一種球形燃料元件成型的設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及核反應(yīng)堆燃料元件制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種球形燃料元件成型的設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]目前球床式高溫氣冷堆所使用的球形燃料元件直徑為60mm，包括燃料區(qū)和無燃料區(qū)。球形燃料元件的整體為石墨基體，外層為厚約5mm左右的無燃料區(qū)，基本結(jié)構(gòu)為無燃料的石墨球殼內(nèi)填滿由包覆燃料顆粒和石墨基體組成的彌散體燃料。
[0003 ]球形燃料元件的制備工藝包括:基體石墨粉制備、包覆顆粒穿衣、芯球壓制、生坯壓制、車削、碳化、高溫純化，其中生坯球燃料區(qū)和無燃料區(qū)的成型為球形元件制造工藝中核心技術(shù)。球形燃料元件成型的工藝原理包括穿衣顆粒與基體石墨粉的混合、混合物裝入橡膠模具內(nèi)并壓制成芯球、終壓模具中無燃料區(qū)的造型、最后終壓得到略大于目標(biāo)尺寸的生坯。但是具體如何使球形燃料元件成型，包括如何將穿衣顆粒與基體石墨粉進(jìn)行混合，如何壓制成芯球以及如何最終如何成型，現(xiàn)有技術(shù)中并沒有公開。中國專利申請(qǐng)CN201210177503公開了一種真空準(zhǔn)等靜壓壓機(jī)，用于球形燃料元件生坯的壓制，但是球形燃料元件成型的其他步驟包括穿衣顆粒與基體石墨粉的混合、終壓模具中無燃料區(qū)的造型等過程中采用何種工藝、采用何種設(shè)備并沒有公開。所以，提供一種能夠降低燃料元件成本、結(jié)構(gòu)緊湊且操作方便的球形燃料元件成型設(shè)備具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是如何提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便的球形燃料元件成型的設(shè)備。
[0005]為此目的，本發(fā)明提出了一種球形燃料元件成型的設(shè)備，包括:依次連接的燃料區(qū)成型系統(tǒng)、無燃料區(qū)造型系統(tǒng)和生坯球壓制系統(tǒng)；
[0006]所述燃料區(qū)成型系統(tǒng)用于將芯球基體粉與核燃料顆粒均勻混合后壓制成芯球；
[0007]所述無燃料區(qū)造型系統(tǒng)用于將無燃料的基體粉包裹所述芯球制成所述球形燃料元件；
[0008]所述生坯球壓制系統(tǒng)用于將所述球形燃料元件壓制成生坯球。
[0009]優(yōu)選地，所述燃料區(qū)成型系統(tǒng)包括依次設(shè)置的芯球基體粉定量輸送裝置、核燃料顆粒均分裝置、核燃料顆粒精確定量裝置、初次攪拌裝置、卸料裝模裝置、二次攪拌裝置和芯球壓制裝置;所述芯球基體粉定量輸送裝置、核燃料顆粒精確定量裝置、初次攪拌裝置和卸料裝模裝置之間通過物料罐工位傳輸裝置進(jìn)行連接；
[0010]所述芯球基體粉定量輸送裝置定量輸送所述芯球基體粉至所述物料罐工位傳輸裝置;所述核燃料顆粒均分裝置和核燃料顆粒精確定量裝置精確定量輸送所述核燃料至所述物料罐工位傳輸裝置;所述物料罐工位傳輸裝置輸送所述芯球基體粉和所述核燃料至所述初次攪拌裝置;所述初次攪拌裝置將所述芯球基體粉和所述核燃料攪拌均勻;所述物料罐工位傳輸裝置將經(jīng)過所述初次攪拌裝置的所述芯球基體粉和所述核燃料輸送至所述卸料裝模裝置;所述卸料裝模裝置將攪拌均勻的所述芯球基體粉和所述核燃料裝滿芯球模具;所述二次攪拌裝置對(duì)所述芯球模具內(nèi)的所述芯球基體粉和所述核燃料進(jìn)行攪拌;所述芯球壓制裝置將所述芯球模具內(nèi)的所述芯球基體粉和所述核燃料壓制成芯球。
[0011]優(yōu)選地，所述芯球基體粉定量輸送裝置包括用于所述芯球基體粉存儲(chǔ)的第一料斗和位于所述料斗底部的螺旋給料器，所述芯球基體粉的輸送量是通過所述螺旋給料器的給料時(shí)間控制的。
[0012]優(yōu)選地，所述核燃料顆粒均分裝置包括用于接收核燃料的旋轉(zhuǎn)的第二料斗、與所述第二料斗相連接的分配管和多個(gè)用于接收所述分配管分配的所述核燃料的柱狀容器，所述多個(gè)柱狀容器整體可旋轉(zhuǎn)；
[0013]所述核燃料精確定量裝置包括具有底部懸掛功能的天平、懸掛于所述天平的底部的稱量斗和用于向所述稱量斗中添加核燃料并能儲(chǔ)存核燃料的振動(dòng)給料器；
[0014]其中，所述柱狀容器的底部設(shè)有管道，通過所述多個(gè)柱狀容器的旋轉(zhuǎn)，將旋轉(zhuǎn)到位的所述柱狀容器內(nèi)的所述核燃料通過所述管道輸送至所述稱量斗。
[0015]優(yōu)選地，所述物料罐工位傳輸裝置包括紅外線定位傳感器、靠電機(jī)傳動(dòng)的鏈條和安裝于所述鏈條上的若干物料罐;所述紅外線定位傳感器用于確定所述若干物料罐的罐口是否分別對(duì)應(yīng)所述芯球基體粉定量輸送裝置的輸送口、所述核燃料精確定量裝置的稱量斗的卸料口、所述初次攪拌裝置和所述卸料裝模裝置。
[0016]優(yōu)選地，所述二次攪拌裝置包括用于放置裝滿所述芯球基體粉和所述核燃料的芯球模具的底盤、支架和安裝在所述支架上的可旋轉(zhuǎn)的攪拌頭;所述攪拌頭伸入所述芯球模具的內(nèi)腔；
[0017]工作時(shí)，所述攪拌頭通過電機(jī)帶動(dòng)對(duì)所述芯球模具內(nèi)的所述芯球基體粉和所述核燃料進(jìn)行攪拌;所述底盤通過所述電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，所述底盤的旋轉(zhuǎn)方向與所述攪拌頭的旋轉(zhuǎn)方向相反。
[0018]優(yōu)選地，所述芯球壓制裝置包括可上下移動(dòng)的外套筒、固定在所述外套筒內(nèi)的上沖頭和可上下移動(dòng)的下沖頭;所述芯球模具的外徑分別與所述外套筒的內(nèi)徑、所述上沖頭的外徑和所述下沖頭的外徑相同。
[0019]優(yōu)選地，所述無燃料區(qū)造型系統(tǒng)包括依次設(shè)置的芯球定位傳送裝置、芯球定位轉(zhuǎn)移裝置、無燃料區(qū)基體粉定量輸送裝置和無燃料區(qū)造型裝置;所述芯球定位傳送裝置通過所述芯球定位轉(zhuǎn)移裝置連接所述無燃料區(qū)造型裝置;所述無燃料區(qū)基體粉定量輸送裝置連接所述無燃料區(qū)造型裝置；
[0020]所述芯球定位傳送裝置和所述芯球定位轉(zhuǎn)移裝置將所述芯球轉(zhuǎn)移到所述無燃料區(qū)造型裝置；所述無燃料區(qū)基體粉定量輸送裝置向所述無燃料區(qū)造型裝置輸送所述基體粉;所述無燃料區(qū)造型裝置使所述基體粉包裹所述芯球制成所述球形燃料元件。
[0021]優(yōu)選地，所述芯球定位傳送裝置包括用于定位旋轉(zhuǎn)的圓盤，圓盤上均勻分布有若干用于放置所述芯球的凸臺(tái)；
[0022]所述芯球定位轉(zhuǎn)移裝置包括一個(gè)機(jī)械爪和帶動(dòng)所述機(jī)械爪沿水平和垂直方向移動(dòng)的機(jī)械臂;所述機(jī)械爪在水平方向的移動(dòng)范圍為從所述芯球定位傳送裝置的凸臺(tái)的正上方至所述無燃料區(qū)造型裝置的模具的正上方。
[0023]優(yōu)選地，所述無燃料區(qū)造型裝置包括用于放置模具的活動(dòng)的底盤、用于探測(cè)基體粉料位的探針和用于使所述球形燃料元件成型的圓弧形刮片;所述圓弧形刮片的圓心位于所述模具的垂直軸心線上。
[0024]本發(fā)明所提供的球形燃料元件成型的設(shè)備，按照工藝流程流水線作業(yè)分布，結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便、每個(gè)裝置銜接合理，設(shè)備運(yùn)行有較好的邏輯關(guān)系，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。通過無燃料區(qū)造型系統(tǒng)，得到終壓后的球坯的球形度較好，只需要較少的加工裕量，減少了基體石墨粉的浪費(fèi)，降低了燃料元件成本。另外，通過核燃料均分裝置和核燃料顆粒精確定位裝置，得到的核燃料和基體粉的配比準(zhǔn)確，因此通過采用本發(fā)明球形燃料元件成型的設(shè)備制作的球形燃料元件的成品率高。
【附圖說明】
[0025]通過參考附圖會(huì)更加清楚的理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖是示意性的而不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明進(jìn)行任何限制，在附圖中:
[0026]圖1示出了本發(fā)明燃料區(qū)成型系統(tǒng)和無燃料區(qū)造型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2示出了本發(fā)明一種實(shí)施方式的燃料區(qū)成型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3示出了本發(fā)明一種實(shí)施方式的核燃料顆粒均分裝置的剖視圖；
[0029]圖4示出了本發(fā)明一種實(shí)施方式的物料罐工作傳輸裝置的剖視圖；
[0030]圖5示出了本發(fā)明一種實(shí)施方式的二次攪拌裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031 ]圖6示出了本發(fā)明一種實(shí)施方式的芯球壓制裝置的剖視圖；
[0032]圖7示出了本發(fā)明一種實(shí)施方式的無燃料區(qū)造型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖8示出了本發(fā)明一種實(shí)施方式的無燃料區(qū)造型系統(tǒng)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0035]如圖1所示，一種球形燃料元件成型的設(shè)備，包括:依次連接的燃料區(qū)成型系統(tǒng)、無燃料區(qū)造型系統(tǒng)和生坯球壓制系統(tǒng);燃料區(qū)成型系統(tǒng)用于將芯球基體粉與核燃料顆粒均勻混合后壓制成芯球;無燃料區(qū)造型系統(tǒng)用于將無燃料的基體粉包裹所述芯球制成所述球形燃料元件;生坯球壓制系統(tǒng)用于將球形燃料元件壓制成生坯球。
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