авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Расчетно-теоретическое и экспериментальное обоснование условий роста вибраций в вку и твс ввэр-1000

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Новиков Константин Сергеевич

РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ УСЛОВИЙ РОСТА ВИБРАЦИЙ В ВКУ И ТВС ВВЭР-1000

Специальность: 05.14.03 – ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2010

Работа выполнена на кафедре атомных электрических станций Московского энергетического института (технического университета)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Проскуряков Константин Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Трофимов Адольф Иванович

доктор технических наук, профессор

Тутнов Игорь Александрович

Ведущая организация: Всероссийский научно-

исследовательский институт

атомных электростанций

Защита состоится «26» мая 2010г. в 15 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 212.157.07 при МЭИ (ТУ) по адресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д.14, аудитория МАЗ МЭИ (ТУ).

Отзыв на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатью) просим прислать по адресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д.14, Ученый совет МЭИ (ТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института (технического университета).

Автореферат разослан «___» ________ 2010г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.07 _____________ И.П. Ильина

кандидат технических наук

Общая характеристика работы

Актуальность темы.

Обеспечение безопасности и надежность эксплуатации АЭС в связи с планируемым увеличением количества вводимых энергоблоков остается актуальной проблемой. Более высокие требования предъявляются к оборудованию 1-го контура, в связи увеличением срока службы АЭС и предстоящей работой энергоблоков в маневренных  режимах. В условиях возрастающей продолжительности работы в переходных режимах, связанных с участием АЭС в суточном регулировании нагрузки  в сравнении с эксплуатацией на постоянном уровне мощности возникнут дополнительные низко-цикловые термические нагрузки и высоко-цикловые нагрузки на оборудование. В числе главных задач в этих условиях является задачи прогнозирования, выявления и предотвращения режимов эксплуатации, приводящих резонансному взаимодействию акустических колебаний теплоносителя и вибраций оборудования. Наиболее остро эти задачи возникают при разработке новых модификаций ТВЭЛ и  ТВС.

Результатом такого взаимодействия могут быть усталостные разрушения элементов ВКУ и  ТВС и  разгерметизация ТВЭЛ.

Для отстройки от резонансов необходимо располагать виброакустическим паспортом (ВАП), как  оборудования, так и циркулирующего теплоносителя. Однако в настоящее время таких паспортов нет. Ввиду этого разработка методического обеспечения для построения акустического паспорта теплоносителя (АПТ), как в отдельных компонентах оборудования, так и системе первого контура в целом, является актуальной задачей.



В настоящее  время эта задача осознана в странах, активно развивающих ядерную энергетику. Однако, ее решение  не возможно ввиду отсутствия адекватных акустических моделей первого контура АЭС с ВВЭР и отсутствия, научно обоснованных методик построения АПТ.

Проблема выявления и устранения причин аномальных вибраций ТВС является актуальной для всех стран, имеющих АЭС, т.к. от ее решения зависит срок службы ТВС, возможность увеличения кампании топлива, совершенствование топливного цикла и, как следствие, сокращение объемов радиоактивных отходов, подлежащих переработке и захоронению. Кроме того, сокращение количества дефектных ТВЭЛов приведет к уменьшению количества инертных газов, выбрасываемых в атмосферу.

Цель диссертационной работы является разработка методов и алгоритмов прогнозирования условий эксплуатации АЭС, при которых возникают виброакустические резонансы ВКУ, ТВС, ТВЭЛ с теплоносителем.

Задачи исследования:

1 Анализ причин разгерметизации ТВС ВВЭР и PWR

2. Теоретическое и расчетное определение добротности потока теплоносителя при его однофазном и двухфазном состоянии в активной зоне реактора ВВЭР-1000.

3. Количественные оценки собственной частоты колебаний давления теплоносителя (СЧКДТ), добротности и полосы пропускания в широком диапазоне теплогидравлических параметров теплоносителя ВВЭР.

4. Расчетно–теоретическое подтверждение наличия виброакустического резонанса в случаях аномального роста интенсивности вибраций, обнаруженных при эксплуатации АЭС с ВВЭР -1000.

5. Обоснование возможности  предотвращения виброакустического резонанса теплоносителя виброакустических резонансов в оборудовании ВКУ и ТВС и ТВС.

6. Обоснование необходимости создания акустического паспорта активной зоны ВВЭР-1000 и методических основ его разработки.

Научная новизна работы:

1. Определены значения добротности и полосы пропускания для акустической модели активной зоны ВВЭР при однофазном и двухфазном состояниях теплоносителя.

2. Выполнено расчетно-теоретическое обоснование условий роста вибраций в ВКУ и ТВС ВВЭР-1000 в полосе пропускания, получившее подтверждение в результатах измерений, проведенных персоналом АЭС и организаций, осуществляющих проектный вибродинамический контроль РУ В-320.

 3.  Разработана методика прогнозирования и получены результаты прогнозирования виброакустических резонансов ТВС и теплоносителя в переходных режимах работы РУ ВВЭР – 1000.

Достоверность результатов исследований подтверждается использованием математических методов теории колебаний, общей акустики, использованием экспериментальных данных, полученных персоналом АЭС и организаций, осуществлявших проектный вибродинамический контроль РУ В-320. Полученные результаты согласуются с современными представлениями о механизмах динамического взаимодействия потока текучей среды с конструкцией.   

Практическая ценность

1. Идентифицированы причины аномального роста уровня вибраций при вибродинамическом контроле ВКУ, крышки реактора и ГЦТ на стационарных режимах холодно – горячей обкатки оборудования реакторной установки с ВВЭР -1000.

2. Разработана новая методика прогнозирования и предотвращения виброакустических резонансов в оборудовании ВКУ и ТВС реакторной установки с ВВЭР -1000.

3. Впервые разработана методика построения картограмм активной зоны с указанием числа и места  расположения ТВС, находящихся  в зоне виброакустических резонансов с теплоносителем и построены картограммы для исследованных режимов.

Личное участие автора в получении результатов диссертации заключается:

  1. В разработке методик расчета добротности и полосы пропускания в акустических контурах РУ, образованных однофазными и двухфазными потоками теплоносителя.
  2. В разработке усовершенствованных, путем  учета гидравлических сопротивлений, акустических моделей оборудования первого контура и методик расчета акустических параметров теплоносителя.
  3. В получении результатов,  подтверждающих соответствие расчетных оценок собственных частот колебаний давления теплоносителя, добротности и полосы пропускания экспериментальным данным, полученным при измерениях  на АЭС с ВВЭР-1000.
  4. В разработке методики построения АПТ, в активной зоне ВВЭР-1000.
  5. В получении результатов прогнозирования режимных условий роста вибраций  ТВС, а также числа и места  расположения ТВС, находящихся  в зоне виброакустических резонансов с теплоносителем активной зоны реактора  в различных переходных режимах работы АЭС с ВВЭР – 1000.

Положения, выносимые на защиту:

1. Методики и алгоритмы расчета акустических параметров теплоносителя ВВЭР-1000, собственных частот колебаний давления теплоносителя, добротности и полосы пропускания.

2. Методики расчета и количественные оценки акустических параметров теплоносителя в активной зоне  ВВЭР-1000 при наличии в нем паровой фазы.

3.Результаты расчета собственных частот колебаний давления теплоносителя, добротности и полосы пропускания, для различных модификаций ЯЭУ типа ВВЭР.

4. Результаты прогнозирования (по разработанным методикам и алгоритмам и с использованием программного комплекса «РАДУГА 7.5») виброакустических резонансов ТВС и теплоносителя в переходных режимах работы РУ ВВЭР – 1000.

Апробация работы. Основные результаты проведенных исследований представлены на ряде семинаров и конференций: 4-ой региональной научно-практической конференции «Состояние, перспективы строительства и ввода в эксплуатацию энергоблоков Ростовской АЭС. Безопасная эксплуатация энергоблоков АЭС» (г. Волгодонск, 2009); международном семинаре «Вода и пар сверхкритических параметров в атомной энергетике: проблемы и решения» (г. Москва, 2008); 6-ой, 7-ой Курчатовской молодежной научной школе (г. Москва, 2008, 2009); 12-ой международной научно-инновационной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов «Полярное сияние 2009», «Ядерное будущее: технологии, безопасность и экология», (г. Санкт-Петербург, 2009); 14-ой, 15-ой, 16-ой международной научно-техническая конференции «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2008, 2009, 2010); 6-ой международной научно-техническая конференции «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики» (г. Подольск, 2008); 1-ой Евроазиатской выставки и конференции (г. Екатеринбург, 2010) The 7th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics, Operation and Safety (Seoul, Korea, 2008); Sixth American Nuclear Society International Topical Meeting on Nuclear Plant Instrumentation, Control, and Human-Machine Interface Technologie NPIC&HMIT (Knoxville, Tennessee, 2009); The Nuclear Fuel Cycle: Sustainable Options & Industrial Perspectives (Global 2009 Paris, France); International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP ’09 Tokyo, Japan).

Публикации.

По теме диссертации опубликованы 4 статьи, из которых 3 статьи в ведущих научных журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы. Общий объем диссертации – 109 стр. Работа содержит 38 рисунков и 10 таблиц.

Основное содержание работы

Во введении проведено обоснование актуальности темы диссертационной работы, определены объект, предмет и цели исследования, а также кратко обозначены примененные методы исследования. Изложены основные положения, выносимые на защиту, подчеркнута научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе обращается внимание на то, что в отчете о деятельности Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору в 2004 году указывается: “Опыт эксплуатации АС с отечественными реакторами ВВЭР показывает, что надёжная и безотказная работа ТВЭЛов в течение полного проектного срока, соответствующего нормам и технологиям, обеспечивается не в полной мере”. Повышенные вибрации неоднократно являлись причиной отказов ТВС по механизмам усталостных разрушений либо виброизноса элементов ТВС, что приводило к досрочной выгрузке топлива и большим экономическим потерям.

По современным мировым оценкам ущерб от суточного простоя энергоблока с электрической мощностью 1000 МВт достигает нескольких сотен тысяч Евро.

Опыт показывает, что уровень  вибраций ТВС зависит от режима эксплуатации АЭС и в штатных условиях, как правило, не превышает нормативного уровня. Однако это означает гарантию лишь проектной прочности конструкции, но не характеризует степень вибрационного износа оболочки ТВЭЛ в местах ее контакта с дистанционирующей решеткой и при попадании в зазор между их поверхностями металлических частиц, а также интенсивности деградации материала из-за фреттинг-коррозии  (ФК). Поэтому, даже для таких надежных реакторов как PWR  и ВВЭР проблему обеспечения надежности ТВЭЛ и ТВС нельзя считать решенной и удовлетворяющей современным требованиям обеспечения эксплуатации АЭС в маневренных режимах и при увеличении   кампании  топлива. Интенсивность износа защитной оболочки ТВЭЛ при ФК возрастает при  виброакустическом  резонансе (ВАР), при котором частоты вибраций ТВЭЛ и/или ТВС попадают в полосу пропускания (ПП)  акустических колебаний теплоносителя в активной зоне (АЗ) реактора. Частота акустических колебаний теплоносителя  в АЗ зависит от величины скорости звука в теплоносителе и от  геометрических размеров АЗ. Известно, что скорость звука в теплоносителе АЗ резко уменьшается при наличии  в нем паровых и газовых пузырьков. Однако этот фактор в проектно-конструкторских материалах не рассматривается. Этим объясняется  необходимость дополнения существующих нормативных материалов и  инструкций новыми требованиями, предусматривающими меры предотвращения ВАР. Подчеркивается, что для контроля и диагностики
реакторов типа ВВЭР большой мощности успешно используется система контроля, управления и диагностики (СКУД). Разработчик СКУД – РНЦ «Курчатовский институт» при участии ОКБ «Гидропресс», ВНИИАЭС, ГНЦ РФ – ФЭИ, Диапром, СНИИП-АСКУР, СНИИП. СВРК-М – новое поколение систем внутриреакторного контроля на ВВЭР-1000. Всё оборудование и специализированное программное обеспечение СВРК-М разработано и изготовлено в России. Планируется внедрение следующих новых функций СВРК-М:





- контроль эксплуатационных ограничений по нагрузке топлива в процессе выгорания активной зоны для повышения эксплуатационной гибкости топливных циклов;

- информационная поддержка по оптимальному ведению водно-химического режима первого контура для повышения надежности эксплуатации топлива.

Масштабные экспериментальные работы по обоснованию вибропрочности и надежности ВКУ и ТВС с использованием стендов проводит ОКБ «Гидропресс», на основе которых разработана методология, позволяющая определить вибрационные характеристики основных несущих конструкций, в т.ч. частоты и формы низших собственных колебаний внутрикорпусной шахты реактора. Выявлены факторы, определяющие параметры гидродинамических нагрузок, вибродинамического поведения и напряженно-деформированного состояния ВКУ, ТВС и оборудования ВВЭР-1000 в стационарных и переходных режимах. В результате многолетних исследований разработаны конфигурация и программно-методическое обеспечение системы пусконаладочного виброконтроля внутриреакторного оборудования для применения на вводимых серийных энергоблоках АЭС с ВВЭР-1000. Разработаны критерии приемлемости гидродинамической нестабильности потока теплоносителя и вибронагруженности элементов оборудования РУ. В число этих критериев входят контрольные значения амплитуд, общие и частотные стандарты, а также контрольные спектральные маски пульсаций давления, виброускорений и динамических напряжений. Выявление аномальных вибросостояний контролируемого оборудования происходит на раннем этапе в ходе пусконаладочных работ. Опыт виброакустического контроля энергоблоков №1 Калининской АЭС, №2 Южноукраинской АЭС, №1 Хмельницкой АЭС, №1 Волгодонской АЭС, №6 АЭС «Козлодуй» и №6 Запорожской АЭС позволил выработать рекомендации, реализация которых привела к снижению показателей гидродинамических возмущений и вибронагруженности до уровней проектных значений. Использование вышеуказанных критериев помимо оценки приемлемости результатов пусконаладочных динамических испытаний, позволяет выявить влияние на параметры вибронагруженности оборудования РУ различных технологических отклонений в условиях изготовления, сборки и наладки оборудования первого контура, т.е. осуществить раннюю вибродиагностику РУ. По мере накопления опыта пусконаладочных динамических испытаний возможно уточнение критериев. Такое уточнение выполняется ОКБ ГП по результатам СПНИ блоков 1, 2 АЭС «Тяньвань». Уточненные критерии пусконаладочного контроля нагруженности внутриреакторного оборудования ВВЭР-1000 являются основой для дальнейшего повышения эффективности вибродинамического комплекса СПНИ с постепенным расширенным включением в него средств эксплуатационного контроля.

Одним из главных направлений является разработки методов, технических средств и программного обеспечения для раннего выявления и предотвращение условий эксплуатации, приводящих к резонансному или близкому к резонансному взаимодействию колебаний и вибраций ВКУ, ТВЭЛ и ТВС с пульсациями и акустическими колебаниями теплоносителя. Отмечается также, что эффективному применению средств вибро-шумовой диагностики в настоящее время препятствует отсутствие полных данных по вибрационным характеристикам оборудования, меняющимся в процессе эксплуатации и акустическим характеристикам теплоносителя. Требуется проведение дополнительных работ по натурным и стендовым испытаниям всех ответственных элементов ядерной энергетической установки и создание на этой основе соответствующих виброакустических паспортов и акустических паспортов теплоносителя. Для более полного раскрытия сущности диагностируемого процесса и идентификации аномалий в технологическом процессе необходима разработка акустических и математических моделей описывающих колебания в теплоносителе. Применение таких моделей позволяет интерпретировать информацию от контрольно-измерительной аппаратуры, создать методы, выявляющие аварию на более ранних стадиях и с более высокой достоверностью осуществить прогноз развития складывающейся ситуации, оптимизировать действия персонала по предотвращению нежелательного развития аварийной ситуации. Приоритетное место в разрабатываемых средствах занимают акустические методы.

Представлены примеры вибрационных исследований проводимых на крупномасштабных стендах. Поскольку прямое экспериментальное обоснование вибрационной и сейсмической прочности и стойкости ТВС в эксплуатационных режимах требует создания дорогостоящих экспериментальных установок, делается заключение о том что, в настоящее время эта задача решается в значительной мере расчетно-экспериментальными методами.

Приведены причины повреждения топливных сборок на станциях типа PWR и ВВЭР за период 1994-2006г, анализ которых показал, что основной причиной разгерметизации является истирание оболочек ТВЭЛов в местах их контакта с дистанционирующими решетками, также отмечается, что остается большое число не идентифицированных причин повреждения ТВС.

На основе проведенного анализа обзора исследований вибраций ТВС делаются выводы о том, что обеспечение герметичности и увеличение ресурса ТВЭЛов, являются актуальными проблемами при разработке АЭС нового поколения, а так же в связи с предстоящим использованием АЭС в маневренных режимах работы.



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.