[发明专利]核燃料棒制造的分段补给系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及轻水反应堆核燃料组件的燃料棒的生产。更特别地， 本发明提供一种在核燃料组件的核燃料棒的生产过程中，用于将核燃 料芯块容纳在核燃料棒包壳管中的分段补给系统和方法。

背景技术

由于在燃料生产中需要采取一定量的预防步骤，核燃料的生产通 常昂贵和复杂。为了生产安全的核燃料，核燃料棒设计成具有几个不 同的构件，每个构件具有特别的技术目的。最里面构件通常是浓缩铀 陶瓷材料，它制成芯块的形式。各个芯块头尾相连以柱形放置。芯块 然后放置在由抗腐蚀金属制造的细长棒(称为燃料包壳)的内部。通 常，根据几种工艺将核燃料芯块装载到燃料包壳内。浓缩铀陶瓷材料 在反应堆运行过程中通过燃料包壳使其免受机械和化学磨损。在最初 制造时，在棒的两端，核燃料包壳是敞开的(未密封的)。第一个下端 件能够焊接到包壳上。然后将核燃料芯块填充该包壳。最后，将上端 件焊接到燃料包壳的留下的敞开端，由此形成制成的燃料棒。作为预 防措施，弹簧和/或其他器件也包括在由燃料包壳封闭的空间内，以允 许铀燃料芯块在燃料包壳中在规定范围内膨胀和偏移。每个制成的燃 料棒然后由燃料棒制造商贮存。在用于形成燃料组件的过程中，大量 的制成的燃料棒然后按平行布置构造，由燃料组件隔架分开，以防止 燃料棒彼此接触。

目前将核燃料芯块容纳在燃料包壳内的工艺具有一些缺点，因此 经济上不是有效的。由于所涉及构件的敏感特性，核燃料棒的生产需 要质量保证检查，以确保在核燃料棒的生产中不出现缺陷。为了消除 人为错误，许多的系统和工艺希望使用自动化系统来消除工人在工艺 过程中的介入。愿望虽好，但是自动化系统必须仔细地设计，以便在 燃料棒的制造过程中，没有任何阻塞机器和使生产停止的松动部件和/ 或零件产生。这些自动化系统的形成是极端复杂的，而且所形成的系 统由于设计人员不能精确预测在燃料棒的生产中所遇到的故障模式和 问题而易出错误。

在目前的自动化装载系统中，核燃料芯块从燃料芯块升降机提取 并由传送机输送到分段补给台。芯块在条形码读出器的协助下从燃料 芯块升降机装卸，条形码读出器限制核燃料芯块从燃料芯块升降机的 进出。燃料芯块从燃料芯块托盘取出，该托盘携带芯块并将其放置在 分段补给台上。燃料芯块平行定向放置，然后由推动装置压实，以形 成含铀陶瓷材料柱。推动装置连接到一个线性可变差接变压器，该变 压器构造成可提供一个电输出信号。该信号然后被读出，因此单个燃 料芯块柱的总长被确定。然后，计算机将燃料棒的整个设计规格和从 线性可变差接变压器得到的输出信号比较。如果在核燃料芯块柱长度 的预期设计值和测量值之间的差满足预定的阈值，然后用核芯块柱装 载燃料棒包壳。如果燃料芯块柱的总长度在阈值之外，然后，燃料芯 块从分段补给台上被拒收。上端帽然后被焊接到燃料棒包壳的现有敞 开侧，由此制成核燃料棒。

只利用线性可变差接变压器的自动化系统不能识别位于分段补给 台上的损伤的燃料芯块。这些自动化系统在核燃料棒的制造过程中只 检查要容纳在包壳内的核材料的总长，并不执行任何其他质量保证检 查。这样，如果单个核燃料芯块破裂，破裂的燃料芯块将被装载进入 核燃料棒，只要预期的核燃料芯块柱的总长在规定的设计参数范围内。 在不规则形状的燃料芯块的情况下，只要燃料芯块柱的总长在预期的 总长参数范围内，破裂的燃料芯块将被容纳到核燃料棒包壳内。如果 燃料芯块是不规则形状的，芯块将接合在紧配合包壳上，因此阻塞装 载操作。然后，操作员必须从分段补给台取出核燃料芯块。然后，装 载设备必须重新调整，新的燃料盘必须提供到分段补给台，以便核燃 料棒的继续生产。在阻塞条件下，许多核燃料芯块从分段补给台的卸 载需要许多手工操作，引起停止核燃料棒的生产。这种阻塞阻碍了分 段补给装置的整个生产能力，并严重限制了生产率。

其他燃料芯块装载系统的另一个缺点是这些系统需要连续精细调 整线性可变差接变压器系统，以便精确地测量出现在分段补给台上的 核燃料芯块柱的长度。对于在分段补给台上的燃料芯块，需要大量的 线性可变差接变压器，以提供出现的燃料芯块柱的精确测量。因此有 必要提供一个系统，它将精确地测量出现在分段补给台上的核燃料芯 块柱。

同样有必要提供一个设备和方法，它们将能够使操作员在核燃料 棒的制造过程中执行核燃料芯块的附加质量保证检查。