Оптимизация технологического режима спекания таблеток ядерного топлива

• Автор: Трощенко, Виталий Георгиевич
• Шифр специальности: 05.17.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 148 с. : ил.

Щ Содержание

Список условных обозначений

1 Постановка задачи управления качеством топливных таблеток

1.1 Задачи управления изготовлением топливных таблеток

1.2 Аналитический обзор

Взаимосвязи между параметрами связнодисперсного материала2 Моделирование уплотнения порошка при прессовании таблеток

Моделирование нагрева таблеток

щ Моделирование кинетики

Моделирование процессов зарождения и развития трещин

Моделирование процесса спекания

1.3 Выводы
2 Системный анализ установки спекания топливных таблеток
2.1 Концепция инженерного эксперимента, направленного на изучение установки спекания
2.2 Методика моделирования процессов формирования брака топливных таблеток
2.3 Методика теплофизического моделирования процессов сушки и спекания таблеток
2.4 Выводы
3 Оптимизация технологического режима изготовления таблеток
3.1 Модели возмущающих воздействий
3.2 Модели регулировочных характеристик
3.3 Задача статической оптимизации технологического режима
3.4 Выводы
4 Формирование требований к информационному и программному обеспечению АСУТП установки спекания
4.1 Функциональная модель проектируемой системы
4.2 Информационно- логическая модель проектируемой системы
4.3 Пользовательский интерфейс
^ 4.4 Структурная схема проектируемой системы
4.5 Выводы
Заключение
Список литературы
Приложение 1 Теплофизический расчет процессов сушки и
спекания таблеток
Приложение 2 Моделирование контура стабилизации
плотности спеченных таблеток
Приложение 3 Материалы использования результатов работы

Список условных обозначений
ММ - математические модели;
И- вектор оптимизируемых параметров системы контроля и управления;
Гг потери, связанные с риском нарушения требований ТУ на спеченные таблетки;
Г2 - потери, обусловленные затратами на получение информации;
Зп - затраты на производство спеченных таблеток, отнесенные к одному часу работы технологического комплекса; г — доля брака;
V - часовая производительность по спеченным таблеткам; сн - насыпная плотность пресс-поршка; сп - плотность таблеток после прессования; сст - плотность спеченных таблеток;
ст!п - минимально допустимая плотность спеченных таблеток; бс - средний размер частиц;
Бвн - внешняя, геометрическая поверхность частиц;
Зполн - полная поверхность порошка; врасч - удельная поверхность по массе;
П - пористость образца;
У- весовая доля пластификатора; р -' плотность порошка;
гПст^ст - оценки математического ожидания (М.О.) и среднего
квадратического отклонения (С.К.О.) плотности спеченных таблеток;
шп ,8„ - оценки М.О. и С.К.О. плотности сырых таблеток;
сн°(0 - центрированная случайная составляющая насыпной плотности пресспорошка;
Сст°(0 - центрированная случайная составляющая плотности спеченных таблеток,
с* - заданное значение плотности спеченных таблеток;
ку - коэффициент уплотняемости порошка после прессования;
кс - коэффициент уплотняемости сырых таблеток при сушке и спекании;
Ьу_ коэффициент, связывающий случайные отклонения плотности сырых таблеток со случайными отклонениями плотности спеченных таблеток; время;
в,и,у - векторы внешних ресурсов, управления, выхода;
в*,и*,у* - фиксированные векторы, определяющие ограничения;
ф/- функции, характеризующие модель объекта управления;
Р -давление прессования;
Т -температура;
£ - обобщенное возмущающее воздействие, обусловленное изменением дисперсионных и реологических свойств пресс-порошка;
Тсуш*, Тспек*- рассчитанные в управляющем устройстве задания локальным системам регулирования температурного режима сушки и температурного режима спекания соответственно;
Тсуш, Тспек - реализуемые значения соответствующих управляющих воздействий;
Туш, Тпек- сигналы с датчиков температуры в печах сушки и спекания соответственно;
егя, <Тя ~ деформации и напряжения по координатам г, г, I соответственно;
Тпоел-время последействия, равное времени, за которое деформация изменится в е раз;
т|к- объемная вязкость упругого последействия;
|/к - объемный модуль упругого последействия;
(2 - тепловой поток,
епр - приведенный коэффициент излучения от лодочки к муфелю;
8Л, ем- степени черноты материала лодочки и муфеля;
Рл /1ч. - отношение площадей поверхности излучения лодочки и муфеля
£гй, От _ деформации и напряжения по координатам соответственно;
ТПосл = Лк /Ук ~ время последействия, равное времени, за которое деформация изменится в е раз;
объемная вязкость упругого последействия;
|/к - объемный модуль упругого последействия.
Решение уравнения (2.2.3) при условии, что время релаксации (время, за которое напряжение изменится в е раз) Трел< ТП0Сл имеет вид:
е(0 = Оравн / Ук {1- ехр(4/ Тпосл)} (2.2.4)
С учетом экспериментально определенной зависимости отношения ^к/орав,, =1.5*10'3 при давлении прессования 180 МПа (|/к - объемный модуль упругого последействия, Стравн - равновесное среднее остаточное напряжение) имеем аРав1. - 0.5 МПа, |/к = 0.75*10'3 МПа./25/. При этом время последействия составляет 25, а время переходного процесса — 75 мин.
Результаты экспериментальных исследований показывают, что ход кривой Тпосл =^(Р) в интервале рабочего давления 125 - 265 МПа позволяет предположить, что резкое уменьшение Тпосл может сопровождаться образованием дефектов второго рода (размер 0.1-10 мкм) в структуре прессованной таблетки /25/. Они проявляются в виде разрывов в зонах контактов частиц вследствие образования микротрещин под действием внутренних напряжений /56/.
Для второй фазы технологического процесса характерна зависимость относительной усадки А///таблетки от времени т, которую можно представить в виде:
У = «г). (2.2.5)
При спекании по механизму диффузионно-вязкого течения происходит перенос вещества из объема частиц в область шейки, шейка за счет этого растет, радиус шейки х увеличивается, рис.2.2.1 /51/.