一种球环形燃料元件的芯球定位装置及其制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种球环形燃料元件的芯球定位装置，包括试验台；可旋转地设置于桌面上的工位旋转组件，具有旋转台面、用于支撑芯球的芯球支架和用于承载基体粉末的底模；固定于所述桌面上的工件夹持组件，具有第二支架、第一伺服电机、第一伺服螺杆、第一上下移动组件、空压机气缸和气动手指；以及固定于所述桌面上的旋转成槽部件，具有第三支架、第二伺服电机、第二伺服螺杆、第二上下移动组件、旋转电机和可拆卸旋转手柄。本发明专利技术还提供一种利用上述的芯球定位装置制备球环形燃料元件的方法。本发明专利技术提供的球环型燃料元件的芯球定位装置和制备方法可以在芯球的外表面包覆球壳，使得芯球和球壳形成完整的同心球体并确保球壳与芯球的高度同心。

Ball core positioning device for spherical annular fuel element and preparation method thereof

The ball core positioning device of the invention relates to a spherical annular fuel element, including the test bench; the rotation component can be rotatably arranged on the desktop, with a rotary table for supporting the ball ball core core and bottom die for bearing matrix powder; the workpiece is fixed on the tabletop clamp assembly with second mobile bracket, a first servo motor, servo screw, first on the first component, air compressor cylinder and pneumatic finger; and fixed on the desktop on the rotating slot parts, with third support, second servo motors, second servo screw, second upper and lower mobile component, a rotary motor and a detachable rotary handle. The invention also provides a method for preparing spherical annular fuel element by using the core ball positioning device. The ball is coated on the outer surface of the shell core ball positioning device and ball ring type fuel element of the invention provides the preparation method in the core of the ball, the ball and the ball core shell to form a complete concentric spheres and concentric spherical shell and the core to ensure the height of the ball.

【技术实现步骤摘要】
一种球环形燃料元件的芯球定位装置及其制备方法
本专利技术涉及熔盐堆燃料元件的制备，更具体地涉及一种球环形燃料元件的芯球定位装置及其制备方法。
技术介绍
熔盐堆是第四代核电六种候选堆型之一，具有无水冷却、高温输出、常压工作、高能量密度和热稳定性好等优点，适用于缺水、干旱地区。固态燃料熔盐堆是一种新型熔盐堆的概念设计，其能充分发挥传统包覆颗粒燃料和传统MSR高温熔盐的优势，其堆内燃料元件被简称为熔盐堆燃料元件。美国Berkeley提供了一种适用于该固态燃料熔盐堆的熔盐堆燃料元件的概念，如图1所示，该熔盐堆燃料元件具有球环形结构，包括中心球区10、包覆该中心球区的燃料区20和燃料区20的外壳区30。但是，目前还没有文献报道过这种球环形燃料元件的制备方法。现有技术中已知的仅是常规的球形燃料元件的制备方法，由于球形燃料元件并不具有上述特殊的球环型结构，其制备方法无法用来制备球环型燃料元件。而且，现有的球形燃料元件的制备方法无法确保这种球环形燃料元件的高度同心要求。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的无法制备球环形燃料元件的问题，本专利技术旨在提供一种球环形燃料元件的芯球定位装置及其制备方法。本专利技术所述的球环形燃料元件的芯球定位装置，包括试验台，其具有桌面；可旋转地设置于所述桌面上的工位旋转组件，其具有旋转台面、用于支撑芯球的芯球支架和用于承载基体粉末的底模，其中，芯球支架和底模分别可拆卸地连接于旋转台面的顶面上；固定于所述桌面上的芯球校位组件，其具有第一支架、手动滑台、预定位悬梁和下按式定位手柄，其中，第一支架通过紧固件固定于桌面上，预定位悬梁通过手动滑台连接于第一支架的顶端，下按式定位手柄连接于预定位悬梁的远离第一支架的自由端；固定于所述桌面上的工件夹持组件，其具有第二支架、第一伺服电机、第一伺服螺杆、第一上下移动组件、空压机气缸和气动手指，其中，第二支架通过紧固件固定于桌面上，第一伺服电机固定设置于第二支架的顶端，第一伺服螺杆与第一伺服电机相连并且在第一伺服电机的驱动下旋转，第一上下移动组件与第一伺服螺杆相连并且随着第一伺服螺杆的旋转可上下移动，空压机气缸连接于第一上下移动组件的顶表面上，而气动手指设置于第一上下移动组件的底表面并与空压机气缸相连以在空压机气缸的作用下抓取或释放芯球；以及固定于所述桌面上的旋转成槽部件，其具有第三支架、第二伺服电机、第二伺服螺杆、第二上下移动组件、旋转电机和可拆卸旋转手柄，其中，第三支架通过紧固件固定于桌面上，第二伺服电机固定设置于第三支架的顶端，第二伺服螺杆与第二伺服电机相连并且在第二伺服电机的驱动下旋转，第二上下移动组件与第二伺服螺杆相连并且随着第二伺服螺杆的旋转可上下移动，旋转电机设置于第二上下移动组件的顶表面上，而可拆卸旋转手柄设置于第二上下移动组件的底表面并与旋转电机相连以在旋转电机的作用下旋转。所述芯球校位组件、工件夹持组件和旋转成槽部件围绕着工位旋转组件分别固定于试验台的桌面上。旋转台面为圆形平台，其底部通过轴承设置于桌面上并围绕着穿过圆心的垂直中心轴可旋转。旋转台面具有围绕着圆心等间距分布的四个工位，芯球支架和底模分别位于其中一个工位上。该预定位悬梁的自由端具有定位通孔，定位通孔内设置有弹簧，下按式定位手柄插入该弹簧内并穿过该定位通孔向下伸出。该气动手指的内侧贴附有一橡胶垫层。本专利技术还提供一种利用上述的芯球定位装置制备球环形燃料元件的方法，包括步骤：S1，将芯球支架和底模分别固定于旋转台面上，将芯球放置于芯球支架上，向底模内填充基体粉末；转动旋转台面，使得芯球支架上的芯球位于下按式定位手柄的正下方并进行校位，以确保芯球处于竖直向上的状态；S2，转动旋转台面，使得芯球支架位于气动手指的正下方，底模位于旋转手柄的正下方；驱动第一伺服电机使得第一上下移动组件向下移动，驱动空压机气缸使得气动手指抓取芯球，然后驱动第一伺服电机使得第一上下移动组件向上移动，其过程确保芯球始终处于竖直向上的状态；驱动第二伺服电机使得第二上下移动组件向下移动；驱动旋转电机使得旋转手柄在底模内旋转成槽，然后驱动第二伺服电机使得第二上下移动组件向上移动；S3，转动旋转台面，使得底模位于气动手指的正下方；驱动第一伺服电机使得第一上下移动组件向下移动，驱动空压机气缸使得气动手指释放芯球，从而将芯球放置于底模内由基体粉末形成的槽内，然后驱动第一伺服电机使得第一上下移动组件向上移动，其过程确保位于底模内的槽内的芯球始终处于竖直向上的状态；S4，在底模的上方加盖中模形成底模与中模的组合体，向组合体内填充基体粉末，并加盖顶模，该组合体和顶模一起形成完整模具，进行压制处理以在芯球的外表面包覆形成外壳区，从而形成球环型燃料元件。在所述步骤S1之前通过调整手动滑台确定下按式定位手柄的底端与芯球支架的中心在同一竖直线上。所述步骤S1包括根据芯球的尺寸制作芯球支架。包括对所述基体粉末的质量进行精确称量。本专利技术提供了一种球环型燃料元件的芯球定位装置和方法，可以在芯球的外表面包覆球壳，使得芯球和球壳形成完整的同心球体，并确保球壳与芯球的高度同心。经测试，所获得的球环型燃料元件的芯球与球壳的同心度优于0.5mm。具有精度高、安全可靠、可拓展性强的优点。本专利技术不仅适用于实验环境也可以应用于工程生产，具有较高的应用价值。另外，本专利技术通过控制工位旋转组件2、芯球校位组件3和注入基体石墨粉的质量和体积，即可以实现芯球在三维空间的精确定位。本专利技术结构简单，精度高、安全可靠，运行与维护成本低，可拓展性强，能够满足高温气堆球环型燃料元件的制备要求，还适用于熔盐堆的低密度三层同心结构的球环型燃料元件的制备要求。附图说明图1是球环型燃料元件的结构示意图；图2是根据本专利技术的球环形燃料元件的芯球定位装置的立体示意图；图3是图2的芯球校位组件的立体示意图；图4是图2的工件夹持组件的立体示意图；图5是图2的旋转成槽部件的立体示意图。具体实施方式下面结合附图，给出本专利技术的较佳实施例，并予以详细描述。图2是根据本专利技术的球环形燃料元件的芯球定位装置的立体示意图，其包括试验台1、工位旋转组件2、芯球校位组件3、工件夹持组件4和旋转成槽部件5。其中，工位旋转组件2平行于试验台1的桌面11设置，其可围绕着垂直中心轴旋转。芯球校位组件3、工件夹持组件4和旋转成槽部件5围绕着工位旋转组件2分别固定于试验台1的桌面11上。工位旋转组件2包括旋转台面21、芯球支架22和底模23。其中，旋转台面21在本实施例中示出为圆形平台，其底部通过轴承设置于桌面11上并可在电机的驱动下围绕着穿过圆心的垂直中心轴旋转。芯球支架22和底模23(图中示出为两个)分别可拆卸地连接于旋转台面21的顶面上。在本实施例中，该旋转台面21具有围绕着圆心等间距分布的四个工位，芯球支架22在图2中示出于位于第一工位上，第一底模23示出为位于第二工位上，第三工位示出为空白，第二底模23示出为位于第四工位上。应该理解，该第三工位上可以固定第二芯球支架22。优选地，该旋转台面21与驱动电机通过工位旋转部件连接，该工位旋转部件采用大扭矩低惯量伺服电机控制，满足旋转台面21的任何角度的旋转要求。所述工位旋转部件的角度误差要低于0.5o，旋转速度低于1.5r/min。图3是图2的芯球校位组件的立体示意图，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种球环型燃料元件的芯球定位装置，其特征在于，包括：试验台，其具有桌面；可旋转地设置于所述桌面上的工位旋转组件，其具有旋转台面、用于支撑芯球的芯球支架和用于承载基体粉末的底模，其中，芯球支架和底模分别可拆卸地连接于旋转台面的顶面上；固定于所述桌面上的芯球校位组件，其具有第一支架、手动滑台、预定位悬梁和下按式定位手柄，其中，第一支架通过紧固件固定于桌面上，预定位悬梁通过手动滑台连接于第一支架的顶端，下按式定位手柄连接于预定位悬梁的远离第一支架的自由端；固定于所述桌面上的工件夹持组件，其具有第二支架、第一伺服电机、第一伺服螺杆、第一上下移动组件、空压机气缸和气动手指，其中，第二支架通过紧固件固定于桌面上，第一伺服电机固定设置于第二支架的顶端，第一伺服螺杆与第一伺服电机相连并且在第一伺服电机的驱动下旋转，第一上下移动组件与第一伺服螺杆相连并且随着第一伺服螺杆的旋转可上下移动，空压机气缸连接于第一上下移动组件的顶表面上，而气动手指设置于第一上下移动组件的底表面并与空压机气缸相连以在空压机气缸的作用下抓取或释放芯球；以及固定于所述桌面上的旋转成槽部件，其具有第三支架、第二伺服电机、第二伺服螺杆、第二上下移动组件、旋转电机和可拆卸旋转手柄，其中，第三支架通过紧固件固定于桌面上，第二伺服电机固定设置于第三支架的顶端，第二伺服螺杆与第二伺服电机相连并且在第二伺服电机的驱动下旋转，第二上下移动组件与第二伺服螺杆相连并且随着第二伺服螺杆的旋转可上下移动，旋转电机设置于第二上下移动组件的顶表面上，而可拆卸旋转手柄设置于第二上下移动组件的底表面并与旋转电机相连以在旋转电机的作用下旋转。...

【技术特征摘要】
1.一种球环型燃料元件的芯球定位装置，其特征在于，包括：试验台，其具有桌面；可旋转地设置于所述桌面上的工位旋转组件，其具有旋转台面、用于支撑芯球的芯球支架和用于承载基体粉末的底模，其中，芯球支架和底模分别可拆卸地连接于旋转台面的顶面上；固定于所述桌面上的芯球校位组件，其具有第一支架、手动滑台、预定位悬梁和下按式定位手柄，其中，第一支架通过紧固件固定于桌面上，预定位悬梁通过手动滑台连接于第一支架的顶端，下按式定位手柄连接于预定位悬梁的远离第一支架的自由端；固定于所述桌面上的工件夹持组件，其具有第二支架、第一伺服电机、第一伺服螺杆、第一上下移动组件、空压机气缸和气动手指，其中，第二支架通过紧固件固定于桌面上，第一伺服电机固定设置于第二支架的顶端，第一伺服螺杆与第一伺服电机相连并且在第一伺服电机的驱动下旋转，第一上下移动组件与第一伺服螺杆相连并且随着第一伺服螺杆的旋转可上下移动，空压机气缸连接于第一上下移动组件的顶表面上，而气动手指设置于第一上下移动组件的底表面并与空压机气缸相连以在空压机气缸的作用下抓取或释放芯球；以及固定于所述桌面上的旋转成槽部件，其具有第三支架、第二伺服电机、第二伺服螺杆、第二上下移动组件、旋转电机和可拆卸旋转手柄，其中，第三支架通过紧固件固定于桌面上，第二伺服电机固定设置于第三支架的顶端，第二伺服螺杆与第二伺服电机相连并且在第二伺服电机的驱动下旋转，第二上下移动组件与第二伺服螺杆相连并且随着第二伺服螺杆的旋转可上下移动，旋转电机设置于第二上下移动组件的顶表面上，而可拆卸旋转手柄设置于第二上下移动组件的底表面并与旋转电机相连以在旋转电机的作用下旋转。2.根据权利要求1所述的芯球定位装置，其特征在于，所述芯球校位组件、工件夹持组件和旋转成槽部件围绕着工位旋转组件分别固定于试验台的桌面上。3.根据权利要求1所述的芯球定位装置，其特征在于，旋转台面为圆形平台，其底部通过轴承设置于桌面上并围绕着穿过圆心的垂直中心轴可旋转。4.根据权利要求3所述的芯球定位装置，其特征在于，旋转台面具有围绕着圆心等间距分布...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜海涛，林俊，朱智勇，王鹏，仲亚娟，
申请(专利权)人：中国科学院上海应用物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31