一種石墨球磨損設備及磨損速率測量方法

專利名稱：一種石墨球磨損設備及磨損速率測量方法
技術領域：
本發明涉及一種用于石墨球磨損的專用設備，及涉及高溫氣冷堆球形燃料元件制造中基體石墨球磨損速率的測量方法。
背景技術：
我國球床式高溫氣冷堆所使用的陶瓷型燃料元件直徑為60mm，結構為球形包覆顆粒(TRISO)彌散在燃料區的石墨基體中。作為燃料元件的結構材料，基體石墨使包覆燃料顆粒獲得熱工水力學條件，包括將熱量傳給冷卻劑氦氣。并作為慢化材料，對快中子有足夠的慢化能力。同時還具有一定的滯留裂變產物的能力。在球床堆內，燃料元件緩慢流動，形成球流。在球流過程中，他們相互之間產生摩擦，使球產生磨損。因此，抗磨損性能是球形燃料元件的一個重要力學性能指標。目前原有設備存在以下缺點1.人工計時，誤差大；2.電機轉速不可調，存在誤差，且能耗大；3.石墨粉塵污染大、噪音大；4.裝卸樣品復雜；5.設備體積大。隨著高溫氣冷堆的推廣應用，其燃料元件的規模化生產對設備的自動化檢測、數據可靠性、節省能耗、實驗效率、實驗環境、操作便利性及減小設備體積等方面都提出了更高的要求，基體石墨球磨損專用設備作為元件性能檢測的關鍵設備之一，在以上提及的各方面都需要得到改善。

發明內容
(一)要解決的技術問題本發明需要提供一種石墨球磨損設備，主要解決的技術問題第一、實現自動計時，減少人工介入；第二、實現電機速率可調，節省能耗；第三、簡化樣品裝卸程序，簡化設備開啟關閉的操作；第四、優化實驗環境，減少石墨粉塵污染及噪聲污染；同時，本發明還要提供該石墨球磨損速率測量方法。(二)技術方案為了解決上述第一技術問題，本發明提供一種石墨球磨損設備，包括滾筒、電機、 計時裝置和控制器，所述滾筒包括筒體和筒蓋，所述滾筒還設置有傳動軸，所述傳動軸連接所述電機，所述計時裝置用于記錄所述設備的實驗時間，所述控制器分別與所述計時裝置和電機電連接，所述計時裝置達到預定時間時，發送信號到所述控制器，所述控制器控制所述電機的啟停。進一步地，所述計時裝置在斷電時停止計時，復電后繼續計時。進一步地，所述石墨球磨損設備還包括顯示裝置，所述顯示裝置與所述計時裝置及所述控制器電連接，所述顯示裝置用于顯示實驗時間或所述測量設備運行狀態的一種或多種。
進一步地，所述筒體內部光滑，筒體內壁軸向方向上設置有至少一個筋結構。為了解決上述第二技術問題，所述電機為變頻式電機。進一步地，所述電機的轉速為預設轉速為了解決上述第三技術問題，所述筒體上設置有至少一個鎖扣，所述筒蓋上設置有與所述鎖扣相對應的裝卸扳手，所述裝卸扳手穿過所述鎖扣固定筒蓋于筒體上。為了解決上述第四技術問題，所述筒體或筒蓋上設置有至少一個排塵孔，用于排出實驗過程中產生的石墨粉塵。進一步地，石墨球磨損設備還包括防塵罩，所述防塵罩扣于所述滾筒外部。進一步地，石墨球磨損設備還包括減震架，所述減震架位于所述滾筒及電機下方， 所述減震架與地面接觸部分還設置有減震墊。本發明還提供所述石墨球磨損速率測量方法，包括步驟步驟1、抽取N個樣品石墨球，觀察所述石墨球是否有破損，有破損的不選作實驗樣本；步驟2、擦去上述石墨球表面粉塵；步驟3、稱出每個石墨球質量并記錄；步驟4、將所述N個石墨球裝入滾筒，合上筒蓋并固定；步驟5、設置所述控制器及計時裝置；步驟6、計時裝置累計時間達到T小時時設備自動停止實驗；步驟7、擦去上述N個石墨球表面粉塵；步驟8、稱出每個石墨球質量并記錄；步驟9、計算磨損前后N個石墨球的總質量，分別記為M和M'；步驟10、按公式(M-M' )/(NXT)計算磨損率。(三)有益效果上述技術方案所提供石墨球磨損設備及磨損速率測量方法，所述石墨球磨損設備由滾筒、電機、計時裝置和控制器組成，計時裝置控制實驗時間，控制器控制設備啟停。同時選用變頻電機，還增加了防塵罩、減震架等設置，該種石墨球磨損設備實現自動計時顯示、 實驗完畢自動停機、不受停電影響、實驗效率高、實驗數據可靠、體積小、裝卸樣品方便、操作便利、改善實驗環境并節省能耗。


圖1是本發明實施例的石墨球磨損設備的結構示意圖；圖2是本發明實施例的滾筒筒蓋結構示意圖；圖3是本發明實施例的防塵罩正視圖；圖4是本發明實施例的防塵罩側視圖；其中，1 滾筒；2 電機；3 計時裝置；4 防塵罩；5 減震架；6 控制器；7 筒蓋； 8 筒體；9 裝卸扳手；10 排塵孔；11 顯示裝置；12 防塵罩提手；13 鎖扣。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不 用來限制本發明的范圍。如圖1所示，圖1為本實施例的石墨球磨損設備的結構示意圖。石墨球磨損設備包括滾筒1、電機2、計時裝置3和控制器6。滾筒1包括筒體8和筒蓋7，滾筒1還設置有傳動軸，傳動軸連接電機2。計時裝置3用于記錄設備的實驗時間。控制器6分別與計時裝置3和電機2電連接。計時裝置3達到預定時間時，發送信號到控制器6，控制器6控制電機2的啟停。通過設置計時裝置3和控制器6，可以實現石墨球磨損設備的自動啟停，減少了人工參與和控制，實驗數據可靠，保證了試驗可靠性及便利性。在使用初通過設置控制器 6及計時裝置3，設備自動運轉，達到實驗時間后，設備自動停機。采用滾筒，裝卸樣品方便快捷，節省實驗時間。本實施例中采用的計時裝置3在斷電時停止計時，復電后可以繼續計時，即石墨球磨損設備不受到停電等意外因素的影響。等停電或故障恢復后，計時裝置3計時繼續，并且設備繼續進行運轉。可以有效的降低外界因素對實驗過程的影響，不會因為停電等意外因素而使得進行到一半的實驗無法繼續，大大提高了實驗的效率。所選用的計時裝置3可以為電子計時器或機械計時裝置。如果選用電子計時器時需要有單獨的供電系統或備用電源，當停電情況出現時，對已記錄的時間數據進行存儲或保存，以便在電力恢復時繼續計時。如果選用機械計時裝置，需要設置與電路相關聯的機構例如電磁閥，當停電情況出現時，電磁閥發生動作，機械計時裝置停止運行，在恢復供電時，電磁閥發生動作，機械計時裝置繼續計時。本發明中計時裝置3的計時方式可以為從零計時到指定時間，也可以通過設定指定時間倒計時到零。本發明提供的石墨球磨損設備，其滾筒筒體8內部光滑，筒體內壁軸向方向上設置至少一個筋結構。有助于促進基體石墨球在滾筒內的相互之間進行充分摩擦。如圖1所示，石墨球磨損設備還包括顯示裝置11。顯示裝置11與計時裝置3及控制器6電連接，用于顯示實驗時間，還可顯示設備運行狀態等。例如顯示設備已運行時間， 剩余時間，設備正常運行，意外情況報警等。可以方便操作人員的對設備運行時間及狀況了解。所述顯示裝置11也可以為觸屏的控制器輸入口，既可以顯示實驗時間，還可顯示設備運行狀態等，還可以通過操作者觸摸將控制信息輸送至設備。計時裝置3、顯示裝置11及控制器6可以集成在一個控制箱中，可以同時增加操作的便利性，也可以大大縮減設備的體積。本發明實施例中應用的電機2為變頻式電機。變頻電機具有平滑啟動和停止的特點，且比固定轉速的電機節省電能，可以有效的節省能耗。電機2通過傳動軸與滾筒1連接， 能夠精確控制滾筒的轉速，本實施例中需要的轉速為預設轉速。直流電機等一些調速范圍寬廣、調速特性平滑、平滑啟動和停止的電機也可以適用作為本發明中的電機。結合圖1及圖2，筒體8上設置有4個鎖扣13，所述筒蓋7上設置有與所述鎖扣13 相對應的裝卸扳手9，所述裝卸扳手9穿過所述鎖扣13固定筒蓋7于筒體8上。提高了操作的便利性，裝卸石墨球時，需要先打開裝卸扳手9，從所述鎖扣13中分離，將筒蓋7與所屬筒體8分離，將石墨球放入，再將裝卸扳手9穿入所述鎖扣13。筒蓋7與筒體8可以是分離的，也可以通過連接件如合頁等用栓接、鉚接、焊接等方式連接。同樣地，本發明也可以使用筒單的鎖結構，進行筒蓋7與筒體8的固定；還可以在筒蓋7和筒體8之間接觸的部位設置相互配合卡緊的結構。開啟筒蓋7的扶手可以單獨設計在所述筒蓋7上，如所述筒蓋7的端面。

為了保障實驗時滾筒1內石墨粉塵的排出，筒體8或筒蓋7上應設置有至少一個排塵孔10，用于排出實驗過程中產生的石墨粉塵。為了使設備整體美觀，優選所述排塵孔大小相同，均勻分布在筒體8或筒蓋7。如圖2所示，本實施例中排塵孔10有20個，均勻設置在筒蓋7上，形狀為大小相同的圓形，用于實驗時滾筒1內石墨粉塵的排出。排塵孔10的形狀也可以為方形、棱形等一種或多種。如圖1所示，本實施例中石墨球磨損設備還包括防塵罩4，防塵罩4扣于滾筒1外部。可以防止在實驗過程中石墨粉塵飄出，保證了操作環境的清潔環保。結合圖3及圖4， 本發明中選用的防塵罩4為頂部成圓弧形，與滾筒1相對應，下部設置為矩形，便于放置。本發明中的防塵罩4也可以設計成矩形、梯形、圓弧形的一種或多種。為方便拿取，本事示例中防塵罩4頂端設置有防塵罩提手12。在防塵罩的一個側面設置有與滾筒1的傳動軸對應的空槽，使滾筒1的傳動軸伸出防塵罩4外。防塵罩4可以選用的材質如金屬、塑料等材質，防塵罩4可以設置吸附粉塵的層，隔音層等。如圖1所示，石墨球磨損設備還包括減震架5，減震架5位于滾筒1及電機2下方。 滾筒1、電機2和防塵罩4可以集中安裝在減震架上，為配合滾筒1、電機2及防塵罩4，本實施例中減震架的尺寸為Im(長)X0. 5m(寬)X Im(高)。可以有效的減小實驗時候的噪音。結合實際情況，減震架4可以選擇金屬、木材、塑料等制作。減震架4與地面接觸部分還設置有減震墊。設置減震墊可以減小設備運行時和地面沖擊產生的噪聲，及減小設備在震動時對實驗結果的影響，減小設備晃動，提高設備壽命。本發明還提供了一種石墨球磨損速率測量方法，包括步驟步驟1、抽取多個石墨球樣品，觀察所述石墨球是否有破損，有破損的不選作實驗樣本。在進行磨損速率實驗時，因為有破損的石墨球破損處與石墨球整體粘合力差，非常容易磨損處崩掉而非磨損掉，會影響實驗的結果，使實驗結果不準確。本發明中優選N個石墨球(例如10-50個)。步驟2、擦去上述石墨球表面粉塵；減少因為被檢測石墨球原有粉塵對實驗結果的影響。可以選用軟紙、柔軟布或軟刷等進行石墨球表面粉塵的清潔。步驟3、稱出每個石墨球質量并記錄；考慮到電子天平的精度及穩定性等因素，優選電子天平進行石墨球質量的測量。預先稱重，作為石墨球質量的初始值。檢查設備筒蓋的各裝卸扳手9與筒體上鎖扣13是否可以卡緊，防塵罩4是否能夠蓋好，電機是否可以運轉正常。步驟4、將所述20個石墨球裝入滾筒1，合上筒蓋7并通過裝卸扳手9和鎖扣13 固定；石墨球放入滾筒1時需要小心，完好地裝入。步驟5、設置所述控制器6及計時裝置3 ；開通設備電源，設置控制器6，如電機運轉速度等參數，并設置計時裝置3，實驗需要的時間進行設置。本發明實施例設置的時間為 T小時，時間可以根據被實驗石墨球的性能等因素選取，如選取20，30小時等。設置完畢后， 滾筒1開始運轉，于此同時，計時裝置計時開始。在實驗過程中，操作人員可以觀察顯示裝置11，以便對實驗過程出現的狀況有所了解。步驟6、計時裝置累計時間達到T小時時設備自動停止實驗，即計時時間累計時間達到T小時時設備停止運行。由于本發明石墨球磨損設備不受停電等因素影響的功能，所以中間過程無需操作人員動作的介入。步驟7、擦去上述N個石墨球表面粉塵；同樣的為減少因為被實驗石墨球上附有粉塵對實驗結果的影響。可以選用軟紙、柔軟布或軟刷等進行石墨球表面粉塵的清潔。步驟8、稱出 每個石墨球質量并記錄；選用稱石墨球初始重量的同一個電子天平進行稱重，可以相對地減少由于光電天平在稱重時帶來的誤差。步驟9、計算磨損前后N個石墨球的總質量，分別記為M和M'；即單個石墨球初始重量和實驗后重量求和分別得到M和M'。步驟10、按公式(M-M' )/(NXT)計算磨損率，進行相應地計算，得到的磨損率單位為(mg/h ·石墨球)。在測量結束后，將測量結果進行記錄，填表。磨損速率實驗后的石墨球應裝入專用容器中，做好標記，由有關管理人員妥善保管，并最終退還取樣人員處理。為了減小實驗結果的誤差，對同一批次的石墨球，可以選擇幾組石墨球分別進行實驗，對實驗結果進行平均處理。為了避免偶然誤差如某個石墨球有破損但目測時未發現， 對實驗結果產生的影響，可以選用一些常用的物理實驗減小誤差的方法，例如用最小二乘的方法，來減小偶然誤差的影響。由以上實施例可以看出，所述石墨球磨損速率測量設備由滾筒1、電機2、計時裝置3和控制器6組成，計時裝置3控制實驗時間，控制器6控制設備啟停。同時還增加了防塵罩4、減震架5，并選用變頻電機，該種石墨球磨損速率測量設備實現自動計時顯示、實驗完畢自動停機、不受停電影響、實驗效率高、實驗數據可靠、體積小、裝卸樣品方便、操作便禾IJ、改善實驗環境并節省能耗。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種石墨球磨損設備，其特征在于，包括滾筒、電機、計時裝置和控制器；所述滾筒包括筒體和筒蓋，所述滾筒還設置有傳動軸，所述傳動軸連接所述電機，所述計時裝置用于記錄所述設備的實驗時間，所述控制器分別與所述計時裝置和電機電連接， 所述計時裝置達到預定時間時，發送信號到所述控制器，所述控制器控制所述電機的啟停。
2.根據權利要求1所述的石墨球磨損設備，其特征在于，所述計時裝置在斷電時停止計時，復電后繼續計時。
3.根據權利要求1所述的石墨球磨損設備，其特征在于，所述石墨球磨損設備還包括顯示裝置，所述顯示裝置與所述計時裝置及所述控制器電連接，所述顯示裝置用于顯示實驗時間或所述設備運行狀態的一種或多種。
4.根據權利要求1所述的石墨球磨損設備，其特征在于，所述筒體內部光滑，筒體內壁軸向方向上設置有至少一個筋結構。
5.根據權利要求1所述的石墨球磨損設備，其特征在于，所述電機為變頻式電機。
6.根據權利要求5所述的石墨球磨損設備，其特征在于，所述電機的轉速為預設轉速。
7.根據權利要求1至6任一項所述的石墨球磨損設備，其特征在于，所述筒體上設置有至少一個鎖扣，所述筒蓋上設置有與所述鎖扣相對應的裝卸扳手，所述裝卸扳手穿過所述鎖扣固定筒蓋于筒體上。
8.根據權利要求1至6任一項所述的石墨球磨損設備，其特征在于，所述筒體或筒蓋上設置有至少一個排塵孔，用于排出實驗過程中產生的石墨粉塵。
9.根據權利要求1至6任一項所述的石墨球磨損設備，其特征在于，石墨球磨損設備還包括防塵罩，所述防塵罩扣于所述滾筒外部。
10.根據權利要求1至6任一項所述的石墨球磨損設備，其特征在于，石墨球磨損設備還包括減震架，所述減震架位于所述滾筒及電機下方，所述減震架與地面接觸部分還設置有減震墊。
11.一種權利要求1所述的石墨球磨損速率測量方法，其特征在于，包括步驟步驟1、抽取N個樣品石墨球，觀察所述石墨球是否有破損，有破損的不選作實驗樣本；步驟2、擦去上述石墨球表面粉塵；步驟3、稱出每個石墨球質量并記錄；步驟4、將所述N個石墨球裝入滾筒，合上筒蓋并固定；步驟5、設置所述控制器及計時裝置；步驟6、計時裝置累計時間達到T小時時設備自動停止實驗；步驟7、擦去上述N個石墨球表面粉塵；步驟8、稱出每個石墨球質量并記錄；步驟9、計算磨損前后N個石墨球的總質量，分別記為M和M'； 步驟10、按公式(M-M' )/(NXT)計算磨損率。
全文摘要
本發明涉及一種石墨球磨損設備及磨損速率測量方法，特別是涉及檢測高溫氣冷堆燃料元件制造中石墨球磨損速率的設備及操作方法，所述石墨球磨損設備由滾筒、電機、計時裝置和控制器組成，計時裝置控制實驗時間，控制器控制設備啟停。同時本發明提供的設備還增加了防塵罩、減震架，并選用變頻電機，該種石墨球磨損設備實現自動計時顯示、實驗完畢自動停機、不受停電影響、實驗效率高、實驗數據可靠、體積小、裝卸樣品方便、操作便利、改善實驗環境并節省能耗。
文檔編號G01N3/56GK102252929SQ20111015964
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月14日 優先權日2011年6月14日
發明者劉小雪, 唐春和, 張凱紅, 李自強, 趙宏生 申請人:清華大學