tvel (859138), страница 2
Текст из файла (страница 2)
«Материалы и конструкция тепловыделяющих элементов и тепловыделяющей сборки реактораядерного ракетного двигателя»17надежность и безопасность ядерного реактора как теплоэнергетического устройства,обеспечивающего заданные показатели эффективности ЯРД.Непосредственно в контакте с ТВЭЛ находятся обойма нагревной секции (блока) итеплоизоляция между обоймой и металлическим корпусом ТВС. Высокие механическиенагрузки воспринимает удерживающая секции ТВЭЛ опорная решетка,обтекаемаяхимически активным рабочим телом с температурой до 3200 К, истекающим изиндивидуального сверхзвукового сопла, малые размеры которого не позволяют снабдить егопроточной системой охлаждения.Такиеусловияработыобуславливаютизготовлениетермонапряженныхнеохлаждаемых деталей из композиционных тугоплавких материалов на основе углерода,тугоплавких композиций ZrCx–NbCy, а также композиционных материалов ZrC–С и NbC–С,требуемые анизатропные в общем случае свойства которых достигаются вариацией иоптимизируемыми сочетаниями кристаллической структуры, пористости, состава матрицы инаполнителя композитов с наноразмерными компонентами.В основе многих тугоплавких материалов находится углерод в его различных формах,выбираемых применительно к функциям, выполняемым деталями из этих материалов:эрозионностойкий, антифрикционный, рекристаллизованный или/и силицированный графит,пирографит, стеклоуглерод и их технологически интегрированные комбинации в одномкомпозите с заданной анизотропией свойств.
При этом углерод принимает такиенаномасштабные структуры как фуллерены С60, С70 и С540, односторонние и двухсторонниенанотрубки, которые выступают в качестве армирующих элементов в сочетании с графитом,аморфным углеродом и др.В основе выбора материала узлов и деталей, функционирующих в активной зоне реактора ЯРД, лежит удовлетворение во многом противоречивых требований: минимизациямассы, габаритов реактора и загрузки урана, высокообогащенного по изотопу235U, приудовлетворительных нейтронно-физических характеристиках материала и должной механической прочности, надежности и безопасности работы ЯРД или космической ядерной энергодвигательной установки на всех этапах жизненного цикла изделия.Достигнутые в СССР (Российской Федерации) практические результаты в разработкекосмической ядерной техники и, в том числе, ЯРД, имеющего лучшие в мире показателиэффективности – пустотный удельный импульс до 9000 м/с, базируются на интегрированныхтехнических, технологических и материаловедческих решениях, в основе которых многолетние научные исследования и поэтапная опытная отработка вариантов элементов констОглавлениеДорофеев А.А.
«Материалы и конструкция тепловыделяющих элементов и тепловыделяющей сборки реактораядерного ракетного двигателя»8рукции ЯРД, репрезентативная коллекция которых, охватывающая период с середины 1950х и до начала 1990-х годов, представлена в лаборатории конструкций кафедры «Ракетныедвигатели».Аналитическое системное изучение экспонатов этой коллекции по учебному плануподготовки инженеров, специализирующихся в области тепловых ракетных двигателей, даетвозможность освоения накопленного опыта технических и технологических решений науровне мировых достижений как значимой компоненты приобретаемых профессиональныхкомпетенций, ориентированных на гуманизированное инновационное развитие техники итехнологии как антропогенной части мироздания.Цели и задачи проведения лабораторной работыИзучение экспонированных на учебных стендах лаборатории основных элементовконструкции ТВС, таких как ТВЭЛы одиночные и объединенные в нагревные секции (блоки), их обоймы и теплоизоляционные стаканы, опорные решетки, сопла и элементы торцевых отражателей нейтронов (Рис.
1), а также препарированной конструкции одного из вариантов ТВС ЯРД, позволяет оценить высокий уровень отечественных достижений, выявитьретроспективу, перспективу и усвоить логику поиска оптимальных решений в интегративной тетраде «функция-конструкция-материал-технология» («Ф-К-М-Т») на основесистемного анализа и синтеза с тем, чтобы включить эти знания в компетенции инженера, способного применить найденные при разработке ЯРД решения не только по их прямому назначению, но в других областях техники и технологии при безусловном приоритетеядерной безопасности.Это и составляет основную педагогическую цель лабораторной работы, предусмотренной программой дисциплины, в основе которой лежит лекционный курс.ОглавлениеДорофеев А.А.
«Материалы и конструкция тепловыделяющих элементов и тепловыделяющей сборки реактораядерного ракетного двигателя»9Рис. 1Цель работы достигается решением совокупности следующих задач.• Изучить и освоить принципы систематизации и анализа вариантов конструкций ТВЭЛ в единой методологической тетраде «Ф-К-М-Т».• Изучить конструкции ТВЭЛ по материалам ретроспективной экспозиции и освоить методику сравнительного анализа вариантов конструктивных и технологических решений.• Изучить конструктивную схему ТВС ЯРД и ее варианты, обусловленные конструкцией входящих в ее состав ТВЭЛ и других специфических узлов и деталей (проточные элементы торцевого отражателя нейтронов, обоймы и теплоизоляционные стаканы нагревных секций или блоков ТВЭЛ, опорная решетка,сопло).• Составить и защитить отчет по выполненной лабораторной работе.Полнота решения (степень или уровень освоения знаний, умений и навыков) этих задач зависит от объема времени, выделяемого на чтение лекций (от 34 до 68 час) на лабораторный практикум – не менее 4 час на одну лабораторную работу, включая время на контроль усвоения знаний, например, методом защиты отчета.В отчет по лабораторной работе, который вносится составной частью в конспект лекций по дисциплине, должны входить:ОглавлениеДорофеев А.А.
«Материалы и конструкция тепловыделяющих элементов и тепловыделяющей сборки реактораядерного ракетного двигателя»10• название лабораторной работы, фамилия, имя и отчество выполнившего еестудента;• цель лабораторной работы;• конструктивная схема ТВС с расширенной спецификацией, раскрывающей нетолько название, но и функции элемента, обозначенного данным номером (позицией);• схематичный чертеж (без простановки размеров и допусков) заданной преподавателем пары ТВЭЛ или других характерных деталей, узлов, сборочныхединиц, входящих в состав ТВС;• описание и сравнительный анализ по алгоритму «Ф-К-М-Т» заданной преподавателем пары ТВЭЛ или других характерных деталей, узлов или сборочныхединиц, входящих в состав ТВС.При этом в зависимости от подготовленности выполняющего данную лабораторную работу студента, ему следует изучать данное методическое издание в том или иномобъеме (полноте).В полном объеме студент изучает методические указания, когда он не знаком стеорией вопроса и выполняет лабораторную работу самостоятельно или только под контролем преподавателя.Если студент предварительно изучил теоретические основы, например, в лекционном курсе, и выполняет работу в составе группы, когда преподаватель дает вводные рекомендации и отвечает на вопросы студентов по мере их возникновения, то достаточно изучить только 3-й раздел (минимальный объем), одновременно работая при этом с экспонированными образцами.Промежуточные ситуации, например, самостоятельное выполнение студентом лабораторной работы после изучения теоретического материала в лекционном курсе, или иноесочетание показателей готовности, требует изучения настоящих методических указаний вполноте, соответствующей некоторому промежуточному положению между охарактеризованными максимальным и минимальными объемами.ОглавлениеДорофеев А.А.
«Материалы и конструкция тепловыделяющих элементов и тепловыделяющей сборки реактораядерного ракетного двигателя»112. Методические указания и рекомендации по проведению и выполнению лабораторной работы2.1. Потенциально опасные факторы и техника безопасностиВ ядерной технике и технологии безусловным приоритетом обладают аспекты безопасности и прежде всего – ядерной, радиационной.Элементы ядерной техники могут быть радиоактивными, т.е. возможное наличие ионизирующих излучений является потенциально опасным фактором при работе с ними.Изучаемые в рамках настоящей лабораторной работы детали, узлы и агрегаты ЯРД несодержат материалов с радиоактивными и делящимися изотопами, но могли быть изготовлены на том же оборудовании, на котором обрабатывались и радиоактивные изделия, ипри этом приобрести наведенную радиоактивность.
Несмотря на то, что контрольные измерения, произведенные при комплектации стендов в 1985-1990 г.г., показали отсутствиерадиоактивности, такие детали и узлы помещены на стенды, снабженные защитным оргстеклом, и изучаются бесконтактно визуально и по чертежам и описаниям.Таким образом, выполнение настоящей лабораторной работы не требует соблюденияограничений, предусмотренных «Основными санитарными правилами работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений» (ОСПОРБ-99) и ихболее поздними вариантами.К потенциально опасным факторам, которые должны учитываться при работе вконтакте с реальными промышленными образцами элементов конструкции, выполненных посовременным технологиям и из современных высокоэффективных материалов, следует отнести:возможность сохранения на деталях следов технологических и эксплуатационныхжидкостей, которые могут быть токсичными или проявлять токсические свойства при взаимодействии с другими веществами;токсичность самих материалов и/или их компонентов с учетом динамики измененияэтих свойств в процессе эксплуатации, в том числе при взаимодействии с другими веществами.Образцы деталей и узлов, которые студент может брать в руки, лишены остаточнойрадиации, следов технологических и эксплуатационных жидкостей, однако детали торцевогоотражателя нейтронов выполнены из бериллия, который является токсичным в газовой фаОглавлениеДорофеев А.А.
«Материалы и конструкция тепловыделяющих элементов и тепловыделяющей сборки реактораядерного ракетного двигателя»12зе, мелкодисперсном (пылевидном) состоянии или может проявить токсические свойствапри продолжительном втирании в кожу.Несмотря на то, что даже за максимально возможное время, которое студент можетконтактировать с недисперсным металлическим бериллием, токсическое действие не можетбыть оказано, выполненные из бериллия детали помещаются в полиэтиленовый чехол, исключающий непосредственный длительный контакт кожи и металла.В соответствии с изложенным в дополнение правил техники безопасности, действующих применительно к аудиторным занятия, в процессе лабораторной работы устанавливаются запреты на прием пищи, курение, пользование косметикой немытыми руками.2.2. Характеристика рабочих процессов в ТВЭЛ и ТВС ЯРДРис.
2Отечественными разработчиками ЯРД с гетерогенной активной зоной с твердымиТВЭЛ и замедлителем для одного из вариантов двигательной установки (ЯРДУ) принята канально-корпусная силовая схема реактора (рис. 2), когда силовое и тепловое воздействиепротекающего рабочего тела в основном воспринимается стенками каналами 4, а на корпус 5реактора действуют только нагрузки от охладителя (которого может и не быть) твердого замедлителя и иных элементов конструкции активной зоны, размещенных в объеме 3. Приэтом до 95% всей тепловой мощности активной зоны реактора ЯРД генерируется в каналахОглавлениеДорофеев А.А. «Материалы и конструкция тепловыделяющих элементов и тепловыделяющей сборки реактораядерного ракетного двигателя»134, конструктивно выполненных в виде агрегатов, называемых тепловыделяющими сборками(ТВС) (конструктивная схема ТВС представлена на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
