Динамический и вероятностный критерий безопасной фиксации шахты внутрикорпусной РУ ВВЭР 1000/320 в вертикальном положении

The 6-th International Conference

“Safety Assurance of NPP with WWER”

EDO “GIDROPRESS”, Podolsk, Russia

26-29 May, 2009

Размещено на http://www.allbest.ru/

12

Динамический и вероятностный критерий безопасной фиксации шахты внутрикорпусной РУ ВВЭР 1000/320 в вертикальном положении

Л. Печинка, М. Шврчек

Институт ядерных исследований Ржеж АО, Ржеж, Чешская республика

В. Земан

Университет Западной Чехии, Пльзень, Чешская республика

Фиксация шахты внутрикорпусной реактора ВВЭР 1000/320 проводится с помощью тороидальных труб (ТТ). Для безопасной эксплуатации внутрикорпусных устройств принимается критерий

(1)

(2)

В уравнениях (1) и (2) значит FTT усилие при сжатии тороидальной трубы, FTBC усилия от пружин в головках TBC, Gm собственный вес ВКУ (шахта, выгородка, ТВС) очищенный о усилие Архимеда и Fp выталкивающее усилие от потока теплоносителя. Критерий (2) можно ещё обобщить так, что учитываем усилия от радиационного поста ТВС в начале и в конце кампании и от термического расширения шахты. Во всех этих случаях шахта внутрикорпусная принимается как жёсткое тело. В следующем будет это называть статическим решением фиксации. В ИЯИ в сотрудничестве с кафедрой механики Университета Западной Чехии, город Пльзень разработан подход который мы называем динамический. Он основан на следующих предположениях

а) исходя из современного состояния наших знаний можно создать динамическую модель реактора ВВЭР 1000/320 на базе жёстких тел, сосредоточенных масс и стержней взаимно связанных системой пружин, смотри Рис. 1,

б) главными возбуждающими усилиями в нормальных условиях эксплуатации являются пульсации давления, генерированные главными циркуляционными насосами (ГЦН),

в) проверку правильности этих моделей можно провести или с помощью штатных нейтронных камер или на пр. датчиков ускорения на фланце крышки реактора.

Результаты этого опубликованы в [1] где тоже представлен динамический критерий фиксации шахты в вертикальном направлении. Он основан на результатах анализа деформации фланца шахты методом конечных элементов, смотри Рис. 2. Поэтому можно связь между корпусом реактора и шахтой моделировать так, как представлено на Рис. 3. Детальная информация находится [1]. В таком же подходе предполагается, что на статическое перемещение тела шахты в вертикальном направлении yo = FB/kу,щ ещё накладывается соответствующая динамическая деформация вызванная колебанием шахты в корпусе реактора.

Рис. 1. Динамическая модель реактора

Рис. 2. Деформация фланца шахты

Рис. 3. Дискретизация связи повешения Ш в корпусе реактора

Поэтому критерий безопасной фиксации шахты в вертикальном положении принимает вид

(3)

где означает максимальную динамическую деформацию фланца шахты. Надо отметить, что она порядка мкм. Как было показано в [1], частоты оборотов ГЯН очень слабо отличаются друг от друга. Результатом этого является, что динамический отклик реактора принимает характер биений, смотри [1] и [3]. Это касается и .

На основании уравнений (1) и (3) можно вывести следующий динамический критерий для минимальной требуемой величины усилия от тороидальной трубы [1]

(4)

Результаты оценки фиксации шахты на основании динамического критерия

Будем предполагать работу всех четырёх ГЦН. Входные данные для уравнения (4) следующие

Величины FTBC, Gщ, и FДp сосредоточены в следующей Табл. 1.

Таблица 1. Усилия действующие на шахту

Подставляя эти значения в уравнение (4), в результате получим

для минимального варианта (FTT.o)min = 283 104 N > 230 104 N

для максимального варианта (FTT.o)min = 129 104 N < 230 104 N

Надо отметить, что усилие 230 104 N представляет остаточное усилие от тороидальной трубы на шахту на конце кампании и что в расчете мы применили значение dщэфф = 0,707 dщмакс так как в следствии биений dщ это представляет полную энергию.

Из полученных результатов вытекает, что в случае минимального варианта условие фиксации шахты не исполнено.

Вероятностный подход к оценке фиксации шахты

Вероятностный подход основан на предположении, что все входные данные в уравнении (4) включают в себе неопределенности в зависимости от методов расчета свойств материала, результатов экспериментов и т.д. Поэтому все члены уравнения (4) предполагаем в виде ограниченных гистограмм нормального распределения. Изменения значений жёсткости связи фланца шахты с корпусом реактора kу,щ в вертикальном направлении и остаточного усилия от тороидальной трубы предполагаем в пределах 10%. Для оценки расчета вероятности фиксации шахты применим метод называемый „Анализ надёжности основанный на симуляции“ (Simulation Based Reliability Analysis) [2] и расчетный код AnthillTM (муравейник). Функция надёжности RF (Reliability Function) пронимает вид

(5)

С точки зрения безопасной фиксации шахты в вертикальном положении функция RF представляет вертикальное действующее усилие. Потеря фиксации определена уравнением RF < 0. Эта методика будет в следующем демонстрирована на АЭС Темелин при работе двух, трёх и четырёх ГЦН. Будет применено всего 107 шагов, и в каждом будет сделана оценка величины RF.

Входные данные приведены в следующих Табл. 2 и 3.

Таблица 2. Предельные значения осевых усилий и соответствующие параметры нормального распределения в зависимости от числа работающих ГЦН

Таблица 3. Предельные значения осевых усилий и соответствующие параметры нормального распределения независимые от числа работающих ГЦН

Гистограммы динамической деформации фланца шахты в зависимости от числа работающих ГЦН изображены на Рис. 4.

Рис. 4. Гистограммы dщ в зависимости от числа работающих ГЦН

Гистограммы значений гарантированного усилия от тороидальной трубы и значений жёсткости фланца шахты в осевом напряжении изображены на Рис. 5 и 6.

Рис. 5. Гистограмма соответствующая тороидальной трубе

Рис. 6. Гистограмм соответствующая жёсткости фланца шахты

Результаты симуляцией изображены на Рис. 7 ч 11. На левой стороне находятся гистограмма функции надёжности RF и функция распределения. На правой стороне находится так называемый „муравейник“. На горизонтальной оси находится все значения составляющей ky dщ уравнения (5) и на вертикальной оси остаточные составляющие. Вероятность потери фиксации шахты определена как

где N значит число симуляцией которые исполнили условие RF < 0 и NTOT = 107 значит полное число симуляцией. В „муравейниках“ область ниже красной пряной называется запрещенной, потому что исполняет условие RF < 0. Красная область в середине представляет самые вероятные комбинации усилий.

Рис. 7. Результаты расчета для ГЦН 1+2+3+4

Рис. 8. Результаты расчета для ГЦН 1+2+3

Рис. 9. Результаты расчета для ГЦН 1+3

Рис. 10. Результаты расчета для ГЦН 1+2

Рис. 11. Результаты расчета для ГЦН 2+3

В явном виде все эти результаты сосредоточены в Таблице. 4.

Таблица 4. Результирующие вероятности потери фиксации шахты

В статье представлен модерный подход к задачам надёжности конструкций, которым пользуются строительные инженеры. В ядерной энергетике положение другое. Это дано тем, что при проекте нового типа реакторной установки есть, обязанность подчинятся детерминистическому подходу, основанному на национальных нормах. Вероятностной подход может только внести вклад оценке разных вариантов. Тоже касается и отчета по безопасности. Во всех странах он доложен быть детерминистический.

Другое положение существует во время продления срока службы АЭС сверхпроектного. Здесь уже требования норм и правил госнадзоров не так строгие. Допускается на пр. применение ВАБовских анализов. Предложенная методика может предоставить нужные входные данных. Для оценки степени опасности применяется следующая шкала

-Р < 10-6 вероятность экстремально низкая,

-10-6 < Р < 10-4 вероятность очень низкая,

-10-4 < Р вероятность низкая.

В ИЯИ в современности ведутся работы по развитии похожего вероятностного подхода к течи перед разрывом.

шахта реактор безопасный деформация

Список литературы

1. Печинка Л. и др. “Влияние вибраций ВКУ реактора ВВЭР 1000/320 АЭС Темелин на устойчивость шахты реактора”. The 5th International Conference „Safety Assurance of NPP with WWER“, FSUE ОКБ „GIDROPRESS“, Podolsk, Russia 29 May - 1 June, 2007.

2. Marek P. et al. „Probabilistic Assessment of Structures using Monte Carlo Simulation“. Inst. of theoretical and Applied Mechanics Academy of Sciences of the Czech Republic, 2nd Edition, Prague 2003

3. Stulik P. ЬDynamic Behavior of WWER 1000-320 Reactor Fuel Assemblies and Influence of Main Circulation Pump Pressure Pulsation. The 6-th Int. Conf. „Safety assurance of NPP with WWER“, EDO „Gidropress“, Podolsk, Russia, May 2009.

Размещено на Allbest.ru