Анализ влияния собственных частот колебания давления теплоносителя на вибропрочность металла главного циркуляционного трубопровода и коллекторов парогенератора АЭС с ВВЭР в номинальном режиме работы

Алексей [Aleksey] Вадимович [V.] Аванов [Avanov]; Юрий [Yuriy] Борисович [B.] Воробьев [Vorobyev]; Иван [Ivan] Алексеевич [A.] Никитченко [Nikitchenko]; Тихон [Tikhon] Константинович [K.] Магницкий [Magnitsky]

doi:10.24160/1993-6982-2024-6-111-119

Алексей [Aleksey] Вадимович [V.] Аванов [Avanov]
Юрий [Yuriy] Борисович [B.] Воробьев [Vorobyev]
Иван [Ivan] Алексеевич [A.] Никитченко [Nikitchenko]
Тихон [Tikhon] Константинович [K.] Магницкий [Magnitsky]

DOI: https://doi.org/10.24160/1993-6982-2024-6-111-119

Ключевые слова: главный циркуляционный трубопровод, расчетные коды, вибрационные нагрузки, колебания

Аннотация

Выполнен сравнительный анализ используемых расчетных методик главного циркуляционного трубопровода на вибропрочность. Данная задача актуальна для обеспечения надежного функционирования ядерных энергетических установок с водо-водяными реакторами. В таких зонах главного циркуляционного контура, как гибы трубопроводов и участки с внезапным расширением, возможны образования вихрей, отрыв которых создает вибрационные нагрузки на оборудование АЭС.

Проанализирован номинальный режим работы АЭС С ВВЭР-1000. При выполнении расчетов использована комбинация метода определения собственных частот колебания давления теплоносителя, разработанного в НИУ «МЭИ», с последующим решением используемых в данной теории дифференциальных уравнений методом конечных элементов. В результате расчетов показана возможность возникновения вихрей в зоне гибов ГЦТ (главного циркуляционного трубопровода), определены собственные частоты колебания заполненных участков ГЦК (главного циркуляционного контура). Проведен расчет СЧКДТ (собственных частот колебаний давления теплоносителя) и определено напряженное состояние ГЦК от их воздействия. Получено, что максимальные напряжения металла находятся в зоне сварных швов ГЦТ и коллекторов парогенератора, а также гибах ГЦТ и в месте приварки ГЦТ к коллектору реактора. Представленный алгоритм расчета может быть использован для определения вибронапряжений в режимах ННУЭ (нарушения нормальных условий эксплуатации) и АС (аварийных ситуаций).

Сведения об авторах

Алексей [Aleksey] Вадимович [V.] Аванов [Avanov]

аспирант кафедры атомных электрических станций НИУ «МЭИ», инженер 2-й категории, АО «Атомэнергопроект», e-mail: AvanovAV@mpei.ru

Юрий [Yuriy] Борисович [B.] Воробьев [Vorobyev]

кандидат технических наук., доцент кафедры атомных электрических станций НИУ «МЭИ», ведущий научный сотрудник НИЦ «Курчатовский институт», e-mail: yura3510@gmail.com

Иван [Ivan] Алексеевич [A.] Никитченко [Nikitchenko]

аспирант кафедры атомных электрических станций НИУ «МЭИ», инженер 3-й категории, АО «НИКИЭТ», e-mail: NikitchenkoIA@mpei.ru

Тихон [Tikhon] Константинович [K.] Магницкий [Magnitsky]

студент кафедры атомных электрических станций НИУ «МЭИ», e-mail: MagnitskyTK@mpei.ru

Литература

1. Чигарев А.В., Кравчук А.С., Смалюк А.Ф. ANSYS для инженеров. М.: Машиностроение-1, 2004.
2. ПНАЭ Г-7-002—86. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок.
3. Проскуряков К.Н. и др. Прогнозирование виброакустических резонансов в активных зонах атомных электрических станций с водо-водяным энергетическим реактором // Вестник МЭИ. 2019. №. 6. С. 39—49.
4. ANSYS CFX Tutorials. Release 14.0 [Электрон. ресурс] https://www.kunsan.ac.kr/kunsanwheel/board/download.kunsan?boardId=BBS_0000458&menuCd=DOM_000009905003000000&startPage=6&dataSid=63676&command=update&fileSid=24175 (дата обращения 13.04.2024).
5. Абрамов В.В. и др. Развитие и использование в практике проектирования методов расчетного обоснования прочности внутрикорпусных устройств реактора // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Физика ядерных реакторов». 2017. №. 1. С. 21—31.
6. Трубопровод главный циркуляционный. Пояснительная записка 320.04.00.00.000 ПЗ. Подольск: ОКБ «Гидропресс», 1979.
7. Хмельницкая АЭС. База данных по ЯППУ. 43-923.203.007.БД.02. Подольск: ОКБ «Гидропресс».
8. Установка реакторная В320. Технологический регламент по эксплуатации. Подольск: ОКБ «Гидропресс».
9. Александров А.А., Очков К.А. Программный комплекс WaterSteamPro [Электрон. ресурс] http://twt.mpei.ru/ochkov/WSP_art/index.htm (дата обращения 13.04.2024).
10. Tunstall R., Laurence D., Prosser R., Skillen A. Large Eddy Simulation of a T-Junction with Upstream Elbow: the Role of Dean Vortices in Thermal Fatigue // Appl. Thermal Eng. 2016. V. 107. Pp. 672—680.
11. Noorani A., Schlatter P. Swirl-switching Phenomenon in Turbulent Flow through Toroidal Pipes // Intern. J. Heat and Fluid Flow. 2016. V. 61. Pp. 108—116.
12. Lupi V., Canton J., Schlatter P. Global Stability Analysis of a 90-bend Pipe Flow // Intern. J. Heat and Fluid Flow. 2020. V. 86. P. 108742.
---
Для цитирования: Аванов А.В., Воробьев Ю.Б., Никитченко И.А, Магницкий Т.К. Анализ влияния собственных частот колебания давления теплоносителя на вибропрочность металла главного циркуляционного трубопровода и коллекторов парогенератора АЭС с ВВЭР в номинальном режиме работы // Вестник МЭИ. 2024. № 6. С. 111—119. DOI: 10.24160/1993-6982-2024-6-111-119
---
Работа выполнена с использованием оборудования центра коллективного пользования «Комплекс моделирования и обработки данных исследовательских установок мега-класса» НИЦ «Курчатовский институт», http://ckp.nrcki.ru/
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Chigarev A.V., Kravchuk A.S., Smalyuk A.F. ANSYS dlya Inzhenerov. M.: Mashinostroenie-1, 2004. (in Russian).
2. PNAE G-7-002—86. Normy Rascheta na Prochnost' Oborudovaniya i Truboprovodov Atomnykh Energeticheskikh Ustanovok. (in Russian).
3. Proskuryakov K.N. i dr. Prognozirovanie Vibroakusticheskikh Rezonansov v Aktivnykh Zonakh Atomnykh Elektricheskikh Stantsiy s Vodo-vodyanym Energeticheskim Reaktorom. Vestnik MEI. 2019;6:39—49. (in Russian).
4. ANSYS CFX Tutorials. Release 14.0 [Elektron. Resurs] https://www.kunsan.ac.kr/kunsanwheel/board/download.kunsan?boardId=BBS_0000458&menuCd=DOM_000009905003000000&startPage=6&dataSid=63676&command=update&fileSid=24175 (Data Obrashcheniya 13.04.2024).
5. Abramov V.V. i dr. Razvitie i Ispol'zovanie v Praktike Proektirovaniya Metodov Raschetnogo Obosnovaniya Prochnosti Vnutrikorpusnykh Ustroystv Reaktora. Voprosy Atomnoy Nauki i Tekhniki. Seriya «Fizika Yadernykh Reaktorov». 2017;1:21—31. (in Russian).
6. Truboprovod Glavnyy Tsirkulyatsionnyy. Poyasnitel'naya Zapiska 320.04.00.00.000 PZ. Podol'sk: OKB «Gidropress», 1979. (in Russian).
7. Khmel'nitskaya AES. Baza Dannykh po YAPPU. 43-923.203.007.BD.02. Podol'sk: OKB «Gidropress». (in Russian).
8. Ustanovka Reaktornaya V320. Tekhnologicheskiy Reglament po Ekspluatatsii. Podol'sk: OKB «Gidropress». (in Russian).
9. Aleksandrov A.A., Ochkov K.A. Programmnyy Kompleks WaterSteamPro [Elektron. Resurs] http://twt.mpei.ru/ochkov/WSP_art/index.htm (Data Obrashcheniya 13.04.2024). (in Russian).
10. Tunstall R., Laurence D., Prosser R., Skillen A. Large Eddy Simulation of a T-Junction with Upstream Elbow: the Role of Dean Vortices in Thermal Fatigue. Appl. Thermal Eng. 2016;107:672—680.
11. Noorani A., Schlatter P. Swirl-switching Phenomenon in Turbulent Flow through Toroidal Pipes. Intern. J. Heat and Fluid Flow. 2016;61:108—116.
12. Lupi V., Canton J., Schlatter P. Global Stability Analysis of a 90-bend Pipe Flow. Intern. J. Heat and Fluid Flow. 2020;86:108742
---
For citation: Avanov A.V., Vorobyov Yu.B., Nikitchenko I.A., Magnitsky T.K. Analyzing the Influence of Coolant Pressure Fluctuation Natural Frequencies on the Vibration Strength of the Main Coolant Pipeline and Steam Generator Header Metal at NPPs with VVER Reactors in the Nominal Operation Mode. Bulletin of MPEI. 2024;6:111—119. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2024-6-111-119
---
The work is executed using the Equipment of the Center for Collective Use «Complex of Modeling and Data Processing of Mega-class Research Facilities» NRC «Kurchatov Institute», http://ckp.nrcki.ru/
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest