СПОСОБ КОНТРОЛЯ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА В ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕМ ЭЛЕМЕНТЕ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА
CONTROL METHOD OF GAS PRESSURE IN FUEL ELEMENT OF NUCLEAR REACTOR

Изобретение относится к способам неразрушающего контроля давления газа внутри тепловыделяющего элемента (ТВЭЛа) ядерного реактора. Давление газа внутри ТВЭЛа - один из параметров, определяющих безопасность ядерных реакторов, а потому подлежащих контролю в процессе их производства. Изобретение может быть использовано также для измерения давления газа внутри герметических сосудов без их разгерметизации.
Известен способ определения давления газа в герметичных тонкостенных изделиях, заключающийся в том, что к внешней поверхности оболочки изделия, расположенного вертикально, прикладывают тепловой импульс и измеряют температуру оболочки ТВЭЛа в точках, отстоящих на некотором расстоянии от устройства, создающего этот тепловой импульс по его разным сторонам [Авторское свидетельство СССР №1306295, G01L 11/00, 1991].
Недостатком способа является то, что нагрев осуществляется с помощью накладного нагревателя, что не обеспечивает необходимую воспроизводимость нагревания оболочки, а возбуждаемые конвективные потоки газа имеют малую мощность.
За прототип принят способ контроля давления газа внутри ТВЭЛа, совпадающий по назначению и некоторым признакам с заявляемым способом [Патент РФ №2109259, G01L 11/00, 1998]. Сущность способа-прототипа заключается в том, что расположенный горизонтально ТВЭЛ вводят в кольцевой индукционный нагреватель, а температуру оболочки ТВЭЛа измеряют датчиками, располагаемыми соосно перпендикулярно оси ТВЭЛа, один датчик - на верхней образующей оболочки, другой - на нижней. При этом измеряют одновременно приращение температуры датчиков. По полусумме температур и их разности определяют давление газа внутри ТВЭЛа.
Недостатком известного способа является то, что измеренные значения температуры, по которым определяется давление, зависят не только от давления под оболочкой, но и от движения наружного воздуха, вызывающего изменения температуры участков оболочки, контролируемых датчиками, от изменения теплового контакта между датчиками и оболочкой, а также подвержены разбросу из-за статистического характера конвективных потоков газа, что обуславливает недостаточную точность измерения.
Технический результат, получаемый при реализации данного изобретения, заключается в повышении точности измерения давления газа внутри ТВЭЛа.
Указанный технический результат достигается при реализации способа контроля давления газа внутри ТВЭЛа ядерного реактора, при котором ТВЭЛ располагают горизонтально, вставляют в кольцевой индукционный нагреватель, генерируют тепловой импульс, возбуждающий конвективное течение газа в ТВЭЛе, измеряют изменение температуры прижатыми к оболочке датчиками температуры и на основе величины изменения температуры рассчитывают давление газа, отличающегося тем, что перед измерениями устанавливают на датчики температуры башмаки и муфты, прижимают датчики к оболочке с равными усилиями противоположно друг другу, один - сверху, второй - снизу, устанавливают теплоизоляционные накладки между датчиками, измеряют разность температур, показанных датчиками, затем подают тепловой импульс и через определенное время τ1 снова измеряют разность температур, после чего поворачивают ТВЭЛ вместе с накладками, датчиками и индукционным нагревателем на угол 180° и после поворота измеряют разность температур через определенное время τ2, затем подают второй тепловой импульс и измеряют разность температур через время τ1, потом поворачивают ТВЭЛ вместе с накладками, датчиками температуры и индукционным нагревателем на 180° обратно в исходное положение, снова измеряют разность температур через время τ2, цикл повторяют несколько раз, после чего математически обрабатывают полученные результаты, в результате чего определяют величину давления газа внутри ТВЭЛа.
Способ реализуют следующим образом. После введения ТВЭЛа внутрь кольцевого индукционного нагревателя фиксируют его относительно нагревателя. Затем для получения стабильного теплового контакта датчиков температуры с поверхностью оболочки ТВЭЛа на них устанавливают металлические пластины (башмаки) и эластичные муфты и прижимают их к оболочке с одинаковым усилием.
Так как информацию о конвективном движении газа внутри ТВЭЛа датчики температуры получают через оболочку, а внешние воздушные потоки действуют на наружную поверхность оболочки и датчики, то возникает погрешность, которая может составлять недопустимо большую величину (до 30 и более процентов). Для исключения изменения температуры датчиков от потоков наружного воздуха на поверхность оболочки ТВЭЛа между датчиками в области измерения температуры устанавливают теплоизоляционные накладки.
d1
t1
d2
t2
dd1
d2
d1
Измеряют исходную разность температур участков оболочки, к которым прижаты датчики (V), и абсолютную температуру, которую показывает один из датчиков (V). В индукционный нагреватель подают кратковременно (примерно 1,0 с) высокочастотный ток и через определенное время τ1 снова измеряют разность температур (V) и абсолютную температуру, которую показывает один из датчиков (V). Рассчитывают дифференциальную разность V=V-V.
d3
t3
dd2
d2
d3
d4
t4
dd3
d3
d4
d5
t5
dd4
d5
d4
Далее для компенсации влияния на конвективные потоки асимметрии оболочки и элементов внутри поворачивают ТВЭЛ вместе с накладками, датчиками и индукционным нагревателем на угол 180° и после поворота через определенное время τ2 измеряют разность температур (V) и абсолютную температуру, которую показывает один из датчиков (V). Рассчитывают дифференциальную разность V=V-V. В индукционный нагреватель вновь подают кратковременно (примерно 1,0 с) высокочастотный ток и через определенное время τ1 снова измеряют разность температур (V) и абсолютную температуру, которую показывает один из датчиков (V). Рассчитывают дифференциальную разность V=V-V. Поворачивают ТВЭЛ вместе с накладками, датчиками температуры и индукционным нагревателем на 180° обратно в исходное положение, снова через время τ2 измеряют разность температур (V) и абсолютную температуру, которую показывает один из датчиков (V). Рассчитывают дифференциальную разность V=V-V.
dr
ddi
e
tk
t1
Затем для уменьшения разброса значений дифференциальной разности температуры участков оболочки за счет статистического характера конвективных потоков газа внутри ТВЭЛа указанный цикл операций повторяют, после чего определяют сумму дифференциальных значений разности температур участков оболочки V=ΣV и абсолютное изменение температуры оболочки dV=V-V.
Давление газа в ТВЭЛе определяют по формуле:
dr
e
P=[A·ln(V·(C/dV))-B]·0.1 (МПа),
где А, В, С - градуировочные коэффициенты, значение которых устанавливают при градуировке для конкретного типа ТВЭЛов.
d
t
Экспериментальные исследования, проведенные на действующем по предлагаемому способу устройстве, подтвердили эффективность заявленных технических решений и обеспечили снижение погрешности измерений в 1,5-2 раза. Характерные зависимости V (кривая №2), V (кривая №1), получаемые при контроле давления, представлены на фиг.1.
Указанные отличительные признаки в предложенном способе необходимы и достаточны для обеспечения заявленного технического результата.