Аналіз процесів формування навантажень на пучки твелів у потоці теплоносія у ТВЗ реактора типу ВВЕР
Автор: Кузьміч Марія Олександрівна
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Атомна енергетика
Інститут: Інститут енергетики та систем керування
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2020-2021 н.р.
Мова захисту: англійська
Анотація: Кузьміч М.О. (виконавець), Семерак М.М. (керівник). Аналіз процесів формування навантажень на пучки твелів у потоці теплоносія у ТВЗ реактора типу ВВЕР. Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2020. Розширена анотація Проблема забезпечення експлуатаційної надійності складник технічних систем була та залишається однією з ключових у сучасних інженерних технологіях. Що стосується атомної енергетики, вона не виняток. Так проблематика, що пов’язана із забезпеченням високого рівня експлуатаційної надійності і підтриманням необхідного ресурсу активної зони (а.з.) ЯР, а також критично важливих для безпеки ядерних енергоблоків пучків твелів у структурі тепловиділяючої збірки (ТВЗ) є пріоритетною. Вібраційні процеси в ядерних реакторах значним чином визначають надійність обладнання і безпеку експлуатації енергоблоку в цілому. Так, підвищені вібрації неоднократно були причиною відмов тепловиділяючих збірок за механізмами вібраційного зношування елементів та компонентів ТВЗ, що призводило до дострокового вивантаження палива і значних економічних втрат [1]. У зв’язку з цим є достатньо актуальна задача забезпечення віброміцності і вібростійкості ТВЗ. Динамічний вплив потоку теплоносія на конструктивні елементи реакторних систем ініціює і підтримує їх механічні коливання (вібрації). Вібрації в поздовжньому турбулентному потоці теплоносія призводять до пошкоджень і утворення дефектів оболонок твелів і виходу радіоактивних продуктів поділу в контур циркуляції теплоносія [2;3]. Виявлення механізмів виникнення вібрацій ТВЗ є найважливішим етапом створення методик розрахункових і експериментальних аналізів вібраційних процесів і вироблення науково обґрунтованих рекомендацій по конструктивним рішенням, спрямованим на підвищення стійкості ТВЗ в цілому і її окремих елементів до динамічних впливів теплоносія. Аналіз гідродинамічно порушуваних вібрацій неможливий без опису процесів взаємодії потоку з обтічними поверхнями механічної коливальної системи [4]. Найбільш повна інформація про вібраційну поведінку ТВЗ може бути отримана на основі поєднання теоретичних досліджень та експериментальних методів отримання окремих параметрів процесів, що вивчаються. Магістерська кваліфікаційна робота присвячена дослідженню процесів формування гідродинамічних навантажень та ініційованих ними вібрацій у поздовжньому потоці теплоносія на пучки твелів у структурі ТВЗ ВВЕР. Об’єкт дослідження – пучок твелів у структурі ТВЗ реакторів типу ВВЕР з точки зору збудження та підтримання вібрацій у поздовжньому турбулентному потоці теплоносія. Предмет дослідження – залежність параметрів вібрації ініційованої гідродинамічними навантаженнями від характеристик турбулентного потоку. Мета дослідження – визначення впливу структури потоку на інтенсивність вібрацій пучка твелів; опис та вивчення закономірностей процесу формування гідродинамічних навантажень на пучки твелів ТВЗ. Ключові слова: вібрації пучків твелів, тепловиділяючі збірки ВВЕР, пульсації тиску, випадкові гідродинамічні навантаження. У першому розділі роботи розглянуті основні наслідки впливу вібрацій на надійність обладнання ядерної енергетичної установки (ЯЕУ), проведено огляд теоретичних та експериментальних досліджень гіродинамічно збуджуваних вібрацій твелів. На основі цього зроблено оцінку максимального прогину стержня твел у пучку ТВЗ. У другому розділі проведено розгляд гідродинамічної структури теплоносія, наведено визначення характеристик турбулентних течій, особливості їх формування та взаємодії з елементами конструкцій ядерного реактора. У третьому розділі описано методи експериментальних досліджень вібраційних процесів пучків твелів під дією турбулентного потоку води з використанням повномасштабних макетів. Представлені методики проведення досліджень та обробки експериментальних даних. Четвертий розділ базуючись на експериментальних даних, що наявні по вібраційним характеристикам пучків твелів та пульсаціям тиску відображає роль гідродинаміки турбулентного потоку на вході і в області пучка формування гідродинамічних навантажень, і відповідно вібрацій. Проаналізовано вплив вхідних пристроїв, таких як запірно-регулююча арматура, дросельні шайби, антидебризний фільтр (АДФ) на структуру турбулентного потоку. Встановлено, що інтенсивність вібрацій визначається не лише швидкістю протікання у пучку, але і суттєво залежить від пульсаційних характеристик потоку. Також у даному розділі проаналізовано здатність випадкових гідродинамічних навантажень збуджувати та підтримувати вібрації пучка, розглянуто інтенсивності вібрацій пучків твелів, що виникають у турбулентному потоці теплоносія під їх дією. На основі обробки експериментальних даних отримано дані для оцінки вібропереміщень пучка твелів на початковій гідродинамічній ділянці в залежності від інтенсивності пульсацій тиску на вході у пучок перед нижньою опорною решіткою. Отримані результати показують, що швидкість протікання теплоносія не визначає однозначно інтенсивність вібрацій твелів. Важливе значення мають пульсаційні характеристики потоку. Для зниження вібрацій необхідно формувати структуру потоку з низькими рівнями пульсацій тиску на вході у пучок твелів ТВЗ. Перелік використаних літературних джерел: 1. Fuel failure in water reactors: causes and mitigation: Proceedings of a Technical Meeting. (2003). Bratislava. 2. Review of fuel failures in water cooled reactors (2010). IAEA Nuclear Energy Series. Vienna. No. NF-T-2.1. 3. Structural behaviour of fuel assemblies for water cooled reactors: proceedings of a Technical Meeting. (2005) Cadarache. 4. Фролов, К.В., Махутов, Н.А, Каплунов, С.М. (2002). Динамика конструкций гидроаэроупругих систем. Москва: Наука.