Результат интеллектуальной деятельности: Устройство контроля и поддержания равномерности движения пресс-порошка ядерного топлива при его засыпке в устройство прессования топливных таблеток

Изобретение относится к атомной промышленности и может быть использовано при изготовлении таблеток ядерного топлива.

Известно устройство для контроля насыпной плотности и текучести сыпучих высокорадиоактивных материалов для производства твэлов ядерных реакторов, которое включает мерную воронку с шибером, размещенную в корпусе, весовую платформу, соединенную с компьютером, приемную емкость, размещенную под воронкой на весовой платформе. Установка предназначена для определения плотности порошка для изготовления таблеток ядерного топлива, но она не позволяет контролировать и поддерживать плотность пресспорошка непосредственно в процессе его подачи на установку прессования (RU 2494371, опуб. 27.09.2013).

Процесс производства топливных таблеток заключается в прессовании порошков урана. Пресспорошок под действием силы тяжести засыпается из контейнера по вертикальной трубе в пресс. При свободном движении порошка по трубе периодически возникают ситуации, когда плотность двигающегося порошка по трубе может резко или постепенно уменьшиться. Это связано с различной скоростью движения пресспорошка, которая зависит от влажности пресспорошка, плотности и однородности его частиц. Из-за неравномерности движения порошка используется ручная регулировка устройства дозирования и подачи топлива в пресс-формы при контроле величины усилия и величины хода пуансонов пресса. Однако, если усилие и величина хода пуансонов выходит за рамки необходимых требований, то прессование прерывается и может быть возобновлено только при запуске пресса с восстановленными номинальными параметрами.

При резком возникновении неравномерного движения пресспорошка требуется оперативная аварийная остановка оборудования. Однако, при постепенном (медленном) уменьшении подачи пресспорошка данный процесс является неконтролируемым. Медленное уменьшение плотности оказывает влияние на «сырые» таблетки, так как процесс реагирования автоматики на усилие и ход пуансонов является инерционным. При этом количество таких таблеток может составлять всего несколько штук в общей массе. При выборочном контроле обнаружить такие таблетки достаточно сложно, следовательно, существует вероятность выпуска их в годную продукцию, что является неприемлемым.

Известно устройство для вибрационного уплотнения порошков. Устройство включает стол с лотком и приемным коробом для контрастирующего порошка. Подготовленные к заполнению внутренних полостей контрастирующим порошком отливки устанавливают в посадочные гнезда съемной кассеты, вручную поворачивают до упора поворотную плиту и краном управления включают пневмоцилиндры, прижимающие плиту с резиновой прокладкой к отливке. Щели совмещаются с засыпными щелями отливок. Тумблер включает ударный механизм. Устройство предназначено для уплотнения контрастирующего порошка в отливках со сложной конфигурацией, с глубокими и узкими полостями за счет более эффективного использования виброударного воздействия. Данное устройство не может использоваться для уплотнения порошка ядерного топлива в процессе его засыпки на пресс, так как имеет сложную конструкцию (RU 2048265, опуб. 20.11.1995).

Наиболее близким аналогом изобретения является устройство непрерывного контроля плотности пресспорошка ядерного топлива при его засыпке в устройство прессования топливных таблеток (RU 2572241, опуб. 10.01.2016), содержащее бункер с пресспорошком, который соединен вертикальной засыпной трубой с устройством прессования таблеток. Вблизи устройства прессования с противоположных сторон трубы установлены источник гамма-излучения, и блок детектирования, который соединен с блоком регистрации, включающим преобразователь сигнала и электронный графический регистратор, последовательно соединенные линиями связи. Контроль плотности пресспорошка ядерного топлива на входе в устройство прессования позволяет вовремя отслеживать снижение качества его текучести (снижение плотности) и останавливать прессование с целью недопущения производства топливных таблеток с неправильной геометрией и пониженной плотностью. Но данное устройство не позволяет оперативно устранять неравномерное движение пресспорошка в процессе его подачи в пресс.

Данные недостатки отсутствуют в устройстве контроля и поддержания равномерности движения пресспорошка ядерного топлива при его засыпке в устройство прессования топливных таблеток.

Задачей изобретения является создание высокоэффективного устройства, поддерживающего равномерное движение пресспорошка при его засыпке в устройство прессования топливных таблеток.

Технический результат изобретения заключается в обеспечении контроля и поддержания равномерности движения пресспорошка ядерного топлива при его подаче на прессование топливных таблеток и в обеспечении, таким образом, необходимого качества получаемых таблеток ядерного топлива.

Технический результат достигается устройством контроля и поддержания равномерности движения пресспорошка ядерного топлива при его засыпке в устройство прессования топливных таблеток, содержащее бункер, соединенный засыпной трубой с устройством прессования таблеток, блок детектирования гамма-излучения, расположенный в непосредственной близости с боковыми стенками засыпной трубы, промышленный компьютер для регистрации и обработки результатов измерений. На стенке засыпной трубы установлен пневматический вибратор для поддержания равномерности движения пресспорошка, а блок детектирования гамма-излучения состоит из двух детекторов, расположенных вдоль засыпной трубы на расстоянии друг от Друга.

В качестве источника гамма-излучения используются пресспорошки ядерного топлива. Измерения происходят в диапазоне энергий гамма-излучения от 0 до 500 кэВ.

На фиг. 1 изображена схема предложенного устройства.

На фиг. 2 изображен сигнал рассогласования детекторов 2 и 3.

На фиг. 3 изображена функции распределения характеристического излучения ядерного топлива во времени с иллюстрацией неравномерности движения пресспорошка во время технологического процесса прессования таблеток.

На Фиг. 4 изображен результат работы предложенного устройства.

Устройство контроля и поддержания равномерности движения пресспорошка ядерного топлива при его засыпке в устройство прессования топливных таблеток содержит бункер 9 с пресспорошком, который через засыпную трубу 10 соединен с установкой прессования 8. Блок детектирования гамма-излучения включает два сцинтилляционных детектора 2 и 3 на основе кристаллов (например, NaI(Tl)), расположенные вдоль засыпной трубы на расстоянии друг от друга перед прессом и соединенные с блоком регистрации, управления и обработки результатов измерения 7, включающим компьютер со спектрометром (например, SBS-77), коммутационными кабелями управления 12 и линиями обратной связи 4 и 5. Пневматический вибратор 1 предназначен для устранения неравномерного движения порошка в процессе его засыпки в пресс и управляется через пневматический клапан 11, подключенный к линии подачи сжатого воздуха 6. Детектор 3 предназначен для первичной регистрации гамма-излучения, исходящего от установившегося столба пресспорошка ядерного топлива, Детектор 2 предназначен для вторичной регистрации и выработки сигнала обратной связи при возникновении рассогласования. Спектрометр (например, SBS-77) предназначен для обработки спектрометрической информации зарегистрированного гамма-излучения. Данный спектрометр установлен в промышленный компьютер, предназначенный для анализа и расчета полученной информации о движении пресспорошка в технологическом узле засыпки, а также для управления процессом засыпки с выводом трендов, иллюстрирующих ход протекания процесса на монитор блока управления и обработки результатов измерения 7.

Устройство работает следующим образом.

1. Пресспорошок поступает из бункера 9 в устройство прессования таблеток 8 по вертикальной засыпной трубе 10. Детекторами типа БДЭГ на основе кристаллов NaI(Tl) 2 и 3 авто-эмиссионным методом осуществляют измерение собственного гамма-излучения пресспорошка урана. Детектор 3 обладает опережающей оценкой уровня сигнала относительно детектора 2. Детектор 3 обеспечивает обратную связь как результат работы пневматического вибратора 1 в виде зарегистрированной распределенной последовательности электрических импульсов, сигналы от детектора 2 по линиям связи 4 подаются на промышленный компьютер 7 и сравниваются с сигналами обратной связи детектора 3. При рассогласовании сигналов между детекторами 2 и 3 промышленный компьютер через линии управления 6 включает вибратор 1, устраняющий возникшую неравномерность в плотности движущегося столба пресспорошка и рассогласование между детекторами 2 и 3, после чего вибратор 1 прекращает работу. Пневматический вибратор 1 представляет собой приспособление произвольной формы, корпус которого выполнен из высокопрочного металла (например, из специального алюминия), закрепленное на стенке засыпной трубы с помощью затяжных хомутов, осуществляющую автоматическую утряску с уплотнением пресспорошка до тех пор, пока существует сигнал обратной связи при рассогласовании показаний детекторов. Вибратор оборудован стальным кольцом, внутри которого помещен стальной шарик. Вибрация создается за счет центробежной силы, действующей на шарик под воздействием сжатого воздуха. Принцип действия устройства при оценке неравномерности движущегося порошка заключается в регистрации рассогласования собственного потока γ-квантов измеряемой пробы порошка ядерного топлива в разные моменты времени при последовательном расположении детекторов 2 и 3 на технологическом узле засыпки установки прессования 8, прошедшего через ограниченные коллиматорами (входные отверстия блоков защиты) участков контролируемой вертикальной засыпной трубы 10 для управления вибратором 1.

В процессе контроля и управления насыпной плотностью пресспорошка в технологическом узле засыпки 10 при возникновении рассогласования детекторов 2 и 3 промышленный компьютер 7 выдает управляющий сигнал на пневматический клапан 11 для подачи сжатого воздуха на вибратор 1, при этом, вибратор 1 устраняет возникшее рассогласование, используя сигналы обратной связи детекторов 2 и 3. При отсутствии сигнала рассогласования промышленный компьютер 7 отключает пневматический клапан 11, прерывая подачу сжатого воздуха на вибратор 1. Ход протекания процесса отображается на экране монитора компьютера 7.

Устройство позволяет с высокой эффективностью автоматически поддерживать равномерность движения пресспорошка в технологическом узле засыпки установки прессования, визуализируя ход протекания процесса.