CC BY
17ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИКА И ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА
УДК 620.179
Д.В. Конурин, А.И. Сиротов
НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КОРПУСОВ РЕАКТОРНОЙ УСТАНОВКИ БН-800 НА ЭТАПЕ МОНТАЖНЫХ РАБОТ
ОКБМ им. И.И. Африкантова
Представлено краткое описание корпусов реакторной установки БН-800 и перечислено основное оборудование, устанавливаемое на основной корпус реактора. Приведено краткое описание системы высокотемпературной тензотермометрии корпусов реакторной установки БН-800. Представлены основные данные напряженно-деформированного состояния корпусов реакторной установки, полученные в период монтажных работ. Проведен сравнительный анализ результатов, полученных с помощью численного и экспериментального методов. Сделаны выводы по результатам работы.
Ключевые слова: реакторная установка, тензометрия, тензотермосборка, напряженно-деформированное состояние.
Высокая эффективность современных численных методов расчета позволяет решать многие задачи, однако действительные нагрузки, обусловленные сложной геометрией деталей, монтажом оборудования реакторных установок и спецификой их эксплуатации, могут отличаться от теоретически принятых при проектировании [1].
Для определения реальной нагруженности деталей машин большое значение имеют методы экспериментальной механики и, в частности, метод тензотермометрии, который в настоящее время применяется на IV блоке Белоярской АЭС.
Решалась задача исследования прочности основного и страховочного корпусов реакторной установки БН-800 на этапе монтажа основного оборудования. Основной корпус реактора БН-800 представляет собой тонкостенный сосуд (рис. 1), сваренный из листовой стали 10Х18Н9 и состоит:
• из конической крышки с 10 патрубками и верхним фланцем с толщиной стенки 55 мм;
• цилиндрической части с толщиной стенки 30 мм;
• эллиптического днища с толщиной 34 мм;
• опорного кольца и опорной обечайки с толщиной 50 мм.
Вокруг основного корпуса реактора расположен страховочный корпус (рис. 1), сваренный из стали 09Х18Н9, который предназначен для локализации протечек теплоносителя при аварийной разгерметизации корпуса.
Исследование напряженно-деформированного состояния корпусов реакторной установки проводилось в период монтажа следующего оборудования:
• главных циркуляционных насосов первого контура;
• промежуточных теплообменников первого контура;
• механизмов системы перегрузки;
• механизмов системы управления и защиты (СУЗ);
• тепловыделяющих сборок (ТВС) и другого оборудования первого контура.
© Конурин Д.В., Сиротов А.И., 2014.
Центральная
Рис. 1. Конструктивная схема основного и страховочного корпусов
реактора БН-800
Для определения реальной нагруженности основного и страховочного корпусов реакторной установки БН-800 была разработана система высокотемпературной тензометрии и термометрии (СВТ).
СВТ предназначена:
• для получения информации о напряженно-деформированном и температурном состоянии металла основного и страховочного корпусов реактора;
• верификации на основании полученной экспериментальной информации результатов прочностных расчетов.
В состав СВТ входят:
• тензотермосборки (рис. 2);
• защитные чехлы для каждой тензотермосборки (рис. 3);
• кабельные линии;
• цифровые измерительные усилители MGCplus;
• сервер сбора, хранения и распределения данных измерений на базе персонального компьютера;
• рабочая станция - персональный компьютер;
• линии связи.
Рис. 2. Тензотермосборка СВТ Рис. 3. Защитные чехлы СВТ
Рис. 4. Распределение напряжений по Мизесу в корпусе реактора ст, Па. Режим гидравлических и пневматических испытаний (давление Р = 0,12 МПа)
Схема размещения тензотермосборок СВТ была разработана на основе анализа расчетных данных полей деформаций и температур (рис. 4). В результате были определены зоны с максимальным напряженно-деформированным состоянием. К таким зонам относятся: а) сечения по осям патрубков главного циркуляционного насоса первого контура (рис. 5), патрубков промежуточного теплообменника, патрубка элеваторов (рис. 6);
б) район уровня теплоносителя трассы охлаждения корпуса - данное место характеризуется наличием зоны большого температурного градиента на конусной крыше основного корпуса в зоне раздела «газ - теплоноситель» и пульсации температуры вследствие колебаний уровня теплоносителя в трассе охлаждения корпуса.
А - А
Рис. 5. Схема расположения тензотермосборок по сечению патрубка главного циркуляционного насоса первого контура
Рис. 6. Схема расположения тензотермосборок по сечению патрубка
элеваторов (В-В) и промежуточного теплообменника первого контура (Г-Г)
На этапе монтажа основного оборудования первого контура реакторной установки БН-800 величины деформаций записывались в автоматизированном режиме. На данном этапе проводились различные испытания основного и страховочного корпусов реактора:
• гидравлические испытания на прочность и плотность;
• испытания на плотность;
• испытания на устойчивость.
Газовая полость основного корпуса заполнялась воздухом до максимального давления 0,12±0,005 МПа и страховочного корпуса гелиево-воздушной смесью до максимального давления 0,15±0,0075 МПа. На всех этапах проведения испытаний осуществлялось отслеживание состояния уплотнений, нанося на них пенообразующий состав. В случае появления незначительных течей производилась подтяжка уплотнений и продолжалось заполнение с це-
лью выявления всех неплотностей в уплотнениях. В случае значительных течей осуществлялось снижение давления в корпусе до атмосферного и производилась переупаковка уплотнений. При испытаниях на устойчивость абсолютное давление воздуха в корпусе снижалось до величины 0,05±0,0025 МПа (вакуум) путем отсоса воздуха из корпуса вакуум-насосом. Производилось измерение напряженно-деформированного состояния корпуса с использованием системы СВТ.
Был проведен сравнительный анализ результатов численных расчетов и данных, полученных СВТ. Расхождение значений напряжений не превысили 20 % (табл. 1).
Максимальные значения напряжений ~ 200 МПа, зафиксированные в конической части крыши корпуса реактора (рис. 1), возникли от действия весовых нагрузок смонтированного основного оборудования (табл. 2).
Таблица 1
Результаты характерных точек контроля расчетного и экспериментального методов
№ тензотермосборки Численные расчеты, Давление /"=0,12 МПа Данные СВТ, Давление Р=0,12 МПа Расхождение, %
01 02 01 02 01 02
В1 26 14 26 15 0 7
В2 -76 -90 -74 -88 3 2
В3 -65 -106 -64 -105 2 1
В4 -36 -72 -35 -70 3 3
В5 -5 9 -4 10 20 11
В9 119 79 118 75 1 5
В10 24 -8 22 -8 8 0
В11 18 10 18 8 0 20
В42 -69 -84 -67 -80 3 5
В43 -60 -100 -63 -96 6 4
В44 -35 -69 -33 -65 6 6
В45 -13 0 -11 0 14 0
В50 17 -16 16 -16 6 0
В51 19 10 18 9 5 10
В52 8 -1 9 -1 13 0
Таблица 2
Максимальные напряжения после монтажа оборудования
№ Напряжения, МПа
тензотермосборки 0 1 0 2
В10 176 35,4
В11 -91,8 -209
В27 200 -58,9
В50 -42,0 -220
В51 -94,7 -261
В52 -107 -229
Таким образом, при монтаже оборудования на основной корпус реактора, с помощью СВТ была получена принципиально важная информация о напряженно-деформированном состоянии корпусов реакторной установки БН-800.
Сравнительный анализ результатов численных расчетов и данных СВТ показал их удовлетворительную корреляцию. Полученная информация подтверждает правильность
выбора расчетных моделей и является верификацией прочностных расчетов. Фактические данные по напряженно-деформированному состоянию позволят провести достоверный уточненный расчет ресурса корпусов реакторной установки БН-800.
1. Дайчик, М.Л. Методы и средства натурной тензометрии: справочник / М.Л. Дайчик, Н.И. Пригоровский, Г.Х. Хуршудов. - М.: Машиностроение, 1989. - 240 с.
Дата поступления в редакцию 08.10.2014
D.V. Konurin, A.I. Sirotov
INVESTIGATIONS OF STRESS-STRAIN STATE CASES OF BN-800 DURING CONSTRUCTION WORKS
OKBM Afrikantov, Nizhny Novgorod
The article presents a brief description of the cases of reactor plant BN-800 and listed to the main equipment installed on the basic case of reactor plant. The article gives a brief description of the system of high-tensor thermome-try cases of reactor plant BN-800. The basic data of the stress-strain state of cases of reactor plant BN-800 obtained during construction work of reactor plant BN-800. A comparative analysis of the results obtained by numerical and experimental methods. Conclusions on the results of work.
Key words: reactor plant, strain measurement, stress-strain state.
