CC BY
120
УДК 621.311.25:621.039
АНАЛИЗ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАГРУЖЕННОСТИ УЗЛА ПРИВАРКИ КОЛЛЕКТОРА К ПАТРУБКУ ПАРОГЕНЕРАТОРА ПГВ-1000 М ПРИ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ТЕРМОСИЛОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ
М.Б. Бакиров, А.С. Киселев, В.И. Левчук, В.П. Поваров, А.Ф. Громов
Представлен расчетно-экспериментальный анализ фактической эксплуатационной нагруженности металла в узле приварки коллектора к патрубку парогенератора ПГВ-1000М - зоне сварного соединения №111. Расчетное обоснование включает анализ напряженно-деформированного состояния в трехмерной постановке с предварительной верификацией расчетной модели по результатам натурных показаний датчиков, установленных в контрольных зонах циркуляционной петли и осуществляющих непрерывный мониторинг деформаций, температур и перемещений в различных режимах эксплуатации. По результатам расчета выявлена повышенная повреждаемость зоны сварного соединения №111, обусловленная влиянием непроектных термосиловых нагрузок на галтель кармана коллектора, где на практике происходит зарождение и развитие эксплуатационных трещин
Ключевые слова: сварное соединение № 111, напряженно-деформированное состояние, накопленное повреждение, непрерывный мониторинг
В объеме генерирующих атомных мощностей в мире значительную долю составляют энергоблоки АЭС, введенные в эксплуатацию более 20-30 лет назад и в настоящее время приближающиеся к исчерпанию проектного срока службы. Окончание проектного срока службы действующих АЭС, а также увеличение сроков эксплуатации вновь проектируемых АЭС до 60 лет обусловливают необходимость разработки новых подходов к обеспечению надежной и безопасной работы наиболее ответственных элементов тепломеханического оборудования и трубопроводов. В этой связи актуальными являются задачи обоснования продления службы элементов АЭС, а также качественного управления их ресурсными характеристиками, особенно при длительных сроках эксплуатации. Указанные задачи неотъемлемо связаны с проведением углубленного расчетного обоснования прочности критических элементов с учетом фактических режимов и условий эксплуатации.
Решение задачи обоснованного продления срока службы элементов АЭС с позиций прочности включает два основных направления. Первое - всестороннее исследование физико-механических свойств конструкционных материалов, проработавших несколько десятилетий в жестких условиях эксплуатации и, как следствие, потенциально подверженных деградации металла. Второе - это выполнение натурных измерений параметров нагруже-
Бакиров Мурат Баязитович - ООО «НСУЦ» ЦМиР», генеральный директор, д-р техн. наук, e-mail: info@expresstest.ru Киселев Алексей Сергеевич - ООО «НСУЦ» ЦМиР», ведущий инженер, д-р техн. наук, e-mail: kis-rncki@rambler.ru Левчук Василий Иванович - ООО «НСУЦ» ЦМиР», начальник лаборатории, e-mail: leavc@mail.ru Поваров Владимир Петрович - Нововоронежская АЭС, заместитель генерального директора, канд. техн. наук, e-mail: PovarovVP@nvnpp1 .rosenergoatom.ru Громов Александр Федорович - Нововоронежская АЭС, начальник ОДМиТК, e-mail: GromovAF@nvnpp1.rosenergoatom.ru
ния и расчетов напряженно-деформированного состояния (НДС) наиболее ответственных конструктивных элементов с учетом технологических и эксплуатационных термомеханических нагрузок.
Особого рассмотрения требуют случаи, когда формально конструкция полностью удовлетворяет требованиям Норм расчета на прочность [1], но при всем этом на практике имеют место регулярные эксплуатационные повреждения данной конструкции с образованием недопустимых дефектов задолго до окончания проектного срока службы. Подобные случаи обусловливают необходимость дополнения расчетных работ экспериментальными исследованиями НДС, когда по результатам эксперимента настраиваются и верифицируются сложные расчетные методики и на их основе получают достоверную и полную информацию об НДС исследуемой конструкции в различных режимах эксплуатации. Для этих целей измерительные датчики, расположенные в контрольных зонах, объединяются в единую систему непрерывного мониторинга, которая в свою очередь дополняется расчетной численной моделью исследуемого объекта, основанной на современных методах компьютерного моделирования. Эта модель получает данные от измерительного оборудования системы мониторинга и позволяет получить полную картину о состоянии объекта, не только в зонах установки контрольных датчиков, число которых всегда ограничено, а во всем объеме конструкции.
Данный расчетно-экспериментальный подход был использован авторами для анализа фактической нагруженности и оценки эксплуатационной повреждаемости зоны СС №111 приварки горячего коллектора к корпусу парогенератора (ПГ) ПГВ-1000М энергоблока № 5 Нововоронежской АЭС (рис. 1) [2]. Зона СС №111 склонна к образованию и ускоренному развитию эксплуатационных дефектов, при этом дефекты носят систематический характер и влияют на безопасность эксплуатации всего энергоблока.
Рис. 1. Узел приварки горячего коллектора теплоносителя первого контура к патрубку Ду 1200 парогенератора ПГВ-1000М: 1 - патрубок Ду 1200 ПГ; 2 - СС № 111; 3 - горячий коллектор; 4 - карман горячего коллектора; 5 - патрубки периодической продувки Ду 20
Следует отметить, что наблюдаемые повреждения в зоне СС №111 вызваны совместным влиянием высоких растягивающих напряжений, сложной коррозионной обстановкой внутри кармана, а также особенностями поведения стали 10ГН2МФА в условиях существующих эксплуатационных воздействий. По результатам металлографических и фрак-тографических исследований темплетов, вырезанных из зон повреждений СС №111 на различных ПГ, установлено, что развитие эксплуатационных трещин происходит по механизму замедленного деформационного коррозионного растрескивания [3]. При этом на кинетику развития трещин оказывают влияние такие параметры, как скорость изменения напряжений (деформаций), рабочая температура, концентрация окислов меди в отложениях внутри кармана, концентрация кислорода в воде, рН и др. В связи с этим при расчете циклической прочности СС №111 должно быть учтено влияние коррозионно-активной среды. Так как отдельных исследований в этом направлении авторами не производилось, в настоящей работе расчет величины накопленного усталостного повреждения в зоне галтели кармана «горячего» коллектора производился с учетом влияния водной среды согласно рекомендациям РД ЭО 1.1.2.05.0330 [4].
В 2011 г. на энергоблоке № 5 Нововоронежской АЭС введена в опытную эксплуатацию система непрерывного мониторинга эксплуатационной повреждаемости СС №111 ПГ-4. Основная цель оснащения ПГ системой непрерывного мониторинга -сделать процесс образования и роста эксплуатационных дефектов в зоне СС №111 контролируемым во времени. Дополнительно преследовалась цель установления коренных причин, приводящих к образованию и развитию эксплуатационных дефектов в зоне СС № 111, а также определения доминирующих факторов и механизмов повреждения посредством мониторинга фактической термодеформационной нагруженности рассматриваемой зоны. Акту-
альность поставленных целей обусловлена тем, что проблема растрескивания СС №111 является острой и до настоящего времени не решена.
Интегрально в состав системы мониторинга СС №111 включены следующие подсистемы:
— подсистема ультразвукового мониторинга, предназначенная для оценки кинетики роста потенциально опасных дефектов, выбранных по результатам экспертного неразрушающего контроля для детального диагностирования в течение предстоящей топливной кампании;
— подсистема акустико-эмиссионного мониторинга, предназначенная для определения момента образования и развития дефектов по всему периметру критической зоны или в наиболее повреждаемом секторе в различных эксплуатационных режимах;
— подсистема мониторинга термодеформационной нагруженности, предназначенная для сбора достоверных данных о фактических эксплуатационных нагрузках в критической зоне и ва-лидации расчетной модели.
Структурная схема системы мониторинга СС №111 приведена на рис. 2.
Рис. 2. Структурная схема системы непрерывного мониторинга СС №111
Специфика работы системы мониторинга СС №111 заключается в том, что все данные мониторинга записываются в автоматическом режиме и по линии Internet в режиме реального времени дистанционно передаются в удаленный аналитический центр для обработки и детального анализа. При этом расчетно-экспериментальное обоснование прочности и долговечности зоны СС №111 на базе расчетной модели выполняется параллельно с получением диагностических данных. Отличительная особенность расчетной модели состоит в том, что в нее закладываются реальные данные по температурным полям, деформациям, перемещениям, регистрируемым в процессе мониторинга, с целью их использования как в качестве исходных данных, так и данных для отладки и верификации расчетного ядра.
Принятая схема организации мониторинга СС №111 дает уникальную возможность установления взаимосвязи между результатами контроля целостности металла СС №111 и фактической термосиловой нагруженностью рассматриваемой зоны в различных режимах эксплуатации энергоблока. Установление причинно-следственных связей зависимости роста повреждаемости СС №111 от режимов эксплуатации технологических систем энергоблока является одной из основных задач, преследуемых в ходе непрерывного мониторинга.
Расчетно-экспериментальный анализ нагру-женности зоны СС №111 является одной из важнейших составных частей работ по непрерывному мониторингу СС №111. Расчетное ядро системы мониторинга разработано на базе программного комплекса и^ОЯ 1.0 [5], предназначенного для расчета нестационарных полей температуры, упругого и упруго-пластического расчета НДС, расчета параметров механики разрушения в элементах оборудования АЭС [6]. Решение перечисленных выше задач осуществляется в наиболее общей трехмерной постановке, реализованы алгоритмы метода конечных элементов и метода суперэлементов, являющегося надстройкой по отношению к традиционной формулировке метода конечных элементов и обеспечивающего существенное снижение потребления компьютерных ресурсов за счет поэтапного снижения размерности задачи [7]. Данный подход является перспективным с точки зрения внедрения параллельных алгоритмов формирования матриц, что может быть эффективно использовано при разработке систем непрерывного мониторинга технического состояния, поскольку позволяет многократно увеличить скорость расчетов с целью их проведения в реальном времени по мере поступления новых данных от измерительной части системы.
В рамках работы по мониторингу СС №111 разработана конечноэлементная и суперэлементная модели циркуляционной петли №4 пятого блока Нововоронежской АЭС (рис. 3).
Рис. 3. Расчетная модель циркуляционной петли № 4 пятого блока Нововоронежской АЭС
Данная модель разработана с целью максимально корректного расчета НДС в зоне СС № 111 и включает элементы циркуляционной петли первого контура (парогенератор, горячая и холодная нитки главного циркуляционного трубопровода, фрагмент корпуса реактора, главный циркуляционный насос), а также основные присоединительные трубопроводы (главный паропровод, трубопровод питательной воды). В зоне СС №111 также содержится модель трещиноподобного дефекта, расположение и размеры которого соответствуют данным, полученным по результатам экспертного ультразвукового контроля. Модель полностью соответствует реальной геометрии конструкции и включает 925665 узлов (около 2800000 степеней свободы), 187758 20-узловых квадратичных конечных элементов. Размеры конечных элементов в зонах концентрации напряжений не превышают 10 мм. Размеры элементов у вершины дефекта составляют величину порядка 1 мм.
Разработанная модель содержит узлы в зонах размещения контрольных датчиков системы мониторинга СС №111. Верификация расчетной модели производилась путем сравнения расчетных и экспериментальных данных по результатам измерения деформаций, перемещений, температур в различных эксплуатационных режимах работы и при различных уровнях нагружения объекта контроля.
С целью верификации расчетной модели, а также получения исходных экспериментальных данных для расчетного анализа были использованы следующие измерительные датчики, включенные в состав подсистемы мониторинга термодеформационной нагруженности:
- высокотемпературные одноосевые тензоре-зисторы в количестве 24 шт., скомпонованные в 4 трехосевые розетки и 6 двухосевых розеток и установленные на наружной поверхности СС №111 и главного циркуляционного трубопровода в контрольных точках;
- термопары в количестве 18 шт., установленные на наружной поверхности СС № 111, горячей и холодной нитках главного циркуляционного трубопровода, патрубках продувки «кармана» горячего коллектора ПГ, патрубке продувки днища ПГ, патрубке и корпусе ПГ;
- датчики линейных перемещений в количестве 8 шт., установленные на горячей и холодной опорах ПГ и на горячей нитке главного циркуляционного трубопровода.
В качестве основных параметров нагружения ПГ брались фактические данные по давлению и температуре в первом и втором контурах, регистрируемые штатными датчиками. Если удовлетворительное совпадение расчетных и экспериментальных данных не достигалось, выполнялась доработка расчетной программы, уточнение геометрии объекта контроля, сгущение сетки конечных элементов в определенных зонах, поиск и сепарация неучтенных нагружающих факторов и др. с целью совершенствования расчетного ядра. Как правило, только после нескольких подобных итераций достигается хо-
рошее совпадение расчетных и экспериментальных данных, что в итоге свидетельствует о работоспособности модели и адекватности моделирования процессов нагружения при прохождении различных эксплуатационных режимов.
Сравнение расчетных и экспериментальных данных по результатам контроля фактических перемещений оборудования и трубопроводов первого контура, а также измерения деформаций в контрольных зонах СС №111 и главного циркуляционного трубопровода было проведено для характерных эксплуатационных режимов, связанных с подъемом давления первого и второго контуров, разогревом и расхолаживанием. Хорошая корреляция расчетных и экспериментальных данных позволила верифицировать расчетную модель, с помощью которой в дальнейшем проведены расчеты НДС ПГ как при стандартных эксплуатационных режимах, так и при некоторых переходных процессах, описанных ниже.
Расчетам НДС зоны СС №111 ПГВ-1000М посвящено значительное количество работ [8-10]. В ряде работ по анализу НДС зоны СС №111 при задании условий нагружения, как правило, используются лишь проектные режимы и параметры, установленные главным конструктором, при этом недостаточное внимание уделено фактической истории нагружения. В проектных режимах работы (гидроиспытания, разогрев, подъем мощности, расхолаживание и др.) в настоящее время имеется довольно полное понимание картины НДС в зоне СС №111 и вклада действующих эксплуатационных нагрузок в накопленную повреждаемость данной зоны.
Оценка статической и циклической прочности зоны СС №111 при рассмотрении основных эксплуатационных режимов РУ (гидроиспытания 1, 2 контуров на плотность и прочность, плановый разогрев/расхолаживание) показала, что в случае работы ПГ в условиях рассмотренных режимов статическая и циклическая прочность узла СС №111, согласно требованиям [1], обеспечивается. По результатам расчета на циклическую прочность установлено, что величина накопленного усталостного повреждения в зоне галтели кармана «горячего» коллектора, рассчитанная с учетом влияния водной среды согласно рекомендациям [4], составляет 0,02, что удовлетворяет требованиям [1]. Следует отметить, что количество циклов нагружения в указанных режимах принималось с учетом продления срока эксплуатации РУ 5 блока Нововоронежской АЭС до 60 лет. Физические и механические характеристики материалов принимались в соответствии с [1].
Особый интерес для анализа представляют нестационарные режимы работы ПГ, в которых возможно возникновение дополнительных высоких нагрузок на СС №111, не учтенных в проекте. По результатам мониторинга СС №111 установлено, что в контролируемой зоне в определенных режимах работы происходят «аномальные» изменения поля температур. В качестве примера на рис. 4 представлены температурные «аномалии» (обведены пунктиром), выявленные в ходе непрерывного мониторинга СС №111. Начало появления темпера-
турных «аномалий» совпадает с резким падением температуры трубопроводов продувки Ду 20 кармана коллектора ПГ, одновременно с этим также наблюдается существенное снижение температуры на наружной поверхности сварного шва в зонах термоконтроля.
а) разогрев до горячего состояния
320 -
290 . \ /■■......-Г ~~
260 -
1170'
£
140 110 80 -
50 -|-|-|-
0:00 £СО 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 Время, ч
б) горячее состояние, подъем мощности Рис. 4. Данные мониторинга СС №111 при появлении температурных «аномалий» 1 - температура горячей нитки ГЦТ; 2 - минимальная температура СС №111; 3 - температура трубопровода продувки кармана
В некоторых случаях нестационарные температурные процессы в зоне СС №111 приводили к снижению температуры на внешней поверхности сварного шва на величину более 70 0С (максимум до 100 0С) со скоростью до 200 0С/час. В отдельных случаях скорость изменения температуры составляла более 300 0С/час. Следует обратить внимание, что в период прохождения температурных «аномалий» тензорезисторами, установленными снаружи на поверхности сварного шва, зафиксирован высокий уровень деформаций во всех контрольных зонах.
Это свидетельствует о наличии в зоне СС №111 дополнительных нестационарных термических нагрузок различной интенсивности, (термошоков), что при больших толщинах обечаек и в условиях стесненности деформаций может явиться одной из основных причин образования и роста эксплуатационных трещин в СС № 111. Данный вывод подтверждается результатами акустико-эмиссионного мониторинга повреждаемости СС №111, которые свидетельствуют о том, что в период появления температурных «аномалий» резко увеличивается число сигналов от точечных источников акустической эмиссии, регистрируемых в зоне СС №111. Комплексный анализ зарегистрированных акустико-эмиссионных сигналов дает основания полагать, что это сигналы от зарождающихся дефектов.
По результатам поиска причинно-следственных связей появления температурных «аномалий» установлено, что изменение температур на внешней стороне патрубка ПГ Ду 1200 вызывается поступлением охлажденной воды во внутреннюю полость кармана коллектора по трубопроводам системы периодической продувки [11]. Выполненный сравнительный анализ данных мониторинга, записанных в 2011-2013 гг., показал, что все температурные «аномалии» наблюдались при отключенной системе периодической продувки ПГ, и в то же время все ПГ были объединены по коллектору периодической продувки, то есть представляли собой сообщающиеся сосуды (рис. 5).
Рис. 5. Схема периодической продувки ПГ 5 блока Нововоронежской АЭС: 1 - линии периодической продувки карманов коллекторов ПГ; 2 - линии периодической продувки днища ПГ; 3 - коллектор периодической продувки
Существует несколько причин, обусловливающих наличие охлажденной воды в трубопроводах продувки ПГ. Первая причина связана с тем, что в условиях отсутствия потока воды в линиях периодической продувки ПГ вода в них постепенно охлаждается, и при отключенной системе периодической продувки температура воды может достичь весьма низких значений (кривая 3 на рис. 4б). Вторая причина связана с заполнением ПГ по второму контуру после его осушения в период планового останова. Данная операция осуществляется химобессоленной водой по трубопроводам периодической продувки ПГ, соответственно вода в этих трубопроводах на начальном этапе разогрева ПГ остается холодной до момента, когда начнется прогрев линий продувки
котловой водой ПГ перед вводом в работу системы продувки ПГ (кривая 3 на рис. 4а). Прогрев трубопроводов периодической продувки, как правило, осуществляется в режиме разогрева РУ до номинальных параметров при давлении во втором контуре Н2 МПа, что соответствует температуре котловой воды и, соответственно, корпуса ПГ около 180^210 0С. В исключительных случаях, связанных с ремонтом системы продувки, допускается ввод в работу продувки ПГ при давлении во втором контуре до 6,27 МПа. До ввода в работу системы продувки ПГ в определенных режимах работы РУ могут создаваться условия, когда перепад давлений в разных ПГ достигает значений, при которых остывшая вода по линиям продувки передавливается в ПГ с более низким давлением, что приводит к возникновению температурной «аномалии» (термошока) в зоне СС №111. При работающей системе периодической продувки ПГ по 2 контуру такая ситуация невозможна, так как трубопроводы периодической продувки всегда находятся в прогретом состоянии -«карманы» горячего и холодного коллекторов, а также днище ПГ продуваются непрерывно с малым расходом 0,2 т/ч, и периодически с расходом 20 т/ч по 2 часа один раз смену.
Чтобы избежать появления термошоков в зоне СС №111, необходимо отсекать ПГ друг от друга закрытием арматуры на линии периодической продувки, когда система продувки ПГ по 2 контуру не введена в работу. Арматура, которую необходимо закрыть для отсечения ПГ и исключения нестационарных термосиловых воздействий, отмечена кругами на рис. 5.
Так как провести измерение фактических температур внутри кармана не представляется возможным, была поставлена следующая задача: подобрать расчетным путем такие режимы изменения температуры внутри кармана, при которых скорости и диапазон изменения температур снаружи патрубка ПГ Ду 1200 в зоне СС №111 соответствовали измеренным значениям температур по данным термометри-рования, записанным системой мониторинга в режимах с температурными «аномалиями».
Для этого на первом этапе работ с использованием разработанной трехмерной модели циркуляционной петли №4 пятого блока Нововоронежской АЭС был проведен расчет температурной задачи для трех вариантов воздействия температурных «аномалий» на НДС зоны СС №111 при различных скоростях изменения температуры водной среды в кармане патрубка ПГ Ду 1200. Для рассмотренных трех вариантов расчета температура водной среды на дне кармана снижалась с 276 0С до 206 0С со скоростями 660 0С/час, 360 0С/час и 210 0С/час. Как показал анализ результатов расчетов, это соответствовало скоростям охлаждения снаружи патрубка соответственно 210 0С/час, 170 0С/час и 125 0С/час, наблюдаемым в действительности по данным непрерывного мониторинга.
Для всех вариантов расчета снижение температуры среды в результате воздействия температурной «аномалии» внутри кармана было максимальным в
зоне патрубка продувки кармана Ду 20 со стороны днища ПГ и снижалось по линейному закону в зависимости от угла по периметру патрубка до нуля на четверти периметра. Указанный характер изменения температур установлен на основании графиков изменения температур по периметру СС №111, построенных по данным мониторинга. Также по высоте от дна кармана изменение температуры было максимальным на дне кармана и снижалось на расстоянии 100 мм от дна кармана до нуля.
Расчеты НДС зоны СС №111 проводились в упругой нестационарной постановке. Нагружающим фактором являлись нестационарные температурные поля в ПГ при изменяющейся во времени с заданной скоростью температуре среды внутри кармана коллектора. Расчет каждого варианта включал 55-60 шагов решения. Для каждого варианта расчета также проведена расчетная оценка накопленного усталостного повреждения конструкции, исходя из предположения, что количество повторений для каждого из трех вариантов расчета составляет 1000 циклов. Размах напряжений в цикле соответствовал максимальным значениям главных напряжений в процессе нестационарного охлаждения кармана.
В качестве примера на рис. 6-8 представлены результаты расчета напряжений в режимах с температурными «аномалиями» в наиболее нагруженной зоне СС №111 для варианта с максимальной скоростью охлаждения снаружи патрубка ПГ 210 °С/час.
Время, с
Рис. 6. Изменение максимальных главных напряжений: 1 - внутренняя поверхность галтели кармана коллектора; 2 - внутренняя поверхность СС №111 по центру шва; 3 -внешняя поверхность СС № 111 по центру шва
Время, с
Рис. 7. Изменение осевых напряжений (обозначения см. рис. 6)
Время, с
Рис. 8. Изменение окружных напряжений (обозначения см. рис. 6)
Проведенные расчеты НДС кармана коллектора ПГ-4 пятого блока Нововоронежской АЭС при воздействии температурных «аномалий» показали следующее:
— зона максимальной концентрации напряжений при воздействии температурных «аномалий» располагается с внутренней стороны галтели кармана коллектора, то есть совпадает с зоной зарождения и роста эксплуатационных дефектов;
— при высоких скоростях изменения температур напряжения в галтели кармана коллектора могут превышать предел текучести материала и приводить к образованию и накоплению в этой зоне пластических деформаций;
— величина накопленного усталостного повреждения в галтели кармана при высоких скоростях протекания температурных «аномалий» составляет более 0,1 от 1000 циклов воздействия, что крайне негативно сказывается на остаточном ресурсе СС №111;
— необходимо разработать дополнения к регламенту эксплуатации ПГ с целью исключения температурных «аномалий» в зоне кармана коллектора и СС №111.
Заключение
Расчетно-экспериментальные методы оценки напряженно-деформированного состояния конструкции являются крайне эффективными при решении сложных задач эксплуатационного нагруже-ния. Экспериментальные данные, записанные в наиболее показательных контрольных точках и характеризующие фактическую термосиловую нагру-женность конструкции, позволяют не только отладить и верифицировать расчетное ядро, но и максимально корректно задавать реальные условия нагружения при моделировании различных эксплуатационных режимов.
Описанный расчетно-экспериментальный подход был успешно использован для проведения комплексного анализа эксплуатационной нагруженно-сти и повреждаемости зоны СС №111 парогенератора ПГВ-1000М. По результатам проведенных работ установлено, что в условиях влияния нестационарных термосиловых воздействий, выявленных в ходе непрерывного мониторинга СС №111, в рассматри-
ваемой зоне возникают высокие напряжения, близкие к пределу текучести. При этом зона максимальной концентрации напряжений располагается на галтели кармана коллектора, то есть совпадает с зоной зарождения и развития трещиноподобных дефектов. Таким образом, расчетно-экспериментальный анализ нагруженности СС №111 позволил установить дополнительные факторы, способствующие накоплению эксплуатационных повреждений в рассматриваемой зоне, что обусловливает необходимость разработки компенсирующих мероприятий по их исключению.
Литература
1. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок (ПНАЭ Г-7-002-86) [Текст] / Госатомэнергонадзор СССР. - М.: Энер-гоатомиздат, 1989. -525 с.
2. IAEA - TECDOC-1361. Assessment and management of ageing of major nuclear power plant components important to safety. 2003.
3. Результаты работ по исследованию причин повреждения металла в районе сварного шва приварки коллектора первого контура к корпусу парогенератора и разработка компенсирующих мероприятий [Текст] / Н.Б. Трунов, С.А. Харченко, Н.Ф. Коротаев, С.Л. Лякишев // Сборник трудов 8-го международного семинара по горизонтальным парогенераторам. - Подольск: ОКБ "Гидропресс", 2010.
4. Руководство по расчёту на прочность оборудования и трубопроводов реакторных установок РБМК, ВВЭР и ЭГП на стадии эксплуатации, включая эксплуатацию за
пределами проектного срока службы [Текст]. - РД ЭО 1.1.2.05.0330-2012. - 178 с.
5. Аттестационный паспорт программного средства № 346 от 21.11.2013, выданный экспертным советом по аттестации программных средств при Ростехнадзоре.
6. Киселев, А.С. Аннотация программы и7ОЯ_1 [Текст] / А.С. Киселев, В.В. Даничев //ВАНТ. Сер. Физика ядерных реакторов. - 1999. - Вып. 1. - С. 109-113.
7. Постнов, В.А. Метод суперэлементов в расчетах инженерных сооружений [Текст] / В.А. Постнов, С.П. Дмитриев. - Л.: Судостроение, 1979. -287 с.
8. Оценка напряженно-деформированного состояния узла сварного соединения «горячего» коллектора с патрубком парогенератора ПГВ-1000 АЭС [Текст] / Г.В. Степанов, В.В. Харченко, А.И. Бабуцкий и др. // Проблемы прочности. - 2003. - № 5. - С. 142-153.
9. Оценка термоциклического нагружения в узле приварки «горячего» коллектора к патрубку парогенератора ПГВ-1000 [Текст] / Г.В. Степанов, В.В. Харченко, А.И. Бабуцкий и др. // Проблемы прочности. - 2002. - №1. - С. 146-148.
10. Лякишев, С.Л. Исследование напряженно-деформированного состояния и модернизация конструкции коллектора теплоносителя парогенератора АЭС с ВВЭР: автореф. дис. ... канд. техн. наук / С.Л. Лякишев. - Подольск, 2011. - 28 с.
11. Анализ причин появления непроектных термосиловых воздействий в зоне СС №111-1 ПГВ-1000М и рекомендации по их исключению [Текст] / М.Б. Бакиров, В.И. Левчук, В.П. Поваров, А.Ф. Громов // Теплоэнергетика. -2014. - № 8. -С. 3-13. - БОГ 10.1134/80040363614080025.
ООО «Научно-сертификационный учебный центр материаловедения и ресурса компонентов ядерной техники «Центр материаловедения и ресурса», г. Москва
Филиал ОАО «Концерн Росэнергоатом» «Нововоронежская атомная станция», г. Нововоронеж
ANALYSIS OF OPERATIONAL LOADS IN THE ZONE OF A STEAM GENERATOR COLLECTOR TO NOZZLE WELD JOINT CONSIDERING TRANSIENT THERMALLY
INDUCED FORCE EFFECTS
M.B. Bakirov, A.S. Kiselev, V.I. Levchuk, V.P. Povarov, A.F. Gromov
A design-experimental analysis of metal operational loading in the zone of a PGV-1000M steam generator collector to nozzle joint - the zone of the weld joint №111, is presented. The study includes an analysis of the stress-strain state in the three-dimensional form with preliminary verification of the calculative model using in-situ data records from sensors located in the control zones of the circulation loop and executing continuous monitoring of deformations, temperatures and movements in different operational conditions. According to the results there was revealed an increased damageability of the welded joint №111 zone due to the influence of non-design thermo-force loads acting on the collector pocket fillet, where initiation and propagation of operational cracks is observed at practice
Key words: weld joint № 111, stress-strain state, accumulated damage, continuous monitoring
