Способ определения распределения давления пара цезия в межэлектродных зазорах элементов электрогенерирующего канала при петлевых испытаниях

(;19) (51) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ПАТЕНТУ мнтет Российской Федерации патентам и товарным знакам(73) Головное конструкторское бюро научно-производственного объединения "Энергия" им.С.П.Королева(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ПАРА ЦЕЗИЯ В МЕЖЭЛЕКТРОДНЫХ ЗАЗОРАХ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРО - ГЕНЕРИРУЮЩЕГО КАНАЛА ПРИ ПЕТЛЕВЫХ ИСПЫТАНИЯХ(57) Использование: при проведении петпевых реакторов испытаний многоэлементных электрогенерирующих каналов. Сущность изобретения: непосредственно во время реакторных испытании изме - ряют или оценивают тепловую мощность, температуры эмиттера Т и коллектора Т, выход газооб -э кразного продукта деления в единицу времени каждого элемента и осуществляют оценку давления пара цезия Р в каждом элементе по аналитическому выражейию. 1 ил.Изобретение относится к методу преобразования тепловой энергии в электрическую и может быть использовано при проведении петлевых реакторных испытаний многоэлементных термоэмиссионных эпектрогенерируьощих каналов (ЗГК).Известен способ определения рзвпения парэ цезия в мекэлектродных зазорах (МЭЗ) ЭГК при петлевьи испытаниях 1 Ц, Он заключается в измерении температуры термостатз, оценке давления пара Рс 5 на входе в МЭЗ всех ЭГК.Основной недостаток способа - низкая точность, так как не учитывается распределение давления - вдоль ЭГК из-за встречного патока газоабразньх продуктов деления (ГПД).Б качестве прототипа взят способ апре. деления распределения давления вдоль ЭГК (21, Он закльочается в измерении (или оценке) давления пара цезия на входе в ЭГК Р 050, измерении генерируемого тока, оценке собственного магнитного поля ЭГК и оценке Р 05(2),Основной недостаток способа - низкая точность, так как он ьье учитывает влияние на Рс 5(2) встречного потока выделяьощихся ГПД,Цеььью изобретения является повыше- НИЕтОЧНаСтИ ОПрвдЕПЕНИя Р 05(2),Цель достигается предложенным способам определения РС 5(2) в МЭЗ электрагенерирующих элементов (ЗГЭ) при петлевых испытаниях ЭГК, включающим измерение давления пара цезия на входе в ЭГК Рсзо и оценку Р 05(2), отличающимся тем, что измеряют теьэловуьо мощность и температуры змиттерз и коллектора каждого ЭГЭ, измеряьот или оценивают количество ГПД, поступающих в МЭЗ из топливно-эмиттерьього узла каждого ЭГЭ, а оценку Р 05(2) проводят по вььражениьа Рс 5 ьхРс 50гп .з Р Рс 50Тх(, ( " , Оь)- 2 Х бь) (1) ГДЕ Р 05 Ь/Рс 50 - ОтНОСИтЕЛЬНОЕ ДаВЛЕНИЕ ПаРа цезия в 1-м элементе; К - постоянная Бопьцманз; гп - молекулярная масса ГПД; дав диаметр змиттера; Р - коэффициент диффузии ГПД в паре цезия; Ть =- (Тэ + Тк)/2 - температура ГПД, равная средней температуре электродов; ьь и дь - длина и ширина МЭЗ ь-га элемента; и - число элементов в Э ГК.Чертеж поясняет суть предложенного спосабз. Нз нем изображенз схема ЭГК 1 с ЭГЭ 2 с топливно-эмиттерными узлами 3, 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 снабженными газоотводными устройствами 4, В рабочем режиме МЭЗ 5 заполнен паром цезия, давление которого на входе в ЭГК 1 койтролируется датчиком б, ЭГК 1 размещен в петлевам устройстве 7, которое может быть оснащено датчиками 8 тепловыделения, термопарами 9 для измерения температуры коллектора 10, генератором 11 пара цезия, узлом 12 для подсоединения к вакуумной системе, датчиком 13 контроля состава и количества ГПД и т.п.Предложенный способ реализуется следующим образом.При изготовлении ЭГК 1 измеряют нарукный диаметр топливно-змиттерного узла 3 и коллектора 10 кажцого ЭГЭ 2 и МЭЗ 5, После размещения ЭГК 1 в петлевом устройстве 7, оснащенном необходимыми датчиками, его помещают в ячейку исследовательского реактора, который выводится на уровень нейтронной мощности, при которой тепловая мощность ЭГК равна рабочей, Измерение тепловой мощности какдаго ЭГЭ производится или с помощью встроеннь 1 х в петлевое устройство 7 датчиков 8, например калориметров, или на основе предварительных реакторных испытаний теплофизического макета петлевого устройства с моделью ЭГК(3), В МЭЗ 5 из генератора 11 подают пар цезия при давлении, близком к оптимальному (1 - 10 ьлм рт.ст,). Контроль давления пара цезия на входе в ЭГК Рсзо осуществляется датчиком 6, например электроразрядным (4), ЭГК генерирует электроэнергию при рабочих температурах эмиттера Тэ и коллектора Тк, которые измеряются ипи оцениваются известными методами (51, В процессе работы в топливе топливно-эмиттерного узла 3 образуются осколки деления, причем ГПД (кселон, криптон) выходят через ГОУ в МЭЗ 5, Количество образующихся ГПД пропорционально тепловой мощности ЭГЭ и легко рассчитывается или может быть измерено на выходе из ЭГК 1 датчиком 13, например масс -спектрометрическим методом (б 1, причем зная относительное распределение тепловыделения (мощность каждого ЭГЭ) из суммарного количества ГПД из каждого ЭГЭ. После этого по формуле (1) рассчитываются Р 05(2).В процессе ресурсных испытаний возможно изменение МЭЗ, например, из-за распухания топливно-эмиттерных узлов, в результате чего Рс 5(2) изменяется. Поэтому периодически измеряют МЭЗ, например, ььейтроинаграфическиьл ипи другим методом (7), повторяют описанные выше операции и снова определяьот Р 05(2), Полученное значение Р 05(2) позволяет уточнить эмиссионно-здсарбционные свойства эмиттера иколлектора каждого ЭГЭ, а следовательно, и их энергетическую эффективность в процессе испытаний, в том числе ресурсных.Формула (1) получена из следующих соображений.В ЭГК из и ЭГЭ с выводом ГПД в МЭЗ существует встречный поток пара цезия и ГПД. В результате парциальное давление ГПД увеличивается в сторону, противоположную входу пара цезия, а давление пара цезия снижается, причем в установившемся режиме суммарное давление ГПД и пара цезия постоянны вдоль ЭГК.Выходящие ГПД распространяются вдоль МЭЗ, заполненного паром цезия, за счет процесса диффузии, который описывается уравнениемС =жсЬд - ,0 б02(2) где 8 - масса ГПД, проходящих вдоль МЭЗ в единицу времени; д - МЭЗ; ОР/б 2 - градиент плотности ГПД вдоль МЭЗ. Предполагая линейное распределение плотности по длине МЭЗ, отсутствие гидравлического сопротивления в межэлементых промекутках и используя соотношениер = Ргп/(1 сТ), (3) где Р - давление ГПД; гп - масса молекулы ГПД (принимается средне-эФфективный для смеси газов ксенон-криптон); Т = (Те + +Тс)/2 - температура ГПД в МЭЗ, получаюта= лд,йОЛ Р/РТ 1),где ЛР - перепаддавления вдоль МЭЗ;1 - длина МЭЗ.Для 1-го ЭГЭ с учетом накопления ГПД от предыдущих по ходу ГПД Э ГЭ выражение (4) имеет видз- б,д, оьртЛта) 5)Учитывая постоянства суммарного давления в МЭЗ, перепад давления ГПД вдоль МЭЗ 1-го ЭГЭ равен с точностью до знака перепаду давления пара цезия Л Рсзь поэтаму выражение (5) можно переписать в видеЬ Рсз = 1 сТА О 1/(КОэдОа). (6)Абсолютное значение среднего давления пара цезия в 1-м ЭГЭ можно записать в видеРсз = Рсзо -, Ь Рсз+ Ь Рсзо/2. (7)1 Подставив вырахсение (6) в уравнение(7), получаютКРсз = Рсзо -- )Лдз О поткуда следует выражение (1),При выводе уравнения (1) счет элементов в ЭГК осуществляют по ходу ГПД, т.е.первый элемент расположен у края ЭГК,противоположного входу пара цезия с давлением Рсзо Значение коэффициента диффузии ГПД в паре цезия находятэкспериментальным путем или рассчитывают по общеизвестной формуле и считаютизвестным. При выводе предполагают ГПДс молекулярной массой гп, если рассматривают смесь газов (ксенон, криптон), то вводят эквивалентную массу или расчет ведутпо газу с максимальным процентным содержанием.Эффективность способа была проверена расчетным путем применительно к петлевым испытаниям типичного ЭГК сповышенной удельной мощностью. Для ЭГКс одинаковыми геометрией и условиями ра 3 боты всех элементов при суммарной длинеМЭЗ 570 мм, бз=9 мм, д=0,25 мм, Т==(1000 + 2000)/2 = 1500 К и потоке газов сединицы длины ЭГК 0,7410 с суммарноеизменение давления пара цезия вдоль ЭГКсоставилосРсз 1/1 сзо =0,9.Таким образом, предложенный способпозволяет определить давление пара цезия в каждом элементе ЭГК, что в свою очередь обеспечивает контроль эмиссионно-адсорбционных характеристик каждого элемента ЭГК,(56) 1. Синявский В,В. Методы Определения характеристик термоэмиссионных твэлов, М,: Энергоиздат, 1990, с,131.2, Там же, с,139 - 141.3. Там же, с.48-56.4. Там же, с.135-139,5. Там же, с,73-101,6, Там же, с.149 - 156.7. Там же, с,161167,2004032 ЬРсц и Т 1 Т 1 Составитель А. Сакоя 1 ехред М. Моргентал Ред Юрчиков КоРРектоР О. Кравцов аз 332 б Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента13035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Уж ул.Гагарина, 10 Формула изобретения СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ПАРА ЦЕЗИЯ В МЕ)КЭЛЕКТРОДНЫХ ЗАЗОРАХ ЭЛЕМЕНТОВ 5 ЭЛЕКТРОГЕНЕРИРУЮЩЕГО КАНАЛА ПРИ ПЕТЛЕВЫХ ИСПЫТАНИЯХ, включающий измерение давления пара цезия на входе в электрогенерирующий канал и оценку давления пара цезия в межэлект родном зазоре каждого элемента, отличающийся тем, что, с цельюповышения точности, измеряют тепловую мощность и температуры эмиттера и коллектора каждого элемента, измеряют или оценивают количество газообразных продуктов деления, поступающих в межэлектродные зазоры из топливно-эмиттерного узла каждого элемента, измеряют межэлектродный за-, зор каждого элемента, а оценку давления пара цезия Рсы(Па) в межэлектродном зазоре каждого элемента осуществляют по соотношениюУ е Р ГР - относительное давление гд сз 1 с во пара цезия в 1-м элементе; Рсо - давление пара цезия на входе вканал, Па; е - молекулярная масса газообразныхпродуктов деления, кг; М - постоянная Больцмана; де - диаметр эмиттера, м; О - коэффициент диффузии газообразного продукта деления в паре цезия; Т - средняя температура электродов 1-гоэлемента, К; 1, д - длина и ширина межэлектродного зазора 1-го элемента; Ь - выход газообразного продуктаделения в единицу времени 1-го элемента, кг/с; и - число элементов в канале.