RU2275702C2 - Device for simulating thermomechanical destruction of nuclear-reactor fuel channel - Google Patents
Device for simulating thermomechanical destruction of nuclear-reactor fuel channel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2275702C2 RU2275702C2 RU2004117760/06A RU2004117760A RU2275702C2 RU 2275702 C2 RU2275702 C2 RU 2275702C2 RU 2004117760/06 A RU2004117760/06 A RU 2004117760/06A RU 2004117760 A RU2004117760 A RU 2004117760A RU 2275702 C2 RU2275702 C2 RU 2275702C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heating
- heater
- igniter
- temperature
- pipe
- Prior art date
Links
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
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области экспериментальных теплофизических исследований по безопасности атомных электростанций и может быть использовано при реализации методов по изучению аварийных ситуаций, проблем одиночного и множественного разрушений топливных каналов ядерных реакторов типа РБМК, а также в промышленности и исследовательской практике при проведении различных тепловых испытаний.The present invention relates to the field of experimental thermophysical studies on the safety of nuclear power plants and can be used to implement methods for the study of emergency situations, problems of single and multiple destruction of the fuel channels of nuclear reactors such as RBMK, as well as in industry and research practice when conducting various thermal tests.
Известно устройство для имитации термомеханического разрушения топливного канала ядерного реактора, которое использовалось для исследования аварий с нарушением штатного теплосъема в технологическом канале (ТК) РБМК (Экспериментальное и расчетно-теоретическое исследование поведения и разрушения одиночной трубы ТК РБМК в аварийных условиях типа LOCA: Отчет о НИР (промежуточ.) / ЭНИЦ; Электрогорск; Руководитель Гашенко В.А. - № ГР 01.9.80.009251; Инв. № 02.20.002048.1999. - 41 с.). Устройство содержало отрезок штатной (необлученной) канальной трубы ТК РБМК из циркониевого сплава длиной 1410 мм с двумя штатными переходниками и массивными фланцами из нержавеющей стали для подвода электрического тока, рабочая мощность составляла порядка 60 кВт. Аварийные сценарии, связанные с разогревом и разрушением ТК, производились по схеме прямого нагрева, при которой канальная труба нагревалась джоулевым теплом, выделяющимся при непосредственном пропускании через нее электрического тока. Результаты известного эксперимента: разрыв трубы в незапланированном месте, заданные параметры и скорость нагрева не получены.A device is known for simulating the thermomechanical destruction of the fuel channel of a nuclear reactor, which was used to study accidents with disruption of standard heat removal in the RBMK technological channel (TK) (Experimental and computational-theoretical study of the behavior and destruction of a single tube of RBMK TK in LOCA type emergency conditions: Research report (interim.) / ENIC; Elektrogorsk; Head Gashenko V.A. - No. ГР 01.9.80.009251; Inv. No. 02.20.002048.1999. - 41 p.). The device contained a segment of a standard (non-irradiated) channel pipe of the RBMK shopping center made of zirconium alloy with a length of 1410 mm with two standard adapters and massive stainless steel flanges for supplying electric current, the operating power was about 60 kW. Emergency scenarios associated with the heating and destruction of the fuel cells were carried out according to the direct heating scheme, in which the channel pipe was heated by the Joule heat released by directly passing electric current through it. Results of a well-known experiment: pipe rupture in an unplanned place, set parameters and heating rate were not obtained.
Основные недостатки известного устройства: сложность локализации разогрева трубы в заданном месте; сложность управления процессом нагрева (температурой и скоростью) при экспериментах как с одиночной канальной трубой, так и канальной трубой с графитовыми элементами (штатные графитовые кольца и блоки); необходимость использования для этих целей специального дополнительного оборудования (рассеиватели тепла, внешние подогреватели), мощных регулируемых источников питания и т.п. Кроме того, вместо натурной рабочей среды (пароводяная смесь с температурой 310°С и давлением до 8 МПа) использовалась более упрощенная (газ-азот).The main disadvantages of the known device: the difficulty of localizing the heating of the pipe in a given place; the difficulty of controlling the heating process (temperature and speed) in experiments with both a single channel pipe and a channel pipe with graphite elements (regular graphite rings and blocks); the need to use for these purposes special additional equipment (heat dissipators, external heaters), powerful regulated power sources, etc. In addition, instead of a full-scale working medium (steam-water mixture with a temperature of 310 ° С and pressure up to 8 MPa), a more simplified one (gas-nitrogen) was used.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является известное устройство для имитации термомеханического разрушения топливного канала ядерного реактора, содержащее отрезок штатной канальной трубы ТК РБМК с графитовыми элементами и косвенный нагреватель, размещенный внутри данной трубы в заданном месте (Расчетно-экспериментальный анализ термомеханического поведения трубы ТК РБМК с графитовыми элементами типа LOCA: Отчет о НИР (заключ.) / ЭНИЦ; Электрогорск; Руководитель Локтионов В.Д. - № ГР 01.200.1.19092; Инв. № 02.20.02 04339.2001. - 70 с.). Нагреватель выполнялся из углеродных материалов, стержневого типа, с жидкометаллическими токоподводми. Были использованы: рабочая среда - газ-азот; электропитание - три трансформатора по 100 кВА каждый; дополнительное и вспомогательное оборудование; герметизация трубы - двухсторонняя и т.п. Нагрев производился в две стадии: сначала стартовая - разогрев канальной трубы до 300-600°С по схеме прямого нагрева, затем активная - быстрый подвод мощности к косвенному нагревателю. Результаты известного эксперимента: разрушение разогреваемого макета ТК на 178 секунде, сопровождаемое возгоранием косвенного нагревателя; скорость разогрева канальной трубы была достигнута порядка 6 К/с при изменении давления рабочей среды от 6,2 до 6,9 МПа.; выполнить до конца заданную программу нагрева не удалось.Closest to the technical nature of the present invention is a known device for simulating thermomechanical destruction of the fuel channel of a nuclear reactor, containing a segment of the standard channel pipe TK RBMK with graphite elements and an indirect heater placed inside the pipe in a given place (Calculation and experimental analysis of the thermomechanical behavior of the pipe TK RBMK with graphite elements of the LOCA type: Research report (report) / ENIC; Elektrogorsk; Head Loktionov VD - No. ГР 01.200.1.19092; Inv. No. 02.20.02 04339.2001. - 70 p.). The heater was made of carbon materials, rod type, with liquid metal current leads. Were used: the working environment is gas-nitrogen; power supply - three transformers of 100 kVA each; additional and auxiliary equipment; pipe sealing - double-sided, etc. The heating was carried out in two stages: first, starting - heating the channel pipe to 300-600 ° C according to the direct heating scheme, then active - fast power supply to the indirect heater. The results of a well-known experiment: the destruction of the heated prototype TC at 178 seconds, followed by the ignition of an indirect heater; the heating rate of the channel pipe was reached about 6 K / s with a change in the pressure of the working medium from 6.2 to 6.9 MPa .; It was not possible to complete the specified heating program to the end.
Основные недостатки известного устройства: ненадежность косвенного нагревателя; сложность его конструкции и его токоподводов; сложность управления нагревом и его скоростью; большие энергетические, материальные, трудовые затраты.The main disadvantages of the known device: the unreliability of the indirect heater; the complexity of its design and its current leads; the difficulty of controlling the heating and its speed; high energy, material, labor costs.
Указанные недостатки устраняются в заявляемом изобретении. Технический результат, на достижение которого направлено данное изобретение, заключается в повышении надежности работы нагревателя, в упрощении его конструкции и его токоподводов, что обеспечивается тем, что нагреватель выполнен в виде термитной шашки из СВС-смесей, снабжен воспламенителем, защитными, герметичными оболочками и смонтирован на передвижном опорном узле, при этом сохранность формы продуктов горения шашки и управление нагревом в процессе самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) обеспечены подбором исходных компонентов термитной смеси, размещением ее слоев и воспламенителя в объеме шашки, а также наличием центрирующих элементов в форме дисков, крестовин, подпружинивающих элементов, закрепленных на опорном узле.These disadvantages are eliminated in the claimed invention. The technical result to which this invention is directed is to increase the reliability of the heater, to simplify its design and its current leads, which is ensured by the fact that the heater is made in the form of a termite block from SHS mixtures, equipped with an igniter, protective, sealed shells and mounted on a mobile support unit, while the preservation of the shape of the combustion products of the checkers and the control of heating in the process of self-propagating high-temperature synthesis (SHS) are ensured by the selection of of the components of the termite mixture, the placement of its layers and the igniter in the volume of the checker, as well as the presence of centering elements in the form of disks, crosses, spring elements, mounted on the support node.
Достижение технического результата, заключающееся в повышении надежности работы нагревателя, обеспечивается тем, что нагреватель выполняется в виде термитной шашки из СВС-смесей, и ее высокотемпературные продукты горения, получаемые в процессе самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), обеспечивают надежность нагрева канала до заданной температуры и надежность регулирования скорости нагрева. Из теории и практики СВС известно, что нагрев реагентов в волне СВС может происходить как по простому, так и весьма сложному закону. При этом достигаются высокие температуры процесса - 1400-4000°С, большие скорости распространения фронта горения - 0,5-15 см/с, а скорость нагрева может изменяться в каждый момент времени в очень широком диапазоне (от 0 до 106 К/с), который не доступен другим методам.The achievement of the technical result, which consists in increasing the reliability of the heater, is ensured by the fact that the heater is made in the form of a thermite block from SHS mixtures, and its high-temperature combustion products obtained in the process of self-propagating high-temperature synthesis (SHS) ensure the reliability of heating the channel to a given temperature and reliability of regulation of the heating rate. It is known from the theory and practice of SHS that heating of reagents in a SHS wave can occur both according to a simple and very complex law. In this case, high process temperatures are achieved - 1400-4000 ° C, high propagation rates of the combustion front - 0.5-15 cm / s, and the heating rate can vary at any time in a very wide range (from 0 to 10 6 K / s ), which is not available to other methods.
Помещение термитной шашки и воспламенителя в защитные, герметичные оболочки обеспечивает надежность поджигания СВС-смеси и надежность работы нагревателя практически в любой заданной рабочей среде внутри исследуемой трубы.The placement of the termite checker and igniter in protective, sealed enclosures ensures the reliability of ignition of the SHS mixture and the reliability of the heater in almost any given working environment inside the pipe under study.
Передвижным опорным узлом обеспечивается установка нагревателя и разогрев трубы на заданном участке. Центрирующие элементы опорного узла обеспечивают осесимметричное положение нагревателя в трубе и постоянство величины зазора между внутренними стенками трубы и нагревателем, а подпружинивающие элементы - беспрепятственное перемещение опорного узла вдоль трубы при его установке в заданную область нагрева.The mobile support unit provides the installation of a heater and heating of the pipe in a given area. The centering elements of the support unit provide the axisymmetric position of the heater in the pipe and the constancy of the gap between the internal walls of the pipe and the heater, and the springing elements ensure the unimpeded movement of the support unit along the pipe when it is installed in a given heating region.
Изменением состава термитной СВС-смеси, процентных долей добавок компонентов в смеси обеспечивают заданные температуру и скорость разогрева канала. Помимо этого, подбором исходных компонентов термитной смеси также обеспечивают сохранение формы, размеров, местоположение нагревательного элемента в канале на период - после сгорания термитной смеси и до разрыва трубы.A change in the composition of the termite SHS mixture and the percentage fractions of the components in the mixture provide the specified temperature and heating rate of the channel. In addition, the selection of the initial components of the thermite mixture also ensures the preservation of the shape, size, location of the heating element in the channel for a period after the combustion of the thermite mixture and until the pipe ruptures.
Использование быстрогорящих барьерных слоев в составе термитной смеси, изменение места расположения их и воспламенителя в объеме шашки (например, вдоль или поперек) позволяют управлять временем сгорания СВС-смеси, регулировать температуру и скорость нагрева канала.The use of quick-burning barrier layers in the composition of the thermite mixture, changing the location of them and the igniter in the volume of the checker (for example, along or across) allows you to control the combustion time of the SHS mixture, to control the temperature and heating rate of the channel.
Достижение технического результата, заключающееся в упрощении конструкции нагревателя, обеспечивается тем, что нагреватель выполняется в виде термитной шашки, которая обычно сама по себе проста и конструктивно, и в изготовлении. Известные методы изготовления термитных шашек просты и доступны: вручную; с помощью вибратора; таблетированием и т.п., при этом из недорогих недефицитных материалов (например, СВС-смеси из порошков FeO, WO3, Al, SiO2, С и др.). Упрощение конструкции токоподводов нагревателя создается из-за значительного уменьшения (в сотни раз, по сравнению с прототипом) рабочего тока и сечения проводников, поскольку воспламенение термитной шашки при электрической системе поджига осуществляется всего лишь кратковременной подачей электрического импульса малой мощности (около 500 Вт) на спираль, погруженную в термитную смесь. Токоподводами к спирали в этом случае являются два проводника (прямой и обратный, сечением порядка 2,5 мм2, ток 10 ампер). Такие токоподводы свободно размещаются в ограниченном натурными габаритами рабочем пространстве внутри трубы, что облегчает выполнение электрической изоляции между разнополярными проводниками; упрощает герметизацию и конструкцию нагревателя (нет необходимости выполнять нагреватель с двухсторонним токоподводом) и одновременно повышает надежность работы нагревателя.The achievement of the technical result, which consists in simplifying the design of the heater, is ensured by the fact that the heater is made in the form of a termite block, which is usually simple and constructive in itself, and in manufacturing. Known methods for the manufacture of termite blocks are simple and accessible: manually; using a vibrator; tableting, etc., while from inexpensive non-deficient materials (for example, SHS mixtures of powders FeO, WO 3 , Al, SiO 2 , C, etc.). Simplification of the design of the heater’s current leads is due to a significant reduction (by hundreds of times, compared to the prototype) of the operating current and the cross section of the conductors, since the termite block is ignited in the electric ignition system by only a short-time supply of an electric pulse of low power (about 500 W) to the spiral immersed in a thermite mixture. The current leads to the spiral in this case are two conductors (forward and reverse, cross-section of the order of 2.5 mm 2 , current 10 amperes). Such current leads are freely placed in a limited working space inside the pipe, which facilitates the electrical isolation between bipolar conductors; simplifies the sealing and design of the heater (there is no need to perform a heater with a two-sided current supply) and at the same time increases the reliability of the heater.
На чертеже изображен один из вариантов заявляемого устройства для имитации термомеханического разрушения топливного канала ядерного реактора.The drawing shows one of the variants of the claimed device for simulating thermomechanical destruction of the fuel channel of a nuclear reactor.
Устройство содержит разъемное фланцевое соединение исследуемой канальной трубы 1 и крышки 2 с уплотнительной прокладкой 3. Внутри канальной трубы 1, в рабочей среде, подвешен передвижной опорный узел 4, включающий: соединительную трубу 5, которая с помощью разъемных соединений на концах верхней втулкой 6 через уплотнительные прокладки 7 герметично присоединена к крышке 2, а нижней втулкой 8 - герметично к термитной шашке 9, размещенной на платформе 10; стяжные шпильки 11; центрирующие элементы в форме дисков (или крестовин) 12 и подпружинивающих элементов, например, из проволоки пружинной 13. Термитная шашка 9, выполненная из СВС-смесей 14 и снабженная воспламенителем в виде вольфрамовой электрической спирали 15, размещенной в защитной электроизоляционной втулке 16, имеет защитную оболочку, выполненную в форме герметичного тонкостенного стакана (например, из латунной фольги, или нержавеющей стали) 17. Спираль 15 с помощью электрически изолированных друг от друга токоподводов, состоящих из: токовводов 18, инициирующих проводов 19, протянутых через соединительную трубу 5, и конических токовводов 20, герметично запрессованных в крышке 2, подключена внешними электрическими связями к источнику питания (последние на чертеже условно не показаны). В качестве электроизоляции 21 используют электроизоляционные материалы, например, на основе фторопласта.The device comprises a detachable flange connection of the studied channel pipe 1 and cover 2 with a gasket 3. Inside the channel pipe 1, in the working medium, a movable support unit 4 is suspended, including: a connecting pipe 5, which, using detachable connections at the ends of the upper sleeve 6 through the sealing gaskets 7 are hermetically attached to the lid 2, and the lower sleeve 8 is hermetically attached to the termite checker 9 placed on the platform 10; tie rods 11; centering elements in the form of disks (or crosses) 12 and spring elements, for example, of spring wire 13. A thermometer checker 9 made of SHS mixtures 14 and equipped with an igniter in the form of a tungsten electric spiral 15, placed in a protective electrical insulating sleeve 16, has a protective a shell made in the form of a sealed thin-walled cup (for example, made of brass foil or stainless steel) 17. Spiral 15 using electrically isolated from each other current leads, consisting of: current leads 18, initiate The conductor wires 19, drawn through the connecting pipe 5, and the conical current leads 20, hermetically pressed into the cover 2, are connected by external electrical connections to a power source (the latter are not shown conventionally in the drawing). As the electrical insulation 21, electrical insulation materials are used, for example, based on fluoroplastic.
Устройство работает следующим образом:The device operates as follows:
На испытательном стенде монтируют макет ТК, обычно представляющий фрагмент штатного ТК ядерного реактора, содержащий штатную канальную трубу 1. Исходя из заданных параметров и сценария эксперимента по имитации термомеханического разрушения ТК ядерного реактора, изготавливают термитную СВС-смесь 14. В ее состав включают высокотемпературные СВС-смеси, такие как, например, порошки окислов, выбранных из группы: WO3, Fe2О3, МоО3, с восстановителями, выбранными из группы: Al, Si, Mg, разбавителями, выбранными из группы: Al2О3, SiO2, С, и другие исходные компоненты в определенных пропорциях и соотношениях. Затем изготавливают известными способами термитную шашку 9 с воспламенителем в виде вольфрамовой спирали 15 (необходимым условием при сборке является касание спирали термитной смеси). В зависимости от состояния (агрессивности, влажности и т.п.) рабочей среды внутри трубы, термитную шашку 9 с воспламенителем 15 и ее токоподводы помещают в защитные, герметичные оболочки или обходятся без них. Инициирующие провода 19 при этом могут быть выполнены как голыми, так и в термостойкой электроизоляции. В качестве оболочки 17 для термитной шашки 9 используют, например, фольгу из латуни толщиной 0,1-0,2 мм или нержавеющую сталь с толщиной стенки 1-2 мм. В первом случае, после воспламенения и в процессе горения термитной шашки 9, защитный чехол (оболочка) 17 из фольги разрушается - сгорает в волне СВС. Во втором случае - защитный чехол (оболочка) 17 из стали сохраняется и участвует в теплообмене со стенкой канальной трубы 1, замедляя теплообмен, т.е. в данном случае он является так называемым барьерным слоем. Кроме того, при изготовлении термитной шашки 9 используют различные варианты ее исполнения, влияющие на процесс нагрева ТК, например, такие:A TK mock-up is mounted on the test bench, usually representing a fragment of a standard nuclear reactor fuel cell containing a standard channel pipe 1. Based on the specified parameters and the experiment scenario for simulating the thermomechanical destruction of a nuclear reactor fuel cell, a thermite SHS mixture 14 is made. It includes high-temperature SHS mixtures, such as, for example, powders of oxides selected from the group: WO 3 , Fe 2 O 3 , MoO 3 , with reducing agents selected from the group: Al, Si, Mg, diluents selected from the group: Al 2 O 3 , SiO 2 , C, and other initial components in certain proportions and ratios. Then, by a known method, a termite block 9 with an igniter in the form of a tungsten spiral 15 is made (a necessary condition for assembly is the contact of the spiral of the termite mixture). Depending on the state (aggressiveness, humidity, etc.) of the working medium inside the pipe, the termite block 9 with an igniter 15 and its current leads are placed in protective, sealed shells or dispense with them. Initiating wires 19 can be performed both bare and in heat-resistant electrical insulation. As a shell 17 for a termite block 9, for example, a brass foil with a thickness of 0.1-0.2 mm or stainless steel with a wall thickness of 1-2 mm is used. In the first case, after ignition and during the burning of the termite block 9, the protective cover (shell) 17 of the foil is destroyed - it burns down in the SHS wave. In the second case, a protective cover (shell) 17 of steel is retained and participates in heat transfer with the wall of the channel pipe 1, slowing down heat transfer, i.e. in this case, it is the so-called barrier layer. In addition, in the manufacture of termite checkers 9 use various options for its execution, affecting the heating process of the TC, for example, such:
1. Для надежности поджигания термитной смеси во влажной среде спираль помещают в кварцевый стакан и наполняют его высокотемпературным легко воспламеняемым термитным составом, например стехиометрическая смесь окиси вольфрама с алюминием, имеющая температуру горения 3500 К.1. For reliability of igniting a thermite mixture in a humid environment, the spiral is placed in a quartz glass and filled with a high-temperature, highly flammable thermite composition, for example, a stoichiometric mixture of tungsten oxide with aluminum having a combustion temperature of 3500 K.
2. С целью ускорения сгорания термитной шашки и увеличения однородности разогрева канальной трубы воспламенитель располагают в различных точках термитной шашки. Например, при размещении воспламенителя по центральной оси шашки (вдоль или поперек), после воспламенения, фронт горения распространяется в обе стороны от воспламенителя и достигает краев шашки одновременно. Такой же результат получают и при аналогичном размещении слоя с быстрогорящим составом в многослойной шашке.2. In order to accelerate the combustion of the termite block and increase the uniformity of the heating of the channel pipe, the igniter is placed at various points of the termite block. For example, when placing the igniter on the central axis of the checker (along or across), after ignition, the combustion front extends to both sides of the igniter and reaches the edges of the checker at the same time. The same result is obtained with a similar placement of a layer with a quick-burning composition in a multilayer checker.
3. Температуру и скорость разогрева канала регулируют также с помощью изменения конструкции термитной шашки. Например, изменяют габариты шашки, зазор между шашкой и внутренней стенкой трубы; выполняют шашку многослойной, включая при этом слои с быстрогорящим составом (например, из Ti+C), которые дополнительно обеспечивают еще и надежность зажигания смеси. Создают барьерные слои - помещают термитную смесь в оболочку (например, бумажный футляр, молибденовая фольга и др.), устанавливают разные по величине зазоры между внутренней стороной этой оболочки и термитной смесью, а также применяют другие варианты, используемые при СВС-нагреве.3. The temperature and speed of heating the channel is also regulated by changing the design of the termite block. For example, change the dimensions of the checker, the gap between the checker and the inner wall of the pipe; perform a multilayer checker, including layers with a quick-burning composition (for example, from Ti + C), which additionally also provide reliability of ignition of the mixture. Create barrier layers - put the thermite mixture into the shell (for example, a paper case, molybdenum foil, etc.), set different gaps between the inner side of this shell and the thermite mixture, and also apply other options used for SHS heating.
Изготовленную с учетом выше изложенного термитную шашку 9; токоподводы к ней, начиная от электрической спирали 15 до конических токовводов 20 в крышке 2; центрирующие элементы 12 и 13 - все это монтируют на опорном передвижном узле 4. Собранную конструкцию, какими-либо подъемными средствами, устанавливают внутрь канальной трубы 1, в заданном месте нагрева. Место нагрева в ходе эксперимента можно изменять, устанавливая при сборке соединительную трубу 5 разной длины. По ходу монтажа выполняют необходимые герметизацию и электроизоляцию элементов устройства. Подают внутрь трубы 1 рабочую среду с заданными параметрами, задействуют все средства измерения и контроля. Кратковременной подачей электрического импульса от запального устройства (источника питания) на вольфрамовую спираль 15 осуществляют воспламенение термитной шашки 9 и начинают разогрев канальной трубы 1. Следует отметить то, что в практике СВС-нагрева, помимо электрического поджига термитной смеси с помощью спирали, существует множество других способов инициировать реакцию, и выбор одного из них определяется лишь удобствами, так как он не влияет на свойства получаемого продукта горения. Дальнейшие исследования производят согласно заданной программе эксперимента.Made in the light of the foregoing, the termite block 9; current leads to it, starting from the electric spiral 15 to the conical current leads 20 in the cover 2; the centering elements 12 and 13 - all this is mounted on a mobile supporting unit 4. The assembled structure, by any lifting means, is installed inside the channel pipe 1, at a predetermined heating location. The place of heating during the experiment can be changed by installing the connecting pipe 5 of different lengths during assembly. During installation, they perform the necessary sealing and electrical insulation of the device elements. They feed inside the pipe 1 a working medium with the given parameters, use all means of measurement and control. By briefly applying an electric pulse from the ignition device (power source) to the tungsten spiral 15, the thermite block 9 is ignited and the channel pipe 1 is heated. It should be noted that in the practice of SHS heating, in addition to the electric ignition of the thermite mixture using a spiral, there are many others ways to initiate the reaction, and the choice of one of them is determined only by convenience, since it does not affect the properties of the resulting combustion product. Further studies are carried out according to a given experiment program.
Предложенное устройство было использовано на экспериментальных стендах ЭНИЦ, Электрогорск, и ИСМАН, Черноголовка, при имитации аварийных ситуаций на макетах ТК РБМК с целью отработки конструкции термитного нагревателя и получения заданной динамики косвенного разогрева канальной трубы ТК.The proposed device was used at the experimental stands of ENITS, Elektrogorsk, and ISMAN, Chernogolovka, when simulating emergency situations on the mock-ups of the RBMK TC in order to refine the design of the termite heater and obtain the desired dynamics of indirect heating of the TC channel pipe.
Для сравнения с прототипом можно представить следующие позитивные результаты:For comparison with the prototype, the following positive results can be presented:
На стенде ТКР-Ф, ЭНИЦ, эксперименты проводились с термитной шашкой, размещенной внутри исследуемой трубы ТК РБМК в натурной рабочей среде - в потоке водяного пара с температурой до 330°С и давлением до 8 МПа. В качестве исходных термитных СВС-смесей были использованы смеси оксида вольфрама с алюминием. Такие смеси способны к горению, а продуктами их горения являются оксид алюминия и интерметаллиды вольфрама, разогретые до температуры 2000-2300°С. Габариты термитной шашки: цилиндр высотой 500 мм, наружным диаметром 60 мм, весом 3 кг, с герметичной оболочкой из латунной фольги толщиной 0,2 мм. Термитная шашка размещалась осесимметрично, в середине разогреваемой канальной трубы. При этом в качестве канальных труб использовались трубы 3-метровой длины из нержавеющей стали (в целях экономии штатных циркониевых труб) с натурными внутренним диаметром 80 мм и толщиной стенки 4 мм, а также штатные циркониевые трубы. Зажигание смеси производилось с верхнего торца шашки, время горения в условиях стенда составило порядка 20 секунд, тепловыделение - на уровне 6 МДж, температура поверхности шашки в начальный момент после процесса горения - 1600-1800°С, при этом до разрыва трубы нагреватель сохранил свою форму, размеры, местоположение в канале. При эксперименте со стальной трубой температура ее наружной стенки составляла 800°С, темп нагрева - порядка 10°С/с, а с циркониевой - при достижении на поверхности трубы температуры 713°С произошел ее разрыв, темп нагрева составлял около 20°С/с.At the TKR-F, ENITs stand, experiments were carried out with a termite block placed inside the test tube of the RBMK TC in a full-scale working medium - in a stream of water vapor with a temperature of up to 330 ° C and a pressure of up to 8 MPa. As the initial termite SHS mixtures, mixtures of tungsten oxide with aluminum were used. Such mixtures are capable of burning, and the products of their combustion are aluminum oxide and tungsten intermetallic compounds, heated to a temperature of 2000-2300 ° С. Dimensions of the termite block: cylinder, height 500 mm, outer diameter 60 mm, weight 3 kg, with an airtight shell made of brass foil 0.2 mm thick. The termite block was placed axisymmetrically in the middle of the heated channel pipe. At the same time, 3-meter-long stainless steel pipes were used as channel pipes (in order to save standard zirconium pipes) with full-sized inner diameter of 80 mm and a wall thickness of 4 mm, as well as regular zirconium pipes. The mixture was ignited from the upper end of the checker, the burning time in the test bench was about 20 seconds, the heat was released at 6 MJ, the surface temperature of the checker at the initial moment after the combustion process was 1600-1800 ° C, while the heater retained its shape until the pipe broke , dimensions, location in the channel. When experimenting with a steel pipe, the temperature of its outer wall was 800 ° С, the heating rate was about 10 ° С / s, and with zirconium - when the temperature reached 713 ° С on the pipe surface, it broke, the heating rate was about 20 ° С / s .
Эксперимент также показал, что при добавке компонента в виде 40% алюминия к указанной выше смеси и при увеличении давления среды от 1 до 8 МПа скорость горения смеси уменьшается от 0,86 до 0,68 см/с, а яркость свечения продуктов горения и время яркого свечения заметно возрастают.The experiment also showed that when a component in the form of 40% aluminum is added to the above mixture and when the pressure of the medium increases from 1 to 8 MPa, the burning rate of the mixture decreases from 0.86 to 0.68 cm / s, and the brightness of the glow of the combustion products and time bright glow increase markedly.
Кроме того, в ходе экспериментов были получены скорости нагрева исследуемых труб, превышающие 40°С/с.In addition, during the experiments, the heating rates of the tubes under study were obtained in excess of 40 ° C / s.
Расчетное время горения термитной смеси, заложенное при ее приготовлении, незначительно отличалось от полученного экспериментально - от долей секунд до 2-х секунд (в плюсовую или минусовую стороны).The estimated burning time of the thermite mixture laid during its preparation did not differ significantly from that obtained experimentally - from fractions of seconds to 2 seconds (in the plus or minus sides).
В настоящее время на маломасштабном стенде ТКР-Ф было успешно опробовано предложенное устройство с аналогичным по составу и конструкции нагревателем, но длиной 1000 мм. Такой нагреватель планируется задействовать в многоканальном фрагменте РБМК, смонтированном на крупномасштабном стенде ТКР (ЭНИЦ), пуск которого намечается в ближайшее время.Currently, on the small-scale stand TKR-F, the proposed device with a heater similar in composition and design, but 1000 mm long, has been successfully tested. Such a heater is planned to be used in a multi-channel RBMK fragment mounted on a large-scale TKR (ENIC) stand, the launch of which is planned in the near future.
Применение предложенного устройства, по сравнению с прототипом, за счет надежности работы нагревателя, простоты его конструкции позволит значительно сократить расход дефицитных материалов, оборудования, электроэнергии, трудозатрат и дать экономический эффект. А получаемая при этом надежность управления процессом нагрева ТК в широких диапазонах температуры и скорости позволит значительно расширить возможности проводимых в этой области экспериментов, результаты которых могут быть использованы для целей совершенствования и верификации расчетных термомеханических кодов, предназначенных для моделирования задач одиночного и множественного разрывов ТК РБМК.The use of the proposed device, compared with the prototype, due to the reliability of the heater, the simplicity of its design will significantly reduce the consumption of scarce materials, equipment, electricity, labor and give an economic effect. And the reliability of controlling the heating process of the heat transfer agent in wide ranges of temperature and speed obtained in this way will significantly expand the capabilities of the experiments conducted in this area, the results of which can be used to improve and verify the design thermomechanical codes designed to simulate the problems of single and multiple breaks of the RBMK fuel cell.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004117760/06A RU2275702C2 (en) | 2004-06-15 | 2004-06-15 | Device for simulating thermomechanical destruction of nuclear-reactor fuel channel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004117760/06A RU2275702C2 (en) | 2004-06-15 | 2004-06-15 | Device for simulating thermomechanical destruction of nuclear-reactor fuel channel |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004117760A RU2004117760A (en) | 2005-12-10 |
| RU2275702C2 true RU2275702C2 (en) | 2006-04-27 |
Family
ID=35868414
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004117760/06A RU2275702C2 (en) | 2004-06-15 | 2004-06-15 | Device for simulating thermomechanical destruction of nuclear-reactor fuel channel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2275702C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102855802A (en) * | 2012-08-31 | 2013-01-02 | 中国核动力研究设计院 | Spherical flue element equivalent model thermotechnical waterpower experimental apparatus |
-
2004
- 2004-06-15 RU RU2004117760/06A patent/RU2275702C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Расчетно-экспериментальный анализ термомеханического поведения трубы ТК РБМК с графитовыми элементами типа LOCA, Отчет о НИР, ГР 01.200.1.19092, ЭНИЦ, ВНИИАЭС, Электрогорск, 2001. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102855802A (en) * | 2012-08-31 | 2013-01-02 | 中国核动力研究设计院 | Spherical flue element equivalent model thermotechnical waterpower experimental apparatus |
| CN102855802B (en) * | 2012-08-31 | 2014-04-23 | 中国核动力研究设计院 | Spherical flue element equivalent model thermotechnical waterpower experimental apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004117760A (en) | 2005-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110517797B (en) | Nuclear reactor annular fuel damage experimental device and experimental method | |
| Bragin et al. | Physics of spontaneous ignition of high-pressure hydrogen release and transition to jet fire | |
| CN104078087B (en) | A kind of cluster testpieces of simulating Supercritical-Pressure Light Water Cooled Reactor fuel element | |
| Coward et al. | Ignition of Natural Gas-Air Mixtures By Heated Metal Bars1 | |
| CN106525895A (en) | Device and method for high temperature melt growth choking experiment | |
| RU2275702C2 (en) | Device for simulating thermomechanical destruction of nuclear-reactor fuel channel | |
| Veldman et al. | An experimental investigation of the heat transfer from a bouyant gas plume to a horizontal ceiling. Part 1: Unobstructed ceiling | |
| Mankowski et al. | High voltage subnanosecond dielectric breakdown | |
| RU2263982C2 (en) | Method for simulating thermomechanical destruction of nuclear reactor fuel channel | |
| CN105114979A (en) | Electric igniter used for thermit reaction | |
| Min et al. | COMSOL simulation for design of induction heating system in VULCAN facility | |
| CN114235887A (en) | Visual experimental apparatus of high temperature high pressure single stick critical heat flux density | |
| GB1567769A (en) | Process for the uniform ignition of an ignitable reaction mass and fuel rod therefor | |
| CN209614560U (en) | A kind of exothermic weld ignition device | |
| Li et al. | Experimental and theoretical investigation on radiation loss for a fault arc between different material electrodes in an enclosed air tank | |
| CN108693046A (en) | Device for quickly elevating temperature for metal tube explosion bulge test and the method that is rapidly heated | |
| CN110082476A (en) | A kind of metal burning pilot system | |
| CN103884023A (en) | Telescopic combustible liquid igniter | |
| RU135440U1 (en) | DEVICE FOR SIMULATION OF THE MAXIMUM DESIGN ACCIDENT OF REACTORS OF VVER TYPE | |
| Wang et al. | Ignition delay of fluorinated ethylene propylene wire insulation in a forced flow field in microgravity | |
| CN219799358U (en) | Ablation resistance assessment device for thermal protection material | |
| RU2696624C1 (en) | Combined tubular heater | |
| CN201915929U (en) | Three-phase overlong high-power heating pipe of oil well | |
| CN103953946B (en) | A kind of nuclear power hydrogen igniter | |
| RU2526328C1 (en) | Ampoule device for in-reactor analysis |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060616 |