RU2772652C1 - Method for measuring helium concentration in a fuel element - Google Patents
Method for measuring helium concentration in a fuel element Download PDFInfo
- Publication number
- RU2772652C1 RU2772652C1 RU2021135565A RU2021135565A RU2772652C1 RU 2772652 C1 RU2772652 C1 RU 2772652C1 RU 2021135565 A RU2021135565 A RU 2021135565A RU 2021135565 A RU2021135565 A RU 2021135565A RU 2772652 C1 RU2772652 C1 RU 2772652C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel element
- temperature
- fuel
- helium
- concentration
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 76
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium(0) Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 36
- 239000001307 helium Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 35
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 13
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 2
- 230000036633 rest Effects 0.000 abstract description 2
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 102200052313 POLD1 G21C Human genes 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
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.The invention relates to nuclear power engineering and can be used in the manufacture of fuel elements (fuel rods) at the stage of monitoring helium concentrations in them, in particular, in conditions of conveyor production of fuel rods.
Известен «Способ контроля тепловыделяющих элементов» /патент РФ №2552526/.Known "Method of control of fuel elements" /RF patent No. 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 разными уровнями содержания воздуха в нем.The method for monitoring fuel elements includes determining the helium pressure under the fuel element shell after its sealing, in which the fuel element is held at the measurement position during the entire monitoring time, local pulsed heating of the fuel element is carried out in the area of the compensation volume, the time dependence of the temperature of the shell sections in place is recorded. heating and on the opposite side of the shell during the entire time of control, it is used to judge the helium pressure and the state of the fuel element, according to which, before local heating, the fuel element is kept until its temperature equalizes with the ambient temperature, and after the control is completed, the ambient temperature is created below 0 °C, before local heating, the fuel element is kept until its temperature equalizes with the new ambient temperature, the heating-measurement cycle is repeated and the obtained time dependences are compared yes phenomena at different temperatures with calibration dependences for different pressures of helium and different levels of air content in it.
Недостаток способа-аналога заключается в его низкой производительности. Она обусловлена многократным проведением время затратных 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.The disadvantage of the analogue method lies in its low productivity. It is caused by repeated time-consuming operations of “holding a fuel element until its temperature equalizes with the ambient temperature”, “creating an ambient temperature below 0 ° C”, which does not allow using the method for estimating the concentration of helium in a mixture with a pollutant gas during continuous monitoring of fuel elements in the tight time frame of their assembly line production.
Наиболее близким аналогом является патент №2634309.The closest analogue is patent No. 2634309.
Для решения поставленной задачи в способе измерения концентрации гелия в твэле, включающего 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:To solve the problem in the method of measuring the helium concentration in a fuel element, including the supply of a fuel element to the installation at the measurement position, local pulsed heating of a section of the fuel element cladding in the region of its compensation volume, measurement of time temperature dependences and determination of the helium concentration in the fuel element, it is proposed:
- дополнительно, перед подачей твэла в установку на позицию измерения измеряют температуру воздуха в установке, после размещения твэла на позицию измерения измеряют температуру оболочки твэла;- additionally, before the fuel element is fed into the installation at the measurement position, the air temperature in the installation is measured, after the fuel element is placed at the measurement position, the temperature of the fuel cladding is measured;
- дополнительно измеряют температурные зависимости стандартных образцов в зависимости от температуры воздуха в установке, температуры оболочки и эффекта взаимодействия этих температур;- additionally measure the temperature dependences of standard samples depending on the air temperature in the installation, the temperature of the shell and the effect of the interaction of these temperatures;
- объемную концентрацию гелия в контролируемом твэле (Сх) определяют по формуле- the volume concentration of helium in the controlled fuel element (C x ) is determined by the formula
где C0,C1 - объемные концентрации гелия в стандартных образцах; P0(tв,х;tоб.х), P1(tв.x;toб.х) - функциональные параметры временных температурных зависимостей tв,х,toб.х стандартных образцов, соответственно с концентрацией С0 и C1 при температуре воздуха в установке tв и температуре оболочки твэла tоб; Px(tв.х;tоб.х) - 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.where C 0 ,C 1 - volume concentrations of helium in standard samples; P 0 (t in, x; t vol . x), P 1 (t in. x ; t vol . x) - functional parameters of time temperature dependences t in, x , t vol. x of standard samples, respectively, with a concentration of C 0 and C 1 at the air temperature in the installation t in and the temperature of the fuel element cladding t about ; P x (t in.x; t rev.x ) is the parameter of the time temperature dependence of the controlled fuel element with an unknown concentration of helium (x), at the measured air temperature in the installation t in.x and the temperature of the fuel cladding t rev.x .
Недостатками способа-прототипа является следующее:The disadvantages of the prototype method is the following:
- влияние температуры воздуха в установке на результаты измерения;- influence of the air temperature in the installation on the measurement results;
- сплошность реализации набора контрольных образцов с известной концентрацией гелия в силу его сверхтекучести;- the continuity of the implementation of a set of control samples with a known concentration of helium due to its superfluidity;
- влияние навивки дистанционирующей проволоки и ленты на результаты измерения.- the influence of the winding of the spacer wire and tape on the measurement results.
Для решения поставленной задачи в способе измерения концентрации гелия в твэле, включающего подачу твэла в позицию измерения, проведение локального импульсного нагрева участия оболочки твэла в области компенсационного объема измерение временных температурных зависимостей и определение концентрации гелия в твэле предлагается:To solve the problem in the method of measuring the helium concentration in a fuel element, including the supply of a fuel element to the measurement position, local pulsed heating of the participation of the fuel element cladding in the region of the compensation volume, measurement of time temperature dependences and determination of the helium concentration in the fuel element, it is proposed:
- индукционный нагреватель выполнить двухсекционным и выполнить нагрев в двух точках, симметричных относительно контрольного сечения;- make the induction heater two-section and perform heating at two points symmetrical with respect to the control section;
- в плоскости контрольного сечения температуру измерять несколькими измерителями с получением среднего значения по n измерителем в каждый текущий момент времени- in the plane of the control section, measure the temperature with several meters to obtain an average value of n meters at each current moment of time
- в качестве контрольных образцов использовать носитель контрольного газа, заправляемый эталонным газом с нужной концентрацией перед контрольным измерением;- as control samples, use a reference gas carrier filled with a reference gas with the required concentration before the control measurement;
- твэл с навивкой дистанционирующей проволокой или лентой в процессе измерения вращать вокруг продольной оси с определенной угловой скоростью;- a fuel rod wound with a spacer wire or tape during the measurement process rotate around the longitudinal axis with a certain angular velocity;
- объемную концентрацию гелия в контролируемом твэле определить по формуле- the volume concentration of helium in the controlled fuel element is determined by the formula
где C0,C1 - объемные концентрации гелия в носителе контрольного газа;where C 0 ,C 1 - volumetric concentrations of helium in the reference gas carrier;
Сущность предложенного способа измерения концентрации гелия в твэле поясняется графическим материалом.The essence of the proposed method for measuring the helium concentration in a fuel element is illustrated by graphic material.
На фигуре 1 изображена установка для реализации способа.The figure 1 shows the installation for implementing the method.
На фигуре 1 приняты следующие обозначения: 1 - корпус установки; 2 - тепловыделяющий элемент (твэл); 3 - узел фиксации и обеспечения вращения твэла; 4 - компенсационный объем; 5 - индукционный нагреватель; 6 - дистанционный измеритель температуры в контрольном сечении; 7 - измеритель температуры воздуха.Figure 1 adopted the following designations: 1 - installation housing; 2 - fuel element (fuel element); 3 - node for fixing and ensuring the rotation of the fuel rod; 4 - compensation volume; 5 - induction heater; 6 - remote temperature meter in the control section; 7 - air temperature meter.
Способ осуществляют следующим образом.The method is carried out as follows.
Физической основой способа измерения концентрации гелия в смеси с воздухом, находящейся под оболочкой твэла, является существенное различие теплопроводностей гелия и воздуха.The physical basis of the method for measuring the helium concentration in a mixture with air under the fuel rod cladding is a significant difference in the thermal conductivities of helium and air.
Это различие свойств газов проявляется при канальном импульсном нагреве участка оболочки и скорости изменения температуры в контролируемом сечении твэла, отстоящим от участка нагрева в виде функциональной зависимости от концентрации гелия в твэле.This difference in the properties of gases manifests itself during channel pulsed heating of the cladding section and the rate of temperature change in the controlled section of the fuel element, which is separated from the heating section in the form of a functional dependence on the helium concentration in the fuel element.
Способ использует относительный метод измерения, при котором концентрация гелия в контролируемом твэле определяется относительно стандартных образцов. В качестве стандартных образцов используют имитатор твэла, оснащенный заправочным и стравливающим штуцерами, заправляемый эталонными газами (смесь гелия и азота) с известной концентрацией гелия, т.е. имитатор является носителем контрольного газа. Для формирования шкалы измерений гелия от 90 до 100% через 2%, исходя из предельно допустимой концентрации 94%.The method uses a relative method of measurement, in which the concentration of helium in a controlled fuel element is determined relative to standard samples. As standard samples, a fuel element simulator is used, equipped with filling and bleed fittings, filled with reference gases (a mixture of helium and nitrogen) with a known concentration of helium, i.e. the simulator is the carrier of the control gas. To form a helium measurement scale from 90 to 100% after 2%, based on the maximum allowable concentration of 94%.
Температурные условия проведения измерений с контролируемыми твэлами характеризуются непостоянством температур воздуха в установке и начальных температур твэла.The temperature conditions for carrying out measurements with controlled fuel elements are characterized by the variability of the air temperatures in the installation and the initial temperatures of the fuel element.
С целью минимизации влияния воздушного теплопереноса применяется двухсекционный индуктивный нагреватель, осуществляющий теплоперенос в твэле к контрольному сечению с двух сторон, тем самым вдвое повышая информативность полезного сигнала относительно воздушного теплопереноса.In order to minimize the influence of air heat transfer, a two-section inductive heater is used, which transfers heat in the fuel element to the control section from both sides, thereby doubling the information content of the useful signal regarding air heat transfer.
Для снижения случайной составляющей погрешности при измерении функции температуры во времени в контрольном сечении применены несколько бесконтактных измерителей температуры с определением среднего значения по их показаниям в каждый момент времени.To reduce the random component of the error when measuring the function of temperature over time in the control section, several non-contact temperature meters were used with the determination of the average value from their readings at each moment of time.
С целью минимизации шунтирующего действия навитой на твэл дистанционирующей проволоки или ленты осуществляется вращение твэла вокруг продольной оси при помощи приводных люнетов с базой шага навивки дистанционирующей проволоки, с определенной угловой скоростью, определяемой динамикой теплопереноса в зоне между точками нагрева и контрольным сечением.In order to minimize the shunting effect of the spacer wire or tape wound around the fuel rod, the fuel rod is rotated around the longitudinal axis by means of drive steady rests with the base of the spacer wire winding step, with a certain angular velocity determined by the heat transfer dynamics in the zone between the heating points and the control section.
Исходные временные зависимости теплопереноса от концентрации гелия в носителе контрольного газа в диапазоне 90÷100% через 2% и от температуры воздуха и начальной температуры твэла получают в процессе классического многофакторного эксперимента. Данные зависимости используются в методике измерений, реализуемой вычислительным устройством измерительной установки.The initial time dependences of heat transfer on the concentration of helium in the reference gas carrier in the range of 90÷100% after 2% and on the air temperature and the initial temperature of the fuel element are obtained in the course of a classical multifactorial experiment. These dependences are used in the measurement procedure implemented by the computing device of the measuring installation.
При измерениях с контролируемыми твэлами может транспортной системой производственной линии вводиться в установку на позицию измерения, определяемую выдвигаемым узлом фиксации и обеспечения вращения твэла 3. При помощи измерителя температуры воздуха в корпусе установки 7 измерителя температуры внутри установки, а при помощи дистанционных измерителей 6 определяется среднее значение исходной температуры поверхности твэла в контрольном сечении.In measurements with controlled fuel elements, it can be introduced into the installation by the transport system of the production line to the measurement position determined by the retractable assembly for fixing and ensuring the rotation of the
При помощи индукционного нагревателя 5 производится, нагрев твэла в течение нормированного интервала времени, в точках, равноотстоящих от контрольного сечения. В контрольном сечении получается временная зависимость температуры 
Предлагаемая схема измерения и последовательности действий позволили повысить точность измерения с 13% у прототипа до 2%.The proposed measurement scheme and sequence of actions made it possible to increase the measurement accuracy from 13% for the prototype to 2%.
Источники информацииSources of information
1. Патент РФ №2552526 G21C 17/06, опубл. 10.06.2015 г.1. RF patent No. 2552526 G21C 17/06, publ. 06/10/2015
. Патент РФ №2634309 G21C 17/00, опубл. 25.10.2017 г.. RF patent No. 2634309 G21C 17/00, publ. October 25, 2017
Claims (8)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2772652C1 true RU2772652C1 (en) | 2022-05-23 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2815729C1 (en) * | 2023-06-27 | 2024-03-21 | Общество с Ограниченной Ответственностью "Инженерное Бюро Воронежского Акционерного Самолетостроительного Общества" | Method for monitoring helium concentration in fuel elements |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH034133A (en) * | 1989-05-31 | 1991-01-10 | Shimadzu Corp | Helium leak detector |
| RU2552526C1 (en) * | 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" | Heat-producing element monitoring method |
| RU2552839C1 (en) * | 2013-12-10 | 2015-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр-Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина" | Fuel element test method |
| RU2634309C1 (en) * | 2016-11-15 | 2017-10-25 | Общество с Ограниченной Ответственностью "Инженерное Бюро Воронежского Акционерного Самолетостроительного Общества" | Method of measuring helium concentration in fuel element |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH034133A (en) * | 1989-05-31 | 1991-01-10 | Shimadzu Corp | Helium leak detector |
| RU2552526C1 (en) * | 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" | Heat-producing element monitoring method |
| RU2552839C1 (en) * | 2013-12-10 | 2015-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр-Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина" | Fuel element test method |
| RU2634309C1 (en) * | 2016-11-15 | 2017-10-25 | Общество с Ограниченной Ответственностью "Инженерное Бюро Воронежского Акционерного Самолетостроительного Общества" | Method of measuring helium concentration in fuel element |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2815729C1 (en) * | 2023-06-27 | 2024-03-21 | Общество с Ограниченной Ответственностью "Инженерное Бюро Воронежского Акционерного Самолетостроительного Общества" | Method for monitoring helium concentration in fuel elements |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wasik et al. | Measurements of gaseous diffusion coefficients by a gas chromatographic technique | |
| RU2772652C1 (en) | Method for measuring helium concentration in a fuel element | |
| CN111044560B (en) | Method for rapidly evaluating service life of atomic gas chamber | |
| US3672205A (en) | Determination of heat transfer through fluids | |
| US4083243A (en) | Method of measuring the mass flow rate of a substance entering a cocurrent fluid stream | |
| RU2634309C1 (en) | Method of measuring helium concentration in fuel element | |
| Eichhorn et al. | An experimental study of the effects of nonuniform wall temperature on heat transfer in laminar and turbulent axisymmetric flow along a cylinder | |
| RU2792982C1 (en) | Method for measuring helium concentration in a fuel element | |
| Rastogi et al. | Cross-phenomenological coefficients. Part 6.—Dufour effect in gases | |
| US3745810A (en) | Apparatus for measuring the rate at which vapors are evolved from materials during thermal degradation | |
| RU2760561C1 (en) | Apparatus for measuring the concentration of helium in a fuel element (fe) | |
| US3893331A (en) | Method and apparatus for determining sidewall temperature in running tires | |
| Simmons | Recovery Corrections for Butt-welded Straight-wire Thermocouples in High-velocity, High-temperature Gas Streams | |
| Eklund et al. | Application of the hot wire anemometer to temperature measurement in transient gas flows | |
| KR0118985B1 (en) | Combustion control method of furnace | |
| Suetin et al. | Measuring the mutual gas diffusion coefficient at low temperatures | |
| RU2785084C1 (en) | Method for determining thermal diffusivity and thermal conductivity coefficient | |
| CN217359696U (en) | Heat transfer power detection device applied to measurement of mixed gas heat conductivity coefficient | |
| Vlasov et al. | Automatic determination of the thermal diffusivity of heat insulators | |
| SU958937A1 (en) | Thermal resistance determination method | |
| RU186025U1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING THERMAL PROPERTIES OF MATERIALS | |
| RU2109259C1 (en) | Method of gas pressure checking in fuel element of nuclear reactor | |
| RU2527128C2 (en) | Measurement of heat conductivity and heat resistance of construction structure | |
| SU934255A1 (en) | Method of determining thermal diffusivity of material | |
| CN101839875A (en) | Boron-rich slag transient thermal conductance detector and measuring method |