Экспериментальный стенд

ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(54) (57) ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТЕНД дляиспытания тепловыделяющих элементовядерного реактора, содержащий средства для размещения тепловыделяющих элементов, установленные в корпусе рабочего участка, который включен вконтур циркуляции, снабженный средствами циркуляции и контроля теплоносителя, подвода и съема тепла,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения достоверностирезультатов предреактивных испытании путем обеспечения противоположного направления циркуляции теплоносителя в корпусе рабочего участка,средства для размещения тепловыде -ляющих элементов выполнены в видетруб, установленных с зазором вкорпусе рабочего участка и образующих трубные и межтрубные полостис входными и выходными участкамии по концам соединенных между собой и с корпусом рабочего участкаразделяющими трубные и межтрубныеполости решетками, расстояние междукоторыми выбрано равным величинеучастка нарастания температуры тепловыделяющих элементов, причем вы -ходные участки трубных и межтрубных полостей, расположенные у разных решеток, сообщены со средствомсъема тепла, входной участок трубной полости сообщен со средствомподвода тепла, а входной участокмежтрубной полости сообщен со средством циркуляции.Изобретение относится к областиэкспериментальной техники и можетбы ь использовано для испытанийэлементов активных зон в циркулирующем теплоносителе в условиях моделирования температурного режимаядерного реактора.В предреакторном цикле испытанийтепловьделяющих элементов (твэл) моделирование температурных режимових работы в ядерном реакторе необходимо для изучения вопРосов совместимости материалов твэл, коррозионной стойкости оболочки в циркулирующем теплоносителе, стойкостиматериалов и конструкций в условияхтемпературных градиентов, а такжетеплосмен, обусловленных переходными режимами и срабатыванием аварийной защиты.Совместимость материалов твэл,находящихся под оболочкой, обычнопроверяют на укороченных макетахпутем вьдержки их при максимальнойтемпературе оболочки в течение ресурса работы на номинальной мощности,Коррозионную стойкость оболочкив циркулирующем теплоносителе проверяют на укороченных или полноразмерных макетах твэл, имитирующихвнушнюю форму твэла и состояниеповерхности оболочки. При этом испытания проводят либо в изотермическом стенде, либо в стенде, имитирую- З 5щем неизотермический контур натурной установки, причем макеты находятся в том и другом случае в изотермических условиях.Воздействие теплосистем проверяют на специальных стендах для термоциклирования путем перемещения натурного твэла из горячей зоны застойного теплоносителя в холоднуюи обратно. 45Стойкость материалов и конструкций твэл в условиях температурныхградиентов проверяют в автоклавныхстендах с застойным теплоносителем,создавая нагревателем осевой градиент температур, так как имитациярадиального и азимутального градиентов температуры в предреакторныхиспытаниях твэл невозможна из-заотсутствия собственного тепловьделения в твэлах.Таким образом, отдельные факторы 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 зоныядерного 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 тепловьделяющих 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 унифиные 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 повышение 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 межтруб 5 1 О 35 20 25 30 35 40 5 50 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 нагревает 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 отдает 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 9Моделирование теплосмен осуществляется путем изменения режима работы средства подвода тепла 4, например путем его отключения на время.1 О 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 ка 6 без перегрева теплоносителя и материалов циркуляционного контура над максимальной температурой оболочки твэла 7 в ядерном реакторе.В случае, когда материалы пред 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 соответствующим изменением направления циркуляции теплоносителя, а к горячему контуру подключается межтрубная 30 полость 13. В связи с тем, что гидро- динамика 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. тепло- смен 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 пред- реакторных 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.5/4 Тираж 407 ПодписНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 ое