专利名称:把端塞装到燃料棒管端部的装置的制作方法
本发明一般涉及核燃料棒的制造，尤其是涉及把端塞装到燃料棒管端部的一个装置。
核反应堆的燃料棒通常是装有裂变材料的薄壁管，裂变材料是圆柱体的加浓二氧化铀，使用时必须把它与管子周围的介质隔离开以防止燃料与其他材料(诸如压水堆中的水)发生化学反应。因此，装核燃料的包壳管或薄壁管通常用两个端塞来密封。
关键是端塞本身应是密封的并有一定的机械强度，同时端塞与薄壁管之间的机械连接应无缺陷，所谓缺陷是指最终可能引起泄漏的不连续点、裂纹及管子变形。
堵燃料棒管是关键性的操作，因为当端塞装到管子上时必须要用重压，以克服通常装在燃料棒内的一个压力弹簧的力。把一个端塞压装到燃料棒管上的传统方法是把塞子从装有一大堆相同塞子的料仓底部导出，并把料匣送入导向衬套，然后再把塞子压到邻近的管端上，与此同时，要压缩管内的压力弹簧，这要有高达500公斤的压力。
现在装端塞的方法是用紧密配合的导向衬套使塞子同管子对准，但是通常使用的导向衬套必须比端塞的最大预计直径大，以便考虑制造时的公差。由于塞子和导向衬套之间不可避免地有间隙，有时端塞就翘起或掉出，端塞翘起会产生不平行的压配合，而顶塞子时在塞子外面产生的擦掠作用可能在管子与塞子交界面上产生剪切力。以后，在把塞子焊到管子上时，产生的焊缝通常是不合格的，焊缝带有不连续点，使用时会产生泄漏。而且，端塞本身密封不当也增加了泄漏的可能。当塞子压到管子里时，偶尔还会产生一些塞子碎片，这不仅损坏了端塞，而且引来了沉积在燃料棒上的外来物质。
本发明的主要目的在于缓和这些问题，本发明是把端塞装到燃料棒管端的一种装置，其特点在于有一纵向贯穿孔的一个装塞器导管，其一端用来接受端塞，另一端用来接受要装端塞的燃料棒管的端部;孔的直径大小要能使燃料棒管的端部(包括端头)放进上述孔中，并能使装塞器导管及上述管端部分相对移动和相互套叠，把放在孔一端的端塞装到放在孔另一端的管端上，上述装塞器导管包含在管端与端塞相对移动期间使其保持精确对准的机构。
装塞器导管包括精确配置的耐磨轴承，通过与燃料棒管的滚动接触来确定燃料棒管的中心线。在强的压簧力形成之前，导管就使端塞同管端和压力弹簧(如果用的话)对准和对中，而且在管子和装塞器导管之间没有滑动接触。
本装置还包括一个托架和一个力的调整及传递组件，托架被支承起来，可在原始位置及装上端塞位置之间作往复运动，托架上装有装塞器导管，而调整及传递组件则由装在托架上与托架一起运动的一个导板及支承在导板上的一个插杆组成，插杆与放在装塞器导管孔端的端塞轴向对准并作来回的轴向移动，设置驱动机构把插杆推向上述纵向孔，并把上述托架推向装上端塞位置，这样使端塞插进孔的端塞接受端并装到管端上。导板和装塞器导管之间最好是可调整的，以便使插杆与导管纵向孔的端塞接受端进行精确的轴向对准。
现在，参看附图仅以举例的方式说明本发明的最佳实施例，其中，
图1是一个垂直方向被缩小的燃料组件的立视图，它的一部分以剖面表示，为清楚起见，部分零件被去掉了;
图2是体现本发明的装端塞装置的顶视图;
图3是沿图2上3-3线看的装置的放大了的端视图;
图4是沿图2上4-4线剖开的装置的剖视图;
图5-10是图2上装置的示意图，表示在设想的把端塞装到燃料棒管上的过程中，装置各部件的相对位置;
图11是体现本发明的装置所使用的装塞器导管的侧视图;
图12是图11的装塞器导管的端视图，以及
图13是沿图12的13-13线剖开的装塞器导管的剖面图。
在以下说明中，在各个视图上用同样的参考数字表示相同的或相应的部件，而诸如“前”、“后”、“左”、“右”、“向上”、“向下”等词仅为方便而用，不得视为限定性词。
首先参考图1，这里示出的用数字10表示的燃料组件是用在压水堆上的，它主要包括把组件支承在堆芯区下堆芯板上的一个下部结构或下管座12，从下管座12向上突出的许多根导向管(或套管)14，沿导向套管14的轴向间隔布置的几个横向格架16，由隔架16支承且在横向间隔开的一束燃料棒18，一根仪表管20以及与导向套管上端相连接的一个上部结构或上管座22。由这些部件组成的燃料组件10组成一个整体，可以进行常规操作而不会损坏组件的零件。
每根燃料棒18含有核燃料芯块24，其两端由上、下端塞26、28封闭，从而使棒密封。通常，在上端塞26同芯块24之间放一个压簧30，使棒18内的芯块稳固地堆叠在一起。裂变材料组成的燃料芯块24是压水堆中产生反应功率的实际来源，用泵使水或含硼水这样的液体慢化剂/冷却剂向上流过堆芯中的燃料组件，载出其中产生的热量去做有用功。
为了控制裂变过程，安装在燃料组件10指定位置上的导向套管14中的控制棒32可上下移动。具体地说，上管座22包括一个棒束控制机构34，控制机构有一个内螺纹圆柱体36，圆柱体又带径向延伸的倒钩或叶片38，每个倒钩与一根控制棒32相连。可操作控制机构34使导向套管14中的控制棒32上下移动，用这种方法控制燃料组件10中的裂变过程，这在技术上是熟知的。
现在要说明体现本发明的装端塞装置。这里要说明的装置用于把上端塞26装到燃料棒管42的上端部40上，但是应当懂得，这一说明也完全适合用该装置把下端塞28装到管子42的下端部44上。
现在参看图2至图4，装端塞装置总的用4b表示，它主要由平面基座48，平面支承托架50以及导轨装置52组成，导轨装置52把托架可移动地安装在基座上。
用螺栓54把基座48连接在适当的固定夹具上(未示出)，螺栓54穿过基座前部角上的长孔56，还有一个包括带螺纹的旋钮58在内的侧向调整机构57沿着基座从前向后放置。旋钮和长孔56允许基座48在夹具上固定就位之前作侧向调节，以保证其同要装塞子的燃料棒管子42适当对准。
导轨装置52把托架50安装在基座48上，使基座沿着一条通常为直线的轨迹作纵向往复运动。具体地说，导轨装置52由一个细长导轨60组成，导轨60在基座48上表面64上纵向延伸并由螺钉62固定(在图3上仅看到前面一个)，托架50包括两对导向滚轮组件，每个组件由一个固定在托架上并从托架下侧70延伸的螺栓68和一个可转动地装在螺栓68上的导向滚轮66组成。两对导向滚轮组件在导轨60的纵向上彼此间隔开，每一对组件中的导向滚轮又在横向上间隔开，滚轮66从导轨60的两边与导轨60的周边啮合。从图3和图4上看到，导向滚轮66边缘形状与导轨60侧边形状相匹配，因此滚轮边缘可抓住导轨，使滚轮沿其纵向运动，特别是，每个滚轮66上开有环形边槽72，而导轨60的每条侧边上有与滚轮66的槽72搭配的凸脊74。
装端塞装置46还带有导向机构，其形式是支承在托架50上并随其一起运动的一个装塞器导管76。
装塞器导管76有一个细长的中心孔78，其一端80用来接纳端塞26，另一个向外张开的端部82用来接纳要装塞子的燃料棒管42的的端部40。孔78适合于引导由扩口端82插入的管端40，将其引导到在孔端80的端塞26处，再把端塞装到管端上。用螺栓84把装塞器导管76装在端塞供应匣86的前面，供应匣86则装在托架50的前端。供应匣86适于传送端塞26，每次一个，利用重力把它送到与装塞器导管中心孔78的端部80对准的位置。
装端塞装置46还包括与托架50相配合的驱动机构(总的用88表示)。驱动机构88使托架50在两个端部位置之间移动，分别远离(图5)或靠近(图8)固定放置的要装端塞的燃料棒管42的端部40，远离的位置和靠近的位置相应地就是托架的原始位置和装上端塞的位置。驱动机构88包括一个驱动器90(最好一个气动汽缸)，它固定安装在靠近托架50后端的基座48上。驱动器90包括一个驱动件92(最好是一根柱塞棒)，它可在缩回的位置(图5)和伸出的位置(图8)之间作直线运动。
驱动机构88还包括一个驱动力调整及传送组件94，它与驱动器90的驱动件92配合并延伸到端塞供应匣86上。一般说来，当驱动机构88动作时，它开始时只使组件94运动，把最下面的端塞26从料匣送到装塞器导管76的孔78的塞子接受端80，随后，托架50同装塞器导管76一起随组件94运动，使导管把送来的端塞26装到管42的端部40上。
驱动力调整和传送组件94包括一个联接元件96，其一端用螺纹联接在驱动组件94上;一个细长的插杆元件98，用一个在垂直支架50的方向上延伸的销钉100作枢轴把它联接在联接元件96的另一端;一个支承插杆元件98的导板102，使在那里的滑动沿着驱动件92的运动方向;以及一个楔形托架104，它把导板102和供应匣86垂直安放在支承支架50上。楔形托架104有一个同导板102配合的调整旋钮106，通过转动旋钮来改变导板位置，以便精确地调整插杆98与装塞器导管76中心孔78的位置。当通过导向/压紧螺栓107松开导向/压紧螺母103时，转动旋钮106使楔形托架104相对导板102作侧向移动。由于导板102底部的斜切槽105开成与托板104上楔形表面相同的角度。因此托架104的侧向移动使导板102作垂直移动，而导板102的侧向移动侧由于导板相应孔道109中导向/压紧螺栓107的紧密配合而被限制(见图3)。
导板102有一细长通道108。插杆元件98可滑动地支承在通道108中，通道108与导管76的中心孔78轴向对准。一个环形衬套110安装在导板102上，它在通道108的进口处，并围着插杆98。插杆98的圆柱形的主体或导向部分112可在导板102的通道108中滑动并可滑进装塞器导管76的中心孔78，从而把各端塞26送进孔78，圆柱体后端部直径加粗，使衬套110能同导板102接合。插杆98的导向主体部分112和后端部114的长度要保证后端部114能顶到衬套110上，从而把驱动件92的驱动力通过导板102传送到托架50上，这一过程是在插杆98的主体部分112把端塞26送入装塞器导管的孔78以后完成的。
在联接元件96下方，托架50的上侧118开有导向槽116，导向槽116延伸方向与驱动件92的直线运动轨迹相平行。组件94包括一个导向销钉120，它是从联接元件96的底边伸进导向槽116，使联接元件96只限于在驱动件92的运动方向上作直线运动。
装端塞装置46还包括一个同基座48和托架50相连的回复装置122，它使托架偏向远端或者缩回到端部位置，如图2、4、5和10所示。回复装置122由绷紧在两个直立的支柱126、128之间的一对盘簧124组成(见图2)，这两个支柱分别从基座48和托架50上突出，弹簧124延伸在导轨装置52的上方并位于其两边。当托架50向燃料棒管端40(也就是装上塞子的方向)运动时，弹簧被拉伸，弹簧收缩使托架50回复到远离管端40的原位，而驱动件92也作相应的运动。当托架50和驱动力调整及传递组件94在驱动器90作用下运动时，回复弹簧124还起在横向上帮助其稳定的作用。
回复装置122包括装在直立支柱132上的一个制动销130，支柱132放在托架50后部，在组件94后面，它同驱动器90(见图2、5、6、9、10)配合使托架50停在远离燃料棒管端40的端部位置。
现在参看图5-10，当托架50同导板102、端塞匣86以及装塞器导管76一起由弹簧124保持其处于全部缩回的位置时(图5)，开动驱动器90，它的驱动件92把插杆98推向要装端塞的燃料棒管42，从而使插杆前端同匣86中最下面的端塞接合并把它送进装塞器导管76的中心孔78(见图6)。传送端塞动作完成后，当插杆98继续运动时，其加粗的端部114与导板102上衬套110接合，迫使导板、托架、料匣及装塞器导管随其一起移动，使燃料棒管子42直插到导管76的里面(图7)，直到导管中心孔78中的端塞26接触到管端40并由插杆98的前端将其顶进管子(图8)。也可能把次序倒过来，先使驱动件92，走完它的几乎整个行程，把端管40插进导管76，然后移动插杆98把端塞26送进孔78，最后把端塞压进管端40。
上述加端塞操作完成后，驱动件92及插杆98向反方向运动，从全部伸展的位置(图8)移向全部缩回的位置。在回复弹簧124(图2)作用下，托架50将随着移动的插杆98运动，直到装塞器导管76从装塞端40完全缩回。并且托架50上的销钉130顶到驱动器90上使托架不再移动(图9)。这时驱动件92及插杆98还未回到其完全复原位置，它们继续移动，直到插杆完全缩回(在此之前，插杆一直伸在导管76的中心孔78中)，然后，下一个端塞26从料匣86底部下降到准备传送的位置。当联接部件96底部顶到托架50的立柱132上时，驱动件92及插杆78的全部运动就终止了，如图10所示。
装塞器导管76最好有图11-13上所示的那种改进设计，它包括一个导向外壳134及放在壳内的几组(136，138，140)滚动元件142，导向外壳134有一个贯穿其中的轴向中心孔78，几组滚动元件沿着中心孔78周围配置，在轴向彼此间隔开。各个滚动元件142放在外壳134上各个凹槽144中，以便从中心孔78径向延伸，而且滚动元件朝孔78及外壳表面两面敞开。滚动元件142以一定的方式可滚动地安装在相应的凹槽144中，它们的边缘相当深地伸进孔78，当燃料棒管42穿过孔的扩口端82插进装塞器导管孔78时，它们能同管42的端头40形成滚动接触。因此，当管端40在滚动元件142之间移动，穿过孔78同端塞26接合时，它能精确地对准端塞26。
具体地说，如图13所示，每个滚动元件142最好是一种不锈钢的滚珠轴承，它包括一个外座圈146，一个与外座圈146同轴的内座圈148以及最好用不锈钢制造的金属滚珠150，滚珠放在外座圈和内座圈146、148之间，使外座圈可相对于内座圈滚动。每个滚动元件142装在导向外壳134里的一个销钉152上，销钉152横跨在相应的凹槽144上，它装配在外壳134开槽的两个表面之间，并穿过内座圈148，最好同内座圈形成滑动配合。
每一组(136，138，140)包括4个滚动元件，它们在凹槽144中的导向外壳孔78的周围间隔布置，彼此间隔最好为90°左右，沿孔78轴向间隔分布的滚动元件最好有三组。
在装塞器导管76的轴孔78的端塞接受端80周围有一个加粗的端部154，此端部有一个有弹性的端塞夹持机构156，它适于把传来的各端塞26送进中心孔78端部80处固定就位，使端塞装到燃料棒管端40上，夹持机构156包括孔158，它在中心孔78塞子接受端80的径向延伸。放在径向孔158内的定位销钉160穿过直径较小的孔道162伸进中心孔的端部80，同送到的端塞26的边缘接触。用放在径向孔158内的压簧164使定位销钉160偏向中心孔，压簧164位于销钉160和封闭径向孔外端的带螺纹的塞子之间。除了夹持机构156使端塞26定位外，轴向孔78的塞子接受端80的直径大小为端塞26提供了一个很好的磨擦配合，这对固定端塞也起作用。如图11所示，加粗的导向外壳端部154有一个观察孔166，用来观察端塞26是否在轴向孔端部80处。
权利要求
1、把端塞装到核燃料棒管子端部的装置，其特征在于一个装塞器导管(76)有一个纵向贯穿孔(78)，其一端(80)用来接受端塞(26)，另一端(82)用来接受要装端塞的燃料棒管(42)的端部，孔(78)直径大小要能容纳燃料棒管的端部(包括端头40)，并使装塞器导管与上述管端部分相互套叠，把放在孔(78)一端(80)的端塞(26)装到放在孔另一端(82)的管端(40)上，上述装塞器导管(76)包含在管端与端塞相对移动期间使其保持精确对准的机构(142)。
2、根据权利要求
1所述的装置特征是上述装塞器导管(76)包括一个细长的外壳(134)，它有一个纵向的贯穿孔(78);保持管端与端塞对准的机构(142)包括几组(136，138，140)支承在上述外壳上的滚动元件(142)，这几组滚动元件沿纵向孔间隔布置，一组中的几个滚动元件彼此间以一定关系排列在孔的周围，以便接纳和径向支承其中间的管子端部。
3、根据权利要求
2所述的装置特征是每组(136，138 140)滚动元件(142)由4个滚动元件(142)组成，它们在上述纵向孔(78)周围周向配置，相互间隔90°左右。
4、根据权利要求
2或3，所述的装置特征是至少有三组(136，138，140)滚动元件(142)。
5、根据权利要求
2、3或4，所述的装置特征是上述每个滚动元件(142)是一个耐磨轴承。
6、根据权利要求
5，装置的特征是上述耐磨轴承(142)安装在压装到外壳(134)里的一个销钉(152)上。
7、根据权利要求
6，装置特征是每个耐磨轴承(142)包括一个外座圈(146)和一个内座圈(148)，上述销钉(152)穿过内座圈(148)并与其形成滑动配合。
8、根据权利要求
2-7中任意一项，装置特征是上述长外壳(134)包括端塞子夹持机构(156)，它在纵向孔(76)的一端(80)接受端塞(26)时，将端塞(26)定位，使塞子装上管端。
9、根据权利要求
8，装置特征是端塞夹持机构(156)包括开在长外壳(134)侧壁上的一个径向孔(158)和放在径向孔(158)内的一个带弹簧的销钉(160)，销钉(160)同放在纵向孔(78)一端(80)的端塞(26)的边缘磨擦接合。
10、根据上述权利要求
中任意一项，装置特征是被支承的托架(50)在原始位置和装上端塞位置之间作往复运动，而装在托架上的装塞器导管(76)与托架一起运动。
11、根据权利要求
10，装置特征是力的调整和传送组件(94)包括一个导板(102)，它装在托架(50)上与托架一起运动，导板(102)在装塞器导管(76)旁边靠近纵向孔(78)的端塞接受端(80)，插杆(98)支承在导板(102)上与端塞接受端(80)轴向对准并作轴向的来回运动;另一特征是驱动机构(88)把插杆(98)推向纵向孔(78)，并把托架(50)推向装上端塞位置，这样就把端塞(26)插进纵向孔的端塞接受端(80)，并把它装到上述管端(40)上。
12、根据权利要求
11，装置特征是导板(102)与装塞器导管(76)之间位置是可调节的，从而把插杆(98)同纵向孔(78)的端塞接受端(80)在轴向精确对准。
13、根据权利要求
11或12，装置的特征是，在插杆(98)和托架(50)两个部件中，上述驱动机构(88)直接连在其中的一个上，通过这个再与另一个相连，这样，驱动机构先推动其中一个，再通过这个推动另一个部件。
14、根据权利要求
13，装置的特征是与驱动机构(88)相连的插杆(98)有一个加粗部分(114)，在把插杆推到孔(78)的端塞接受端时，加粗部分(114)能与托架(50)上的导板(102)的一部分(110)接合，当插杆继续向端部位置推移时，就将托架推到装端塞位置。
15、根据权利要求
13，装置的特点是上述的插杆和托架中的另一个部件与弹簧机构(124)相联，在推移完成后，弹簧机构使其返回到原始位置。
16、根据权利要求
14，装置的特征是托架(50)支承在一个静止的导轨装置(52)上，沿该装置作直线运动。
17、根据权利要求
16，装置的特征是托架(50)与回复机构(122)和制动机构(130)相联，回复机构使托架从装端塞位置回到其原始位置，而制动机构(130)使托架回复到原位后停止移动，但允许驱动机构(88)继续完成把插杆(98)回复原位的动作。
18、根据权利要求
17，装置的特征是上述回复机构由与托架相连的一对拉簧(124)组成，托架移动到装上端塞位置时拉簧被拉伸，上述拉簧排列在导轨装置(52)的两边。
19、根据权利要求
16、17或18，装置的特征是导轨装置(52)由长导轨(60)及至少两对导向滚轮(66)组成，滚轮可滚动地安装在托架(50)下面，沿导轨(60)间隔分布，每一对滚轮(66)从导轨的两侧与导轨边缘接合。
20、根据权利要求
19，装置的特征是每个导向滚轮(66)的圆周表面同与其邻近的导轨(60)一侧的导向表面是匹配的。
21、根据权利要求
20，装置的特征是每个滚轮(66)的边缘开有环形槽(72)，而上述导向表面有与槽(72)适配的凸脊(74)。
22、根据权利要求
10-21中任意一项，装置的特征是端塞供应机构(86)安装在托架(50)上靠近装塞器导管(76)的位置，它适合于每次把一个端塞(26)送入纵向孔(78)的端塞接受端(80)。
23、根据上述权利要求
中任意一项，装置的特征是纵向孔(78)的一端(80)的直径大小使该端与其接收到的端塞(26)形成摩擦配合。
专利摘要
该装置包括一个装塞器导管(76)，导管纵向贯穿孔(78)的一端用来接受端塞(26)，另一端用来接受要装塞的管端(40)，孔径大小能使装塞器导管和管端(40)彼此套叠，把端塞装到管端上，在套叠期间，导管使端塞同管端保持精确对准。装置包括支承装塞器导管的托架(50)，插杆组件(98)和驱动机构(88)，驱动机构控制插杆和支架，每次把一个端塞从料匣传送到导管孔(86)的端塞接受端(80)，然后把它装到燃料棒管端(40)上。
文档编号G21C3/10GK86103034SQ86103034
公开日1986年11月19日 申请日期1986年4月30日
发明者斯图亚特·露易斯·里本, 肯尼思·卡尼·克拉普, 马克·埃利奥特·维利, 戴维德·安东尼·波特里奇 申请人:西屋电气公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan