一种球形燃料元件成型的设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及核反应堆燃料元件制备技术领域，特别涉及一种球形燃料元件成型的设备。
【背景技术】
[0002]目前球床式高温气冷堆所使用的球形燃料元件直径为60mm，包括燃料区和无燃料区。球形燃料元件的整体为石墨基体，外层为厚约5mm左右的无燃料区，基本结构为无燃料的石墨球壳内填满由包覆燃料颗粒和石墨基体组成的弥散体燃料。
[0003 ]球形燃料元件的制备工艺包括:基体石墨粉制备、包覆颗粒穿衣、芯球压制、生坯压制、车削、碳化、高温纯化，其中生坯球燃料区和无燃料区的成型为球形元件制造工艺中核心技术。球形燃料元件成型的工艺原理包括穿衣颗粒与基体石墨粉的混合、混合物装入橡胶模具内并压制成芯球、终压模具中无燃料区的造型、最后终压得到略大于目标尺寸的生坯。但是具体如何使球形燃料元件成型，包括如何将穿衣颗粒与基体石墨粉进行混合，如何压制成芯球以及如何最终如何成型，现有技术中并没有公开。中国专利申请CN201210177503公开了一种真空准等静压压机，用于球形燃料元件生坯的压制，但是球形燃料元件成型的其他步骤包括穿衣颗粒与基体石墨粉的混合、终压模具中无燃料区的造型等过程中采用何种工艺、采用何种设备并没有公开。所以，提供一种能够降低燃料元件成本、结构紧凑且操作方便的球形燃料元件成型设备具有十分重要的意义。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是如何提供一种结构紧凑、操作方便的球形燃料元件成型的设备。
[0005]为此目的，本发明提出了一种球形燃料元件成型的设备，包括:依次连接的燃料区成型系统、无燃料区造型系统和生坯球压制系统；
[0006]所述燃料区成型系统用于将芯球基体粉与核燃料颗粒均匀混合后压制成芯球；
[0007]所述无燃料区造型系统用于将无燃料的基体粉包裹所述芯球制成所述球形燃料元件；
[0008]所述生坯球压制系统用于将所述球形燃料元件压制成生坯球。
[0009]优选地，所述燃料区成型系统包括依次设置的芯球基体粉定量输送装置、核燃料颗粒均分装置、核燃料颗粒精确定量装置、初次搅拌装置、卸料装模装置、二次搅拌装置和芯球压制装置;所述芯球基体粉定量输送装置、核燃料颗粒精确定量装置、初次搅拌装置和卸料装模装置之间通过物料罐工位传输装置进行连接；
[0010]所述芯球基体粉定量输送装置定量输送所述芯球基体粉至所述物料罐工位传输装置;所述核燃料颗粒均分装置和核燃料颗粒精确定量装置精确定量输送所述核燃料至所述物料罐工位传输装置;所述物料罐工位传输装置输送所述芯球基体粉和所述核燃料至所述初次搅拌装置;所述初次搅拌装置将所述芯球基体粉和所述核燃料搅拌均匀;所述物料罐工位传输装置将经过所述初次搅拌装置的所述芯球基体粉和所述核燃料输送至所述卸料装模装置;所述卸料装模装置将搅拌均匀的所述芯球基体粉和所述核燃料装满芯球模具;所述二次搅拌装置对所述芯球模具内的所述芯球基体粉和所述核燃料进行搅拌;所述芯球压制装置将所述芯球模具内的所述芯球基体粉和所述核燃料压制成芯球。
[0011]优选地，所述芯球基体粉定量输送装置包括用于所述芯球基体粉存储的第一料斗和位于所述料斗底部的螺旋给料器，所述芯球基体粉的输送量是通过所述螺旋给料器的给料时间控制的。
[0012]优选地，所述核燃料颗粒均分装置包括用于接收核燃料的旋转的第二料斗、与所述第二料斗相连接的分配管和多个用于接收所述分配管分配的所述核燃料的柱状容器，所述多个柱状容器整体可旋转；
[0013]所述核燃料精确定量装置包括具有底部悬挂功能的天平、悬挂于所述天平的底部的称量斗和用于向所述称量斗中添加核燃料并能储存核燃料的振动给料器；
[0014]其中，所述柱状容器的底部设有管道，通过所述多个柱状容器的旋转，将旋转到位的所述柱状容器内的所述核燃料通过所述管道输送至所述称量斗。
[0015]优选地，所述物料罐工位传输装置包括红外线定位传感器、靠电机传动的链条和安装于所述链条上的若干物料罐;所述红外线定位传感器用于确定所述若干物料罐的罐口是否分别对应所述芯球基体粉定量输送装置的输送口、所述核燃料精确定量装置的称量斗的卸料口、所述初次搅拌装置和所述卸料装模装置。
[0016]优选地，所述二次搅拌装置包括用于放置装满所述芯球基体粉和所述核燃料的芯球模具的底盘、支架和安装在所述支架上的可旋转的搅拌头;所述搅拌头伸入所述芯球模具的内腔；
[0017]工作时，所述搅拌头通过电机带动对所述芯球模具内的所述芯球基体粉和所述核燃料进行搅拌;所述底盘通过所述电机带动旋转，所述底盘的旋转方向与所述搅拌头的旋转方向相反。
[0018]优选地，所述芯球压制装置包括可上下移动的外套筒、固定在所述外套筒内的上冲头和可上下移动的下冲头;所述芯球模具的外径分别与所述外套筒的内径、所述上冲头的外径和所述下冲头的外径相同。
[0019]优选地，所述无燃料区造型系统包括依次设置的芯球定位传送装置、芯球定位转移装置、无燃料区基体粉定量输送装置和无燃料区造型装置;所述芯球定位传送装置通过所述芯球定位转移装置连接所述无燃料区造型装置;所述无燃料区基体粉定量输送装置连接所述无燃料区造型装置；
[0020]所述芯球定位传送装置和所述芯球定位转移装置将所述芯球转移到所述无燃料区造型装置；所述无燃料区基体粉定量输送装置向所述无燃料区造型装置输送所述基体粉;所述无燃料区造型装置使所述基体粉包裹所述芯球制成所述球形燃料元件。
[0021]优选地，所述芯球定位传送装置包括用于定位旋转的圆盘，圆盘上均匀分布有若干用于放置所述芯球的凸台；
[0022]所述芯球定位转移装置包括一个机械爪和带动所述机械爪沿水平和垂直方向移动的机械臂;所述机械爪在水平方向的移动范围为从所述芯球定位传送装置的凸台的正上方至所述无燃料区造型装置的模具的正上方。
[0023]优选地，所述无燃料区造型装置包括用于放置模具的活动的底盘、用于探测基体粉料位的探针和用于使所述球形燃料元件成型的圆弧形刮片;所述圆弧形刮片的圆心位于所述模具的垂直轴心线上。
[0024]本发明所提供的球形燃料元件成型的设备，按照工艺流程流水线作业分布，结构紧凑、操作方便、每个装置衔接合理，设备运行有较好的逻辑关系，易于实现自动化。通过无燃料区造型系统，得到终压后的球坯的球形度较好，只需要较少的加工裕量，减少了基体石墨粉的浪费，降低了燃料元件成本。另外，通过核燃料均分装置和核燃料颗粒精确定位装置，得到的核燃料和基体粉的配比准确，因此通过采用本发明球形燃料元件成型的设备制作的球形燃料元件的成品率高。
【附图说明】
[0025]通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中:
[0026]图1示出了本发明燃料区成型系统和无燃料区造型系统的结构示意图；
[0027]图2示出了本发明一种实施方式的燃料区成型系统的结构示意图；
[0028]图3示出了本发明一种实施方式的核燃料颗粒均分装置的剖视图；
[0029]图4示出了本发明一种实施方式的物料罐工作传输装置的剖视图；
[0030]图5示出了本发明一种实施方式的二次搅拌装置的立体结构示意图；
[0031 ]图6示出了本发明一种实施方式的芯球压制装置的剖视图；
[0032]图7示出了本发明一种实施方式的无燃料区造型系统的结构示意图；
[0033]图8示出了本发明一种实施方式的无燃料区造型系统的立体结构示意图。
【具体实施方式】
[0034]下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。
[0035]如图1所示，一种球形燃料元件成型的设备，包括:依次连接的燃料区成型系统、无燃料区造型系统和生坯球压制系统;燃料区成型系统用于将芯球基体粉与核燃料颗粒均匀混合后压制成芯球;无燃料区造型系统用于将无燃料的基体粉包裹所述芯球制成所述球形燃料元件;生坯球压制系统用于将球形燃料元件压制成生坯球。
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