CC BY
56
УДК 621.181
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ВОЗНИКНОВЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ РЕЗОНАНСОВ В СИСТЕМЕ ГЕНЕРАЦИИ И ТРАНСПОРТИРОВКИ
ПАРА АЭС С ВВЭР-1000
К.Н. Проскуряков, С.О. Беликов, А.К. Адаменков, А.В. Костин
Национальный исследовательский National research university MEI
университет МЭИ the branches of Joint Stock Company of open
Филиалы ОАО «Концерн Росэнергоатом» type «Concern Rosenergoatom»
Ростовская АЭС,Балаковская АЭС__Rostov NPP, Balakovo NPP_
Проведен анализ экспериментальных данных, полученных на АЭС с ВВЭР-1000. Разработаны акустические модели системы генерации и транспортировки пара, выявлены причины превышения допустимого уровня вибраций в системе импульсное устройство - предохранительный клапан.
Акустические модели и алгоритмы расчета акустических параметров, предназначены для прогнозирования, идентификации и предотвращения возникновения акустических резонансов в системе парогенератор - турбина АЭС с ВВЭР-1000.
Ключевые слова: паропровод, парогенератор, вибрации, акустический резонанс, спектр, прогнозирование, частота колебаний.
The analysis of experimental data obtained at nuclear power plants with WWER-1000 is done. Acoustic models of generation system and steam transportation are worked out, the causes of exceeding the acceptable level of vibration in the system impulse device - safety valve are elicited.
Acoustic models and algorithms for calculating the acoustic parameters are used for purposes of prediction, identification and prevention of occurrence of acoustic resonances in the system steam generator - the turbine with WWER-1000.
Keywords: steam line, steam generator, vibrations, acoustic resonance, the spectrum, forecasting, the oscillation frequency.
Эксплуатационные вибрации паропроводов на АЭС с ВВЭР-1000 типа В-320 наблюдались с самого начала эксплуатации данных блоков. Измерениями было доказано, что источником эксплуатационных вибраций являются пульсации давления в паропроводах, которые имеются в каждом паропроводе. [1]
Реконструкции были выполнены на Ростовской АЭС, Балаковской АЭС, Хмельницкой АЭС и АЭС Темелин. Затем была проведена вторая реконструкция паропроводов в помещении А-820, направленная на установку амортизаторов (Балаковская АЭС и АЭС Темелин) или на изменение геометрии подводящих трубопроводов к предохранительным арматурам (Хмельницкая АЭС, Ростовская АЭС и АЭС Темелин). [2]
Все эксплуатационные вибрации больше всего проявляются в ответвлениях к БРУ-А и провоцируетэксплуатационный износ арматуры БРУ-А. Ввиду этого, прогнозирование возникновения акустических резонансов и сниженияуровней
вибраций в главном паропроводе АЭС с ВВЭР-1000 является актуальной задачей.
Повышенный уровень вибраций в указанных системах является существенным недостатком вводимых в эксплуатацию АЭС, в том числе и поставляемых за рубеж.На рисунке 1 представлены акустические элементы парогенератора (ПГ):
1 - водяной объем;
2 - пароводяной объем;
3 - паровой объем.
Рисунок 1 - Акустические элементы парогенератора
Правомерность такого представления участков доказана на примере компенсатора давления. Акустическая модель компенсатора давления [4], разработанная в 1979 г., широко используется в настоящее время. Резонансная частота парового объема ПГ определяется соотношением:
г=—-и- (1)
2-л-л/ш • С
т и С определяются следующими соотношениями:
л-8■И 4-р-И
С
4-р-а
2 '
ш
8
где Б - площадь поперчного сечения парового объема ПГ, [м ]; И - высота парового объема ПГ, [м]; а - скорость звука во влажном паре, [м/с]; р - плотность влажного пара, [кг/м3];
4 2
С - акустическая податливость парового объема ПГ, [м -с /кг];
т - акустическая масса парового объема ПГ, [кг/м4];
{ - собственная частота колебаний давления в паровом объеме ПГ, [Гц].
Использование нового метода определения собственной частоты колебаний давления в паровом объеме ПГ позволяет объяснить возникновение в системе транспортировки пара внешнего периодического воздействия по давлению, влияющему на динамические процессы. Указанные динамические эффекты происходят в оборудовании, разрабатываемом различными организациями, т.к. парогенераторы проектирует ОАО «ОКБ Гидропресс», а главные паропроводы проектирует ОАО «Атомэнергопроет» и, в силу этого, выявление причин возникновения акустических резонансов в системе генерации и транспортировки пара и разработка методов их предотвращения не находит отражении в проектно-конструкторской документации.
В соответствии с программой работ [5], были проведены работы по снижению эксплуатационных вибраций путем изменения геометрии подводящих паропроводов.
Исследования проводились на Ростовской АЭС и Балаковской АЭС.
Целью проведения анализа результатов измерений является выявление закономерностей при формировании спектральных характеристик измеряемых сигналов, а также выявление и исследование процессов, не предусмотренных проектной документацией, но влияющих на работоспособность и надежность оборудования системы главных паропроводов.
Результаты измерений на Ростовской АЭС. Уже в начале эксплуатации энергоблока №1 Ростовской АЭС на паропроводах TX50Z01 и TX80Z01 были зафиксированы повышенные эксплуатационные вибрации с негативным влиянием на внутренние части арматур, расположенных вне контаймента в помещении А-820. На рисунке 3а и 3б приведены спектры виброскоростей по паропроводу ТХ50, точка S05-3, направление Y и паропроводу ТХ80, точка S04-2, направление Y.
Спе.тр. СтаницИ агрегат! Точ.а 1 (Н) Замер 1 13.04.07 17:35:08
.л „ А, ..Л А/ V
0.00 10.00 20.00 3000 40.00 50.00 60.00 70.00 8000 90.00 100.00
а)
б)
Основная составляющая в спектре частота ?=45,28Гц
Рисунок 3 - Спектр виброскорости по паропроводу а) ТХ50 б) ТХ80
Результаты измерений на Балаковская АЭС. На энергоблоке №4 Балаковской АЭС были измерены доминирующие частоты [2] эксплуатационных вибраций на 4ТХ50,70,60,80. которые составили величины: 65,5 Гц; 38,5 Гц; 39,5Гц;- 58,0Гц; 38,5 Гц соответственно.
Из проведенного исследования выявлены источники доминирующих частот в паропроводе для систем ТХ50 и ТХ80. Результаты расчетов приведены в таблице 1 и таблице 2.
Таблица 1 - Результаты расчетов собственных частот колебаний давления пара системыТХ50
Участок системы Собственная частота колебаний давления
пара, £ (Гц)
Паровой объем ПГ 55,9
Отводящие патрубки от ПГ 34,06
Паропровод 1,2
Отводящий участок 4ТХ50Б03 95,9
паропровода к ИПУ 4ТХ50Б04 110,5
ПГ и БРУ-А («нога») 4ТХ50Б05 91,6
Кольцевые отводы 4ТХ50Б03 3,47
(«бублики») 4ТХ50Б04 5,12
4ТХ50Б05 4,75
Таблица 2 - Результаты расчетов собственных частот колебаний давления пара системыТХ80
Участок системы Собственная частота колебаний давления
пара, f (Гц)
Паровой объем ПГ 55,9
Отводящие патрубки от ПГ 34,06
Паропровод 1,2
Отводящий участок 4ТХ80Б03 95,9
паропровода к ИПУ ПГ 4ТХ80Б04 110,5
и БРУ-А («нога») 4ТХ80Б05 91,6
Кольцевые отводы 4ТХ80Б03 4,45
(«бублики») 4ТХ80Б04 4,75
4ТХ80Б05 4,75
При анализе результатов измерений РСТ АЭС было сделано предположение, что источниками колебания с частотой 45 Гц - является не только оборудование, обеспечивающее генерацию пара, но и предохранительная арматура (ИПУ ПГ, БРУ-А).
Правомерность выдвинутой гипотезы подтверждается анализом обобщенной акустической модели, включающей ИПУ и ПК, и соединяющий их канал. Расчетом показано, что резонансная частота этой акустической системы равна 45 Гц. Рассчитанная резонансная частота колебаний в акустическом элементе - «нога» при её длине, равной 850 мм, равна 90 Гц. Известно, что параметрический механизм усиления пульсаций давления и вибраций в акустическом элементе происходит при воздействии внешнего возмущения, частота которого равна двукратной частоте собственных колебаний рабочей среды в этом акустическом элементе. Таким образом, усиление значений СКЗ с частотой в 45 Гц в системе ИПУ - ПК вызвано параметрическим резонансом внешнего возмущения с частотой 90 Гц.
В системе генерации и транспортировки пара имеются колебания в диапазоне частот от 35 Гц до 70 Гц [2].
Было сделано предположение, что такими источниками является паровой объем парогенератора, в котором, в зависимости от влажности пара и расчетного уровня, существенно меняется скорость звука.
В паровом объеме ПГ СЧКДРТ варьируется в пределах от 35 Гц до 70 Гц (в зависимости от скорости звука). Расчетом показано, что при t = 2780С; р = 6,2 МПа; скорость звука, в зависимости от степени сухости от 0,4 до 1 может меняться в диапазоне от 300 м/с до 492м/с. При этом, СЧКДРТ в паровом объеме ПГ изменяется в диапазоне от 35 Гц до 70 Гц. На основании этих оценок идентифицирован источник колебаний частот от 38,5 Гц до 65,5 Гц, измеренных на энергоблоке №4 Балаковской АЭС. Таким образом, можно прогнозировать значительные увеличения уровней вибраций в системе генерации и транспортировки пара при таких расчетных уровнях в ПГ и интегральных значениях влажности в паровом объеме ПГ, при которых СЧКДРТ в паровом объеме ПГ будет 45 Гц.
Выводы:
Идентифицированы акустические резонансы в системе генерации и транспортировки пара АЭС с ВВЭР-1000.
Возможность использования разработанных методов и алгоритмов расчета акустических колебаний в системе генерации и транспортировки пара для
идентификации и прогнозирования возникновения акустических резонансов подтверждена результатами измерений на Балаковской АЭС и Ростовской АЭС.
Литература
1. КутдюсовЮ.Ф. Методика оценки вибросостояния главных паропроводов системы ТХ50,60,70,80 энергоблоков АЭС с ВВЭР-1000. / Ю.Ф. Кутдюсов// Технологический филиал ОАО «Концерн Росэнергоатом» совместно с ООО НИЦЭ «Центрэнерго». - 2009. - № 1.2.3.03.999. - 44 с.
2. Отчет. Обоснование безопасной и надежной эксплуатации системы главных паропроводов в помещении 4А820 после замены ИПУ ПГ и при повышении мощности до 107-П0%№ом. - Москва, 2011. - 96 с.
3. ОкуловаМ.В.Анализ мероприятий по повышению вибрационной надежности оборудования и трубопроводов систем главных паропроводов ТХ50,60,70,80 энергоблока № 2 Ростовской АЭС. / М.В. Окулова // Сборник трудов участников 13-й ежегодной Конференции молодых специалистов по ядерным энергетическим установкам. - Подольск, 2011.
4. ProskuryakovK.N. EarlyBoilingDetectionMethodOFPre-orPost-AccidentSituationonWWERandRBMK // SMORNVII, Avignon,France, 19—23 June 1995. Vol. I. P. 426—424.
5. Программа работ по снижению вибраций трубопроводных систем энергоблоков В-320 в помещениях А-820». №АЭС ПРГ-36К(1.5) 2008.
Проскуряков Константин Николаевич - профессор, доктор технических наук, Национальный исследовательский университет МЭИ, кафедра Атомных электрических станций .E-mail: prosk@npp.mpei.ac.ru
Беликов Святослав Олегович -аспирант, Национальный исследовательский университет МЭИ, кафедра Атомных электрических станций. E-mail: prosk@npp.mpei.ac.ru
Адаменков Андрей Константинович -кандидат технических наук, Открытое акционерное общество «Российский концерн по производству электрической и тепловой энергии на атомных станциях» (ОАО «Концерн Росэнергоатом») - Филиал ОАО «Концерн Росэнергоатом» «Ростовская атомная станция» (Ростовская АЭС), начальник отдела технической диагностики.
Костин Андрей Вениаминович -Открытое акционерное общество «Российский концерн по производству электрической и тепловой энергии на атомных станциях» (ОАО «Концерн Росэнергоатом») - Филиал ОАО «Концерн Росэнергоатом» «Балаковская атомная станция» (Балаковская АЭС), начальник отдела технической диагностики.
ProskouriakovKonstantinN. - professor, doctor of Technical sciences, National research university MEI, department of Nuclear power plants. E-mail:prosk@npp.mpei.ac.ru
Belikov Sviatoslav O. - postgraduate student, National research university MEI, department of Nuclear power plants. E-mail: prosk@npp.mpei.ac.ru
№ 2-3 (4) 2012 T.ro6a^bHaH agepHaa 6e3onacHoert
Adamenkov Andrei K. - candidate of Technical sciences, Joint Stock Company of open type «Russian concern of production of electric and thermal energy at nuclear power plants» (JSC «Concern Rosenergoatom») - the branche of Joint Stock Company of open type «Concern Rosenergoatom»«Rostov Nuclear power plant» (Rostov NPP), the head of the technical diagnostics department.
Kostin Andrei V.-Joint Stock Company of open type «Russian concern of production of electric and thermal energy at nuclear power plants» (JSC «Concern Rosenergoatom») -the branche of Joint Stock Company of open type «Concern Rosenergoatom» «Balakovo Nuclear power plant» (Balakovo NPP), the head of the technical diagnostics department.
