专利名称:制造核燃料棒的自动化系统的制作方法
本发明基本上涉及制造用于核反应堆的核燃料棒，更具体地涉及从放射性气体转化成粉末开始，通过加工粉末构成芯块，然后组装成燃料棒，这样的一种制造核燃料棒的独特自动系统。
常规的装入核反应堆的燃料元件一般称为燃料棒，该燃料棒含有裂变性材料，并且被组装成在核反应堆芯中产生足够促成高速核裂变的中子流的阵列集合，由此而以热的形式释放出大量的能量。向这样的反应堆芯中的燃料阵列从下而上地泵入诸如水类的冷却介质，以便汲出一部分热量用于工业生产。
通常，一根燃料棒系为一伸长的空心金属管子并在其内装有核燃料，它们是以圆柱形燃料芯块叠累起来的，管子的两端用上端塞和下端塞封闭，端塞为刚体的并在管端施以环缝焊接，以便严密地封住管端。在反应堆芯工作期间，燃料棒在堆芯内受到高温高压的作用，由于热量的增加而造成管子和芯块伸长和由于冷却介质的流动造成燃料棒震动，因此，芯块的尺寸应做得很准确，使其在芯块和管子内壁间具有可控的径向的间隙，以便适应由于热膨胀和燃料胀大而致的芯块增长。此外，由于芯块是脆性的并且容易在震动作用下劈裂，所以一般在管内上端塞和芯块堆顶部之间设置圈簧，以缓冲由于燃料棒的震动而招致的损坏芯块震动。
燃料棒的制造一般为先将放射性材料做成粉末，再混以所期望的化学成分，然后将该混合成的粉末先做成块儿，再碎成颗粒，再拌以润滑剂，最后压制此润滑了的颗粒成芯块坯。芯块坯被送至高温充氢的烧结炉中烧结而取得所要求的密度和微结构。在此烧结的芯块出炉后，再进行湿磨处理而加工到精确尺寸，并在装它们到燃料棒管内之前进行查视，在放到管中之后，再对燃料棒整体进行几次不同的检查。
因为制造燃料棒涉及到裂变性物质，所以迄今都是遵守放射性物质转换成燃料芯块所要求的几何控制的规章来进行，几何控制关系到安全措施，即采取限制被集合的放射性物质的数量使其远小于裂变所需的临界量，借此来消除产生连锁反应的可能性。这项安全措施可以下述方法实现，即在所限定的分批配件式操作的各制造阶段中对放射性物质和燃料棒部件执行高度人工处理。
例如，对给定浓度的一份放射性物质配料必须在制造过程的一定阶段完全进行处理，并且必须先把设备中所有这一浓度下的残留物质除净，才能对具有不同浓度的另批配料物质进行处理。因此，在每次配料的开始阶段，工人一般先用一个单独的容器从粉末状配料中盛出一小量放射性物质装到混合器中。待将该物质适当地混合，然后即人工地将此混成的粉末转到制芯块阶段，在此阶段即将这一数量的放射性物质加工成芯块坯。然后将芯块坯人工地装到烧结盘上送到烧结炉进料端并人工地卸下，穿过炉膛烧结后人工取出此烧结的芯块并送它到湿磨站，然后将磨后的芯块人工地置于检查托盘上，经过查视后人工地将其插入管子中，该管在使用前已通过各阶段的人工处理，并做过查视、清洁和在其两端附上端塞。
另一规定的要求是必须保持放射性物质从其起初的粉末状到其最后形成完整燃料棒中的芯块状的示踪能力，其最有效的实现方法是，对放射性物质和燃料棒部件在各种制造操作阶段执行高度人工处理。这不太困难，可在开始时从一已知配料中取一定量的放射性物质并将其通过制造操作的连续阶段传送即能鉴定出所制成的燃料棒含有哪种具体配料中的放射性物质。
高度人工处理的方法在燃料棒制造中迄今仍在辅助核工业满足几何控制和示踪能力的规定要求，并因此而在此工业领域中完满地应用了数十年，但同时这种涉及人工处理的情况对提高制造生产率和改进产品质量方面势必会有一定的限制作用。因此就需要开拓一种不同的制造燃料棒的方法，使制造效率和生产率提高，改进产品质量和可靠性，以及同时满足各种规定的要求。
本发明为满足上述需要而对制造核燃料棒设计出一个独特的自动化系统。从将放射性气体转化成粉末开始，通过将该粉末加工成芯块到完成燃料棒的组装，本发明充分汇集了各不同的常规制造过程步骤本身(其中有些迄今仍沿用分批配料式操作)而制造出连续或分步的流水式操作。本发明自动系统设计成具有年产量为400MTU(公吨铀)燃料棒，这表现出与目前用的年产量近200MTU的分批配料系统有明显的前进。
该自动系统对提高生产率和质量所做的改进，其主要因素如下。首先是，在转化UF6气体成为UO2粉末方面利用整体干燥线(IDR-Integrated Dry Route)的方法代换了铵基重铀酸盐(ADU-Ammonium Di Urinate)法，这一方法已得到英国核燃料有限公司(British Nuclear Fuels Limited)许可，它能连续地制出比利用ADU转化法获得更高烧结能力、易于加工的粉末，其次，利用了大量混合的方法，有利于改进产品的相容性。这些方法结合气力传输应用可大大降低物质处理要求、人身受放射照射和空中无线电干扰电平。第三，利用先进技术的产品监视操作和物质处理与过程控制的整体自动化系统减少了对操作人员的依赖并提高了产品质量。第四，作业线人员配备和总系统的操作(由UF6到制成燃料棒)以小组为基础，有利于进行文明和集体生产并减少了人力支配生产的需要。第五，增强自动生产线以致可精简实际的在线工作人员。改进了防止放射性散布的密闭性和处理方法，并利用先进的通风系统从而使操作人员受放射性污染程度及由于因工作条件限制而损失的时间都降到了最低限度。最后，应用自动化数据输入的整体管理信息系统(MIS)的设施提供了中央信息网，因而便于进行管理监视、生产计划和控制。整体管理信息系统将使配料物质的准确性、质量控制和产品的示踪能力方面得到保证，以致同时满足了用户的规程的要求。
因此，本发明提出一个由数个完整阶段组合成核燃料棒生产的自动化系统。首先是放射性粉末形成和加工阶段包括这样的组合(a)多个炉单元，用于容纳气体形态的放射性物质并将其转化成粉末形态;(b)多个检料漏斗单元，它分别与每个炉单元有流程联系，以从炉单元接受粉末，用于提供样粉和进行检验，并由此分配这些粉末，所以至少有一个检料漏斗单元从与其相关的一个炉单元盛装粉末，而至少有另一个检料漏斗单元从事分配其中的粉末，借此至少能够由一个检料漏斗进行连续分配;(c)多个与检料漏斗单元有流程联系的混合单元，用于从检料漏斗单元接受粉末和将此粉末混合成适于加工成核反应堆燃料的放射性混合物，混合单元的数目少于检料漏斗单元的数目;以及(d)阀门装置，用于控制每次有一个混合单元从检料漏斗单元盛装粉末，因此当一个混合单元装粉末时，而有另外混合单元进行分配混合粉末，借此使混合粉末由各混合单元进行连续分配，以便按序地加工成适于应用的核燃料。同样，多个混合单元还包括另外容有混合粉末的混合单元，这个混合单元在混合单元之一盛装粉末和另一混合单元正在分配粉末时用作取样进行分析。
其次，制造核燃料棒的自动化系统包括有一道放射性芯块加工阶段，这个阶段中包括有多个芯块加工单元，用于接受适于作核燃料的放射性混合物合成的粉末。芯块加工单元可控地压缩粉末成块儿，然后粒化该块儿，再掺以润滑剂并最后把此混合物形成一个个的放射性混合物芯块坯。这些芯块加工单元组成一条生产芯块坯的连续作业线，即使加工单元之一暂时退出工作仍能连续生产。
第三，该自动化系统包括有一个芯块处理阶段，该阶段包括下列组合(a)多个烧结炉单元，芯块坯即从每炉单元的进料端输入，当它们移动地通过炉内时即被烧结成芯块，然后再卸出这些完全烧结成的芯块;烧结炉的数量比芯块坯加工单元的数量多，所以即使一个炉暂时退出工作，也仍能连续烧结出芯块;(b)接收从烧结炉卸下的烧结芯块的装置，为定期对此烧结芯块随机取样之用。更详细地说，芯块处理阶段还包括(c)大量的烧结盘;(d)传输该烧结盘和提供累加储存用的传输装置;以及(e)将芯块坯从芯块加工单元装到该传输装置上的烧结盘上的装置。该传输装置可操作地布置成与多个烧结炉单元成这样的关系，即可载着每个烧结盘直接进到一个炉的进料端，并移动地通过该炉内以在其中烧结载在其上的芯块，并且直接从一个炉的完成烧结的卸料端导出。芯块处理阶段进一步还包括(f)多个芯块研磨单元，用于将烧结的芯块精确地研磨到规定尺寸;(g)为把传输装置上的盘上的烧结芯块单排逐一送到芯块研磨单元的装置;(i)一个芯块存取单元，用于收存被检查的芯块;以及(j)传输装置，用于将芯块单排逐个从研磨单元通过检验单元而传输到存取单元。
最后，该燃料棒制造自动化系统包括管子准备、燃料棒加工和检验阶段，它们包括有(a)准备装芯块的燃料棒管子的装置;
(b)将管子和芯块组装成完整燃料棒的装置;以及(c)检验完成的燃料棒的装置。
对本发明的较佳实施方案将参照下述附图举例说明于后。
图1为本发明的制造燃料棒自动化系统主要阶段的总体方框图，并指示出相关图表，在相关图表中已详细示出该系统中每一处理阶段的过程和设备;
图2为制造燃料棒自动化系统中有关粉末形成和处理以及芯块加工各阶段中各处理步骤的详细流程图;
图3为制造燃料棒自动化系统中有关芯块处理阶段各处理步骤的详细流程图;
图4为制造燃料棒自动化系统中有关管子准备阶段处理步骤的详细流程图;
图5为制造燃料棒自动化系统中有关燃料棒加工和检验阶段各处理步骤的详细流程图;
图6是制造燃料棒自动化系统中有关粉末形成和处理以及芯块加工阶段所有设备的简要纵剖视图;
图7为图6中设备简略了支撑结构的顶视平面图;
图8为制造燃料棒自动化系统中芯块处理、管子准备、燃料棒加工和检验阶段的有关设备的简要顶视平面图。
在以下描述中对各图中相同的标号指示相同或相应部分，应理解为诸如“向前”、“向后”、“左”、“右”、“向上”、“向下”等和类似词，只是为说起来方便的用语，不能被认作为限制性用语。
现参照图1如总标号10所示，具体解说本发明核燃料棒自动制造系统的主要的、连续和各相互有关阶段的流程。对其中每个阶段将参照图2到图5的处理步骤和示于图6到图8的设备配置详细阐述于后。但在对自动化系统10的各阶段进行详细讨论之前，先概述一下该自动化系统10。
在图1的自动化系统10中，作为第一阶段的方框12内写有题目“粉末形成和处理”，在这一阶段下，把一种合适的放射性气体-例如UF6(六氟化铀)转化成粉末形式的另一种放射性物质-例如UO2(二氧化铀)，然后将其混合成为适于加工成芯块的混合物。下一步，在图1的自动化系统10的第二阶段方框14内写有“芯块加工”字样，在这一阶段，把被混合的粉末形成芯块坯。在加工之后，该芯块坯被烧结、取样、研磨、检验和储存，所有这些步骤都在加热条件下在图1的方框16“芯块处理”阶段中进行。在芯块被加工和处理的同时，另外，核燃料棒的其它主要部分，装入芯块用的空心管子在进行准备，如图1的方框18所示，称为“管子准备”的即代表这一工序。最后，图1中方框20标题为“燃料棒加工和检验”，在这阶段完成对准备的管子、储存的芯块的装配和对装配好的燃料棒进行检验。
粉末形成和处理现在结合图2、6和7说明在制造燃料棒自动化系统10的第一和第二阶段中，粉末形成和处理阶段12以及芯块加工阶段14所涉及的过程和设备。在本节中将叙述合适的粉末状放射性复合物的形成和处理，形成芯块过程留在下节叙述。
首先，从自动化系统10中阶段12开始粉末形成和处理，也即从图2的△框22开始，含有原料UF6气的圆柱体根据需要而从储仓中取出并装到蒸发单元中之一-例如图6和7中所示的一个蒸发器内，为了在方框26阶段蒸发UF6气体，把圆柱体在蒸发器24中用喷撒的循环热水加热到约180°F，然后将得到的UF6蒸气在压力作用下从蒸发器24中的圆柱体内通过一双路气流管线28供到一对炉单元-例如回转炉30。在本较佳实施例中，如图7所绘的一对蒸发器24连接成与炉30的每一个彼此流体相通，故能提供足够大的容量，以保证同时连续供给各炉蒸气，即在一个蒸发器中有一个圆柱体内已耗尽时则可换到新的圆柱体继续供蒸气。
炉30完成如图2中方框32所述的IDR过程，将UF6气体转化成UO2粉末，首先是在炉的进料端使气体与过热蒸汽相作用，然后将其中间产品在炉的成品端与对流来的蒸汽和氢气流相作用。UO2因其重力作用向下从炉30的成品端流到暂存仓-由多个检料漏斗单元36形成，此即图2中△框34的过程。
连续地从炉30的下端收纳UO2的检料漏斗36，其每个的尺寸保证满足对UO2的几何控制，进入到检料漏斗单元36的粉末被一个定时比例取样器接连地取样并分析其含氟化物和湿度的合格程度，此即图2中方框38所述的工作。在图7中所见的一对检料漏斗单元36是与每个炉30流体相通的，因此，至少一对检料漏斗单元中之一可接受从其对应的炉来的UO2，同时当另外检料漏斗单元正被取样时，至少有一个检料漏斗分配输出它的粉末。由于这样的配置，即能实现连续的运行程序，即当在一个单元在线取样时，至少有另一个检料漏斗单元36连续进行分配粉末。
合格的粉末从至少一个检料漏斗单元36经过一条气力传输线40而被传输到多个混合单元中，例如图6和图7所示的大型混合器42即是。发现由于氟化物和/或湿度所造成的不合格粉末则通过安全几何传输容器(未示出)而传送到一个粉末再处理站(未示出)，进行再处理以降低氟化物和/或湿水份的含量，然后对再处理后的符合规定的粉末再返送到混合器42。
本实施例中的每个大型混合器42具有5000kg容量，并能产生符合产品规范的均匀混合，这一点由图2中方框44进行的化学分析来确认。每个锥形混合器42(较好的是用3个)具有一个回转的内螺旋，用以保证完全混合，如图2的方框46所述，采用较大的混合器42可以减少所需的单个混合的次数，并且将各次混合之间的差异降低到最低限度。再者，由于采用大容量的混合器42，可完全容下来自炉中同一浓度的一批全部粉末，并且在不同浓度的另批粉末需送入混合器之前，有的混合器可暂不使用。
在每个混合器42上装有传输线换向阀48，它在一个混合器中的混合粉末进行如图2中方框52所述的检验时动作而导使粉末经过旋风接受器50而流到另一混合器中，以及将由其余混合器混合的粉末立即分配到芯块加工操作中，连续地流下以不中断芯块加工流程。同样如图2中54，56方框所述的经过污屑和净屑处理的粉末在由方框58做过有效的湿度检验后，即可传送到混合器42进行混合处理。
芯块加工由混合器42混合成的粉末经气力传输线60传送到芯块加工单元62(两个较好)，在这里开始进行自动化系统10的阶段14，也即其中的第二步-芯块加工。整个的芯块坯加工程序系完全自动化控制和操作，单元62的做芯块坯的设备为立式布置，故能借重力传送材料，并且减小了占用的地面。该设备为封闭型且易于接受通风控制以防止向空中扩散无线电干扰粒子。
如图2的方框64所述，从工作于分配状态的混合器42放出的混合的UO2粉末经过传输线60而被送到每个芯块加工单元62的一个粉末压缩器66(见图6)。在压缩器66中，粉末被缓压成小圆片或块，它们可下流到每个加工单元62中紧接66之下的粒化器68中，粒化器68的入口与压缩器66的卸料口紧密相接，所以这两部分设备是同时工作的。如图2的方框70所述，该料块在粒化器68中被颗粒化成类似于冻干咖啡似的复合物，接着在图2的方框72中，根据一定的比例将其与一定合适的例如硬脂酸锌类的润滑剂混合，并被滚动而产生提高了流下去的能力的压力进料。(硬脂酸锌在芯块下一步受压时用作缓冲润滑)。最后，在图2的方框74所形成的颗粒和润滑的混合物被一个在每个加工单元62的最低平面上的芯块压力机76压成芯块坯。芯块一般被压成5/8吋长、3/8吋直径的圆柱体，并具有60%理论密度，这等于10.3g/cm3。
通常，芯块加工单元62只运行在其整个系统出力的一半的速率即足能连续地对位于其后面流程的处理设备供应所需的芯块坯，因此若此加工单元62中之一遭到暂时退出运行，则另一个即能以运行在接近其全出力而弥补其所致的减少，并提供给自动化系统10的下一步芯块处理阶段16所需的全部芯块坯。
芯块处理在自动化系统10的阶段16，也即在这第三步“芯块处理”的开始时，空盘78早已排成一行在此前行着，当盘80装上了由芯块压缩器76卸下的芯块坯，它即被传输带82带走，如图6和图7所示，传输带82与芯块加工单元62相遇，如图8所见到的，传输带82的大部分被布置成送盘到或离开多个烧结炉88及其它处理设备的相应的进料端84或卸成品端86。除传输这些盘子以外，传输带82还在存储空盘和满载盘过程中提供服务。
在加工单元62的卸料处，芯块坯被轻轻地按规则的序列而装在钼烧结盘78、80内，并被传输带82运送到支线90，在这里经由一台往复式车子92运送每个装上坯的盘80到各炉88的进料端。在一个烧结炉88的进料端84处，当有一个装着芯块坯的盘80来到时即被每炉中用作行梁的设备载经该炉，然后成为装着烧结后芯块的盘94呈现出来。
如图3的方框96所述，芯块在每炉88内，在氢气中约1750℃下烧结到理论密度的95%即达到所要求的密度和湿度。对盘的运行和炉的操作皆由机械方法完成，并且由单独的控制站与整个系统一起进行监视和控制。应用多个烧结炉88使容量得以扩大，所以甚至在有一个炉暂时退出运行时，烧结芯块的连续作业仍能满足其余的处理设备的工作需要。
在装着烧结芯块的盘94走出炉88的卸料端后，它们由传输带82自动地传送到检样站97，在这里对每盘内的烧结芯块随机取其代表块进行取样并检验其密度，如图3的方框98所述。低密度芯块由传输带82的支线(未示出)送到炉88再烧结;过高密度的芯块则送去净削处理，如图2的方框56所述。对芯块样品例行的其它测试和检验有如图3中方框100和102所述，某些项目须在芯块被最后批准以前进行数日，所以，尚未批准的烧结芯块先进到芯块处理阶段16的下一步，并在此后在装配成燃料棒之前将它们存储在等待批准之处。
把尚未批准的烧结芯块的盘94传送到一对卸料单元104之一(见图8)，盘在此处卸料，并且芯块被单向排成一行地送到一对研磨单元106之一中。芯块被以干磨方式进行无心研磨，如图3中方框108所述，利用金刚砂轮磨出合格的光洁表面及合适的直径。在研磨中除掉的材料由污屑收集系统收集，并如图3中方框110所述，将再生切屑收集起来，然后送回作净屑再生处理，如图2的方框56所述。
然后，研磨成的芯块以单排送到一对检验站112之一，在这里在线地进行直径和表面的检验，如图3的方框114所述，是用适当的设备配合研磨单元106的运行进行的。同样如图3的方框116、118所述，对芯块还进行尺寸校验和湿度分析。不合格的芯块被储存起来并且或是送到如图2方框56所述的污屑处理中，或是送到如图2方框54所述的净屑处理中，这要看附在芯块上的具体杂物和/或缺陷而定。
将合格的芯块一排排地装到清洁的芯块托盘上，该托盘被托盘传输设备120送到自动存取系统122(见图8)，并被存放到一定的存储位置上，如图3的方框124所述。芯块停在系统122中，该系统暂存着早先取样的质量控制核准的芯块直到需要装到燃料棒的管中为止。该系统122的储存面积设计成能容纳3～4天所需的芯块数量。这样大的容量可满足两天等待芯块样品实验室结果的同时保证芯块与管子的连续装配。再有，托盘被送在存取系统122中，送入、取出或在其中的操作是定向并可控的，即该系统按照维持追踪能力的需要而具有追踪个个托盘或成组托盘的能力。
管子准备燃料棒制造自动化系统10的其余两阶段是管子准备阶段18以及燃料棒加工和检验阶段20，这两阶段串联直通布置，这两阶段与上述头三个阶段同时进行。利用这样的作法，在处理的核燃料芯块完成时，即时地插入到早已准备好的管子中，从而构成制造燃料棒的连续装配线。本节将叙述与燃料棒的管子准备相关的各步骤，至于装配和检验燃料棒的工作将留在最末节交待。
现参照图4和图8，从△框126为开始管子准备阶段。从储仓中取出管子并送到分检系统128(见图8)，管子分检系统128是一台同步传输带，它负责传送本阶段中各种准备和检验工作所用的管子。在系统128中，应用了多路分检单元，它带有分开各单元的转运和馈送设备，应用这些转换和运送设备使系统有条件间歇运行，从而提高了系统利用率。
首先，由自动图象识别器(未示出)读取每管的序号，识别器鉴定标号无误并将管子的所有信息送到跟踪系统中。然后，管子被分检系统128分送到图8中所示的检查站130，这即图4的方框132所述的检查管子内部是否干净。如果管子不洁，则发出警报，管子将不分发。管子从站130走到清洁站134，如图4的方框136所述，在这里有一个净管器与管子端部啮合(图中未示出)，夹住它并转动地以清洁剂擦拭该管端，清除的介质即被弃到收集罐中，同时该清洁器头即退回并准备下一循环。
现在准备将管子送到管塞站138(见图8)安插端塞，在被送到站138后，管子被一个夹具夹住，如图4方框140所述将一个塞堵压入端内，然后将此堵塞的管子先送到焊接站142插到一个焊接腔中，然后如图4的方框144所述在管与塞接触的周圈进行缝焊，焊后的管子被送到转送设备(未示出)中。
在焊接站142和下流检验操作之间管子被积累形成在分检系统128的两道分检传输带间的中断，然后从转换设备送到焊接物理性能检查站146(见图8)，如图4方框148所述进行管子焊道的直径和表面斑污检查。进行焊接物理检查后，每根管子被传送到秤重站150进行秤重，如图4方框152所述。最后，对管子的焊接在站154(图8)进行超声波检查，如图4方框156所述。若焊接合格，则管子被下传到管子传输带(未示出)上，从这里将作轴向地转换，以准备好装入燃料芯块的操作。
对管底端焊不合格的管子则从流程中排除到修理站(未示出)，如图4方框158所述，在这里除掉管子端塞，然后重新循环作如上述管子准备操作。
燃料棒加工和检验最后，在这自动化系统10的第五阶段20-燃料棒加工和检验中，将上阶段18中准备好的燃料棒管子和在存取系统122中存放的芯块取在一起。先把UO2燃料芯块装到管内，然后安上一个弹簧，再盖上一个上端塞并将其环缝焊接，做完后，管子即被气密地封住。这些是主要的组装步骤。随后要进行多重检验工作，不过有些检查是分插在各装配步骤之间进行的。在管子分检系统160中有一个同步传输器负责把管子转运到各种加工和检验操作中，系统160中的转换设备则负责进行分组操作，管子是在加工和检验阶段的各种间歇期间形成各分检传输带中断时所累积起来的。
首先，把准备好的燃料管从轴向传输带送到燃料棒加工分检系统1160的累积传输带上，多根管子(如25根)被聚在一起送到装芯块台162(见图8)，如图5方框164所述，在这里由驱动着的一台振动装料器把核准的芯块装入管内。芯块是载在托盘上自动地从存取系统122传送到装芯块台，然后芯块被从托盘上掠到装芯块台上从而振动地馈入到管内。
管子装入芯块之后即被称为燃料棒，然后输送到分检系统160的转换站再到燃料棒分检传输器，同时记录上每根管号并成排地储存以便检取。
随在装好芯块之后进到的第一个站即为充实计站166(见图8)，如图5的方框168所述，在这里测量棒的充实度，然后根据测得的充实度再增添或撤出一些芯块。在充实度调节之后，芯棒进到站170秤重，如图5方框172所述，然后在站174进行如图5方框176所述的清洁棒顶端，这一点与完成棒底端的清洁操作方式相同。此后，按照图5方框180所述在站178将压紧弹簧嵌到每根棒内，随后即在棒顶压入端塞并压紧该弹簧，这是在图8的加塞站182处进行的，如图5方框184所述。
通过在环缝焊接站186进行图5方框188所述的将顶塞与棒接触的周圈焊接，即完成燃料棒的加工，然后在站190在棒的塞端进行氦气密封焊接，如图5的方框192所述。
在环缝焊接操作之前，燃料棒被累积到中断同步操作，即把这批棒作为第二组，再在下一次完成燃料棒加工之后而在检验开始之前，棒再累积到中断同步操作而把它们作为第三组，然后，将这些棒送到分检系统160的分检传输器带到第一个站194(图8)进行如图5方框196所述的焊接物理检查。对焊道主要是检查焊区内的直径和斑污情况。接下去，分别在站198和200(见图8)进行方框202和204所述的超声波和X线照射检查，再在站206进行图5方框208所述的平直度和长度检查，在站210按图5方框212所述进行管表面的擦伤和斑污检查。
在表面检查过后，燃料棒即被传输到分检系统160的转换传输带，在这里它们被转送到伽马(gamma)线扫描站214，如图5方框216所述对棒进行自动扫描检查其内部件、芯块层连续性、浓缩鉴定和充填的长度，将这些检查结果输入到检索系统。经过在站218进行了图5方框220所述的氦检漏试验后，将合格的燃料棒送到方框222所述的储仓。
任何一次检查操作未通过的燃料棒被传送到如图5方框224所述的同一处理区，在这里进行修理，之后即返回到棒加工工序，或被送到废弃燃料棒的地方，如图5方框226所述。
从前面的描述可见，自动化系统10能以专门的、连续的操作流程，及以在系统的关键阶段所提供的超大能力而获得高速生产，它将程序操作、质量监控及改进的设备流水完整地统在一起，因而保证能缩短制造的周期。同样，它还提高了专用于核物质的防事故外壳的特性，并由于增进了通风而使空中干扰材料量减至最小，此外并降低了职业幅射水平，这不仅在程序操作期间，即使在维修期间也同样获得益处。
权利要求
1.制造核燃料棒的一个自动化系统，其特征为，a)放射性粉末形成和处理阶段包括有(ⅰ)多个蒸发单元，用于提供气体形成的放射性物质，(ⅱ)多个炉单元，它们与所述的蒸发单元流体相通，以便从所述的蒸发单元接受所述的气体，并把所述的放射性物质从气体形态转化为粉末状态；所述的多个炉单元的数量比所述的多个蒸发单元的数量少；所述的多个炉单元中的每一对所述的蒸发单元连接，(ⅲ)多个检料漏斗单元，它们与所述的炉单元流体相通，以便从所述的炉单元接收所述的粉末，容存所述的粉末以备取样、检验、及由此将粉末分配出去；所述的多个检料漏斗单元的数量比所述的多个炉单元的数量多；一对所述的检料漏斗单元与所述的炉单元之一连接成这样当至少所述的检料漏斗单元对中之一正在从相应的一个炉单元装料时，至少所述的检料漏斗单元对的另一正在从中分送粉末，而与此同时还有另外所述的检料漏斗单元对之一正在进行取样，借此以便在进行在线取所述粉末样品的同时，能由至少一个所述的检料漏斗单元连续地分送粉末；每个所述的检料漏斗单元所具的规定容积小于该放射性物质的几何控制容积，(ⅳ)多个混合单元，它们与所述的检料漏斗单元流体相通，以便从所述的检料漏斗单元接收所述的粉末，以及用于混合所述的粉末成为适于作核反应堆燃料用的放射性复合物；所述的混合单元的数量比所述的检料漏斗单元少，比所述的多个炉单元的数量多；每个所述的混合单元所具的容量超过该放射性物质的几何控制，以及(ⅴ)阀门装置，用于使多个混合单元每次一个地从所述的检料漏斗单元充装粉末，以便造成当一个所述的混合单元充装粉末时，另一个所述的混合单元正在取样分析，而还有另一个所述的混合单元正在分送粉末，借此以使所述的混合单元连续地进行分送粉末；b)一个芯块加工阶段包括(ⅰ)多个芯块加工单元，它们与所述的混合单元流体相通，用于从在任意指定时间内进行分送混合粉末的一个所述混合单元接收所述的混合粉末，所述的芯块加工单元可操作到将所述粉末压成块，然后将所述块颗粒化，再将所述粉粒混合以润滑剂，最后将所述混合物做成一个个具有所述的放射性成份的芯块坯;所述的加工单元的数量比所述的混合单元数量少，但具有连续提供所述芯块坯的能力;c)一个芯块处理阶段包括(ⅰ)大量烧结盘，(ⅱ)为传输所述的烧结盘和提供累积存储的装置，由此而有(ⅲ)为将芯块坯从所述的芯块加工单元装到所述传输装置上的该烧结盘上的装置，(ⅳ)多个烧结炉与所述的传输装置被配置成每个所述的装载芯块的盘直接被送到所述的一个炉的进料端，为烧结载在其中的芯块而在所述的一个炉中行进，并且在完成烧结处直接从所述的一个炉的卸料端引出;所述的烧结炉的数量比所述的芯块坯加工单元数量多，(ⅴ)接收所述装载芯块盘的装置，以便在从所述的烧结炉卸出后从中取出至少一个所述的烧结芯块样品，(ⅵ)多个芯块研磨单元，以将所述的烧结芯块精确的磨成具有预定尺寸，(ⅶ)把所述传输装置上的盘上卸下的该烧结芯块单排逐个送到所述的芯块研磨单元的装置，(ⅷ)多个检验单元，以便检验所述的研磨的芯块，(ⅸ)一个芯块存取单元，用于接收所述的检验过的芯块并将之储存，以及(ⅹ)为传输所述芯块从所述的研磨单元通过检验单元以单排逐个地到所述的存取单元的装置;d)一个管子准备阶段包括(ⅰ)为接收所述的存储芯块而准备好燃料棒用的管子的装置;以及e)一个燃料棒加工和检验阶段包括(ⅰ)为组装所述的管子和芯块成为完整燃料棒的装置，和(ⅱ)为检验所述的完整燃料棒的装置。
专利摘要
制造燃料棒的自动化系统包括一个放射性粉末加工和处理阶段，一个芯块加工阶段，一个芯块处理阶段，一个管子准备阶段以及一个燃料加工和检验阶段。从转化放射性气体为粉末，通过加工粉末成芯块，到燃料棒组装完成，所有这些阶段都为连续操作方式，该系统在粉末处理和芯块加工方面被设计成具有极大的临界容量，并且具有极方便的连续和按步的操作方式。
文档编号G21C21/00GK86101285SQ86101285
公开日1986年9月10日 申请日期1986年2月18日
发明者弗朗西斯·塞利尔, 罗伯特·索马斯·格拉尔蒂, 温迪尔·利·约翰森, 戴维德·马丁·巴特森, 约翰·克劳德·利姆普特, 克里斯托福·库·奇·伍 申请人:西屋电气公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan