VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Одним из важнейших элементов международного термоядерного реактора ITER является дивертор – устройство, служащее для приема потока частиц и излучения с периферии плазменного шнура. Дивертор работает в условиях больших плотностей теплового потока и является критическим узлом реактора. Расчетные потоки теплоты на стенку дивертора составляют 0,6 МВт/м², а из-за периодического импульсного характера выброса плазмы могут достигать 10 МВт/м².

Центральная сборка дивертора состоит из большого количества водоохлаждаемых кассет. Каждая кассета состоит из набора параллельно подключенных специальных каналов – гипервапотронов. Эти каналы имеют прямоугольное сечение, причем стенка, обращенная в сторону плазмы, снабжена большим количеством прямоугольных поперечных ребер, служащих для интенсификации теплообмена. Учитывая достаточно сложную с технологической точки зрения конструкцию каналов охлаждения, можно ожидать развертку в распределении расходов по этим каналам, вызванную как неточностью изготовления отдельных гипервапотронов, так и наличием коллекторного эффекта самой сборки. В связи с этим актуальной становится проблема измерения распределения расходов по каналам охлаждения, а также проблема отбраковки кассет, в состав которых входят гипервапотроны с уменьшенным проходным сечением, т.е. с расходом воды ниже допустимого.

Для проведения теплогидравлических исследований разработан комплексный стенд, позволяющий осуществить экспериментальное подтверждение возможности измерения расходов через гипервапотроны макета центральной сборки дивертора двумя способами: по измеренному перепаду давления на гипервапотронах; и по показаниям ультразвукового расходомера, датчики которого установлены на изогнутых подводящих или отводящих трубках гипервапотронов [1,2].

В качестве рабочего участка для решения первой задачи использовалась модель купола центральной сборки, содержащую входной и выходной коллекторы и расположенные между ними три параллельно включенных модели гипервапотронов (ГВ). Модели ГВ соединены с коллекторами изогнутыми трубками круглого поперечного сечения (рисунок 1).

На рисунке 1 приведен общий вид рабочего участка. Модель гипервапотрона – это криволинейный канал прямоугольного поперечного сечения. Верхняя – обращенная в сторону плазмы – поверхность канала представляет собой ряд поперечных ребер прямоугольного сечения. По краям этих ребер вдоль по потоку расположены две канавки. Они предназначены для уменьшения гидравлического сопротивления канала ГВ. Тем не менее, конструкция канала такова, что он обладает достаточно высоким гидравлическим сопротивлением. Например, расчетный перепад давлений на натурном куполе при номинальном расходе составляет 0,193 МПа.

Рис.1 Общий вид рабочего участка

На первоначальном этапе проводилась индивидуальная проливка каждого канала с измерением расхода через него, и определение перепада давления между входом в раздающий коллектор рабочего участка и выходом из конкретного канала (рисунок 2).

Для этого закрывались два из трех вентилей на выходе из гипервапотронов и снималась характеристика одного из каналов, причем расход регулировался с помощью вентиля 7 на восходящей подводящей линии, а измерялся объемным методом. Перепад давления измерялся преобразователем разности давлений «Сапфир-22М-ДД» с пределом измерений 0÷250 кПа в комплекте с измерителем-регулятором «Овен» ТРМ201.

На втором этапе выходы из трех гипервапотронов подключались к выходному коллектору рабочего участка так, как это показано на рисунке 1.5.б. В этой серии опытов измерялся как перепад давления на каждом канале, так и перепад между отборами на входном и выходном патрубках. Общий расход воды через модель измерялся объемным методом. В этом случае ультразвуковой расходомер использовался для регулировки и установки требуемого расхода. Продольные» перепады давления измерялись, как и прежде, прибором «Сапфир», а перепады давления между выходными патрубками модели измерялись с помощью прибора АИР-20 М2 ДД с пределом измерений 0÷40 кПа

Проведенные исследования показали, что ультразвуковой может быть использован для измерения расходов в каналах охлаждения ЦСД. Измерения следует проводить на трубках, установленных между выходами из гипервапотронов и собирающими коллекторами.

Рис. 2 Схема стенда для отработки методики гидродинамических испытаний

Литература

1 Разработка методики и приборного обеспечения гидродинамических испытаний полномасштабного макета центральной сборки дивертора ИТЭР // Отчет о НИР/ЗАО НПО «Гамма-С»; Руководитель Л.И. Щуров. – СПб, 2010.

2 Оптимизация методики и проведение гидродинамических испытаний дивертора // Отчет о НИР/ЗАО НПО «Гамма-С»; Руководитель Ю.В. Соболев. – СПб, 2010.