CN108766603A - 一种超高温氦检漏装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高温氦检漏装置，包括箱体、移动轨道和物料小车。其中物料小车的门板和工件托架采用活动连接，当工件托架进入箱体后可与门板脱开，使门板浮动固定于箱体门框处，避免了工件托架受热变形后对门板的影响，保证门板能够在极限真空度为5×10^‑4Pa、温度高于500℃的超高温条件下仍对箱体进行可靠密封，从而实现正常检漏。同时，箱体由保温箱和真空箱套设而成，真空箱处设有与其连通的箱内冷却机构，两箱之间还设有可与外部连通的温控夹层，通过分区加热精确调控升温，通过箱外冷却和箱内冷却的共同作用，加速降温进程，从而匹配工件生产节拍。

Description

一种超高温氦检漏装置

技术领域

本发明涉及一种超高温氦检漏装置，属于氦检漏技术领域。

背景技术

现有压水堆燃料棒由锆包壳管、锆上下端塞、弹簧、隔热块、UO₂芯块等组成，将弹簧、隔热块、UO₂芯块装入锆包壳管后，经过对上、下端塞与包壳管的焊接和充氦密封焊，制成燃料棒产品。燃料组件是核反应堆中重要的核心部件，而组件中的燃料棒质量直接关系到核反应堆的安全运行，因此对焊缝质量要求很高。目前，可用于燃料棒排查检漏方法较多，包括气泡法、水质分析法、碳捕集法、氦质谱检漏等。其中，氦质谱检漏是目前应用最广泛、灵敏度最高的一种检漏技术。由于空气中氦浓度较小，氦质谱检漏仪采用氦气作示漏介质，有利于使检漏系统的本底很低，从而得到较高的检漏灵敏度。氦质谱检漏仪可在各种检测工况条件下实现泄漏率的定量检测，且其检漏分辨率高、测量范围广，特别是微小泄漏率的精确测量，因而被广泛用于航空、航天、电子工业、半导体、汽车工业、半导体等行业。

燃料棒在正常工作条件下，其中心温度高达2000℃，而焊接外壳温度也将达到500℃左右。但现有氦质谱检漏设备的热处理条件无法匹配燃料棒正常工作条件，如中国发明专利CN2007100499611中公开了一种高温高压氦检漏方法及其检漏装置，其最高热处理温度为380℃，中国发明专利申请CN2016105570960中公开了一种用于热氦检漏的气体加热循环系统及快速加热冷却方法，其最高热处理温度为270℃。由于燃料棒外壳工作温度已接近很多常用真空箱体材质耐受能力极限，当在此高温条件下进行真空检漏操作时，极易导致箱体变形，从而破坏真空系统而无法完成检漏操作。除此之外，高温条件下，真空箱体如何实现快速升、降温操作，以匹配工业化生产要求，也亟待解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高温氦检漏装置，能够在极限真空度为5×10^-4Pa、温度高于500℃的超高温条件下实现稳定密封，进行正常检漏；并可实现超高温条件下的快速升、降温，以匹配工件生产节拍。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种超高温氦检漏装置，其特征在于，包括箱体、移动轨道和物料小车，移动轨道设置于箱体敞口前方，物料小车通过驱动机构的带动沿移动轨道滑动；箱体包括真空箱和罩设于真空箱外侧的保温箱，真空箱处连通设有箱内冷却机构，真空箱和保温箱间设有温控夹层，温控夹层内设有若干加热带，保温箱顶部设有分别与温控夹层相连通的进气关断阀和排气关断阀；物料小车包括活动相连的门板和工作托架，门板通过悬挂铰接机构与驱动机构连接，工作托架沿真空箱内设置的移动导轨移动。

进一步地，真空箱包括工作区和缓冲区，保温箱罩设于工作区外侧。

进一步地，箱内冷却机构与工作区内部循环连通的。

进一步地，排气关断阀处连设有排气风机。

进一步地，门板处设有门板锁紧机构，门板锁紧机构与驱动机构活动相接。

进一步地，工作托架底部设有滚轮，滚轮沿移动导轨移动。

进一步地，门框、门板和温控夹层处均设有水冷结构。

对上述技术方案进行以下补充说明：

通过卧式箱体与物料小车配合以采用抽屉式开合模式，并采用带有若干槽道的工件托架对燃料棒进行固定，以配合燃料棒的形状并尽可能的增大单次上样量、方便上下料。

箱体由保温箱和真空箱套设而成，真空箱处设有与其连通的箱内冷却机构，两箱之间还设有可与外部连通的温控夹层，当需要对真空箱进行冷区处理时，可同时启用箱内冷却机构对真空箱内气体介质进行冷却处理，以及启用与温控夹层连通的进气、排气关断阀和排气风机对真空箱体外部进行换热。箱内、箱外两种冷却方式的联用，有利于提高冷却效率，加快冷却进程。

真空箱长度大于保温箱，与保温箱重合部分为工作区，而未重合处为缓冲区。物料小车完成进料后，工件托架处固定的燃料棒位于工作区。加热带产生的热量大部分被限制在工作区处，从而保证了工作区的加热效率和保温性能。

真空箱采用不锈钢材质，内壁抛光，从而降低高温下金属蒸出量，避免影响本底。

物料小车的门板和工件托架采用活动连接，当工件托架完全进入箱体而门板处于关门位时，移动导轨将工件托架托起，使工件托架与门板的活动连接结构松开，门板此时不受工件托架的影响。同时，门板由具有一定垂直伸缩量的悬挂铰接机构进行吊装，保持处理过程中始终与门框处真空法兰贴合，以保证门板对真空箱的密封性能，实现在真空箱内极限真空度为5×10^-4Pa、温度高于500℃的超高温条件下的可靠密封，以顺利完成检漏操作。

为保证物料小车的平稳运行，进出料过程中，工件托架的后端滚轮始终被限制于真空箱内。

由于真空箱也是采用焊接制作而成，处于对真空箱的保护，在真空箱外壁焊缝处须增设水冷结构对该部位进行温度控制。同时，为防止门框和门板变形过大，也在门框真空法兰垫圈处，以及门板两侧设置了水冷结构。

附图说明

图1示出了本发明侧视结构示意图。

图2示出了本发明正视结构示意图。

图3示出了本发明箱体结构和箱内冷却机构示意图。

图4示出了本发明箱体立体结构示意图。

图5示出了本发明物料小车立体结构示意图。

图6示出了本发明物料小车正视结构示意图。

图7示出了实施例中温控夹层内的结构示意图。

附图标记说明：1.箱体，2.移动轨道，3.物料小车，4.悬挂铰接机构，5.驱动机构，6.门板压紧机构，7.门板锁紧机构，8.箱内冷却机构；11.真空箱，12.保温箱，13.温控夹层，14.门框，15.排气风机，31.门板，32.工件托架，71.框架，72.驱动装置，81.板式换热器，82.回收泵，83.第一氩气罐，84.压缩机，85.氩气纯化装置，86.第二氩气罐；111.工作区，112缓冲区，121.进气关断阀，122.排气关断阀，131.加热带。

具体实施方式

实施例

采用质谱分析法对核燃料棒焊缝进行密封性检查。

1、装置局部说明及关键操作的运行步骤：

① 箱体封闭：

如图1所示，工件托架32根据待检的核燃料棒要求设计而成，前后两端底部均设有滚轮321，沿设于真空箱11底部的移动导轨110滑动。物料小车2由驱动机构5带动沿移动轨道2移动。如图5和图6所示，移动时，活动设置于门板31两端的门板锁紧机构7由其驱动装置72带动沿框架71朝向内侧滑动至顶端与驱动机构5抱紧，从而保证物料小车2平稳移动。当工件托架32完全进入真空箱11内，门板31到达关门指定位置时，移动导轨110对工件托架32进行导向，使门板31与工件托架32前端挂扣式活动连接结构发生分离，门板31与工件托架32相对脱开，从而避免工件托架32的变形对门板31的影响。同时，驱动装置72带动门板锁紧机构7沿框架71滑动至初始位置，解除门板31和驱动机构5的抱紧连接关系，门板31仅与悬挂铰接机构4连接。如图6所示，悬挂铰接机构4上下两端具有伸缩结构，分别固定于门板31两端，使门板31具有一定地浮动性。随后，设置于门框14处的门板压紧机构6启动，将门板31与门框14处的真空法兰压紧，保证门板31对真空箱11的可靠密封。

作为优选方案，采用现有自动化控制软件实现箱体的自动封闭和开启，并配合上下料机构，实现从取料到下料的全自动控制。

② 真空处理：

工作区111连设有检漏仪、罗茨泵机组、分子泵、维持泵、无油真空泵、控制器、电力真空计、皮拉力真空计、高真空阀、气动元件、标准漏孔等真空部件，其中电力真空计、皮拉力真空计和标准漏孔接口设置于连接由罗茨泵机组、分子泵、维持泵和无油真空泵等构成的抽气系统的接口的远端，而检漏仪的接口设置于抽气系统的接口端处。根据操作规范，依次启动真空部件，对真空箱11进行真空处理，并通过检漏仪等对真空箱11内系统进行标定。

本实施例中检漏仪采用INFICON LDS-3000，最小检漏率≤1.33×10^-11Pa•m³/s。分子泵采用莱宝W2200iP（L），正常运行后25min内真空度达到9×10^-3Pa，正常运行30min后系统本底＜2.0×10^-10Pa•m³/s，控制真空箱11内压升率≤0.1Pa/h，极限真空度达5×10^-4Pa。

本实施例中工作区111处安装有两类标准漏孔，漏率分别为（1.5±0.3）×10^-9Pa•m³/s和（2.7±0.3）×10^-9Pa•m³/s。

③ 升温处理：

如图7所示，保温箱12采用硅酸铝模块保温棉等多种保温材料进组合保温。温控夹层13中设有多组热功率可调的加热带131，对工作区111进行分区加热。根据工作区111内外设置的若干热电偶对温度的监控，由温度控制系统调控各加热带功率，调控升降温速率。

本实施例采用9点测温，在工作区111内外共设置18个测温热偶。测温方式按AMS2750E高温测定法进行测定，控制工作区111内温度极差≤5℃（200℃~600℃空载）。

④ 温度调控：

温度控制具有手动和自动两种工作方式，在升温或保温过程中均可操作温度控制系统启动如图3和图4所示出了进气关断阀121、排气关断阀122和排气风机15，从而直接进入降温过程。

作为优选方案，采用现有自动化控制软件对箱体1内温度进行整体调控，形成PID闭环控制系统，以便于调控升降温速度。

本实施例中要求控温精度为±1℃，30min内按升温曲线升至500℃，30min内按降温曲线将至70℃~80℃。

同时，还须实时检测箱体1外部温度，外部温度不应超过室温+15℃。

⑤ 箱内冷却处理：

如图3所示，真空箱11内部冷却由箱内冷却机构8实现，冷区气体采用高纯氩气。真空箱11内部的高温氩气在回收泵82的作用下进入箱内冷却机构8的板式换热器81换热降温，随后进入第一氩气罐83，再通过压缩机84和氩气纯化装置85的作用下进入第二氩气罐86中，按照预设流量使降温后的氩气返回真空箱11中。净化后的氩气浓度为99.999%，回收压力1000Pa。若检漏结果合格则回收，若检漏结果不合格，则当炉排空。

⑥ 箱体开启：

箱体1降温后，对真空箱11进行放气处理。处理达到设定值后，物料小车2随着驱动机构5的带动自真空箱11中驶出。

2、检查工艺流程：

S1. 进行上述箱体封闭操作和真空处理，对真空箱11进行常温标定。

S2. 进行升温处理，使工作区111升温至（500±5）℃，高温状态下在此标定真空箱11。

S3. 同步进行温度调控和箱内冷却处理进行降温，至预设温度值后，对真空箱11进行放气，并进行箱体开启操作。

S4. 将待检核燃料棒上料至工件托架32上，再次进行箱体封闭操作。为便于待检核燃料棒的上下料，在本装置安装定位时，应将真空箱11中心与厂房内整体物流传输中心高度保持一致，且可进行良好的配合，使上料装置自上一工序自动取料，高温检漏完毕后，能够自动传输至下料区。

S5. 再次进行真空处理，常温下，在真空度为1000Pa、100Pa和10Pa时分别检漏一次，用以判断待检燃料棒是否存在大漏。

S6. 若存在大漏，手动二分法找出存在泄漏的燃料棒；若不存在大漏，进行真空处理和升温处理，使抽真空度优于1×10^-2Pa，工作区111升温并保持在300℃~550℃范围内，保温不少于1h。

S7. 对工作区111进行进一步真空处理和升温处理，使抽真空度优于1.33×10^{- 3}Pa，工作区111升温至（500±5）℃后，进行检漏。

常温和高温检漏漏率≤1.33×10^-9Pa•m³/s，检漏时间＞5s。

S8. 完成检漏后，关闭连接真空箱11与检漏仪质谱室的阀门，同步进行温度调控和箱内冷却处理对箱体1进行降温。

S9. 当真空箱11内氩气冷却至70℃~80℃时，采用氮气卸压。

S10. 进行箱体开启操作，将待检燃料棒下料至储料区。填写、绘制温度控制图表及压力控制图表，出具检测报告。

Claims (7)

1.一种超高温氦检漏装置，其特征在于，包括箱体（1）、移动轨道（2）和物料小车（3），移动轨道（2）设置于箱体（1）敞口前方，物料小车（3）通过驱动机构（5）的带动沿移动轨道（2）滑动；箱体（1）包括真空箱（11）和罩设于真空箱（11）外侧的保温箱（12），真空箱（11）处连通设有箱内冷却机构（8），真空箱（11）和保温箱（12）间设有温控夹层（13），温控夹层（13）内设有若干加热带（131），保温箱（12）顶部设有分别与温控夹层（13）相连通的进气关断阀（121）和排气关断阀（122）；物料小车（3）包括活动相连的门板（31）和工作托架（32），门板（31）通过悬挂铰接机构（4）与驱动机构（5）连接，工作托架（32）沿真空箱（11）内设置的移动导轨（110）移动。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，真空箱（11）包括工作区（111）和缓冲区（112），保温箱（12）罩设于工作区（111）外侧。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，箱内冷却机构（8）与工作区（111）内部循环连通。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，排气关断阀（122）处连设有排气风机（15）。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，门板（31）处设有门板锁紧机构（7），门板锁紧机构（7）与驱动机构（5）活动相接。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，工作托架（32）底部设有滚轮（321），滚轮（321）沿移动导轨（110）移动。

7.根据权利要求1~6任一所述的装置，其特征在于，门框（14）、门板（31）和温控夹层（13）处均设有水冷结构。