tvel (859138), страница 4
Текст из файла (страница 4)
«Материалы и конструкция тепловыделяющих элементов и тепловыделяющей сборки реактораядерного ракетного двигателя»19ТВС выходных решеток (см. рис.3 поз. 10) не только как воспринимающих осевую нагрузкудеталей, но и как фильтра, задерживающего фрагменты разрушенных ТВЭЛ, т.е. становитсясущественными не только несущие силовые способности решетки, но и характерный размерих проходного сечения. Удержанию фрагментов разрушенных ТВЭЛ в нагревной секцииспособствует также конструктивное выполнение их как стержней с непрямолинейной осьюсимметрии, например, закрученной по винтовой линии.Выполнение цилиндрических деталей, например, индивидуального сопла (см.
рис. 3поз. 5) или теплоизоляции не монолитными, а составными, из набора вложенных друг вдруга тонкостенных коаксиальных цилиндров иликонусов, не только снижаетмаксимальные термические напряжения (за счет уменьшения радиального градиентатемпературы в тонкостенной детали и появления дополнительного теплового сопротивлениязоны контакта), но и при допустимом здесь появлении трещин или частичном разрушениинекоторых из тонкостенных деталей обеспечивает удержание их фрагментов и выполнениефункции составной детали.
Тогда как даже появление трещин в монолитной детали можетпривести к полному её разрушению и увеличенному выносу радиоактивности вокружающую среду.Минимизациятермическихнапряженийсвязываетсятакжесмаксимальновозможным снятием ограничений термических деформаций и перемещений, т.е. собеспечением свободного теплового расширения (так называемый принцип минимальногозаневоливания, когда не возникают дополнительные механические напряжения из-зареакции заделки). В таких условиях ТВЭЛ принимает форму и занимает положение,соответствующее минимальному значению внутренней энергии, при которой термическиенапряжениятакжеминимизируютсяиповышаетсявероятностьсохраненияработоспособности ТВЭЛ и изделия в целом (ТВС, ЯРД, ЯРДУ, ЛА с ЯРДУ).Согласно этому принципу ТВЭЛ, как правило, крепятся в единственном сечении(стерженьковые – в упор, пластичатые – также в упор или на весу) с возможностьюсвободного радиационного и/или теплового расширения в направлении продольной осисимметрии вверх или вниз по потоку охладителя (см.
рис. 3, позиции 6, 7 и 8 ).С этой же целью стерженьковые ТВЭЛ собираются в нагревную секцию с зазорами врадиальном и азимутальном направлениях. Под действием давления обтекающего ихрабочего тела (охладителя) упирающиеся торцами стержни, выбирая имеющиеся зазоры (перемещаясь в пределах зазоров до упора, т.е. до устранения зазора), образуют имеющий устойчивое положение однополостный гиперболоид с минимальной внутренней энергией иОглавлениеДорофеев А.А. «Материалы и конструкция тепловыделяющих элементов и тепловыделяющей сборки реактораядерного ракетного двигателя»20при отсутствии в стержнях изгибных напряжений.
Это свойство такой системы стержнейвпервые использовано в конструкции башни Шухова 2.Следуя описанным принципамв результате многочисленных и длительных,многолетних и дорогостоящих теоретических и экспериментальных исследований былиразработаны материалы, технологии и изготовлены детали и узлы, позволившие создать ииспытать отечественные ЯРД (РД-0410 и его варианты), подтвердившие в стендовыхусловиях заложенные высокие, не достигаемые другими тепловыми ракетными двигателямипроектные параметры.Использование этих разработок при создании других наукоемких и предельноэнергонасыщенных технических установок, двигателей, работающей на иных принципахтребует изучения, аналитическогосистематизированного ретроспективного анализа,принципы которого можно рассмотреть на примере ТВЭЛ как основы реактора ЯРД.2.3.
Принципы и методика систематизации ТВЭЛСистематизация и, в том числе, типизация или классификация множества известныхсозданных ТВЭЛ позволит выделить общее и особенное в существенных признаках изготовленных в разные годы, из разных материалов и по разным технологиям разрозненных их образцов.
Это дает возможность перенести опыт из одной совокупности признаков и существенных факторов в другую, например, использовать при проектировании и изготовлении деталей и узлов другого назначения не только с высоким положительным техническим результатом, но и с получением общественно полезного эффекта, состоящего, например, в экономии средств и времени при разработке новых устройств, в меньшем экологическом воздействии на окружающую среду.Ведущей целевой функцией ТВЭЛ выступает нагрев рабочего тела до максимальновозможной температуры при минимизации выноса радиации в окружающую среду и сохранении работоспособности заданное время (ресурса).По отношению к этой функции основной абсолютной характеристикой ТВЭЛ какнагревателя является удаленность теплоотдающей поверхности от локальных плоскостиили оси симметрии, при этом имеет значении соотношение теплоотдающего периметра иплощади поперечного сечения.
Постоянство удаленности теплоотдающей поверхности отШухов Владимир Григорьевич (1853-1939). Крупный инженер, изобретатель, ученый. Почетный член АН СССР. Окончил с отличием Императорское техническое училище (нынеМГТУ им. Н.Э. Баумана) в 1876 г.2ОглавлениеДорофеев А.А. «Материалы и конструкция тепловыделяющих элементов и тепловыделяющей сборки реактораядерного ракетного двигателя»21локальной оси или плоскости симметрии соответствует наиболее желательным вариантам,т.к.
это исключает наличие нежелательных точек или зон перегрева вблизи наиболее удаленных от теплоотдающих поверхностей приосевых частей ТВЭЛ. Таким свойством обладают тела, имеющие в поперечном сечении форму круга (сфера, круговой цилиндр) или,приближенно, пластина постоянной толщины.
Отклонение от регулярных параметров наблюдается вблизи краев, т.н. краевые эффекты.Минимизация ограничений термических деформаций в нагревной секции (блоке) достигается в случае укомплектации секции стерженьковыми ТВЭЛ, тогда как изготовлениесекции как единого монолитного изделия уменьшает число сборочных единиц, но и снижаетсвободу термических деформаций.Эти характеристики в комплексе задаются таким конструктивным признаком, как интуитивно понятная, но не строго определяемая форма ТВЭЛ, систематизация или классификация по этому признаку представляется наиболее обоснованной.В экспозиции лаборатории представлены только ТВЭЛ с преимущественно осевымтечением рабочего тела (охладителя).ТВЭЛ, представляющие собой или цельную монолитную нагревную секцию (блок),или образующие в сборе секцию, с непроточными зазорами между контактирующими боковыми плоскостями объединяются одну первую группу с условным названием «сотовые» пообщему признаку: сотовому взаимному расположению каналов с внутренним теплоотдающим периметром (рис.
5).Рис. 5ОглавлениеДорофеев А.А. «Материалы и конструкция тепловыделяющих элементов и тепловыделяющей сборки реактораядерного ракетного двигателя»22Монолитные ТВЭЛ, функционально являющиеся нагревной секцией в виде пчелиных сот (рис. 5 поз. 1.1) так и называются монолитными сотовыми. Укажем на то, чтоформа отверстий в сечении может быть или круглой, или в виде правильного шестиугольника, а соотношение между минимальной толщиной перемычки и диаметром круглого отверстия или размером «под ключ» задает соотношение между площадью поперечного сеченияТВЭЛ и суммарной проходной площадью каналов «на свету» (степень пористости).ТВЭЛ в виде диска (или цилиндра, если толщина соизмерима с диаметром) (поз. 1.2),у которого цилиндрические каналы размещены по вершинам сетки, ячейки которой образованы правильными треугольниками или шестиугольниками, и который функционально может быть нагревной секцией, называют монолитным дисковым.По узлам такой же, как у монолитных дисковых ТВЭЛ, сетки выполнены каналы впризматических ТВЭЛ (рис.
5 поз. 1.3), называемых иногда карандашеподобными.У всех ТВЭЛ этой группы нет возможности выравнивания температуры рабочего телапутем перетекания его из канала в канал, что требует образования между нагревными секциями камер смешения.Общим существенным признаком сотовых монолитного, дискового и призматического (карандашеподобного) ТВЭЛ является также то, что термические деформации нагретых до разных температур зон связаны прочностными характеристиками монолита как целого, т.е.
имеются внутренние дополнительные ограничения термических деформаций, что вызывает появление дополнительных термических напряжений.Этого недостатка можно избежать, если нагревные секции набирать из отдельных, закрепленных в одном сечении и механически не связанных между собой ТВЭЛ, в основуформы которых заложена пластина (на рис. 5 группа ТВЭЛ, обозначенная позициями 2.1, 2.2и 2.3).Пластинчатые ТВЭЛ (рис.5 поз.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
