Коллектив авторов - Большая энциклопедия техники

Тепловыделяющий элемент – основной конструктивный узел ядерного реактора с ядерным топливом, который располагается в активной зоне реактора и в котором идет реакция деления ядер ядерного топлива. Конструкция тепловыделяющего элемента включает герметическую оболочку и сердечник. Сердечник, как правило, бывает металлический, керамический или металлокерамический. Металлический сердечник сделан из плутония, урана, тория или их сплавов с цирконием, алюминием, цинком. Металлокерамический сердечник – это сплав урана и алюминия. Керамический сердечник – это сплав окислов, карбидов. Эти сердечники прочны и не изменяют свои размеры и физические свойства в высокотемпературных условиях и в зоне нейтронного излучения. Вещества, не принимающие участия в делении и воспроизводстве ядерного топлива, являются в таких сердечниках наполнителем. Чаще всего сердечники бывают керамические со спеченной двуокисью урана, они не меняют свою форму и размер и не подвержены деформации при выгорании топлива. Такие сердечники используются в энергетических реакторах на слабообогащенном уране. Герметизирующая оболочка защищает сердечник тепловыделяющего элемента от теплоносителя. Это очень важно, так как недопустимо попадание в теплоноситель продуктов деления, поскольку это может нарушить работу реактора. Поэтому материал, из которого сделана герметизирующая оболочка, имеет высокую термическую, коррозионную, эрозионную стойкость и механическую прочность. Чаще всего герметизирующая оболочка изготавливается из сплавов циркония, алюминия и стали. Выбор материала оболочки зависит от температурного режима реактора. В реакторах с температурой ниже 300 °С оболочка выполнена из сплавов алюминия, в реакторах с температурой до 400 °С – из сплавов циркония, в реакторах с температурой более 400 °С – из нержавеющей стали. Иногда герметизирующая оболочка изготавливается из графита с большой плотностью. Диффузное сцепление между герметизирующей оболочкой и сердечником улучшает теплообмен между ними, но это возможно, если материалы, из которых изготовлены оболочки и сердечник, обладают близкими коэффициентами объемного расширения. Если же их коэффициенты сильно отличаются, то зазор между сердечником и оболочкой заполняют теплопроводящим газом – гелием. Форма сердечника определяет форму тепловыделяющего элемента. Как правило, это цилиндрический стержень, но бывают пластинчатые, трубчатые стержни. В реактор тепловыделяющие элементы помещают собранными в виде блоков, кассет, пакетов. В жидких земедлителях, которые являются и теплоносителями, блоки элементов направляют поток жидкости. При твердых замедлителях блоки элементов располагают в каналах с теплоносителем. Тепловыделяющий элемент способен работать в энергетическом реакторе до нескольких лет.

Теплообменник – устройство теплопередачи между несколькими теплоносителями или между теплоносителем и поверхностью. Передача тепла – важнейший процесс в теплотехнике. Теплообменники имеют различную конструкцию, которая определяет их принцип действия. Существуют теплообменники-рекуператоры, регенераторы, смесители. Теплообменники-рекуператоры имеют два подвижных теплоносителя, температура которых различна, их разделяет твердая стенка. Процесс теплообмена между ними – это конвективный теплообмен. Подогреватели и парогенераторы – это рекуперативные теплообменники. Рекуператоры бывают змеевиковые, трубчатые, кожухотрубные, пластинчатые. Регенеративные теплообменники – это поверхность нагрева, которую попеременно омывает то холодный, то горячий теплоноситель. Когда происходит контакт поверхности с холодным теплоносителем, то она охлаждается, отдавая тепло, когда осуществляется контакт с горячим теплоносителем, то она нагревается, отбирая тепло. Как правило, такие регенераторы используются в качестве воздухонагревателей доменной печи. Оба вида теплообменников – и рекуператор, и регенератор – поверхностные, так как передача тепла в них идет на поверхности твердого тела. Смесительные теплообменники работают на основе прямого соприкосновения теплоносителей. Существуют также теплообменники, имеющие внутренний источник тепла. В них работает один теплоноситель. В основном это ядерные реакторы, различные электронагреватели. Для правильного выбора теплоносителя осуществляют его тепловой расчет, учитывающий теплопередачу и тепловой баланс. Поверхность теплообмена определяется специальными проектными расчетами. Количество переданной теплоты при заданной поверхности теплообмена и температура теплоносителей определяются поверочными расчетами. Такие теплообменные устройства широко используются в теплотехнике.

Теплофикационная турбина – это разновидность паровой турбины.

Теплофикационный котел – устройство, подающее пар теплофикационным турбинам и одновременно вырабатывающее горячую воду для отопления. Представляет собой котлоагрегат ТЭЦ. Теплофикационный котел работает на воде – возвращенном конденсате. Поэтому котлоагрегат имеет барабанное устройство и ступенчатое испарение. При малой продувке котла вырабатывается чистый пар. Если теплофикационный котел используется для получения отопительной воды, то его работа носит практически сезонный характер. Чтобы не нарушить режима работы, теплофикационные котлы, кроме воды для отопления, вырабатывают пар для турбин. Как правило, производительность пара такого котла – 420 т/ч, давление пара – 14 Мн/м 2при температуре 560 °С.

На современных ТЭЦ используются прямоточные котлы с производительностью пара 550 °С, с давлением более 20 Мн/м 2при температуре более 550 °С. Модификация теплофикационного котла – водогрейный котлоагрегат, подогревающий воду дополнительно, когда в ней возникает необходимость при увеличении тепловой нагрузки, для обеспечения турбины. Сперва воду нагревает пар до температуры 120 °С и после уже котел до 170 °С. Эти дополнительные котлы, как правило, располагаются около здания ТЭЦ, они вырабатывают воду для временного отопления. Водогрейные котлы экономичны и дешевы. Они помогают снять тепловую нагрузку с главных теплофикационных котлов, что увеличивает их эффективность.

Термостат – прибор, поддерживающий постоянную температуру при помощи терморегулятора или фазового перехода, которым является, например, кипение воды. Термостат – это сосуд, имеющий надежную защиту от воздействия внешних факторов. Терморегулятор, поддерживающий постоянство температуры, измеряет длину чувствительного элемента, на которую влияет изменение температуры. В приборе поддерживается постоянная температура газа и жидкости, его рабочего вещества, которое этот прибор наполняет. Такую же температуру имеет и изучаемое вещество, находящееся в тепловом контакте с газом и жидкостью термостата. Термостаты имеют инерционные нагреватели, высокоточные терморегуляторы, приспособление, перемешивающее рабочее вещество, что дает уравнивание температур.