ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩАЯ ЭЛЕКТРООБОГРЕВАЕМАЯ СБОРКА

Полезная модель относится к области теплофизических исследований и может быть использована для исследований температурных режимов тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) ядерных реакторов и исследования распределения паровой и жидкой фазы теплоносителя по сечению тепловыделяющей сборки на электрообогреваемых стендах.
Для исследования различных режимов, имеющих место в реакторных установках, используют модельные сборки различных конструкций. Адекватное моделирование требует полного соответствия условий взаимодействия ТВЭЛов с потоком в реакторе и в модельной ТВС. В настоящее время из-за конструктивных особенностей ТВС полное моделирование условий в реакторной установке РУ и модельной ТВС не имеет место. Последнее обусловлено тем, что верхний токоподвод, к которому подсоединяются имитаторы, перекрывает большую часть проходного сечения канала. В связи с этим выполняется лишь частичное моделирование.
Известна конструкция тепловыделяющей электрообогреваемой сборки, содержащей корпус, узлы герметизации, токоподводы (нижний и верхний), между которыми расположены имитаторы ТВЭЛ, содержащие оболочку, электрически подсоединенную с противоположных сторон (верх, низ) к различным токоподводам (Болтенко Э.А., Пометько Р.С., Песков О.Л. Кризис теплоотдачи в стержневой сборке при отсутствии циркуляции воды (в условиях натекания тепла из графитовой кладки). Препринт ФЭИ-1464. Обнинск. 1983 г. 12 с.).
Основной недостаток такой конструкции заключается в том, что в такой ТВС выполняется лишь частичное моделирование. Последнее связано с тем, что верхний (внутренний) токоподвод, к которому электрически подсоединены общие точки имитаторов, перекрывает примерно 50-60% проходного сечения. В связи с этим подобие процессов в реакторе и модельной сборке отсутствует (в реакторе пространство над ТВЭЛами свободно). При проведении исследований на таких ТВС удается получить лишь частичное подобие.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является тепловыделяющая электрообогреваемая сборка (Архипов А.П., Орнатский А.П., Маевский Е.М. Исследование распределения массовой скорости и энтальпии теплоносителя по сечению семистержневого пучка. Теплоэнергетика №10, 1981 г., с. 64), включающая в себя корпус, нижний и верхний токоподвод, пучок тепловыделяющих стержней (ТВЭЛ), устройства для отбора проб из характерных ячеек сборки. Пучок собран из 7-ми обогреваемых стержней длиной 1 м и диаметром 6 мм, помещенных в шестигранный вытеснитель с размером под ключ 24 мм. Основной недостаток ТВС в том, что отбор проб из характерных ячеек сборки при достаточно большом числе имитаторов (больше 7) практически невозможен, это связано с тем, что пробоотборники необходимо размещать по всему сечению сборки. В связи с большой затесненностью сечения ТВС токоподводами последнее практически невозможно. Для устранения этого недостатка предлагается.
Тепловыделяющая электрообогреваемая сборка, включающая в себя корпус, нижний и верхний токоподводы, пучок тепловыделяющих стержней, устройства для отбора проб из характерных ячеек сборки, отличающаяся тем, что верхний токоподвод выполнен в виде вертикального цилиндра, в который вмонтированы трубчатые токоподводы, а устройства для отбора проб размещены в верхней крышке.
Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, заключается в повышении реализуемости и точности определения расхода теплоносителя в ячейках сборки, что обеспечивается тем, что верхний токоподвод выполнен в виде вертикального цилиндра, в который вмонтированы трубчатые токоподводы, а устройства для отбора проб размещены в верхней крышке.
Достижение технического результата, заключающегося в повышении реализуемости определения расхода теплоносителя в ячейках сборки, обеспечивается за счет того, что устройства для отбора проб размещены в верхней крышке. Последнее позволяет разместить пробоотборники по всему сечению сборки. Достижение технического результата, заключающегося в повышении точности определения расхода теплоносителя в ячейках сборки, обеспечивается за счет того, что верхний токоподвод выполнен в виде вертикального цилиндра, в который вмонтированы трубчатые токоподводы. Благодаря такому выполнению токоподвода появляется возможность отбора и измерения статического давления во всех характерных ячейках сборки, отбора пристенной пленки с выпуклых поверхностей имитаторов ТВЭЛ. Измерение статического давления во всех ячейках сборки позволяет провести сравнение статических давлений во всех ячейках сборки, провести анализ, устранить ошибки и, соответственно, повысить точность определения расхода теплоносителя в ячейках сборки.
На фиг. 1 показан вертикальный разрез тепловыделяющей сборки.
Тепловыделяющая сборка, фиг. 1, состоит из корпуса 1, служащего для размещения имитаторов ТВЭЛ и поддержания требуемых режимных параметров (давление, температура). Так как при проведении экспериментов давление рабочей среды (теплоносителя) достаточно высоко (10-20 МПа), корпус выполнен прочным и герметичным (толщина стенка не менее 10 мм). Подвод теплоносителя в корпус осуществляется через патрубок подвода теплоносителя. Герметизация корпуса осуществляется с помощью фланцевых соединений. В стержневой сборке имитаторов 2 выделяется тепло. Тепло выделяется за счет прохождения тока через имитаторы ТВЭЛ. Подвод тока к пучку осуществлялся через нижний 6 и верхний токоподводы 5 с помощью медных шин 3. Для компенсации температурных расширений использовались гибкие медные шины 11. Нижние фланцы 13, 14 верхний фланец 15, верхняя крышка 9 рабочего участка с помощью уплотнительных прокладок 10 сделаны электроизолированными. Верхний токоподвод 5 выполнен в виде вертикального цилиндра, в который вмонтированы под прямым углом относительно оси ЭУ трубчатые токоподводы, представляющие собой медные трубки, осуществляющие электрическую связь с каждым имитатором ТВЭЛ. Трубчатые токоподводы 7 служат также для отбора статического давления из соответствующих ячеек сборки, отбора пристенной пленки 8 с поверхности имитаторов ТВЭЛ и размещения термопар, фиксирующих температуру вогнутой поверхности имитаторов. Трубки отбора проб 4 служат для отвода отобранной пробы. Электроизоляция корпуса осуществлялась с помощью талькохлоритовых втулок 12. Гидроцилиндры 16 служат для перемещения пробоотборников 17 в исследуемую ячейку сборки.
На фиг. 2 показано поперечное сечение пучка. Позициями 18, 19, 20, 21, 22 показаны характерные ячейки сборки - это те ячейки сборки, из которых проводился отбор проб. Позициями 23, 24, 25, 26, 27 показаны отборы статического давления из ячеек. 28 - отбор статического давления с корпуса.
Подвод рабочей среды в рабочий участок осуществлялся через два входных патрубка внутренним диаметром 20 мм, а отвод через два выходных патрубка в верхней крышке внутренним диаметром 30 мм.
Пример конкретного выполнения.
На тепловыделяющей электрообогреваемой сборке выполнены измерения расходов теплоносителя в характерных ячейках сборки. Для проведения измерений сечение канала условно разбивалось на элементарные ячейки, фиг. 2, из которых были выделены пять характерных ячеек. В этих ячейках были размещены специальные пробоотборники. Расположение ячеек с пробоотборниками и соответственно отверстий для отбора статического давления в канале выбиралось с учетом максимально возможного разнесения их по сечению канала с целью уменьшения влияния поднятых пробоотборников на поток теплоносителя и максимального разведения токоподводов. Плоскость сечения отбора проб (контрольного сечения) располагалась на расстоянии около 25 мм выше верхнего конца зоны обогрева модели ТВС. В результате выполнены исследования распределения массовой скорости и энтальпии однофазного и двухфазного потоков в полномасштабной электрообогреваемой модели 19-стержневого пучка ТВС РБМК-1000. Опыты выполнены в широком диапазоне параметров при изотермическом и неизотермическом течениях теплоносителя.
Список использованных источников
1. Болтенко Э.А., Пометько Р.С., Песков О.Л. Кризис теплоотдачи в стержневой сборке при отсутствии циркуляции воды (в условиях натекания тепла из графитовой кладки). Препринт ФЭИ-1464. Обнинск. 1983 г. 12 с.
2. Архипов А.П., Орнатский А.П., Маевский Е.М. Исследование распределения массовой скорости и энтальпии теплоносителя по сечению семистержневого пучка. Теплоэнергетика №10, 1981 г., с. 64