Способ изготовления дистанционирующей решетки тепловыделяющей сборки и устройство для изготовления заготовок ячеек к ней
Владельцы патента RU 2256244:
Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" (RU)
Изобретение относится к атомной энергетике и может найти применение на предприятиях изготовления дистанционирующих решеток для тепловыделяющих сборок, используемых в ядерных реакторах. Техническим результатом изобретения является повышение выхода годных заготовок ячеек за счет бесстружечной резки трубок, повышение безопасности работ при этом и повышение производительности за счет сокращения операций. Изготовление ячеек из тонкостенной трубки осуществляют путем ее бесстружечной резки на заготовки кромками дисковых ножей при их сближении с наружной и внутренней поверхностями вращающейся тонкостенной трубки и при этом совмещают операции разделения тонкостенной трубки на заготовки, снятия фасок с противоположных торцов заготовки и снятия заусенцев. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к атомной энергетике и может найти применение на предприятиях изготовления дистанционирующих решеток для тепловыделяющих сборок, используемых в ядерных реакторах.
Известно, что дистанционирование тепловыделяющих элементов в тепловыделяющих сборках ядерного водо-водяного энергетического реактора ВВЭР-1000 осуществляется пятнадцатью дистанционирующими решетками, расположенными по длине тепловыделяющей сборки через 250 мм каждая. При этом каждая дистанционируюшая решетка имеет 312 ячеек, изготовленных из трубчатых заготовок, в которых с натягом размещены тепловыделяющие элементы (см. “Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов”. Книга 1. Под ред. Ф.Г.Решетникова - М.: Энергоатомиздат, 1995 г., стр.184-185). Только на одну тепловыделяющую сборку потребуется 4680 штук ячеек для дистанционирующих решеток.
Соответственно для изготовления трубчатых заготовок ячеек потребуется их массовое производство. Весьма важным условием изготовления заготовок ячеек является то, чтобы они не содержали острых краев и заусенцев на торцах, поскольку их наличие на изготовленных ячейках приведет к задирам оболочки тепловыделяющего элемента при его заталкивании в ячейки пятнадцати дистанционирующих решеток при сборке тепловыделяющей сборки ВВЭР-1000. Оболочки тепловыделяющих элементов из сплава циркония, имеющие задиры, царапины из-за язвенной коррозии в местах повреждений, могут разгерметизироваться в ядерном реакторе, т.к. цирконий склонен к язвенной коррозии в местах повреждений (см. “Металлургия циркония”. Перевод с английского под ред. Г.А.Меерсона и Ю.В.Гагаринского. Издательство иностранной литературы. М., 1959 г., стр.298).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ изготовления дистанционирующей решетки тепловыделяющей сборки, включающий изготовление из тонкостенных циркониевых трубок фигурных ячеек, набор фигурных ячеек, точечную сварку фигурных ячеек между собой и скрепление снаружи ободом (см. патент Российской Федерации RU 2155998, МПК 7 G 21 C 3/34 по заявке 98115170/06 от 04.08.1998, опубл. 10.09.2000. “Дистанционирующая решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора и способ ее изготовления”).
В способе-прототипе фигурные ячейки из сплава циркония или нержавеющей стали изготавливаются из тонкостенных трубок (см. Патент 2155998 раздел 4), однако сущность способа изготовления заготовок ячеек не раскрыта.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для изготовления заготовок ячеек к дистанционирующей решетке в виде токарно-револьверного автомата с вращающимся шпинделем зажима циркониевой тонкостенной трубки, задним суппортом и передним суппортом с закрепленным механизмом резки циркониевой тонкостенной трубки на заготовки ячеек к дистанционирующей решетке, револьверным суппортом с закрепленной с возможностью шагового поворота и возвратно-поступательного перемещения револьверной головкой с вращающимися упорами (см. Б.Л.Богуславский. “Токарные автоматы. Основы расчета, проектирования и эксплуатации”. Машгиз. М., 1958 г., с.342, фиг.III-40. Токарно-револьверный автомат). В качестве механизма резки использован резец.
При роспуске тонкостенных циркониевых трубок на заготовки для ячеек в известных станках токарной группы неизбежно образование стружки, являющейся пирофорной, и невозможность одновременной обработки противоположных торцов по снятию фасок и притуплений одним резцом. Заготовки после токарной их резки требуют обработки торцов и использовать их для формования ячеек нельзя из-за наличия заусенцев и острых кромок, которые требуется удалять, например, в галтовочном барабане, и только после этих операций возможно формование ячеек.
Кроме того, зажим циркониевой трубки в шпинделе не исключает ее механического повреждения и язвенной коррозии, особенно в местах ее механического повреждения.
Технической задачей изобретения является повышение выхода годных заготовок за счет бесстружечной резки циркониевых трубок, повышение безопасности работ при этом и повышение производительности за счет сокращения операций.
Эта техническая задача решается тем, что в способе изготовления дистанционирующей решетки тепловыделяющей сборки, включающем изготовление из тонкостенных циркониевых трубок фигурных ячеек, набор фигурных ячеек, точечную сварку фигурных ячеек между собой и скрепление снаружи ободом, согласно изобретению изготовление фигурных ячеек из тонкостенной циркониевой трубки осуществляют путем ее бесстружечной резки на заготовки кромками дисковых ножей при их сближении с наружной и внутренней поверхностями вращающейся тонкостенной циркониевой трубки и при этом совмещают операции разделения тонкостенной циркониевой трубки на заготовки, снятия фасок с противоположных торцов заготовки и снятия заусенцев.
Эта техническая задача решается тем, что в устройстве для изготовления заготовок ячеек дистанционирующей решетки в виде токарно-револьверного автомата с вращающимся шпинделем зажима циркониевой тонкостенной трубки, задним суппортом и передним суппортом, механизмом резки циркониевой тонкостенной трубки на заготовки ячеек дистанционирующей решетки, револьверным суппортом с закрепленной с возможностью шагового поворота и возвратно-поступательного перемещения револьверной головкой с упорами, контактирующими с торцом вращающейся циркониевой тонкостенной трубки, согласно изобретению вращающийся шпиндель снабжен цанговым зажимом циркониевой тонкостенной трубки с внутренней поверхностью из полимерного материала, механизм резки циркониевой тонкостенной трубки на заготовки ячеек дистанционирующей решетки выполнен в виде дискового ножа наружной резки, закрепленного на заднем суппорте с возможностью возвратно-поступательного перемещения перпендикулярно оси циркониевой тонкостенной трубки и дисковых ножей внутренней резки, закрепленных в чередующемся порядке между упорами в шагово-поворотной револьверной головке револьверного суппорта с возможностью осевого совмещения с осью циркониевой тонкостенной трубки и ввода дискового ножа внутренней резки в зону реза, при этом на переднем суппорте смонтирован толкатель, взаимодействующий с рычагом поворота и сближения дискового ножа внутренней резки с дисковым ножом наружной резки. Другим отличием является использование в качестве полимерного материала фторопласта.
Такое выполнение заготовок позволит повысить выход годных заготовок за счет бесстружечной резки циркониевых тонкостенных трубок, повысить безопасность работ за счет исключения из технологического процесса пирофорной циркониевой стружки и повысить производительность за счет сокращения операций.
На чертежах представлено устройство для изготовления заготовок ячеек дистанционирующей решетки, где:
- на фиг.1 - устройство (вид сбоку);
- на фиг.2 - устройство (вид сверху);
- на фиг.3а - схема резки (толкатель не воздействует на рычаг);
- на фиг.3б – схема резки (толкатель воздействует на рычаг);
- на фиг.4 - дистанционирующая решетка;
- на фиг.5а - прототип устройства (вид спереди);
- на фиг.5б - прототип устройства (вид сверху).
Устройство для изготовления заготовок ячеек дистанционирующей решетки в виде токарно-револьверного автомата содержит вращающийся шпиндель 1 зажима циркониевой тонкостенной трубки 2, задний суппорт 3, передний суппорт 4, механизм резки циркониевой тонкостенной трубки 2 на заготовки 5 ячеек 6 дистанционирующей решетки 7, револьверный суппорт 8 с закрепленной с возможностью шагового поворота и возвратно поступательного перемещения револьверной головкой 9 с упорами 10, контактирующими с торцом вращающейся циркониевой тонкостенной трубки 2.
Вращающийся шпиндель 1 снабжен цанговым зажимом 11 циркониевой тонкостенной трубки 2, позволяющим исключить повреждение циркониевой тонкостенной трубки 2 при ее зажиме во вращающемся шпинделе 1, поскольку внутренняя поверхность цангового зажима 11 выполнена из полимерного материала - фторопласта 12.
Механизм резки циркониевой тонкостенной трубки на заготовки 5 ячеек 6 дистанционирующей решетки 7 выполнен в виде дискового ножа 13, закрепленного на заднем суппорте 3 с возможностью возвратно-поступательного перемещения перпендикулярно оси циркониевой тонкостенной трубки 2 и дисковых ножей 14 внутренней резки, закрепленных в чередующемся порядке между упорами 10 в шагово-поворотной револьверной головке 9 револьверного суппорта 8 с возможностью осевого совмещения с осью циркониевой тонкостенной трубки 2 и ввода дискового ножа 14 внутренней резки в зону реза.
На переднем суппорте 4 смонтирован толкатель 15, взаимодействующий с рычагом 16 поворота и сближения дискового ножа 14 внутренней резки с дисковым ножом 13 наружной резки.
Способ изготовления дистанционирующей решетки тепловыделяющей сборки осуществляют следующим образом.
В цанговом зажиме 11 шпинделя 1 токарно-револьверного автомата зажимают циркониевую тонкостенную трубку 2 таким образом, чтобы ее торец касался упора 10 револьверной головки 9, закрепленной на револьверном суппорте 8.
При этом расстояние от места реза циркониевой тонкостенной трубки 2 до упора 10 равняется длине заготовки 5, а ее зажим в цанговом зажиме 11 благодаря полимерной внутренней поверхности 12 в цанговом зажиме 11 не повреждает поверхности циркониевой тонкостенной трубки 2. Затем упор 10 по оси смещается, револьверная головка 9 поворачивается на один шаг с выводом соосно оси циркониевой тонкостенной трубки 2 дискового ножа 14 внутренней резки, который входит в торец циркониевой тонкостенной трубки 2 до места реза заготовки 5, а с внешней стороны дисковый нож 13 наружной резки задним суппортом 3 подается перпендикулярно оси циркониевой тонкостенной трубки 2 к месту реза. Одновременно толкатель 15 передним суппортом 4 перемещается и воздействует на рычаг 16 поворота дискового ножа 14 внутренней резки и прижимает его к вращающейся циркониевой тонкостенной трубке 2 с внутренней стороны, происходит сближение двух дисковых ножей 13, 14 и отрезка заготовки 5, которая под собственным весом сбрасывается при повороте револьверной головки 9 на один шаг, а на позицию выходит упор 10. Циркониевая тонкостенная трубка 2 подается до упора 10, фиксируется в цанговом зажиме 11, револьверная головка 9 поворачивается на один шаг и осуществляется очередная отрезка заготовки 5.
При резке с заготовки 5 с торцов не требуется снимать фаски, т.к. они образуются в соответствии с конусностью дисковых ножей 13, 14, не требуется снимать заусенцы, т.к. они дисковыми ножами сглаживаются, не требуется галтовочная операция, т.к. заготовки 5 после такой резки не требуют дополнительных операций и вполне пригодны для формования фигурных ячеек 6, и главное при такой резке заготовок 5 не образуется циркониевой стружки, являющейся пирофорной. Повышается выход годных за счет бесстружечной резки. Фигурные ячейки 6 собирают в кондукторе (не показаны), осуществляют точечную сварку между собой и скрепляются ободом. Дистанционирующие решетки 7 используются при сборке тепловыделяющих сборок для ядерных реакторов.
Способ и устройство прошли производственные испытания и при этом достигнуты положительные результаты.
1. Способ изготовления дистанционирующей решетки тепловыделяющей сборки, включающий изготовление из тонкостенных трубок фигурных ячеек, набор фигурных ячеек, точечную сварку фигурных ячеек между собой и скрепление снаружи ободом, отличающийся тем, что изготовление фигурных ячеек из тонкостенной трубки осуществляют путем ее бесстружечной резки на заготовки кромками дисковых ножей при их сближении с наружной и внутренней поверхностями вращающейся тонкостенной трубки и при этом совмещают операции разделения тонкостенной трубки на заготовки, снятия фасок с противоположных торцов заготовки и снятия заусенцев.
2. Устройство для изготовления заготовок ячеек дистанционирующей решетки в виде токарно-револьверного автомата с вращающимся шпинделем зажима тонкостенной трубки, задним суппортом, передним суппортом, механизмом резки тонкостенной трубки на заготовки ячеек дистанционирующей решетки, револьверным суппортом с закрепленной с возможностью шагового поворота и возвратно-поступательного перемещения револьверной головкой с упорами, контактирующими с торцом вращающейся тонкостенной трубки, отличающееся тем, что вращающийся шпиндель снабжен цанговым зажимом тонкостенной трубки с внутренней поверхностью из полимерного материала, механизм резки тонкостенной трубки на заготовки ячеек дистанционирующей решетки выполнен в виде дискового ножа наружной резки, закрепленного на заднем суппорте с возможностью возвратно-поступательного перемещения перпендикулярно оси тонкостенной трубки и дисковых ножей внутренней резки, закрепленных в чередующемся порядке между упоров в шагово-поворотной револьверной головке револьверного суппорта с возможностью осевого совмещения с осью тонкостенной трубки и ввода дискового ножа внутренней резки в зону реза, при этом на переднем суппорте смонтирован толкатель, взаимодействующий с рычагом поворота и сближения дискового ножа внутренней резки с дисковым ножом наружной резки.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в качестве полимерного материала в цанговом зажиме использован фторпласт.
