Анализ гидродинамических нагрузок и вибрационных откликов оборудования РУ АЭС C ВВЭР-1000/1200

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Анализ гидродинамических нагрузок и вибрационных откликов оборудования РУ АЭС c ВВЭР-1000/1200

В.У. Хайретдинов, Л.С. Андропова, А.А. Аникин ОАО ОКБ «Гидропресс»

внутрикорпусный реактор теплоноситель давление

Внутриреакторное оборудование ядерных энергетических установок с ВВЭР-1000, включающее внутрикорпусные устройства и тепловыделяющие сборки, в эксплуатационных условиях подвержено действию различного рода динамических нагрузок. Обеспечение вибродинамической надежности внутрикорпусных устройств и тепловыделяющих сборок является важнейшим фактором, определяющим безопасность АЭС.

Анализ вибродинамического поведения внутриреакторного оборудования новых проектных вариантов АЭС с ВВЭР-1000/1200 проводился по прототипным расчетно-экспериментальным данным, полученным в период предпусковых работ для серийных реакторных установок с ВВЭР-1000 и реакторных установок повышенной безопасности.

Наиболее значимыми конструктивными отличиями новых проектных вариантов реакторных установок с ВВЭР-1000/1200 от прототипных, способными влиять на динамические характеристики несущих конструкций, а также на частоты, формы и декременты собственных акустических колебаний теплоносителя, характер, распределение и уровень пульсаций давления по гидродинамическому тракту главного циркуляционного контура и уровень вибронагруженности элементов внутриреакторного оборудования, являются:

- удлинение внутрикорпусной шахты реактора ~ на 300 мм (также как для реакторной установки повышенной безопасности;

- изменение основных диаметральных размеров корпуса реактора и, как следствие, увеличение проходного сечения для элементов: корпус - шахта реактора на 9%;

- изменение длин и конфигураций соединительного и трубопроводов впрыска;

- особенности конструктивного исполнения и отличие насосных характеристик главного циркуляционного насосного агрегата, используемого в составе новых реакторных установок от аналогичных характеристик главного циркуляционного насоса, входящего в состав серийной реакторной установки с ВВЭР-1000.

В обеспечение анализа вибродинамического поведения внутриреакторного оборудования АЭС с ВВЭР-1000/1200 с использованием расчетно-экспериментальных данных по прототипным проектным вариантам были выполнены оценки динамических характеристик внутрикорпусной шахты, основного несущего элемента внутрикорпусных устройств реактора.

Математическая модель внутрикорпусной шахты реактора включала все основные элементы конструктивного исполнения. Предварительный расчет проводился в диапазоне частот от 0 до 200 Гц для условий натурного закрепления шахты реактора на воздухе. Идентифицированы формы колебаний шахты: n=3, m=1,2; n=4, m=1, 4; n=5, m=1,3; n=6, m=1 (m -количество полуволн в осевом направлении; n - количество волн в окружном направлении). Низшие формы колебаний (n=0,1,2) в ходе предварительных численных экспериментов не реализовались.

Реализовавшиеся в ходе предварительных расчетно-экспериментальных оценок динамические характеристики находятся в частотном диапазоне 20-70 Гц для натурной конструкции. В сравнении с прототипом (серийным реактором ВВЭР-1000) сдвиг значений частот, соответствующих полученным формам собственных колебаний шахты составил 0,5-6%.

С учетом расчетно-экспериментальных данных и результатов пусконаладочных измерений на серийных реакторах ВВЭР-1000 определены предварительные значения собственных характеристик внутрикорпусной шахты реактора АЭС повышенной безопасности для номинальных параметров горячей обкатки оборудования, представленные в таблице 1.

Таблица 1

Для обеспечения частотной отстройки колебаний элементов внутрикорпусных устройств от спектров возмущений проведен анализ параметров гидродинамической нестабильности потока теплоносителя по прототипным расчетно-экспериментальным данным и оценки собственных колебаний теплоносителя в главном циркуляционном контуре новых реакторных установок АЭС ВВЭР-1000/1200

Из результатов проведенного анализа следует:

- ввиду близости конструктивного исполнения новых проектных вариантов реакторных установок с ВВЭР-1000/1200, предполагается, что проявления акустических стоячих волн в спектрах пульсаций давления в главном циркуляционном контуре новых АЭС будут аналогичны данным по серийным АЭС;

- в пульсациях давления энергоблоков повышенной безопасности существенных превышений уровней гидродинамической нестабильности потока теплоносителя серийной реакторной установки с ВВЭР-1000 не выявлено.

При этом численные значения пульсаций давления близки серийным аналогам, но в тоже время наблюдаются некоторые особенности (перераспределение интенсивностей гармоник акустических стоячих волн, а также более слабое проявление в спектрах пульсаций давления детерминированных насосных частотных составляющих). Первая особенность связана с изменениями проточной части главного циркуляционного контура реакторной установки, а вторая обусловлена применением иной модели главного циркуляционного насосного агрегата, основного источника гидродинамических возмущений в первом контуре.

Сравнительные распределения характеристик пульсаций давления по главному циркуляционному контуру реакторных установок с ВВЭР-1000 представлены на рисунке (а - энергоблоки повышенной безопасности, б - серийная реакторная установка).

Выполненные оценки показали, что по численным значениям акустические стоячие волны в главном циркуляционном контуре новых проектных вариантов реакторных установок с ВВЭР-1000/1200 не будут отличаться от аналогичных значений для серийной реакторной установки с ВВЭР-1000 более чем на 5%.

Рис. 1 Сравнительные распределения характеристик пульсаций давления по главному циркуляционному контуру реакторных установок с ВВЭР-1000

По результатам измерений в период пусконаладочных испытаний практически всех пускаемых блоков серийной реакторной установки с ВВЭР-1000 было проведено статистическое обобщение параметров гидродинамических возмущений на участках гидравлического тракта, характеризующихся наибольшей гидравлической нестабильностью потока теплоносителя, а также параметров динамического отклика и вибронагруженности контролируемых (наиболее вибронагруженных) элементов внутрикорпусных устройств и тепловыделяющих сборок. На базе проведенных статистических обобщений выработаны критерии приемлемости пусконаладочных динамических измерений. В качестве указанных критериев приняты контрольные значения амплитуд, общих и частотных стандартов пульсаций давления, виброускорений и динамических напряжений, а также контрольные спектральные маски пульсаций давления и вибрационных процессов.

Приемочные критерии используются как для оценки приемлемости уровней вибродинамического состояния контролируемых элементов и соответствия условий изготовления, сборки и наладки оборудования первого контура проектным требованиям, так и для выявления непроектных (аномальных) явлений и процессов, влияющих на работоспособность и прочность этого оборудования. Опыт пусконаладочных динамических измерений при вводе в эксплуатацию энергоблоков повышенной безопасности подтвердил возможность принятия указанных контрольных значений в качестве базовых. При подготовке программно-методических документов по системам пусконаладочных измерений новых АЭС по результатам предпроектных работ в приемочные критерии будут внесены необходимые уточнения.

На основе анализа вибродинамического поведения внутриреакторного оборудования новых АЭС по прототипным расчетно-экспериментальным данным:

- определен и рекомендован для включения в пусконаладочную документацию новых АЭС расширенный по сравнению с типовым состав пусконаладочных измерений, включающий дополнительные датчики деформаций, пульсаций давления и вибраций, а также три вибродиагностических имитатора тепловыделяющих сборок и три виброзонда каналов нейтронных измерительных;

- намечены цели и задачи дальнейшего повышения эффективности вибродинамического комплекса системы пусконаладочных измерений с постепенным включением в него средств эксплуатационного контроля, в частности при проведении работ по подготовке к вводу в эксплуатацию энергоблоков новых АЭС.

Размещено на Allbest.ru