RU2165654C2 - Method for life tests of thermionic power-generating element with fuel-emitter unit - Google Patents
Method for life tests of thermionic power-generating element with fuel-emitter unit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2165654C2 RU2165654C2 RU99110461/06A RU99110461A RU2165654C2 RU 2165654 C2 RU2165654 C2 RU 2165654C2 RU 99110461/06 A RU99110461/06 A RU 99110461/06A RU 99110461 A RU99110461 A RU 99110461A RU 2165654 C2 RU2165654 C2 RU 2165654C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- emitter
- generating element
- power
- fuel
- power generating
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
Abstract
Description
Изобретение относится к атомной энергетике, к созданию и наземной отработке твэлов, в частности электрогенерирующих элементов (ЭГЭ), термоэмиссионная сборка которых называется электрогенерирующим каналом (ЭГК). The invention relates to nuclear energy, to the creation and surface mining of fuel elements, in particular electric generating elements (EGE), thermionic assembly of which is called an electric generating channel (EGC).
Важнейшим этапом разработки термоэмиссионного реактора-преобразователя (ТРП) является подтверждение ресурсно-энергетических характеристик электрогенерирующих каналов, образующих активную зону ТРП. ЭГК может состоять из одного ЭГЭ или представлять последовательно соединенную сборку ЭГЭ, в которых совершается полный цикл преобразования тепловой энергии в электрическую. Поэтому ресурсные испытания термоэмиссионных электрогенерирующих элементов в реакторе (в составе петлевого канала в исследовательском реакторе или в составе ТРП) являются определяющим этапом при создании ЭГК и ТРП в целом [1]. The most important stage in the development of a thermionic converter reactor (TRP) is the confirmation of the resource and energy characteristics of the electricity generating channels that form the active zone of the TRP. EGC can consist of one EGE or represent a series-connected assembly of EGE, in which a complete cycle of conversion of thermal energy into electrical energy takes place. Therefore, resource tests of thermionic electric generating elements in a reactor (as part of a loop channel in a research reactor or as part of a TRP) are a decisive step in the creation of EGCs and TRP as a whole [1].
Большинство испытанных в реакторах экспериментальных термоэмиссионных ЭГЭ имели оболочечные эмиттеры, когда нагрузка, создаваемая давлением газообразных продуктов деления (ГПД), воспринимается эмиттерной оболочкой. В связи с этим для анализа результатов испытаний, поведения материалов, а также факторов, влияющих на ресурсные характеристики ЭГЭ, представляют интерес расчетно-теоретические исследования поведения топливно-эмиттерного узла (ТЭУ). Причем за ресурс работы ЭГЭ будем принимать время до короткого замыкания эмиттера с коллектором, характеризующим прекращение генерации электроэнергии. Most of the experimental thermionic EGEs tested in reactors had shell emitters when the load created by the pressure of gaseous fission products (GPA) is perceived by the emitter shell. In this regard, for the analysis of test results, the behavior of materials, as well as factors affecting the resource characteristics of the EGE, theoretical and theoretical studies of the behavior of the fuel-emitter assembly (TEU) are of interest. Moreover, we will take the time until the short circuit of the emitter with a collector characterizing the cessation of electricity generation as a resource for the work of the EGE.
ТЭУ представляет собой цилиндрическую эмиттерную оболочку (ЭО) с находящимся внутри нее топливным материалом (ТМ) и системой вывода ГПД. Системы вывода ГПД могут представлять, например, центральный канал в топливном сердечнике с системой сепарации в торцевой крышке ЭГЭ или в виде специального газоотводного устройства (ГОУ), выполненного в виде осесимметричной трубки с капиллярным наконечником (жиклером) [2]. В процессе работы реактора ГПД (Xe, Kr [3] ) выходят из ТМ в систему вывода ГПД и тем самым разгружают ЭО. Особенно актуальна надежная работа системы вывода ГПД в высокотемпературных термоэмиссионных ЭГК, использующих в качестве ТМ высоколетучий диоксид урана. TEU is a cylindrical emitter shell (EO) with the fuel material inside it (TM) and the GPA output system. GPA output systems can represent, for example, a central channel in the fuel core with a separation system in the end cap of the EGE or as a special gas removal device (GOU) made in the form of an axisymmetric tube with a capillary tip (nozzle) [2]. In the process of operation of the reactor, the GPA (Xe, Kr [3]) exit the TM to the GPA output system and thereby unload the EO. Reliable operation of the GPA output system in high-temperature thermionic EGCs using high-volatile uranium dioxide as a TM is especially relevant.
В процессе работы ЭГЭ происходит переконденсация ТМ, его перераспределение по объему ТЭУ, уплотнение с перестройкой исходной структуры. В результате чего со временем в ТЭУ может образоваться центральная газовая полость. Объем газовой полости равен сумме объемов исходной технологической пористости ТМ и объема исходного зазора между ТМ и ЭО. В зависимости от режима работы ЭГЭ, его конструкции и соотношения геометрических размеров отдельных элементов, характеристик используемых материалов, возможна ситуация когда высоколетучий ТМ в результате переконденсации забивает каналы вывода ГПД. В этот временной период ТЭУ представляет собой герметичную цилиндрическую оболочку, воспринимающую нагрузку создаваемую давлением ГПД. Поэтому ресурс работы (R) термоэмиссионного ЭГЭ с вентилируемым ТЭУ можно разбить как бы на два временных периода: первый период (τ1) характеризуется работоспособной системой вывода ГПД из ТЭУ снимающей нагрузку с ЭО ЭГЭ от ГПД; второй период (τ2) определяет остаточный ресурс работы ЭГЭ. Очевидно остаточный ресурс работы ЭГЭ будет максимальным (τ2 = τ
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ ресурсных испытаний термоэмиссионного ЭГЭ с ТЭУ, включающий его установку в составе ЭГК в реактор, измерение тепловой мощности ЭГЭ при неизменной тепловой мощности реактора, оценку температуры эмиттера, контроль активности газов на выходе из ЭГК, описанный в [4]. В петлевом канале ЭС-6-3 испытывались на ресурс ЭГЭ с герметичными ТЭУ, ресурс которых определяется вторым периодом, соответствующим максимальному остаточному ресурсу для вентилируемых ЭГЭ (τ1 = 0; R = τ2 = τ
Техническим результатом, получаемым при использовании изобретения, является повышение точности определения максимального остаточного ресурса термоэмиссионного ЭГЭ с вентилируемым ТЭУ по фактору короткого замыкания электродов в ЭГЭ. The technical result obtained by using the invention is to increase the accuracy of determining the maximum residual life of a thermionic EGE with a vented TEU by the short circuit factor of the electrodes in the EGE.
Указанный технический результат достигается способом ресурсных испытаний термоэмиссионного электрогенерирующего элемента с топливно-эмиттерным узлом, включающий его установку в составе электрогенерирующего канала в реактор, измерение тепловой мощности электрогенерирующего элемента при неизменной тепловой мощности реактора, оценку температуры эмиттера, контроль активности газов на выходе из электрогенерирующего канала, в качестве электрогенерирующего элемента использован электрогенерирующий элемент с вентилируемым топливно-эмиттерным узлом, и измерение тепловой мощности электрогенерирующего элемента и оценку температуры эмиттера производят в момент скачкообразного падения активности газов, затем определяют максимальный остаточный ресурс термоэмиссионного электрогенерирующего элемента по выражению
где τ
εп - относительный объем газовой полости в топливно-эмиттерном узле электрогенерирующего элемента;
δэ - отношение толщины эмиттерной оболочки к его диаметру;
qF- тепловая мощность, поступающая из топлива на эмиттерную оболочку электрогенерирующего элемента [Вт/м2];
Tэ - температура эмиттера электрогенерирующего элемента [K];
D - диаметр эмиттера [м];
m - показатель ползучести материала эмиттерной оболочки;
B1 - коэффициент ползучести материала эмиттерной оболочки [(Па)-m· c-1];
d - величина межэлектродного зазора в электрогенерирующем элементе [м];
ΔT - перепад температуры по топливу в топливно-эмиттерном узле [K];
размерность коэффициента 4,14 · 10-13 [1/град].The specified technical result is achieved by the method of life tests of a thermionic power generating element with a fuel-emitter unit, including its installation as a part of the power generating channel in the reactor, measuring the heat power of the power generating element at a constant thermal power of the reactor, estimating the temperature of the emitter, monitoring the gas activity at the outlet of the power generating channel, As an electric generating element, an electric generating element with a ventilated fuel itternym node, and measurement of the thermal power electricity generating element and the emitter temperature estimate produced at the time of abrupt fall gas activity is then determined maximum residual resource thermionic power generating element according to the expression
where τ
ε p - the relative volume of the gas cavity in the fuel-emitter node of the power generating element;
δ e - the ratio of the thickness of the emitter shell to its diameter;
q F is the heat power coming from the fuel to the emitter shell of the power generating element [W / m 2 ];
T e - the emitter temperature of the power generating element [K];
D is the diameter of the emitter [m];
m is the creep rate of the material of the emitter shell;
B 1 - creep coefficient of the material of the emitter shell [(Pa) -m · s -1 ];
d is the magnitude of the interelectrode gap in the power generating element [m];
ΔT is the temperature difference in fuel in the fuel-emitter unit [K];
coefficient dimension 4.14 · 10 -13 [1 / deg].
Измерение тепловой мощности ЭГЭ и оценку температуры эмиттера можно проводить по методам, изложенным в [6], в частности контроль тепловой мощности с помощью датчиков теплового потока. The measurement of the thermal power of the EGE and the estimation of the temperature of the emitter can be carried out according to the methods described in [6], in particular, the control of thermal power using heat flux sensors.
На фиг. 1 представлена конструкционная схема реактора. На фиг. 2 представлен общий вид электрогенерирующего элемента (ЭГЭ). На фиг. 3,4,5 представлены типичные конструкционные варианты вентилируемых топливно-эмиттерных узлов (ТЭУ), а на фиг. 6 - график, поясняющий способ. In FIG. 1 shows a structural diagram of a reactor. In FIG. 2 shows a General view of the power generating element (EGE). In FIG. 3,4,5 presents typical structural variants of ventilated fuel-emitter units (TEU), and in FIG. 6 is a graph explaining a method.
На фиг. 1 обозначено: 1 - реактор; 2 - активная зона; 3 - электрогенерирующий канал (ЭГК); 4 - электрогенерирующий элемент (ЭГЭ); 5 - боковой отражатель; 6 - органы системы управления и защиты (СУЗ); 7 - торцевой отражатель; 8 - торцевой отражатель; 9 - трубка для вывода газообразных продуктов деления (ГПД); 10 - датчик активности; 11 - резервуар-отстойник; 12 - датчик активности. In FIG. 1 is indicated: 1 - reactor; 2 - active zone; 3 - electricity generating channel (EGC); 4 - power generating element (EGE); 5 - side reflector; 6 - organs of the control and protection system (CPS); 7 - end reflector; 8 - end reflector; 9 - a tube for the output of gaseous fission products (GPA); 10 - activity sensor; 11 - sedimentation tank; 12 - activity sensor.
На фиг. 2-5 обозначено: 4 - ЭГЭ; 13 - топливно-эмиттерный узел (ТЭУ); 14 - коллектор ЭГЭ; 15 - коллекторная изоляция; 16-чехловая труба ЭГК; 17 - датчик тепловой мощности выделяемой в ТЭУ; 18 - дистанционатор; 19 - изоляция; 20 - топливный материал (ТМ); 21 - эмиттер; 22 - эмиттерная оболочка (ЭО) ТЭУ; 23 - центральный канал в ТМ; 24 - газопоглощающий фильтрующий материал или лабиринтные экраны; 25 - теплопередающие прокладки из тугоплавкого металла; 26 - трубка газоотводного устройства (ГОУ); 27 - жиклер. In FIG. 2-5 are indicated: 4 - EGE; 13 - fuel-emitter unit (TEU); 14 - collector EGE; 15 - collector insulation; 16-case pipe EGK; 17 - thermal power sensor allocated to the TEU; 18 - remote control; 19 - isolation; 20 - fuel material (TM); 21 - emitter; 22 - emitter shell (EO) TEU; 23 - the central channel in the TM; 24 - getter filter material or labyrinth screens; 25 - heat transfer gaskets made of refractory metal; 26 - tube gas outlet device (GOU); 27 - jet.
На фиг. 6 обозначено: NA-характерная кривая изменения активности газообразых продуктов деления (ГПД), выходящих из вентилируемого ТЭУ ЭГЭ; qF- тепловая мощность, поступающая из ТМ на ЭО ЭГЭ; R - ресурс работы ЭГЭ; τ1 - первый период работы ЭГЭ с работоспособной системой вентилями ГПД разгружающей ЭО; τ
Выражение (1) получено расчетом деформации ЭО ЭГЭ в модели цилиндрической оболочки деформируемой внутренним давлением ГПД, накапливающихся в процессе работы ЭГК. ЭО работает в режиме установившейся ползучести в области упругих напряжений. Предполагается неизменность свойств ползучести материала ЭО на всем протяжении срока службы. Цилиндрические ЭО предполагаются длинными (рассматриваются сечения, удаленные от торцев). Expression (1) is obtained by calculating the deformation of the EE of the EGE in the model of the cylindrical shell of the GPD deformable by internal pressure that accumulate during the operation of the EGC. EO operates in the regime of steady creep in the region of elastic stresses. It is assumed that the creep properties of the EO material are constant over the entire service life. Cylindrical EOs are assumed to be long (cross sections remote from the ends are considered).
Предполагается, что ТМ работает в условиях сжатия, причем напряжения практически не изменяются по радиусу, так как ТМ вследствие относительно малой прочности при рабочих температурах нагрузки не несет, а передает ее подобно жидкости. Нагрузка воспринимается ЭО, находящейся в условиях растягивающих напряжений. It is assumed that the TM operates under compression conditions, and the stresses practically do not change along the radius, since the TM does not carry a load due to the relatively low strength at operating temperatures, but transfers it like a liquid. The load is perceived by EO, which is under conditions of tensile stresses.
Для описания деформации ползучести ЭО принята степенная зависимость вида [7]
ζII = B1·σm, (2)
где ζII = dε/dτ - скорость ползучести материала ЭО во втором периоде;
m - показатель ползучести материала ЭО;
B1 - коэффициент ползучести материала ЭО;
σ - напряжение в ЭО;
ε - относительное удлинение ЭО ЭГЭ в окружном направлении.To describe the creep strain of EO, a power-law dependence of the form is adopted [7]
ζ II = B 1 σ m , (2)
where ζ II = dε / dτ is the creep rate of the EA material in the second period;
m is the creep rate of the EA material;
B 1 - creep coefficient of the material EO;
σ is the voltage in the EA;
ε is the relative elongation of EE EGE in the circumferential direction.
В соответствии с принятыми выше допущениями по соотношению, известному под названием уравнения Далласа [8], определим напряжение в ЭО
σ = P·(D-δ)/(2·δ) = P·(1-δэ)/(2·δэ), (3)
где δ - толщина ЭО;
δэ = δ/D;
P - давление ГПД оказываемое на ЭО ЭГЭ от ГПД накапливающихся в ТЭУ после закупорки газовыводных каналов конденсатом ТМ и определяемое из уравнения Менделеева-Клапейрона.In accordance with the assumptions made above, from the relation known as the Dallas equation [8], we determine the voltage in the EO
σ = P · (D-δ) / (2 · δ) = P · (1-δ e ) / (2 · δ e ), (3)
where δ is the thickness of the EA;
δ e = δ / D;
P is the GPA pressure exerted on the EEG EGE from the GPA accumulated in the TEU after the gas outlet channels are blocked by the TM condensate and determined from the Mendeleev-Clapeyron equation.
P = n(τ)·k·T0, (4)
где n(τ) - концентрация ГПД, накапливающихся в газовых полостях ТЭУ;
T0 = Tэ+ΔT - абсолютная температура газа, соответствующая максимальной температуре в ТЭУ ЭГЭ;
ΔT - перепад температуры по ТМ;
k - постоянная Больцмана.P = n (τ) · k · T 0 , (4)
where n (τ) is the concentration of the GPA accumulating in the gas cavities of the TEU;
T 0 = T e + ΔT is the absolute gas temperature corresponding to the maximum temperature in the TEU EGE;
ΔT is the temperature difference in TM;
k is the Boltzmann constant.
Зная, что число атомов Xe и Kr на один разделившийся атом U235 составляет 0,25 [3] и 3·1010 делений/с примерно соответствует 1 Вт тепловой мощности, выделяемой в ТМ [9], можно получить выражение (4) в виде
P = 4,14·10-13·qF·(Tэ+ΔT)·τ/(εп·D·(1-2δэ)). (5)
Выражая относительное удлинение ЭО ЭГЭ в окружном направлении (ε) через увеличение радиуса Δr(τ) эмиттера, получим
ε = 2·Δr/(D·(1-δэ)). (6)
Подставляя в (2) выражение (3) с учетом (5) и (6), после интегрирования (2) по τ, учитывая, что максимальное увеличение радиуса эмиттера до заикания его с коллектором Δr(τ) соответствует величине межэлектродного зазора (d) ЭГЭ, получим выражение (1).Knowing that the number of Xe and Kr atoms per one separated U 235 atom is 0.25 [3] and 3 · 10 10 divisions / s approximately corresponds to 1 W of thermal power released in a TM [9], we can obtain expression (4) in form
P = 4.14 · 10 -13 · q F · (T e + ΔT) · τ / (ε p · D · (1-2δ e )). (5)
Expressing the relative elongation of the EE EGE in the circumferential direction (ε) through an increase in the emitter radius Δr (τ), we obtain
ε = 2 · Δr / (D · (1-δ e )). (6)
Substituting expression (3) in (2) taking into account (5) and (6), after integrating (2) over τ, taking into account that the maximum increase in the emitter radius before stuttering with the collector Δr (τ) corresponds to the interelectrode gap (d) EGE, we obtain the expression (1).
Для определения ΔT - перепада температуры по ТМ в ТЭУ - можно воспользоваться частным случаем решения уравнения теплопроводности для полого цилиндра с источниками тепла, охлаждаемого с наружной поверхности [10]
где t(r) - распределение температуры по радиусу полого цилиндра;
Rв - внутренний радиус полого цилиндра;
Rн - наружный радиус полого цилиндра;
Тн - температура на наружной поверхности полого цилиндра;
qv - плотность объемного тепловыделения;
λ - теплопроводность материала полого цилиндра.To determine ΔT - temperature difference by TM in TEU - you can use a special case of solving the heat equation for a hollow cylinder with heat sources cooled from the outer surface [10]
where t (r) is the temperature distribution along the radius of the hollow cylinder;
R in - the inner radius of the hollow cylinder;
R n - the outer radius of the hollow cylinder;
T n - temperature on the outer surface of the hollow cylinder;
q v is the density of volumetric heat release;
λ is the thermal conductivity of the material of the hollow cylinder.
Откуда перепад температуры по ТМ в ТЭУ ΔT из (7) для r = Rв
В нашем случае:
qv = 4·qF/(D·(1-εп)·(1-2δэ)). (10)
Температура наружной поверхности Тн соответствует температуре эмиттера Тэ ЭГЭ и может быть оценена одним из методов, описанных в [11].Where does the temperature difference in TM in TEU ΔT come from (7) for r = R in
In our case:
q v = 4 · q F / (D · (1-ε p ) · (1-2δ e )). (10)
The temperature of the outer surface T n corresponds to the temperature of the emitter T e EGE and can be estimated by one of the methods described in [11].
Способ реализуется следующим образом. The method is implemented as follows.
ЭГК 3, состоящий из одного ЭГЭ 4 с вентилируемым ТЭУ 13 или представляющий последовательно соединенную сборку ЭГЭ 4 с вентилируемыми ТЭУ 13, с системой регистрации 17 тепловой мощности, выделяемой в ТЭУ 13, помещают в активную зону 2 реактора 1. В процессе работы реактора 1 на номинальной мощности устанавливается стационарный режим работы термоэмиссионного ЭГК 3. С помощью датчиков активности 12 и 10 регистрируют величины активности (NA) газов (ГПД) на выходе из ЭГК 3 и на выходе из резервуара-отстойника 11 соответственно. Газ (ГПД) выходит из вентилируемых ТЭУ 13 ЭГЭ 4 из ЭГК 3 по трубке 9. Тепловую мощность (qF), выделяемую в ТЭУ 13, регистрируют датчиком 17. В результате переконденсации ТМ 20 за период времени τ1, определяемый интенсивностью процессов тепло-массопереноса в ТЭУ 13, происходит забивание каналов вывода ГПД (или центрального канала 23, или газопоглощающего фильтрующего материала, или лабиринтных экранов 24, или трубки ГОУ 26, или жиклера 27) конденсатом ТМ 20 и герметизация ТЭУ 13, что приводит к скачкообразному падению активности NA газов (ГПД) на выходе из ЭГК 3, регистрируемому датчиком активности 12. В момент падения активности фиксируют с помощью датчика 17 тепловую мощность qF, поступающую из ТМ 20 на ЭО 22 ЭГЭ 4, и оценивают температуру эмиттера 21 Тэ в ТЭУ 13, например, методом теплового баланса [11]. Затем по выражению (1) определяют максимальный остаточный ресурс ЭГЭ.EGC 3, consisting of one
В качестве конкретного примера рассмотрим использование способа ресурсных испытаний термоэмиссионного ЭГЭ с ТЭУ для конструкционного варианта ЭГЭ с вентилируемым ТЭУ, представленным на фиг. 3, где в качестве ТМ используется диоксид урана, а в качестве материала ЭО ЭГЭ используется монокристаллический сплав Mo-3XNb. Коэффициент теплопроводности диоксида урана при расчетах принимаем равным 2,6 Вт/(м.град). Показатель ползучести (m) и коэффициент ползучести (B1) материала ЭО определяем из экспериментальных зависимостей скорости установившейся ползучести монокристаллического сплава Mo-3% Nb от напряжений по работе [12]. Примем следующие геометрические параметры, характерные для типичного ЭГЭ: εп = 0,3; δэ = 0,1; D = 1,5 · 10-2 м; d = 3 · 10-4 м. Положим, что в момент скачкообразного падения активности ГПД, удаляемых из вентилируемых ТЭУ, зафиксировали тепловую мощность qF, выделяемую в ТЭУ ЭГЭ, равной 9 · 105 Вт/м2 и оценили температуру эмиттера Тэ по одному из методов [10] равной 2173 К. При этом из [12] для монокристаллического сплава Mo-3% Nb, при Тэ = 2173 K, имеем m = 3,52 и B1 = 1,58 · 10-27 (Па)-m · c-1. Для оценки ΔT - перепада температуры по ТМ в ТЭУ - по выражению (8), с учетом (9) и (10), находим ΔT ≈ 500 К. Подставляя полученные значения в выражение (1), определяем максимальный остаточный ресурс ЭГЭ t
Таким образом, предложен способ ресурсных испытаний термоэмиссионного электрогенерирующего элемента с топливно-эмиттерным узлом, позволяющий:
1. Провести расчеты конечного инженерного эффекта: выход газообразных продуктов деления из топливного материала и деформацию эмиттерной оболочки топливно-эмиттерного узла электрогенерирующего элемента в зависимости от параметров эксплуатации. Такая модель имеет упрощения в детализации физических представлений и включает параметры, позволяющие нормировать модель на экспериментальный результат.As a specific example, we consider the use of the method of life tests of thermionic EGE with TEU for the constructional version of EGE with ventilated TEU shown in FIG. 3, where uranium dioxide is used as a TM, and a single-crystal Mo-3XNb alloy is used as the material of EO EGE. The coefficient of thermal conductivity of uranium dioxide in the calculations is taken equal to 2.6 W / (m. grad). The creep index (m) and creep coefficient (B 1 ) of the EO material are determined from the experimental dependences of the steady-state creep rate of the Mo-3% Nb single-crystal alloy on stresses according to [12]. We take the following geometric parameters characteristic of a typical EGE: ε p = 0.3; δ e = 0.1; D = 1.5 · 10 -2 m; d = 3 · 10 -4 m. Suppose that at the time of a sudden drop in the activity of the GPA removed from the ventilated TEU, the thermal power q F released in the TEU EGE was fixed at 9 · 10 5 W / m 2 and the emitter temperature T e was estimated according to one of the methods [10] equal to 2173 K. Moreover, from [12] for the single-crystal alloy Mo-3% Nb, at T e = 2173 K, we have m = 3.52 and B 1 = 1.58 · 10 -27 (Pa) -m · s -1 . To estimate ΔT, the temperature difference in TM in TEU, by expression (8), taking into account (9) and (10), we find ΔT ≈ 500 K. Substituting the obtained values in expression (1), we determine the maximum residual EGE resource t
Thus, a method for life tests of a thermionic power generating element with a fuel-emitter assembly is proposed, which allows:
1. Calculate the final engineering effect: the output of gaseous fission products from the fuel material and the deformation of the emitter shell of the fuel-emitter assembly of the power generating element, depending on the operating parameters. Such a model has simplifications in detailing physical representations and includes parameters that allow normalizing the model to an experimental result.
2. Решить вопросы прогнозирования ресурса работы электрогенерирующего элемента, являющиеся ключевыми при конструировании термоэмиссионного реактора-преобразователя. 2. To solve the problems of predicting the service life of the electric generating element, which are key in the design of the thermionic converter reactor.
3. Сократить сроки экспериментальной отработки термоэмиссионных электрогенерирующих элементов и электрогенерирующего канала в целом при дорогостоящих реакторных испытаниях. 3. To reduce the time for experimental testing of thermionic power generating elements and the power generating channel as a whole in case of expensive reactor tests.
ЛИТЕРАТУРА
1. Испытания многоэлементных термоэмиссионных экспериментальных сборок/ В. И. Бержатый, Н.А.Грибоедов, В.П.Грицаенко и др. -Атомная энергия, т. 31, вып. 6, 1971, с. 585-588.LITERATURE
1. Tests of multi-element thermionic experimental assemblies / V. I. Berzhaty, N. A. Griboedov, V. P. Gritsaenko and others. -Atomic energy, vol. 31, no. 6, 1971, p. 585-588.
2. Нейтронографические исследования термоэмиссионных ЭГК при петлевых реакторных испытаниях /Е.С.Бекмухамбетов, А.С.Карнаухов, В.А.Корнилов и др. /Сб.: РКТ. Сер. ХII//РКК "Энергия", Королев, 1996. Вып. 2-3: Космические термоэмиссионные ЯЭУ и ЭРД большой мощности. ч.2, с.116. 2. Neutron diffraction studies of thermionic EGCs during loop reactor tests / E.S. Bekmukhambetov, A.S. Karnaukhov, V. A. Kornilov et al. / Sat: RKT. Ser. XII // RSC Energia, Korolev, 1996. Issue. 2-3: Cosmic thermionic emission nuclear power plants and high-power propulsion engines. Part 2, p.116.
3. Дегальцев Ю.Г., Пономарев-Степной Н.Н., Кузнецов В.Ф. Поведение высокотемпературного ядерного топлива при облучении. Москва. Энергоатомиздат. 1987, с. 15. 3. Degaltsev Yu.G., Ponomarev-Stepnoy N.N., Kuznetsov V.F. The behavior of high-temperature nuclear fuel during irradiation. Moscow. Energoatomizdat. 1987, p. fifteen.
4. Ресурсные испытания термоэмиссионного преобразователя /Е.С.Бекмухамбетов, В. И.Бержатый, В.П.Грицаенко и др. - Атомная энергия, т. 35, вып. 6., 1973, с. 387-390. 4. Resource tests of the thermionic converter / E.S. Bekmukhambetov, V. I. Berzhaty, V. P. Gritsenko, etc. - Atomic energy, vol. 35, no. 6., 1973, p. 387-390.
5. Некоторые результаты послереакторных исследований шестиэлементной термоэмиссионной сборки, проработавшей 2670 ч. /Г.А.Батырбеков, Е.С.Бекмухамбетов, В. И. Бержатый и др. - Атомная энергия, т. 40, вып. 5, 1976, с. 382-384. 5. Some results of post-reactor studies of a six-element thermionic assembly, which worked for 2670 hours / G.A. Batyrbekov, E.S. Bekmukhambetov, V.I. Berzhaty et al. - Atomic energy, vol. 40, no. 5, 1976, p. 382-384.
6. Синявский В.В. Методы определения характеристик термоэмиссионных твэлов. -Москва. Энергоатомиздат, 1990, с. 39-95. 6. Sinyavsky V.V. Methods for determining the characteristics of thermionic fuel elements. -Moscow. Energoatomizdat, 1990, p. 39-95.
7. Л.М.Качанов. Теория ползучести. Физматгиз. Москва, 1960, с. 20. 7. L.M. Kachanov. Creep theory. Fizmatgiz. Moscow, 1960, p. 20.
8. В.И.Феодосьев. Сопротивление материалов. Физматгиз. Москва, 1962, с. 294. 8. V.I. Feodosiev. Strength of materials. Fizmatgiz. Moscow, 1962, p. 294.
9. Займовский А.С., Калашников В.В., Головнин И.С. Тепловыделяющие элементы атомных реакторов. Москва. Атомиздат. 1966, с. 9. 9. Zaimovsky A.S., Kalashnikov V.V., Golovnin I.S. Fuel elements of nuclear reactors. Moscow. Atomizdat. 1966, p. 9.
10. [9], с. 504. 10. [9], p. 504.
11. [6], с.73. 11. [6], p. 73.
12. Зубарев П. В., Тачкова Н.Г. Повышение жаропрочности монокристаллических тугоплавких металлов. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Атомное материаловедение, выпуск 5(16). Государственный комитет по использованию атомной энергии СССР. 1982, с. 28. 12. Zubarev P.V., Tachkova N.G. Increasing the heat resistance of single-crystal refractory metals. Questions of atomic science and technology. Series: Atomic Materials Science, Issue 5 (16). State Committee for the Use of Atomic Energy of the USSR. 1982, p. 28.
Claims (1)
где τ
εп - относительный объем газовой полости в топливно-эмиттерном узле электрогенерирующего элемента;
δэ - отношение толщины эмиттерной оболочки к его диаметру;
qF - тепловая мощность, поступающая из топлива на эмиттерную оболочку электрогенерирующего элемента, Вт/м2;
Тэ - температура эмиттера электрогенерирующего элемента, К;
D - диаметр эмиттера, м;
m - показатель ползучести материала эмиттерной оболочки;
B1 - коэффициент ползучести материала эмиттерной оболочки, (Па)-m·с-1;
d - величина межэлектродного зазора в электрогенерирующем элементе, м;
ΔT - перепад температуры по топливу в топливно-эмиттерном узле, К;
размерность коэффициента 4,14 · 10-13[1/град].The method of life tests of a thermionic power generating element with a fuel-emitter assembly, including installing it as a part of the power generating channel in the reactor, measuring the heat power of the power generating element at constant thermal power of the reactor, estimating the temperature of the emitter, monitoring the activity of gases at the outlet of the power generating channel, characterized in that as an electro-generating element, an electro-generating element with a vented fuel-emitter unit was used, and measured e thermal power electricity generating element and the emitter temperature estimate produced at the time of abrupt fall gas activity is then determined maximum residual resource thermionic power generating element according to the expression
where τ
ε p - the relative volume of the gas cavity in the fuel-emitter node of the power generating element;
δ e - the ratio of the thickness of the emitter shell to its diameter;
q F is the heat power coming from the fuel to the emitter shell of the power generating element, W / m 2 ;
T e - emitter temperature of the power generating element, K;
D is the diameter of the emitter, m;
m is the creep rate of the material of the emitter shell;
B 1 - creep coefficient of the material of the emitter shell, (Pa) -m · s -1 ;
d is the magnitude of the interelectrode gap in the power generating element, m;
ΔT is the temperature difference in fuel in the fuel-emitter unit, K;
coefficient dimension 4.14 · 10 -13 [1 / deg].
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99110461/06A RU2165654C2 (en) | 1999-05-17 | 1999-05-17 | Method for life tests of thermionic power-generating element with fuel-emitter unit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99110461/06A RU2165654C2 (en) | 1999-05-17 | 1999-05-17 | Method for life tests of thermionic power-generating element with fuel-emitter unit |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU99110461A RU99110461A (en) | 2001-02-20 |
RU2165654C2 true RU2165654C2 (en) | 2001-04-20 |
Family
ID=20220020
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99110461/06A RU2165654C2 (en) | 1999-05-17 | 1999-05-17 | Method for life tests of thermionic power-generating element with fuel-emitter unit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2165654C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2550744C1 (en) * | 2014-05-21 | 2015-05-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") | Single-crystal emitter shell and method of its manufacture |
RU2673061C1 (en) * | 2017-12-12 | 2018-11-22 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Method of predicting efficiency of thermionic electrogenerated element with a ventilate fuel element |
-
1999
- 1999-05-17 RU RU99110461/06A patent/RU2165654C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
WO 93\03494 A1, 18.02.1993. * |
БЕКМУХАМБЕТОВ Е.С. и др. Ресурсные испытания термоэмиссионного преобразователя, Атомная энергия, 1973, т.35, вып.6, с.387-390. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2550744C1 (en) * | 2014-05-21 | 2015-05-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") | Single-crystal emitter shell and method of its manufacture |
RU2673061C1 (en) * | 2017-12-12 | 2018-11-22 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Method of predicting efficiency of thermionic electrogenerated element with a ventilate fuel element |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2172943B1 (en) | Doppler reactivity coefficient measuring method | |
Shewfelt et al. | A high-temperature creep model for Zr-2.5 wt% Nb pressure tubes | |
KR20100099689A (en) | Method of measuring the internal surface temperature of a pipe and associated device | |
RU2165654C2 (en) | Method for life tests of thermionic power-generating element with fuel-emitter unit | |
JPS5842404B2 (en) | Method and device for measuring the internal gap of nuclear reactor fuel rods | |
Shewfelt et al. | A high-temperature longitudinal strain rate equation for Zr-2.5 wt% Nb pressure tubes | |
US3084541A (en) | Gauge for measuring the displacement of a body | |
CN114420329B (en) | Method for measuring nuclear reactor fuel temperature | |
RU2224306C2 (en) | Method for life tests of thermionic power- generating cell with cooling system of its fuel- emitter assembly | |
Testa et al. | In-pile fuel studies for design purposes | |
Paramonov et al. | Test results of Ya-21u thermionic space power system | |
RU1803939C (en) | Method of determination of interelectrode gap of elements under loop life test of electricity-generating channels | |
Hosoma et al. | Accurate volume measurement system for plutonium nitrate solution | |
RU2228549C1 (en) | Method for evaluating heat release in fuel element when refining it in loop channel | |
RU2673061C1 (en) | Method of predicting efficiency of thermionic electrogenerated element with a ventilate fuel element | |
DUCHENE-CEAISACLAY | DEVELOPMENT OF A" MIXED INCORE SYSTEM'(FIXED AND MOVABLE) BASED ON SUBIUINIATURIZED FISSION CHAMBEllS DESCRIPTION AND FIRST TEST RESULTS | |
Hertel | Development of a Novel MEMS Thermal Sensor Array for Pebble Bed HTGRs | |
Stuckert et al. | Experimental and modeling results of the QUENCH-19 bundle tests with FeCrAl claddings | |
RU2004032C1 (en) | Method of determination of distribution of pressure of vapor of cesium in interelectrode gaps of elements of current-generating channel under loop tests | |
Kato et al. | Self-Limiting Power Excursion Characteristics of Light Water Reactor,(III) Instrumentation for HTR-Pulse Operation | |
KR800001625B1 (en) | Method and apparatus for mintoring the axial power distribution within the core of anuclear nuclear reactor exterior of the reactor | |
Sumida et al. | Preliminary Test of Thermionic Converter/Heat Pipe Assembly | |
RU2042230C1 (en) | Thermal emission reactor transducer | |
RU2223559C2 (en) | Method for life tests of thermionic power-generating cells with cooled fuel-emitter assembly | |
Wakayama et al. | Development on experimental VHTR instrumentation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20030518 |