Способ определения тепловыделения в топливно-эмиттерных узлах термоэмиссионной электрогенерирующей сборки при петлевых испытаниях

Способ определения тепловыделения в топливно-эмиттерных узлах термоэмиссионной электрогенерирующей сборки при петлевых испытаниях

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: область непосредственного преобразования тепловой энергии в электрическую. Сущность изобретения; при петлевых испытаниях до вывода реактора на рабочий уровень мощности измеряют работу выхода эмиттера ф и приведенную степень черноты е пары материалов эмиттер-коллектор при температурах термовакуумного обезгаживания. После вывода реактора на рабочий уровень мощности термовакуумного обезгаживания измеряют установившееся значение плотности тока л насыщения электрогенерирующей сборки j А/см } а оценку тепловыделения производят из соотноше- -ния 4-1,16-105{(V S J/(Ve- NJ ({ /20-lnj/ {Вт/(см3 МВт)} где S - площадь боковой пооок о верхности элемента, см ; V - объем топливного з а сердечника элемента, см ; N - рабочий уровень .,ал мощности реактора. МВт.

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (в) RU (п) 2ОО4ОЗЗ СХ (ЯЦ 5 801345 ОО (21) 5020059/21 (22) 03.01.92 (46) 30.11.93 Бюп. Ма 43 — 44 (76) Синявский В.В.; Шуандер ЮА (73) Головное конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Энергия" им.акад.С.П.Королева (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ В ТОПЛИВНО 1ИИТТЕРНЫХ УЗЛАХ

ТЕРМОЭМИССИОННОЙ ЭЛЕКТРОГЕНЕРИРУВЩЕЙ СБОРКИ ПРИ AETJlEBbfX ИСПЫТАНИЯХ (57) Использование: область непосредственного преобразования тепловой энергии в электрическую.

Сущность изобретения; при петлевых испытаниях до вывода реактора на рабочий уровень мощности измеряют работу выхода эмиттера ф и приведенэ ную степень черноты е пары материалов эмитпр тер-коллектор при температурах термовакуумного обезгаживания. После вывода реактора на рабочий уровень мощности термовакуумного обезгаживания измеряют установившееся значение глатности тока

2 насыщения электрогенерирующей сборки j fA/ñì j

S а оценку тепловыделения производят из соотноше.ния

q =1,16 10 ((е S к)/(V "М )} ({ф /20 — !пав )) (Вт/(см ° МВт)) где S — площадь боковой лобок г, верхности элемента, см; V — объем топливного сердечника элемента, см; и — рабочий уровень э, мощности реактора, МВт.

2004033

Изобретение относится к области непосредственного преобразования тепловой энергии в электрическую и может быть использовано при петлевых реакторных испытаниях термоэмиссионных электрогенерирующих сборок (ЗГС), Тепловыделение в топливных сердечниках ЭГС является важнейшим параметром реакторных испытаний ЗГС и определяет как энергетические, так и ресурсные ее характеристики.

Известна несколько как прямых, так и косвенных методов определения параметров ЭГС, например, плотности объемного тепловыделения в топливных сердечниках

ЗГС, Известен способ определения тепловыделения ЗГС путем создания и предварительных реакторных . испытаний специального макета с модалью ЗГС (1), Основной недостаток — большие финансовые и материальные затраты на создание и испытания такого макета, Известен прямой способ кон роля тепловыделения с помощью встроенных в тепловое устройства датчиков теплового потока, например кзлориметров (2).

Основные недостатки — сложности с размещением этих датчиков в ограниченном объеме теплового устройства и ухудшение термического сопротивления системы, теплосброса теплового устройства с воэма>кностью перегрева коллекторов ЗГС, В кзчсстве поатотипа взят способ определения тепловыделения из сравнения экспериментальных вальз-амперных характеристик (ВАХ) с расчетными (3). Он закл ачается B выводе реактора нз рабочий уровень мощности, подаче в ЗГС пара цезия, сьеме статической ВАХ, расчете серии

- ожидаемых ВАХ для разных уровней тепловыделения и определении тепловыделения из сравнения расчетных и экспериментальных БАХ (или значения токов короткого замыкания).

Основной недостаток — вазможность использования способа лишь в цезиевом режиме после завершения этапа термовакуумной подготовки. В то же время ненадежность данных о тепловыделении в процессе термовзкуумной подготовки мо>кет привести к крайне нежелательным последствиям, так YGK опасны KBK перегрев ЭГС, так и HB" достаточное абезгаживание в процессе термавакуумной подготовки, Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности on ределения тепловыделения в процессе термава5

35 куумного обезгаживания, что повышаетточность способа, Указанный результат достигается тем, что по способу определения тепловыделения в топливно-эмиттерных узлах ЗГС при тепловых испытаниях, включающему вывод реактора на рабочий уровень мощности термовакуумного обезгзживания и оценку тепловыделения, до вывода реактора на рабочий уровень мощности измеряют работу выхода эмиттера р (эВ) и приведенную степень черноты е<р пары материалов эмиттер-коллектор при температурах термовакуумного обезгаживания после вывода реактора на рабочий уровень мощности термовакуумного обезгаживания измеряют установившееся значение плотности тока насыщения )з (А/см ), а оценку тепловыде2 ления производят иэ соотношения

q 116 1ог ж Вв

»Az NAn — з

20 — Inj. ;з.мВ где Ябок — площадь боковой поверхности

2. элемента, см

Чдз — обьем топливного сердечника элемента, см; з, Кдп — рабочий уровень мощности реактора, УВт, Способ реализуется следующим образом.

До начала испытаний обычно в лабораторных условиях известными способами измеряют rp (например, методом полного тока) и япр (например, измерение в вакууме температур эмиттера и коллектора при известной плотности теплового потока с эмиттерз для всего диапазона рабочих температур). Возможно измерение г/>э и напр и в реакторных условиях, однако для этого необходимо создание специального экспериментальнога устройства, После изготовления ЗГС она загружается в ячейку исследовательского реактора и после подсоединения ЭГС к вакуумной системе начинается термовакуумная подготовка при обезгаживании ЭГС при постепенном ступенчатом подъеме тепловой мощности реактора, Окончательный уровень мощности должен быть выбран таким, чтобы температура эмиттера Т была равна или превышала рабочее значение цезиевого режима на 50100 К. Зто возможно лишь в случае, если значение тепловыделения известно с достаточной точностью. Поэтому при появлении заметных токов насыщения, начиная с j =

-4 2

=10 а/см, после очередного подьема тепловой мощности реактора измеряют установившееся значение тока насыщения ЗГС

2004033

К Тз — — — х

50 путем приложения к ЭГС внешнего напряжения. Зная ток и площадь эмиттера отдельв ого электрогенерирующего элемента, находят плотность тока насыщения j . После этого по выражению (1) определяют а .

Уточненное значение q позволяет определить оптимальный уровень мощности реактора термовакуумного обезгаживания ЭГС при заданных значениях Т, Аналогичным способом возможно определение q> а каждой промежуточной и окончательной ступеньках мощчости реактора в режиме термовакуумного обезгаживания.

Формула (1) получена из последующих соображений.

Уравнение Ричардсона

АТ 2

x In —. — в диапазоне рабочих температур

js

ТЭП от 1800 до 2200 К приближенно разрешается относительно Т в виде Т, ! 1 — фз А ) + 2 Т, Подставляя пор знаком in среднее значение Тэ = 2000 К и используя численные значения для 1, К, А и 1 1600(о

In T>, получают Т = с погрешно20 — In j стью (1 .

Иэ уравнения теплового баланса qv =

cT Tg Яб„.

4 — — — — с погрешноствго нв выше

Чдз И1лп а

4 получают формулу (1).

Реализуемость и эффективность предложенного способа были проверены экспериментально при реакторных испытаниях пятиэлементной ЭГС с вольфрам-вольфрамовой парой электродов, Испытания ЭГС проводили в ячейке, расположенной в отраФормула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ В ТОПЛИВНО-3MNTTEPHbIX

УЗЛАХ ТЕРМОЭМИССИОННОЙ ЭЛЕКТРОГЕНЕРИРУ1ОЩЕЙ СБОРКИ ПРИ ПЕТЛЕВЫХ ИСПЫТАНИЯХ, включающил вывод исследовательского реактора на рабочий уровень мо.цности термовакуумного обеэгаживания и оценку тепловыделения в топливном сердечнике электрогенерирующего элемента, отличающился тем, что до вывода реактора Hr2 рабочий уровень мощности измеряют работу выхода эмиттера р< зВ и приведенную степень черноты ял лр пары материалов эмиттер-коллектор при температурах термовакуумного обеэгаживания, после вывода реактора на рабочий

30 жателе реактора, нейтронный поток в которой очень чувствителен к качеству твэл вбллзи этой ячейки, Поэтому прогноз ожидаемого тепловыделения, выполненный расчетным путем на основе данных предыдущих испытаний, характеризовался большой погрешностью. Поэтому, начиная с уровня мощности реактора 1,5 МВт, выполнялось измерение j> и определение ол по предложенному способу. Измерения

Q и епр для указанной пары электродов бы ли выполнены экспериментально на лабораторных стендах до начала испытания.

Результаты обработки серии определения о для разных уровней мощности реактора дают среднее значение q< = 57+3 Вт/см з МВт. По полученному значению q> = 57

Вт/см МВт был определен предельный уровень мощности реактора термовакуумного обеэгаживанля (3 МВт), Прогнозируемое до начала испытаний значение qy = 40

Вт/смз МВт отличалось от определенного по предложенному способу на 42,5 g,.

Таким образом, предложенный способ позволяет обеспечить возможность определения тепловыделения непосредственно в процессе термовакуумного обеэгаживания

ЭГС и тем самым повысить точность определения тепловыделения при тепловых испытаниях ЭГС. Это, в свою очередь, позволяет повысить ресурсоспособность испытываемой ЭГС, (56) 1, Синявский В.В, Методы определения характеристик термоэмиссионных твэлов, М,: Энергоатомиздат, 1990, с.55 и 56.

2, Там же, с 48 — 53.

3. Там же, с.57 — 59, уровень мощности термовакуумного обезгаживанля измеряют установившееся зна- чение плотности тока насыщения злектрогенерирующей сборки ),, А см ), а оценку тепловыделения q> осуществляют из соотношения

q, = 1,i 6 1о о " ( /аз Мал 20 пЬ) Вт см МВт

;: где Я,к - площадь боковой поверхности ,, элемента, см;

2, V> - обьем топливного сердечника элемента, смз;

N>tt - рабочий уровень мощности реактора, МВт.