RU2634309C1 - Способ измерения концентрации гелия в тепловыделяющем элементе - Google Patents
Способ измерения концентрации гелия в тепловыделяющем элементе Download PDFInfo
- Publication number
- RU2634309C1 RU2634309C1 RU2016144956A RU2016144956A RU2634309C1 RU 2634309 C1 RU2634309 C1 RU 2634309C1 RU 2016144956 A RU2016144956 A RU 2016144956A RU 2016144956 A RU2016144956 A RU 2016144956A RU 2634309 C1 RU2634309 C1 RU 2634309C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- fuel
- fuel rod
- installation
- helium
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C17/00—Monitoring; Testing ; Maintaining
- G21C17/06—Devices or arrangements for monitoring or testing fuel or fuel elements outside the reactor core, e.g. for burn-up, for contamination
-
- 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
Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано при изготовлении тепловыделяющих элементов (твэлов). Способ измерения концентрации гелия в твэле включает подачу твэла в установку на позицию измерения. Проводят локальный импульсный нагрев участка оболочки твэла, измерение временных температурных зависимостей и определяют концентрации гелия в твэле. Перед подачей контролируемого твэла в установку измеряют температуру воздуха в установке, после размещения твэла на позицию измерения измеряют температуру оболочки твэла, измеряют временные температурные зависимости стандартных образцов, измерения проводят при всех сочетаниях допускаемых нижних и верхних значений температуры воздуха в установке и температуры оболочки твэла. Из совокупности результатов измерений со стандартными образцами и контролируемым твэлом определяют концентрацию гелия по соответствующей формуле. Изобретение позволяет повысить качество изготовления твэлов за счет возможности реализовать сплошной контроль содержания гелия в твэлах. 1 ил.
Description
Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано при изготовлении тепловыделяющих элементов (твэлов) на этапе проведения контроля концентраций гелия в них, в частности, в условиях конвейерного производства твэлов.
Известен разрушающий выборочный способ контроля состава газа под оболочкой твэла, при котором из определенной партии твэлов отбирают твэл, делают прокол его оболочки и определяют состав газов /Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов. Книга 2, под ред. Ф.Г. Решетникова. – М.: Энергоатомиздат, 1995, стр. 286-288/.
Недостатком выборочного контроля твэлов является то, что он не гарантирует, что вся партия твэлов соответствует/не соответствует установленным требованиям. Кроме того, способ требует издержек, связанных с разрушением готового твэла.
Известен «Способ контроля и разбраковки тепловыделяющих элементов и устройство для его осуществления» /патент РФ №2261498/.
Способ включает технологический контроль давления гелия, подаваемого в тепловыделяющий элемент перед окончательной герметизацией, и определение тепловым методом давления гелия под оболочкой тепловыделяющего элемента после его герметизации. Для этого тепловыделяющий элемент на позиции измерения фиксируют датчиком, по сигналу которого его зажимают и удерживают в течение всего времени контроля. Далее осуществляют локальный импульсный нагрев тепловыделяющего элемента в области компенсационного объема, регистрируют изменение температуры участков оболочки тепловыделяющего элемента при его повороте на 180° в начале и конце интервалов времени после нагрева и поворота (регистрируют временную зависимость температуры). При этом передача тепловой энергии через гелий внутри тепловыделяющего элемента приводит к возникновению разности температур на участках оболочки тепловыделяющего элемента, пропорциональных давлению гелия в тепловыделяющем элементе.
Недостатком аналога является невозможность выявления твэла, под оболочкой которого, кроме гелия, находится загрязняющий газ (воздух или азот), снижающий эксплуатационные характеристики твэлов.
Известен «Способ проверки тепловыделяющих элементов» /патент РФ №2552839/.
Способ включает определение давления гелия под оболочкой тепловыделяющего элемента после его герметизации, при котором удерживают тепловыделяющий элемент на позиции измерения в течение всего времени контроля, осуществляют локальный импульсный нагрев тепловыделяющего элемента в области компенсационного объема, регистрируют временную зависимость температуры участков оболочки в течение всего времени контроля, по ней судят о давлении гелия и состоянии тепловыделяющего элемента, согласно которому перед локальным нагревом по всему периметру части оболочки в области компенсационного объема обеспечивают исключение теплопередачи непосредственно по телу оболочки вдоль ее длины в другую сторону от участка нагрева, при этом удаленный участок выбирают на другой стороне области компенсационного объема, далее тепловыделяющий элемент выдерживают до выравнивания его температуры с температурой окружающей среды, а после завершения контроля создают температуру окружающей среды ниже 0°С, перед локальным нагревом тепловыделяющий элемент выдерживают до выравнивания его температуры с новой температурой окружающей среды, повторяют цикл нагрев-измерения с исключением теплопередачи по телу оболочки от места нагрева к удаленному участку и сравнивают полученные временные зависимости температур поверхности места нагрева и удаленного участка при разных температурах окружающей среды с калибровочными зависимостями для разных давлений гелия и с разными уровнями содержания воздуха в нем.
Способ проверки тепловыделяющих элементов обеспечивает выявление наличия воздуха под оболочкой твэла и определение давления газовой среды в твэле.
Недостатком способа является неудовлетворительная производительность при использовании его для сплошного контроля твэлов в жестких временных рамках конвейерного производства.
Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому изобретению является «Способ контроля тепловыделяющих элементов» /патент РФ №2552526/.
Способ контроля тепловыделяющих элементов включает определение давления гелия под оболочкой тепловыделяющего элемента после его герметизации, при котором удерживают тепловыделяющий элемент на позиции измерения в течение всего времени контроля, осуществляют локальный импульсный нагрев тепловыделяющего элемента в области компенсационного объема, регистрируют временную зависимость температуры участков оболочки в месте нагрева и на противоположной стороне оболочки в течение всего времени контроля, по ней судят о давлении гелия и состоянии тепловыделяющего элемента, согласно которому перед локальным нагревом тепловыделяющий элемент выдерживают до выравнивания его температуры с температурой окружающей среды, а после завершения контроля создают температуру окружающей среды ниже 0°С, перед локальным нагревом тепловыделяющий элемент выдерживают до выравнивания его температуры с новой температурой окружающей среды, повторяют цикл нагрев-измерения и сравнивают полученные временные зависимости давлений при разных температурах с калибровочными зависимостями для разных давлений гелия и с разными уровнями содержания воздуха в нем.
Недостаток способа-прототипа заключается в его низкой производительности. Она обусловлена многократным проведением времязатратных операций «выдержки твэла до выравнивания его температуры с температурой окружающей среды», «создание температуры окружающей среды ниже 0°С», что не позволяет использовать способ для оценки концентрации гелия в смеси с загрязняющим газом при сплошном контроле твэлов в жестких временных рамках их конвейерного производства.
Настоящее изобретение направлено на устранение недостатка способа-прототипа, а именно на разработку способа измерения концентрации гелия в смеси с воздухом или азотом в твэле, обладающего производительностью, необходимой для осуществления сплошного контроля твэлов в жестких временных рамках конвейерного производства.
Для решения поставленной задачи в способе измерения концентрации гелия в твэле, включающем подачу твэла в установку на позицию измерения, проведение локального импульсного нагрева участка оболочки твэла в области его компенсационного объема, измерение временных температурных зависимостей и определение концентрации гелия в твэле, предлагается:
дополнительно перед подачей твэла в установку на позицию измерения измерить температуру воздуха в установке, после размещения твэла на позицию измерения измерить температуру оболочки твэла;
дополнительно измерить температурные зависимости стандартных образцов в зависимости от температуры воздуха в установке, температуры оболочки и эффекта взаимодействия этих температур;
объемную концентрацию гелия в контролируемом твэле (Сх) определить по формуле
где C0, C1 - объемные концентрации гелия в стандартных образцах; , _ функциональные параметры временных температурных зависимостей стандартных образцов соответственно с концентрацией С0 и С1 при температуре воздуха в установке tв и температуре оболочки твэла tоб; - параметр временной температурной зависимости контролируемого твэла с неизвестной концентрацией гелия (х) при измеренной температуре воздуха в установке tв,х и температуре оболочки твэла tоб,х.
Сущность предложенного способа измерения концентрации гелия в твэле поясняется графическим материалом.
На фиг. 1 показан общий вид установки для реализации способа.
На фиг. 1 приняты следующие обозначения: 1 - корпус установки; 2 - тепловыделяющий элемент; 3 - узел фиксации твэла на позицию измерения; 4 - компенсационный объем твэла; 5 - индукционный нагреватель; 6 - дистанционный измеритель температуры; 7 - приспособление для измерения температуры воздуха в установке.
Способ осуществляют следующим образом. Физической основой способа измерения концентрации гелия в смеси с воздухом, находящейся под оболочкой твэла, является существенное различие теплопроводностей гелия и воздуха. Это различие свойств газов проявляется при локальном импульсном нагреве участка оболочки твэла, в частности, в виде зависимости температуры нагрева от концентрации гелия в твэле.
Способ использует относительный метод измерения, при котором концентрация гелия в контролируемом твэле определяется относительно стандартных образцов. В качестве стандартных образцов используют два имитатора твэла, один из которых имеет 100% концентрацию гелия под его оболочкой, другой - 100% концентрацию воздуха, оба газа под оболочками стандартных образцов находятся при давлении, равном давлению в контролируемом твэле.
Температурные условия проведения измерений с контролируемыми твэлами характеризуются непостоянством температур воздуха в установке и оболочки твэла в области его компенсационного объема, к тому же температура оболочки твэла имеет повышенную температуру, обусловленную проведением предыдущих операций по изготовлению твэла. Исключения влияния различающихся температурных условий в процессе проведения измерений со стандартными образцами и контролируемыми твэлами на конечный результат измерений - определение концентрации гелия в твэле - достигают приведением температурных условий измерений со стандартными образцами к температурным условиям измерений с контролируемыми твэлами. Для этого, во-первых, измерения с контролируемыми твэлами дополняют измерениями температуры воздуха в установке и температуры оболочки твэла и, во-вторых, измерения со стандартными образцами выполняют с возможностью получения функциональных зависимостей параметров временных температурных зависимостей от температуры воздуха в установке, температуры оболочки твэла и эффекта взаимодействия этих температур.
Измерения временных температурных зависимостей с каждым стандартным образцом проводят при всех сочетаниях допускаемых нижних и верхних уровней температур воздуха в установке и оболочки контролируемого твэла. Результат совместных измерений описывают зависимостью, связывающую параметр, количественно характеризующий временную температурную зависимость, с температурой воздуха в установке, температурой оболочки твэла и эффектом взаимодействия этих температур. Необходимость учета влияния эффекта взаимодействия температур обосновывается свойством неаддитивности температуры как физического понятия. Наиболее эффективно этот этап реализации способа выполняется с использованием математического планирования двухфакторного эксперимента с учетом влияния эффекта взаимодействия факторов /Зажигаев Л.С., Кимьянов А.А., Романиков Ю.И. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента. М.: Атомиздат, 1978, с. 232/.
В измерениях с контролируемыми твэлами температуру воздуха в установке измеряют до введения контролируемого твэла 2 на позицию измерения с использованием дистанционного измерителя температуры 6 и приспособления 7, представляющего собой рамку с закрепленной по ее периметру фольгой, температура которой находится в равновесии с температурой воздуха в установке. Температуру оболочки твэла 2 измеряют после его установки на позицию измерения, при этом контролируемый твэл закрывает поверхность фольги приспособления 7, а его оболочка оказывается в поле зрения дистанционного измерителя температуры.
В измерениях со стандартными образцами изменения температур воздуха в установке и оболочке твэла в диапазоне допускаемых технологических значений осуществляют с использованием внешних устройств, например камер холода, кондиционеров и различного рода нагревателей. Локальный импульсный нагрев участка оболочки компенсационного объема 4 твэла 2 осуществляют по всему его периметру с использованием индукционного нагревателя 5.
Таким образом, в предложенном способе в отличие от способа-прототипа отсутствуют времязатратные операции. Время измерения без учета установки твэла на позицию измерения и удаления твэла из установки после измерений составляет не более 20 секунд. Измерения со стандартными образцами - это разовые измерения, и проводятся они на этапе пусконаладочных работ, и поэтому их продолжительность не влияет на производительность способа. Достигнутая производительность способа позволяет организовать сплошной контроль твэлов в условиях их конвейерного производства.
Технический результат - повышение качества изготовления твэлов за счет предоставленной изобретением возможности реализовать сплошной контроль содержания гелия в твэлах в условиях их конвейерного производства, надежности эксплуатации твэлов в ядерных энергетических установках.
Промышленная применимость способа обосновывается тем, что все используемые технические средства для реализации способа известны до создания настоящего изобретения.
Claims (5)
- Способ измерения концентрации гелия в тепловыделяющем элементе (твэле), включающий подачу твэла в установку на позицию измерения, проведение локального импульсного нагрева участка оболочки твэла в области его компенсационного объема, измерение временных температурных зависимостей и определение концентрации гелия в твэле, отличающийся тем, что дополнительно перед подачей контролируемого твэла в установку измеряют температуру воздуха в установке, после размещения твэла на позицию измерения измеряют температуру оболочки твэла, измеряют временные температурные зависимости стандартных образцов, при этом измерения проводят при всех сочетаниях допускаемых нижних и верхних значений температуры воздуха в установке и температуры оболочки контролируемого твэла, объемную концентрацию гелия в контролируемом твэле (Сх) определяют по формуле
- где С0, С1 - объемные концентрации гелия стандартных образцов;
- Р0, P1 - параметры временных температурных зависимостей стандартных образцов соответственно с концентраций С0 и С1 при температуре воздуха в установке tв и температуре оболочки контролируемого твэла tоб;
- Px(tв,х; tоб,х) - параметр временной температурной зависимости контролируемого твэла при температуре воздуха в установке tв,х и температуре оболочки твэла tоб,х.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016144956A RU2634309C1 (ru) | 2016-11-15 | 2016-11-15 | Способ измерения концентрации гелия в тепловыделяющем элементе |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016144956A RU2634309C1 (ru) | 2016-11-15 | 2016-11-15 | Способ измерения концентрации гелия в тепловыделяющем элементе |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2634309C1 true RU2634309C1 (ru) | 2017-10-25 |
Family
ID=60154075
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016144956A RU2634309C1 (ru) | 2016-11-15 | 2016-11-15 | Способ измерения концентрации гелия в тепловыделяющем элементе |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2634309C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2760561C1 (ru) * | 2021-02-17 | 2021-11-29 | Акционерное общество «Научно-технический центр «Диапром» | Устройство для измерения концентрации гелия в тепловыделяющем элементе (твэле) |
RU2772652C1 (ru) * | 2021-12-02 | 2022-05-23 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Способ измерения концентрации гелия в тепловыделяющем элементе |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH034133A (ja) * | 1989-05-31 | 1991-01-10 | Shimadzu Corp | ヘリウムリークディテクタ |
RU94037398A (ru) * | 1994-09-29 | 1996-10-27 | Российский научный центр - "Курчатовский институт" | Способ обнаружения негерметичных твэлов |
RU2261489C2 (ru) * | 2003-10-31 | 2005-09-27 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Способ контроля и разбраковки тепловыделяющих элементов и устройство для его осуществления |
US20130219983A1 (en) * | 2010-11-12 | 2013-08-29 | Alan George | Rheometer standardisation |
RU2552526C1 (ru) * | 2013-11-19 | 2015-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр-Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина" | Способ контроля тепловыделяющих элементов |
-
2016
- 2016-11-15 RU RU2016144956A patent/RU2634309C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH034133A (ja) * | 1989-05-31 | 1991-01-10 | Shimadzu Corp | ヘリウムリークディテクタ |
RU94037398A (ru) * | 1994-09-29 | 1996-10-27 | Российский научный центр - "Курчатовский институт" | Способ обнаружения негерметичных твэлов |
RU2261489C2 (ru) * | 2003-10-31 | 2005-09-27 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Способ контроля и разбраковки тепловыделяющих элементов и устройство для его осуществления |
US20130219983A1 (en) * | 2010-11-12 | 2013-08-29 | Alan George | Rheometer standardisation |
RU2552526C1 (ru) * | 2013-11-19 | 2015-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр-Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина" | Способ контроля тепловыделяющих элементов |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2760561C1 (ru) * | 2021-02-17 | 2021-11-29 | Акционерное общество «Научно-технический центр «Диапром» | Устройство для измерения концентрации гелия в тепловыделяющем элементе (твэле) |
RU2772652C1 (ru) * | 2021-12-02 | 2022-05-23 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Способ измерения концентрации гелия в тепловыделяющем элементе |
RU2792982C1 (ru) * | 2022-12-07 | 2023-03-28 | Общество с Ограниченной Ответственностью "Инженерное Бюро Воронежского Акционерного Самолетостроительного Общества" | Способ измерения концентрации гелия в тепловыделяющем элементе |
RU2815729C1 (ru) * | 2023-06-27 | 2024-03-21 | Общество с Ограниченной Ответственностью "Инженерное Бюро Воронежского Акционерного Самолетостроительного Общества" | Способ контроля концентрации гелия в твэле |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Doremus et al. | Calibration of the potential drop method for monitoring small crack growth from surface anomalies–Crack front marking technique and finite element simulations | |
CN108008022B (zh) | 一种随温度变化的超声波传播速度测量方法 | |
Gandossi et al. | The potential drop method for monitoring crack growth in real components subjected to combined fatigue and creep conditions: application of FE techniques for deriving calibration curves | |
Spitas et al. | A three-point electrical potential difference method for in situ monitoring of propagating mixed-mode cracks at high temperature | |
CN203798759U (zh) | 一种玻璃热物性测试仪 | |
RU2634309C1 (ru) | Способ измерения концентрации гелия в тепловыделяющем элементе | |
Yu et al. | Thermo-TDR probe for measurement of soil moisture, density, and thermal properties | |
RU2664897C1 (ru) | Способ измерения тепловой постоянной времени термодатчика | |
Risitano et al. | Definition of the linearity loss of the surface temperature in static tensile tests | |
CN104316222B (zh) | 一种变压器温度计环境温度影响量的快速测量方法 | |
RU2552526C1 (ru) | Способ контроля тепловыделяющих элементов | |
RU2478939C1 (ru) | Способ измерения коэффициента температуропроводности теплоизоляционных материалов методом регулярного режима третьего рода | |
Cviklovič et al. | Using selected transient methods for measurements of thermophysical parameters of building materials | |
RU176601U1 (ru) | Устройство для определения тепловых свойств материалов | |
RU2772652C1 (ru) | Способ измерения концентрации гелия в тепловыделяющем элементе | |
RU2785084C1 (ru) | Способ определения температуропроводности и коэффициента теплопроводности | |
JP6299876B2 (ja) | 表面温度センサ校正装置 | |
RU186025U1 (ru) | Устройство для определения тепловых свойств материалов | |
CN105303043B (zh) | 减少激光闪光法有限脉冲时间效应的数据处理方法 | |
SU958937A1 (ru) | Способ определени термического сопротивлени | |
Skelton | Direct and indirect strain measurement during low cycle fatigue of metals at elevated temperature | |
CN108037001A (zh) | 金属软管力学性能检测装置及热态和冷态检测方法 | |
RU123161U1 (ru) | Устройство для определения теплофизических качеств обогреваемого бетона по температуропроводности в натурных условиях | |
RU2788562C1 (ru) | Способ определения комплекса теплофизических характеристик твердых строительных материалов | |
RU124395U1 (ru) | Устройство для определения теплофизических качеств ограждающих конструкций зданий и сооружений в натурных условиях |