tvel (859138), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Сопряженным с этимипреимуществами недостатком является то, что на коническом участке секции ТВЭЛ тепловая изоляция ТВС будет иметь локальное коническое утонение, что несколько увеличит нежелательный тепловой поток от ТВЭЛ в корпус охлаждаемый ТВС.Общим для образцов является то, что каналы для протекания охлаждающего их рабочего тела образуются гранями выступов и цилиндрическими поверхностями контактирующих коаксиальных ТВЭЛ, собранных в осесимметричной нагревной секции (блоке), что позволяет осуществить компенсацию только радиальной неравномерности энерговыделенияили разной концентрацией делящегося изотопа в ТВЭЛ разного диаметра, или за счет разных размеров или шага закрутки выступов, задающих требуемое гидравлическое сопротивление и, следовательно, расход.
При этом снижению азимутальной (окружной) неравномерности поля температур способствуют зазоры между контактирующими поверхностями выступов и цилиндрических гладких поверхностей соседних ТВЭЛ.Наилучшими же среди рассматриваемых типов ТВЭЛ по признаку минимизации ограничения деформаций и перемещений, возникающих при наборе флюенса за счет радиационных эффектов и в зоне градиента температуры (так называемое «минимальное заневолиОглавлениеДорофеев А.А. «Материалы и конструкция тепловыделяющих элементов и тепловыделяющей сборки реактораядерного ракетного двигателя»34вание»), и по возможности реализации концентрационного (содержанием делящегося изотопа) профилирования энерговыделения по сечению (по радиусу и азимутально) являютсястерженьковые ТВЭЛ (см.
рис. 5, поз. 2.3).Стерженьковые ТВЭЛ, их реальные, опытные и модельные варианты экспонируются на стенде №1 на отдельном планшете объектами с обозначениями от 2.3.1 до 2.3.7.Под номером 2.3.1 помещены примеры цилиндрических стерженьковых ТВЭЛ, изъятых из технологического цикла изготовления на его разных фазах, а также образцы, на которых отрабатывались элементы технологии, в частности, нанесения многофункциональныхпокрытий различного состава как на наружную, так и на внутреннюю поверхность, если, например, цилиндрический ТВЭЛ имеет один или несколько параллельных оси цилиндрапрямолинейных каналов.Образцы 2.3.2 представляют собой цилиндрические прямолинейные стерженьковые(их называют иногда стержневыми) ТВЭЛ с параллельными равномерно распределеннымипо сечению цилиндра каналами для протекания теплоносителя.
В таких ТВЭЛ делящийсяматериал вносится дискретно в виде частиц, окруженных несколькими многофункциональными слоями материалов с заданными свойствами. В приемлемом диапазоне рабочих параметров такие ТВЭЛ обеспечивают минимальный вынос радиации в окружающую среду, чтов ряде случаев является решающим преимуществом перед ТВЭЛ других конструкций.На этом же планшете под номером 2.3.3 экспонируются образцы стерженьковых витых двухлепестковых («двухзаходных») ТВЭЛ ЯРД с разным шагом винтовой закрутки исоотношением размеров и различными многофункциональными покрытиями. В стекляннойпробирке помещены стержневые витые трехлепестковые ("трехзаходные"), изготовленныеиз графита выдавливанием через фильеру и не подвергнутые следующим технологическимоперациям по модификации графита с повышением его плотности и устойчивости к воздействию водородосодержащего охладителя – рабочего тела ЯРД.Отметим, что внешне эти образцы мало отличаются от натурных ТВЭЛ, выполненных из урансодержащих композиционных материалов на основе карбидов циркония и/илиниобия и прошедших полный технологический цикл изготовления и контроля.Особый интерес представляет экспонат 2.3.4.
Это называемая микросборкой секциястерженьковых ТВЭЛ, предназначенная для проведения так называемых петлевых испытаний, когда близкие к условиям работы ТВЭЛ в составе реактора ЯРД температура, давлениеи газовый состав охладителя создаются только локально в экспериментальной активной зо-ОглавлениеДорофеев А.А. «Материалы и конструкция тепловыделяющих элементов и тепловыделяющей сборки реактораядерного ракетного двигателя»35не, критичность и работоспособность которой в целом обеспечивается значительно менеенапряженными внешними условиями.Экспонат 2.3.5 представляет собой стерженьковый ТВЭЛ, полученный скручиваниеми последующей диффузионной сваркой или спаиванием двух тонких проволок из тугоплавкого металла, который в натурных образцах должен содержать делящийся изотоп. Послеформообразования материал ТВЭЛ карбидизируется и/или нитридизируется и, при необходимости, на него наносится многофункциональное покрытие.Образцы 2.3.6 и 2.3.7 являются фрагментами увеличенных моделей стерженьковыхвитых ТВЭЛ крестообразного (четырехзаходного) и круглого (двухзаходного) сечения, позволяющих в увеличенном масштабе моделировать и изучать структуру сопряженного тепло-массопереноста и получать коэффициенты гидравлических потерь в пучках, передающихособенности работы ТВЭЛ в составе нагревных секций (блоков).Экспонат 2.3.7 представляет собой изготовленный из медных трубок макет витогостерженькового ТВЭЛ 2.3.5, выполненный в масштабе 10:1.
Он предназначен для исследования в масштабных моделях ТВС с имитацией тепловыделения кратковременным пропусканием постоянного электрического тока короткого замыкания через металлический макетТВЭЛ.Недостатком стерженьковых ТВЭЛ является необходимость применения в собранныхиз них нагревных секциях (блоках) опорных решеток.Помимо минимального ограничения температурных и радиационных перемещений идеформаций к преимуществам стреженьковых ТВЭЛ следует отнести возможность изготовления только одного типоразмера ТВЭЛ для укомплектования нагревной секции (блока), атакже для витых ТВЭЛ – внутрисекционный сопряженный тепломассоперенос, приводящийк перемешиванию и значительному снижению неравномерности температуры рабочего телапо сечению секции.Более полная компенсация радиальной и азимутальной не осесимметричной неравномерности может быть достигнута укомплектацией нагревной секции стерженьковымиТВЭЛ с разным содержанием делящегося изотопа.ОглавлениеДорофеев А.А.
«Материалы и конструкция тепловыделяющих элементов и тепловыделяющей сборки реактораядерного ракетного двигателя»36Рис.13Пример примененной в одном из стендовых вариантов отечественного ЯРД компоновки витых стерженьковых ТВЭЛ в нагревной секции (блоке) из 151 геометрически идентичных ТВЭЛ и 12 карбидных вытеснителей с концентрационной компенсацией радиальнойнеравномерности тепловыделения (блок-эффекта) представлен на рис. 13, где позицией 1обозначены ТВЭЛ с максимальным содержанием 235U, позицией 2 – ТВЭЛ с его средним содержанием и позицией 3 – ТВЭЛ с меньшим содержанием 235U.
Вытеснители 4 вовсе не содержат делящихся изотопов.Отметим, что соотношение размеров ТВЭЛ и диаметра их сборки в нагревной секции(количества ТВЭЛ) задает форму, количество и размеры вытеснителей. Представление о соотношении размеров натурных ТВЭЛ крестообразного поперечного сечения, собранных вОглавлениеДорофеев А.А. «Материалы и конструкция тепловыделяющих элементов и тепловыделяющей сборки реактораядерного ракетного двигателя»37масштабную модель ТВС, предназначенную для экспериментальной отработки, дает аналогичный по компоновке образец опорной решетки 4.6.2, экспонируемый на стенде №2.Микросферические ТВЭЛ (сокращенно - микроТВЭЛ) экспонированы на стенде №1на отдельном планшете: объект 3.1 (приклеенная на прозрачную подложку россыпь нескольких десятков микросфер диаметром 0,75…1 мм), помещенный для зрительного сравнения впаре с примером разборного графитового сферического ТВЭЛ стационарного ядерного реактора – объект 3.2, на часть поверхности которого нанесено покрытие из карбида циркония(объектовые образцы таких ТВЭЛ имеет такое покрытие по всей поверхности).МикроТВЭЛ представляет собой близкое по форме к сфере ядро, содержащее делящийся изотоп в виде его карбида или оксида с многослойным многофункциональным покрытием.
Причем в зависимости от выполняемой функции материалу каждого слоя можнопридать свойства, оптимальные именно для выполнения данной функции. При этом свойства материала обеспечиваются технологией его получении с заданным конструкционным параметром – толщиной слоя. Т.е. заявленный методологический принцип «функция – конструкция – материал – технология» (Ф-К-М-Т) реализуется применительно к микроТВЭЛ непосредственно и системно.Интегральная функция совокупного многослойного покрытия ядра с делящимся изотопом состоит в уменьшении выхода продуктов деления в рабочее тело и в контактирующиес микроТВЭЛ элементы конструкции при сохранении размеров ТВЭЛ в потоке теплоносителя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
