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

Изобретение относится к устройствам неразрушающего контроля давления газа внутри тепловыделяющего элемента (ТВЭЛа) ядерного реактора. Давление газа внутри ТВЭЛа - один из параметров, определяющих безопасность ядерных реакторов, а потому подлежащий 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 прикладывают тепловой импульс и измеряют ее температуру на некотором расстоянии от точки приложения импульса [Авторское свидетельство СССР №1306295, кл. 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.
Известно устройство для контроля давления газа в ТВЭЛе, которое принято за прототип, в котором ТВЭЛ располагается горизонтально, нагреватель выполнен кольцевым, причем его ось совпадает с осью контролируемого ТВЭЛа, а датчики расположены по одну сторону от нагревателя, причем один выше, а другой ниже оси ТВЭЛа и на расстоянии (0,25-2)Do от центра кольцевого нагревателя, где Do - диаметр контролируемого ТВЭЛа [Авторское свидетельство СССР №1316446, кл. G21C 17/06. 1985].
Недостатком известного устройства является то, что разность температур от датчиков, по которой определяется давление, зависит 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 подвержена разбросу из-за статистического характера конвективных потоков газа.
Технический результат, получаемый при реализации данного изобретения, заключается в улучшении точностных характеристик измерения давления газа внутри ТВЭЛа. Указанный технический результат достигается за счет того, что в устройство контроля давления газа в ТВЭЛе ядерного реактора, содержащее кольцевой индукционный нагреватель (индуктор), датчики температуры, расположенные по одну сторону от нагревателя на расстоянии, близком к диаметру ТВЭЛа, на противоположных образующих оболочки ТВЭЛа соосно перпендикулярно к оси ТВЭЛа, дополнительно введены теплоизоляционные накладки между датчиками температуры в зоне теплового контакта, а датчики имеют металлические башмаки в виде прямоугольных медных пластин, согнутых по радиусу поверхностной образующей оболочки ТВЭЛа, покрытые электроизоляционной теплопроводной пленкой, и эластичные (например, резиновые) муфты, а также имеется устройство поворота ТВЭЛа на 180° относительно его продольной оси вместе с индуктором, датчиками и теплоизоляционными накладками.
На фиг.1 схематически изображено предлагаемое устройство для контроля давления газа в ТВЭЛе, которое включает в себя цангу 2 для фиксации ТВЭЛа 1, датчики температуры 3, нагреватель (индуктор) 4, теплоизоляционные диэлектрические накладки 5, механизм поворота 6, башмаки датчиков 7 и муфты 8.
Чувствительным элементом датчика температуры 3 является термопарный спай, закрепленный к башмаку 7 с выпуклой стороны. Вогнутая поверхность башмака, контактирующая с оболочкой, покрыта электроизоляционной теплопроводной пленкой, которая исключает влияние электрических помех на измерительную цепь термопар.
Башмак 7 с термопарой прикреплен к стойке, с помощью которой осуществляется прижим к оболочке ТВЭЛа, через муфту 8.
Устройство работает следующим образом.
d1
t1
С помощью цанги 2 фиксируют положение ТВЭЛа 1 относительно индуктора 4 и датчиков 3. Одновременно с действием цанги датчики 3 входят в теплоизоляционные накладки 5, которые исключают влияние внешних потоков воздуха на показания датчиков, и прижимаются к оболочке ТВЭЛа устройством, обеспечивающим равные, с высокой точностью, усилия прижима. Производят замер исходной разности температур участков оболочки, к которым прижаты датчики (V), и абсолютной температуры, которую показывает один из датчиков (V).
d2
t2
dd1
d2
d1
Затем от генератора индукционного нагрева в индуктор 4 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
Далее для компенсации влияния на конвективные потоки ассиметрии оболочки и элементов внутри механизмом поворота 6 поворачивают ТВЭЛ вместе с накладками 5, датчиками 3 и индуктором 4 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.
d4
t4
dd3
d3
d4
d5
t5
dd4
d5
d4
От генератора индукционного нагрева в индуктор 4 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. Механизмом поворота 6 поворачивают ТВЭЛ вместе с накладками 5, датчиками 3 и индуктором 4 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.
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 Vdr=ΣVddi и абсолютное изменение температуры оболочки dV=V-V.
Давление газа в ТВЭЛе определяют по формуле:
e
P=[A·ln(Vdr·(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 предлагаемом 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.2.
Указанные отличительные признаки в предложенном функционально-конструктивном единстве необходимы и достаточны для обеспечения заявленного технического результата.