Способ петлевых реакторных испытаний энергонапряженного термоэмиссионного электрогенерирующего канала
Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при создании электрогенерирующих каналов. Техническим результатом является повышение безопасности испытаний после появления кризиса теплосъёма в системе теплосброса петлевого устройства. Технический результат достигается тем, что в способе реакторных испытаний энергонапряженного термоэмиссионного электрогенерирующего канала в петлевом устройстве, включающем обеспечение циркуляции теплоносителя в системе тепло сбора петлевого устройства, вывод реактора на рабочий уровень тепловой мощности, контроль параметров реактора в процессе работы, включая измерение давление теплоносителя в системе теплосброса электрогенерирующего канала и аварийную остановку реактора при фиксации критических значений параметров реактора, при появлении пульсаций давления с амплитудой выше 10% от номинального значения, регистрируют тепловую мощность реактора, и осуществляют промежуточную аварийную остановку реактора, а при дальнейших испытаниях подтверждает уровень тепловой мощности реактор ниже зарегистрированной. 2 ил. 
Изобретение относится к термоэмиссионному методу преобразования тепловой энергии в электрическую и может быть использовано при создании и экспериментальной отработке электрогенерирующих каналов (ЭГК).
Известен способ реакторных испытании ЭГК в составе петлевого канала (ПК), включающий вывод реактора на рабочий уровень мощности, организацию циркуляции теплоносителя в ПК, подачу в ЭГК пара цезия и анализ получаемых при испытаниях энергетических характеристик (В.И.Бержатый и др. Испытания многоэлементных термоэмиссионных сборок. Атомная энергия, 1971, т. 31, в. 6, с. 585-587)
Основной недостаток - возможно вскипание теплоносителя, наступление кризиса теплообмена, перегрев корпуса ПК и его разрушение.
В качестве прототипа примем способ петлевых реакторных испытаний ЭГК, описанный в книге "Проектирование и испытания термоэмиссионных твэлов", В.В.Синявский и др., М.: Атомиздат, 1981, с.63-64. Он также включает организацию циркуляции теплоносителя (воды) реактора в системе теплосъема ПК, вывод реактора на рабочий уровень мощности, подачу пара цезия в ЭГК и проведение ресурсных испытаний с анализом регистрируемых энергетических характеристик.
Основной недостаток тот же: возможность наступления кризиса теплообмена в системе теплосброса ПК с разрушением корпуса, т.е. возможность аварии.
Настоящее изобретение имеет целью устранение указанного недостатка, а именно: повышение безопасности испытаний за счет обеспечения возможности предотвращения кризиса теплосъема и обеспечения возможности продолжения испытаний при появлении признаков кризиса теплообмена.
Указанная цель достигается предложенным способом реакторных испытаний энергонапряженных ЭГК, включающим организацию циркуляции теплоносителя в системе теплосброса ПК, вывод реактора на рабочий уровень тепловой мощности и анализ энергетических характеристик ЭГК при постоянной тепловой мощности реактора, отличающийся тем, что во время вывода и при рабочем уровне тепловой мощности непрерывно измеряют давление теплоносителя в системе теплосброса или на входе и выходе ее и при появлении пульсаций давления с амплитудой выше 10%, фиксируют возникновение начального этапа кризиса теплообмена в системе теплосброса, и после регистрации уровня мощности реактора производят аварийный останов реактора, после чего вывод и испытания проводят на уровне мощности, нише зарегистрированного.
На фиг.1 приведена схема ПК для реализации предлагаемого способа. ПК содержит цилиндрические корпус 1, внутри которого размещена система теплосброса (СТС) 2, включающая кольцевой зазор 3, со стенки 4 которого производится теплосъем непреобразованного в ЭГК 5 тепла. Зазор 3 сообщается с входным 6 и выходным 7 устройствами теплоносителя. В зазоре 3 или, что более технологично, у входного 6 (изображено на фиг.1) или выходного 7 устройств размещен датчик 8 давления теплоносителя. ПК устанавливается внутри ячейки 9 реактора 10. Образуется циркуляция теплоносителя через реактор 10, а, следовательно, и ячейку 9 и зазор 3 СТС 2.
Способ реализуется следующим образом.
ПК с ЭГК 5 устанавливается в ячейку 9 реактора 10. Вода под созданным напором (в исследовательских водо-водяных реакторах это обычно столб воды высотой 4-6 м, т.е. до 0,6 атм) поступает в ячейку 9, а из нее через входное устройство 6 в зазор 3 и выходит через устройство 7. Мощность реактора плавно поднимают до рабочего уровня, соответствующего заданной тепловой мощности ЭГК. В ЭГК подают пар цезия оптимального давления. Регистрируют и анализируют ресурсное изменение энергетических характеристик (мощность, кпд и др.) ЭГК. Во время подъема мощности и при ресурсных испытаниях непрерывно с помощью датчика 8 измеряют давление теплоносителя в СТС. ПК проектируется таким образом, чтобы в рабочем режиме был бескризисный теплосъем в СТС ПК. Однако во время испытаний возможно как регулируемое, так и неуправляемое изменение условий теплосъема (из-за изменения располагаемого напора при включении части насосов, в том числе аварийном со снижением скорости теплоносителя в зазоре 3; ухудшения теплосъема собственно в зазоре 3 из-за образования накипи, увеличения по каким-либо причинам газосодержания в теплоносителе, появления завихрений в потоке теплоносителя и т.д.). Нельзя исключить ошибки проектирования и изготовления ПК, в частотности меньшую, чем требуется, ширину зазора 3, высокие гидравлические сопротивления входного и выходного устройств и др.
В любом случае это может привести и ухудшению теплосъема со стенки 4, ее нагрев до или выше температуры кипения теплоносителя и появление пузырькового кипения с образованием пароводяной смеси с последующим уменьшением расхода воды и, как следствие, - образование сплошного парового пузыря в зазоре 3 с резким повышением давления, перегрев стенки 4 с ее возможным разрушением, т.е. возникновение аварии. Поэтому при испытаниях необходимо как можно раньше обнаружить признаки возможного появления кризиса теплосъема в зазоре 3. Для этого могут быть использованы специально исследованные нами особенности наступления кризиса теплосъема в узких кольцевых зазорах (В.В.Саломатов, А.А.Макеев, В.В.Синявский и др. Экспериментальное исследование кризисных явлений теплообмена в системе теплосброса петлевых каналов. Тезисы докл. VII Всесоюзной конференции "Двухфазные потоки в энерг. машинах и аппаратах", 1985, т.1, с.127), а именно: появление низкочастотных пульсаций давления в системе (образование и схлопывание пузырей) до наступления кризиса. Поэтому, проводя непрерывное измерение давления теплоносителя в СТС, можно зарегистрировать появление пульсаций давления, после чего, зарегистрировав уровень мощности реактора (при выводе на мощность) необходимо немедленно произвести аварийный останов реактора, например, сбросом стержней аварийное защиты. Тем самым будет предупреждено наступление кризиса теплосъема. После этого можно продолжить испытания, но на уровне мощности, ниже той, при которой зафиксирована начальная фаза кризиса. По нашим оценкам, проверенным экспериментально, полностью безопасный уровень соответствует 0,8-0,9 от зарегистрированного.
Параметры способа обоснованы экспериментальным путем. Эксперимент проводился на специально созданном стенде, имитирующем состояние ПК в реакторе. В эксперименте варьировалась тепловая мощность, ширина зазора (от 1,5 до 4 мм), располагаемый перепад давления (до 1 атм), состояние поверхности теплосъема (от шлифованной до нарезки высотой 1 мм), степени обезгаженности воды (от дистиллята до насыщенного воздухом). Эксперименты показали, что в зависимости от перечисленных условий кризис теплообмена может наступить при коэффициенте недогрева воды от 0,3 до 0,7, т.е. значительно раньше, чем это следует из уравнения теплового баланса.
Были исследованы также последовательные фазы наступления кризиса, в частности было показано, что кризису предшествует появление низкочастотных (менее 1 Гц) пульсаций давления малой амплитуды (единицы процентов). Затем амплитуда пульсаций резко возрастает и может достигать 20-80% и даже более в зависимости от режимов испытаний. Пульсации связаны с рождением и "схлопыванием" потоком воды пузырей пара. Частота пульсаций с максимальной амплитудой составляет 1-20 Гц. Затем пульсации становятся слабыми, еле заметными (этап "затишья"), после чего наступает кризис теплосъема с резким в несколько раз повышением давления, причем явление носит взрывной характер и сопровождается последующим прогаром стенки объекта испытаний, (трубка из нержавеющей стали), если моментально не выключить электронагреватель. Выключение же электронагревателя на первых двух фазах развития кризиса не приводило к взрыву и прогару стенки. Типичный график качественной зависимости пульсации давления 
Р от времени 
в процессе развития кризиса приведен на фиг.2.
С целью более раннего обнаружения признаков кризиса желательно зафиксировать первую фазу пульсаций с амплитудой в единицы процентов (1-5%) от номинального значения давления. Однако в реальных условиях реакторных испытаний такие колебания давления возможны в системе охлаждения реактора, в основном из-за пульсаций давления, создаваемого насосами.
Анализ возможных причин и предельных значений возможных колебаний давления теплоносителя, не связанных с кризисом теплосъема, а также учет возможных погрешностей измерения давления показал, что суммарно они могут составлять 8-10% от исходного. Поэтому для исключения ложного срабатывания в предлагаемом способе выбрано граничное значение амплитуды пульсаций в 10%, т.е. способ надежно зафиксирует вторую фазу развития кризиса теплосъема и тем самым позволит предотвратить наступление собственно кризиса теплосъема взрывного характера.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет:
своевременно обнаружить начальную, еще безопасную, фазу развития кризиса теплосъема в системе охлаждения петлевого канала при реакторных испытаниях энергонапряженных ЭГК;
предотвратить возможную аварию;
тем самым повысить безопасность испытаний;
обеспечить возможность продолжения испытаний, несмотря на появление признаков кризисных явлений.
Формула изобретения
Способ реакторных испытаний энергонапряженного термоэмиссионного электрогенерирующего канала в петлевом устройстве, включающий обеспечение циркуляции теплоносителя в системе теплосброса петлевого устройства, вывод реактора на рабочий уровень тепловой мощности, контроль параметров реактора в процессе работы, включая измерение давления теплоносителя в системе теплосброса электрогенерирующего канала, и аварийную остановку реактора при фиксации критических значений параметров реактора, отличающийся тем, что, с целью повышения безопасности испытаний и обеспечения возможности продолжения испытаний после появления кризиса теплосъема в системе теплосброса петлевого устройства, при появлении пульсаций давления с амплитудой выше 10% от номинального значения, регистрируют тепловую мощность реактора, и осуществляют промежуточную аварийную остановку реактора, а при дальнейших испытаниях поддерживают уровень тепловой мощности реактора ниже зарегистрированной.
РИСУНКИ
