×
29.06.2019
219.017.9afc

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ ТРУБЧАТЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ РАЗНОРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО НАПРАВЛЯЮЩИХ КАНАЛОВ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРОК ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к технологии сборки деталей и узлов, в частности при соединении трубчатых деталей из разнородных материалов, и может быть использовано в различных областях техники. Способ заключается в том, что на наружную поверхность циркониевой трубы 2 устанавливают с натягом по спирали проволоку 3 из нержавеющей стали, предварительно навитую. Затем устанавливают трубу с проволочной навивкой внутрь внешней трубы 1 из нержавеющей стали. Осуществляют ротационное обжатие по наружной поверхности внешней трубы. Величину натяга выбирают в зависимости от отношения внутреннего диаметра D проволочной спирали в свободном состоянии к внутреннему диаметру D проволочной спирали в навитом состоянии. Данное отношение составляет от 0,73 до 0,84. Диаметр d проволоки из нержавеющей стали выбирают от 0,47•Δ до 0,53•Δ, где Δ - толщина стенки циркониевой трубы. В результате повышается степень фиксации проволоки на циркониевой трубе, уменьшается неравномерность внедрения проволоки в материалы трубчатых деталей, исключается образование в соединении зон с низкими механическими и коррозионными свойствами, повышается надежность соединения трубчатых деталей в условиях радиационного облучения. 4 ил.

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к технологии сборки деталей и узлов, в частности при соединении трубчатых деталей из разнородных материалов, и может быть использовано в различных областях техники: в химическом, авиационном энергетическом машиностроении и пр., особенно в атомном машиностроении при соединении изделий, которые эксплуатируются в условиях повышенных температур и подвергаются воздействию агрессивных сред и нейтронного потока.

Уровень техники
В самых различных областях машиностроения и в быту используется множество способов соединения деталей, в частности, трубчатой формы, выполненных как из однородных материалов, так и из разнородных материалов. Соединения выполняют с помощью клея, сварки трением, электронно-лучевой сварки, диффузионной сварки, при помощи муфт, резьбовых элементов, посредством промежуточных элементов и пр.

Известен способ соединения труб, заключающийся во введении между трубами герметизирующего клеевого состава (SU 1679124, F 16 L 13/04, 1986). Использование клеевого состава упрощает технологию соединения трубчатых деталей и позволяет соединять элементы из разнородных материалов. Однако использовать такое соединение в условиях высоких температур, тем более при значительных механических нагрузках, невозможно в связи с разрушением клеевого состава.

Известен способ холодной сварки разнородных металлов, заключающийся в том, что детали из разнородных металлов помещают между пуансонами сварочного аппарата и сжимают значительным давлением (SU 1727293, В 23 К 20/00, 1989). При повышенных давлениях частицы металлов проникают друг в друга, обеспечивая соединение деталей. Способ не обеспечивает достаточную прочность соединения.

Известен способ сварки трением деталей из разнородных материалов с применением промежуточной вставки из материала, более мягкого, чем свариваемые материалы (SU 1764901, В 23 К 20/12, 1989). Данный способ имеет высокую трудоемкость и не обеспечивает необходимую прочность при эксплуатации соединения в условиях высоких температур.

Способ диффузионной сварки нержавеющих сталей с несвариваемыми составами предполагает установку между соединяемыми поверхностями промежуточной трехслойной переходной прокладки, внешние слои которой свариваются с соединяемыми деталями (SU 1593849, В 23 К 20/16, 1988). Способ позволяет получить качественное соединение при работе в условиях высоких температур и нагрузок.

Наиболее близким по технической сущности к описываемому изобретению является способ соединения трубчатых деталей из разнородных материалов, преимущественно направляющих каналов тепловыделяющих сборок ядерного реактора, заключающийся в том, что на наружную поверхность циркониевой трубы навивают по спирали проволоку из нержавеющей стали, устанавливают циркониевую трубу с проволочной навивкой внутрь внешней трубы из нержавеющей стали и осуществляют ротационное обжатие по наружной поверхности внешней трубы (RU 2127178, В 23 К 20/16, 1999). В известном способе после навивки проволоки из нержавеющей стали на поверхность циркониевой трубы осуществляют фиксацию проволочной спирали путем сварки ее концов с наружной поверхностью циркониевой трубы. Однако фиксация спирали посредством сварки может привести к негативному воздействию в процессе соединения труб при ротационном обжатии и при эксплуатации в условиях высоких нагрузок, особенно в условиях радиационного облучения по следующим причинам. Во-первых, несмотря на приварку концов проволоки к наружной поверхности циркониевой трубы, витки проволоки могут перемещаться вдоль оси циркониевой трубы под действием сил, воздействующих на проволоку в процессе ротационного обжатия. В результате витки проволоки будут внедрены в материалы труб с неравномерным шагом, что снижает прочность соединения. Во-вторых, неравномерный шаг витков проволоки приведет к тому, что при внедрении проволоки в материалы труб будет иметь место неоднородная деформация в различных поперечных сечениях проволоки, что также снизит надежность и прочность соединения. В-третьих, при сварке концов проволоки с наружной поверхностью циркониевой трубы в зоне сварки образуется эвтектика с низкими механическими и коррозионными свойствами, что недопустимо. Кроме того, негативные вышеотмеченные факторы будут усилены в условиях радиационного облучения, а сварка концов проволоки с поверхностью циркониевой трубы увеличивает трудоемкость технологического процесса в целом.

Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является разработка и создание способа соединения трубчатых деталей из разнородных материалов, упрощающего технологию изготовления и обеспечивающего повышение прочности соединения в условиях высоких температур и силовых нагрузок, особенно в агрессивных средах, под действием давлений и радиационного облучения.

В результате решения данной задачи могут быть получены новые технические результаты, заключающиеся в повышении степени фиксации проволоки на циркониевой трубе, уменьшении неравномерности внедрения проволоки в материалы трубчатых деталей и в исключении образования в соединении зон с низкими механическими и коррозионными свойствами, а также в повышении надежности соединения трубчатых деталей в условиях радиационного облучения.

Данные технические результаты достигаются тем, что в способе соединения трубчатых деталей из разнородных материалов, преимущественно направляющих каналов тепловыделяющих сборок ядерного реактора, заключающемся в том, что циркониевую трубу с проволочной навивкой устанавливают внутрь внешней трубы из нержавеющей стали и осуществляют ротационное обжатие по наружной поверхности внешней трубы, проволоку предварительно навивают, затем устанавливают на поверхность циркониевой трубы с натягом, характеризующимся тем, что отношение внутреннего диаметра Dспс проволочной спирали из нержавеющей стали в свободном состоянии к внутреннему диаметру Dспс проволочной спирали из нержавеющей стали в навитом состоянии составляет от 0,73 до 0,84, причем диаметр d проволоки из нержавеющей стали выбирают от 0,47•Δ до 0,53•Δ, где Δ - толщина стенки циркониевой трубы.

Отличительная особенность настоящего изобретения состоит в следующем. Осуществление установки проволоки на наружную поверхность с натягом позволяет, с одной стороны, повысить надежность фиксации всех витков проволоки на циркониевой трубе и исключить смещение витков проволоки в процессе ротационного обжатия. С другой стороны, установка проволоки на циркониевую трубу с натягом исключает необходимость проведения операции приварки концов проволоки к наружной поверхности циркониевой трубы, что исключает образование на циркониевой трубе зон с низкими механическими и коррозионными свойствами. Усилие натяга выбрано экспериментально. Величина натяга характеризуется отношением внутреннего диаметра Dспс проволочной спирали в свободном состоянии к внутреннему диаметру Dспс проволочной спирали в навитом состоянии и составляет от 0,73 до 0,84. Очевидно, что при установке проволоки с натягом на циркониевую трубу после снятия проволочной спирали с трубы ее диаметр уменьшится за счет упругих свойств материала проволоки. Если внутренний диаметр Dспс проволочной спирали в свободном состоянии после установки с натягом и снятии с циркониевой трубы больше 0,84•Dспс, то величина натяга мала для надежной фиксации спирали. Если внутренний диаметр Dспс проволочной спирали в свободном состоянии после установки с натягом и снятии с циркониевой трубы будет меньше 0,73•Dспс, то возможна существенная пластическая деформация проволоки, а также формоизменение циркониевой трубы при установке проволоки на циркониевую трубу с натягом. Естественно, что внутренний диаметр Dспс проволочной спирали в навитом состоянии равен наружному диаметру Dцт циркониевой трубы. При фиксации проволоки за счет натяга существенным является не только величина натяга, но и диаметр d проволоки в зависимости от толщины Δ стенки циркониевой трубы. Если диаметр проволоки меньше, чем 0,47•Δ, проволока в меньшей степени внедряется в циркониевую трубу при ротационном обжатии и не создает требуемой прочности соединения. Если диаметр проволоки больше 0,53•Δ, то возможно формоизменение циркониевой трубы в процессе ротационного обжатия, поскольку навивка проволоки на трубу осуществляется с натягом, при котором циркониевая труба подвергается механическому нагружению.

На фиг. 1 показан общий вид соединения, получаемого при реализации описываемого способа.

На фиг. 2 изображена часть проволочной спирали, установленной с натягом на поверхность циркониевой трубы.

На фиг.3 изображена проволочная спираль в свободном состоянии.

На фиг.4 приведена картина внедрения в металл трубчатых деталей.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Соединение состоит из внешней трубы 1, выполненной из нержавеющей стали, в которую установлена циркониевая труба 2. На наружной поверхности циркониевой трубы установлена по спирали проволока 3 из нержавеющей стали. Проволоку из нержавеющей стали устанавливают на поверхность циркониевой трубы с натягом. Величину натяга определяют несложными экспериментами исходя из получаемых отношений внутреннего диаметра Dспс проволочной спирали из нержавеющей стали в свободном состоянии к внутреннему диаметру Dспн проволочной спирали из нержавеющей стали в навитом состоянии в зависимости от усилия натяга. Усилие натяга выбирают таким образом, чтобы указанное отношение составляло от 0,73 до 0,84. При изготовлении трубчатых деталей из нержавеющей стали и цирконийсодержащих материалов путем установки проволоки с натягом необходимо использовать проволоку с диаметром d, величина которого зависит от толщины Δ стенки циркониевой трубы. Диаметр d проволоки из нержавеющей стали выбирают от 0,47•Δ до 0,53•Δ. Предварительно навитую проволоку 3 устанавливают на поверхность циркониевой трубы с натягом на стандартном оборудовании.

Способ осуществляют следующим образом. Предварительно навитую проволоку 3 устанавливают на наружную поверхность циркониевой трубы 2 с натягом, количество витков которой, а следовательно, шаг навивки выбирают путем проведения несложных экспериментов в зависимости от требуемой прочности соединения. Затем циркониевую трубу 2 с установленной на ней проволокой 3 вставляют в трубу 1 из нержавеющей стали и производят окончательную операцию - ротационное обжатие на любом известном оборудовании. В результате происходит деформация проволоки 3 и ее внедрение в стенку трубы 1 из нержавеющей стали и стенку циркониевой трубы 2 (фиг.4).

Надежность фиксации внутренней циркониевой трубы 2 в трубе 1 из нержавеющей стали с промежуточным элементом - проволокой 3, установленной по спирали, подтверждена при нагреве соединения до температуры 350oС с механическим нагружением до требуемой величины.

Таким образом, использование описываемого способа позволяет за счет простой технологии с использованием стандартного известного оборудования получить надежное соединение трубчатых деталей при обеспечении прочности, надежности и герметичности. Особенно способ рекомендуется использовать при изготовлении направляющих каналов для тепловыделяющих сборок ядерных реакторов, поскольку соединение надежно функционирует в условиях радиационного облучения.

Способсоединениятрубчатыхдеталейизразнородныхматериалов,преимущественнонаправляющихканаловтепловыделяющихсборокядерногореактора,заключающийсявтом,чтоциркониевуютрубуспроволочнойнавивкойустанавливаютвнутрьвнешнейтрубыизнержавеющейсталииосуществляютротационноеобжатиепонаружнойповерхностивнешнейтрубы,отличающийсятем,чтопроволокупредварительнонавивают,затемустанавливаютнаповерхностьциркониевойтрубыснатягом,характеризующимсятем,чтоотношениевнутреннегодиаметраDпроволочнойспиралиизнержавеющейсталивсвободномсостоянииквнутреннемудиаметруDпроволочнойспиралиизнержавеющейсталивнавитомсостояниисоставляетот0,73до0,84,причемдиаметрdпроволокиизнержавеющейсталивыбираютот0,47•Δдо0,53•Δ,гдеΔ-толщинастенкициркониевойтрубы.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 21-30 of 44 items.
20.02.2019
№219.016.c1b1

Способ изготовления таблеток ядерного топлива с регулируемой микроструктурой

Изобретение может быть использовано при изготовлении таблеток ядерного топлива из ядерных делящихся материалов, в частности при изготовлении таблеток с регламентируемой микроструктурой. Способ изготовления таблеток ядерного топлива включает смешивание порошка ядерного делящегося материала, по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002423742
Дата охранного документа: 10.07.2011
20.03.2019
№219.016.e4d0

Способ непрерывного контроля герметичности тепловыделяющих элементов и автоматизированная установка для его осуществления

Способ непрерывного контроля герметичности тепловыделяющих элементов (твэл) и автоматизированная установка для его осуществления предназначены для использования в области ядерной энергетики. Способ непрерывного контроля герметичности твэлов включает в себя обдув поверхности твэла эжектирующей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02225048
Дата охранного документа: 27.02.2004
20.03.2019
№219.016.e627

Способ изготовления таблеток ядерного топлива

Изобретение относится к ядерной технике, а именно к технологии изготовления таблеток ядерного топлива из смесей на базе диоксида урана, в частности к подготовке порошков к «сухому» прессованию. Способ изготовления таблеток ядерного топлива включает обработку исходных порошков с использованием...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002358342
Дата охранного документа: 10.06.2009
20.03.2019
№219.016.e682

Установка для совместной утилизации твердых и жидких отходов, загрязненных радиоактивными компонентами

Изобретение относится к области утилизации органосодержащих отходов, загрязненных радиоактивными компонентами (спецодежда, фильтры, смывные воды и т.п.), образующихся в ходе технологических процессов. Установка для совместной утилизации твердых и жидких отходов, загрязненных радиоактивными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002339099
Дата охранного документа: 20.11.2008
10.04.2019
№219.017.004f

Тепловыделяющий элемент ядерного реактора на быстрых нейтронах

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к конструкциям тепловыделяющих элементов для реакторов на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем. Наружный диаметр оболочки выбран от 5,9 мм до 7,5 мм, толщина стенки оболочки выбрана следующего состава, мас.%: углерод...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02241266
Дата охранного документа: 27.11.2004
10.04.2019
№219.017.00ad

Способ изготовления таблеток ядерного топлива

Изобретение относится к ядерной энергетике и касается технологии изготовления таблеток ядерного топлива путем смешения сырьевых порошков с различной концентрацией содержания урана-235 и повышенным содержанием урана-234 и урана-236, в частности при использовании порошков регенерированного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02202130
Дата охранного документа: 10.04.2003
10.04.2019
№219.017.012d

Способ переработки твердого керамического ядерного топлива и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области производства твердого керамического ядерного топлива. Сущность изобретения: способ переработки твердого керамического ядерного топлива включает его диспергирование путем окисления потоками воздуха, подаваемыми под слой нагретого топлива. При этом на окисление...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002258964
Дата охранного документа: 20.08.2005
10.04.2019
№219.017.0517

Опорная решетка для тепловыделяющей сборки ядерного реактора

Изобретение относится к области атомной энергетики, в частности к опорным решеткам тепловыделяющих сборок энергетических ядерных реакторов. Опорная решетка для тепловыделяющей сборки ядерного реактора выполнена в виде перфорированной пластины. Пластина имеет отверстия круглой и шестиугольной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002308775
Дата охранного документа: 20.10.2007
10.04.2019
№219.017.0551

Отбойная решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора

Изобретение относится к устройствам ядерных реакторов, а именно к элементам ТВС (тепловыделяющей сборки), служащим для предотвращения выхода твэлов (тепловыделяющих элементов) за пределы активной зоны и выравнивания температуры теплоносителя на выходе из ТВС. Отбойная решетка ТВС выполнена в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002364962
Дата охранного документа: 20.08.2009
10.04.2019
№219.017.0aab

Способ получения порошков оксидов урана с заданным содержанием урана-235

Изобретение относится к производству ядерного топлива. Смешивают урансодержащие порошки с различным содержанием урана-235. Смешению подвергают весь объем порошка с высоким содержанием урана-235 и часть порошка с низким содержанием урана-235. Полученную смесь растворяют в азотной кислоте....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02186031
Дата охранного документа: 27.07.2002
Showing 1-2 of 2 items.
10.04.2019
№219.017.004f

Тепловыделяющий элемент ядерного реактора на быстрых нейтронах

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к конструкциям тепловыделяющих элементов для реакторов на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем. Наружный диаметр оболочки выбран от 5,9 мм до 7,5 мм, толщина стенки оболочки выбрана следующего состава, мас.%: углерод...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02241266
Дата охранного документа: 27.11.2004
29.05.2019
№219.017.6457

Отстойник для разделения эмульсии

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к установкам для сбора и подготовки нефти и воды, и может быть использовано для разделения эмульсий. Отстойник содержит вертикальную цилиндрическую емкость, распределитель эмульсии в виде горизонтального патрубка и набора...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02242265
Дата охранного документа: 20.12.2004
+ добавить свой РИД