RU2388081C2 - Method for hot isostatic pressing cermet rod of nuclear reactor fuel element - Google Patents
Method for hot isostatic pressing cermet rod of nuclear reactor fuel element Download PDFInfo
- Publication number
- RU2388081C2 RU2388081C2 RU2008117712/06A RU2008117712A RU2388081C2 RU 2388081 C2 RU2388081 C2 RU 2388081C2 RU 2008117712/06 A RU2008117712/06 A RU 2008117712/06A RU 2008117712 A RU2008117712 A RU 2008117712A RU 2388081 C2 RU2388081 C2 RU 2388081C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- container
- working medium
- workpiece
- briquette
- fuel
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
- Press Drives And Press Lines (AREA)
- Forging (AREA)
Abstract
Description
1. Область техники, к которой относится изобретение1. The technical field to which the invention relates.
Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности, к способам изготовления керметных стержней топливных сердечников тепловыделяющих элементов (твэл) ядерных реакторов различного назначения.The invention relates to the field of nuclear energy, in particular, to methods for manufacturing cermet rods of fuel cores of fuel elements (fuel elements) of nuclear reactors for various purposes.
2. Уровень техники2. The level of technology
Одним из направлений в ядерной энергетике является использование твэлов, в которых тепловыделяющие сердечники набраны из керметных стержней (см., например, Федик И.И., Гаврилин С.С. и др. Новое поколение твэлов на основе микротоплива для ВВЭР, М.: Атомная энергия, 2004, т.96, вып.4, с.280), причем стержни капсулируются в оболочку из циркониевого сплава (см., например, Солонин М.И., Бибилашвили Ю.К. и др. Цирконий-ниобиевые сплавы для оболочек твэлов и ТВС энергетических реакторов и установок типа ВВЭР и РБМК, Избранные труды ВНИИНМ, М.: ФГУП ВНИИНМ, т.1, с.65-69).One of the directions in nuclear energy is the use of fuel rods in which fuel cores are drawn from cermet rods (see, for example, Fedik II, Gavrilin SS and others. A new generation of microfuel fuel rods for VVER, M .: Atomic energy, 2004, vol. 96, issue 4, p. 280), and the rods are encapsulated in a shell made of zirconium alloy (see, for example, Solonin MI, Bibilashvili Yu.K. et al. Zirconium-niobium alloys for cladding of fuel rods and fuel assemblies of power reactors and installations of the WWER and RBMK type, Selected Works of VNIINM, M .: FSUE VNIINM, t.1, p. 65-69 )
В качестве заготовки при изготовлении таких керметных стержней используется циркониевая трубка, заполненная порошком ядерного топлива и закрытая с двух сторон заглушками (см., например, Гаврилин С.С., Денискин В.П., Леонов А.В., Федик И.И. Заготовка стержня топливного сердечника керметного тепловыделяющего элемента ядерного реактора, Патент РФ № 2305333 от 15.03.2006, опубл. 27.08.2007, бюл. № 24). После капсулирования топлива в циркониевую оболочку производится обжатие заготовки и уплотнение топлива путем изостатического прессования (см., например, Гаврилин С.С., Пермяков Л.Н., Черников А.С. Композиционный материал для топливных сердечников дисперсионных твэлов, Патент РФ № 2139581 от 23.06.98, опубл. 10.10.99, бюл. № 28; Гаврилин С.С., Денискин В.П., Леонов А.В., Федик И.И. Способ изготовления керметного стержня топливного сердечника тепловыделяющего элемента ядерного реактора, Патент РФ № 2305334 от 15.03.2006, опубл. 27.08.2007, бюл. № 24).As a blank in the manufacture of such cermet rods, a zirconium tube filled with nuclear fuel powder and closed on both sides with plugs is used (see, for example, Gavrilin S.S., Deniskin V.P., Leonov A.V., Fedik I.I. Procurement of the core core of the cermet fuel element of a nuclear reactor, RF Patent No. 2305333 dated March 15, 2006, published on August 27, 2007, bull. No. 24). After encapsulation of the fuel in the zirconium shell, the blank is compressed and the fuel is compressed by isostatic pressing (see, for example, Gavrilin S.S., Permyakov L.N., Chernikov A.S. Composite material for fuel cores of dispersion fuel elements, RF Patent No. 2139581 dated June 23, 1998, published on October 10, 1999, Bulletin No. 28; Gavrilin SS, Deniskin VP, Leonov AV, Fedik II Method for the manufacture of a cermet rod of a fuel core of a fuel element of a nuclear reactor, RF patent No. 2305334 dated March 15, 2006, published on August 27, 2007, bull. No. 24).
Изостатическая передача давления при прессовании объектов указанного вида может осуществляться различными способами. Известен способ горячего изостатического прессования заготовки стержня топливного сердечника керметного твэла ядерного реактора, в котором заготовку размещают в контейнере, подают в контейнер газовую рабочую среду, посредством которой передается давление на заготовку, нагревают контейнер и рабочую среду до температуры прессования и выдерживают заготовку под давлением необходимое время (см., например, Самойлов А.Г., Волков B.C., Солонин М.Н. Тепловыделяющие элементы ядерных реакторов", М.: Энергоатомиздат, 1996, с.220). Для прессования указанной заготовки при температуре около 1000°С требуется давление газа не менее 100 МПа при времени прессования 1-1,5 часа. Обеспечение такого давления газа при высокой температуре и при значительных объемах выпуска продукции решается созданием сложного производственного оборудования, требует больших временных затрат и жесткой регламентации работы обслуживающего персонала с точки зрения выполнения правил техники безопасности.Isostatic pressure transfer during pressing of objects of this type can be carried out in various ways. A known method of hot isostatic pressing of a workpiece of a core core of a cermet fuel rod of a nuclear reactor, in which the workpiece is placed in a container, a gas working medium is supplied to the container by means of which pressure is transmitted to the workpiece, the container and working medium are heated to the pressing temperature and the workpiece is kept under pressure for the required time (see, for example, Samoilov AG, Volkov BC, Solonin MN Fuel elements of nuclear reactors ", M .: Energoatomizdat, 1996, p. 220). of the preform at a temperature of about 1000 ° C, a gas pressure of at least 100 MPa with a pressing time of 1-1.5 hours is required.Providing such a gas pressure at a high temperature and at significant volumes of output is decided by the creation of complex production equipment, requires a lot of time and tough regulation of the work of staff in terms of compliance with safety regulations.
С предлагаемым способом этот способ совпадает по операции размещения заготовки в контейнере, подаче в контейнер рабочей среды для передачи давления на заготовку, нагреве контейнера и рабочей среды до температуры прессования и выдержке заготовки под давлением необходимое время.With the proposed method, this method coincides with the operation of placing the workpiece in the container, supplying the working medium to the container to transfer pressure to the workpiece, heating the container and the working medium to the pressing temperature and holding the workpiece under pressure for the required time.
Известен также способ горячего изостатического прессования заготовки стержня топливного сердечника керметного твэла ядерного реактора, в котором заготовку нагревают до температуры прессования, размещают заготовку в контейнере, зазоры между заготовкой и стенками контейнера заполняют предварительно расплавленной рабочей средой, в качестве которой используют стекло, устанавливают контейнер в пресс-форму пресса и прикладывают усилие прессования повышением давления рабочей среды при перемещении пуансона пресса (см., например, В.И. Уральский, В.С. Плахотин и др. Деформация металлов жидкостью высокого давления, М.: Металлургия, 1976, с.390).There is also known a method for hot isostatic pressing of a blank of a core core of a cermet fuel rod of a nuclear reactor, in which the blank is heated to a pressing temperature, the blank is placed in a container, the gaps between the blank and the walls of the container are filled with a pre-molten working medium, which is used as glass, and the container is placed in a press -form of the press and apply the pressing force by increasing the pressure of the working medium when moving the press punch (see, for example, V.I. Ural sky, plakhotin VS et al. Deformation of high pressure liquid metals, M .: Metallurgy, 1976, s.390).
Поскольку расплавленное стекло имеет высокую вязкость, то в этом способе велика вероятность образования в расплаве газовых пузырей, что влечет неравномерность прикладываемого давления по поверхности прессуемой заготовки и ее искривление. В результате снижается выход годных заготовок.Since the molten glass has a high viscosity, in this method there is a high probability of formation of gas bubbles in the melt, which entails the unevenness of the applied pressure over the surface of the pressed billet and its curvature. As a result, the yield of billets is reduced.
С предлагаемым способом этот способ совпадает по следующим существенным признакам:With the proposed method, this method coincides with the following essential features:
- заготовку нагревают до температуры прессования вне пресса,- the workpiece is heated to a pressing temperature outside the press,
- размещают заготовку в контейнере,- place the workpiece in the container,
- заполняют рабочей средой, в качестве которой используют стекло, зазоры между заготовкой и стенками контейнера,- fill the working medium, which is used as glass, the gaps between the workpiece and the walls of the container,
- устанавливают контейнер в пресс-форму пресса,- install the container in the mold of the press,
- прикладывают усилие прессования повышением давления рабочей среды при перемещении пуансона пресса.- apply the pressing force by increasing the pressure of the working medium when moving the punch of the press.
Известен также способ горячего изостатического прессования заготовки стержня топливного сердечника керметного твэла ядерного реактора, в котором заготовку размещают в контейнере, заполняют промежутки между заготовкой и стенками контейнера рабочей средой в твердом состоянии, в качестве которой используют измельченное стекло, проводят дегазацию контейнера с заготовкой и рабочей средой в вакууме, устанавливают контейнер в пресс-форму пресса, нагревают контейнер в пресс-форме до температуры прессования и прикладывают усилие прессования повышением давления рабочей среды при перемещении пуансона пресса (см., например, Karl М., Vincent C., Microstructurally toughened metal matrix composite article and method of making same, US Pat. № 4885212, Dec.5, 1989).There is also known a method for hot isostatic pressing of a blank of a core core of a cermet fuel rod of a nuclear reactor, in which the blank is placed in a container, the gaps between the blank and the walls of the container are filled with a working medium in the solid state, which is used as ground glass, the container with the workpiece and the working medium is degassed in vacuum, install the container in the mold of the press, heat the container in the mold to the pressing temperature and apply force I working fluid pressure is increased by moving the punch press (see., e.g., Karl M., Vincent C., Microstructurally toughened metal matrix composite article and method of making same, US Pat. № 4,885,212, Dec.5, 1989).
Недостатком такого способа, как и предыдущего является высокая вероятность образования в расплаве стекла закрытых полостей, устранение которых затруднено вследствие высокой вязкости расплава. Такие полости, непредсказуемо объединяясь друг с другом, приводят к неравномерности распределения давления прессования по поверхности заготовки и, следовательно, к ее искривлению. В результате снижается выход годных заготовок. Кроме того, поскольку при расплавлении измельченного стекла происходит его значительная усадка, то для реализации этого способа требуется контейнер увеличенных размеров, что, в свою очередь, влечет увеличение энергетических затрат на разогрев пресса.The disadvantage of this method, as well as the previous one, is the high probability of formation of closed cavities in the glass melt, the elimination of which is difficult due to the high viscosity of the melt. Such cavities, unpredictably combining with each other, lead to uneven distribution of the pressing pressure over the surface of the workpiece and, therefore, to its curvature. As a result, the yield of billets is reduced. In addition, since the shrinkage of the ground glass undergoes significant shrinkage, the implementation of this method requires a larger container, which, in turn, entails an increase in energy costs for heating the press.
С предлагаемым способом этот способ совпадает по следующим существенным признакам:With the proposed method, this method coincides with the following essential features:
- размещают заготовку в контейнере,- place the workpiece in the container,
- в контейнер помещают рабочую среду, в качестве которой используют стекло в твердом состоянии,- a working medium is placed in the container, in which quality glass is used in a solid state,
- устанавливают контейнер в пресс-форму пресса,- install the container in the mold of the press,
- нагревают контейнер с заготовкой и рабочей средой до температуры прессования,- heat the container with the workpiece and the working medium to a pressing temperature,
- прикладывают усилие прессования повышением давления рабочей среды при перемещении пуансона пресса.- apply the pressing force by increasing the pressure of the working medium when moving the punch of the press.
Последний способ горячего изостатического прессования заготовки стержня топливного сердечника керметного твэла ядерного реактора по совокупности существенных признаков наиболее близок к заявляемому и выбран в качестве прототипа.The last method of hot isostatic pressing of the core rod of the cermet fuel rod of a nuclear reactor by the set of essential features is the closest to the claimed one and is selected as a prototype.
3. Сущность изобретения3. The invention
Предлагается способ горячего гидропрессования заготовки стержня топливного сердечника керметного твэла ядерного реактора, заключающийся в том, что заготовку размещают в контейнере, в контейнер помещают рабочую среду, выполненную в виде брикета стекла, помещают брикет на дно контейнера, нагревают контейнер с заготовкой и рабочей средой до погружения заготовки в рабочую среду, устанавливают контейнер в пресс-форму пресса и прикладывают усилие прессования повышением давления рабочей среды при перемещении пуансона пресса. В отличие от прототипа, в предлагаемом способе рабочую среду выполняют в виде брикета, помещают ее на дно контейнера, заготовку устанавливают поверх брикета, контейнер с заготовкой и рабочей средой нагревают вне пресс-формы пресса до погружения заготовки в рабочую среду.A method for hot hydro-pressing a blank of a core core of a cermet fuel rod of a nuclear reactor is proposed, namely, the blank is placed in a container, the working medium is made in the form of a glass briquette, the briquette is placed on the bottom of the container, the container with the workpiece and the working medium is heated until immersion billet in the working environment, install the container in the mold of the press and apply the pressing force by increasing the pressure of the working medium when moving the press punch. Unlike the prototype, in the proposed method, the working medium is made in the form of a briquette, it is placed on the bottom of the container, the workpiece is placed on top of the briquette, the container with the workpiece and working medium is heated outside the mold of the press until the workpiece is immersed in the working medium.
В силу указанного отличия погружение заготовки происходит под собственным весом в однородную рабочую среду, что значительно уменьшает вероятность образования пустот и, следовательно, передача давления на прессуемую заготовку становится более, по сравнению с прототипом, равномерной. Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает повышение выхода годной продукции.Due to this difference, the workpiece is immersed under its own weight in a homogeneous working environment, which significantly reduces the likelihood of voids and, consequently, the pressure transfer to the workpiece being pressed becomes more uniform in comparison with the prototype. Thus, the proposed method provides increased yield.
4. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения4. Information confirming the possibility of carrying out the invention
Прессованию по предлагаемому способу был подвергнут блок из семи заготовок стержней топливного сердечника керметного твэла ядерного реактора. Каждая заготовка представляла собой циркониевую трубу диаметром 9,1 мм, длиной 60 мм и толщиной стенки 0,7 мм. Труба заполнялась топливными сферами из диоксида урана диаметром 500 мкм и закрывалась с двух сторон заглушками. Как материал матрицы на топливные сферы наносилось покрытием толщиной 35 мкм из циркониевого сплава. Блок заготовок размещался в стальном контейнере с внутренним диаметром 46 мм поверх брикета массой 320 г из силиката натрия, выбранного в качестве рабочей среды. Контейнер вместе с блоком заготовок и брикетом рабочей среды нагревался в отдельной печи до температуры 1000°С в течение 30 мин. После погружения блока заготовок в стекло контейнер переносился в пресс-форму гидравлического пресса и блок заготовок подвергался прессованию при нагрузке 120 тонн и машинном времени 30 с. Отклонение формы спрессованных заготовок от цилиндрической не превосходило 100 мкм, что гарантированно позволяет уменьшить диаметр стержня при дальнейшей механической обработке (бесцентровом шлифовании) до требуемой величины 7,6 мм без вскрытия и разрушения топливных частиц.A pressing of the proposed method was subjected to a block of seven blanks of rods of the fuel core of the cermet fuel rod of a nuclear reactor. Each billet was a zirconium pipe with a diameter of 9.1 mm, a length of 60 mm and a wall thickness of 0.7 mm. The pipe was filled with fuel spheres made of uranium dioxide with a diameter of 500 μm and closed with plugs on both sides. As a matrix material, the fuel spheres were coated with a 35 μm thick zirconium alloy coating. The block of blanks was placed in a steel container with an inner diameter of 46 mm over a briquette weighing 320 g of sodium silicate, selected as the working medium. The container, together with the block of preforms and the briquette of the working medium, was heated in a separate furnace to a temperature of 1000 ° C for 30 minutes. After immersing the blank block in glass, the container was transferred to the hydraulic press mold and the blank block was pressed at a load of 120 tons and a machine time of 30 s. The deviation of the shape of the pressed blanks from the cylindrical did not exceed 100 μm, which is guaranteed to reduce the diameter of the rod during further machining (centerless grinding) to the required value of 7.6 mm without opening and destroying the fuel particles.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008117712/06A RU2388081C2 (en) | 2008-05-04 | 2008-05-04 | Method for hot isostatic pressing cermet rod of nuclear reactor fuel element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008117712/06A RU2388081C2 (en) | 2008-05-04 | 2008-05-04 | Method for hot isostatic pressing cermet rod of nuclear reactor fuel element |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008117712A RU2008117712A (en) | 2009-11-10 |
RU2388081C2 true RU2388081C2 (en) | 2010-04-27 |
Family
ID=41354406
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008117712/06A RU2388081C2 (en) | 2008-05-04 | 2008-05-04 | Method for hot isostatic pressing cermet rod of nuclear reactor fuel element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2388081C2 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2497211C1 (en) * | 2012-07-24 | 2013-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") | Method to manufacture fuel rods with zirconium shell |
RU2498428C1 (en) * | 2012-07-24 | 2013-11-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") | Container for hot isostatic pressing of stocks of nuclear reactor cermet fuel element fuel core rods |
RU2507616C1 (en) * | 2012-11-06 | 2014-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") | Method to manufacture fuel rods |
RU2508572C1 (en) * | 2012-11-06 | 2014-02-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") | Method of moulding cermet core billets |
-
2008
- 2008-05-04 RU RU2008117712/06A patent/RU2388081C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2497211C1 (en) * | 2012-07-24 | 2013-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") | Method to manufacture fuel rods with zirconium shell |
RU2498428C1 (en) * | 2012-07-24 | 2013-11-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") | Container for hot isostatic pressing of stocks of nuclear reactor cermet fuel element fuel core rods |
RU2507616C1 (en) * | 2012-11-06 | 2014-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") | Method to manufacture fuel rods |
RU2508572C1 (en) * | 2012-11-06 | 2014-02-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") | Method of moulding cermet core billets |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008117712A (en) | 2009-11-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105562694B (en) | A kind of three prosecutor method of hot isostatic pressing suitable for increasing material manufacturing components | |
RU2388081C2 (en) | Method for hot isostatic pressing cermet rod of nuclear reactor fuel element | |
CN104148430B (en) | A kind of amorphous alloy pipe extrusion molding apparatus and technique | |
CN106378456A (en) | Rapid densifying method for powder high-temperature alloy component | |
CN108588500A (en) | A kind of quick semisolid warm area forming method of neutron absorber material | |
CN101598585A (en) | The preparation method of aluminum-alloy gas meter end cover | |
CN101987333A (en) | Punch forming method for large seal head of pressure vessel of nuclear power equipment | |
CN110976881B (en) | MIM (metal-insulator-metal) manufacturing process of 17-4PH linear multi-cavity energy-containing fragment shell | |
CN204108005U (en) | A kind of amorphous alloy pipe extrusion molding apparatus | |
CN108941412B (en) | GH4037 cake class part semisolid-solid union precision forging device and method | |
CN103240402A (en) | Production method for particle reinforced aluminum matrix composite ingots | |
CN104723031B (en) | Radial-forging type strain induction semi-solid state extrusion technology for waveguide tube | |
US4094053A (en) | Forging process | |
CN108057758B (en) | A kind of superplasticity isothermal stamping process of TA7 titanium alloy thick spherical shell | |
CN202428529U (en) | Isostatic-pressing forming mold for manufacturing ceramic tube shell | |
CN111375743A (en) | Casting device and precision casting method for high-temperature alloy part with complex structure | |
CN109079071A (en) | GH4169 alloy large-size disc shaft forgeable piece integral extrusion forming method | |
CN110293227B (en) | Reverse extrusion preparation method and mold for powder high-temperature alloy ingot blank with sheath | |
RU2710484C1 (en) | Production method of seamless high-pressure cylinder from stainless steel | |
CN116571748A (en) | Powder hot isostatic pressing near-net forming method of titanium alloy workpiece | |
RU2497211C1 (en) | Method to manufacture fuel rods with zirconium shell | |
CN100438999C (en) | Manufacturing process for rheologic extrusion molding of sacrificial magnesium anode and device thereof | |
CN112125769A (en) | Preparation method of aluminum/polytetrafluoroethylene active energetic material | |
CN110483051B (en) | Preparation method of density-controllable B10-rich boron carbide ceramic | |
CN108927439B (en) | A kind of material billow forming processing method based on chemical reaction |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200505 |