Имитатор тепловыделяющего элемента

)П И С"АИОБРЕТЕН Союз Советскик Социалистических республик(22) Заявлено 2803,77 (21) 51 М. Кл 66494/18-2 с присоединением заявки Ио. СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретени В,Е,Ыинашин, А.А. Шолохов, И.Н. Горелов и Б,Н. Буди 54) ИМИТАТОР ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЦЕ ЭЛЕМЕНТ но да 20 Предлагаемое устройство касается техники и методов исследования работоспособности твэлов ядерного реактора, а именно работоспособности оболочки тепшовыдешяющего элемента (твэша).Оболочка сохраняет свою работоспособность, если она сохраняет свою цешостность. Процессы разрушения оболочки, например коррозия, зависят от уровня и градиентов температуры, т.е. как от величины температуры, так и характера ее распределения в обошочке.При исследовании работоспособ сти оболочки с помощью имитатора твэла, т.е. в предреакторных усшовиях, от устройства имитатора твэша требуется, чтобы оно позволяло соз вать поле температур, идентичное (т.е, равное) или подобное полю температур в твэле. Поле температур в обошочке твеэша определяется профишем и величиной обьемного тепловыделения в топливе твэла, теплопроводностью топлива и условиями теплосьема 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 тепшовыдешении и тепшопроводности среды, заполняющей полость трубы имитатора. Геометрические размеры оболочки должны быть равны или подобны геометрическим размерам оболочки твэла.Работоспособность оболочки твэла зависит от других факторов, например механического воздействия на оболочку со стороны топлива, теплоносителя и т.д, На практике не удается в полной мере обеспечить собшюдение всех влияющих факторов, в то же время качество имитатора, естественно, определяется количеством учитываемых факторов.Известно устройство, предназначенное дшя определения температуры оболочки твэла (1 . Этот имитатор представшяет собои трубу, внутри которой вставлена эшектроспираль.Спираль от трубы отделена эшектроизошяцией. Такое устройство имеет целый ряд недостатков, Она дает возможность лишь приближенно обеспечить равенство между средней температурой .поверхности трубы и средней температурой поверхности твэла. Это устройство позвошяет лишь косвенно и приближенно определить наибольшее и наименьшее значение температуры оболочкитвэла, не обеспечивает нужных гради"ентов температуры в трубе, так какдает лишь очень маленькие тепловыепотоки, и не моделирует профиль температуры по радиусу и периметру трубы,Известно также устройство, в котором для получения более высокого теплового потока вместо злектроспиралиберут электрообогреваемый стержень 1 ОГ 23. Больший тепловой поток получаютза счет того, что электроизоляциюмежду стержнем и трубой плотно забивают еОднако в таком устройстве тепловойпоток получается все же невысоким,ав материале трубы создаются механинапряжения, вызванные стойэлектроизоляцией,Известен имитатор тепловыделяющего элемента, содержащий злектрообогреваемую трубную оболочку с нагреватс=;лем из проволок, которые распределены в объеме, ограниченном трубнойоболочкой, и электроизолированы откее 3) . 25Но в таком устройстве невысокаточнОсть имитации рабОты Оболочкитепловь 1 пелякщего элемента.Цель изобретения - более точнаяимитация работы оболочки тепловцде Оляюшего элемента,Цель достигается тем, что каждаяпроволока нагревателя окружена спрессованным слоем электроизоляции, а ос"тальная часть Объема заполнена средой с более высокой по отношению коболочке теплопроводностью, напримержидким натрием,На Фиг, 1 изображен предлагаемыйимитатор твэла, продольный разрез,ка фиг,. 2 - то же, поперечный разрез, ка Фиг. 3 - поперечное сечениенагревателя.В трубе 1 находится объемныйэлектрический нагреватель 2, выполненный из проволок Окруженйых изОля 4цией, жидкая среда.З с высокой теплопроводностью, например натрий, крупка 4, переходной патрубок 5, трубнаярешетка б, нихромовые,проволоки 7,8,электрические выводы объемного нагре" у)вателя, чехловая трубка, нихромоваяпроволока, спрессованная электричес"кая изоляция.Покажем, что такой имитатор. твэла, изображенный на Фиг, 1, действительно Дает возможность получить большой тепловой поток на поверхности трубы.Наша промышленность выпускает кабельные нагреватели разных диаметров, в том числе и диаметром 4 н = 1,5 мм. 60Как показывают испытания в условиях, аналогичных условиям работы имитатора твэла кабельные нагреватели диаметром Вн = 15 мм, успешно рабо тают при потокена поверхностиэлемента, равном:(1, 7510 5 Вт/м 1),Пусть имитатор твэла имеет диаметр Вм = 25 мм, и из этой поверх- .ности надо создать тепловой потоксим = 10 ккал/м ч (1,1 б 0 .хЬ 1х 10 Вт/м . Подсчитаем Ъ - необходимое количество звеньев объемногонагревателя. Так как,"снЛЗн=Ч имрм 1им дик 10 Ь 2511" - 110 вт.Чн Вн 1,60 1,5Суммарное поперечное сечение, занятое кабельными нагревательными элементами, составляет долю от полногопоперечного сечения имитатора, и этадоля равна:ю У 3 м 1/4 1,5"110 - , 04Ха 1 /4 151Полное количество звеньев объемного нагревателя, которое можно разместить в трубе диаметром 5 мм, равно 187 шт,Вполне удовлетворительным такойимитатор является и по электрическимпараметрам. Электрический ток в каждом кабельном нагревательном элементе равен б А, напряжение равно135 В/мПроиль объемного тепловыделенияв сечении трубы осуществляют подбором плотности расположения кабельныхнагревателей в трубе и величинойэлектрического тока в них.Как было сказано, проФиль температуры (соответственно и градиентовтемпературы) в оболочке-трубе призаданном теплосъеме зависит. не только от профиля объемного тепловыделения по сечению трубы, но и от тепло-.проводности среды, заполняющей трубу.Нужную теплопроводность среды достигают подбором соответствующей крупки,например металлической - стальнойМедной и т,д. При коэффициенте теплопроводности среды, заполняющей полость трубы, равной, например,40 ккал/м . ч С (4 б,5 Вт/м С),перепад температур между центром и поверхностью трубы для устройства пофи. 1 при потоке с поверхности10 ккал/м .ч будет равен 156 С,чтоЯтакже говорит о работоспособностипредложенного устройства имитатора.Использование предлагаемого устройства дает возможность более достоверно определить тепловые характеристики твэла и определить работоспособность его оболочки.Формула изобретенияИмитатор тепловыделяющего элемента, содержащий электрообогреваемую711904 3 г Р г Составитель В.ТихомирРедактор Е. Месропова Техред,Л,Пекарь орректор В,Син 1/37ВНИИПИ Гопо делам113035, М Тираж 479 дарственногоиэобретейий ква, Ж, Р э дпис омитета СССРоткрытийшская наб., д. илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,трубную оболочку с нагревателем иэпроволок, которые распределены вобъеме, ограниченном трубной оболочкой, и злектролиэованы от нее, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью более точной имитации работыоболочки тепловыделяюцего элемента,каждая проволока нагревателя окружена,спрессованным слоем злектроиэоля-ции, а остальная часть объема запол.нена средой с более высокой по отношению к оболочке теплопроводностьюнапрймер жидким натрием.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Жидкие металлы. Сб. - Атомиэдат, М., 1967, с. 154-155.2. Патент франции Р 2031694,клО 21 С 17/ОО, опублик. 1975.3. Патент франции У 1543327,кл. 6 21 С 17/00, опублик. 1968 (прототип).