Технология изготовления тепловыделяющих элементов

№740

ФЕДЕРАЛЬНОЕАГЕНТСТВОПООБРАЗОВАНИЮ

Кафедра порошковой металлургии и функциональных
покрытий

Э.И. Андреев
В.В. Басов
В.Ю. Лопатин

Технология изготовления
тепловыделяющих
элементов

Учебнометодическое пособие

Рекомендовано редакционноиздательским
советом института

Москва  Издательство ´УЧЕБАª
2006

УДК 621.039.56 
 
А65 

Р е ц е н з е н т  
ст. преподаватель Р.Т. Хайруллина 

Андреев Э.И., Басов В.В., Лопатин В.Ю. 
А65  
Технология изготовления тепловыделяющих элементов: 
Учеб.-метод. пособие. – М.: МИСиС, 2006. – 112 с. 

В учебно-методическом пособии изложен порядок выполнения курсового 
проекта по технологии изготовления тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ). 
Рассмотрены основные требования к выполнению пояснительной записки и 
графической части проекта. Приведены примеры изложения разделов по технике безопасности, охране труда, экологии и ядерной безопасности, по технологии и технологическим схемам производства, по расчету материального 
баланса, выбору и расчету потребного количества оборудования, проведению 
специальных расчетов. Даны образцы титульного листа, технического задания, технологических схем и описания технологических процессов и операций по изготовлению топливных таблеток и ТВЭЛ, планы проектируемых 
участков и др. 
Содержание соответствует программе курсов «Технология и свойства порошковых материалов и изделий из них для различных отраслей техники» и 
«Технология изготовления тепловыделяющих элементов». 
Пособие предназначено для студентов специальности 150108, а также 
может быть полезно студентам энергофизических специальностей МГТУ 
им. Н.Э. Баумана, МИФИ и других вузов. 

Пособие подготовлено кафедрой металлургии Электростальского политехнического института (Э.И. Андреев и В.В. Басов) и кафедрой порошковой 
металлургии и функциональных покрытий (В.Ю. Лопатин). 

© Московский государственный институт

стали и сплавов (технологический  
университет) (МИСиС), 2006 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение....................................................................................................4 
1 Тематика и структура курсовых проектов ..........................................6 
2 Оформление курсового проекта.........................................................25 
2.1 Оформление пояснительной записки .........................................25 
2.2 Оформление графической части .................................................38 
2.3 Нумерация курсовых проектов ...................................................42 
Список использованных источников....................................................43 
Приложение А. Титульный лист пояснительной записки 
курсового проекта...................................................................................46 
Приложение Б. Техническое задание на курсовой проект .................47 
Приложение В. Пример оформления содержания проекта ................48 
Приложение Г. Требования ядерной безопасности при 
проведении работ с делящимися материалами....................................49 
Приложение Д. Требования охраны труда, техники безопасности 
и промышленной санитарии при работе с делящимися 
материалами............................................................................................56 
Приложение Е. Технологические схемы производства 
топливных таблеток и ТВЭЛов.............................................................68 
Приложение Ж. Описание технологических схем производства 
топливных таблеток и ТВЭЛов.............................................................73 
Приложение И. Расчет материального баланса для 
технологической схемы получения топливных таблеток 
типа ВВЭР-440 производительностью 250 т/год.................................97 
Приложение К. Расчет потребности в оборудовании 
при получении топливных таблеток типа ВВЭР-440........................102 
Приложение Л. План участка изготовления таблеток 
ВВЭР-440...............................................................................................104 
Приложение М. Расчет защитного заземления установки 
приготовления пресс-порошка типа ППШ.........................................105 
Приложение Н. Пример заполнения страницы..................................107 
Приложение П. Коды документов по ГОСТ 2.102–68......................108 
Приложение Р. Пример спецификации к сборочному чертежу.......109 
Приложение С. Примеры основной надписи (штампа) 
на чертежах ...........................................................................................110 

ВВЕДЕНИЕ 

Одним из важнейших элементов процесса обучения в высшей 
школе является курсовое проектирование. 
В общем случае основными целями и задачами курсовых проектов по техническим дисциплинам являются систематизация, обобщение, углубление и закрепление знаний, приобретенных студентами в процессе теоретического и практического обучения, применение этих знаний к комплексному решению конкретных задач и развитие навыков самостоятельной творческой работы при решении 
конструкторских, технологических и экономических задач, более 
глубокое знакомство со своей специальностью на примере темы проекта, развитие расчетно-графических навыков, овладение методикой 
и техникой специальных технических и экономических расчетов, 
необходимых для самостоятельного решения инженерных задач, использование ЭВМ при курсовом проектировании. 
В частности, в соответствии с квалификационной характеристикой 
по специальности 150108 «Порошковая металлургия, композиционные 
материалы, покрытия» курсовое проектирование промышленного участка по изготовлению топливных таблеток из диоксида урана или тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) имеет следующие цели: 
- расширение, углубление и закрепление знаний в решении конкретных инженерных задач при проектировании промышленных 
участков изготовления керамического ядерного топлива или ТВЭЛов 
для различного типа реакторов АЭС; 
- закрепление и развитие навыков самостоятельной творческой 
работы в области технологического проектирования, в частности, 
при выборе и инженерных расчетах промышленного оборудования 
предприятий по изготовлению керамического ядерного топлива или 
ТВЭЛов, при расчете материальных балансов производства того или 
иного вида топливных таблеток или ТВЭЛов; 
- формирование технологической базы для дипломного проектирования. 
В результате курсового проектирования (как завершающей части 
курса «Технология изготовления тепловыделяющих элементов») 
студент должен уметь: 
- на основании исходных данных разрабатывать аппаратурнотехнологические схемы производства керамического ядерного топлива или ТВЭЛов для различного типа реакторов АЭС; 

- рассчитывать производительность оборудования и определять 
потребность в оборудовании для проектируемого производства того 
или иного вида топливных таблеток или ТВЭЛов; 
- планировать производственные помещения; 
- оформлять проект; 
- рассчитывать материальный баланс производства того или иного вида топливных таблеток или ТВЭЛов с использованием современной вычислительной техники и требований единой системы конструкторской документации (ЕСКД); 
- выполнять расчеты оборудования, используемого в производстве 
топливных таблеток или ТВЭЛов: мельниц, смесителей, грануляторов, 
прессов, печей сушки и спекания, шлифовальных станков, установок 
снаряжения, сварки, их мощности, заземления и др.; 
- пользоваться научно-технической, специальной и справочной 
литературой по технологии производства того или иного вида топливных таблеток или ТВЭЛов и проектированию соответствующих 
производств и оборудования; 
- выступать перед аудиторией с целью защиты своей курсовой 
работы. 
Курсовой проект должен быть выполнен с учетом применяемых 
на практике решений, а также возможных усовершенствований в 
технологии, оборудовании, организации производства и труда на основании новейших достижений науки, техники и практики передовых предприятий, достижений новаторов производства и т.д. 

1 ТЕМАТИКА И СТРУКТУРА КУРСОВЫХ ПРОЕКТОВ 

По своему содержанию курсовые проекты можно классифицировать следующим образом: 
• проектно-конструкторские; 
• технологические; 
• исследовательские; 
• комплексные. 
Качественно курсовые проекты можно разделить на типовые и 
изобретательские. Типовые проекты выполняются на базе известных 
решений с самостоятельной разработкой исполнителем отдельных 
конкретных вопросов. Изобретательские проекты носят принципиально новый характер и могут содержать решения на уровне новшеств и изобретений (ноу-хау). Их содержание может составлять основу докладов на студенческих научно-технических конференциях. 
Выбор тематики курсового проекта определяется рамками дисциплины «Технология изготовления тепловыделяющих элементов» и 
актуальностью выполнения того или иного проекта для промышленного производства топливных таблеток и тепловыделяющих элементов для различного типа реакторов атомных станций. 
По возможности темы проектов должны охватывать весь спектр 
теоретических вопросов, рассматриваемых в рамках курса «Технология изготовления тепловыделяющих элементов», в том числе вопросы проектирования опытных, опытно-промышленных и промышленных участков по изготовлению основных видов топливных таблеток 
и ТВЭЛов для отечественных (типа ВВЭР, БН, РБМК) и зарубежных 
(типа BWR и PHWR) реакторов АЭС. 
При этом наиболее предпочтительными являются темы проектов, 
связанные с задачами, решаемыми на тех предприятиях, где студенты проходят ознакомительную и преддипломную практику, и на соответствующих кафедрах МИСиС. 
После предварительного выбора тем курсовых проектов преподавателем, они согласовываются в соответствующих цехах предприятий и утверждаются на заседании кафедры. Затем студенту выдается техническое задание (в течение первых десяти дней семестра, в 
котором выполняется проект). 
Техническое задание на курсовой проект содержит: 
• название темы проекта; 
• исходные данные, необходимые для выполнения проекта; 

• расшифровку конкретных вопросов, которые студент должен 
самостоятельно и творчески разработать; 
• требуемый объем пояснительной записки и графической части 
проекта; 
• дату выдачи технического задания; 
• дату защиты проекта; 
• должность, фамилию, имя, отчество руководителя проекта, его 
подпись; 
• фамилию, имя, отчество студента с его подписью о получении 
технического задания на курсовой проект. 
Возможны следующие темы курсовых проектов. 
1 Проект участка* (опытного, опытно-промышленного, промышленного) производства топливных таблеток для реакторов типа ВВЭР-440. 
2 Проект участка (опытного, опытно-промышленного, промышленного) производства топливных таблеток для реакторов типа 
ВВЭР-1000. 
3 Проект участка (опытного, опытно-промышленного, промышленного) производства топливных таблеток для реакторов типа РБМК. 
4 Проект участка (опытного, опытно-промышленного, промышленного) производства топливных таблеток для реакторов типа BWR. 
5 Проект участка (опытного, опытно-промышленного, промышленного) производства топливных таблеток для реакторов типа PHWR. 
6 Проект участка (опытного, опытно-промышленного, промышленного) производства топливных таблеток для реакторов типа БН. 
7 Проект участка* (опытного, опытно-промышленного, промышленного) производства топливных таблеток с введением в их состав 
выгорающих поглотителей нейтронов (эрбий, гадолиний). 
8 Проект участка* (опытного, опытно-промышленного, промышленного) производства топливных таблеток с регулируемой микроструктурой. 
9 Проект участка* (опытного, опытно-промышленного, промышленного) производства топливных таблеток со специальными требованиями к их форме и размерам. 
10 Проект участка* (опытного, опытно-промышленного, промышленного) производства ТВЭЛов для различного типа отечественных 
(ВВЭР, БН, РБМК) и зарубежных (BWR, PHWR) реакторов. 

––––––––– 
* Тип участка, тип таблеток, ТВЭЛов и реактора, тип выгорающего поглотителя, 
способ регулирования микроструктуры таблеток, требования к форме и размерам 
таблеток и другие данные указываются руководителем проекта в момент выдачи 
задания на курсовое проектирование. 

Основными данными для разработки проекта участка производства топливных таблеток или тепловыделяющих элементов в соответствии с темой проекта являются: 
- тип участка; 
- тип таблеток; 
- тип ТВЭЛа; 
- производительность участка; 
- принципиальная технологическая схема изготовления конкретного типа таблеток и ТВЭЛов; 
- эскиз таблетки или ТВЭЛа с основными требованиями к ним; 
- производительность оборудования; 
- выход годной продукции (в случае необходимости – потери на 
отдельных операциях); 
- параметры работы оборудования; 
- вид исходного сырья (в случае необходимости – его обогащение); 
- тип выгорающего поглотителя; 
- способ регулирования микроструктуры таблеток; 
- особые требования к характеру производства; 
- в ряде случаев, в зависимости от темы, другие данные, необходимые для проектирования участка. 
Курсовой проект состоит из пояснительной записки и графической части (чертежей, схем, диаграмм, таблиц и т. п.). 
Объем пояснительной записки 25 – 35 страниц формата А4 
(210 х 297 мм); объем графической части 2 – 4 листа формата 
А1 (594 х 841 мм). 
Наиболее предпочтительным является следующий порядок расположения и оформления материалов (разделов) в пояснительной записке курсового проекта: 
1 Титульный лист (приложение А); 
2 Техническое задание на курсовой проект (приложение Б); 
3 Оглавление пояснительной записки с указанием соответствующих разделов и номеров страниц (приложение В); 
4 Введение; 
5 Охрана труда и техника безопасности (приложения Г и Д); 
6 Технологическая схема производства и ее описание (с данными 
по потерям) (приложения Е и Ж); 
7 Расчет материального баланса (приложение И); 
8 Обоснование выбора, описание и расчет количества оборудования (приложения К и Л); 

9 Описание и расчет одного из аппаратов (спецагрегата), отдельных его частей, заземления, вентиляции и т.д. (приложение М); 
10 Список использованных источников литературы; 
11 Приложения. 
Содержание основных разделов пояснительной записки курсового проекта должно быть следующим: 
Во введении формулируются цели и задачи проекта, области 
применения выпускаемого продукта (полуфабриката), его общие и 
специальные свойства, специфические особенности его производства, связанные, в том числе, с вопросами техники безопасности, производственной санитарии, защиты окружающей среды и промышленной эстетики. 
В разделе «Охрана труда и техника безопасности» рассматривается комплекс вопросов, связанных с особенностями работы с радиоактивными материалами, соблюдением требований ядерной безопасности, 
техники безопасности, экологии и охраны окружающей среды при работе с радиоактивным пылящим продуктом, горючими веществами и 
жидкостями, возможными источниками производственного травматизма и профессиональных заболеваний по каждой операции технологического процесса, обеспечением нормальных санитарно-бытовых условий 
работы и охраны окружающей среды на конкретных рабочих местах. 
Особое внимание при этом должно быть обращено на: 
1) меры по ядерной безопасности, охране труда и технике безопасности при работе с радиоактивными веществами и материалами; 
2) меры по исключению возникновения самопроизвольной цепной реакции (СЦР) при работе с радиоактивными веществами; 
3) меры по охране труда и технике безопасности при эксплуатации машин, механизмов и трансмиссий; 
4) выбор вентиляционного оборудования и системы вентиляции; 
5) мероприятия по охране труда при воздействии тепловой и лучистой энергии, резких перепадов температур, шума и вибраций; 
6) защиту от поражения током при эксплуатации агрегатов, питаемых током; 
7) санитарно-гигиенические устройства, их расположение и необходимые размеры по площади и кубатуре; 
8) общие и местные противопожарные мероприятия, предотвращающие возможность возникновения пожаров на проектируемом 
участке или предусматривающие быструю их ликвидацию; 

9) степень совершенства выбранных технологических процессов 
и конструкций агрегатов, уровень их механизации, автоматизации, 
безопасности; 
10) решения по охране окружающей среды: способы и средства 
улавливания, очистки, нейтрализации пыли, газов, растворов и т.д., а 
также утилизации отходов производства. 
Особое внимание необходимо уделить условиям охраны труда 
персонала участка. При этом безопасность работы складывается из 
безопасности на рабочем месте, индивидуальных мер защиты самого 
рабочего и профилактических мер. 
Охрана труда на рабочем месте включает местную вентиляцию, 
ограждение движущихся частей и агрегатов, ограждение источников 
тока высокого напряжения, правильное расположение оборудования 
в цехе и др. 
Индивидуальные меры защиты включают в себя спецодежду, очки, приборы для контроля (например дозиметры), спецпитание и др. 
Профилактические меры предусматривают регулярный осмотр работников, врачебный контроль, оздоровительные мероприятия и т.д. 
В пояснительной записке по возможности должны описываться не 
только меры по охране труда, которые следует принимать, но и возможный ущерб при несоблюдении мер по технике безопасности. При 
написании пояснительной записки необходимо использовать материал из курса по охране труда и технике безопасности, материалы методических указаний по выполнению курсовых проектов по курсу 
«Технология изготовления тепловыделяющих элементов», инструкций по ядерной, специальной безопасности, технике безопасности и 
охране труда при работе с радиоактивными веществами и материалами (приложения Г и Д). 
В разделе «Технологическая схема производства и ее описание» в соответствии с техническим заданием на курсовой проект целесообразно сначала описать ряд существующих или возможных 
технологических решений, включая сравнительное критическое рассмотрение достоинств и недостатков отдельных схем производства. 
На проектируемом участке (в отделении) можно предусмотреть усовершенствование технологии с учетом прогресса техники и достижений науки не для всей схемы, а для отдельных ее операций. Достоинства и недостатки вариантов технологии определяются в первую 
очередь качеством выпускаемой продукции и производительностью. 
Выбор технологической схемы целесообразно обосновать также технико-экономической оценкой ее возможных вариантов. 

Варианты, не обеспечивающие требуемых условий охраны труда 
и техники безопасности, не могут быть приняты к исполнению и исключаются из сравнения. На основе анализа возможных вариантов 
процесса, заданной производительности, установленных заданием 
номенклатуры и ассортимента продукции выбирают оптимальную 
схему технологического процесса проектируемого производства, которая должна учитывать как техническую целесообразность, так и 
экономическую рентабельность при высоком качестве продукции и 
максимальной производительности труда. После описания выбранной схемы следует ее начертить, обычно на отдельном листе, помещаемом в пояснительную записку к проекту. Технологическая схема 
выполняется в соответствии с требованиями ЕСКД, ГОСТ и требованиями, изложенными в приложениях Е и Ж. Описание технологической схемы по операциям сводится к освещению следующих основных вопросов: 
- цель технологической операции; 
- физико-химические основы технологического процесса; 
- оборудование для выполнения данной операции с обоснованием целесообразности его применения и режимов (температура, давление, продолжительность операции, скорость подачи газа и т.д.); 
- методы и способы контроля технологических режимов и получаемой продукции. 
Особо выделяются проектные решения по усовершенствованию 
аппаратуры, режимов технологического процесса, улучшению условий труда по сравнению с существующими на производстве. 
При выполнении некоторых курсовых проектов могут быть использованы конкретные технологические схемы и описание технологических операций, приведенные в приложениях Е и Ж. При этом 
большинство приведенных в приложениях Е и Ж примеров описания 
технологических процессов предназначено для проектирования производственных участков (цехов) по изготовлению таблетированного 
ядерного топлива на основе керамической двуокиси урана. 
Следует отметить, что независимо от типа технологического процесса в пояснительной записке необходимо отметить, что к работе по 
каждому из них допускаются работники, обученные и проинструктированные по конкретному технологическому процессу, ознакомленные с инструкциями по технике безопасности, инструкциями по эксплуатации оборудования, специальной безопасности, пожарной 
безопасности, правилам промышленной санитарии. При этом работу 
с продукцией необходимо производить только при включенной и