Стенд РК-3 HELMEF

В 2013 году в соответствии с планами по модернизации экспериментальной базы руководство ОИВТ РАН приняло решение о выделении в распоряжение объединенной научной группы МЭИ-ОИВТ РАН отдельного лабораторного корпуса для создания новой экспериментальной лаборатории с жидкометаллическим (ртутным) МГД- стендом нового поколения, предназначенным для исследования особенностей гидродинамики и теплообмена в условиях перспективных ЯЭУ. Новый стенд получил название «ртутный контур РК-3», поскольку он является третьим по счёту после двух имеющихся в распоряжении авторов. Основу нового стенда  составляет, ртутный контур, а также уникальный электромагнит, произведенный по нашему техническому заданию специалистами Института ядерной физики имени Г.И. Будкера (г. Новосибирск). Магнит с охлаждаемыми медными обмотками создает на длине около 1 метра однородное, поперечное по отношению к помещенному в его зазор теплообменному каналу магнитное поле индукцией до 2,7 Т.

3

Дальнейшему увеличению магнитного поля препятствует насыщение магнитопровода. В настоящее время в мире существует несколько электромагнитов с «тёплыми» обмотками, имеющим похожие технические характеристики. Уникальность нашего магнита заключается в специально спроектированной конструкции его опор. Магнит массой пять тонн подвешен на опорах на горизонтальной оси с поворотным механизмом, позволяющим плавно поворачивать его на любой угол, придавая ему вертикальное, горизонтальное или наклонное положение. Это делает МГД-стенд универсальным, позволяя на одном стенде исследовать различные конфигурации теплообмена при подъемных, опускных и горизонтальных течениях жидкого металла в вертикальных, горизонтальных и наклонных трубах  и каналах различной формы, в широких диапазонах чисел Re, Gr, Ha. При этом предметом исследований являются коэффициенты сопротивления и теплоотдачи, поля скорости и температуры, статистические характеристики пульсаций скорости и температуры, корреляции пульсаций. Разумеется, запланированы эксперименты и при нулевом значении числа Гартмана, представляющие интерес для быстрых реакторов.

21photo_2017-08-12_19-55-17

Стенд РК-3 показан на рисунке . Он представляет собой замкнутый ртутный контур.

Движение ртути в контуре обеспечивается за счет насоса (3). В качестве насоса на разных этапах экспериментальной программы применяется химически стойкий циркуляционный насос, перистальтический насос Watson-Marloy и электромагнитный насос с вращающимися постоянными магнитами. Для термостатирования контура применяются три теплообменника труба в трубе. Основной теплообменник (7) снимает тепло получаемое потоком ртути в экспериментальной секции, теплообменники (8) служат для точного регулирования температурного режима. В качестве расходомерного устройства применяются электромагнитные и турбинные расходомеры, предварительно калибруемые весовым способом. При калибровке расходомеров используется герметичная весоизмерительная вставка в контур. Для сглаживания пульсаций расхода и успокоения потока (успокоения потока применяется переливной напорный бак. В паузах между экспериментами ртуть хранится в специальном резервуаре (6). Для вытеснения ртути в контур и заполнения насосов используется специальная вакуумно-газовая система Перед началом каждого эксперимента контур вакуумируется до абсолютного давления 500 Па, гарантирующего полное испарение воды, и опресcовывается давлением от 3 до 5 атмосфер. Эта процедура подтверждает герметичность контура.  Бак хранения установлен на промышленных весах и разгружен от контура, это позволяет контролировать заполнение контура по изменению веса бака хранения. При работе циркуляция ртути происходит через бак хранения, что позволяет контролировать возможные утечки и автоматически прерывать эксперимент.

Ртуть не применяется как теплоноситель или рабочая среда в энергетике. Однако она является наилучшей рабочей жидкостью в лабораторном эксперименте по гидродинамике и теплообмену, позволяет получать опытные данные с высокой точностью, недостижимой на других, упомянутых ниже ЖМ, использовать и разрабатывать высокоточные датчики и зондовые методы исследований трёхмерных осредненных и пульсационных полей скорости и температуры в потоке, что особенно важно при верификации расчётных кодов. Результаты, полученные в экспериментах на ртути, могут быть методами теории подобия пересчитаны на реальные ЖМ теплоносители (натрий, литий, свинец и сплавы), а также с определёнными ограничениями на расплавы солей. В настоящее время коллектив  является единственной в России профессионально работающей со ртутью как рабочейжидкостью исследовательской командой. Стенды полностью автоматизированы на базе оборудования National Instruments, ZETLAB, MOXA, ВЗЛЕТ, Элемер, ОМСК-Эталон, EA Elektro-Automatik, Термико, ОВЕН и др. Автоматизация стенда РК-3 позволяет проводить исследования в полностью автоматическом режиме без непосредственного участия оператора. В связи с увеличением мощности нового стенда по сравнению с предшественниками (РК-1, РК-2) создана автоматическая системы защиты, включающей в себя контроль параметров электропитания, охлаждения и нагрузки узлов стенда, а также герметичности ртутного контура. Существенное внимание также уделено экологической безопасности и контролю равномерности создаваемых магнитных полей. Применяемые решения согласованы с государственными органами контроля (Роспотребнадзор). Увеличение мощности стенда  было проведено с учетом применения оригинальных сканирующих зондов с микродатчиками.