Материал: Белозеров В.И., Жук М.М., Кузина Ю.А., Терновых М.Ю. Физика и эксплуатационные режимы реактора ВВЭР-1000

ются к наружной стенке, что увеличивает концентрацию жидкости около неё и повышает величину критического теплового потока. Последняя при вихревом движении зависит в основном от величины центробежного ускорения, а не от недогрева.

С увеличением скорости смеси и паросодержания эффективность закрутки возрастает. Чем интенсивнее закручен поток (т.е. меньше шаг закручивающего элемента), тем при более низких паросодержаниях наступает дисперсно-кольцевой режим течения, и тем стабильнее становится поверхность жидкой пленки.

Рис. 8.11. Виды интенсификаторов теплообмена (элементы турбулизирующие и завихряющие)

Организация вихревого потока конструктивно осуществляется с помощью установки в канал завихряющих элементов (ленты, пропеллерные вставки, проволочные спирали, винтовые рёбра, витые эллиптические трубы и т.д.). В первом приближении все завих-

256

ряющие элементы дают при одинаковой закрутке примерно одинаковое увеличение критической плотности теплового потока. Однако установка вставок в канал приводит к увеличению гидравлического сопротивления. Винтовое оребрение позволяет не только увеличить критическую мощность канала (иногда в 2 раза) и повысить критическое паросодержание до 0,8–0,9, а при определенных условиях вообще избежать явления кризиса.

В стержневых сборках большое влияние на величину qкр (или Nкр) оказывают дистанционирующие решётки, которые завихряют поток и способствуют сбросу жидкости с необогреваемых поверхностей, дроблению капель, лучшему перемешиванию двухфазного потока и выравниванию теплосодержания между ячейками (рис. 8.11, поз. 7, 8). В зависимости от типа решёток и шага их расположения критический тепловой поток (КТП) может как снижаться, так и повышаться.

При правильном выполнении интенсификаторов, закручивающих поток в межстержневом пространстве, существенно расширяется область безкризисной работы по паросодержа-нию и тепловому потоку. Значительное увеличение КТП наблюдается сразу за дистанцио-нирующими элементами и постепенно уменьшается с увеличением расстояния от них.

Влияние шероховатости поверхности и отложений на ней. В области недогретой жидкости выступы шероховатости увеличивают турбулизацию пристенного слоя и, следовательно, способствуют росту КТП. С другой стороны шероховатость увеличивает число центров парообразования, способствует образованию сплошной пленки пара на поверхности и тем самым снижает величину КТП.

Таким образом, влияние шероховатости стенки на двухфазный поток оказывается неоднозначным. Обтекание шероховатости типа «выступ» потоком связано с образованием застойных зон. В этих зонах может происходить более интенсивное отложение солей, что приведет к зарастанию выступов отложениями и снижению эффекта интенсификации. По-видимому, этого можно избежать, если применить волнистую шероховатость, при которой устраняются застойные зоны.

Отложения продуктов коррозии на теплоотдающей поверхности сказываются на её температурном режиме и на величине qкр. Отло-

257

жения обычно состоят из различных форм окислов железа (70– 80 %) и других конструкционных материалов в виде капиллярнопористых структур. Различные условия работы поверхностей обусловливают широкий диапазон свойств отложений. Диаметр капиллярных каналов в отложениях имеет порядок 5–10 мкм, а количество их достигает 3000–5000 на 1 мм2. Плотность отложений изменяется от 2,5 до 4,7 г/см2, а коэффициент теплопроводности от 0,5 до 3 Вт/м град. При кипении на s поверхности эффективная теплопроводность может возрасти в 10 и более раз.

Кризис теплообмена на пористых структурах возникает при меньших плотностях теплового потока, чем на непроницаемой поверхности. Возможными причинами этого являются:

-увеличенное количество центров парообразования, что способствует более раннему возникновению сплошной паровой пленки;

-нарушение циркуляции в порах из-за закупорки капилляров и в связи с затруднением притока жидкости через отложения;

-худшие теплофизические свойства отложений по сравнению с металлической поверхностью, что способствует локальному перегреву.

Поскольку толщина и структура отложений неизвестна, учесть точно их влияние на КТП трудно. Опыты показали, что увеличение толщины отложений до 30 мкм приводит к снижению КТП на 20– 25 %. Дальнейшее увеличение толщины изменяет КТП слабее (увеличение от 30 до 60–100 мкм снижает КТП на ~10 %).

8.16. Первичные измерительные датчики

Основное назначение СВРК – обеспечение безопасной и экономичной эксплуатации реактора на энергетическом уровне мощности путём сбора, обработки и представления информации оператору о состоянии активной зоны и первого контура. В СВРК поступает информация от входящих в состав системы ВРК внутриреакторных датчиков, в аппаратуру вводятся сигналы датчиков общих замеров: температуры, давления и расхода теплоносителя в 1-ом и 2- ом контуре, перепада давления на ГЦН и уровне в парогенераторе, которые входят либо в другие системы контроля реакторной установки или машзала, либо в состав КИП энергоблока. В систему ВРК вводятся также сигналы датчиков СУЗ: положение органов

258

регулирования, уровень и период нейтронной мощности, получаемой по сигналам внекорпусных ионизационных камер.

Датчик измерения давления. На энергоблоках с серийным ВВЭР-1000 все эти датчики максимально унифицированы (датчики типа «Сапфир»). Внешний вид, масса и габариты таких датчиков одинаковы. Датчики осуществляют преобразование величин давления, перепадов давления, уровней и расходов теплоносителя в нормированные электрические сигналы (0–5 мА). Датчик состоит из измерительного блока и электронного устройства. Измерительный блок осуществляет преобразование первичного параметра в электрический сигнал, пропорциональный измеряемой величине.

Чувствительным элементом измерительного блока является упругая мембрана, на которой укреплён тензорезистор.

Тензорезистор – элемент, который изготовливают, нанося тонкий слой кремния на тонкую сапфировую подложку, которая в свою очередь прочно сцеплена с поверхностью мембраны. При деформации мембраны происходит изменение её линейных размеров и размеров прикрепленного к ней резистора, в результате происходит изменение сопротивления тензо-ризистора, которое фиксируется электронным устройством. Тензорезистор включен по мостовой схеме; электронное устройство обеспечивает питание моста, усиливает сигнал, пропорциональный измерению сопротивления резистора. На выходе электронного устройства получается нормированный сигнал 0–5 мА.

Кроме того, электронное устройство обеспечивает компенсацию влияния температуры на сопротивление тензорезистора.

Диапазон рабочих температур от 0 до +80 °С. Датчики располагают в специальных помещениях, в которых обеспечен необходимый температурный режим, а теплоноситель подводят к этому помещению от места измерения по импульсным линиям.

На рис. 8.12 показана конструкция наиболее распространенного датчика типа «Сапфир-22ДИ». Он используется для измерения избыточного давления.

Измеряемое давление теплоносителя через импульсную трубку 7 подается в камеру 6 фланца 5; через гофрированную мембрану 4 и кремнийорганическую жидкость во внутренней полости 3 предается на мембрану 2, которая подвергается упругой деформации,

259

пропорциональной разности между измеряемым давлением и атмосферным.

Сигнал от тензорезистора 1, нанесенного на стороне А мембраны, пропорциональный разности давлений, по соединительным проводникам 8, через гермоввод 9, подается на вход электронного устройства 10.На АЭС такие датчики используются для измерения давления в 1-ом и 2-ом контуре, перепада давления на ГЦН, на реакторе, на

ПГ.

Термопары и термосопротивле-

ния. В СВРК используются термодатчики двух типов: термопары (ТП) и термосопротивления (ТС). По сравнению с ТС, которые тоже применяются для внутриреакторного контроля, ТП обладают следующими преимуществами: более высокая надёжность работы и метрологические характеристики более стабильны при облучении.

ТП не требуют внешнего источника питания, просты по конструкции и технологичны при изготовлении. В то же время ТП обладают и рядом

существенных недостатков: меньшая по сравнению с ТС точность измерений и меньший выходной сигнал; необходимость компенсации температуры холодного спая ТП, что увеличивает погрешность измерения.

Всвязи с этим в СВРК термопары используют для работы в тяжёлых условиях внутри корпуса реактора для массовых измерений температуры теплоносителя на выходе из топливных кассет, а также температуры теплоносителя в общем объёме. ТС применяют для проведения точных измерений в менее тяжёлых условиях. Например, по ТС, установленным на холодных и горячих нитках циркуляционных петель, осуществляют калибровку всех ТП первого контура.

ВВВЭР-1000 используются хромель-алюмелевые термопары, их градуировка слабо зависит от радиационного облучения.

Работа ТП основана на термоэлектрическим эффекте, то есть возникновении термо-ЭДС в замкнутой цепи из двух разнородных

260