АО «НТЦД»

Центр диагностики
URL: http://diaprom.com/
E-mail:
Адрес: 109518, г. Москва, ул. Газгольдерная, д. 14, оф. 329
Телефон/Факс: (495) 690-9195

Определение частотных характеристик ВКУ реактора

Определение частотных характеристик внутрикорпусных устройств реактора энергоблока №1 Кольской АЭС на завершение периода эксплуатации

Рисунок 1

Программой работ концерна «Росэнергоатом» по обоснованию возможности продления срока службы реакторов ВВЭР первого поколения предусмотрен ряд мероприятий, таких как определение частотных характеристик внутрикорпусных устройств (ВКУ) реактора на конец назначенного срока службы. Основной целью анализа частотных характеристик является подтверждение того, что срок службы ВКУ может быть продлен на 10-15 лет по условиям их вибрационной нагруженности.

Необходимость анализа частотных характеристик ВКУ обусловлена опытом эксплуатации реакторных установок, который показывает, что на реакторах практически всех типов наблюдались повреждения внутриреакторного оборудования от вибрации, связанные, в основном, с изменением жесткостных характеристик опорных конструкций из-за их износа и/или ослабления крепления по ходу эксплуатации. Достаточно отметить, что только по одному элементу ВКУ - опорной конструкции теплового экрана (на рисунке слева) - подобные повреждения наблюдались на реакторах с водой под давлением в США, франко-бельгийском реакторе «Сена», а также на реакторах ВВЭР-440.

Моделирование таких сложных гидроупругих систем, как оборудование реакторных установок, представляет собой сложную задачу, поскольку все оборудование взаимосвязано, а в ряде случаев существенным является взаимодействие конструкций с жидкостью. Прямая дискретизация такой системы нецелесообразна, так как приведет к модели очень большой размерности, чрезмерно громоздкой для расчетов. Более того, в этом случае трудно интерпретировать результаты расчета, так как они содержали бы большое количество неинформативных мод колебаний.

В связи с этим использовался подход к расчетному моделированию сложных систем (рисунок внизу), в основе которого лежит разработка целого спектра моделей различного уровня. Для моделирования используется метод конечных элементов как наиболее универсальный. Первым уровнем являются наиболее подробные модели отдельных элементов оборудования (например, корпуса главного циркуляционного насоса (ГЦН) и парогенератора (ПГ), опорные конструкции, топливная сборка и т.д.) как локальных систем (локальные модели). Далее, на основе результатов расчета по локальным моделям разрабатываются упрощенные модели элементов, из которых собирается модель укрупненного фрагмента, подсистемы или всего контура в целом.

Схема использования математических моделей в задачах диагностики и анализа вибронагруженности оборудованияРисунок 2. Схема использования математических моделей в задачах
диагностики и анализа вибронагруженности оборудования

Модель реакторной установки ВВЭР-440 включает в себя модели 6 теплообменных петель, корпуса реактора с ВКУ и верхнего блока (ВБ). В состав каждой петли входят: ГЦН, ПГ, главная запорная задвижка (ГЗЗ) и трубопроводы. При моделировании применялся конечно-элементный метод как наиболее универсальный для дискретизации пространственных конструкций. Построение моделей и проведение расчетов проводилось с использованием кода ANSYS. На рисунках 3, 4 показан общий вид модели и топология модели петли в осевых линиях.

Общий вид конечно-элементной модели реакторной установки ВВЭР-440Рисунок 3. Общий вид конечно-элементной модели
реакторной установки ВВЭР-440
Конечно-элементная модель петли ВВЭР-440Рисунок 4. Конечно-элементная модель петли ВВЭР-440

Разработанная конечно-элементная 3D-модель РУ ВВЭР-440 на базе кода ANSYS была верифицирована под задачи анализа вибрационных состояний ВКУ реакторов ВВЭР. Верификация проводилась путем сравнения результатов расчета вибрационных характеристик упрощенных моделей ВКУ для различных условий их закрепления с экспериментальными данными, полученными ОКБ «Гидропресс» на идентичных упрощенных моделях.

По результатам сравнения получено качественное и количественное соответствие частот и форм колебаний анализируемого оборудования.

Проведенная адаптация модели ВВЭР-440 для первого блока Кольской АЭС позволила получить результаты моделирования, хорошо совпадающие с данными измерений. Такое совпадение дает основание предположить об адекватном описании моделью вибрационного состояния ВКУ.

Исходя из полученных данных и при выполнении ряда условий, Центр диагностики «НТЦД» рекомендовал продление эксплуатации ВКУ блока 1 Кольской АЭС по условиям вибронагруженности ВКУ. К условиям продолжения эксплуатации ВКУ относятся:

1. Усиление вибромониторинга ВКУ с целью раннего обнаружения изменения частотных характеристик.

2. Реализация ранее запланированных мероприятий:

  • обмеры функциональных узлов ВКУ до окончания назначенного срока службы с принятием решения о необходимости ремонта нижнего опорного узла шахты;
  • проведение оценки циклической прочности ВКУ на основе параметров, контролируемых в системе виброшумовой диагностики ВКУ.