半自动芯块装管装置总结性分析及改进方案

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摘要：文章首先对目前国内核燃料元件厂所采用的半自动倾斜式芯块装管装置进行了总结性分析，然后结合已经了解到的国外全自动芯块装管装置的结构形式和技术要求，论述了国内半自动装管装置的不足。基于国内现行的UO2芯块制造方式及质量，提出了下一步的改进方案，力求使设备的自动化程度更高，满足我国今后相当长的时期内核燃料元件制造的要求。
关键词：芯块装管装置 结构特点 技术改进
1引言
随着科技的进步和我国经济的发展，国家做出了积极发展核电的战略决策，这意味着近期核燃料元件的需求量将有较快地增长。为确保向核电站保质保量、按期供货，核燃料元件生产能力的扩大和技术水平的提高是很迫切的。
芯块装管装置是将合格的UO2芯块填装进空包壳管内的设备，是核燃料元件生产过程中的关键工序之一。目前国内采用的半自动倾斜式芯块装管装置经过几次技术改进，已经能很好的满足当前燃料元件生产的需要，但还存在着工人劳动强度大、生产效率低、辐射剂量较大等问题，无法满足未来核电对燃料元件的需求。本文将对目前国内采用的半自动芯块装管装置进行总结性分析，在此基础上提出技术改进方案，以提高生产效率、减轻劳动强度，顺应国家核电发展的大趋势。
2半自动倾斜式装管装置
2.1结构特点及功能
半自动倾斜式芯块装管装置结构如图1所示，本装置主要由装料台、装管机（含预装组件、床身、上下料步进装置、进退组件等）、上下料架以及配套的电控系统等组成，其主要设备是一台可以控制包壳管倾斜角的非标准异形蜗轮蜗杆翻转工作台。大致的操作流程为：包壳管固定在平台台面上，装入芯块的包壳管开口端设置有带喇叭口过规，芯块通过过规导入包壳管，超差或因其他原因无法通过过规的芯块进入包壳管之前被剔除，下部装有负压抽气装置，芯块碎屑和粉尘被气流抽走。对于较长的燃料棒，可以实施分段操作：先将包壳管固定在平台上呈水平状态，推入第一段芯块，启动翻转工作台使平台倾斜成45℃，芯块靠自重和电磁激振力下滑到达包壳管底部，工作台台面再次恢复水平状态，接着再推入第二段芯块，如此反复操作，直至到达规定的芯块柱长度。
芯块装管装置每次装管数量为25根，按其功能，本装置可分为芯块预装工位、包壳管上料工位、芯块装管工位、燃料棒下料工位。经过多次改进的半自动芯块装管装置，具备了包壳管自动上料、燃料棒自动下料以及依靠芯块自重和电磁激振力使其自动下滑到达包壳管底部的功能，在一定程度上提高了设备的自动化程度。
2.1.1装料台
装料台是为完成UO2芯块从V形料盘向装管机预装组件过渡而设置，属芯块预装工位，其主要由滚动直线导套副、料盘定位条、台板、定位手柄、型材支架组成，与前几代芯块装管机的装料台基本相同，需要人工将芯块通过装料台拨送至装管机前端的预装组件。
2.1.2装管机
装管机采用翻转倾斜式主体结构，其翻转角度在0～50°范围内可调，可根据不同产品对装管工艺的要求，选择合适的翻转倾斜角度。适度增加翻转倾斜的角度，不但可增大管内芯块的下落势能，亦可避免由于管内芯块柱的径向错位而影响管内气体的排出。
为保证装入包壳管的UO2芯块顺利滑向包壳管下端塞端，需要克服芯块与包壳管壁的摩擦力、芯块粉尘/碎屑存在的与管壁“楔”卡现象以及管内气阻等，除充分利用芯块的重力势能，在621工程芯块装管装置设计中，特在装管机前端底部增设电磁振动器。该振动器工作方式为冲击式，可根据工艺要求手工调整振动器的振幅。
2.1.2.1预装组件
预装组件设置在装管机前部，其功能是对合格的UO2芯块在装管前进行预装和排长。预装组件主要由预装板、更生板、接口板和导向孔等零件组成，在预装板V形槽下部开有排屑孔，以便将芯块装管前落下的微量粉尘或碎屑通过排屑孔由排风系统及时带走。继上一步人工将芯块拨送至预装组件后，仍需人工在此对预装芯块进行排长。
参考文献：
[1]成大先.机械设计手册.北京：化学工业出版社.2000
[2]余梦生.机械零部件手册.北京：机械工业出版社.1996