Имитатор тепловыделяющего элемента Советский патент 1981 года по МПК G21C17/06 

1

Предлагаемое устройство касается техники и методов исследования работоспособности твэлов ядерного реактора, а именно работоспособности оболочки тепловыделякадего элемента (твэла).

Оболочка сохраняет свою работоспособность, если она сохраняет свою целостность. Процессы разрушения оболочки, например коррозия, зависят от уровня и градиентов температуры, т.е как от величины температуры, так и характера ее распределения в оболочке .

При исследовании работоспособности оболочки с помощью имитатора твэла, т.е. в предреакторных условиях, от устройства имитатора твэла . требуется, чтобы оно позволяло создавауь поле температур, идентичное (т1е. равное) или подобное полю температур в твэле. Поле температур в оболочке твеэла определяется профиле и величиной объемного тепловыделения в топливе твэла, теплопроводностью топлива и условиями теплосъема с поверхности твэла.Так как в испытаниях.оболочки с помощью имитатора условия охлаждения остаются такими же, как и при работе твэла, то для получения

идентичных температур в имитаторе необходимо соблюсти идентичность в тепловыделении и теплопроводности среды, заполняющей полость трубы имитатора. Геометрические размеры оболочки должны быть равны или подобны геометрическим размерам оболочки твэла.

Работоспособность оболочки твэла зависит от других факторов, напри0мер механического воздействия на оболочку со стороны топлива, теплоносителя и т.д. На практике не удается в полной мере обеспечить соблюдение всех влияющих факторов, в то

5 же время качество имитатора, естественно, определяется количеством учитываемых факторов.

Известно устройство, предназначенное для определения температуры оболочки твэла l . Этот имитатор

0 представляет собой трубу, внутри которой вставлена электроспираль.Спираль от трубы отделена электроизоляцией. Такое устройство имеет целый

5 ряд недостатков. Она дает возможность лишь приближенно обеспечить равенство между средней температурой .поверхности трубы и средней температурой поверхности твэла. Это устройство

0 позволяет лишь косвенно и приближенно определить наибольшее и наименьшее значение температуры оболочки твэла, не обеспечивает нужных градиентов температуры в трубе, так как дает лишь очень маленькие тепловые потоки, и не моделирует профиль температуры по радиусу и периметру трубы. Известно также устройство, в кото ром для получения более высокого теп лового потока вместо электроспирали берут электрообогреваемый стержень Гз. Больший тепловой поток получают за счет того, что электроизоляцию между стержнем и трубой-плотно забивают. Однако J3 таком устройстве теплово поток получается все же невысоким,а в материапе трубы создаются механические напряжения, вызванные сжатой элёктроизоляцией. Известен имитатор тепловыделянлцего элемента, содержащий электрообогреваемую трубную оболочку с нагрева из проволок, которые распределены в объеме, ограниченном трубной оболочкой, и электроизолированы от нее ГЗ о Но в таком устройстве невысока точность имитации работы оболочки тепловьщеляющего элемента. Цель изобретения более точная ньдатация работы оболочки тепловыделяющего элемента. Цель достигается тем, что казкдая Проволока нагревателя окружена спрес сованным слоем элрктроизоляции, а ос тальная часть объема заполнена средой с более высокой по отношению к оболочке теплопроводностью, например жидким натрием. На фиг. 1 изображен предлагаемый имитатор твэла, продольный разрез, на фиг.- 2 - то 5ке, поперечный .разрез, на фиг. 3 Поперечное сечениенагревателя, В трубе 1 находится объемный электрический нагреватель 2, выполненный из проволок, окруженных изоля цией, жидкая, среда.3 с высокой тепло проводностью, например натрий, крупка 4, переходкой патрубок 5, трубная решетка б, никромовые. проволоки 7,8 электрические выводы объемного нагр вателя, чехловая трубка,- нихромовая проволока, спрессованная электричес кая изоляция. ч , Покажем, что такой HNraTaxop - твэл изображенный на фиг. 1, действитель но д|ает возможность получить большо тепловой поток на поверхности .трубы Наша промышленность выпускает кабел ные нагреватели разных диаметров, в том числе и диаметром (Зц мм. Как показывают испытания в условиях, аналогичных условиям работы ими-. татора твэла, кабельные нагреватели диаметром вн 1,5 мм, успешно рабо- 65 ают при потоке на поверхности лемента, равном: Я,„ 1,5 -Ю ккал/м.ч (1,75 105 Вт/м). Пусть имитатор твэла имеет диаетр йуц 25 MM, и из этой поверх- : ости надо создать тепловой поток цм , 10 ккал/м -ч {1,160.х 10 BT/NT . Подсчитаем - необхоимое количество звеньев объемного агревателя. Так как . (Зн „ им ймм fo. 25 й7-ан мо и, - Суммарное поперечное сечение, эанятое кабельными нагревательными элементами, составляет долю от полного поперечного сечения имитатора, и эта доля равна:. Ti3raL/4- -i.s -JfUr- Полное количество звеньев объемного нагревателя, которое можно разместить в трубе диаметром 25 мм, равно 187 шт. Вполне удовлетворительным такой имитатор является и по электрическим параметрам. Электрический ток в каждом кабельном нагревательном элементе равен 6 А, напряжение равно 135 В/м. Профиль объёмного тепловыделения в сечении трубы осуществляют подбором плотности расположения кабельных нагревателей в трубе и величиной электрнчеекого тока в них. Как было сказано, профиль температуры (соответственно и градиентов температуры) в оболочке-трубе при заданном теплосъеме зависит-не только от профиля объёмного тепловыделения по сечению трубы, но и от теплог проводности среды, заполняющей трубу. Нужную теплопроводность среды достигают подбором соответствующей крупки, например металлической - стальной у медной и т.д. При коэффициенте теплопроводности среды, заполняющей полость трубы, равной, например, 40 ккал/м -ч С (46,5 ) ,перепад температур между центром и поверхностью трубы для устройства по фи. 1 при потоке с поверхности 10 ккал/м .4 будет равен 15б°С,что также говорит о работоспособности предложенного устройства имитатора. Использование предлагаемого устройства дает возможность более достоверно определить тепловые характеристики твэла и определить работоспособность его оболочки. Формула изобретения Имитатор тепловыделяющего элемента, содержащий электрообогреваемую

трубную оболочку с нагревателем из проволок, которые распределены в объеме, ограниченном трубной рболочкой, и электролизованы от нее, о тличающийся тем, что, с целью более точной имитации работы оболочки тепловыделяющего элемента, каждая проволока нагревателя окружена .спрессованным слоем электроизоляции, а остальная часть объема заполнена средой с более высокой по отношению к оболочке теплопроводностью например жидким натрием.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Жидкие металлы. Сб. - Атомиздат. М. 1967, с. 154-155.

2.Патент Франции 2031694, кл..С 21 С 17/00, опублик. 1975.

3.Патент Франции 1543327,

кл. G 21 С 17/00, опублик, 1968 (прототип ) .

./

Фиг. 2