УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМИТАЦИИ МАКСИМАЛЬНОЙ ПРОЕКТНОЙ АВАРИИ РЕАКТОРОВ ТИПА ВВЭР

Полезная модель относится к испытательной технике, а именно к дореакторным испытаниям материалов и фрагментов конструкций тепловыделяющих сборок ядерных реакторов в условиях их аварии с потерей теплоносителя.
Из существующего уровня техники известны сложные устройства (стенды), на которых испытываются твэлы и тепловыделяющие сборки в условиях, максимально приближенных к реакторным аварийным ситуациям. (Базюк С.С. «Расчетно-экспериментальное исследование повторного залива модельных тепловыделяющих сборок ВВЭР при максимальной проектной и запроектной авариях» / Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук dissercat.com>…zaliva…teplovydelyayushchikh-sb.).
Подобный стенд состоит из модельной тепловыделяющей сборки, систем электропитания сборки и технологических систем, систем аварийного залива, газового обеспечения и информационно измерительных систем. В процессе испытаний твэлы модельной сборки разогреваются внутренними электронагревателями с образованием паровой среды вокруг них и по достижении заданной температуры происходит аварийный залив водой модельной сборки с регистрацией большого количества параметров.
Недостатком таких стендов является очень большая трудоемкость подготовки и проведения испытаний, которая не позволяет оперативно проводить сравнительную оценку влияния изменений в материале и технологии изготовления комплектующих тепловыделяющих сборок на их надежность в аварийных ситуациях.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является установка ТО-1, которая используется для испытания кольцевых образцов в температурных условиях максимальной проектной аварии в среде аргона (Научная сессия МИФИ-2007, Том 8, С.143-145, http://library.mephi.ru/index.php?id=28&Year=2007&Volume=7).
Установка ТО-1 состоит из печи с нагреваемым образцом, системы перемещения образца в печи штоком, прикрепленного к нагреваемому образцу датчика температуры с электроизолированными друг от друга параллельно расположенными электродами, а также системы непрерывной подачи аргона к образцу, включающую сосуд с аргоном.
В процессе испытаний включают продувку печи аргоном, и перемещают штоком образец с прикрепленным к нему датчиком температуры и электроизолированными электродами из низкотемпературной зоны печи в высокотемпературную и обратно.
Недостатками данного технического решения являются:
- неприменение (из-за повышенной опасности эксплуатации) в качестве испытательной среды водяного пара, в котором в реальной ситуации развивается проектная авария, что сильно влияет на все свойства испытываемых образцов и обесценивает результаты, полученные при их дальнейших исследованиях;
- невозможность экспериментальной оценки влияния пароводяной реакции на температуру оболочек твэлов и дистанционирующих решеток из циркониевых сплавов (даже при применении водяного пара в качестве испытательной среды) вследствие расположения относительно больших масс подающего штока и электроизоляции электродов вплотную к датчику температуры образца.
Таким образом, данное техническое решение малопригодно для оценки надежности материалов и элементов конструкции тепловыделяющих сборок в аварийных ситуациях, возникающих вследствие потери теплоносителя.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение достоверности испытаний материалов и образцов на проектную аварию, связанную с потерей теплоносителя, без существенного увеличения трудоемкости испытаний.
Данная задача решается за счет того, что заявленное устройство для имитации максимальной проектной аварии (с потерей теплоносителя) реакторов типа ВВЭР включает: печь с нагреваемым образцом; прикрепленный к нагреваемому образцу датчик температуры с электродами и возможностью перемещения вдоль продольной оси рабочего пространства печи, а также систему непрерывной подачи испытательной среды к образцу, включающую сосуд с испытательной средой, образец помещен в диэлектрическую трубу, наклоненную под углом от 5° до 90° относительно горизонтальной плоскости, верхняя часть которой находится в печи, а нижняя часть выведена за пределы печи, верхний конец трубы снабжен запорным устройством, система подачи испытательной среды к образцу соединена с нижней частью трубы, сосуд с испытательной средой является открытым и расположен выше трубы, отрицательный и положительный электроды датчика температуры выведены через противоположные части трубы с возможностью их натяжения вдоль ее оси.
Труба может быть выполнена из металла, а внутренняя поверхность трубы, соприкасающаяся с водой, покрыта электроизоляционным материалом. Верхний конец трубы может быть выведен за пределы печи. Сосуд с испытательной средой может быть герметичным, причем стенки сосуда должны быть выполнены из материала с минимальным сопротивлением изгибу.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является увеличение достоверности испытаний материалов и образцов на проектную аварию, связанную с потерей теплоносителя, без существенного увеличения трудоемкости испытаний.
На фигуре 1 представлен пример конкретной конструкции устройства для имитации максимальной проектной аварии в реакторах типа ВВЭР.
Как показано на фигуре, устройство состоит из системы подачи воды 1 соединенной через нижнюю пробку 2 с кварцевой трубой 3. Труба 3 наклонена под углом от 5° до 90° и нижняя часть ее вынесена за пределы печи 4. Это позволяет создать бассейн с водой в нижней части трубы, который служит парогенератором для создания испытательной среды вокруг образцов при их нагреве, а также для резкого охлаждения образцов с целью имитации эффектов, возникающих при заливе активной зоны ВВЭР водой из аварийного бассейна, и одновременно служит средством фиксации структуры образцов на разных стадиях развития аварии. При угле наклона менее 5° труба должна быть неоправданно удлинена, чтобы обеспечить достаточное количество воды в нижней части, а при угле наклона более 90°, угол наклона трубы опять попадает в заявляемые пределы.
Электрод 5 проходит через нижнюю пробку 2 в трубу 3 и прикреплен к образцу 6 через датчик температуры 7.. Другой электрод 8 датчика температуры выведен из трубы 3 через верхнюю пробку 9, которая с вентилем 10 является запорным устройством.
Разведение электродов датчика температуры в противоположные стороны позволяет их использовать в качестве частей подающего образец устройства подающего образец в разные зоны трубы 3 и избавиться от электроизоляции электродов друг от друга. Это на порядки уменьшает холодную массу материалов, вносимых в рабочую зону заявляемого устройства вместе с образцом, что дает возможность экспериментальной оценки влияния пароциркониевой реакции на температуру оболочек твэлов и дистанционирующих решеток в быстротечных условиях протекания проектной аварии.
Натяжение электродов позволяет исключить возможность их замыкания, как через трубу, если труба выполнена из металла, так и снаружи трубы.
Прибор регистрации температуры 11, который регистрирует показания датчика соединен проводами с электродами 5 и 8 датчика 7. Открытый сосуд 12 является частью системы подвода воды 1, расположен выше трубы 3 и соединен трубопроводом с внутренней частью трубы 3 через нижнюю пробку 2. Расположение сосуда 12 выше трубы позволяет поступать воде в трубу самотеком и создает избыточное давление испытательной среды внутри трубы, предотвращая тем самым подсос воздуха к образцам из окружающей атмосферы. На поверхности воды в сосуде 12 поддерживается давление окружающей атмосферы, так как верхняя часть сосуда открыта или, при необходимости герметизации сосуда, он полностью или частично выполняется из материала, практически не имеющего сопротивления изгибу например из тонкой резины. Работает устройство следующим образом.
В начале испытаний размещают один или несколько образцов 6, закрепленных на датчике температуры в нижней части трубы 3. После чего закрывают трубу 3 пробками 2 и 9. Соединяют электроды 5 и 8 с прибором 11 проводами. Открывают систему подачи воды 1 и вентиль 10. После полного заполнения трубы 3 водой закрывают вентиль 10. Включают нагрев печи 4. В процессе нагрева вода из трубы 3 вытесняется в сосуд 12, который расположен выше трубы 3. По окончании нагрева труба 3 заполнена паром, а в ее нижней части находится вода. После нагрева печи до заданной температуры частично открывают вентиль 10, что создает продольный поток пара в трубе. Степень открытия вентиля определяет скорость потока пара и влияет на величину его давления в трубе. Для получения заданной степени разгерметизации трубы вместо вентиля могут быть использованы калиброванное отверстие, клапан и. т.д. Полностью открытый верхний конец трубы делает процесс испытаний небезопасным и недостоверным.
Затем, используя электрод 8 в качестве тяги, перемещаем образец 6, закрепленный на датчике 7, в середину рабочей зоны печи 4. Если труба выполнена из электропроводного материала, например из нержавеющей стали, весь процесс термообработки образцов проводим при натянутых внутри трубы электродах 5 и 8, и пробках 2 и 9, выполненных из не электропроводного материала. Если в качестве испытательной среды используются электропроводные растворы воды, то вся система ее подачи должна быть электроизолирована от заявляемого устройства, за исключением электродов датчика температуры. После окончания выдержки перемещаем образец, закрепленный на датчике температуры, в нижнюю часть трубы, используя электрод 5 в виде тяги. При перемещении непосредственно в воду, находящуюся в нижней части трубы происходит испытание образца на термоудар, а также получение образцов свидетелей с разных этапов протекания аварии. Закрываем систему подвода воды и разгружаем установку.
Таким образом предлагаемое устройство за счет приведенной совокупности признаков позволяет с минимальной трудоемкостью достоверно имитировать на образцах этапы максимальной проектной аварии, а также оценивать влияние, как пароциркониевой реакции, так и термоудара на надежность материалов и элементов конструкции активных зон реакторов типа ВВЭР. Это может быть использовано для обоснования, разработки и внедрения новых материалов и элементов конструкций легководных ядерных реакторов.