tvel (859138), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Торцы ТВЭЛ ступенчатые, что сделано для их взаимного однозначно ориентированного сочленения в ТВС. Этот вариант признан неудачным, т.к. необеспечивается гарантированное совпадения границ каналов с заданной точностью. ТакиеТВЭЛ в корпусе ТВС фиксируются азимутально продольными углублениями-выступами нанаружной поверхности.При одинаковых диаметрах и схемах размещения осевых каналов по нормальномусечению (по вершинам сетки из правильных треугольников, т.е. по сотовому типу) наружный диаметр выполненного из графита механической обработкой сотового дисковогоТВЭЛ 1.2.1 значительно больше его толщины (высоты, осевого габаритного размера), тогдакак у образца 1.2.2 высота в несколько раз превышает диаметр, т.е.
этот ТВЭЛ правильнееназывать сотовым цилиндрическим.Образец монолитного сотового ТВЭЛ 1.2.3 отличается от ТВЭЛ 1.2.2 тем, что имеетшестигранную наружную поверхность и является сотовым призматическим.Сотовые дисковые ТВЭЛ 1.2.4 изготовлены из карбида ниобия.
Отверстия в них выполнены электроэрозионным способом. Отрабатывались технологии дополнительной электрохимической и электоромеханической обработки отверстий с целью повышения качестваповерхности и точности изготовления.Сотовый дисковый или сотовый цилиндрический ТВЭЛ в разрезе изображен нарис.
6, где позицией 1 обозначен собственно ТВЭЛ, помещенный в теплоизоляционный стакан 2. При этом периферийный слой ТВЭЛ 3, контактирующий с теплоизоляционным стаканом 2, лишен делящегося изотопа235U.Рис. 6ОглавлениеДорофеев А.А. «Материалы и конструкция тепловыделяющих элементов и тепловыделяющей сборки реактораядерного ракетного двигателя»27Сотовые дисковые ТВЭЛ 1 фиксируются и в цилиндрическом теплоизоляцион-номстакане 2 осепараллельной шпонкой 3 (рис. 7).Рис.
7Наружная поверхность сотовых ТВЭЛ может выполняться не только цилиндрической, но и шестигранной, как у образца 1.2.3. В этом случае один ТВЭЛ вписывается в диаметр проходного сечения ТВС и специальных элементов фиксации не требуется.Если поперечное проходное сечение ТВС заполняется не одним, как для образца1.2.3, а несколькими ТВЭЛ с наружной поверхностью, образованной несколькими сопряженными параллельными оси симметрии плоскостями – гранями, то такие ТВЭЛ называютсяпризматическими, в частности, когда их поперечное сечение есть правильный шести-угольник – призматическими карандашеподобными: объекты 1.3.1 и 1.3.2, каналы которого защищены покрытием (образец 1.3.2 частично препарирован).Призматический графитовый ТВЭЛ 1.3.3 имеет 4 грани.ТВЭЛ 1.3.1 изготовлены экструзией (выдавливанием через фильеру) исходной пастообразной смеси на основе окиси бериллия с последующей термической обработкой, различия в режимах которой объясняют разный цвет образцов – от белого до насыщенного сероголубого.ОглавлениеДорофеев А.А.
«Материалы и конструкция тепловыделяющих элементов и тепловыделяющей сборки реактораядерного ракетного двигателя»28Рис.8Оси цилиндрических параллельных каналов диаметром d (рис. 8) в карандашеподобных ТВЭЛ располагаются сотоподобно, т.е. по вершинам сетки с одинаковыми ячейками вформе правильного треугольника АБВ со стороной d+2δ. При этом при неизбежных приемлемых отклонениях размеров от номинальных значений расстояние от локальной оси симметрии О до теплоотдающей поверхности (внутренней поверхности каналов) меняется вдиапазоне от минимальных значенийδ до макс имальных (1,2…1,5) δ, т.е.
точка О являетсяточкой возможного локального относительного перегрева.Минимизация этого диапазона требует высокой точности изготовления каналов и перемычек сотовых ТВЭЛ при малых абсолютных поперечных размерах до 1 мм и осевых габаритах до 100 мм. Так в графитовом ТВЭЛ каналы имеют диаметр 1 мм, а перемычки между ними 0,5 мм. У ТВЭЛ из окиси бериллия стенки каналов диаметром 0,9 мм удалены отпериферийной стенки на 0,7 мм, тогда как толщина межканальных перемычек не превышает0,6 мм. При этом и в том, и в другом экспонированном ТВЭЛ размеры выдержаны с допуском ±0,05 мм.ОглавлениеДорофеев А.А.
«Материалы и конструкция тепловыделяющих элементов и тепловыделяющей сборки реактораядерного ракетного двигателя»29Рис.9Нагревная секция (блок) (рис. 9) из призматических (карандашеподобных) ТВЭЛ 1вписывается в теплоизоляционный стакан 2 благодаря вставкам 4 и применению так называемых полуТВЭЛ 3. При этом между ТВЭЛ должен оставаться так называемый монтажныйзазор, который дает возможность для теплового и/или радиационного расширения (радиационного распухания) и в процессе работы закрывается с нарушением теплосъема с наружнойповерхности. Для предотвращения связанного с этим возможного перегрева ТВЭЛ его периферийные слои выполняются лишенными делящегося изотопа.Очевидна необходимость опорной решетки, удерживающей образующие нагревнуюсекцию (блок) карандашеподобные ТВЭЛ от перемещений в продольном направлении.В результате нагревная секция (блок) из призматических карандашеподобных ТВЭЛприобретает характерный недостаток – малую степень пористости «на свету», не более 20%.По степени ограничения деформаций и перемещений монолитные и цилиндрические сотовые ТВЭЛ, в которых возникают значительные осевые и радиальные термическиенапряжения, уступают всем остальным.
В дисковом ТВЭЛ относительно ослаблены напряжения в осевом направлении, а в сотовом призматическом карандашеподобном ТВЭЛ –в радиальном направлении.Еще меньше ограничены перемещения и деформации у пластинчатых ТВЭЛ.ОглавлениеДорофеев А.А. «Материалы и конструкция тепловыделяющих элементов и тепловыделяющей сборки реактораядерного ракетного двигателя»30Образцы пластинчатых ТВЭЛ 2.1.1, 2.1.2, 2.1.3 и 2.1.4 представлены на стенде №1на едином планшете.Рис.10Варианты пластинчатых ТВЭЛ (рис.
10) конструктивно отличаются в зависимости отвыбранной схемы крепления их в осевом направлении. Если ТВЭЛ устанавливается в упорнижней гранью, то пластина имеет форму прямоугольника – 1. Для крепления типа подвеспластину выполняют с одной – 2 или двумя – 3 парами выступов.Как разновидность пластины, устанавливаемой в упор, можно представить стерженьковый ТВЭЛ – 4, представляющий собой скрученную вдоль оси симметрии пластину, ширина которой сопоставима с толщиной, а наружная поверхность вписана в круговой цилиндр.При этом закругленные кромки образуют двухзаходные винтовые линии, а такой ТВЭЛ поформе сходен со спиральным двухзаходным сверлом.Соответственно выбранной схеме закрепления образцы пластинчатых ТВЭЛ 2.1.1имеют прямоугольную форму.
Одну пару выступов имеют образцы 2.1.2 и две пары – 2.1.3.При креплении в упор материал ТВЭЛ работает преимущественно на сжатие, что является предпочтительным для большинства тугоплавких материалов, в частности, графита,из которого механической обработкой с последующим термогазобарическим уплотнением, вчастности, отложением пироуглерода, получены экспонированные образцы.Крепление ТВЭЛ за выступы, притом что их материал работает на срез, что не желательно, еще и требует выполнения теплоизолирующего стакана разборным с соответствуюОглавлениеДорофеев А.А. «Материалы и конструкция тепловыделяющих элементов и тепловыделяющей сборки реактораядерного ракетного двигателя»31щим нежелательным снижением теплового сопротивления вблизи выступов.
Две пары выступов, образцы 2.1.2, повышают живучесть за счет конструкционной избыточности: из-заотсутствия полной идентичности практически невозможно одновременное одинаковое нагружение двух пар выступов, т.е. всегда большую часть осевой нагрузки на ТВЭЛ воспринимают только два выступа, причем, не обязательно из одной пары, но при разрушении одного или двух нагруженных выступов нагрузка перераспределяется между выступами, сохранившими работоспособность.Сквозные отверстия, выполненные в некоторых образцах ТВЭЛ, по замыслу конструкторов предназначались для выравнивания давления рабочего тела на противоположныхгранях ТВЭЛ, что одновременно, как показали эксперименты, приводило к значительномуповышению гидравлических потерь.
Уточненные расчеты показали, что перепады давлениявесьма малы и не сказываются на работоспособности ТВЭЛ, и в последующих модификациях отверстия отсутствуют.Чтобы снизить местные гидравлические потери (внезапное сужение на входе и внезапное расширение на выходе из нагревной секции) входные кромки ряда пластинчатыхТВЭЛ «облагорожены»: скруглены радиусом около 0,4…0,5 мм, а на выходных участкахповерхности сточены с обеих сторон под углом 10° до толщины вблизи выходной кромки 0,2мм. Дополнительный эффект снижения гидравлических потерь на трение оказывают многофункциональные защитные покрытия, наносимые на поверхность пластинчатых ТВЭЛ (экспонаты с покрытиями имеют «металлическую» по виду матовую или зеркальную блестящуюповерхность).Экспонат 2.1.4 представляет собой технологический образец заготовки пластинчатогоТВЭЛ, изготовленного из ниобия способом холодной прокатки (соответствующий натурныйТВЭЛ должен был выполняться из урано-необиевого сплава, который после прокатки проходит термическую обработку в среде контролируемого газового состава при давлении итемпературе, сравнимых с рабочими параметрами активной зоны реактора ЯРД).ОглавлениеДорофеев А.А.
«Материалы и конструкция тепловыделяющих элементов и тепловыделяющей сборки реактораядерного ракетного двигателя»32Рис. 11Для укомплектования нагревной секции (блока) пластинчатые ТВЭЛ выполняют ссоответствующей закругленной формой боковых граней и разной шириной так, чтобы ихнабор составлял в сечении круг. Компоновка пластинчатых ТВЭЛ в нагревной секции (блоке) отражена на рис. 11, где 1 – центральный симметричный пластинчатый ТВЭЛ, 2 – промежуточный пластинчатый ТВЭЛ, а 3 – не содержащие делящегося изотопа крайние пластины.Рис. 12ОглавлениеДорофеев А.А.
«Материалы и конструкция тепловыделяющих элементов и тепловыделяющей сборки реактораядерного ракетного двигателя»33Коаксиальные ТВЭЛ представлены в двух комплектах в нагревных секциях (блоках)образцами 2.2.1 и 2.2.2, в первом из которых (рис. 12), цилиндрические коаксиальные ТВЭЛ1 выполнены из графита (это технологически не завершенные изделия, т.е. не прошедшиеопераций введения материала с ураном, уплотнения и нанесения полифункциональных покрытий образцы, пригодные однако для отработки конструкции и т.п.) и опираются на решетку 2, которая для них является обязательным конструкционным элементом.Образец 2.2.2 представляет собой набор графитовых коаксиальных ТВЭЛ с нанесенным многофункциональным (снижение диффузионного потока продуктов деления урана врабочее тело и защита основного материала ТВЭЛ от химического и эрозионного уноса) покрытием на основе карбида ниобия, который в процессе специального технологическогопроцесса послойного плазменного нанесения приобретает медно-золотистый цвет с металлическим зеркальным блеском.Коаксиальные ТВЭЛ в образце 2.2.2 сопряжены по коническим поверхностям входного участка и удерживаются силами трения (аналог «конуса Морзе»), что делает необязательным применение опорной решетки и обеспечивает преимущественно осевое нагружениеи свободное термическое расширение материала при работе с передачей осевого усилия поконической поверхности на теплоизоляционный стакан или обойму.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
