Способ определения межэлектродного зазора элементов при петлевых ресурсных испытаниях электрогенерирующего канала

 

Сущность изобретения: при петлевых ресурсных испытаниях электрогенерирующего канала измеряют тепловую мощность топливных сердечников, и температуру элементов в установившемся цезиевом режиме, количество газообразных продуктов деления выходящих в межэлектродные зазоры, давление пара цезия на входе в канал и перепад давления пара цезия вдоль канала. Из определенного аналитического выражения находят величину межзлектродного зазора. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю Н 01 J 45/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

21) 4931185/21

22) 26.04.91

46) 23.03.93. Бюл, М 11 (71) Головное конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Э нергия" (72) В.В, Синявский и А.А.Макеев (56) В,В,Синявский. Методы определения характеристики термоэмиссионных ТВЭЛОВ, М„Энергоатомиздат, 1990, с, 163-165. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕЖЭЛЕКТРОДНОГО ЗАЗОРА ЭЛЕМЕНТОВ ПРИ

Изобретение относится к термоэмиссионному методу преобразования тепловой энергии в электрическую и может быть использовано при реакторных испытаниях

Электрогенерирующих каналов (ЭГК).

Целью настоящего изобретения является устранение указанного недостатка, а (менно: обеспечение стабильных режимов испытаний.

Указанная цель достигается предложенным способом определения МЭЗ элементов при тепловых ресурсных испытаниях ЭГК, включающим измерение тепловой мощности топливного сердечника и температур электродов элементов и оценку МЭЗ, отличающийся тем, что измеряют или оценивают количество газообразных продуктов деления, в 1ходящих из топливных сердечников элементов в МЭЗ, измеряют давление на входе и п4репад давления пара цезия вдоль ЭГК, а

МЭЗ оценивают из выражения: д= 0 I { xdpOm ЛРсз I (kTI )) (1) „„Я2„„1803939 А1

ПЕТЛЕВЫХ РЕСУРСНЫХ ИСПЫТАНИЯХ

ЭЛЕКТРОГЕНЕРИРУЮЩЕГО КАНАЛА (57) Сущность изобретения: при петлевых ресурсных испытаниях электрогенерирующего канала измеряют тепловую мощность топливных сердечников, и температуру элементов в установившемся цезиевом режиме, количество газообразных продуктов деления выходящих в межэлектродные зазоры, давление пара цезия на входе в канал и перепад давления пара цезия вдоль канала. Из определенного аналитического выражения находят величину межэлектродного зазора. 1 ил. и n — 1 i — 1 где 0 равно Х Х М; или Х Z M; в зави1 1 1 симости от схемы расположения устройства вывода газообразных продуктов деления (ГПД= из i-го элемента, n — число элементов

ЭГК, бе — диаметр эмиттера, 0 — коэффици- а ент диффузии ГПД в паре цезия, m — масса 0О молекулы ГПД, ЛРсз — перепад давления пара цезия, k — постоянная Больцмана, Т вЂ” температура ГПД, равная средней температуре электродов, — суммарная длина МЭЗ. (р

Рисунок поясняет суть предложенного Q способа, На нем изображена схема ЭГК 1 из элементов 2 с топливно-эмиттерным узлом 3, снабженным газоотводным устройством

4. МЭЗ 5 заполнен паром цезия, давление которого контролируется датчиками 6, расположенными на входе в ЭГК и у противоположного края ЭГК. ЭГК 1 размещен в петлевом устройстве 7, оснащенным датчиками тепловыделения 8, термопарами 9 для измерения температуры коллектора 10, источни1803939

M=DF бО

dZ (2) p= Pm/(kT) (3) выражение (2) для потока газа через МЭЗ перепишется в виде

M = DF Л Pm/(kTI) (4) где Р— давление, Л Р вЂ” перепад давления, m — масса молекулы газа, Т вЂ” температура газа, 1 — длина МЭЗ.

Для i-ro ЭГЭ с учетом накопления ГПД от предыдущих по ходу ГПД ЭГЭ выражение (4) перепишется в виде

Х Mj = DF Ь Pjm/(kTlj) (5)

Х Х Mi DF ЛР а/(kTI ) (6)

1 1

> dE (7) Формула (1) получена из следующих соображений. можно решить уравнение (6) относительно

Рассмотрим ЭГК из и элементов с диа- МЭЗ, предполагая, что МЭЗ во всех ЭГЭ метром эмиттера бе длиной I; и величиной 55 одинаковы

МЭЗ д, Каждый ЭГЭ снабжен газоотводным устройством (ГОУ) для вывода в МЭЗ ГПД. д= Х ХМ((7пЗеОт Л Р (kTI )) {8) д — Х Х (е0 Л (.)> {8)

Для определенности примем, что ГОУ распо- Коэффициент диффузии одного газа в ложены навстречу потоку ГПД При испыта- другом рассчитывается по формуле ниях ЭГК в стационарном установившемся ками пара цезия 11, узлом 12 подсоединения к вакуумной системе с датчиком 13 контроля состава и количества ГПД, Предложенный способ реализуется следующим образом.

При изготовлении ЭГК1 измеряются диаметры эмиттера и коллектора 10 и тем самым оценивается исходное значение МЭЗ

5, После размещения ЭГК 1 в петлевое устройство 7, оснащенное необходимыми датчиками, оно помещается в ячейку исследовательского реактора. Реактор выводится на уровень нейтронной мощности, при которой тепловая мощность топливного сердечника элемента 2 равна рабочему значению, Контроль тепловой мощности элементов 2 осуществляется или встроенными в петлевое устройство датчиками теплового потока 8 (калориметрами) или на основе предварительных испытаний теплофизического макета петлевого устройства с моделью ЭГК (ци. ированная книга Синявского

В,В., с.48 — 56), В МЭЗ 5 из источника 11 подают пар цезия при давлении, близком к оптимальному (1 — 10 мм рт,ст,). ЭГК 1 начинает генерировать электроэнергию при рабочих температурах электродов, которые определяются одним из известных методов (там же, с. 73 — 101), В процессе работы в топливе образуются осколки деления, причем газообразные продукты деления (ГПД), в основном (ксенон и криптон) выходят из топлива из топлива и через газоотводное устройство 4 попадают в МЭЗ 5, Количество образовавшихся ГПД легко рассчитывается для известной тепловой мощности, а, следовательно, и числа актов деления ядер топлива и может быть измерено датчиком на выходе из петлевого канала, например, масс-спектрометрическим способом (там же, с.149 — 156), Периодически измеряют перепад давления пара цезия вдоль ЭГК, например, с помощью двух электроразрядных или других датчиков 6 давления пара цезия (там же, с.135-139), установленных в тракте с двух концов ЭГК, После этого по формуле (1) определяют МЭЗ, а, следовательно, и степень распухания теплоэмиттерного узла 3 в процессе ресурсных испытаний, режиме каждый ЭГЭ в единицу времени выделяет массу ГПД, равную M . .Для принятой схемы расположения ГОУ в ЭГЭ через МЭЗ первого ЭГЭ идет газ с расходом М, через второй M1+M2, через i-ый М +Мг+...М;. Выходящие ГПД распространяются через

МЭЗ, заполненный паром цезия, за счет процесса диффузии, который описывается уравнением

10 где M — масса газа, проходящая вдоль МЭЗ в единицу времени, D — коэффициент диффузии газа (ГПД) в паре цезия, F — площадь поверхности, через которую проходит газ, dp /dz — градиент плотности газа вдоль

МЭЗ, Предполагая линейное распределе20 ние плотности по длине МЭЗ и используя соотношение

Для всего ЭГК из ЭГЭ выражение (5) будет- иметь вид: где ЛР-суммарный перепаддавления ГПД вдоль ЭГК, Iz — суммарная длина МЭЗ всех

ЭГЭ в ЭГК. Учитывая, что д«dE

1803939

01,2= З вЂ” 1 (9)

2v2 КТ 1

P 2 m 1 п2 где P — суммарное давление обоих газов, ä,2 (д1 + д2)/2 — газокинетический диаметр молекул смеси газов, m1 и m2 — массы молекул газов, Учитывая, что в установившемся режиме суммарное давление обоих газов (ГПД и пара цезия) вдоль МЭЗ постоянно, суммарный перепад газа Л Р будет равен суммарному перепаду давления пара цезия вдоль всех МЭЗ ЭГК ЛРсв, получим (1).

В случае, если ГОУ в ЭГЭ направлены по ходу движения ГПД, перепада давления в первом по ходу ГПД ЭГЭ нет и значение

i и — 1 i — 1

Х Mi должно быть заменено на Х Х

1 1 1

Значение М или рассчитывается по значениям тепловой мощности каждого

3ГЭ, или определяется на основе измеренНого на выходе из ЭГК расхода ГПД и относительного распределения вдоль ЭГК, Эффективность и реализуемость предложенного способа были проверены расчетным путем при анализе результатов испытаний многоэлементного ЭГК с одинаковыми ЭГЭ в примерно равномерном поле т эпловыдепения, При dE = 9 мм, Т - 1500 К (температуры эмиттера 2000 К, коллектора

1000 к) при плотности объемного тепловыделения q> = 450 Вт/см при 1 = 57 см перепад давления пара цезия по некоторым оценкам составил около 100(,, Для принятог qy = 450 Вт/см поток ГПД с единицы

3 ины ЭГК составил 0,74 10 с . Значение

ЭЗ по (1) составило 0,25 мм, т.е. соответствовало исходному, что позволило предположить отсутствие заметного распухания топливно-эмиттерного узла в рассматривае иый момент ресурсных испытаний, Таким образом, предложенный способ позволяет контролировать МЭЗ ЭГК во время ресурсных испытаний без нарушения реЖимов испытаний.

Формула изобретения

Способ определения межэлектродного зазора элементов при петлевых ресурсных

5 испытаниях электрогенерирующего канала, включающий измерение тепловой мощности топливных сердечников и температур электродов элементов в установившемся цезиевом режиме испытаний электрогене10 рирующего канала и оценку межэлектродного зазора, отл и ч а ю щи и ся тем, что, с целью упрощения способа за счет стабилизации режимов испытаний, определяют количество газообразных продуктов деле15 ния, выходящих из топливных сердечников каждого элемента в межэлектродные зазоры, измеряют давление пара цезия на выходе в электрогенерирующий канал и перепад давления пара цезия вдоль электрогенери20 рующего канала, в величину (д ) межэлектродного зазора оценивают из выражения д= С1 l(ndcD m ЛРсз I (KTI,.)}

25 R I n — 1 i — 1 где Q = Х Х М; или Z Х M дпя распо1 1 1 1 ложения газоотводного устройства элементов навстречу или по ходу потока газообразных продуктов деления соответственно, кг/с;

Mi — масса газообразных продуктов деления, выходящих в межэлектродный зазор из i-го элемента, кг/с:

35 n c o 3J!eMeHToe B электрогенериру ющем канале;

dE — диаметр эмиттера элемента, м;

0 — коэффициент диффузии газообразного продукта деления в паре це40

m — масса молекулы газообразного продукта деления, кг;

ЛРсз — перепад давления пара цезия вдоль ЭГК. Па:

К вЂ” постоянная Больцмана, Т вЂ” средняя температура электродов, К; г — суммарная длина эмиттеров электрогенерирующего канала, м.

1803939 дакуум

Составитель В, Синяыский

Техред М.Моргентал Корректор С. Юско

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул, Гагарина. 101

Заказ 1058 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5