阅读说明：本技术 一种球形燃料元件无燃料区预成型下半模的加粉造窝装置 (Powder adding and dimpling device for spherical fuel element fuel-free zone preforming lower half mold ) 是由 刘兵 张�杰 周湘文 卢振明 唐亚平 史小龙 于 2020-03-18 设计创作，主要内容包括：本发明的一种球形燃料元件无燃料区预成型下半模的加粉造窝装置,粉末料仓固定设置在机架顶部,导料装置的顶端与粉末料仓的底部下料口紧密连接,导料装置下方的机架上设有加粉工位和造窝工位,成型下模放置在加粉工位上；模具上盖总成的加粉位部设置在成型下模的上方,导料装置的底部通过加粉位部与成型下模连接,模具上盖总成的造窝位部的底部固定连接球形造窝头。导料装置的上导料管、直料管和下导料管之间通过筛网旋转,实现定量给料,且给料均匀松散,加料过程中,模具上盖总成始终在成型下模上方,防止基体石墨粉的外溢,保护生产车间环境。加粉完成后在造窝工位进行造窝,多个工位同时完成多个成型下模的加粉和造窝,大大提高了生产效率。(According to the powder adding and nest making device for the spherical fuel element fuel-free zone pre-forming lower half die, the powder bin is fixedly arranged at the top of the frame, the top end of the material guide device is tightly connected with the bottom feed opening of the powder bin, the frame below the material guide device is provided with the powder adding station and the nest making station, and the forming lower die is placed on the powder adding station; the powder adding part of the upper die cover assembly is arranged above the forming lower die, the bottom of the material guide device is connected with the forming lower die through the powder adding part, and the bottom of the nest making part of the upper die cover assembly is fixedly connected with a ball-shaped nest making head. The upper material guide pipe, the straight material guide pipe and the lower material guide pipe of the material guide device are rotated through the screen mesh, so that quantitative feeding is realized, the feeding is uniform and loose, and in the feeding process, the upper cover assembly of the mold is always above the lower forming mold, so that the overflow of matrix graphite powder is prevented, and the environment of a production workshop is protected. After the powder is added, the nest is made at the nest making station, and the powder adding and nest making of a plurality of forming lower dies are completed simultaneously at a plurality of stations, so that the production efficiency is greatly improved.)

一种球形燃料元件无燃料区预成型下半模的加粉造窝装置

技术领域

本发明涉及核技术装置技术领域，尤其涉及一种球形燃料元件无燃料区预成型下半模的加粉造窝装置。

背景技术

球床式高温气冷堆所采用的燃料为直径约60mm、内部均匀分布一定数量包覆颗粒的球形燃料元件，其中球体中心含有燃料的区域称为燃料区，燃料区***区域称为无燃料区。燃料区与无燃料区的成型工艺包括预成型工艺和终压成型工艺。燃料区的预成型是在0.3-4MPa的压力条件下，将定量基体石墨粉和定量穿衣颗粒混合均匀后的物料在橡胶软膜中压制成型；无燃料区的预成型是在橡胶软膜的下半模加入一定量的基体石墨粉造窝，再将预成型的燃料区定位放置加粉造窝后的橡胶软膜的下半模中，加上上半模后再将基体石墨粉充满整个模腔。目前下半模加粉造窝采用的是螺旋给料的敞开式，在加粉的同时完成造窝，存在加粉造窝周期长，粉尘外溢以及产能不能满足球形燃料元件规模化生产的需要。

因此，需要提供一种球形燃料元件无燃料区预成型下半模的加粉造窝装置，在大幅度提高生产效率的同时，有效解决粉尘的外溢问题，较好的改善车间的生产环境。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种球形燃料元件无燃料区预成型下半模的加粉造窝装置，实现均匀定量给料，且加粉过程中模具上盖总成始终在成型下模上，避免在加粉过程中基体石墨粉外溢而污染车间环境，提高生产效率。

为解决以上技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种球形燃料元件无燃料区预成型下半模的加粉造窝装置，包括机架、粉末料仓、导料装置、模具上盖总成和成型下模，所述粉末料仓固定设置在机架顶部，所述导料装置的顶端与粉末料仓的底部下料口紧密连接，所述导料装置下方的机架上设有加粉工位和造窝工位，所述成型下模放置在加粉工位上；所述模具上盖总成包括加粉位部和造窝位部，所述加粉位部设置在成型下模的上方，所述导料装置的底部通过加粉位部与成型下模连接，所述造窝位部设置在造窝工位上方，所述造窝位部的底部固定连接球形造窝头。

优选地，所述模具上盖总成上设有加粉造窝升降气缸。模具上盖总成的和球形造窝头的上下运行是通过固定在机架上的固定板上下运行来实现的，在导向轴的作用下通过加粉造窝升降气缸来实现固定板的上下运动。加粉造窝升降气缸带动模具上盖总成上升和下降，整个加粉过程中，模具上盖总成始终处于下位，加粉位部始终压在成型下模上，以防止加粉过程中基体石墨粉溢出，有效的改善车间的生产环境。

优选地，所述导料装置包括上导料管、直料管和下导料管，所述上导料管的顶部与粉末料仓的底部下料口紧密连接，所述上导料管与直料管之间设有上筛网组件，所述直料管与下导料管之间设有下筛网组件。上导料管、直料管以及下导料管通过管夹的底座固定在机架的横板上。

优选地，所述上筛网组件包括上筛网、上筛网框架、上筛网齿轮和上筛网电机，所述上筛网设置在上导料管与直料管的连接处，所述上筛网的外边缘固定设置上筛网框架，所述上筛网框架固定设置在上筛网齿轮的中心，所述上筛网齿轮通过齿轮轴固定在机架上，所述上筛网电机驱动上筛网齿轮水平旋转，上筛网随着上筛网齿轮一起转动。粉末料仓用于储存一定量的基体石墨粉，通过上筛网的旋转，使上导料管内的基体石墨粉以相同的松散度落入直料管中。

优选地，所述下筛网组件包括下筛网、下筛网框架、下筛网齿轮和下筛网电机，所述下筛网设置在直料管与下导料管的连接处，所述下筛网的外边缘固定设置下筛网框架，所述下筛网框架固定设置在下筛网齿轮的中心，所述下筛网齿轮通过齿轮轴固定在机架上，所述下筛网电机驱动下筛网齿轮水平旋转，下筛网随着下筛网齿轮一起转动。通过下筛网的旋转筛动，把直料管中的基体石墨粉以相同的松散度落入下导料管中，并形成一定的松散度落入无燃料区预成型模具的成型下模内。

通过上筛网电机和下筛网电机驱动上筛网齿轮和下筛网齿轮带动上筛网和下筛网旋转，实现基体石墨粉的输送，通过调整上筛网电机和下筛网电机的转速改变上筛网和下筛网的转动速度或改变上筛网电机和下筛网电机的运行时间，达到控制定量给料的目的。

优选地，所述机架上还设有机械爪，所述机械爪的形状与成型下模相匹配，所述机械爪在加粉工位和造窝工位水平往复运动。机械爪通过连接杆应用硬链接与机架侧面的上下相连接。

基体石墨粉通过下导料管加入成型下模内后，加粉造窝升降气缸控制模具上盖总成上升，随后机械爪的抓取机构夹住成型下模向前移动，同时将预备位上空的成型下模输送至加粉工位，加粉工位的成型下模输送至造窝工位，造窝工位的成型下模输送至输送链；同时加粉造窝升降气缸控制模具上盖总成下行到位，对加粉的成型下模造窝，对加粉工位上空的成型下模进行加粉，完成加粉造窝的整个工艺。通过加粉过程中模具上盖总成始终压在成型下模上实现防止基体石墨粉溢出，加粉过程中成型下模中的空气是通过上模具防尘盖与成型下模上边缘界面间的排气孔排出，并通过公用的排风除尘系统排出。

优选地，所述上导料管、直料管和下导料管的直径均为55mm-65mm，优选为57-60mm；上导料管与直料管以及直料管与下导料管管之间是通过紧密配合的方式连接，并内外加密封件进行密封。

优选地，所述上筛网为6目-15目，优选8目-12目，所述上筛网的转速为50转/分钟-100转/分钟，优选60转/分钟-90转/分钟；所述下筛网为8 目-16目，优选10目-12目，所述下筛网的转速为50转/分钟-100转/分钟，优选60转/分钟-90转/分钟。

优选地，所述粉末料仓内设有双螺旋搅拌器。双螺旋搅拌器可以使粉末料仓内的基体石墨粉连续分散均匀的经下料口落入上导料管内。

优选地，所述球形造窝头的形状为半球形，直径为53±1mm。通过调节球形造窝头的高度调整造窝的深度，调整范围在1mm-3mm。

所述加粉造窝装置设有多个工位，不同工位的筛网转动是通过一个电机转动带动筛网下方的第一个工位的齿轮，第一个工位的齿轮通过齿轮传动带动其他各工位的筛网旋转。多个工位之间的上筛网齿轮啮合传动，多个工位之间的下筛网齿轮啮合传动，上筛网电机和下筛网电机通过齿轮传动带动不同工位的上筛网和下筛网旋转，实现不同工位的成型下模同时加粉。

本发明的有益效果如下：

本发明由于采用了以上技术方案，导料装置的上导料管、直料管和下导料管之间通过筛网旋转，实现定量给料，且给料均匀松散，加料过程中，模具上盖总成始终在成型下模上方，防止基体石墨粉的外溢，保护生产车间环境。加粉完成后在造窝工位进行造窝，多个工位同时完成多个成型下模的加粉和造窝，大大提高了生产效率。

上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1示出本发明的一种球形燃料元件无燃料区预成型下半模的加粉造窝装置的主视方向结构示意图。

图2示出本发明的一种球形燃料元件无燃料区预成型下半模的加粉造窝装置的左视方向结构示意图。

主要附图标记说明：

1-粉末料仓，2-上导料管，3-上筛网组件，4-直料管，5-下筛网组件， 6-上筛网电机，7-下筛网电机，8-下导料管，9-加粉造窝升降气缸，10-球形造窝头，11-机械爪，12-成型下模。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。

在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在所述元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向(旋转90度或其他取向)且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。

如图1和图2所示，一种球形燃料元件无燃料区预成型下半模的加粉造窝装置，包括机架、粉末料仓1、导料装置、模具上盖总成和成型下模 12。

所述粉末料仓1固定设置在机架顶部，所述导料装置的顶端与粉末料仓1的底部下料口紧密连接，所述导料装置下方的机架上设有加粉工位和造窝工位，所述成型下模12放置在加粉工位上。

所述导料装置包括上导料管2、直料管4和下导料管8，所述上导料管 2的顶部与粉末料仓1的底部下料口紧密连接，所述上导料管2与直料管4 之间设有上筛网组件3，所述直料管4与下导料管8之间设有下筛网组件5。上导料管2、直料管4以及下导料管8通过管夹的底座固定在机架的横板上。

所述上导料管2、直料管4和下导料管8的直径均为55mm-65mm，优选为57-60mm；上导料管2与直料管4以及直料管4与下导料管8之间是通过紧密配合的方式连接，并内外加密封件进行密封。

所述上筛网组件3包括上筛网、上筛网框架、上筛网齿轮和上筛网电机6，所述上筛网设置在上导料管2与直料管4的连接处，所述上筛网的外边缘固定设置上筛网框架，所述上筛网框架固定设置在上筛网齿轮的中心，所述上筛网齿轮通过齿轮轴固定在机架上，所述上筛网电机6驱动上筛网齿轮水平旋转，上筛网随着上筛网齿轮一起转动。所述上筛网为6目-15目，优选8目-12目，所述上筛网的转速为50转/分钟-100转/分钟，优选60转/ 分钟-90转/分钟。

粉末料仓1用于储存一定量的基体石墨粉，所述粉末料仓1内设有双螺旋搅拌器。双螺旋搅拌器可以使粉末料仓1内的基体石墨粉连续分散均匀的经下料口落入上导料管2内。通过上筛网的旋转，使上导料管2内的基体石墨粉以相同的松散度落入直料管4中。

所述下筛网组件5包括下筛网、下筛网框架、下筛网齿轮和下筛网电机7，所述下筛网设置在直料管4与下导料管8的连接处，所述下筛网的外边缘固定设置下筛网框架，所述下筛网框架固定设置在下筛网齿轮的中心，所述下筛网齿轮通过齿轮轴固定在机架上，所述下筛网电机7驱动下筛网齿轮水平旋转，下筛网随着下筛网齿轮一起转动。通过下筛网的旋转筛动，把直料管4中的基体石墨粉以相同的松散度落入下导料管8中，并形成一定的松散度落入无燃料区预成型模具的成型下模12内。所述下筛网为8目 -16目，优选10目-12目，所述下筛网的转速为50转/分钟-100转/分钟，优选60转/分钟-90转/分钟。

通过上筛网电机6和下筛网电机7驱动上筛网齿轮和下筛网齿轮带动上筛网和下筛网旋转，实现基体石墨粉的输送，通过调整上筛网电机6和下筛网电机7的转速改变上筛网和下筛网的转动速度或改变上筛网电机6 和下筛网电机7的运行时间，达到控制定量给料的目的。

所述模具上盖总成包括加粉位部和造窝位部，所述加粉位部设置在成型下模12的上方，所述导料装置的底部通过加粉位部与成型下模12连接，所述造窝位部设置在造窝工位上方，所述造窝位部的底部固定连接球形造窝头10。所述球形造窝头10的形状为半球形，直径为53±1mm。通过调节球形造窝头10的高度调整造窝的深度，调整范围在1mm-3mm。

所述模具上盖总成上设有加粉造窝升降气缸9。模具上盖总成的和球形造窝头10的上下运行是通过固定在机架上的固定板上下运行来实现的，在导向轴的作用下通过加粉造窝升降气缸9来实现固定板的上下运动。加粉造窝升降气缸9带动模具上盖总成上升和下降，整个加粉过程中，模具上盖总成始终处于下位，加粉位部始终压在成型下模12上，以防止加粉过程中基体石墨粉溢出，有效的改善车间的生产环境。

所述机架上还设有机械爪11，所述机械爪11的形状与成型下模12相匹配，所述机械爪11在加粉工位和造窝工位水平往复运动。机械爪11通过连接杆应用硬链接与机架侧面的上下相连接。

基体石墨粉通过下导料管8加入成型下模12内后，加粉造窝升降气缸 9控制模具上盖总成上升，随后机械爪11的抓取机构夹住成型下模12向前移动，同时将预备位上空的成型下模12输送至加粉工位，加粉工位的成型下模12输送至造窝工位，造窝工位的成型下模12输送至输送链；同时加粉造窝升降气缸9控制模具上盖总成下行到位，对加粉的成型下模12造窝，对加粉工位上空的成型下模12进行加粉，完成加粉造窝的整个工艺。通过加粉过程中模具上盖总成始终压在成型下模12上实现防止基体石墨粉溢出，加粉过程中成型下模12中的空气是通过上模具防尘盖与成型下模12上边缘界面间的排气孔排出，并通过公用的排风除尘系统排出。

所述加粉造窝装置设有多个工位，不同工位的筛网转动是通过一个电机转动带动筛网下方的第一个工位的齿轮，第一个工位的齿轮通过齿轮传动带动其他各工位的筛网旋转。多个工位之间的上筛网齿轮啮合传动，多个工位之间的下筛网齿轮啮合传动，上筛网电机6和下筛网电机7通过齿轮传动带动不同工位的上筛网和下筛网旋转，实现不同工位的成型下模12 同时加粉。

本发明的一种球形燃料元件无燃料区预成型下半模的加粉造窝装置的工作过程如下：

粉末料仓1内的基体石墨粉通过双螺旋搅拌器的分散，进入底部下料口连接的上导料管2，经过上导料管2与直料管4之间的上筛网组件3，通过上筛网的旋转，使上导料管2内的基体石墨粉落入直料管4中。

通过安装在直料管4和下导料管8之间下筛网组件5，通过下筛网的旋转筛动，把直料管4中的基体石墨粉形成一定的松散度落入下导料管8底部的无燃料区预成型模具的成型下模12内，这个过程中模具上盖总成处于下位，始终压在成型下模12上，以防止基体石墨粉溢出。

基体石墨粉通过导料装置加入无燃料区预成型模具的成型下模12内后，加粉造窝升降气缸9带动模具上盖总成上升，随后机械爪11的抓取机构夹住成型下模12向前移动，同时将预备位上空的成型下模12输送至加粉工位，加粉工位的成型下模12输送至造窝工位，造窝工位的成型下模12输送至输送链；同时加粉造窝升降气缸9带动模具上盖总成下行到位，对加粉的成型下模12造窝，对加粉工位上空的成型下模12进行加粉，完成加粉造窝的整个工艺。

实验例1：

本实验例采用的是六个工位的加粉造窝装置，上导料管2、直料管4和下导料管8的直径为56-58mm，上筛网和下筛网的转动速度79转/分钟，上筛网为10目，下筛网为12目，加粉造窝时间21s，产能为1028个/小时。

测试过程为：在六个工位在不同次试验的平行性分析，和同一个工位 15次试验结果的加粉精度及误差分析，具体测试结果及分析误差见下表1 和表2的数据。

表1-六个工位在不同次试验的平行性分析

表2-同一工位15次试验结果的加粉精度及误差分析

	最大值/g	最小值/g	平均值/g	上偏差/％	下偏差/％	最大误差/g
							1	73.32	71.23	72.02	1.80	1.10	2.09
2	72.76	70.03	71.63	1.34	1.63	2.13
							3	73.18	71.63	72.38	1.10	1.04	1.55
4	72.41	70.92	71.64	1.07	1.01	1.49
							5	73.34	70.45	72.13	1.68	2.32	2.89
6	73.14	71.84	72.60	0.74	1.05	1.30
							7	71.96	70.54	71.15	1.13	0.86	1.42
8	72.21	70.45	71.30	1.28	1.19	1.76
							9	72.30	70.84	71.62	0.96	1.08	1.46
10	72.01	70.08	70.92	1.53	1.19	1.93
							11	71.61	70.85	71.26	0.50	0.57	0.76
12	72.06	70.99	71.41	0.91	0.59	1.07
							13	72.57	71.09	71.77	1.12	0.94	1.48
14	72.40	70.72	71.55	1.19	1.16	1.68
							15	72.31	71.10	71.49	1.14	0.55	1.21

实验例数据说明，本发明的一种球形燃料元件无燃料区预成型下半模的加粉造窝装置可以使基体石墨粉均匀分散的定量加入成型下模12内，加粉精度可以控制在3％以内。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰，都应落入本发明的保护范围。