початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2070751

Петлеве ПРИСТРІЙ ДЛЯ ВИПРОБУВАНЬ
Термоемісійного електрогенеруючих збірок

Ім'я винахідника: Авер'янов О.М .; Синявський В.В.
Ім'я патентовласника: Ракетно-космічна корпорація "Енергія" ім.С.П.Корольова
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1994.06.16

Призначення: термоемісійного перетворення енергії. Суть винаходу: для запобігання утворенню додаткового джерела пара цезію ( "помилкового" термостата) в цезієві тракті газорегуліруемий зазор поблизу кордону активної частини електрогенеруючій збірки виконується профільованим.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до термоемісійного методу перетворення теплової енергії в електричну і реакторної теплофізики та може бути використано при лабораторних і реакторних дослідженнях термоемісійних перетворювачів енергії (ТЕП), термоемісійних та інших ТВЕЛ.

Реакторні випробування ТВЕЛ, в тому числі термоемісійних електрогенеруючих збірок (ЕГС), є найважливішим етапом відпрацювання реактора і енергетичної установки. Такі випробування проводяться в дослідницьких ядерних реакторах (ЯР) за допомогою спеціальних петлевих пристроїв (ПУ), званих частіше петльовими каналами (ПК).

Відомі ПК для реакторних випробувань ЕГС (Проектування та випробування термоемісійних твелів. В. В. Синявський та ін. Атомиздат, 1981, с. 24-28). Основне призначення ПК забезпечення близьких до умов експлуатації умов випробувань ЕГС (по тепловиділення, температур електродів, тискам пара цезію та ін.). З цієї точки зору в ПК можна виділити наступні характерні системи: забезпечення енерговиділення, теплос'ема і терморегулювання; забезпечення параметрів Міжелектродні середовища; виведення електричної енергії; контролю і вимірювання характеристик ЕГС і систем ПК.

Як прототип приймемо конкретне ПУ для випробувань ЕГС реактора "Топаз" в активній зоні першої АЕС (там же, с.27-28, рис.2.10).

ПУ складається з корпусу, всередині якого розміщена охлаждаемая теплоносієм (водою) реактора система теплосброс (СТС), виконана з можливістю установки всередині неї ЕГС. СТС, в свою чергу, містить систему терморегулювання, що представляє собою малий зазор (частки міліметра), який може Вакуумована або заповнюватися газом (сумішшю газів). Температура колектора регулюється зміною тиску газу або співвідношення компонентів газу в цьому зазорі. Струмові висновки ізольовані від маси і виводяться з цезієвого простору через вакуумно щільні металокерамічні вузли. Надійність роботи таких вузлів підвищують за допомогою створення навколо них з зовнішнього боку страхувальної форвакуумной або високовакуумної порожнини. Температурний режим вузлів ПУ підтримується або за допомогою спеціальних вбудованих електронагрівачів, або за рахунок радіаційного тепловиділення в матеріалах цих вузлів.

Найбільш слабким вузлом такого ПК є ділянку системи теплосброс поблизу кордону активної (тепловиділяючою) частини ЕГС і її токовивода. Це пов'язано з тим, що в цьому місці спостерігається різка зміна щільності теплового потоку, що проходить через газовий зазор СТС, а отже, перепаду температур на ньому при інших рівних умовах, пропорційних проходить тепловому потоку. Особливо істотна ця різниця при випробуваннях енергонапряженності ЕГС. Так як СТС охолоджується теплоносієм (водою) реактора при приблизно однієї і тієї ж температурі уздовж всього ПУ, істотна різниця в перепаді температур на газовому проміжку СТС призводить до різкого зниження температури внутрішньої стінки цезієвого тракту поблизу кордону активної частини ЕГС токовивода. В результаті можлива поява ділянки тракту з температурою нижче температури джерела пара цезію. Результат відомий - освіту "помилкового" термостата з неможливістю продовження нормальних режимів випробувань. Такий випадок детально розглянуто в книзі В.В. Синявського "Методи визначення характеристик термоемісійних твелів", М. Вища школа, 1990, с. 144,145, рис. 5-І. Тому при проектуванні ПУ стоїть завдання не допустити зниження температури тракту нижче температури джерела пара цезію.

Пропонується ПУ, що містить корпус, всередині якого розміщені джерело пара цезію, цезієвий тракт і охлаждаемая теплоносієм дослідного реактора СТС, виконана з можливістю розміщення всередині неї випробовується ЕГС з токовиводамі, причому всередині СТС є зазор, що заповнюється газом або сумішшю газів, що відрізняється тим, що зазор виконаний профільованим, причому ширина зазору обрана по співвідношенню де d н.т. діаметр несучої трубки; T mi cs n мінімально допустима температура цезієвого тракту; Т в температура охолоджуючого теплоносія; l г коефіцієнт теплопровідності газу; g (Z) погонне потужність тепловиділення. На кресленні наведена схема ПУ. Воно містить корпус 1, всередині якого розміщені джерело пара цезію 2, цезієвий тракт 3 і СТС 4. Усередині СТС при випробуваннях розміщується ЕГС 5, що складається з окремих ЕГЕ 6, кожен з яких містить паливно-емітерний вузол 7, колектор 8 і комутаційну перемичку 9 . ЕГС має загальну для всіх ЕГЕ колекторну ізоляцію 10 і чохол 11. Крайні ЕГЕ мають токовиводи 12 і 13, один з яких електроізольований від чохла 11, проходить всередині цезієвого тракту 3 і через спеціальний гермовводний висновок 14 виводиться з цезієвого тракту 3 в страхувальну порожнину 15 . СТС 4 має зазор 16, який може Вакуумована або заповнюватися газом, наприклад гелієм, різного тиску (або сумішшю газів). Цей зазор 16, який розміщений уздовж ЕГС 5 і її токовиводов 12 і 13, спрофільовані навпаки токовиводов 12 і 13 (ділянки зазору 17 і 18 відповідно). Зовні СТС 5 охолоджується водою 19 реактора. Петлеве пристрій забезпечений і системами вакуумування, подачі газу, вимірювань параметрів і іншими, які на кресленні не показані.

Пристрій працює наступним чином

Після установки ПУ з ЕГС 5 в осередок дослідного реактора його потужність піднімають до необхідного рівня. У міжелектродні зазори 20 ЕГС 5 з джерела пара цезію 2 подають пар цезію при робочому тиску, температура насичення якого дорівнює Т _cs.

У зазор 16,17 і 18 подають газ з тиском P _г. У паливі вузла 7 виділяється тепло, частина якого перетворюється в електроенергію, а непреобразованная частина ( "90%) потрапляє на колектор 8 і, далі пройшовши через зазор 16, скидається на теплоносій 19. В результаті перепаду температур на зазорі 16 температура колектора Т _cи _T cs. Через ділянки 17 і 18 зазору уздовж токовиводов тепловий потік значно менше (ніж генерації тепла за рахунок ділення ядер урану). Однак завдяки профілізації зазору на ділянках 17 і 18 і тут температура тракту, всередині якого знаходиться пар цезію, вище Т _cs.

Розглянемо систему рівнянь теплового балансу для ділянки ПУ поблизу кордону тепловиділяючою частини ЕГС і токовивода.

Для радіальної теплопередачі погонне щільність тепловиділення в токовиводе g (Z) буде однією і тією ж (з деякою погрішністю), в зазорі між токовиводом і несучої трубкою (g _1), в несучій трубці (g _2), в гелієвому зазорі, який нам необхідно профілювати (g _3), в корпусі ПК (g ₄₎ і на ділянці корпус охолоджуючий теплоносій (g ₅ значення g (Z) визначається як

q (z) = q _дж + _q U (2)

де g _дж джоулево тепловиділення,

_q U тепловиділення від g-захоплення в матеріалі токовивода.

З невеликою похибкою

g (Z) = g ₁ = g ₂ = g ₃ = g ₄ = g _5. (3)

З огляду на, що нас не цікавить перепад температури між токовиводом і несучої трубкою і основний перепад температур буде в газорегуліруемом зазорі, рівняння (3) перепишемо у вигляді

g (Z) g ₃

або



Беручи значення температури корпусу Т _до рівних температурі охолоджуючого теплоносія T _в, а значення ^_T mi cs n як мінімально допустиме значення температури насичення пари цезію при відповідному тиску з (4), отримаємо (1).

Як відомостей, що підтверджують ефективність і технічну можливість реалізувати запропонованого рішення, розглянемо типове ПУ для випробувань ЕГС при струмі 100 А, з ККД приблизно 10% при температурі охолоджуючої води 40 ^{o C} і робочим тиском пари цезію 4-6 мм рт.ст. відповідного Т _cs»360 ^{o C.} Токовивод діаметром 6 мм з товщиною стінки 1,5 мм зроблений з ніобію, U -нагрев в якому дорівнює 188 Вт / м. При струмі 100 А сумарна погонне потужність складе 425 Вт / м.

Розглянемо 3 варіанти газового заповнення регулювального зазору: гелієм, сумішшю гелій-азот (50% на 50%) і повітрям. Отримано відповідно наступні значення:

d _НЕ / r _н.т. и 2,63;



d _пов / r _н.т. и 0,28.

Для останнього випадку при r _н.т. 12 мм матимемо d _пови 3,36 мм. У разі меншого зазору може з'явитися пара цезію на внутрішній стінці несучої трубки з утворенням додаткового джерела пара цезію ( "помилкового" термостата).

Таким чином, запропоноване ПУ дозволяє забезпечити надійні випробування ЕГС за рахунок виключення можливості утворення "помилкового" термостата в цезієві тракті поблизу кордону активної частини ЕГС, де по конструктивних і технологічних міркувань, як правило, неможливо встановити електронагрівачі цієї ділянки тракту.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

Петлеве пристрій для випробувань термоемісійних електрогенеруючих збірок, що містить корпус, в якому розміщені джерело пара цезію, цезієвий тракт і охлаждаемая теплоносієм дослідного реактора система теплосброс, виконана з можливістю розміщення всередині неї випробуваної термоемісійною збірки, з токовиводамі, причому система теплосброс містить кільцевої зазор, що заповнюється газом або сумішшю газів, що відрізняється тим, що зазор виконаний профільованим, причому ширина зазору навпаки токовиводов обрана зі співвідношення



де d (Z) ширина кільцевого зазору, що заповнюється газом, в перерізі Z, м;

d _Н.Р внутрішній діаметр цезієвого тракту, м;

мінімально-допустима температура внутрішньої стінки цезієвого тракту, К;

T _в температура теплоносія, К;

q (z) погонне потужність тепловиділення всередині цезієвого тракту в перетині Z, Вт / м;

l _г коефіцієнт теплопровідності, газу, Вт / м Ч град.

Версія для друку
Дата публікації 05.04.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів