tvel (859138), страница 5
Текст из файла (страница 5)
2.1) имеют форму пластин с продольными дистанционирующими выступами. Нагревная секция составляется из таких ТВЭЛ, одинаковых подлине и форме поперечного сечения, но с разной шириной так, чтобы вписаться в круг (рис.3 поз. 6). Здесь канал образуется дистанционирующими выступами и поверхностями соседних ТВЭЛ, контактирующими с образованием зазоров и возможностью перетечки по нимрабочего тела между каналами с тенденцией выравнивания температуры вдоль плоскостиТВЭЛ.
Для выравнивания температуры рабочего тела в перпендикулярном направлении требуется наличие в ТВС камер смешения, но меньшего, чем для монолитных ТВЭЛ объема.ОглавлениеДорофеев А.А. «Материалы и конструкция тепловыделяющих элементов и тепловыделяющей сборки реактораядерного ракетного двигателя»23Аналогичные особенности имеют нагревные секции, собираемые из коаксиальныхТВЭЛ.Коаксиальный ТВЭЛ (рис. 5 поз. 2.2) можно представить как согнутую в трубу пластину с продольными дистанционирующими выступами.
Из таких ТВЭЛ нагревная секциясоставляется из нескольких, помещенных друг в друга коаксиальных ТВЭЛ. Очевидно, что втакой секции возможно компенсировать влияние блок-эффект укомплектацией секции ТВЭЛс разным содержанием делящегося изотопа (большим для ТВЭЛ меньшего диаметра). Приэтом нагретые до разных температур коаксиальные ТВЭЛ в одной секции имеют возможность независимого теплового расширения без возникновения дополнительных нежелательных термических напряжений, что имеет место в монолитных ТВЭЛ, а азимутальная (окружная) неравномерность температуры рабочего тела может частично компенсироваться егоперетечкой через зазоры, неизбежно возникающие в зоне контакта дистанционирующих выступов и коаксиального ТВЭЛ большего диаметра.Еще меньшее ограничение радиационных (радиационная усадка или распухание, радиационное коробление) и термических деформаций и перемещений наблюдается в нагревных секциях, набираемых из стерженьковых ТВЭЛ (рис.
5 поз. 2.3), которые представляютсобой пластину с закругленными кромками, скрученную осесимметрично по винтовой линии (двухлопастной винтовой стерженьковый ТВЭЛ). Винтовые стерженьковые ТВЭЛ могутбыть трех- или четырехзаходными (крестообразными).Для секций из таких ТВЭЛ характерно то, что каналы с преимущественно осевым течением рабочего тела имеют только условную границу по линии контакта описанных цилиндров каждого из ТВЭЛ.
Эта условная граница проницаема и через неё за счет закруткипотока обеспечивается совмещенный тепломассоперенос в радиальном направлении с выравниванием поля температуры рабочего тела уже непосредственно в секции, что делает ненужным камеры смешения в ТВС.Существенным для обеспечения работоспособности ТВЭЛ признаком, по которомуони могут быть систематизированы, является технология (способ) и/или вид включения тугоплавкого материала, содержащего делящийся изотоп, дискретность или характерный масштаб частицы такого материала – диоксида, монокарбида или мононитрида урана.
По этомупризнаку ТВЭЛ можно разделить на 2 группы: с дискретным (частицы с размером, сопоставимым с минимальным поперечным размером ТВЭЛ, например, в диапазоне 0,05…0,25мм), так называемые дисперсные ТВЭЛ, и с равномерным распределением урансодержащихОглавлениеДорофеев А.А. «Материалы и конструкция тепловыделяющих элементов и тепловыделяющей сборки реактораядерного ракетного двигателя»24соединений масштаба группы молекул или кристаллической структуры. Большинство современных ТВЭЛ ЯРД относятся к дисперсным.Распределение урана в ТВЭЛ с неоднородностями масштаба кристаллической структуры сплава или композита достигается технологически или использованием специально получаемого мелкокристаллического сплава тугоплавкого материала (тантала, ниобия, вольфрама и др.) с ураном, или в результате пропитки исходной микропористой тугоплавкой матрицы жидкими солями урана и последующей баротермической обработкой в специальныхгазовых средах до образования в полостях пор тугоплавких соединений урана и матрицы.ТВЭЛ можно также распределить по группам, объединенным сходной технологиейформообразования: механическим резанием и/или электрохимическим, электроэрозионнымвоздействием с последующей термической и термобарохимической обработкой; прокаткойили вытягиванием (для ТВЭЛ на основе скрученной проволоки из тугоплавких металлических урансодержащих сплавов); гидропрессованием, экструзией, т.е.
выдавливанием в состоянии пасты через фильеры с последующей многоцикловой продолжительной термо, баро,химической и/или комплексной обработкой; формообразованием методами порошковой металлургии; формообразованием методами осаждения из газовой или жидкой фазы и др.При этом в большинстве случаев имеет место сочетание нескольких технологий, но,как правило, на основе методов порошковой металлургии (перемешивания, прессования испекания с последующей баротермической обработкой в газовых средах специального состава) со особым образом подготовленными исходными микро- и нанодисперсными фракциями с частицами урансодержащих материалов размером 44…210 мкм.
Если стоит задачаминимизации выноса радиации в окружающую среду, то частицы урансодержащего материала могут окружаться несколькими близкими по форме к сфере оболочками, удерживающими ГПД.Технология изготовления ТВЭЛ относится к едва ли не к самым трудоемким и дорогостоящим в совокупности технологий создания ЯРД и при этом, базируясь на особой материаловедческой научной базе, включает в себя эвристические элементы из области интуиции(ноу-хау, т.е.
«знаю как»), свойственные в большей мере искусству, чем технике [3, 6, 10].Поэтому, как правило, в диалектической системной тетраде «Ф-К-М-Т» именно технологияво многом ограничивает реализуемое практически качество технического решения.Рассмотренные принципы можно отразить в виде перечня системно связанных сущностных конструктивно-технологических признаков ТВЭЛ, рассматриваемых на всех этапахжизненного цикла изделия при приоритете требований радиационной безопасности:ОглавлениеДорофеев А.А.
«Материалы и конструкция тепловыделяющих элементов и тепловыделяющей сборки реактораядерного ракетного двигателя»251)пористость «на свету» и/или соотношение между теплоотдающим периметроми суммарным поперечным сечением с учетом соотношения между минимальным и максимальным удалением теплоотдающей поверхности от местных плоскости или оси симметрии;2)возможности компенсации блок-эффекта и иной радиальной и азимутальнойнеравномерностей тепловыделения гидравлическим или концентрационным профилированием, или внутрисекционным выравниванием температуры при сопряженном тепломассопереносе (требуется или нет камеры смешения между нагревными секциями);3)сколько типоразмеров ТВЭЛ требуется для укомплектации нагревной секции,нужны ли вытеснители, обязательна ли опорная решетка;4)степень ограничения тепловых и радиационных перемещений и деформаций сучетом функциональной живучести ТВЭЛ в составе нагревной секции (блока);5)технологичность, включая метод введения делящегося изотопа, воспроизводи-мость и контролируемость сущностных характеристик.Описанный подход разработан применительно к анализу ТВЭЛ ЯРД, но с некотороймодификацией может быть распространен и на другие наукоемкие технические изделия, работающие в экстремальных условиях.В лаборатории конструкции ракетных двигателей в учебных целях в виде отдельныхобразцов и систематизировано на стендах №1 «Тепловыделяющие элементы» и №2 «БлокиТВЭЛ и элементы конструкции ТВС Д-2» представлено более 70-ти образцов: ТВЭЛ различных типов и по несколько вариантов каждого типа, а также характерные сборочные единицы, узлы и детали ТВС как основного модуля активной зоны гетерогенного реактора ЯРДс твердым замедлителем.3.
Описание экспонированных объектов3.1. Тепловыделяющие элементы (ТВЭЛ)В экспозиции сотовые ТВЭЛ (см. рис. 5) представлены на стенде №1 девятью экспонатами: парой образцов монолитных ТВЭЛ 1.1.1, 1.1.2, и дисковых 1.2.1 и 1.2.2 и призматических карандашеподобных 1.2.3,1.2.4 на одном планшете, и образцы ТВЭЛ этого жетипа 1.3.1, 1.3.2 и 1.3.3 на другом планшете.Сотовые монолитные ТВЭЛ 1.1.1, 1.1.2, изготовленные прессованием, идентичныпо форме и отличаются цветом материала: серовато-белый 1.1.1 выполнен из не отожженнойОглавлениеДорофеев А.А. «Материалы и конструкция тепловыделяющих элементов и тепловыделяющей сборки реактораядерного ракетного двигателя»26окиси циркония, ТВЭЛ 1.1.2 насыщенного серого цвета – из окиси циркония, прошедшейтермообработку типа отжига.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
