把端塞裝到燃料棒管端部的裝置的製作方法

2023-06-01 12:56:31

專利名稱:把端塞裝到燃料棒管端部的裝置的製作方法
本發明一般涉及核燃料棒的製造，尤其是涉及把端塞裝到燃料棒管端部的一個裝置。
核反應堆的燃料棒通常是裝有裂變材料的薄壁管，裂變材料是圓柱體的加濃二氧化鈾，使用時必須把它與管子周圍的介質隔離開以防止燃料與其他材料(諸如壓水堆中的水)發生化學反應。因此，裝核燃料的包殼管或薄壁管通常用兩個端塞來密封。
關鍵是端塞本身應是密封的並有一定的機械強度，同時端塞與薄壁管之間的機械連接應無缺陷，所謂缺陷是指最終可能引起洩漏的不連續點、裂紋及管子變形。
堵燃料棒管是關鍵性的操作，因為當端塞裝到管子上時必須要用重壓，以克服通常裝在燃料棒內的一個壓力彈簧的力。把一個端塞壓裝到燃料棒管上的傳統方法是把塞子從裝有一大堆相同塞子的料倉底部導出，並把料匣送入導向襯套，然後再把塞子壓到鄰近的管端上，與此同時，要壓縮管內的壓力彈簧，這要有高達500公斤的壓力。
現在裝端塞的方法是用緊密配合的導向襯套使塞子同管子對準，但是通常使用的導向襯套必須比端塞的最大預計直徑大，以便考慮製造時的公差。由於塞子和導向襯套之間不可避免地有間隙，有時端塞就翹起或掉出，端塞翹起會產生不平行的壓配合，而頂塞子時在塞子外面產生的擦掠作用可能在管子與塞子交界面上產生剪切力。以後，在把塞子焊到管子上時，產生的焊縫通常是不合格的，焊縫帶有不連續點，使用時會產生洩漏。而且，端塞本身密封不當也增加了洩漏的可能。當塞子壓到管子裡時，偶爾還會產生一些塞子碎片，這不僅損壞了端塞，而且引來了沉積在燃料棒上的外來物質。
本發明的主要目的在於緩和這些問題，本發明是把端塞裝到燃料棒管端的一種裝置，其特點在於有一縱向貫穿孔的一個裝塞器導管，其一端用來接受端塞，另一端用來接受要裝端塞的燃料棒管的端部;孔的直徑大小要能使燃料棒管的端部(包括端頭)放進上述孔中，並能使裝塞器導管及上述管端部分相對移動和相互套疊，把放在孔一端的端塞裝到放在孔另一端的管端上，上述裝塞器導管包含在管端與端塞相對移動期間使其保持精確對準的機構。
裝塞器導管包括精確配置的耐磨軸承，通過與燃料棒管的滾動接觸來確定燃料棒管的中心線。在強的壓簧力形成之前，導管就使端塞同管端和壓力彈簧(如果用的話)對準和對中，而且在管子和裝塞器導管之間沒有滑動接觸。
本裝置還包括一個託架和一個力的調整及傳遞組件，託架被支承起來，可在原始位置及裝上端塞位置之間作往復運動，託架上裝有裝塞器導管，而調整及傳遞組件則由裝在託架上與託架一起運動的一個導板及支承在導板上的一個插杆組成，插杆與放在裝塞器導管孔端的端塞軸向對準並作來回的軸向移動，設置驅動機構把插杆推向上述縱向孔，並把上述託架推向裝上端塞位置，這樣使端塞插進孔的端塞接受端並裝到管端上。導板和裝塞器導管之間最好是可調整的，以便使插杆與導管縱向孔的端塞接受端進行精確的軸向對準。
現在，參看附圖僅以舉例的方式說明本發明的最佳實施例，其中，
圖1是一個垂直方向被縮小的燃料組件的立視圖，它的一部分以剖面表示，為清楚起見，部分零件被去掉了;
圖2是體現本發明的裝端塞裝置的頂視圖;
圖3是沿圖2上3-3線看的裝置的放大了的端視圖;
圖4是沿圖2上4-4線剖開的裝置的剖視圖;
圖5-10是圖2上裝置的示意圖，表示在設想的把端塞裝到燃料棒管上的過程中，裝置各部件的相對位置;
圖11是體現本發明的裝置所使用的裝塞器導管的側視圖;
圖12是圖11的裝塞器導管的端視圖，以及
圖13是沿圖12的13-13線剖開的裝塞器導管的剖面圖。
在以下說明中，在各個視圖上用同樣的參考數字表示相同的或相應的部件，而諸如「前」、「後」、「左」、「右」、「向上」、「向下」等詞僅為方便而用，不得視為限定性詞。
首先參考圖1，這裡示出的用數字10表示的燃料組件是用在壓水堆上的，它主要包括把組件支承在堆芯區下堆芯板上的一個下部結構或下管座12，從下管座12向上突出的許多根導向管(或套管)14，沿導向套管14的軸向間隔布置的幾個橫向格架16，由隔架16支承且在橫向間隔開的一束燃料棒18，一根儀表管20以及與導向套管上端相連接的一個上部結構或上管座22。由這些部件組成的燃料組件10組成一個整體，可以進行常規操作而不會損壞組件的零件。
每根燃料棒18含有核燃料芯塊24，其兩端由上、下端塞26、28封閉，從而使棒密封。通常，在上端塞26同芯塊24之間放一個壓簧30，使棒18內的芯塊穩固地堆疊在一起。裂變材料組成的燃料芯塊24是壓水堆中產生反應功率的實際來源，用泵使水或含硼水這樣的液體慢化劑/冷卻劑向上流過堆芯中的燃料組件，載出其中產生的熱量去做有用功。
為了控制裂變過程，安裝在燃料組件10指定位置上的導向套管14中的控制棒32可上下移動。具體地說，上管座22包括一個棒束控制機構34，控制機構有一個內螺紋圓柱體36，圓柱體又帶徑向延伸的倒鉤或葉片38，每個倒鉤與一根控制棒32相連。可操作控制機構34使導向套管14中的控制棒32上下移動，用這種方法控制燃料組件10中的裂變過程，這在技術上是熟知的。
現在要說明體現本發明的裝端塞裝置。這裡要說明的裝置用於把上端塞26裝到燃料棒管42的上端部40上，但是應當懂得，這一說明也完全適合用該裝置把下端塞28裝到管子42的下端部44上。
現在參看圖2至圖4，裝端塞裝置總的用4b表示，它主要由平面基座48，平面支承託架50以及導軌裝置52組成，導軌裝置52把託架可移動地安裝在基座上。
用螺栓54把基座48連接在適當的固定夾具上(未示出)，螺栓54穿過基座前部角上的長孔56，還有一個包括帶螺紋的旋鈕58在內的側向調整機構57沿著基座從前向後放置。旋鈕和長孔56允許基座48在夾具上固定就位之前作側向調節，以保證其同要裝塞子的燃料棒管子42適當對準。
導軌裝置52把託架50安裝在基座48上，使基座沿著一條通常為直線的軌跡作縱嚮往復運動。具體地說，導軌裝置52由一個細長導軌60組成，導軌60在基座48上表面64上縱向延伸並由螺釘62固定(在圖3上僅看到前面一個)，託架50包括兩對導向滾輪組件，每個組件由一個固定在託架上並從託架下側70延伸的螺栓68和一個可轉動地裝在螺栓68上的導向滾輪66組成。兩對導向滾輪組件在導軌60的縱向上彼此間隔開，每一對組件中的導向滾輪又在橫向上間隔開，滾輪66從導軌60的兩邊與導軌60的周邊嚙合。從圖3和圖4上看到，導向滾輪66邊緣形狀與導軌60側邊形狀相匹配，因此滾輪邊緣可抓住導軌，使滾輪沿其縱向運動，特別是，每個滾輪66上開有環形邊槽72，而導軌60的每條側邊上有與滾輪66的槽72搭配的凸脊74。
裝端塞裝置46還帶有導向機構，其形式是支承在託架50上並隨其一起運動的一個裝塞器導管76。
裝塞器導管76有一個細長的中心孔78，其一端80用來接納端塞26，另一個向外張開的端部82用來接納要裝塞子的燃料棒管42的的端部40。孔78適合於引導由擴口端82插入的管端40，將其引導到在孔端80的端塞26處，再把端塞裝到管端上。用螺栓84把裝塞器導管76裝在端塞供應匣86的前面，供應匣86則裝在託架50的前端。供應匣86適於傳送端塞26，每次一個，利用重力把它送到與裝塞器導管中心孔78的端部80對準的位置。
裝端塞裝置46還包括與託架50相配合的驅動機構(總的用88表示)。驅動機構88使託架50在兩個端部位置之間移動，分別遠離(圖5)或靠近(圖8)固定放置的要裝端塞的燃料棒管42的端部40，遠離的位置和靠近的位置相應地就是託架的原始位置和裝上端塞的位置。驅動機構88包括一個驅動器90(最好一個氣動汽缸)，它固定安裝在靠近託架50後端的基座48上。驅動器90包括一個驅動件92(最好是一根柱塞棒)，它可在縮回的位置(圖5)和伸出的位置(圖8)之間作直線運動。
驅動機構88還包括一個驅動力調整及傳送組件94，它與驅動器90的驅動件92配合併延伸到端塞供應匣86上。一般說來，當驅動機構88動作時，它開始時只使組件94運動，把最下面的端塞26從料匣送到裝塞器導管76的孔78的塞子接受端80，隨後，託架50同裝塞器導管76一起隨組件94運動，使導管把送來的端塞26裝到管42的端部40上。
驅動力調整和傳送組件94包括一個聯接元件96，其一端用螺紋聯接在驅動組件94上;一個細長的插杆元件98，用一個在垂直支架50的方向上延伸的銷釘100作樞軸把它聯接在聯接元件96的另一端;一個支承插杆元件98的導板102，使在那裡的滑動沿著驅動件92的運動方向;以及一個楔形託架104，它把導板102和供應匣86垂直安放在支承支架50上。楔形託架104有一個同導板102配合的調整旋鈕106，通過轉動旋鈕來改變導板位置，以便精確地調整插杆98與裝塞器導管76中心孔78的位置。當通過導向/壓緊螺栓107鬆開導向/壓緊螺母103時，轉動旋鈕106使楔形託架104相對導板102作側向移動。由於導板102底部的斜切槽105開成與託板104上楔形表面相同的角度。因此託架104的側向移動使導板102作垂直移動，而導板102的側向移動側由於導板相應孔道109中導向/壓緊螺栓107的緊密配合而被限制(見圖3)。
導板102有一細長通道108。插杆元件98可滑動地支承在通道108中，通道108與導管76的中心孔78軸向對準。一個環形襯套110安裝在導板102上，它在通道108的進口處，並圍著插杆98。插杆98的圓柱形的主體或導向部分112可在導板102的通道108中滑動並可滑進裝塞器導管76的中心孔78，從而把各端塞26送進孔78，圓柱體後端部直徑加粗，使襯套110能同導板102接合。插杆98的導向主體部分112和後端部114的長度要保證後端部114能頂到襯套110上，從而把驅動件92的驅動力通過導板102傳送到託架50上，這一過程是在插杆98的主體部分112把端塞26送入裝塞器導管的孔78以後完成的。
在聯接元件96下方，託架50的上側118開有導向槽116，導向槽116延伸方向與驅動件92的直線運動軌跡相平行。組件94包括一個導向銷釘120，它是從聯接元件96的底邊伸進導向槽116，使聯接元件96隻限於在驅動件92的運動方向上作直線運動。
裝端塞裝置46還包括一個同基座48和託架50相連的回覆裝置122，它使託架偏向遠端或者縮回到端部位置，如圖2、4、5和10所示。回復裝置122由繃緊在兩個直立的支柱126、128之間的一對盤簧124組成(見圖2)，這兩個支柱分別從基座48和託架50上突出，彈簧124延伸在導軌裝置52的上方並位於其兩邊。當託架50向燃料棒管端40(也就是裝上塞子的方向)運動時，彈簧被拉伸，彈簧收縮使託架50回復到遠離管端40的原位，而驅動件92也作相應的運動。當託架50和驅動力調整及傳遞組件94在驅動器90作用下運動時，回復彈簧124還起在橫向上幫助其穩定的作用。
回復裝置122包括裝在直立支柱132上的一個制動銷130，支柱132放在託架50後部，在組件94後面，它同驅動器90(見圖2、5、6、9、10)配合使託架50停在遠離燃料棒管端40的端部位置。
現在參看圖5-10，當託架50同導板102、端塞匣86以及裝塞器導管76一起由彈簧124保持其處於全部縮回的位置時(圖5)，開動驅動器90，它的驅動件92把插杆98推向要裝端塞的燃料棒管42，從而使插杆前端同匣86中最下面的端塞接合併把它送進裝塞器導管76的中心孔78(見圖6)。傳送端塞動作完成後，當插杆98繼續運動時，其加粗的端部114與導板102上襯套110接合，迫使導板、託架、料匣及裝塞器導管隨其一起移動，使燃料棒管子42直插到導管76的裡面(圖7)，直到導管中心孔78中的端塞26接觸到管端40並由插杆98的前端將其頂進管子(圖8)。也可能把次序倒過來，先使驅動件92，走完它的幾乎整個行程，把端管40插進導管76，然後移動插杆98把端塞26送進孔78，最後把端塞壓進管端40。
上述加端塞操作完成後，驅動件92及插杆98向反方向運動，從全部伸展的位置(圖8)移向全部縮回的位置。在回復彈簧124(圖2)作用下，託架50將隨著移動的插杆98運動，直到裝塞器導管76從裝塞端40完全縮回。並且託架50上的銷釘130頂到驅動器90上使託架不再移動(圖9)。這時驅動件92及插杆98還未回到其完全復原位置，它們繼續移動，直到插杆完全縮回(在此之前，插杆一直伸在導管76的中心孔78中)，然後，下一個端塞26從料匣86底部下降到準備傳送的位置。當聯接部件96底部頂到託架50的立柱132上時，驅動件92及插杆78的全部運動就終止了，如圖10所示。
裝塞器導管76最好有圖11-13上所示的那種改進設計，它包括一個導向外殼134及放在殼內的幾組(136，138，140)滾動元件142，導向外殼134有一個貫穿其中的軸向中心孔78，幾組滾動元件沿著中心孔78周圍配置，在軸向彼此間隔開。各個滾動元件142放在外殼134上各個凹槽144中，以便從中心孔78徑向延伸，而且滾動元件朝孔78及外殼表面兩面敞開。滾動元件142以一定的方式可滾動地安裝在相應的凹槽144中，它們的邊緣相當深地伸進孔78，當燃料棒管42穿過孔的擴口端82插進裝塞器導管孔78時，它們能同管42的端頭40形成滾動接觸。因此，當管端40在滾動元件142之間移動，穿過孔78同端塞26接合時，它能精確地對準端塞26。
具體地說，如圖13所示，每個滾動元件142最好是一種不鏽鋼的滾珠軸承，它包括一個外座圈146，一個與外座圈146同軸的內座圈148以及最好用不鏽鋼製造的金屬滾珠150，滾珠放在外座圈和內座圈146、148之間，使外座圈可相對於內座圈滾動。每個滾動元件142裝在導向外殼134裡的一個銷釘152上，銷釘152橫跨在相應的凹槽144上，它裝配在外殼134開槽的兩個表面之間，並穿過內座圈148，最好同內座圈形成滑動配合。
每一組(136，138，140)包括4個滾動元件，它們在凹槽144中的導向外殼孔78的周圍間隔布置，彼此間隔最好為90°左右，沿孔78軸向間隔分布的滾動元件最好有三組。
在裝塞器導管76的軸孔78的端塞接受端80周圍有一個加粗的端部154，此端部有一個有彈性的端塞夾持機構156，它適於把傳來的各端塞26送進中心孔78端部80處固定就位，使端塞裝到燃料棒管端40上，夾持機構156包括孔158，它在中心孔78塞子接受端80的徑向延伸。放在徑向孔158內的定位銷釘160穿過直徑較小的孔道162伸進中心孔的端部80，同送到的端塞26的邊緣接觸。用放在徑向孔158內的壓簧164使定位銷釘160偏向中心孔，壓簧164位於銷釘160和封閉徑向孔外端的帶螺紋的塞子之間。除了夾持機構156使端塞26定位外，軸向孔78的塞子接受端80的直徑大小為端塞26提供了一個很好的磨擦配合，這對固定端塞也起作用。如圖11所示，加粗的導向外殼端部154有一個觀察孔166，用來觀察端塞26是否在軸向孔端部80處。
權利要求
1、把端塞裝到核燃料棒管子端部的裝置，其特徵在於一個裝塞器導管(76)有一個縱向貫穿孔(78)，其一端(80)用來接受端塞(26)，另一端(82)用來接受要裝端塞的燃料棒管(42)的端部，孔(78)直徑大小要能容納燃料棒管的端部(包括端頭40)，並使裝塞器導管與上述管端部分相互套疊，把放在孔(78)一端(80)的端塞(26)裝到放在孔另一端(82)的管端(40)上，上述裝塞器導管(76)包含在管端與端塞相對移動期間使其保持精確對準的機構(142)。
2、根據權利要求
1所述的裝置特徵是上述裝塞器導管(76)包括一個細長的外殼(134)，它有一個縱向的貫穿孔(78);保持管端與端塞對準的機構(142)包括幾組(136，138，140)支承在上述外殼上的滾動元件(142)，這幾組滾動元件沿縱向孔間隔布置，一組中的幾個滾動元件彼此間以一定關係排列在孔的周圍，以便接納和徑向支承其中間的管子端部。
3、根據權利要求
2所述的裝置特徵是每組(136，138 140)滾動元件(142)由4個滾動元件(142)組成，它們在上述縱向孔(78)周圍周向配置，相互間隔90°左右。
4、根據權利要求
2或3，所述的裝置特徵是至少有三組(136，138，140)滾動元件(142)。
5、根據權利要求
2、3或4，所述的裝置特徵是上述每個滾動元件(142)是一個耐磨軸承。
6、根據權利要求
5，裝置的特徵是上述耐磨軸承(142)安裝在壓裝到外殼(134)裡的一個銷釘(152)上。
7、根據權利要求
6，裝置特徵是每個耐磨軸承(142)包括一個外座圈(146)和一個內座圈(148)，上述銷釘(152)穿過內座圈(148)並與其形成滑動配合。
8、根據權利要求
2-7中任意一項，裝置特徵是上述長外殼(134)包括端塞子夾持機構(156)，它在縱向孔(76)的一端(80)接受端塞(26)時，將端塞(26)定位，使塞子裝上管端。
9、根據權利要求
8，裝置特徵是端塞夾持機構(156)包括開在長外殼(134)側壁上的一個徑向孔(158)和放在徑向孔(158)內的一個帶彈簧的銷釘(160)，銷釘(160)同放在縱向孔(78)一端(80)的端塞(26)的邊緣磨擦接合。
10、根據上述權利要求
中任意一項，裝置特徵是被支承的託架(50)在原始位置和裝上端塞位置之間作往復運動，而裝在託架上的裝塞器導管(76)與託架一起運動。
11、根據權利要求
10，裝置特徵是力的調整和傳送組件(94)包括一個導板(102)，它裝在託架(50)上與託架一起運動，導板(102)在裝塞器導管(76)旁邊靠近縱向孔(78)的端塞接受端(80)，插杆(98)支承在導板(102)上與端塞接受端(80)軸向對準並作軸向的來回運動;另一特徵是驅動機構(88)把插杆(98)推向縱向孔(78)，並把託架(50)推向裝上端塞位置，這樣就把端塞(26)插進縱向孔的端塞接受端(80)，並把它裝到上述管端(40)上。
12、根據權利要求
11，裝置特徵是導板(102)與裝塞器導管(76)之間位置是可調節的，從而把插杆(98)同縱向孔(78)的端塞接受端(80)在軸向精確對準。
13、根據權利要求
11或12，裝置的特徵是，在插杆(98)和託架(50)兩個部件中，上述驅動機構(88)直接連在其中的一個上，通過這個再與另一個相連，這樣，驅動機構先推動其中一個，再通過這個推動另一個部件。
14、根據權利要求
13，裝置的特徵是與驅動機構(88)相連的插杆(98)有一個加粗部分(114)，在把插杆推到孔(78)的端塞接受端時，加粗部分(114)能與託架(50)上的導板(102)的一部分(110)接合，當插杆繼續向端部位置推移時，就將託架推到裝端塞位置。
15、根據權利要求
13，裝置的特點是上述的插杆和託架中的另一個部件與彈簧機構(124)相聯，在推移完成後，彈簧機構使其返回到原始位置。
16、根據權利要求
14，裝置的特徵是託架(50)支承在一個靜止的導軌裝置(52)上，沿該裝置作直線運動。
17、根據權利要求
16，裝置的特徵是託架(50)與回復機構(122)和制動機構(130)相聯，回復機構使託架從裝端塞位置回到其原始位置，而制動機構(130)使託架回復到原位後停止移動，但允許驅動機構(88)繼續完成把插杆(98)回復原位的動作。
18、根據權利要求
17，裝置的特徵是上述回復機構由與託架相連的一對拉簧(124)組成，託架移動到裝上端塞位置時拉簧被拉伸，上述拉簧排列在導軌裝置(52)的兩邊。
19、根據權利要求
16、17或18，裝置的特徵是導軌裝置(52)由長導軌(60)及至少兩對導向滾輪(66)組成，滾輪可滾動地安裝在託架(50)下面，沿導軌(60)間隔分布，每一對滾輪(66)從導軌的兩側與導軌邊緣接合。
20、根據權利要求
19，裝置的特徵是每個導向滾輪(66)的圓周表面同與其鄰近的導軌(60)一側的導向表面是匹配的。
21、根據權利要求
20，裝置的特徵是每個滾輪(66)的邊緣開有環形槽(72)，而上述導向表面有與槽(72)適配的凸脊(74)。
22、根據權利要求
10-21中任意一項，裝置的特徵是端塞供應機構(86)安裝在託架(50)上靠近裝塞器導管(76)的位置，它適合於每次把一個端塞(26)送入縱向孔(78)的端塞接受端(80)。
23、根據上述權利要求
中任意一項，裝置的特徵是縱向孔(78)的一端(80)的直徑大小使該端與其接收到的端塞(26)形成摩擦配合。
專利摘要
該裝置包括一個裝塞器導管(76)，導管縱向貫穿孔(78)的一端用來接受端塞(26)，另一端用來接受要裝塞的管端(40)，孔徑大小能使裝塞器導管和管端(40)彼此套疊，把端塞裝到管端上，在套疊期間，導管使端塞同管端保持精確對準。裝置包括支承裝塞器導管的託架(50)，插杆組件(98)和驅動機構(88)，驅動機構控制插杆和支架，每次把一個端塞從料匣傳送到導管孔(86)的端塞接受端(80)，然後把它裝到燃料棒管端(40)上。
文檔編號G21C3/10GK86103034SQ86103034
公開日1986年11月19日 申請日期1986年4月30日
發明者斯圖亞特·露易斯·裡本, 肯尼思·卡尼·克拉普, 馬克·埃利奧特·維利, 戴維德·安東尼·波特裡奇 申請人:西屋電氣公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan