцию счетчиков серийного номера, проставленного на каждой заглушке 1 и II, контрольные станции для обследования, станция считывания и контрольные станции подсоединены к ЭВМ, которая обрабатывает данные контроля, устанавливая соответствие каждого сварного соединения техническим условиям и генерирует сигнал приемки или отбраковки, привязывая сигнал к соответствующему серийному номеру заглушки сигналы. Сигналы с ЭВМ поступают на станцию сортировки, расположенную на выходном конце конвейера для перемещения трубчатых оболочек и направляющую каждую оболочку в соответствии с сигналом ЭВМ в партию годных или забракованных изделий.

Недостаток указанной установки она решает задачу автоматизированной сборки только частично, а именно, приварка заглушки к трубе-оболочке.

Известно устройство для заполнения топливными таблетками оболочек твэл (2).

Устройство располагает топливные таблетки на гребенке в несколько рядов, определенной длины, с помощью расположенного у задних концов рядов толкателя вставляет таблетки рядами в трубчатые оболочки, уложенные в ряд в направлении передних концов рядов таблеток.

Устройство отличается тем, что на толкателе имеется привод, содержащий ролик, перемещаемый источником возвратно-поступательно в продольном направлении ряда таблеток и рычаг, снабженный двумя свешивающимися опорами. Рычаг соединен с имеющим два вертикальных упора толкателем через располагаемые поочередно опоры и упорами с помощью проходящей через них насквозь подвижной оси.

Между опорами и упорами на оси установлена пружина. На заднем конце оси закреплен датчик перегрузки, который соприкасается с упором, двигающимся назад с преодолением усилия пружины толкателя, определяя его прижимаемое усилие и в случае перегрузки подает в приводной источник остановочный сигнал, вызывая его остановку.

Недостаток: конструкция не позволяет набирать топливные столбы таблеток в заданном ритме.

Известна машина для загрузки таблеток (3), содержащая лоток с таблетками, устанавливаемый на столе, приспособление, направляющее таблетки с лотка в трубчатые оболочки, решетку для удаления осколков таблеток, которая расположена между лотком, установленным на столе, и приспособлением; механизм для проталкивания таблеток с лотка через решетку в оболочку и регулятор, имеющий систему датчиков усилия проталкивания таблеток механизмом. Регулятор сравнивает предварительно измеренную максимальную величину усилия, требуемого для загрузки в оболочку нужного числа таблеток с сигналом из системы и останавливает механизм, когда сигнал достигает максимальной величины усилия.

Недостатком конструкции является сложность встраивания машины в предлагаемую автоматизированную линию.

Наиболее близкой по технической сущности, по количеству технологических и контрольных операций, а также по достигаемому техническому результату является "Система для сборки ядерных топливных элементов", применяемая при сборке твэл с использованием смешанного топлива (4) и (5).

Система для сборки твэл включает:
установку снаряжения, содержащую аппарат для введения топливных таблеток в открытые концы оболочек твэл;
установку вставки концевых деталей (заглушек), содержащую концевые детали для установки, и сварочный аппарат для приварки концевых деталей к оболочке твэл для герметизации топливных таблеток и формирования таким образом твэл;
уплотнительные устройства, соединенные со сборочными установками;
транспортные устройства, предназначенные для поперечной передачи твэл от установки к установке в виде конвейерного механизма, на котором установлен держатель для закрепления оболочки твэлов во время транспортировки, а также захватывающий механизм для жесткого захвата оболочек во время сборочного процесса и их перемещения вперед, регулируя длину оболочки, находящейся на указанном сборочном рабочем месте.

В известной установке не раскрыты такие технологические операции, как мойка и сушка оболочек и контроль герметичности после приварки концевых деталей к оболочке, а устройство для снаряжения не позволяет одновременно снаряжать несколько оболочек топливными таблетками с различным обогащением и не может обеспечить заданный ритм работы линии, т. е. заданную производительность.

Настоящее изобретение решает задачу создание автоматизированной линии по сборке твэл типа БН с высокой степенью автоматизации.

Поставленная задача решается тем, что в автоматизированной линии по сборке твэл, содержащей по ходу технологического процесса накопитель, автомат транспортный, автомат подрезки торцов оболочки, автомат калибровки-дорновки, автомат пуклевки, автомат запрессовки наконечника, маркировки, сварки 1-го шва, автомат проставки, автомат фиксации топливного столба, автомат обеспыливания, автомат опрессовки гелием и ввод концевой детали, автомат сварки второго шва, автомат робот транспортный, установку ввода-вывода изделий, установку контроля загрязненности, упаковки, связанные между собой межоперационным транспортом и систему управления в виде нескольких станций с групповым управлением, автоматизированная линия снабжена установкой отмывки и сушки оболочек, установленной между автоматом калибровки-дорновки и автоматом пуклевки труб и выполненной в виде горячих камер, содержащих узлы герметизации по числу одновременно обрабатываемых оболочек, и установленных на направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно осей оболочек и снабженных трубопроводом для подачи воды под давлением и последующей сушки горячим воздухом, между автоматом проставки и автоматом фиксации топливного столба установлен 4-х позиционный автомат горизонтального снаряжения оболочек топливными таблетками с различной степенью обогащения, содержащий 4-е вибропитателя, каждый из которых снабжен автоматным приводом с возможностью набора, взвешивания и снаряжения, между транспортным робототехническим комплексом и установкой ввода-вывода изделий размещен автомат промывки твэлов, содержащий ванну с дистиллированной горячей водой, с установленными в ней магнитострикционным преобразователем и тянущим механизмом, а перед автоматом контроля загрязненности установлено устройство для приварки дистанционирующей проволоки, содержащее базирующие рамки и под ними пластину, закрепленные на суппорте устройства и направляющую втулку с пазом, для пропускания через нее дистанционирующей проволоки, к концам которой приложено усилие, например, груз.

Сопоставительный анализ с прототипом показал, что заявляемая автоматизированная линия отличается наличием вновь введенных автоматов: автомат отмывки и сушки оболочек, автомат контроля герметичности, автомат снаряжения, автомат отмывки изделий, устройством для приварки дистанционирующей проволоки на наружной поверхности изделий, что соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявляемого решения с другими аналогами показал, что введение автомата отмывки и сушки оболочек изделий позволило обеспечить непрерывность процесса и сборки при заданном ритме и упростить технологию отмывки при одновременной обработке их до 8 штук, решена проблема утилизации отходов этой операции.

Введение 4-х позиционного автомата снаряжения позволило одновременно набирать топливный столб с различной степенью обогащения в 4-е оболочки и обеспечить заданный ритм работы линии.

Введение автомата контроля герметичности в виде отдельных горячих камер в количестве до 10 штук упрощает технологию контроля и обеспечивает заданный ритм линии и необходимую производительность.

Устройство для приварки дистанционирующей проволоки, установленное на финише технологического процесса, упростило проведение большинства технологических и контрольных операций.

Технический результат, получаемый в результате создания автоматизированной линии, выражается положительными факторами:
обеспечение заданной производительности;
сокращение численности персонала, занятого на линии, с 30 до 7 человек;
стабилизация технологии производства путем повышения качества изделий и предполагаемое снижение количества брака с 12% до 0,2 0,3%
сокращение производственных площадей в 1,5 раза.

Таким образом, изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1, 2, 3, 4 показан план всей линии; на фиг. 5 план автомата отмывки и сушки оболочек; на фиг. 6 разрез по А А; на фиг. 7 вид Б узел зажима трубы-оболочки при отмывке и сушке; на фиг. 8 план автомата снаряжения труб-оболочек топливными таблетками; на фиг. 9 схематично изображена установка контроля герметичности изделий 1 сварного шва.

Автоматизированная линия содержит автоматы и устройства различной сложности, выполняющие все технологические и контрольные операции от подачи исходных материалов и комплектующих до упаковки готовых твэл.

Трубы-оболочки переносятся посредством реечного шагового транспортера в виде простых и надежных типовых элементов модулей.

Модульный принцип построения линии существенно упрощает задачу технологического и контрольного оборудования. Переходные элементы между модулями, кроме основной функции связи, выполняют роль межоперационных накопителей.

Автоматизированная линия содержит:
накопитель 1 в виде наклонных реек, на которых размещаются трубы-оболочки;
автотранспортный автомат 2, состоящий из неподвижных и подвижных реек с приводом, установленных на общем основании с возможностью захвата оболочек и в последующем изделий, и шагового перемещения для проведения технологических и контрольных операций;
автомат подрезки торцов трубы-оболочки 3 в заданный размер, состоящий из станины с установленными на ней вращающимся шпинделем с резцовой головкой и цангой с приводом для закрепления в ней трубы;
автомат калибровки-дорновки 4, состоящий из зажима с приводом, калибра цанги с дорном для дорновки внутреннего диаметра трубы-оболочки до заданной величины;
автомат для обезжиривания и сушки оболочек 5, состоящий из промывочных камер с приводами, установленных по концам труб-оболочек с возможностью осевого встречного перемещения камер на концы труб.

Промывочные камеры снабжены патрубками для подвода дистиллированной горячей воды и воздуха. Для предотвращения смещения труб при промывке и сушке установлен механизм зажима с приводом.

автомат для пуклевки труб 6, включающий упор для трубы-оболочки, подвижный стакан, взаимодействующий с пуансоном и привод;
автомат запрессовки наконечника 7 в трубу-оболочку, состоящий из подвижной пиноли с приводом для возвратно-поступательного осевого перемещения и зажима оболочки;
автомат маркировки 8, состоящий из ударника с цифровым клеймом и призмой для позиционирования наконечника;
автомат сварки 1-го шва 9, состоящий из герметичной камеры и с размещенным в ней электродом, для приварки наконечника, агронодуговой сваркой;
автомат для контроля герметичности 10 первого шва, состоящий из измерительной горячей камеры, в которую помещается конец трубы с заглушкой.

Камера соединена с гелиевым течеискателем;
автомат для ввода проставки 11, включающий зажим для трубы-оболочки, шток с приводом для возвратно-поступательного движения;
автомат горизонтального снаряжения 12, состоящий из бокса, в котором установлены 4 вибропитателя с узлами загрузки и подачи таблеток и снаряжения ими оболочек;
автомат фиксации топливного столба 13, состоящий из зажима оболочки с заглушкой, с таблетками, штока с приводом и фиксатора;
автомат для обеспыливания оболочек 14, состоящий из вакуумного рессивера с фильтром и клапаном.

Оболочка, снаряженная таблетками, устанавливается в рессивер и герметизируется уплотнением;
автомат для опрессовки гелием и ввода концевой детали 15 имеет корпус-магазин, внутри которого размещены концевые детали, а под ними соосно размещены шток с приводом и оболочки.

Корпус-магазин снабжен трубопроводом подачи гелия и создания вакуума;
автомат для сварки второго шва 16, состоящий из манипулятора для установки твэла в вертикальное положение с последующей приваркой заглушки к оболочке в сварочной головке дугой, управляемой магнитным полем в атмосфере аргона;
автомат для контроля герметичности второго шва 17, аналогичный автомату 10, но не имеет устройства для подачи гелия;
транспортный робототехнический комплекс 18 в виде шарнирно-установленного рычага для забора изделия с автотранспортного автомата, с последующим поворотом на 90^o и передачей на автомат для промывки;
автомат для промывки твэлов 19, состоящий из механизмов подачи и протяжки с приводом, ванны с отсеками, заполненной горячей водой и установленным в ней ультразвуковым преобразователем.

Ванна снабжена патрубками для подвода горячего воздуха, воды и вентиляции;
установка для вывода и ввода изделий 20, состоящая из подающего и протяжного механизмов и предназначенная для изменения и направления движения изделий осевого на горизонтальное поперечное движение;
установка для приварки дистанционирующей проволоки 21, состоящая из основания, с установленными в ней вращающимися центрами с приводом, механизмом для навивки, натяжения и прижатия и сварочным устройством для приварки;
автомат для контроля альфа-загрязненности твэлов 22, состоящий из автотранспортного модуля, над которым в корпусе установлена система детекторов альфа-излучения, определяющая уровень загрязненности изделий;
полуавтомат для контроля внешнего вида и упаковки изделий 23, состоящий из хорошо освещенного стола, автотранспортного модуля и транспортного конвейера;
автомат промывки и сушки оболочек 5 фиг. 5, 6, 7 содержит две промывочные камеры 24, между которыми расположены трубы-оболочки 25;
каждая из камер 24 снабжена пневмоприводом 26 с возможностью осевого перемещения относительно оболочек.

Камера 24 включает корпус 27, внутри которого размещены пневмопривод 28, взаимодействующий с рычагом 29 через втулку 30 и далее воздействующий на уплотнительный элемент 31. Для фиксации труб-оболочек 25 установлено устройство 32, имеющее пневмопривод 23 и подвижные губки 34;
автомат горизонтального снаряжения фиг. 12, фиг. 8 состоит из герметичного перчаточного бокса 35, внутри которого размещены 4-е вибропитателя 36 с загрузочными бункерами 37. Каждый вибропитатель снабжен автономным приводом (на рис. не показан). Крайние вибропитатели предназначены для набора топливного столба их таблеток пониженного обогащения, средние - повышенного обогащения. Каждая часть топливного столба взвешивается весами 38, установленными под каждой оболочкой. Оболочка 25 может перемещаться в осевом направлении к ложементу 39 вибропитателя 36 роликовым механизмом 40;
автомат контроля герметичности 10 фиг. 2, фиг. 9 содержит горячую камеру 41 со спиралью 42, внутри камеры помещается оболочка 25 с приваренной заглушкой 43, а открытый конец оболочки 25 в герметичную камеру 44, в которой находится гелий.

Горячая камера соединена с гелиевым течеискателем 45.

Сборка твэлов на данной линии осуществляется следующим образом
Конструкция твэла позволяет организовать его сборку в горизонтальной плоскости, установив по концам труб-оболочек технологическое и контрольное оборудование.

Трубы-оболочки 25 подаются на накопитель 1, откуда они поступают на автотранспортный автомат 2, подвижная рейка которого поштучно переносит трубу-оболочку для проведения технологических и контрольных операций.

1 операция подрезка торцев трубы-оболочки в размер осуществляется на автомате подрезки торцов 3, далее труба-оболочка поступает на автомат калибровки-дорновки 4, где осуществляется осадка концов труб, затем автотранспортным автоматом 2 переносит их к автомату отмывки и сушки 5. По команде с датчиков наличия изделий трубы-оболочки 25 удерживаются пневмозахватом 32. С помощью пневмопривода 33 и подвижных губок 34, далее на концы труб-оболочек наезжают с 2-х противоположных сторон камеры 24 с помощью пневмоприводов 26 и уплотняются уплотнительным элементом 31.

Включается насос и подает воду из бака (на черт. не показан). В баке поддерживается уровень и температура автоматически. После промывки в течение 2,5 мин, вода сливается, затем производится продувка труб горячим воздухом в течение 15 с. Затем мытые оболочки сушатся в течение 2,5 мин горячим воздухом.

Одновременно обрабатывается 8 труб: 4 моются, затем 4 сушатся.

После промывки трубы-оболочки 25 поступают на автомат пуклевки труб 6, где в заданном сечении наносятся углубления-пуклевки, служащие для удержания топливного столба.

Следующая операция запрессовка наконечника в трубу-оболочку 25 на автомате запрессовки 7 путем осевого перемещения подвижной пиноли с установленным в ней наконечником 44.

Следующая операция маркировка осуществляется на автомате маркировки 8 ударным путем по цифровому клейму и нанесения соответствующего индекса, на наконечнике, находящемся на призме.

Операция сварки первого шва осуществляется на автомате сварки 9 при вращении трубы, в атмосфере аргон-дуговой сварки.

Контроль герметичности первого сварного шва осуществляется на автомате контроля герметичности 10 посредством гелиевого течеискателя 40, соединенного с горячей камерой 41, в которую помещают трубу 25 с заваренным наконечником 44. В открытую часть трубы подается гелий под давлением.

Контролю подвергаются одновременно 10 труб с приваренным наконечником.

Ввод в открытый конец оболочки опорной детали проставки, на которую опирается топливный столб, осуществляется автоматом для ввода проставки 11, посредством осевого перемещения штока с проставкой до упора в виде пуклевок на внутренней поверхности трубы-оболочки. Поскольку проставка цилиндрическая деталь с фасками, то и схема ориентирования ее очень простая.

Труба-оболочка с приваренным наконечником автотранспортным автоматом переносится на автомат горизонтального снаряжения 12, размещенный в герметичном боксе 35, а затем тянущим механизмом 40 перемещается в осевом направлении вплотную к лотку 39 вибропитателя 36. Предварительно перед снаряжением автоматическими весами определяется вес пустой трубы-оболочки 25.

По команде датчика наличия изделия включается вибропитатель 36 и порция топливного столба пониженного обогащения, набранного первым крайним вибропитателем, подается во внутреннюю полость 1-ой трубы-оболочки, затем последняя взвешивается и переносится поперечно к 1 среднему вибропитателю 36, где аналогично снаряжается топливным столбом, но уже с повышенным обогащением таблеток автоматически взвешивается, далее поперечно перемещается к 2 среднему вибропитателю 36 с точно таким обогащением набором топливного столба, автоматически взвешивается и переносится к последнему вибропитателю с обогащением топливного столба как и в первом крайнем, вибропитателе.

В случае, если полный топливный столб по массе не соответствует установленному допуску, он автоматически выводится из технологического потока для брака.

Таким образом, 4-х позиционный автомат снаряжения позволяет увеличить производительность в 4 раза и за счет одновременности набора частей топливных столбов сразу в 4-е оболочки, что дает возможность уложиться в нормированную производительность 1 твэл в минуту. Операция снаряжения вредна для здоровья, пылящая, поэтому все манипуляции с таблетками производятся внутри герметичного бокса 35.

Далее автотранспортный автомат 2 переносит снаряженную трубу-оболочку с заглушкой на автомат фиксации топливного столба 13, где в оболочку штоком с приводом вводится пружинящий цилиндрический фиксатор до упора в топливный столб, после чего фиксатор здесь же расклинивается, обеспечивая стабильность положения таблеток внутри оболочки.

Операция удаление пыли из открытого конца оболочки осуществляется в автомате обеспыливания 14, где в вакуум-рессивере снабженном фильтрующим элементом, производится многократный отсос и пыль оседает на стенках фильтра, затем автотранспортный автомат 2 переносит снаряженную оболочку на автомат 15 опрессовки гелием и ввода концевой детали с открытой стороны.

Атмосфера внутри оболочки (твэла) должна содержать не менее 95% гелия, поэтому опрессовка гелием осуществляется в герметичной камере, где полость твэла вначале вакуумируется, затем подается газ гелий под давлением и штоком в осевом направлении досылается заглушка в открытую полость оболочки и с натягом закрывает ее.

Дальнейшая операция заварка второго шва осуществляется на робототехническом комплексе 16, который забирает изделие с автомата опрессовки 15 манипулятором и переводит его из горизонтального положения в вертикальное, вводит в сварочную головку, осуществляется сварка 2-го шва дугой, управляемой магнитным полем в атмосфере аргона.

Тот же манипулятор возвращает изделие в горизонтальное положение и подает уже готовый твэл для контроля герметичности второго шва на автомат 17, который сходен с автоматом контроля герметичности 10 1 сварного шва, но не имеет устройства для подачи гелия. Он также десятипозиционный.

После этого автотранспортный автомат 2 переносит твэл на робототехнический транспортный комплекс 18, а последний, выполненный в виде вращающего вокруг своей оси рычага-ложемента, переводит транспортировку твэла из поперечного в продольное или осевое перемещение и подает твэл на автомат отмывки 19, где подающие ролики перемещают твэл через герметичные отверстия, выполненные на входе и выходе камеры, которая разделена перегородками на несколько отсеков. Промывка осуществляется в горячей дистиллированной воде в ультразвуковом поле, создаваемом трубчатым магнитострикционным преобразователем с последующей сушкой горячим воздухом.

Далее установка 20, имеющая подающие транспортные ролики, переводит транспортировку твэла из продольного перемещения в поперечное и подает его на установку навивки дистанционирующей проволоки 21. Твэл устанавливается на пластине, закрепленной на суппорте установки.

Дистанционирующая проволока пропускается через втулку приспособления и закрепляется к грузу, обеспечивающему натяжение при навивке, которая осуществляется при вращении твэла. По окончании навивки проволка закрепляется на твэле со стороны верхнего наконечника приспособлением.

Затем концы проволоки обрезаются и производится аргонодуговая сварка концов дистанционирующей проволоки.

После этого готовые твэлы автотранспортным автоматом 2 переносятся на автомат контроля альфа-загрязненности 22, проходят под системой детекторов, где определяется соответствие уровня загрязненности жестким международным стандартам.

С автомата альфа-загрязнения 22 твэлы поступают на полуавтомат 23 внешнего вида и упаковки, осматриваются контролером, а затем группами укладываются в специальный транспортный контейнер 23, закрываются герметичной крышкой и отправляются на сборку.

Предлагаемая линия прошла обкатку, проверена отладка всех узлов и агрегатов, систем управления, запущена в опытно-промышленную эксплуатацию и на ней изготовлена партия изделий, которая прошла реакторные испытания на АЭС.

Во II полугодии 1994 года автоматизированная линия должна выйти на плановую производительность и обеспечить 100% выполнение плановых показателей по выпуску указанных изделий.

Claims (1)

1. Автоматизированная линия сборки твэл для энергетических ядерных реакторов типа БН, содержащая по ходу технологического процесса накопитель, автомат подрезки оболочки, автомат калибровки-дорновки, автомат пуклевки, автомат запрессовки наконечника, автомат маркировки, автомат сварки первого шва, автомат ввода проставки, автомат фиксации топливного столба, автомат обеспыливания, автомат опрессовки гелием и ввода концевой детали, автомат сварки второго шва, автомат-робот транспортный, установку ввода-вывода изделий, установку контроля загрязненности, установку упаковки, связанные между собой межоперационным транспортом, и систему управления в виде нескольких станций с групповым управлением, отличающаяся тем, что она снабжена установкой отмывки и сушки оболочек, установленной между автоматом калибровки-дорновки и автоматом пуклевки труб и выполненной в виде горячих камер, содержащих узлы герметизации по числу одновременно обрабатываемых оболочек и установленных на направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно осей оболочек и снабженных трубопроводом для подачи горячей воды под давлением и последующей сушки горячим воздухом, между автоматом проставки и автоматом фиксации топливного столба установлен четырехпозиционный автомат горизонтального снаряжения оболочек топливными таблетками с различной степенью обогащения, содержащий четыре вибропитателя, каждый из которых снабжен автономным приводом с возможностью одновременного набора, взвешивания и снаряжения, между транспортным работотехническим комплексом и установкой ввода-вывода изделий размещен автомат промывки твэлов, содержащий ванну с дистиллированной горячей водой с размещенными в ней магнитострикционным преобразователем и тянущим механизмом, а перед автоматом контроля загрязненности установлено устройство для приварки дистанционирующей проволоки, содержащее базирующие ролики и под ними пластину, закрепленные на суппорте устройства, и направляющую втулку с пазом для пропускания через нее дистанционирующей проволоки, к концам которой приложено усилие, например груз.

Images