CC BY
11
ГЛОБАЛЬНАЯ ЯДЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ, 2022 № 4(45), С. 61-68 GLOBAL NUCLEAR SAFETY
ПРОЕКТИРОВАНИЕ, ИЗГОТОВЛЕНИЕ И ВВОД В ЭКСПЛУАТАЦИЮ ОБОРУДОВАНИЯ __ОБЪЕКТОВ АТОМНОЙ ОТРАСЛИ _
DESIGN, MANUFACTURE AND COMMISSIONING COMMISSIONING OF EQUIPMENT NUCLEAR INDUSTRY FACILITIES
УДК 621.039.524.44 : 62-762.4 DOI10.26583/gns-2022-04-06 EDN HAAEMH
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РАБОТЫ УЗЛОВ УПЛОТНЕНИЙ ДЛЯ ТРАНСПОРТНЫХ ШЛЮЗОВ ЭНЕРГОБЛОКОВ С ВВЭР-1000 И ВВЭР-1200 В ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ РЕЖИМАХ
1 2 © 2022 Кузин Сергей Алексеевич , Кравец Сергей Борисович ,
Парыгин Евгений Владимирович3, Краснокутский Виктор Викторович4
1АО «Атоммашэкспорт», Волгодонск, Ростовская обл., Россия 2ФБУ «Национально-технический центр по ядерной и радиационной безопасности», Москва, Россия 13'4Волгодонский инженерно-технический институт - филиал Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», Волгодонск, Ростовская обл., Россия 1KuzinSergey55@mail.rU' https://orcid.ord/0000-0002-7384-5827 2kravets_sb@mail. ru, https://orcid. ord/0000-0001-829 7-3102 3VlTlkafAE@mephi.ru 4leronil@mail.ru, http://orcid.ord/0000-0002-4498-2996
Аннотация. Актуальность данной работы определена необходимостью прогнозировать работу узлов уплотнений для транспортных шлюзов энергоблоков с ВВЭР-1000 и ВВЭР-1200 в эксплуатационных режимах. Приведены результаты испытаний резиновых уплотнений на герметичность. На основании исследования выполнена оценка герметичности применяемых резиновых уплотнений и разработаны рекомендации по увеличению надежности работы узлов уплотнений для транспортных шлюзов энергоблоков с ВВЭР-1000 и ВВЭР-1200 в эксплуатационных режимах.
Ключевые слова: ВВЭР-1000, шлюз, резиновые уплотнения, узел, эксплуатационные режимы.
Для цитирования: Кузин С.А., Кравец С.Б., Парыгин Е.В., Краснокутский В.В. Прогнозирование работы узлов уплотнений для транспортных шлюзов энергоблоков с ВВЭР-1000 и ВВЭР-1200 в эксплуатационных режимах// Глобальная ядерная безопасность. - 2022. - № 4(45). - С. 61-68. http://dx.doi.org/10.26583/gns-2022-04-06.
Поступила в редакцию 20.09.2022 После доработки 29.11.2022 Принята к печати 06.12.2022
В настоящее время для транспортных шлюзов энергоблоков С ВВЭР-1000 и ВВЭР-1200 [1-2] преимущественно используются уплотнения, выполненные из резинотехнических изделий в радиационностойком исполнении и предназначенные для эксплуатации на объектах атомной энергетики [3 -4] в условиях воздействия температур от минус 700 С до плюс 200° С по ТУ 38 1051325-2008. В конструкции шлюза должно быть предусмотрено разделительное устройство, отделяющее межоболочечное пространство от помещения транспортного шлюза. Допускаемые утечки в атмосферу, минуя фильтры очистки, через уплотнения ворот шлюза, находящегося в положении «шлюз герметичен, исправен», при любых режимах, не должны превышать 0,1 м /сут.
© Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», 2022
Допускаемые утечки через разделительное устройство, обеспечивающее уплотнение шлюза с наружной оболочкой, не должны превышать 6,0 м3 /сут при перепаде давления 100 Па. Конструкция ворот шлюза должна предусматривать возможность контроля на герметичность с внешней стороны по отношению к зоне локализации аварии. Такой контроль на герметичность должен проводиться после каждого цикла «открытие-закрытие». Кроме того, должна быть предусмотрена возможность включения режима проверки герметичности с пульта в негерметичном помещении.
С целью прогнозирования работоспособности и герметичности уплотнений, выполненных из резинотехничских изделий в радиационностойком исполнении из смеси резиновой 51-1758 Рад по ТУ 1051325-2008, использованных для шлюзов Нововоронежской АЭС-2, ОАО «ВНИИАМ» г. Волгодонска были проведены экспериментальные исследования. Работы проводились в соответствии с договором между ОАО «ВНИИАМ» и ЗАО «АЭМ-технологии» и протоколом «О применении на транспортном шлюзе для НВАЭС-2 уплотнений из смеси резиновой 51-1758 по ТУ 1051325-2008» на стенде экспериментальной базы ОАО «ВНИИАМ».
Номенклатура экспериментальных уплотнительных прокладок приведена на рисунках 1 и 2 по ТУ 1051325-2008.
Рисунок 1 - Уплотнения (профили: фиг. 1 - фиг. 6), изготовленные ООО «Атомсинтез» [Seals (profiles:
Fig. 1 to Fig. 6) manufactured by Atomsintez Ltd]
Рисунок 2 - Уплотнение, поставленное ОАО НИИЭМИ [Seal supplied by JSC SRIEMI]
Конструкция прижимных планок, приведена на рисунке 3, испытательной матрицы - на рисунке 4 [5-8].
Рисунок 3 - Планка (Кольцо) [Bar (Ring)]
Рисунок 4 - Испытательная матрица [Test matrix]
Для проведения испытаний отобраны и изготовлены профили (см. рис. 1). Уплотнения изготовлены ООО «Атомсинтез». Работа проводилась в соответствии с программой: Резиновые уплотнения оборудования герметичного ограждения АЭС. Программа и методика испытаний АКЦШ 766.00.000 ПМ. Обобщенные результаты испытаний на герметичность уплотнений, изготовленных из различных профилей, приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Обобщенные результаты испытаний на герметичность уплотнений из различных профилей (см. рис. 1) [Summarised leakage test results for seals made of different profiles (see figure 1)]_
№ пп Тип прокладки Диапазон прожатия от нагрузки 0 - 3280 кгс, общий диапазон зона герметичности, мм Величина протечки за 100 с при перепаде ДР=0,4 МПа, Па Допустимое значение протечки за 100 с, Па Заключение о герметичности Примечание
1 См. рис. 1, фиг.1 0 - 3,2 1,89 - 3,2 80 - 40 < 500 Па* Соответствует предъявляемым требованиям Прокладки устанавливались на герметик
2 См. рис. 1, фиг. 2 0 - 3,75 1,96 - 3,75 120 - 40 < 500 Па* Соответствует предъявляемым требованиям
3 См. рис. 1, фиг. 3 0 - 3,26 2,99 - 3,26 240 - 100 < 500 Па* Соответствует предъявляемым требованиям
4 См. рис. 1, фиг. 4 0 - 3,17 2,3 - 3,17 80 - 50 < 500 Па* Соответствует предъявляемым требованиям
5 См. рис. 1, фиг. 5** 0 - 4,9 1,9 - 4,9 160 - 70 < 500 Па* Соответствует предъявляемым требованиям Без использования герметика. Пазуха соединена с атмосферой двумя отверстиями 0 2 мм
0 - 5,2 ** 30
6 См. рис. 1, фиг. 6*** конструкция АМЕ 0 - 4,06 Протечка 1200 - 780 Па за 30 секунд в диапазоне от 2,1мм до 4,06 < 500 Па* Не соответствует предъявляемым требованиям
Примечание: * - допустимая протечка < 500 Па за 100 с., определена из условия максимально допустимой протечки 0,4 м3 через 20 метров уплотнения шлюза за сутки. ** - усилие для полного обжатия (контакт металл-металл) прокладки превышало Р=3280 кгс. *** - фактический диаметр центрального отверстия составил 0 2,2 мм, вместо минимального предусмотренного чертежом отверстия 0 4 мм.
По результатам испытаний на герметичность принято решение о проведении испытаний на работоспособность при циклическом нагружении усилием 2886 кгс двух конструкций уплотнений (1 - см. рис. 1, фиг. 5; 2 - рис. 2).Результаты проверки работоспособности прокладки 1после наработки 2500, 5000, 7500 и 10000 циклов нагружения представлены в таблице 2, а прокладки 2 после наработки 2500, 5000 циклов нагружения представлены в таблице 3.
Таблица 2 - Результаты испытаний прокладки 1 на работоспособность и герметичность [Results of function and tightness tests of gasket 1]_
1 Обжатие прокладки, мм 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5
Усилие обжатия
Усилие обжатия
2 проектной прокладки на 1 п/метр уплотнения, кгс 160 310 470 650 910 1250 1800 - -
Усилие обжатия испы-
3 туемой прокладки на 1 п/метр уплотнения, кгс 147 297 463 646 856 1083 1388 1698 2061
4 Показатели по п.3 после 2500 циклов 137 275 423 579 765 996 1256 1576 2119
5 Показатели по п.3 после 5000 циклов 135 270 431 609 808 991 1279 1632 2246
6 Показатели по п.3 после 7500 циклов 144 288 428 576 765 956 1278 1482 1916
7 Показатели по п.3 после 10000 циклов 135 270 421 580 822 933 1190 1505 1989
Герметичность (Допустимая протечка < 500 Па за 100 сек)
8 Герметичность за 100 сек, Па негер м. негер м. негер м. 160 140 110 80 70 70
9 Показатели по п.8 после 2500 циклов (герметичн.) негер м. негер м. негер м. 130 100 70 50 50 50
10 Показатели по п.8 после 5000 циклов (герметичн.) негер м. негер м. негер м. 150 150 100 80 80 70
11 Показатели по п.8 после 7500 циклов (герметичн.) негер м. негер м. негер м. 160 100 90 90 90 70
Таблица 3 - Результаты испытаний на работоспособность прокладки 2 (с герметиком) [Test results of gasket 2 (with sealant)]_
Усилие обжатия, кгс Исходное состояние После наработки 2500 циклов После наработки 5000 циклов
Обжатие, мм Протечки, Па Обжатие, мм Протечки, Па Обжатие, мм Протечки, Па
374 0,99 негерм. >500 Па 0,9 негерм. >500 Па 0,91 негерм. >500 Па
688 1,45 негерм. >500 Па 1,39 негерм. >500 Па 1,54 40
1002 2,0 40 1,99 50 2,21 40
1316 2,42 40 2,33 40 2,45 40
1630 3,01 30 2,82 40 2,81 50
1944 3,52 30 3,0 40 3,07 30
2258 3,76 30 3,21 40 3,24 30
2572 3,97 20 3,43 40 3,45 40
2886 4,11 20 3,7 30 3,64 30
3200 4,17 20 3,75 30 3,71 30
Узел уплотнения разделительного устройства для шлюза современного блока с ВВЭР-1000 показан на рисунке 4.
Рисунок 4 - Узел разделительного устройства шлюза [Gateway separator unit]
Резиновые уплотнения в районе узла уплотнения внутренних ворот и уплотнения разделительного устройства для транспортного шлюза АЭС блока с ВВЭР-1000 в режиме ЗПА должны обеспечивать герметичность шлюза при температуре уплотнений не более 200оС.
Данное требование проверятся в районе узла уплотнения внутренних ворот и уплотнения разделительного устройства для транспортного шлюза АЭС блока с ВВЭР-1000 в режиме ЗПА. В режиме ЗПА подразумевается разрыв с двусторонним истечением теплоносителя из ГТЦ с наложением полного обесточивания и отказом ГЕ-2. При анализе этой аварии важны результаты испытаний по усилию обжатия резиновых уплотнений.
Выводы:
1. Усилие обжатия прокладки 1 (см. рис. 1, фиг. 5) ниже значений усилия для проектной прокладки при одинаковых величинах обжатия.
2. После наработки 10000 циклов нагружения упругие свойства прокладки (см. рис. 1, фиг. 5) сохранились (величины прожатия прокладки от заданной нагрузки остались практически неизменными). Видимых повреждений и нарушений целостности прокладки не обнаружено. Прокладка сохранила способность обеспечивать герметичность в диапазоне обжатия определённом до циклической наработки.
3. После наработки 5000 циклов нагружения упругие свойства прокладки 2 (см. рис. 2) сохранились (с использованием герметика). Видимых повреждений и нарушений целостности прокладки не обнаружено. Прокладка сохранила способность обеспечивать герметичность в диапазоне обжатия определённом до циклической наработки.
4. На основании результатов испытаний для транспортных шлюзов энергоблоков с ВВЭР-1000 и ВВЭР-1200 рекомендуются к применению уплотнения, выполненные в виде профиля 1 (см. рис. 1, фиг. 5) с диаметром отверстия 02,2 мм из смеси резиновой 51-1758 Рад по ТУ 1051325-2008.
5. Данные результаты испытаний уплотнений можно использовать при проектировании шлюза, получения напряженно-деформированного состояния шлюза в эксплуатационных режимах и показателей надежности с учетом прогнозируемых циклических и температурных нагрузок на конструкции уплотнительных узлов шлюза [9-14].
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Общие положения обеспечения безопасности атомных станций. Основные положения НП-001-15. - URL : http://www.seogan.ru/np-001-15-obshie-polozheniya-obespecheniya-bezopasnosti-atomnix-stanciiy.html.
2. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок ПНАЭ Г-7-002-86. - Москва : Энергоатомиздат, 1989. - 525 с.
3. Уплотнения и уплотнительная техника: справочник / Л.А. Кондаков, А.И. Голубев, В.Б. Овандер [и др.]; под общ. ред. А.И. Голубева, Л.А. Кондакова. - Москва : Машиностроение, 1986. - 464 с.
4. Макаров, В.Г. Уплотнительные устройства / В.Г. Макаров. - Ленинград : Машиностроение, 1973. - 232 с.
5. ГОСТ 15.309-98 СРПП. Система разработки и постановки продукции на производство. Испытания и приемка. Основные положения. - Москва : ИПК Издательство стандартов, 1999.
6. СПАС-03. Санитарные правила проектирования и эксплуатации атомных станций. -Москва : НТЦ ЯРБ, 2003.
7. ГОСТ 15150-69. Машины, приборы и другие технические изделия. - Москва : Стандартинформ, 2010.
8. ГОСТ 2.601-2006. Единая система конструкторской документации. Эксплуатационные документы. - Москва : Стандартинформ,2008.
9. Данюшевский, И.А. Об оценке прочности и ресурса энергооборудования с позиций современных возможностей / И.А. Данюшевский, Е.В. Георгиевская, С.Н. Гаврилов, Л.Д. Власова // Надежность и безопасность энергетики. - 2017. - Т. 10, № 3. - С. 237-242. -URL : https://doi.org/10.24223/1999-5555-2017-10-3-237-242.
10. Гаев, А.В. Разработка методики оценки надежности и безопасности тепломеханического оборудования / А.В. Гаев, И.А. Данюшевский, Р.Э. Шевчук, Д.Н. Журавлев // Надежность и безопасность энергетики. - 2015. - № 2. - С. 65-69.
11. Клемин, А.И. Инженерные вероятностные расчеты при проектировании ядерных реакторов/
A.И. Клемин. - Москва : Атомиздат, 1973. - 304 с.
12. Надежность машин ТIV-3 / В.В. Клюев, В.В. Болотин, Ф.Р. Соснин [и др.]; под общ. ред.
B.В. Клюева. - Москва : Машиностроение, 2003. - 592 с.
13. Семенов, В.К. К вопросу прогнозирования ресурса теплоэнергетического оборудования тепловых и атомных электрических станций / В.К. Семенов, В.П. Дерий, В.С. Щебнев, В.Ф. Степанов // Вестник ИГЭУ. - 2007. - № 2. - С. 30-33.
14. РБ-100-15. Рекомендации по порядку выполнения анализа надежности систем и элементов атомных электростанций важных для безопасности и их функций. - Москва : НТЦ Промбезопасность, 2016.
REFERENCES
[1] Obshchie polozheniya obespecheniya bezopasnosti atomnyh stancij. Osnovnye polozheniya NP-001-15 [General Provisions for Ensuring the Safety of Nuclear Power Plants. Basic Provisions NP-001-15], URL: http://www.seogan.ru/np-001-15-obshie-polozheniya-obespecheniya-bezopasnosti-atomnix-stanciiy.html (in Russian).
[2] Normy rascheta na prochnost' oborudovaniya i truboprovodov atomnyh energeticheskih ustanovok PNAE G-7-002-86 [Strength Calculation Standards for Equipment and Pipelines of Nuclear Power Installations PNAE G-7-002-86]. Мoscow: Energoatomizdat, 1989, 525 p. (in Russian).
[3] Kondakov L.A., Golubev A.I., Ovander V.B. Uplotneniya i uplotnitel'naya tekhnika: Spravochnik [Seals and Sealing Technology: Handbook], edited by Golubev A.I., Kondakov L.A. Moscow: Mechanical Engineering, 1986, 464 p. (in Russian).
[4] Makarov V.G. Uplotnitel'nye ustrojstva [Sealing Devices]. Leningrad: Mechanical Engineering, 1973, 232 p. (in Russian).
[5] GOST 15.309-98 SRPP. Sistema razrabotki i postanovki produkcii na proizvodstvo. Ispytaniya i priemka. Osnovnye polozheniya [STATE STANDARD 15.309-98 SRPP. System Of Product Development and Launching into Production. Testing and Acceptance. General Provisions]. Moscow. IPK Publishing Standards, 1999 (in Russian).
[6] SPAS-03. Sanitarnye pravila proektirovaniya i ekspluatacii atomnyh stancij [SPAS-03. Sanitary Rules for the Design and Operation of Nuclear Power Plants]. Мoscow: NRS STC, 2003 (in Russian).
[7] GOST 15150-69. Mashiny, pribory i drugie tekhnicheskie izdeliya [STATE STANDARD 1515069. Machines, Appliances and Other Technical Products]. Мoscow: Standardinform, 2010 (in Russian).
[8] GOST 2.601-2006. Edinaya sistema konstruktorskoj dokumentacii. Ekspluatacionnye dokumenty. Sb. GOSTov [STATE STANDARD 2.601-2006. Unified System for Design Documentation. Operational Documents. Collection of State Standards]. Moscow: Standardinform,2008 (in Russian).
[9] Danyushevskij I.A., Georgievskaya E.V., Gavrilov S.N., Vlasova L.D. Ob ocenke prochnosti i resursa energooborudovaniya s pozicij sovremennyh vozmozhnostej. [Assessment of the Durability and Service Life of Energy Equipment from the Perspective of Current Capabilities], Nadezhnost' i bezopasnost' energetiki [Reliability and Safety in Power Engineering], 2017, vol. 10, no. 3, pp. 237-242, URL: https://doi.org/10.24223/1999-5555-2017-10-3-237-242 (in Russian).
[10] Gaev A.V., Danyushevskij I.A., SHevchuk R.E., ZHuravlev D.N. Razrabotka metodiki ocenki nadezhnosti i bezopasnosti teplomekhanicheskogo oborudovaniya [Development of Methodology for Assessing the Reliability and Safety of Thermal-Mechanical Equipment], Nadezhnost' i bezopasnost' energetiki [Reliability and Safety in Power Engineering], 2015, no. 2, pp. 65-69 (in Russian).
[11] Klemin A.I. Inzhenernye veroyatnostnye raschety pri proektirovanii yadernyh reaktorov [Engineering Probabilistic Calculations in Nuclear Reactor Design]. Moscow: Atomizdat, 1973, 304 p. (in Russian).
[12] Klyuev V.V., Bolotin V.V., Sosnin F.R. Nadezhnost' mashin. T IV-3 [Machine Reliability. T IV-3], edited by Klyuev V.V. Moscow: Mechanical Engineering. 2003, 592 p. (in Russian).
[13] Semenov, V.K.K voprosu prognozirovaniya resursa teploenergeticheskogo oborudovaniya teplovyh i atomnyh elektricheskih stancij [The Forecasting of the Service Life of Thermal Power Equipment in Thermal and Nuclear Power Plants], Vestnik IGEU [Bulletin of Ivanovo State Energy University], 2007, № 2, pp. 30-33 (in Russian).
[14] RB-100-15. Rekomendacii po poryadku vypolneniya analiza nadezhnosti sistem i elementov atomnyh elektrostancij vazhnyh dlya bezopasnosti i ih funkcij [RB-100-15. Recommendations on How to Perform a Reliability Analysis of Safety-Relevant Systems and Components of Nuclear Power Plants and Their Functions]. Moscow: STC Promsobesnost, 2016 (in Russian).
Forecasting the Operation of Sealing Joints of Transport Locks of WWER-1000 and WWER-1200 Power Units in Operational Modes
© Sergei A. Kuzin1, Sergei B. Kravets2, Evgenuy V. Parygin3, Viktor V. Krasnorutsky4
1JSC "Atommashexport", Karl Marx Avenue, 44, Volgodonsk, Russia 347360 2Scientific and Engineering Centre for Nuclear and Radiation Safety (SEC NRS), Malaya Krasnoselsaya St.,2/8,
bld.5, Moscow, Russia 107140 '"3Volgodonsk Engineering Technical Institute the branch of National Research Nuclear University «MEPhI», Lenin St., 73/94, Volgodonsk, Rostov region, Russia 347360 1KuzinSergey55@mail.ru; ORCID iD: 0000-0002-7384-5827 2kravets sb@mail.ru; ORCID iD: 0000-0001-8297-3102; WosResearher ID: F-7817-2017
3VITIkafAE@mephi.ru 4leronil@mail.ru; ORCID iD: 0000-0002-4498-2996
Received by the editorial office on 09/20/2022 After revision on 11/29/2022 Accepted for publication 12/06/2022
Abstract. The relevance of this work is determined by the need to predict the operation of sealing joints of transport locks of WWER-1000 and WWER-1200 power units in operational modes. The results of tests of rubber seals for tightness are given. Based on the study, the tightness of the rubber seals used was assessed and recommendations are developed to increase the reliability of the sealing joints of transport locks of WWER-1000 and WWER-1200 power units in operational modes.
Keywords: WWER-1000, airlock, rubber seals, joint, operating modes.
For citation: Kuzin S.A., Kravets S.B., Parygin E.V., Krasnorutsky V.V. Forecasting the Operation of Sealing Joints of Transport Locks of WWER-1000 and WWER-1200 Power Units in Operational Modes // Global Nuclear Safety. 2022. Vol. 4(45). P. 61-68. http://dx.doi.org/10.26583/gns-2022-04-06
