способ дистанционного измерения параметров твэла

Формула изобретения

Способ дистанционного измерения параметров твэла, заключающийся в том, что взвешивают пустой захват, взвешивают образец, удерживаемый захватом на воздухе, погружают образец и захват в рабочую жидкость, взвешивают их после его погружения в рабочую жидкость, по результатам которого вычисляют начальную плотность рабочей жидкости, взвешивают твэл, удерживаемый захватом на воздухе, погружают твэл с захватом в жидкость на различную глубину, взвешивая их после каждого погружения, вычисляют частичный объем твэла, заключенный между двумя его последовательными поперечными сечениями, совпадающими с поверхностью рабочей жидкости в сосуде при двух последовательных ступенях погружения, а затем среднюю по этому объему площадь поперечного сечения твэла, а также полный объем твэла.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения параметров тел, преимущественно для дистанционного определения параметров облученных твэлов.

Известен способ определения объема тела неправильной геометрической формы (а.с. СССР №1041875, БИ №34, 1983 г.) заключающийся в том, что измеряемое тело взвешивают на воздухе, из материала измеряемого тела изготавливают образец известного объема, взвешивают этот образец и по результатам последовательных взвешиваний определяют соотношение масс измеряемого тела и образца, по которому определяют объем тела неправильной геометрической формы.

Чтобы изготовить образец известного объема из материала измеряемого тела, по известному способу требуется разрушить измеряемое тело. Этот способ мало пригоден для определения параметров облученных твэлов, т.к. разрушение облученного твэла невозможно допустить из соображений безопасности. Известный способ предполагает однородность материала тела и не может быть применен для измерения плошали поперечного сечения заданного участка твэла. Невозможно точно изготовить модель, подобную измеряемому твэлу, поскольку неизвестно его формоизменение, произошедшее за время облучения.

Известен способ определения объема тела неправильной геометрической формы (А.С. №673855, БИ №26, 1979 г.) заключающийся в том, что взвешивают сосуд, заполненный жидкостью с известным удельным весом, погружают в сосуд с жидкостью тело, удерживаемое независимой подвеской, взвешивают сосуд с погруженным в него телом и по разности этих весов судят об объеме тела.

При реализации этого способа уравновешивают чашки весов, доливая воду в сосуд, при этом уровень воды в сосуде принимает неконтролируемое значение. Если равновесие весов установлено неточно, то при частичном погружении тела в жидкость вносится неконтролируемая погрешность в определении глубины погружения тела в жидкость и, следовательно, с неконтролируемой ошибкой могут быть определены объем погруженной части и площадь ее поперечного сечения. Чувствительность способа низка, поскольку на фоне значительных масс сосуда с жидкостью и противовеса (большой их инерционности) возрастает сила трения в механизме весов, которая повышает порог чувствительности способа. Кроме этого, состояние равновесия будет достигнуто через большой промежуток времени, за который произойдет значительное изменение плотности жидкости вследствие ее подогрева теплом, выделяемым погружаемым твэлом.

Для ввода в эксплуатацию нового или модифицированного ядерного топлива предусматривается проведение необходимого набора испытаний и исследований в обоснование его работоспособности. Становится актуальной задача оперативного получения информации об увеличении площади поперечного сечения твэла после облучения или периодически в процессе облучения без процедуры резки облученного изделия.

При использовании этого способа для дистанционного измерения параметров твэла низка точность определения как веса, так и поперечного сечения твэла. Это неприемлемо при определении параметров облученных твэлов, т.к. по изменению диаметра твэла судят о распухании оболочки и решают вопрос о дальнейшей эксплуатации твэла.

Преимуществами заявляемого технического решения являются:

- повышение точности измерения веса твэла;

- повышение точности измерения средней площади поперечного сечения участка твэла.

Для этого в способе дистанционного измерения параметров твэлов взвешивают пустой захват, взвешивают образец, удерживаемый захватом на воздухе, погружают образец и захват в рабочую жидкость, взвешивают их после погружения в рабочую жидкость, по результатам взвешивания вычисляют начальную плотность рабочей жидкости, взвешивают твэл, удерживаемый захватом на воздухе, погружают их в жидкость на различную глубину, взвешивая после каждого погружения, вычисляют частичный объем твэла, заключенный между двумя его последовательными поперечными сечениями, совпадающими с поверхностью рабочей жидкости в сосуде при двух последовательных ступенях погружения, а затем среднюю по этому объему площадь поперечного сечения твэла, а также полный объем твэла.

Основные существенные признаки заявляемого изобретения - это совокупность следующих действий:

взвешивание пустого захвата,

взвешивание образца на воздухе,

взвешивание образца, удерживаемого захватом, после погружения в рабочую жидкость, по результатам которого вычисляют начальную плотность рабочей жидкости,

взвешивание твэла, удерживаемого захватом на воздухе,

погружение твэла, удерживаемого захватом, в жидкость на различную глубину с взвешиванием после каждого шага погружения,

вычисление частичного объем твэла, заключенного между двумя его последовательными поперечными сечениями, совпадающими с поверхностью рабочей жидкости в сосуде при двух последовательных ступенях (шагах) погружения, а затем среднюю по этому объему площадь поперечного сечения твэла, а также полный объем твэла.

Сравнение заявляемого способа с прототипом позволяет установить соответствие его критерию новизна.

Погружение твэла в жидкость дискретными шагами с взвешиванием его после каждого погружения позволяет определить площадь поперечного сечения участка твэла.

Среднюю по k-му шагу погружения площадь поперечного сечения твэла вычисляли по формуле

где k=1, 2,...n;

n - количество шагов погружения твэла в жидкость;

P₁ - вес захвата на воздухе;

P₂ - вес захвата, погруженного в жидкость;

P₃ - вес образца и захвата на воздухе;

P₄ - вес образца и захвата, погруженных в жидкость;

P ₅(k) - вес твэла и захвата, в конце погружения k-го участка в жидкость;

P₅(k-1) - вес твэла и захвата в начале погружения k-го участка в жидкость;

Р ₅(0) - вес твэла и захвата на воздухе;

S(k) - средняя по объему k-го участка площадь поперечного сечения твэла;

V_o - объем образца;

V - объем твэла;

V(k) - объем участка твэла, погруженного в жидкость на k-м шаге;

h(k-1) и h(k) - расстояния от верхнего края твэла до поверхности жидкости, соответствующие началу и концу участка твэла, погруженного в жидкость на k-м шаге;

h(k)-h(k-1) - размер k-го шага погружения (высота k-го участка твэла);

Объем твэла вычисляли по формуле

Объем участка твэла, погруженного в жидкость на k-м шаге, вычисляли по формуле

С целью учета дрейфа начала отсчета и изменения параметров рабочей жидкости за время полного цикла измерений повторно взвешивают образец на воздухе и погруженный в жидкость, по результатам которого вычисляют конечную (для завершающегося цикла) плотность рабочей жидкости, проверяют отклонение от начальной, сравнивают с допустимым и по результатам сравнения делают вывод о пригодности или отбраковке (отбрасывании) результатов измерений этого цикла.

Для оценки влияния подогрева жидкости за время пошагового погружения выполняют быстрое погружение твэла - за один шаг (n=1), а его объем вычисляют по формуле

Сравнивают значения объема твэла, полученные при многошаговом и одношаговом погружении, по разности этих значений судят о влиянии подогрева жидкости за время пошагового погружения.

В настоящее время проводится модернизация активной зоны реактора СМ для ввода в эксплуатацию нового или модифицированного ядерного топлива. Первый этап модернизации активной зоны реактора СМ, завершаемый в настоящее время, базировался на переходе к использованию нового твэла, отличающегося от штатного повышенной на 20% загрузкой ²³⁵U. Программа реакторных испытаний этого твэла включала облучение в канале низкотемпературной петлевой установки опытной ТВС с 8 твэлами в режиме со средней по периметру плотностью потока тепла на поверхности до 15 МВт/м ² и выгоранием до 50%. Содержание продуктов деления в сердечнике твэла в конце облучения в этом случае заметно превышает 1 г/см ³, что может приводить к существенному увеличению площади поперечного сечения в результате распухания, а значит и к соответствующему уменьшению проходного сечения ТВС и ухудшению условий теплоотдачи.

Одна из целей исследования заключалась в оценке масштаба увеличения площади поперечного сечения твэлов в результате облучения и приемлемости этого увеличения.

Устройства, реализующее способ, размещали в защитой камере, операции по загрузке-разгрузке образца и объекта измерений, изменению высоты мачты, фиксации ее на заданном уровне выполняли дистанционно, например, с помощью манипулятора или электроприводов.

Способ дистанционного измерения параметров твэлов осуществляется следующим образом.

Для этого взвешивают пустой захват, взвешивают образец на воздухе, взвешивают образец после его погружения в рабочую жидкость, по результатам вычисляют начальную плотность рабочей жидкости, взвешивают твэл на воздухе, погружают его в жидкость на различную глубину дискретными шагами, взвешивая его после каждого погружения, вычисляют частичный объем твэла, заключенный между двумя его последовательными поперечными сечениями, совпадающими с поверхностью рабочей жидкости в сосуде при двух последовательных ступенях погружения по формуле (3), затем среднюю по этому объему площадь поперечного сечения твэла, а также полный объем твэла.

При осуществлении способа определяли площадь поперечного сечения твэла №3 после облучения и сравнивали с исходным значением.

На прилагаемом чертеже приведено изменение площади поперечного сечения твэла №3 вследствие облучения, измеренное с шагом дискретизации 4 см.