Образец-свидетель тепловыделяющего элемента ядерного реактора

Изобретение относится к атомной энергетики и может быть использовано в производстве стержневых тепловыделяющих элементов атомных станций, герметизация которых осуществляется с применением сварки. Сущность изобретения: отношение величины свободного объема под оболочкой образца-свидетеля к величине свободного объема под оболочкой тепловыделяющего элемента равно или больше единицы, а длина оболочки образца-свидетеля составляет от 1 до 1/6 от длины оболочки тепловыделяющего элемента. Под оболочкой образца-свидетеля находится наполнитель в виде одного или нескольких прутков, выполненный из материала с твердостью большей, чем твердость материала оболочки образца-свидетеля.

Полезная модель относится к атомной энергетике и может быть использована в процессе производства тепловыделяющих элементов атомных станций, в частности, для ректоров типа ВВЭР.

Надежную работу тепловыделяющих элементов в реакторах атомных станций обеспечивает соблюдение предъявляемых к ним целого ряда технических требований. К основным из таких требований, относятся герметичность тепловыделяющего элемента и наличие под его оболочкой атмосферы заданного состава и давления. Эти требования обеспечиваются в значительной степени процессом герметизации тепловыделяющего элемента, которая осуществляется приваркой к торцам трубчатой оболочки тепловыделяющего элемента заглушек. Атмосфера заданного состава и давления под оболочкой тепловыделяющего элемента обеспечивается перед приваркой второй заглушки непосредственно в сварочной установке. В связи с высокими требованиями к качеству тепловыделяющего элемента часть годной продукции с целью подтверждения качества сварных швов и соответствия атмосферы под оболочкой установленным требованиям подвергается разрушающим методам контроля, что снижает выход годной продукции и увеличивает затраты производства. Результаты контроля используются для оценки качества продукции в объеме партии изделий, оговоренной в нормативно-технической документации.

Известен образец для контроля качества сварного соединения тепловыделяющего элемента, состоящий из отрезков оболочки тепловыделяющего элемента, состыкованный с удлинителем до величины оболочки тепловыделяющего элемента, каждый из которых имеет со стороны, противоположной удлинителю, сварной шов (см. патент RU №2194313), к

недостаткам которого относится:

- отсутствие одного из сварных швов, что не дает возможности оценить качество продукции в объеме требований нормативно-технической документации;

- отсутствие под оболочкой тепловыделяющего элемента атмосферы требуемого состава и давления, что не дает возможность оценить качество атмосферы в контролируемой партии тепловыделяющих элементов;

- так как основную часть образца составляет пруток-удлинитель, то жесткость образца в осевом направлении больше жесткости оболочки реального тепловыделяющего элемента, поэтому данный образец не отражает в полной мере условий сварки реальных тепловыделяющих элементов при выполнении сварного шва контактно-стыковой сваркой, когда к торцу оболочки прикладывается значительное осевое усилие;

- условия фиксирования прутка-удлинителя сплошного сечения и пустотелой оболочки тепловыделяющего элемента от осевого перемещения под действием сварочного усилия в зажимных устройствах сварочной установки различны, что также влияет на качество сварки и результаты контроля сварных соединений;

- материал образца аналогичен материалу тепловыделяющего элемента, но нет привязки к конкретной партии изделий, что не дает возможность использовать его для оценки качества данной партии изделий.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому решению является тепловыделяющий элемент (см. патенту RU №2082574, МПК В 23 К 11/02, G 21 С 3/00, 1997) - прототип, который позволяет производить требуемый разрушающий контроль сварных соединений, однако использование этого решения приводит к дополнительным затратам на производство таких изделий образцов и на материалы для их изготовления. Кроме этого, при разрушающем контроле тепловыделяющего элемента поток газа из-под оболочки выносит с собой мелкодисперсную радиоактивную пыль материала

топливного сердечника, что приводит к загрязнению используемого оборудования, оснастки и требует дополнительных мер по защите персонала и производственных площадей.

Технической задачей полезной модели является снижение производственных затрат на изготовление образцов-свидетелей, повышение универсальности конструкции и улучшение экологичности производства тепловыделяющих элементов.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в образце-свидетеле, состоящем из оболочки, выполненной из материала, идентичного материалу оболочки тепловыделяющего элемента из контролируемой партии, загерметизированной по торцам приваренными заглушками, и содержащем внутри атмосферу заданного состава и давления, согласно формуле изобретения, отношение величины свободного объема под оболочкой образца-свидетеля к величине свободного объема под оболочкой тепловыделяющего элемента равно или больше единицы, а длина оболочки образца-свидетеля составляет от 1 до 1/6 длины оболочки тепловыделяющего элемента, при этом под оболочкой образца-свидетеля находится наполнитель в виде одного или нескольких прутков из материала с твердостью большей, чем твердость материала оболочки образца-свидетеля.

Указанная совокупность признаков является новой и не известной из уровня техники и решает поставленную задачу, так как:

- наличие под оболочкой образца-свидетеля свободного объема, по величине равного или превышающего свободный объем тепловыделяющего элемента, позволяет с достаточной точностью контролировать разрушающим методом давление гелия под оболочкой образца-свидетеля и делать вывод о соответствии контролируемой партии установленным требования. При этом с увеличением свободного объема точность измерения контролируемого давления увеличивается. Это происходит потому, что при разрушении оболочки образца-свидетеля давление под его оболочкой распределяется между образцом-свидетелем и устройством, обеспечивающим контроль величины давления. Устройство для

контроля давления имеет свой свободный объем, уменьшающий общую величину давления в системе, образованной свободным объемом под оболочкой образца-свидетеля и свободным объемом устройства для контроля его величины. Уменьшение свободного объема под оболочкой образца-свидетеля менее величины свободного объема под оболочкой тепловыделяющего элемента увеличивает погрешность измерения, что недопустимо по требованиям нормативной документации;

- длина образца-свидетеля в переделах от 1 до 1/6 от длины оболочки тепловыделяющего элемента обеспечивает необходимую жесткость образца-свидетеля при его изготовлении, что позволяет получить сварной шов такой же по качеству, как и в изделиях контролируемой партии. Увеличение длины образца-свидетеля больше, чем длина оболочки тепловыделяющего элемента, нецелесообразно с точки зрения увеличения расхода материала и усложнения работы с таким образцом. Образцы-свидетели длиной менее 1/6 длины оболочки тепловыделяющего элемента имеют свободный объем меньше свободного объема тепловыделяющего элемента и непригодны для контроля величины давления, кроме этого, такие образцы из-за ограниченной длины не могут быть однозначно зафиксированы при сварке герметизирующего шва, так как это происходит с тепловыделяющего элемента;

- выполнение образца-свидетеля пустотелым без использования радиоактивных материалов упрощает работу с ним и не требует специальных мер по защите персонала и оборудования от загрязнения такими материалами, что повышает экологичность производства;

- наличие под оболочкой образца-свидетеля наполнителя в виде одного или нескольких прутков позволяет регулировать при необходимости величину свободного объема под оболочкой образца-свидетеля и обеспечивает его универсальность;

- выполнение наполнителя из материала более твердого, чем материал оболочки образца-свидетеля исключает нанесение этого материала на торец оболочки и

ухудшение качества сварки.

Сущность полезной модели поясняется чертежом.

На фигуре показан предлагаемый образец-свидетель.

Образец-свидетель состоит из оболочки 1, с торцов которой сварными швами 2 и 3 приварены концевые детали 4, 5. Образец-свидетель выполнен из того же материала, что и контролируемая партия тепловыделяющих элементов, с которой этот образец выполняется. Длина оболочки L образца-свидетеля составляет от 1 до 1/6 длины оболочки тепловыделяющего элемента. Под оболочкой образца-свидетеля находится свободный объем 6, величина которого не менее величины свободного объема тепловыделяющего элемента, с атмосферой заданного состава и давления. В свободном объеме при необходимости размещается наполнитель 7 в виде одного или нескольких стержней из материала с твердостью большей, чем твердость оболочки образца-свидетеля (например, сталь), который уменьшает свободный объем образца-свидетеля до величины свободного объема под оболочкой тепловыделяющего элемента.

Предлагаемый образец-свидетель работает следующим образом.

Образец изготавливается одновременно с контролируемой партией тепловыделяющих элементов, из материалов, идентичных материалам оболочки и заглушек тепловыделяющего элемента, и предъявляется вместе с ними для контроля качества сварных швов и атмосферы под оболочкой. Для определения давления и состава атмосферы под оболочкой один конец образца-свидетеля помещается в устройство для контроля состава и давления атмосферы, где осуществляется его герметизация по наружному диаметру оболочки. После чего оболочка образца разгерметизируется, например, прокалывается, и осуществляется контроль величины давления газа, находившегося по оболочкой образца-свидетеля. Часть этого газа используется для определения его состава. После этого контролируемое сварное соединение отрезается от образца-свидетеля для выполнения металлографического контроля. По

результатам проведенного контроля дается окончательное заключение о годности партии тепловыделяющих элементов, одновременно с которыми изготавливался образец-свидетель.

1. Образец-свидетель тепловыделяющего элемента, состоящий из оболочки, выполненной из материала, идентичного материалу оболочки тепловыделяющего элемента, загерметизированной по торцам приваренными заглушками, выполненными из того же материала, и содержащей внутри атмосферу заданного состава и давления, отличающийся тем, что отношение величины свободного объема под оболочкой образца-свидетеля к величине свободного объема под оболочкой тепловыделяющего элемента равно или больше единицы, а длина оболочки образца-свидетеля составляет от 1 до 1/6 от длины оболочки тепловыделяющего элемента.

2. Образец-свидетель по п.1, отличающийся тем, что под его оболочкой находится наполнитель в виде одного или нескольких прутков, выполненный из материала с твердостью большей, чем твердость материала оболочки образца-свидетеля.