Главная  Взрывная дейтериевая энергетика 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 [ 35 ] 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90

аккумуляторе и накопи-[с. 5.2. Сплошной линией я, штриховой - в случае


к) В4

ках; В обозначает взрыв; энергозаряда

системы формирования гитием), либо в накопи-меняется. Это измене-температуры в аккуму-[тельных баках в случае

;ов. Существенно боль-энергозаряда. Это пока-(чередного нормального нием мощности. Тепло-аавшись с теплоносите-[мерно на ДГс 200 К.

итель первого контура [пе и вместо двух оче-дия мощности произво-ителя второго контура недостающий теплоно-I.

1иболее привлекатель-р теплоносителя имеет

Г

температуру на 50... 100 °С выше, чем теплоноситель, поступающий на парогенераторы. Ниже мы рассмотрим, как это можно сделать. Сейчас же сформулируем следующие выводы относительно тепловых нагрузок:

в стационарном режиме работы КВС с чистым натрием колебания температуры в аккумуляторе первого контура не превышают нескольких градусов;

в стационарном режиме при тех же условиях колебания температуры в накопительных баках могут достигать десятков градусов;

в случае отказа одного из энергозарядов температура аккумулятора может уменьшиться на -200 °С.

Последнее вызовет временное (на 2...4 цикла) уменьшение температуры также и на входе основных теплообменников, примерно на столько же градусов. Но и это изменение температуры в корпусе КВС не самое большое. Максимальное изменение температуры произойдет в аккумуляторах: в процессе монтажа и после заливки бетона корпус будет иметь температуру -50 °С, а после заполнения КВС жидким натрием и первых взрывов температура может достигнуть 550...650 °С.

§ 5.4. Тепловые нагрузки в корпусе - неядерная проблема мастодонта

Влияние нагрева на материалы, вызывающего их расширение, велико и ведет порой к серьезным проблемам с прочностью. Простейшее решение задачи подсказывает опыт со стаканом : если нагревать медленно - все обойдется. В принципе верно, но практическая ценность такого решения невелика.

Во-первых, на прогрев корпуса КВС потребуются не годы, а десятки лет.

Во-вторых, если даже корпус удастся равномерно прогреть, как обслуживать расположенные внутри него агрегаты?

В-третьих, если удастся создать агрегаты, работающие при температуре свыше 500 °С, как изолировать горячий корпус от охлаждения, что представляет собой изолятор и т. д.?

Так или иначе, на каком-то материале должен образовываться перепад температур AT ~ 500 °С. В свободном состоянии этот материал увеличил бы свой размер (L) на 8L = La AT, где а - коэффициент линейного расширения.

Но если ему не дать расширяться (например, зажав между жесткими стенками), в нем возникнет давление (напряжение сжатия)

Е-ЕаАТ,

(5.7)

где Е - модуль Юнга.

Для стали это давление составило бы -5000 кг/см , а для бетона -500 кг/см , то есть оказалось бы близким к пределу прочности.

Еще хуже выглядел бы стакан , имеющий внутреннюю облицовку из стали (рис. 5.4). Сталь, способная передать давление в -5000 атм, разорвала бы



и напряженный железобетон. В результате бетон лопнул бы подобно стакану с кипятком.


Рис. 5.4. Пример неудачной конструкции корпуса бассейна для теплоносителя: / - внутренняя стальная оболочка; 2 - бетонный корпус; 3 - разлом бетонного корпуса

Если внутренняя оболочка тонкая, ее стремление к расширению приведет к ее неустойчивости.

Здесь приведены только оценки. Формула (5.7) завышает напряжения приблизительно в 2 раза. В то же время реальная конструкция содержит узкие места , где происходит концентрация напряжений. Имеется немало способов расчета температурно-напряженных сложных конструкций. Применение этих способов показывает, что оценки (5.7) не слишком завышают напряжения в узких местах реальных моделей корпусов взрывных камер [60].

В таком случае разность температур даже в 50 °С для бетонного корпуса становится опасной. Особенно это опасно в случае облицовки внутренней (горячей) поверхности сталью.

Снятие напряжений от тепловых нагрузок возможно путем конструкторских решений - компенсацией тепловых нагрузок (рис. 5.5).

Основной железобетонный корпус 1 имеет комнатную температуру, которая поддерживается за счет охлаждения стальной облицовки 2. Охладителем может служить жидкость или газ, прокачиваемые по трубам, приваренным к облицовке. К основному корпусу за счет гибких или перемещающихся связей 4 крепится внутренний стальной корпус 3.

Между облицовками 2 и 5 размещается демпфирующий слой 5. Это может быть жидкая или сыпучая субстанция, в простейшем случае - песок.

В объеме аккумулятора полезно разместить компенсирующий сосуд 7, непосредственно из которого по трубопроводу 9 из аккумулятора первого контура через систему теплообменников теплоноситель перекачивается в напорные баки СФЗС.

Заметим, что в любом механизме, подверженном изменению температур, компенсирующие слои и объемы, как правило, предусматриваются. Это может быть зазор между деталями, сильфон и т. п. Зачастую величина тепловых сдвигов составляет десятые доли миллиметра. Но если диаметр корпуса КВС 10

в районе аккумуля комнатной темпер ширится на 0,7... на 30...40 см. Это: смотреть резервны сок, то он может i разделенных гибки

I - основной железоб железобетонного корп; 4 - упругие связи; 5 -рующий сосуд; 8 - де:

После заполне возникает разноси ла между стальньв чаной прослойкой тепла будет прохо^ шего, чем песок, те

В нормальном будет изменяться Но если не сработа трий (150 °С). Он( натрием, температу

рующий корпус oxj

Толщина демпфир; ность температур, объем горячим нат ла) демпфирующие Значит, оболочка 3



ул бы подобно стакану

1 для теплоносителя:

злом бетонного корпуса

расширению приведет

[шает напряжения при-и содержит узкие мес-емало способов расчета ленение этих способов Кения в узких местах

Ц1Я бетонного корпуса )вки внутренней (горя-

[о путем конструктор-

/ю температуру, кото-довки 2. Охладителем 1м, приваренным к об-мещающихся связей 4

(ий слой 5. Это может le - песок.

;нсируюший сосуд 7, 1улятора первого кон-:ачивается в напорные

менению температур, гриваются. Это может ичина тепловых сдви-метр корпуса КВС 10

Г

в районе аккумулятора составит 130... 140 м, то корпус 3, будучи изготовлен при комнатной температуре, после заливки в него горячего натрия (550 °С) расширится на 0,7...0,8 м, то есть толшина демпфирующего слоя уменьшится на 30...40 см. Это значит, что в демпфирующем слое необходимо заранее предусмотреть резервный объем, в который будет вытеснено вещество. Если это песок, то он может быть, например, уплотнен или можно в каждом из объемов, разделенных гибкими связями, заранее недосыпать песок.


Рис. 5.5. Схема компенсации тепловых нагрузок;

1 - основной железобетонный корпус, температура Т = 30 °С; 2 - стальная облицовка основного железобетонного корпуса, охлаждается до Т = 30 °С; 3 - внутренний стальной корпус, Т = 550 °С; 4 - упругие связи; 5 - демпфирующий слой; 6 - горячий натрий, Т = 550 °С; 7 - компенсирующий сосуд; 8 - демпфирующий объем; 9 - трубопровод; 10 - катки

После заполнения аккумулятора теплоносителем, на демпфирующем слое возникает разность температур -500 °С. Образующийся в результате поток тепла между стальными оболочками 5 и 2 сравнительно невелик. Для КВС 10 с песчаной прослойкой толщиной 2.. .4 м он не превысит 10 МВт. При этом половина тепла будет проходить по стальным гибким связям. То есть использование лучшего, чем песок, теплоизолятора не даст большого эффекта.

В нормальном режиме работы за время цикла температура в аккумуляторе будет изменяться мало и внутренний корпус 3 почти не будет дышать . Но если не сработает очередной энергозаряд, в аккумулятор упадет холодный натрий (150 °С). Он быстро перемешается с находившимся в аккумуляторе горячим натрием, температура аккумулятора за секунды упадет на 200.. .300 °С. Компенсирующий корпус охладится и уменьшит свой диаметр приблизительно на полметра. Толщина демпфирующего объема 8 увеличится, и на его стенках возникнет разность температур. Наиболее естественное решение - заполнить демпфирующий объем горячим натрием (550 °С). Оценки показывают, что за полчаса (время цикла) демпфирующий объем толщиной 2 м успеет охладиться не более чем на 10 °С. Значит, оболочка 3 дополнительного корпуса переместится на 2.. .5 см, часть песка



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 [ 35 ] 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90

© ООО "Карат-Авто", 2001 – 2018
Разработчик – Евгений Андрианов