авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 ||

Очистка от примесей свинцового и свинец-висмутового теплоносителей контура ядерного реактора с баковой компоновкой

-- [ Страница 2 ] --

Ввод газовой фазы в ТЖМТ осуществлялся посредством сопловых насадок (рисунки 1-3), а также с помощью диспергатора газа (рисунок 4).

В процессе испытаний с использованием электроконтактных датчиков разработанных ГНЦ ФР ФЭИ и НГТУ исследовались следующие характеристики двухкомпонентного потока ТЖМТ-газ: - скорости движения газовой фазы в двухкомпонентном потоке; - распределение по размерам газовой фазы в объеме ТЖМТ; - частота следования пузырей в объеме ТЖМТ; - влияние химического состава газовой фазы на характеристики потока.

В процессе испытаний диспергатора исследовалась зависимость выходных характеристик от следующих параметров: - от скорости вращения вала рабочего элемента; - от величин заглубления рабочего элемента под свободный уровень свинцового теплоносителя; - от состава газа над свободным уровнем свинца; - от давления газа над свободным уровнем свинца; - от вариантов конструкций рабочего элемента; - распределения размеров пузырей и скоростей всплытия пузырей, формируемых диспергатором, в зависимости от величины заглубления чувствительного элемента электроконтактного датчика под уровень свинца.

Показана эффективность очистки сборки имитаторов ТВЭл подачей аргона и аргоно-водородной смеси через сопловые устройства (рисунок 5). Метод очистки подачей двухкомпонентного потока с аргоном или аргоноводороной смесью в реализации с сопловыми устройствами позволяет производить очистку активной зоны реактора баковой компоновки от отложений примесей.

Рисунок 5 Фото участка модели ТВС до очистки (слева) и после очистки (справа) с подачей аргона и аргоноводородной смеси через сопловое устройство

Проведенные экспериментальные исследования применения сопловых устройств в ТЖМТ позволяют сделать следующие выводы:

Конструкция соплового насадка (

рисунок 1 - 3), выбранная для проведения исследований на свинцовом теплоносителе, вначале была опробована на воде. Диаметр отверстий истечения обеспечивал подачу газа, необходимого для очистки при заглублении сопла под уровень ТЖМТ до 4 м. Наличие сильфонного наконечника обеспечивало возможность удобного монтажа и демонтажа трубопровода подвода газа в чехловой трубе в требуемой точке контура.

В зависимости от условий и характера проведенных испытаний, двухкомпонентный поток, формируемый сопловыми устройствами, удовлетворял требованиям очистки различных моделей компонентов РУ баковой компоновки. Размер пузырька газа, формируемого сопловыми устройствами, зависел от конструкции экспериментального стенда, от диаметра сопла, от расхода газа, от расхода и газосодержания теплоносителя для циркуляционного контура, от заглубления сопла под слой ТЖМТ (рисунок 6). При экспериментах в циркуляционном контуре фиксируемый размер пузырей при различных значениях расхода и газосодержания был, как правило, неодинаков, изменяясь от минимально фиксируемого (0,1-1,0 мм) до нескольких миллиметров. Фиксировались размеры газовой фазы до нескольких (2-3) десятков миллиметров. С увеличением расхода теплоносителя и с уменьшением газосодержания разброс размеров пузырей уменьшался, уменьшался и средний размер пузырей, который составил 2,0-4,0 мм.



Результаты очистки оборудования и трубопроводов стенда ФТ-1ДП показали, что эффективность очистки сопловыми устройствами аналогична очистке эжекционным устройством очистки отработанным для РУ петлевой компоновки с теплоносителем Pb-Bi.

Скорость движения газовой фазы в тяжелом жидкометаллическом теплоносителе при барботаже в емкости зависела от конструкции экспериментального стенда, от диаметра сопла, от расхода газа, от траектории движения пузырька газа, от высоты столба ТЖМТ, от наличия и величины газ-лифта и колебалась, в зависимости от условий от 0,1 до 0,9 м/с. Скорость движения газовой фазы в составе двухкомпонентного потока при испытаниях на циркуляционном контуре составляла от 0,009 до 0,8 м/с в зависимости от участка контура.

Частота следования газовых пузырей, определяемая по трехэлектродному электроконтактному датчику при барботаже газа через слой ТЖМТ достаточной толщины (сотни мм и более) зависела от диаметра отверстия истечения пузырей, от расхода газа (рисунок 7).

Промежутки времени между сериями пузырей также определялись величиной среднего расхода газовой фазы; они уменьшались при увеличении расхода газа. При испытаниях на циркуляционном контуре частота следования газовых пузырей, зависела от режима течения, места ввода и локального места установки чувствительного элемента датчика.

Метод и устройства ввода и диспергации газовой смеси с использованием активных элементов виде вращающегося в свинцовом теплоносителе дисков с щелевыми зазорами, круглыми и др. отверстиями, через которые за счет центробежных или других сил газ вводится в объем ТЖМТ и дробится, предложен специалистами ГНЦ РФ ФЭИ. С участием автора предложена, оптимизированная конструкция, испытана на водяном и отработана на ТЖМТ (рисунок 4). В ее состав входят: электродвигатель; узел уплотнения вращающегося вала; подшипники, работающие в среде свинца; вал и активный элемент. При подаче восстановительной газовой смеси для очистки поверхностей каждого парогенератора, необходима установка диспергатора – на входе в каждый парогенератор. Для подачи формируемой восстановительной газовой смеси к поверхностям активной зоны реактора необходима установка от одного до четырех диспергаторов. Таким образом, всего в состав первого контура должны входить от 5 до 8 штук диспергаторов.

Автором (в соавторстве) предложены дополнительно два варианта конструктивных решений устройств ввода газа в объем свинца и его диспергации с приводом от собственного электродвигателя. В одном варианте прорабатывается конструкция комбинации высоконапорного (несколько десятков метров столба свинца), малорасходного (от десятых до нескольких дм3/с) насоса с эжектором газа. Подача свинца осуществляется насосом в рабочий канал эжектора, суженная часть которого подключена к газовому объему реактора. Поскольку применение одноступенчатых центробежных насосов при коэффициенте быстроходности ns = 10 40 нецелесообразно из-за низких КПД и других ограничений, то в качестве вариантов насосов прорабатываются шестеренчатые, одновинтовые, двухвинтовые и лабиринтно-винтовые насосы. Возможным преимуществом такой конструкции является применение гибкого вала с заглублением насоса на несколько метров под уровень свинца.

В качестве другого варианта прорабатывается лабиринтно-винтовой эмульгатор, формирующий и подающий газожидкостную эмульсию в объем ТЖМТ. Преимуществом данной конструкции является малый (сотые доли мм и менее) размер формируемых пузырей за счет турбулентного трения в нарезках винта и втулки эмульгатора.

В пятой главе

В НГТУ с участием автора были проведены теоретические и экспериментальные исследования по изучению процессов, сопровождающих аварийную ситуацию «межконтурная неплотность ПГ». Задачами экспериментов, являлось: – исследование локальных и интегральных характеристик процессов, сопровождающих течь парогенератора; – исследования воздействия указанных процессов и их характеристик на элементы парогенератора, другого оборудования жидкометаллического контура и контура в целом; – разработка экспериментально обоснованных рекомендаций и предложений по конструктивным схемам наиболее безопасных парогенераторов с точки зрения рассматриваемой аварии; – разработка рекомендаций и предложений по схемным и компоновочным решениям жидкометаллического контура и газовой системы, обеспечивающих безопасную локализацию рассматриваемой аварийной ситуации при любом гипотетически возможном расходе сред, поступающих в жидкий металл, в том числе, в сочетании с другими авариями.

В НГТУ экспериментально и расчетно-теоретически исследовались характеристики процессов при следующих основных режимах истечения «легкой» фазы в жидкометаллический теплоноситель: 1 – при пузырьковом истечении; 2 – при струйном (факельном) истечении; 3 – при истечении с образованием полостей и каверн «легкой» фазы в жидком металле с неупорядоченной геометрией поверхностей их раздела; 4 – при образовании сплошного канала «легкой» фазы от места истечения до газового (парогазового) объема над свободной поверхностью жидкометаллического теплоносителя (рисунок 8).

Рисунок 8 Фото моментов выброса свинца из емкости

Двухкомпонентные потоки ТЖМТ-пар (вода), сопровождающие межконтурную неплотность парогенератора, достаточно эффективно очищают соответствующие участки контура от примесей. В процессе исследований диапазон диаметров отверстий истечения составлял от 0,5 до 3,0 мм, перепад давлений на отверстиях истечения от 1,0 до 240 кгс/см2, заглубления отверстий истечения от свободной поверхности жидкого металла в затесненном и свободных объемах – от 200 до 3500 мм. Температуры жидкого металла от 3500С до 6000С, «легкой» фазы – 200С – 3000С. На рисунке 9 представлены примеры результатов измерения распределений «легкой» фазы по размерам и скоростям всплытия пузырей. Экспериментально определенные скорости всплытия пузырей «легкой» фазы при пузырьковой истечении составили 0,15-0,3 м/с при отсутствии эффекта газлифта.

При развитом спутном течении пузырей в составе двухкомпонентного потока за счет газлифта скорость их всплытия достигала 0,7-0,8 м/с и более. Струйное (факельное) истечение «легкой» фазы в объем жидкого металла характеризуется наличием устойчивого объема «легкой» фазы – струи, начинающейся у отверстия истечения и затем быстро дробящейся на отдельные пузыри, всплывающие в объеме теплоносителя. Длина (протяженность) струи определяется ориентацией отверстия истечения в пространстве и перепадом давления на отверстии истечения (расходом «легкой» фазы). Геометрия поверхности струи в экспериментах фиксировалась электроконтактными датчиками и микротермопреобразователями. Экспериментально определенная длина горизонтальной струи «легкой» фазы до ее разрушения в объеме жидкого металла незначительна и составляла не более 50-100 диаметров отверстий истечения при перепаде давления на них до 240 кгс/см2. Характер движения пузырей, образовавшихся при последующем дроблении струи соответствует режиму пузырькового течения «легкой» фазы в составе подъемного двухкомпонентного потока.

Экспериментальные исследования процессов с подачей «легкой» фазы под давлением до 240 кгс/см2 под уровень свинца с температурой до 6000С проводились на емкости высотой 4,0 м, внутренним диаметром около 0,3 м, в «свободный» и в затесненный объем свинца. Исследования при подаче пара и воды с давлением 240 кгс/см2 (ата) в свободный объем свинца из центральной трубки 14х2 мм в кольцевой зазор между этой трубкой и соосной трубкой 56х4 мм показали на высоте около 1,5 м среднюю скорость подъема фронта раздела свинца и «легкой» фазы около 30 м/с при расходе 20-50 кг/с. Отмечалась существенная неравномерность поверхности фронта в процессе его подъема и значительные динамические (ударные) нагрузки на элементы конструкции в процессе экспериментов, приводящие к их разрушению. После установки дросселей, имитирующих трубную систему ПГ в них происходила гомогенизация смеси и динамические эффекты существенно уменьшились.

Проведенные экспериментальные исследования, а также расчетно-теоретический анализ дали основания, предложить конструктивную схему нового парогенератора для установок со свинец-висмутовым и со свинцовым теплоносителями. Эта конструктивная схема обеспечивает безопасность реакторных установок такого типа при любой аварии с межконтурной неплотность парогенератора, включая одновременное разрушение всех труб трубной системы парогенератора (рисунок 10). Секции парогенератора устанавливаются в кольцевом канале, размещенном выше активной зоны реактора. Входной участок секций парогенераторов сообщен с объемом теплоносителя над активной зоной. Выходной участок – с входной камерой насоса. Учитывая незначительное гидравлическое сопротивление контура, насос может быть выполнен осевым или электромагнитным. Напорная камера насоса сообщена через опускной канал с активной зоной реактора.





Применение такого технического решения позволяет: - исключить поступление воды в активную зону реактора на быстрых нейтронах и его «разгон» при потенциально опасной аварийной ситуации «большая межконтурная неплотность парогенератора»; - исключить переопрессовку контура и гидравлические удары в реакторном контуре при указанной аварии; - обеспечить значительный расход теплоносителя в реакторном контуре за счет естественной циркуляции; - обеспечить достаточно простое обнаружение аварийных трубок парогенератора и их глушение.

Для баковой компоновки с горизонтальными парогенераторами, по мнению автора, оптимальным решением очистки ПГ от возможных отложений примесей является установка двух диспергаторов, симметрично на участках выхода теплоносителя из активной зоны. Для очистки активной зоны рекомендуется устройство ввода газа предложенное автором в соавторстве на основе конструкции главного циркуляционного насоса.

Для удаления (периодического) примесей - шлаков невосстанавливаемых и не удаляемых в процессе технологических обработок контура газовыми смесями, может быть рекомендована периодическая (при ремонтах) установка в ПГ гидромеханических устройств очистки свободной поверхности ТЖМТ от примесей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В результате экспериментальных и расчетно-теоретических исследований определены характеристики двухкомпонентного потока ТЖМТ – аргон, водород, их смеси, водяной пар, вода – размер «легкой» фазы, скорость всплытия пузырей, распределение пузырей в потоке в диапазоне рабочих режимов РУ. Определены условия очистки контуров ТЖМТ реакторных установок баковой компоновки.

2. Проведен анализ, экспериментальные и расчетно-теоретические исследования методов очистки теплоносителя и контура применительно к реакторам с ТЖМТ с баковой компоновкой.

Предложены и обоснованы методы очистки поверхностей материалов контура, теплоносителя и свободных поверхностей теплоносителя от оксидов теплоносителя, компонентов конструкционных материалов и их соединений.

На основании исследований, в том числе, характеристик теплообмена от «горячей» поверхности к ТЖМТ и от ТЖМТ к «холодной» поверхности, предложены места размещения активных элементов устройств очистки в контуре со свинцовым и свинец-висмутовым теплоносителями и режимы их использования.

3. Предложены устройства очистки вводом и диспергацией газа, формирования двухкомпонентных потоков ТЖМТ-газ. Модели устройств исследованы и пошли отработку на водовоздушных смесях. По результатам этих исследований созданы и экспериментально отработаны в диапазоне рабочих условий на свинцовом и свинец-висмутовом теплоносителях устройства очистки ТЖМТ – сопловые устройства и диспергаторы с собственным электроприводом; конструкции устройств защищены патентами РФ. Устройства рекомендованы к внедрению и, частично, внедрены в проект РУ БРЕСТ-ОД-300.

4. Проведены экспериментальные и расчетно-теоретические исследования очистки теплоносителя и контура от воды и водяного пара, поступающих в ТЖМТ при аварии «межконтурная неплотность парогенератора». На основании этих исследований предложена новая конструктивная схема моноблочной установки с ТЖМТ с горизонтальными парогенераторами.

Основные положения диссертационной работы изложены в следующих публикациях:

1. Безносов, А.В. Исследование характеристик двухкомпонентных потоков: тяжелый жидкометаллический теплоноситель – газ, водяной пар, пароводяная смесь, конденсат / А.В.Безносов, Т.А.Бокова, В.И.Рачков. : Тез. докл. Российская научная конф. по тепломассообмену (РНКТ-2006), М.МЭИ(ТУ) 23 октября -27 октября 2006 г.

2. Экспериментальные исследования характеристик контактного теплообмена свинцовый теплоноситель – рабочее тело / А.В.Безносов, Д.В.Давыдов, С.С.Пинаев, [и др.] // Атомная энергия. Т.98, вып. 3. С. 182-191.

3. Экспериментальное исследование характеристик двухкомпонентного потока, формируемого диспергатором в модели участка контура РУ БРЕСТ-ОД-300 / А. В. Безносов, А.В.Семенов, Т.А. Бокова [и др.] Тез. докл. Межотраслевая тематическая конференция «Теплогидравлические аспекты безопасности ЯЭУ с реакторами на быстрых нейтронах». г.Обнинск, 2005 г. С.139-140.

4. Безносов, А.В. Экспериментальные исследования процессов, сопровождающих межконтурную неплотность парогенератора со свинцовым и свинец-висмутовым теплоносителями и оптимизация его конструкции / А.В.Безносов, А.А.Молодцов, Т.А.Бокова // Известия высших учебных заведений. Ядерная энергетика. г.Обнинск, 2006 г. №4, С.3-11.

5. Безносов, А.В. Особенности аварийного теплоотвода в реакторах со свинцовым и свинец-висмутовым теплоносителями / А.В.Безносов, А.А.Молодцов, Т.А.Бокова //Атомная энергия. М., 2006 г. т.101, Вып.5, С.12-16.

6. Экспериментальные исследования теплопереноса к свинец-висмутовому теплоносителю в поперечном магнитном поле при изменяемых характеристиках электроизолирующих покрытий на ограничивающих стенках / А.В. Безносов, С.Ю. Савинов, А.А. Молодцов, Т.А.Бокова [и др.] // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Термоядерный синтез. М., 2007г. Вып. 1, с. 11—25.

7. А. с. № 24748 Российская Федерация, RU 24748 U1 G 21 C 9/00. Ядерная энергетическая установка / А.В.Безносов, С.С.Пинаев, Т.А.Бокова, А.В.Назаров. №2002103889/20, заявлено 11.02.2002 ; Бюл. №23. – 2 с.

8. Пат. № 2192052 Российская Федерация, RU 2192052 C1 G21 C 9/016, 19/28, 19/31. Ядерная энергетическая установка / А.В.Безносов, С.С.Пинаев, Т.А. Бокова, Ю.И.Орлов, П.Н.Мартынов, В.А.Гулевский. заявлено 12.02.2002 ; опубл.27.10.2002, Бюл. № 30. – 3 с.

9. Investigation of characteristics of a two-component flow of hlmc - gas, vapor water mixture, water / A.V.Besnosov, V.L.Konstantinov, T.A. Bokova [end c.].: Resum. 6th World Conference on Experimental Heat Transfer, Fluid Mechanics, and Thermodynamics, - April 17-21, 2005, Matsushima, Miyagi, Japan.

10. Methods and facilities for control of characteristics of heavy liquid-metal coolants/ Besnosov A.V., Molodtsov A.V., Bokova T.A. [end c.].: Resum. 2nd International Workshop on Measuring Techniques for Liquid Metal Flows. (MTLM 2007), April 23-25, 2007, Dresden, German.



Pages:     | 1 ||
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.