RU2132092C1

RU2132092C1 - Thermal test rig

Info

Publication number: RU2132092C1
Application number: RU97110911/25A
Authority: RU
Inventors: В.Ф. Бондарев; А.Д. Голиков; В.Д. Гуськов; В.В. Демин; В.И. Жук; Н.А. Иванов; В.С. Махин
Original assignee: Конструкторское бюро специального машиностроения
Priority date: 1997-07-02
Filing date: 1997-07-02
Publication date: 1999-06-20

Abstract

FIELD: thermal tests for nuclear power engineering. SUBSTANCE: test rig designed for full-scale inspections of various types of equipment in full compliance with IAEA requirements has base-mounted changeable cradles for supporting part under test, fuel vessel, windshields arranged over perimeter of mentioned vessel, and fuel igniter. Cradles are mounted for vertical displacement on posts installed on base for accommodating tested part hauling facility between them. Fuel vessel is made in the form of separate pans mounted on cushion of loose incombustible material in a spaced relation to each other. Windshields form two closed loops spaced through predetermined distance apart. Bottom edge of windshields of internal loop is elevated at predetermined distance above mentioned cushion. Windshields of external loop are mounted directly on mentioned cushion and their upper edge is at least not below the low edge of internal-loop windshields. EFFECT: provision for fuel burning conditions approaching those in open area. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к испытательной технике, а именно, к стендам для тепловых (огневых) испытаний, и может быть использовано в стендах, предназначенных для испытания контейнеров для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). The invention relates to testing equipment, namely, to stands for thermal (fire) tests, and can be used in stands designed to test containers for transporting and / or storage of spent nuclear fuel (SNF).

В соответствии с нормативными документами МАГАТЭ тепловые испытания контейнеров для транспортировки и/или хранения ОЯТ заключаются в помещении испытуемого изделия полностью, за исключением "простой поддерживающей конструкции", в очаг горения жидкого углеводородного топлива в воздушной среде, который имеет достаточные размеры и в котором существуют постоянные условия среды для обеспечения среднего коэффициента эмиссии (степени черноты) пламени не менее 0,9 при средней температуре пламени 800^oС в течение 30 минут.In accordance with IAEA regulations, thermal tests of containers for transportation and / or storage of spent nuclear fuel are enclosed in the test product’s premises, with the exception of the “simple supporting structure”, in the burning area of liquid hydrocarbon fuel in an air environment that is large enough and in which there are constant environmental conditions to ensure the average emission coefficient (degree of blackness) of the flame is not less than 0.9 at an average flame temperature of 800 ^o C for 30 minutes.

Известно устройство для имитации очага пожара по авт.св. N 1600802 МПК⁵ А 62 С 39/00, 1990 г. Известное устройство содержит поддон в виде каскада и запальное устройство для поджигания топлива, налитого в поддон. Ячеи каскада содержат пламягасящие решетки сотового типа, которые прекращают горение топлива при снижении уровня топлива ниже номинального. Ячеи каскада отделены одна от другой вертикальными перегородками, в которых выполнены дренажные отверстия, расположенные ниже пламягасящих решеток. Регулирование площади горения осуществляется вентилем, установленным на системе подачи топлива, причем трубопровод подачи топлива подсоединен к верхней ячее каскада, а трубопровод слива топлива - к нижней ячее каскада. При открывании вентиля увеличивается площадь горения, при закрывании осуществляется уменьшение площади горения. Таким образом, известное устройство обеспечивает возможность регулирования площади горения топлива.A device for simulating a fire source according to ed. N 1600802 IPC ⁵ A 62 C 39/00, 1990. The known device contains a pan in the form of a cascade and an ignition device for igniting fuel poured into the pan. The cascade mesh contains honeycomb type fire-extinguishing grilles that stop the combustion of fuel when the fuel level drops below the nominal. The cells of the cascade are separated from each other by vertical partitions, in which drainage holes are located located below the flame-extinguishing gratings. The combustion area is regulated by a valve installed on the fuel supply system, with the fuel supply pipe connected to the upper cell of the cascade and the fuel drain pipe to the lower cell of the cascade. When the valve opens, the combustion area increases, when closed, the combustion area decreases. Thus, the known device provides the ability to control the combustion area of the fuel.

Недостатком известного устройства является достаточная сложность. При этом в случае использования подобного устройства в стендах для тепловых испытаний изделий оно не исключает возможность сноса пламени ветром и, кроме того, в известном устройстве возможность регулирования площади очага горения конструктивно ограничена характерными размерами поддона, что не позволяет проводить тепловые испытания изделий, размеры которых в плане превышают размеры поддона. A disadvantage of the known device is the sufficient complexity. Moreover, in the case of using such a device in the stands for thermal testing of products, it does not exclude the possibility of demolition of the flame by the wind, and, in addition, in the known device, the possibility of regulating the area of the combustion zone is structurally limited by the characteristic dimensions of the pallet, which does not allow thermal testing of products whose dimensions are plan exceed the size of the pallet.

Также известен стенд для тепловых испытаний контейнеров для ОЯТ, содержащий открытую облицованную бетоном емкость для топлива, в центре которой на опорах помещается испытуемое изделие, закрепляемое на высоте 1 м над уровнем топлива в емкости (Proc. of Int. Symp. PATRAM 86. PACKAGING AND TRANSPORTATION OF RADIOACTIVE MATERIALS. IAEA, Vienna, 1987, с. 305, 516-518). A test bench for thermal testing of SNF containers is also known, containing an open fuel tank lined with concrete, in the center of which a test item is placed on the supports, fixed at a height of 1 m above the fuel level in the tank (Proc. Of Int. Symp. PATRAM 86. PACKAGING AND TRANSPORTATION OF RADIOACTIVE MATERIALS. IAEA, Vienna, 1987, p. 305, 516-518).

Недостатком известного стенда является невозможность регулирования площади очага горения, отсутствие средств для предотвращения сноса пламени ветром, а также отсутствие возможности регулирования доступа воздуха к центральной части очага горения. A disadvantage of the known stand is the inability to control the area of the combustion zone, the lack of means to prevent the drift of the flame by the wind, and the lack of the ability to control air access to the central part of the combustion zone.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков с заявленным изобретением является стенд для тепловых испытаний контейнера типа CASTOR компании GNS (Gesellschaft fur Nuklear Service mBH) (Рекламный проспект компании GNS, 8/95, с. 14). The closest set of essential features with the claimed invention is a test bench for thermal testing of a GNS type CASTOR container (Gesellschaft fur Nuklear Service mBH) (GNS company brochure, 8/95, p. 14).

Известный стенд содержит установленные на основании сменные ложементы для испытуемого контейнера, емкость для топлива, выполненную таким образом, что ее форма в плане охватывает форму в плане испытуемого контейнера, ветрозащитные экраны, установленные на основании по периметру упомянутой емкости, и средство для воспламенения топлива. A well-known stand contains interchangeable lodgements for the test container mounted on the base, a fuel tank made in such a way that its plan shape covers the plan shape of the test container, windshields installed on the base around the perimeter of the tank, and means for igniting the fuel.

Недостатком известного стенда для тепловых испытаний является то, что в нем ветрозащитные экраны, препятствуя сносу пламени, одновременно ограничивают доступ воздуха к очагу горения. Кроме того, известный стенд не предполагает обеспечение регулировки площади очага горения, что ограничивает возможность использования стенда для испытания изделий других типоразмеров. A disadvantage of the known test bench for thermal tests is that it has windproof screens, preventing the demolition of the flame, while limiting the access of air to the burning center. In addition, the well-known stand does not imply the provision of adjusting the area of the combustion zone, which limits the possibility of using the stand for testing products of other sizes.

Задача, решаемая изобретением, заключается в создании стенда для тепловых испытаний с ветрозащитными экранами, конструкция которых обеспечивает условия горения топлива, близкие к условиям открытой площадки, и позволяющего проводить натурные испытания изделий различных типоразмеров с обеспечением требований к тепловым испытаниям, установленных нормативными документами МАГАТЭ. The problem solved by the invention is to create a test bench for thermal tests with windshields, the design of which provides fuel combustion conditions close to the conditions of an open area, and allows full-scale testing of products of various sizes with the requirements for thermal tests established by the IAEA regulatory documents.

Указанная задача решается благодаря тому, что в известном стенде для тепловых испытаний, содержащем установленные на основании сменные ложементы для испытуемого изделия, емкость для топлива, выполненную таким образом, что ее форма в плане охватывает форму в плане испытуемого изделия, ветрозащитные экраны, установленные на основании по периметру упомянутой емкости, и средство для воспламенения топлива, согласно изобретению ложементы установлены с возможностью перемещения по вертикали и выполнены взаимодействующими со съемными домкратами. Емкость для топлива выполнена в виде отдельных поддонов, установленных на подушке из сыпучего негорючего материала с зазором относительно друг друга. При этом ветрозащитные экраны образуют два замкнутых контура, расположенных на заданном расстоянии один от другого. Нижняя кромка экранов внутреннего контура установлена на заданной высоте относительно упомянутой подушки из сыпучего негорючего материала, а экраны наружного контура установлены на упомянутой подушке без зазора. При этом верхняя кромка экранов наружного контура выполнена по меньшей мере не ниже нижней кромки экранов внутреннего контура. This problem is solved due to the fact that in the well-known stand for thermal testing, containing installed on the basis of replaceable lodgements for the test product, the fuel tank, made in such a way that its shape in plan covers the form in plan of the test product, windproof screens installed on the base along the perimeter of the said container, and means for igniting the fuel, according to the invention, the lodgements are mounted for vertical movement and are made interacting with removable jacks s. The fuel tank is made in the form of separate pallets mounted on a cushion of bulk non-combustible material with a gap relative to each other. In this case, the windshields form two closed loops located at a predetermined distance from one another. The lower edge of the screens of the inner circuit is installed at a predetermined height relative to the cushion of bulk non-combustible material, and the screens of the outer circuit are installed on the cushion without a gap. In this case, the upper edge of the outer contour shields is made at least not lower than the lower edge of the inner contour shields.

Кроме того, поддоны могут быть установлены с возможностью прохождения воздуха между ними и упомянутой подушкой из сыпучего негорючего материала. Это обеспечивает дополнительный доступ (подсос) воздуха в очаг горения. In addition, the pallets can be installed with the possibility of air passing between them and said cushion of bulk non-combustible material. This provides additional access (suction) of air to the combustion zone.

Вместе с этим ложементы для испытуемого изделия могут быть установлены посредством стоек, которые расположены на основании с возможностью размещения между ними средства для транспортировки испытуемого изделия. Таким образом, обеспечивается возможность обслуживания стенда без дополнительного грузоподъемного средства, что расширяет технологические возможности стенда и обеспечивает удобство его эксплуатации. Along with this, the lodgements for the test product can be installed by means of racks, which are located on the base with the possibility of placing between them means for transporting the test product. Thus, it is possible to service the stand without additional lifting means, which expands the technological capabilities of the stand and ensures the convenience of its operation.

Упомянутый внутренний контур ветрозащитных экранов может быть тождественен форме в плане емкости для топлива. The said inner contour of the windshields can be identical to the shape in terms of fuel capacity.

На фиг. 1 схематически показан общий вид предлагаемого стенда для тепловых испытаний; на фиг.2 - то же, разрез А-А на фиг.1. In FIG. 1 schematically shows a General view of the proposed stand for thermal testing; figure 2 is the same, a section aa in figure 1.

Стенд для тепловых (огневых) испытаний содержит установленные на основании 1 сменные ложементы 2 для испытуемого изделия 3 (контейнера для транспортировки или хранения ОЯТ), емкость для жидкого топлива 4, например, дизельного или керосина> и ветрозащитные экраны 5, 6, установленные по периметру упомянутой емкости. Емкость для топлива выполнена в виде отдельных поддонов 7, установленных на подушке 8 из сыпучего негорючего материала, например, песка. Подушка из сыпучего негорючего материала обеспечивает заданное (нормируемое) расстояние от поверхности горения топлива до испытуемого изделия, которое по требованиям МАГАТЭ составляет 1 м. Поддоны 7 установлены с зазором относительно друг друга, при этом смежные поддоны сообщены посредством фитилей 9. В варианте исполнения изобретения фитили представляют собой ветошь, пропитанную легковоспламеняемым составом, например, керосином. Воспламенение топлива возможно вручную (факелами) или дистанционно, например, с помощью системы зажигания, пиротехнической или из огнепроводных шнуров (на чертеже не показано). The stand for thermal (fire) tests contains removable lodgements 2 for the test item 3 (container for transporting or storing spent fuel) installed on the base 1, a container for liquid fuel 4, for example diesel or kerosene>, and wind shields 5, 6 installed around the perimeter mentioned capacity. The fuel tank is made in the form of separate pallets 7 mounted on a cushion 8 of bulk non-combustible material, for example, sand. A cushion of bulk non-combustible material provides a predetermined (normalized) distance from the fuel combustion surface to the test product, which, according to the IAEA requirements, is 1 m. represent rags impregnated with a flammable composition, for example, kerosene. Ignition of the fuel is possible manually (by torches) or remotely, for example, using an ignition system, pyrotechnic or fire-resistant cords (not shown in the drawing).

Выполнение емкости для топлива в виде отдельных поддонов обеспечивает возможность регулирования площади очага горения соответственно размерам испытуемого изделия. Вместе с этим подобное выполнение позволяет исключить недостаток, присущий большим металлическим (стальным) емкостям, проявляющийся в том, что при огневых испытаниях возможно коробление емкости в завершающей стадии горения топлива, приводящее к перетеканию топлива к одному из ее бортов и уменьшению площади горения. The implementation of the fuel tank in the form of separate pallets provides the ability to control the area of the combustion zone according to the size of the test product. Along with this, such a design eliminates the disadvantage inherent in large metal (steel) tanks, which is manifested in the fact that during fire tests it is possible to warp the tank in the final stage of fuel combustion, leading to the flow of fuel to one of its sides and a decrease in the burning area.

Ложементы с испытуемым изделием опираются на смонтированные на основании 1 стойки 10 и установлены с возможностью перемещения по вертикали посредством съемных домкратов 11. Стойки 10 расположены на основании 1 с возможностью размещения между ними средства для транспортировки испытуемого изделия (на чертеже не показано). The lodges with the test product are supported on racks 10 mounted on the base 1 and mounted vertically to move by means of removable jacks 11. The racks 10 are located on the base 1 with the possibility of placing means between them for transporting the test product (not shown).

Ветрозащитные экраны образуют два контура, расположенные на заданном расстоянии один от другого. Экраны 5 внутреннего контура представляют собой съемные навесные металлические щиты, смонтированные на металлических столбах 12, закрепленных на основании 1. В варианте исполнения изобретения упомянутый внутренний контур ветрозащитных экранов тождественен форме в плане емкости для топлива. Экраны 6 наружного контура представляют собой съемные металлические щиты с подпорками 13, свободно установленные на подушке 8. Высота ветрозащитных экранов 5 зависит от габарита испытуемого изделия и определяется с учетом возможного отклонения пламени ветром такой, чтобы при сносе ветром пламя охватывало верхний габарит контейнера слоем одинаковой толщины. Windshields form two contours located at a given distance from one another. The screens 5 of the inner circuit are removable mounted metal shields mounted on metal poles 12 mounted on the base 1. In an embodiment of the invention, said inner circuit of the windshields is identical to the shape in terms of the fuel tank. The screens 6 of the outer contour are removable metal shields with supports 13, freely mounted on the cushion 8. The height of the windshields 5 depends on the size of the test product and is determined taking into account the possible deflection of the flame by the wind so that when the wind blows, the flame covers the upper dimension of the container with a layer of the same thickness .

Конструкция ветрозащитных экранов обеспечивает условия горения топлива, близкие к условиям открытой площадки. Для этого в нижней части экранов 5 по периметру предусмотрена щель для поступления воздуха, необходимого для горения. Размер щели выбирается таким, чтобы обеспечивать расход газов на уровне верхней кромки экранов 5, соответствующий расходу газов при горении на открытой площадке. The design of the windshields provides fuel combustion conditions close to outdoor conditions. To do this, in the lower part of the screens 5 around the perimeter there is a gap for the intake of air necessary for combustion. The size of the slit is chosen so as to ensure the flow of gases at the level of the upper edge of the screens 5, corresponding to the flow of gases when burning in an open area.

Ветрозащитные экраны 6 обеспечивают защиту щели от ветра. Для этого их высота должна быть не ниже верхней кромки щели, т.е. верхняя кромка экранов 6 должна быть по меньшей мере не ниже нижней кромки экранов 5. В варианте исполнения изобретения для беспрепятственного доступа к щели ветрозащитные экраны 6 расположены от ветрозащитных экранов 5 на расстоянии, равном высоте экранов 6. Windshields 6 provide protection of the gap from the wind. To do this, their height should not be lower than the upper edge of the slit, i.e. the upper edge of the shields 6 should be at least not lower than the lower edge of the shields 5. In an embodiment of the invention, for unhindered access to the slit, the windshields 6 are located from the windshields 5 at a distance equal to the height of the shields 6.

В другом варианте исполнения изобретения (на чертеже не показан) поддоны 7 установлены с возможностью прохождения воздуха между ними и подушкой 8, что обеспечивает дополнительный подсос воздуха в очаг горения. In another embodiment of the invention (not shown), the pallets 7 are installed with the possibility of air passing between them and the cushion 8, which provides additional air intake into the combustion zone.

В варианте осуществления изобретения стенд для тепловых испытаний включает также систему измерений и регистрирующую аппаратуру (на чертеже не показаны). In an embodiment of the invention, the thermal test bench also includes a measurement system and recording equipment (not shown in the drawing).

Стенд для тепловых испытаний работает следующим образом. Stand for thermal testing works as follows.

В варианте исполнения изобретения изделие (контейнер для ОЯТ) 3 на площадку для тепловых (огневых) испытаний доставляют по окончании программы механических (ударных) испытаний. К месту испытаний изделие может быть доставлено, например, колесным транспортным средством, на платформе которого изделие устанавливают с помощью сменных ложементов 2. Для обеспечения подъезда транспортного средства предварительно снимают металлические щиты ветрозащитных экранов 5, 6, расположенные на пути транспортного средства. При этом в случае необходимости основание 1 частично освобождают от подушки 8 из сыпучего негорючего материала с последующим восстановлением последней после отъезда транспортного средства. Платформу транспортного средства с испытуемым изделием, установленным на сменные ложементы 2, размещают на основании 1 между стойками 10. Под сменные ложементы 2 подводят съемные домкраты 11. Затем ложементы с изделием приподнимают над поверхностью платформы транспортного средства, после чего транспортное средство отъезжает. При помощи съемных домкратов 11 ложементы с изделием опускают на стойки 10. Съемные домкраты убирают. In an embodiment of the invention, the product (SNF container) 3 is delivered to the site for thermal (fire) tests at the end of the mechanical (impact) test program. The product can be delivered to the test site, for example, by a wheeled vehicle, on the platform of which the product is installed using interchangeable tool holders 2. To ensure the vehicle’s access, metal shields of wind shields 5, 6 located on the vehicle’s path are preliminarily removed. Moreover, if necessary, the base 1 is partially exempted from the pillow 8 from bulk non-combustible material with the subsequent restoration of the latter after the departure of the vehicle. The vehicle platform with the test product mounted on removable tool holders 2 is placed on the base 1 between the uprights 10. Under the removable tool holders 2, the lifting jacks 11 are brought in. Then the tool holders with the product are lifted above the surface of the vehicle platform, after which the vehicle drives off. Using removable jacks 11, the tool cradles are lowered onto the racks 10. The removable jacks are removed.

После этого выравнивают и горизонтируют подушку 8 из сыпучего негорючего материала. На отгоризонтированной площадке подушки 8 с зазором относительно друг друга устанавливают поддоны 7, в которые наливают топливо 4. Высота налива топлива в поддоны определяется через линейную скорость выгорания топлива в полигонных условиях и заданное время горения, например, 30 минут. В варианте исполнения изобретения перед заливкой топлива в поддоны в них наливают немного воды, обеспечивая ее одинаковый уровень во всех поддонах. Благодаря этому обеспечивается одинаковая высота налива топлива. Смежные поддоны связывают между собой посредством фитилей 9. Монтируют систему измерений и устанавливают на место снятые металлические щиты ветрозащитных экранов 5, 6. After that, the pillow 8 is made out of horizontal and non-combustible material. On a horizontal platform of the cushion 8, with a gap relative to each other, pallets 7 are placed in which the fuel is poured 4. The height of the fuel loading into the pallets is determined through the linear rate of fuel burn-up in the polygon conditions and a given burning time, for example, 30 minutes. In an embodiment of the invention, before pouring fuel into pallets, a little water is poured into them, ensuring its equal level in all pallets. This ensures the same fuel loading height. Adjacent pallets are interconnected by means of wicks 9. Mount the measurement system and replace the removed metal shields of the windshields 5, 6.

При воспламенении топлива, благодаря ветрозащитному экрану 5, обеспечиваются полный охват пламенем испытуемого изделия 3 и защита от сноса пламени ветром. При этом приток необходимого количества воздуха к очагу горения обеспечивается благодаря щели заданного размера, образованной между нижней кромкой щитов ветрозащитного экрана 5 и подушкой 8 из сыпучего негорючего материала, заданному зазору между внутренним и наружным контуром ветрозащитных экранов 5, 6 и зазорами между смежными поддонами 7. When the fuel is ignited, thanks to the wind shield 5, full flame coverage of the test product 3 and protection against the drift of the flame by the wind are ensured. At the same time, the required amount of air is supplied to the combustion zone due to a gap of a predetermined size formed between the lower edge of the windshield shields 5 and a cushion 8 of loose non-combustible material, a given gap between the inner and outer contours of the windshields 5, 6 and the gaps between adjacent pallets 7.

Таким образом, благодаря особенности выполнения стенда для тепловых (огневых) испытаний, изобретение обеспечивает возможность проведения натурных испытаний контейнеров для транспортировки и/или хранения ОЯТ с обеспечением требований, установленных к тепловым испытаниям нормативными документами МАГАТЭ. При этом, благодаря возможности регулирования площади очага горения и расстояния от поверхности горения до испытуемого изделия, а также благодаря наличию сменных ложементов, изобретение позволяет проводить испытания изделий различных типоразмеров, в том числе и изделий другого назначения. Thus, due to the particular design of the test bench for thermal (fire) testing, the invention provides the opportunity to conduct full-scale testing of containers for transportation and / or storage of spent nuclear fuel with the requirements established for thermal testing by IAEA regulatory documents. Moreover, due to the possibility of regulating the area of the combustion zone and the distance from the combustion surface to the test product, as well as due to the presence of replaceable lodgements, the invention allows testing of products of various sizes, including products for other purposes.

Claims

1. A test bench for thermal tests, comprising interchangeable tool holders for the test product installed on the basis, a fuel tank made in such a way that its plan shape covers the plan shape of the test product, wind shields installed around the perimeter of the tank, and ignition means fuel, characterized in that the lodgements are installed with the ability to move vertically and made interacting with removable jacks, and the fuel tank is made in the form of separate pallets, set lined on a cushion of bulk non-combustible material with a gap relative to each other, while the windshields form two closed loops located at a predetermined distance from each other, with the lower edge of the screens of the inner loop installed at a predetermined height relative to the cushion of bulk non-combustible material, the screens of the outer the contours are mounted on said cushion without a gap, and their upper edge is made at least not lower than the lower edge of the screens of the inner contour.

2. The stand under item 1, characterized in that the pallets are installed with the possibility of passing between them and the said pillow of bulk non-combustible material.

3. The stand according to claim 1, characterized in that the said lodgements are installed by means of racks, which are located on the base with the possibility of placing between them means for transporting the test product.

4. The stand according to claim 1, characterized in that the said inner circuit of the windshields is identical to the shape in terms of fuel tanks.