布粉器、尤其是用于造粒机的布粉器以及用于制造核燃料芯块的方法

摘要

本发明涉及一种布粉器，该布粉器包括能够在平面上沿确定的移动方向(X)以往复运动推动粉末的壳体，以及用于沿与X方向基本平行的不同轴线聚集粉末的装置(19、23)。本发明还涉及一种用于应用根据本发明的布粉器来制造芯块的方法，尤其是制造核燃料芯块的方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种布粉器(powder dispenser)，尤其是用于为用来制造核燃料(例如MOX(氧化钚和氧化铀的混合物)类)芯块(pellet)的装置供料的布粉器，以及用于使用这种布粉器来制造所述芯块的方法。

背景技术

核燃料芯块的制造包括以下步骤：

-借助于布粉器，填充具有芯块形状的模型或模具，

-移动该布粉器以由此释放填充后的模具，以及此后

-通过穿过该模具的第一冲头和第二冲头进行压制，

-排出芯块。

该制造方法中最长的步骤是用于填充该模具的一个步骤。因此，当试图缩短用于制造芯块的周期时，应试图缩短用于填充该模具所需的时间。

公知为布粉器或供粉槽(sabot)的壳体包括四个侧壁和一个上壁，供粉管连接至该上壁，上述壳体适于在工作台上移动，该工作台中设置有形成用于压制芯块的模具的孔。

然而，鉴于MOX颗粒的细度为MOX粉末的使用造成了具体问题。事实上，MOX粉末具有差的流动特性，即，差的持续流动能力。故这些颗粒倾向于形成粉团和粉桥，它们会阻碍粉末的流动，且由此阻碍粉末在模具中的分布。

因此，模具中出现粉末的非均一分布。非均一分布的后果是，所制出的芯块没有具有试图得到的质量和/或具有太分散的密度。

芯块的特征应被控制为使得在组装包括用于核反应堆的所述芯块的核燃料时能够确保最大工作安全性。

此外，粉末粘附于供粉槽的壁使得该周期变长。

因此，本发明的目的在于，提供一种布粉器，该布粉器能够确保所制出的芯块具有均一的特征。

本发明的目的还在于，提供一种布粉器，通过该布粉器可缩短用于制造核燃料芯块的周期。

发明内容

上述目的通过如下的一种布粉器来实现，该布粉器适于在模具上移动、包括粉末被注入到其中的壳体；在该壳体内设置有相对于供粉槽的移动方向倾斜的表面以使粉末沿优选的轴线聚集。

换句话说，为了增大施加至粉末的推动力，与之前的布粉器相比，根据本发明的布粉器包括增大的移动表面。

本发明的主题主要在于，提供一种布粉器，该布粉器包括壳体，该壳体设置在用于连接到至少一个供粉管的装置的上壁上，该供粉管连接至料斗，所述布粉器适于使粉末在平面上沿预定的移动方向作往复运动；该壳体还包括用于沿与该移动方向基本平行的不同轴线聚集粉末的装置，以填充用于压制芯块的模具，每个模具均被定位在不同的聚集轴线上，该聚集装置由壳体的与移动方向垂直的壁支承并且沿与移动平面平行的平面具有锯齿状的截面。

在有利实例中，本布粉器包括沿移动方向的下游聚集装置和上游聚集装置。

有利地，该下游聚集装置相对于上游聚集装置在横向上错开了半个齿宽，以使齿顶面向两个相邻齿之间的底部。

根据本发明的布粉器有利地包括适于与由移动平面支承的导向装置相配合的纵向导向装置。

用于引导布粉器的这些装置以及平面的那些导向装置可以形成滑道，则该导向装置可以包括位于壳体的每个横向侧面上的轴向突出件，这些轴向突出件能够在相对于平面固定的轴向凹槽中滑动。

有利地，该轴向突出件被定位为朝向壳体并且这些突出件中的至少一个是可移除的。

根据本发明，本布粉器有利地分别借助于两个臂通过第一端连接至移动装置，以产生沿移动方向的往复运动，并且通过与该第一端相对的第二端可转动地移动，这两个臂分别转动安装在壳体的每个侧面上，所述臂中的每一个均包括气缸。

在示例性实施例中，这些聚集装置相对于壳体各自由一个可移除板支承。

有利地，本布粉器包括能够使所述板相对于模具沿移动方向振动(vibrate)的装置。这些激励装置例如可以包括振动器或者可以是压电类的。

这些振动装置可以包括轴和悬挂装置，该轴通过一端牢固连接至板并且通过第二端牢固连接至用于驱动沿移动方向的往复运动的装置。

该悬挂装置例如可以包括挤压在轴与壳体之间的弹簧。

本布粉器另外可以包括介于面向彼此的板与壳体的壁之间的密封装置，例如弹性环，该弹性环具有的轴线与臂的轴线基本重合。

该悬挂装置也可以是介于面向彼此的板与壳体的壁之间的弹性环，并且该悬挂装置还形成密封装置。

该弹性环可以粘附地粘贴在壳体和板上，或者通过硫化作用牢固连接至壳体和板。该环还可以被强制装配到壳体的第一突出环上和板的第二突出环上。

在具体实例中，该环被保持在两个金属薄板之间以形成夹层板。

这些金属薄板可以包括面向环的通道的窗状开口(window)，并且其中，靠近壳体一侧的金属薄板的窗状开口小于靠近板一侧的金属薄板的窗状开口。

例如，与板相接触的金属薄板被焊接和/或铆接在该金属薄板上并且包括成直角地向后折叠的端部。

本布粉器有利地包括形成推动件(pusher)的面，该推动件具有鼻子状的外形、在滑动平面上滑动、且用来在芯块形成后推动这些芯块。

本发明的目的还在于，提供一种用于制造芯块的装置，该装置包括：包括模具的工作台；用于将粉末压进模具中的上部冲头和下部冲头；根据本发明的布粉器；用于根据沿第一移动方向的往复运动来控制布粉器的移动的装置；用于将粉末传送到布粉器中的装置，这些模具至少沿一行来定位，这些模具的分隔距离等于齿的底部的分隔距离，该布粉器被定位在工作台上，以便在布粉器移动期间，两个齿之间的每个底部均覆盖一个模具。

该行有利地垂直于移动方向。

有利地，本装置包括平行的两行模具，每行中的模具彼此间都是等距离的，并且第一行的模具相对于第二行的模具错开了第二行的模具的分隔距离的一半。

例如，每行均包括七个模具。

该传送装置至少包括一个供料管，该供料管将料斗连接至该布粉器。

该供料管可以沿模具的行的方向延伸。

根据本发明的装置可以包括用于在模具的填充周期之后收集布粉器内的物质的装置。

该收集装置还可以包括设置在工作台中的、通过管连接至抽吸装置的至少一个孔，当布粉器位于具体排空(emptying)位置时，该孔位于布粉器的下方。

另外，本装置有利地可以包括用于将由收集装置收集到的粉末放入料斗中的装置。

有利地，该工作台可以沿与工作台的平面垂直的轴线移动。

本装置还包括横杆(rail)，根据具体实施例，该布粉器的轴向突出件穿过这些横杆。

本发明的主题还在于，提供一种用于制造芯块的方法，该方法包括以下步骤：

-借助于设置有聚集装置的布粉器，沿与模具的定位相对应的不同轴向方向用粉末填充模具，

-压制模具中的粉末，

-排出芯块。

在一个具体实例中，在填充步骤期间，供粉槽可以具有按照正弦定律的往复运动。

在另一具体实例中，在填充步骤期间，供粉槽具有按照三角定律的往复运动。

此外，该聚集装置可以被设置成振动的。

另外，芯块的排出有利地通过降低模具并且通过由布粉器推动芯块来实现。

本方法还可以包括用于排空布粉器的额外步骤。

附图说明

借助于以下说明和附图，本发明将得到更好的理解，在附图中：

图1是用于制造核燃料芯块的装置的示意图，

图2是根据本发明的布粉器的局部截面图，

图3是沿图2的布粉器的竖直面A-A的截面图，

图4是沿图3的竖直面B-B的局部截面图，

图5是沿平面D-D的图2的详细截面图，

图6示出了在制造芯块期间布粉器的不同位置，

图7、图8、图9A、图9B是根据本发明的布粉器的可替换实施例的示意图。

具体实施方式

图1中，可以看到用于制造芯块的装置包括：工作台2，该工作台设置有至少一个模具4，该模具设置有其中将放置待压制的粉末的孔；用于在模具4上移动的供粉槽或布粉器6；通过管10连接至该供粉槽的供料斗8；以及用于沿X轴移动供粉槽6的装置12，该装置12有利地按照箭头14和15作往复运动。

供粉槽6由壳体构成，该壳体包括上壁16和侧壁18，管10连接至上壁16。

本装置还包括介于料斗与供料管10之间的闸20，以便对向供粉槽供给粉末进行控制。

当打开闸20时，装在料斗8中的粉末流入管10中以到达供粉槽6。供粉槽6在移动装置12的作用下将具有按照箭头14和15的沿X轴的纵向往复运动并且将粉末分布到模具4中。在所示实例中，可以看到单个模具，但可以设置多个模具。

图2中，可以看到根据本发明的供粉槽的详细图示，该供粉槽包括所具有的外形基本为矩形的壳体22，该壳体由侧壁18和上壁16构成。侧壁包括垂直于X轴的壁18.1和18.2，在由箭头14所指出的方向上所谓前壁的壁18.2位于后壁18.1之前。壁18.3、18.4平行于X方向、分别将前壁和后壁的端部连接在一起。

供粉槽6能够在工作台2上沿X轴方向在最收回(extremeretracted)位置与最前进(extreme advanced)位置(位置D)之间滑动，在最收回位置，该供粉槽没有覆盖模具4，在最前进位置，使得能够排出芯块。

所示实例中的工作台2包括被定位在基本与Y轴平行的第一行R1和第二行R2中的十四个模具或模型。

所示实例中，这两行相对于彼此错开以使模具沿与X轴平行的轴线不是对齐的。因此，当沿箭头14看去时，除了R1的最左侧的孔和R2的最右侧的孔以外，第一行的模具的孔位于两个第二行的模具的孔之间(图2)。

还可以根据所希望的流量和芯块尺寸设置多于或少于十四个的模具和多于两行的模具。

根据本发明，供粉槽6包括内板19、23，这些内板设置有用于沿不同的路径聚集粉末的装置，以借助于十分大的供粉槽表面朝向每个模具移动和推动粉末。这样，可以减小粉末的粘附力并且减小粉末粘附于壁的可能。这些装置由这样的空腔(cavity)构成，即，由相对于X轴倾斜的表面30、32限定出的空腔。

所示实例中，这些内板具有基本相同的几何形状，将对板19进行描述。

板19沿与工作台2的平面平行的平面具有锯齿状的截面，该齿包括由底部25连接的顶端21。

该锯齿的端部可以是更圆或不圆的。

板19相对于工作台被定位为，使得当沿箭头14看去时模具与齿之间的底部25是对齐的。

底部25有利地由圆弧限定，以避免粉末的滞留。

有利地，板23具有与板19相同的尺寸。

板23面向板19。有利地，板23的齿相对于板19的齿沿Y轴错开。有利地，错开了半个齿宽。

所示实例中，板19与板23的轮廓是互补的。

有利地，板19、23是可移除的并且被固定在壳体内。因此，对它们进行替换时无需替换整个供粉槽。为此，壳体的上壁也是可移除的。

还可以设置有直接形成在壳体的侧壁的内表面中的聚集装置19、23。

该壳体例如由CuZn制成并且该聚合装置例如由聚合物制成。

供料管10伸入到壳体的上壁中、基本位于板19、23的轮廓线之间。所示实例中，供粉槽由沿与X轴垂直的Y轴均匀分布的四个供料管10供料。

可以设置更多或更少的供料管。例如可以设置成直角地伸入到板19或23的六个底部25的六个供料管，否则可以设置成直角地伸入到每个底部25的十二个供料管。

所示实例中，使用了四个不同的软管。但可以设置为使用单一的供料管10，该供料管具有细长的外形并且始终沿壳体的上表面沿Y轴延伸，因此使得能够始终沿由锯齿限定出的路径连续地供料。

根据本发明的装置还包括纵向导向装置33，该导向装置使得供粉槽相对于工作台2能够产生沿X方向的精确移动。并且从图5中可以看到，装置33包括由供粉槽支承的轴向突出件34，该轴向突出件与由工作台2支承的纵向凹槽36相配合。

图5中，可以看到轴向突出件34和凹槽36的细节。有利地，轴向突出件34被定向为朝向壳体并且插入凹槽36或介于该突出件34与壳体的壁18.3、18.4之间的横杆中。为了将供粉槽安装在工作台上，设置附着在壳体的可移除侧壁18.3、18.4的任一侧上的至少一个轴向突出部分34，这可以从图2中看出。

可以设置由供粉槽支承的凹槽36和由工作台支承的突出件34。

有利地，通过诸如弹簧的机械装置将供粉槽保持为与工作台相接触，且具体地，与模具相接触。但可以设置为使用气动装置，例如气动驱动器。

同样有利地，料斗例如通过具有真空泵的抽吸系统或振动滑槽和蜗杆类的机械抽吸系统供料。

通过使用根据本发明的供粉槽，可以减少粉末在供粉槽中的滞留以及粉末结块(packing)的风险。因此，通过增大的流量获得了对第一和第二行的有效填充。

在填充期间，供粉槽沿箭头14和15沿X轴按照往复运动移动。参照图6，该往复运动例如借助于两个气缸38来获得，位于壳体的侧壁18.3、18.4上的这两个气缸通过一端39安装在驱动装置(未示出)上，并且通过与该第一端相对的第二端可转动地移动。

有利地，工作台被安装为沿与X方向和Y方向垂直的竖直轴线Z是可移动的。由于该驱动器通过这两端转动地安装在供粉槽上和驱动装置上，因此该供粉槽完全跟随工作台的移动。

供粉槽的往复运动有利地是正弦或三角类的。

通过使用正弦类的移动模式，可以达到每秒9克粉末级的流量，而通过对供粉槽的移动使用三角定律，可以实现每秒8克级的流量。

本供粉槽在纵向端部还包括旨在于压制后朝向传送装置(未示出)推动芯块的鼻状件40。

根据压制模型，限定出振动轴线以及该轴线的任一侧上的振动幅度。与两行模具之间的中心轴线对应的振动轴线以及振动幅度确保了模具被来自供粉槽的粉末覆盖。通过调节振动轴线的位置，即，通过使其位置相对于两行模具是不对称的，可以调节前行与后行之间的可能的填充不对称。

将对第一行R1的模具的填充进行详细描述，第二行R2的模具的填充以对称的方式进行。

当装置19沿方向15移动时，聚集装置19的锯齿状轮廓将每对齿之间的粉末聚在一起，粉末沿齿朝向底部25移动。当底部25与第一行R1的模具4对齐并且在填充前被定位在第一行R1的后部处时，底部遇到行R1的模具4，某一时刻聚集在底部25中的粉末与行R1的模具4是成直角的并且落入这些模具中。由于粉末被设置有用于移动粉末的大表面的装置19大力推动，则更好地实现了模具的填充。

当装置23沿方向15移动时，同样的现象出现在第二行R2。

用于制造芯块所需的全部粉末并不是一次就落入每个模具中，而是通过供粉槽的往复运动多次进行填充。好的填充均一性可通过具有多个步骤的填充来获得。

此外，供粉槽的成对(conjugate)的往复运动和工作台的向上运动造成朝向模具的内部抽吸粉末的现象。当下部冲头被固定时，工作台的向上运动导致模具的自由容积增大进而使得对粉末进行抽吸。

图7至图9中，可以看到根据本发明的布粉器的可替换实施例，该可替换实施例包括供粉槽106，该供粉槽与图2至图6的供粉槽6的不同之处在于，该聚集装置相对于壳体是可移动的。

根据图7的布粉器包括支承根据本发明的聚集装置的板119，板119连接至能够沿箭头105以往复运动沿X方向移动的臂102的第一端104。

该臂通过第二端连接至能够对该臂施加低幅度移动的驱动装置(未示出)，以便将聚集装置119设置为沿X方向振动。

在臂的作用下，聚集装置在壳体内沿X方向移动。

本布粉器还包括悬挂装置110，所示实例中，该悬挂装置由串联地、起反作用地安装在臂102与相对于壳体固定的罩(cage)108之间的两个螺旋弹簧112构成。

通过该悬挂装置可以使粉末在低频率下并且以高幅度振动，这使得粉末在供粉槽的整个表面上均一分布。为了使粉末流体化并且适当地填充模具，可以将这些运动与旨在破坏粉末的粘聚力的具有更低幅度和/或具有更低频率的振动相组合或联合。

本布粉器还包括位于壳体与聚集装置之间的密封装置114以防止粉末置于壳体的壁与聚集板之间。所示实例中，这些密封装置包括与臂102基本共轴的弹性环。

图8中的所示实例中，环114既形成密封装置又形成悬挂装置110，确定环的尺寸以实现这两个功能。

有利地，所使用的弹性材料能承受的温度基本在50℃至130℃之间并且是放射性的。

该环例如通过在弹性板上切出该环而制得。

该环例如通过粘结或通过硫化作用连接至壳体和聚集装置。

该环还可以被强制装配在壳体和聚集装置的突出部件上，例如被强制装配在所具有的外径大于该弹性环的内径的环上。

还可以预见，可以在夹层材料板中制得具有切出的环的形状的悬挂装置，该夹层材料板包括夹在两个金属薄板118之间的弹性层116(图9A和图9B)。

悬挂装置的金属薄板可以被焊接(图9B)和/或铆接(图9A)在壳体和板119上。

图7、图8、图9A、图9B中仅示出了设置有聚集装置的板，但设置有与图2的布粉器中相似的面向彼此的两个振动板的装置没有背离本发明的范围。

可以为每个板设置一个激励器(excitator)或者为两个板设置唯一的激励器，这些板例如是刚性连接的。

有利地(比较图9A和图9B)，与聚集装置相接触的薄板包括成直角地向后折叠的端部120以沿着聚集装置的侧轮廓线，以及从聚集装置的后表面交叠的弹性层。这样，悬挂装置110还防止了粉末进入聚集装置与壳体之间。

一个实施例中，粉末的振动仅由聚集装置的振动引起，供粉槽不再进行用于振动粉末的往复运动。

一方面，由此可以减小设置有先前所描述的气缸的臂上的应力，则气缸仅用于将供粉槽置于图6中所示的位置A至D的大幅度移动，例如移除供粉槽以进行压制。

另一方面，由于粉末被直接推动，故还缩短了用于制造芯块的周期。

此外，由于供粉槽永久性地保持在这两行模具上，故用于填充模具的时间短于其中供粉槽在上游与下游模具之间进行往返运动的系统的用于填充模具的时间。

通过供粉槽的往复运动并且通过聚集装置的振动来提供粉末的振动的布粉器并没有背离本发明的范围。

有利地，激励器被设置在供粉槽外以便于维护。此外，通过该外部布置可以避免由于通风不好而出现故障的风险。

为了破坏将排出粉末位置处的粉末的粘聚力，将能够振动的聚集装置优选地定位为尽可能地靠近模具。

该激励器例如包括电磁振动装置，例如振动器或者是压电激励器类的。

使用振动器具有能够获得宽频率和幅度范围的优点。

任何类型的激励器，例如磁类的，都是可以适用的。

如先前所描述的，用于制造芯块的装置包括用于根据确定的周期来控制供粉槽的移动并且还控制激励器的装置，以确保模具的填充的反复性。周期开始时可以设置强幅度的振动，并且此后可以设置更低幅度的振动和/或可变频率的振动。

现将参照图6中所示的供粉槽的位置A至E对用于应用根据本发明的布粉器来制造芯块的方法进行描述。

根据本发明，本制造方法包括以下步骤：

a)将供粉槽置于模具上(位置A)，该供粉槽包括用于沿不同轴线聚集粉末的装置，

b)通过使聚集装置振动填充模具，

c)移除供粉槽(位置B)，

d)压缩粉末，

e)排出芯块(位置C)。

在步骤b)期间，打开阀20使得装在料斗中的粉末能够通过管10流入供粉槽的壳体中。

接着，供粉槽的壳体进行往复运动(例如七个或八个往返)和/或将聚集装置设置为振动以提供均一的粉末分布并且防止粉末颗粒的粘聚。在该填充期间，可以移动下部冲头以产生抽吸作用。

相对于振动期间的往复运动，在步骤c)期间，供粉槽在工作台2上具有向后的大幅度移动，以便为了上部冲头的靠近而完全移走模具。

在步骤d)期间，粉末在确定的时间内被压在上部冲头与下部冲头之间。在压制期间可以设置对上部冲头的移动速度的改变。

在步骤e)期间，工作台向下移动使得从模具中排出芯块，并且此后供粉槽进行向前的大幅度运动以朝向被定位在工作台的前端处的传送装置推送芯块。

本方法可以包括用于排空供粉槽的额外步骤，则供粉槽被置于排空位置(位置D)、位于连接至用于抽吸残留在供粉槽中粉末的装置的孔的上方。

接下来，在该周期的最后，供粉槽被置于等待静止位置(位置E)。

对于位置C至E，工作台位于低位置。

借助于根据本发明的供粉槽，可以实现在用于填充模具的时间上节省数秒。