Экспериментальный стенд

 

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТЕНД для испытания тепловьщеляющих элементов ядерного реактора, содержащий средства для размещения тепловыделяющих элементов , установленные в корпусе рабочего участка, которьш включен в контур циркуляции, снабженный средствами циркуляции и контроля теплоносителя , подвода и съема тепла, отличающийся тем, что, с целью повьшения достоверности результатов предреактивных испытаний путем обеспечения противоположного направления циркуляции теплоносителя в корпусе рабочего участка, средства для размещения тепловыделяющих элементов выполнены в виде труб, установленных с зазором в корпусе рабочего участка и образующих трубные и межтрубные полости с входными и выходными участками и по концам соединенных между собой и с корпусом рабочего участка разделяющими трубные и межтрубные полости решетками, расстояние между которыми выбрано равным величине i участка нарастания температуры тепловьщеляющих элементов, причем вы (Л ходные участки трубных и межтрубных полостей, расположенные у разных решеток, сообщены со средством съема тепла, входной участок трубной полости сообщен со средством подвода тепла, а входной участок межтрубной полости сообщен со средСП ел ством циркуляции.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 G 21 С 17/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3674919/24-25 (22) 12. 12. 83 (46) 30.09.85. Бюл. № 36 (72) Е.Г.Будылов и Е.И.Ленискин (53) 621.039.5(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 645456, кл. С 21 С 17/02, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 1018533, кл. G 21 С 17/02, 1981 (прототип). (54) (57) ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТЕНД для испытания тепловыделяющих элементов ядерного реактора, содержащий средства для размещения тепловыделяющих эле— ментов, установленные в корпусе рабочего участка, который включен в контур циркуляции, снабженный средствами циркуляции и контроля теплоносителя, подвода и съема тепла, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности результатов предреактивных испытаÄÄSUÄÄ 1155102 A ний путем обеспечения противоположного направления циркуляции теплоносителя в корпусе рабочего участка средства для размещения тепловыде— ляющих элементов выполнены в виде труб, установленных с зазором в корпусе рабочего участка и образующих трубные и межтрубные полости с входными и выходными участками и по концам соединенных между собой и с корпусом рабочего участка разделяющими трубные и межтрубные полости решетками, расстояние между которыми выбрано равным величине участка нарастания температуры тепловыделяющих элементов, причем выходные участки трубных и межтрубных полостей, расположенные у раз— ных решеток, сообщены со средством съема тепла, входной участок трубной полости сообщен со средством подвода тепла, а входной участок межтрубной полости сообщен со сред— ством циркуляции.

1155102

Изобретение относится к области экспериментальной техники и может бы ь использовано для испытаний элементов активных зон в циркулирующем теплоносителе в условиях мо — 5 делирования температурного режима ядерного реактора.

В предреакторном цикле испытаний тепловыделяющих элементов (твэл> моделирование температурных режимов их работы в ядерном реакторе необходимо для изучения вопРосов совместимости материалов твэл, коррозионной стойкости оболочки в циркулирующем теплоносителе, стойкости материалов и конструкций в условиях температурных градиентов, а также теплосмен, обусловленных переходными режимами и срабатыванием аварийной защиты.

Совместимость материалов твэл, находящихся под оболочкой, обычно проверяют на укороченных макетах путем выдержки их при максимальной температуре оболочки в течение ре— сурса работы на номинальной мощности.

Коррозионную стойкость оболочки в циркулирующем теплоносителе проверяют на укороченных или полнораз- 30 мерных макетах твэл, имитирующих внушнюю форму твэла и состояние поверхности оболочки. При этом испытания проводят либо в изотермичесKQM стенде, либо в стенде, имитирую- З5 щем неизотермический контур натурной установки, причем макеты находятся в том и другом случае в изотермических условиях.

Воздействие теплосистем проверя- .щ ют на специальных стендах для термоциклирования путем перемещения натурного твэла из горячей зоны застойного теплоносителя в холодную и обратно. 45

Стойкость материалов и конструкций твэл в условиях температурных градиентов проверяют в автоклавных стендах с застойным теплоносителем, создавая нагревателем осевой гра- 50 диент температур, так как имитация радиального и азимутального градиентов температуры в предреакторных испытаниях твэл невозможна из-за отсутствия собственного тепловыде- 55 ления в твэлах.

Таким образом, отдельные факто— ры моделируемых условий работы воздействуют отдельно . на макеты для проверки совместимости, на макеты для проверки коррозионной стойкости и на твэлы для проверки стойкости конструкции в условиях теплосмен и осевых градиентов. Кроме того, это воздействие неодновременно.

В ядерном реакторе воздействие факторов, определяющих условие работы твэл, происходит комплексно, причем некоторые из них действуют одновременно. В частности, взаимодействие оболочки твэла с топливным материалом и материалом подслоя происходит в то же время, что и взаимодействие с теплоносителем при одновременном воздействии теплосмен и градиентов температуры.

Известен экспериментальный стенд для моделирования теплофизических процессов активной зоны ядерного реактора, содержащий кассеты с твэлами, источник тока и циркуляционный контур, включающий насос и теплообменник 1 1. В этом стенде испытание твэл в кассете провести невозможно, так как она подключена к источнику тока. Пропускание тока через твэлы может вызвать побочные эффекты, отсутствующие в ядерном реакторе.

Известен также экспериментальный стенд для испытания тепловыделяющих элементов ядерного реактора, содержащий средства для размещения тепловыделяющих элементов, установленные в корпусе рабочего участка, который включен в контур циркуляции, снабженный средствами циркуляции и контроля теплоносителя, подвода и съема тепла (2 ). Включение в контур данного стенда рабочего участка обеспечивает только. изотермические условия испытаний.

Таким образом, в комплексных предреакторных испытаниях, если и представляется возможность подвергнуть одни и те же твэлы воздействию комплекса моделируемых фактоРов, то это воздействие не моделируется во времени. В результате этого снижается достоверность получаемых результатов. Помимо этого усложняются сами испытания, так как помимо обслуживания нескольких стендов необходимо переносить с одного стенда на другой рабочий участок с твэлами, который не всегда может быть унифи1155102 ные полости с входными и выходными участками и по концам соединенных между собой и с корпусом рабочего участка разделяющими трубные и межтрубные полости решетками, расстояние между которыми выбрано равным величине участка нарастания температуры твэлов, причем выходные участки трубных и межтрубных полостей, расположенные у разных решеток, сообщены со средством съема тепла, входной участок трубной полости — со средством подвода тепла, а входной участок межтрубной полости — со средством циркуляции.

На фиг. 1 изображена схема экспериментального стенда; на фиг.2 — продольный разрез рабочего участка стенда твэлами; на фиг.3 — поперечное сечение стенда на участке между трубными решетками.

Экспериментальный стенд содержит контур циркуляции 1 со средствами циркуляции 2 и контроля 3, средствами подвода тепла 4 и съема тепла 5, с корпусом рабочего участка 6 для размещения в нем испытуемых твэл 7.

В корпусе рабочего участка 6 коаксиально твэлам 7 с зазором установлены трубы 8, соединенные по концированным. Поэтому возможная переборка рабочих участков затягивает испытания, а с ними и весь процесс разработки твэл. Кроме того, экспериментальный стенд с прямой циркуляцией теплоносителя обладает повьппенной энергоемкостью.

Целью изобретения является повы— шение достоверности результатов предреакторных испытаний путем обеспечения противоположного направления циркуляции теплоносителя в корпусе рабочего участка.

Поставленная цель достигается тем, что в эскпериментальном стенде для испытания тепловыделяющих элементов ядерного реактора, содержащем средства для размещения тепловыделяющих элементов, установленные в корпусе рабочего участка, который включен в контур циркуляции, снабженный средствами циркуляции и контроля теплоносителя, подвода и съема тепла, средства для размещения тепловыделяющих элементов выполнены в виде труб, установленных с зазором в корпусе рабочего участка и образующих трубные и межтруб5

55 цам между собой и с корпусом рабочего участка 6 решетками 9 и 10. Расстояние между решетками 9 и 10 выбрано равным по величине участку нарастания температуры твэлов 7 в ядерном реакторе. Трубная полость 11 вы— ходным участком 12 так же, как и межтрубная полость 13 выходным участком 14, соединена со средством съема тепла 5. Входным участком 15 трубная полость 11 соединена со средством подвода тепла 4, а межтрубная полость 13 своим входным участком 16 со средством циркуляции 2. По существу осевой градиент температур в корпусе рабочего участка 6 создается за счет обмена теплом между горячим и холодным контурами экспериментального стенда. В горячий контур входят средство подвода тепло 4, трубная полость 11, средство контроля 3, средство съема тепла 5 и средство циркуляции 2. В холодный контур входят средство циркуляции 2, межтрубная полость 13 и средство съема тепла 5.

Устройство работает следующим образом.

Средство подвода тепла 4 нагрева— ет теплоноситель до температуры, равной максимальной температуре оболочки твэла 7 в ядерном реакторе.

Нагретый теплоноситель поступает через входной участок 15 в корпус участка 6, а затем в его трубную полость 11. На участке до решетки

10 теплоноситель нагревает твэлы

7 до максимальной температуры оболочки твэл в ядерном реакторе. На участке между решетками 9 и 19 горячий теплоноситель полости 11 отда— ет через трубы 8 часть тепла холодному теплоносителю межтрубной полости 13, который в корпусе рабочего участка циркулирует в направлении, противоположном циркуляции горячего теплоносителя полости 11. Этим в корпусе рабочего участка обеспечивается имитация осевого градиента температур ядерного реактора. Температура на участке между решетками

9 и 10 изменяется примерно по линейному закону: от максимальной у решетки 10 до минимальной у решетки 9

Моделирование теплосмен осуществляется путем изменения режима работы средства подвода тепла 4, например путем его отключения на время.

1155102

10 необходимое для охлаждения теплоносителя до нижней температуры термоцикла. Количество теплосмен и граничные температуры термоциклов определяются программой и методикой испытаний согласно техническому заданию на разработку твэл. Направление циркуляции теплоносителя в трубной полости

11 выбрано обратным направлению циркуляции теплоносителя в ядерном реакторе. Экспериментальный стенд с обратной циркуляцией теплоносителя позволяет создать осевой градиент температур в корпусе рабочего участ- 15 ка 6 без перегрева теплоносителя и материалов циркуляционного контура над максимальной температурой оболочки твэла 7 в ядерном реакторе.

В случае, когда материалы пред- 20 лагаемого стенда обеспечивают его надежную работу при более высоких температурах, в стенде может дополнительно моделироваться прямое направление циркуляции теплоносителя. 25

При этом к холодному контуру подключается трубная полость 11 с соот— ветствующим изменением направления циркуляции теплоносителя, а к горячему контуру подключается межтрубная 30 полость 13. В связи с тем, что гидродинамика пучка твэл 7 в корпусе рабочего участка 6 существенно отличается от натурной, применение прямой циркуляции теплоносителя, по-видимому, можно считать несущественным моделирующим фактором.

Экспериментальный стенд позволяет проводить предреакторные испытания твэл в условиях моделирования их рабочих температур, т.е. теплосмен и осевых градиентов температур.

При этом одновременно проверяются совместимость материалов твэл и коррозионная стойкость их оболочки в циркулирующем теплоносителе неизотермического контура с наложением воздействия осевого градиента температуры и теплосмен.

Таким образом, испытания твэл в предлагаемом экспериментальном стенде дадут наиболее достоверную информацию о работоспособности твэл в ядерном реакторе. Кроме того, использование данного стэнда для предреакторных испытаний твэл позволит сократить сроки испытаний за счет одновременного воздействия моделируемых факторов, а также уменьшить их стоимость как за счет унификации стендового оборудования, так и за счет сокращения его количества.

1155102

Составитель С. Хализев

Редактор Л.Утехина Техред С.Мигунова Корректор С.Ч

Заказ 6645/4 Тираж 407 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4