ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Высокочастотная индукционная установка Плутон. 7.7.2. Разработка и создание высокочастотного источника электропитания установки Плутон-2, работающего на химически активную нагрузку с переменными тепло- и электрофизическими свойствами из "Плазменные и высокочастотные процессы получения и обработки материалов в ядерном топливном цикле - настоящее и будущее" Технологический блок установки Плутон-2 состоит из четырех основных элементов загрузка гиихты реактор, прозрачный для потока электромагнитной энергии выгрузка карбида бора линия отвода мопооксида углерода. Загрузка состоит из следующих частей бункер с шихтой 1 объемом 0,5 м горизонтальный шнек 5 для подачи шихты, соединенный через редуктор с электродвигателем 15. Вертикальный толкатель 2, соединенный через редуктор с электродвигателем Ц, совершает возвратно-поступательное движение в загрузочной трубе, заканчивающейся водоохлаждаемым фланцем 6, к которому крепится реактор 4- Высокотемпературный реактор включает в себя следующие элементы собственно реактор 4- выполненный из диэлектрического материала индуктор высокочастотного генератора 5 кожух реактора, соединенный с вытяжной вентиляцией (на схеме не показан). [c.357] Выгрузка карбида бора состоит из следующих элементов верхний фланец узла выгрузки 6, разгрузочный клапан 7, бункер для выгрузки карбида бора с клапаном бункера выгрузки 8, бункер для охлаждения карбида бора 9, с клапаном бункера охлаждения 10. Бункер 11 соединяется с транспортным контейнером (последний на схеме не показан). [c.357] Схема КИПиА установки Плутон-2 выполнена так, чтобы в процессе карбидизации определялись следующие параметры расход шихты — Со [кг/ч] мощность, потребляемая из сети — Ро [кВт] коэффициент полезного действия генератора — г]д = Ру/Ро (здесь Ру — колебательная мощность, подведенная к системе индуктор-реактор ) потери мощности в реакторе — Рг [кВт] электрическая мощность, затраченная на нагрев и карбидизацию — Р [кВт] затраты электроэнергии на собственно карбидизацию — Р/Со [кВт-ч/кг (В4С)]. Выходные параметры установки Плутон-2 количество первичного (необработанного) карбида бора — С [кг/ч] производительность установки по карбиду бора — С2 [кг/ч]. Затраты электроэнергии на карбидизацию — Е [кВт-ч/кг (В4С)] полные затраты электроэнергии на процесс карбидизации с учетом затрат на преобразование электрического тока — Ее [кВт-ч/кг (В4С)]. При работе установки контролировали следующие параметры. [c.358] На начальной стадии нагрева удельное сопротивление шихты составляло 100 Ом см при этом генератор плохо взаимодействовал с шихтой. Шихта постепенно прогревалась, температура в зоне нагрева повышалась, удельное сопротивление снижалось, зона тепловыделения локализовалась и, когда температура шихты достигала 1660- -1700 °С, начиналась реакция карбидизации. Этот момент фиксировался по появлению факела сгорающего на сжигателе мопооксида углерода. Поскольку при карбидизации выделяется СО, масса в зоне индуктора уменьшалась, начиналось постепенное рассогласование генератора с нагрузкой. Поэтому, как только начиналось выделение СО из реактора, включался толкатель 2, прессующий и проталкивающий шихту. Шихта давила на карбид бора, он давил на клапан 7, отжимал последний и выходил в приемник в виде болванки или раздробленной карбидной губки. [c.359] Однако работа основных механизмов установки Плутон-2 на стадии экспериментов оставляла желать лучшего во-первых, стенки реактора оказывали большое сонротивление движущемуся материалу. Нагрузка на стенки реактора была неравномерной, поскольку стенки кварцевых труб были разной толщины и в большинстве случаев имели сечение в форме эллипса. По этой причине кварцевый реактор часто выходил из строя. Для того чтобы уменьшить расклинивающее действие шихты на стенки реактора, загрузочную трубу вводили непосредственно в реактор, но это не приводило к качественным улучшениям. Из-за большой и неравномерной толщины стенок кварцевых труб происходил сильный разогрев стенок реактора. Температура на их внешней поверхности возрастала до 1200 1400° С даже при наличии поверхностного охлаждения сжатым воздухом. Внутренняя поверхность реактора иногда плавилась. Сильно разогретый кварц, по-видимому, начинал взаимодействовать с электромагнитным полем, причем взаимодействие в течение эксперимента увеличивалось, поскольку кварц начинал реагировать с компонентами шихты. При этом толщина стенки реактора в зоне индуктора уменьшалась. Непрореагировавший кварц при разогреве претерпевал внутрифазовый переход (тридимит — кристобалит) и при этом терял свои исходные механические свойства. [c.361] Поэтому продолжительность экспериментов на установке Плутон-2 с реактором из непрозрачного кварца в наиболее благоприятных случаях не превышала 6 4-7 ч в большинстве опытов через 3 4- 4 ч на поверхности реактора появлялись трещины в местах с локальным перегревом постепенно эти трещины увеличивались, через них начинал вырываться горящий монооксид углерода, по факелам которого происходил электрический пробой с индуктора, и установка отключалась. Улучшение поверхностного охлаждения реактора, подбор кварцевых труб с одинаковой толщиной стенки и с минимальной эллипсностью приводили к увеличению продолжительности эксперимента, но лишь до 8 4- 9 ч. Поэтому в дальнейшем были проведены опытно-конструкторские разработки, имеющие целью повышение надежности этого узла. [c.361] Оценим верхний и нижний пределы диапазона частот, на который следует рассчитывать высокочастотный генератор. Если удельное сопротивление шихты меняется в интервале 2-Ь10 Ом см, частоту генератора следует регулировать в диапазоне 0,73 -Ь 3,63 МГц. Поскольку в начальной фазе карбидизации удельное сопротивление шихты в зависимости от давления может меняться в интервале 3 -Ь 80 Ом х X см, верхний предел частоты можно поднять до 29 МГц. Генератор с переменной, плавно меняющейся в диапазоне 0,73 -Ь 29 МГц частотой обеспечивал бы оптимальные условия взаимодействия поля с начальными, промежуточными и конечными продуктами карбидизации либо генератор должен обладать гибкой регулировкой по мощности при выходе установки на стационарный режим. [c.365] При расчете параметров индуктора использовали методику, приведенную в работе [35]. По данным расчетов для частоты тока 2,3 МГц и наружного диаметра реактора 200 мм целесообразно использовать двух- или трехвитковые индукторы с внутренним диаметром 230 4- 240 мм. Расчеты дают приближенные значения параметров системы индуктор-садка , так как зависимость р = й) имеет в реальных условиях сложный характер. Для уточнения геометрических и электрических параметров индуктора и получения надежных результатов для расчета источника электропитания лампового генератора установки Плутон-2 были выполнены дополнительные эксперименты [10]. В частности, в процессе работы установки Плутон-2 кратковременно отключали нагрузочный контур автогенератора и снимали его резонансную характеристику. Процесс снятия характеристики занимал около 1 мин и не влиял заметно на работу установки. Находили резонансную частоту /о и соответствующее ей напряжение С/о, выделяли полосу пропускания контура и определяли его затухание, рассчитывали индуктивность нагруженного контура, измеряли напряжение на индукторе, рассчитывали ток в индукторе. Далее по формулам [35] уточняли значения приведенного активного сопротивления и полного сопротивления системы индуктор-садка , необходимые для расчета и согласования с нагрузкой лампового генератора установки Плутон-2 . [c.365] Вернуться к основной статье