Модернизированный главный разъем ГЦН-195М для ВВЭР-1000, РУ В-320

Размещено на http://www.allbest.ru/

Модернизированный главный разъем ГЦН-195М для ВВЭР-1000, РУ В-320

В.С.Герасимов, Ю.М.Паутов, С.П. Евтушенко, М.А.Ремизов, С.Ю.Щуцкий, Р.П.Казанцев, В.Ю.Еремин

ОАО «ЦКБМ», Санкт-Петербург, Россия

Введение

разъем прокладка давление гидравлический

Главный циркуляционный насос ГЦН-195М является вертикальным центробежным насосным агрегатом и установлен в первом контуре реакторной установки В-320 АЭС ВВЭР-1000.

В ГЦН 195М, находящихся в эксплуатации на действующих АЭС, главный разъем между корпусом насоса (улиткой) и корпусом выемной части ГЦН-195М разработан в конце шестидесятых годов в условиях отсутствия нормативной базы, современных уплотнительных материалов и методов расчета. Разъем был спроектирован с учетом имевшегося опыта проектирования и эксплуатации. Поэтому этот разъем не соответствует современным требованиям нормативной базы и не обеспечивает в достаточной степени надежности и удобства в эксплуатации.

Целью разработки модернизированного главного разъема (МГР) является приведение разъема в соответствии с «Нормами расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок», ПНАЭ Г-7-002-86, и повышения надежности и удобства эксплуатации разъемов.

МГР предназначен для ГЦН с использованием корпуса в виде улитки на вновь вводимых блоках АЭС, а также при проведению работ по продлению ресурса ГЦН-195М на действующих АЭС и при выполнении работ по увеличению межремонтного периода.

Главный разъем ГЦН-195М на действующих АЭС

Разъем уплотнен плоской прокладкой прямоугольной формы из аустенитной стали высотой 5мм и шириной 15мм (рисунок 1). Вторичное уплотнение осуществлено резиновой прокладкой диаметром 25 мм. Резиновая прокладка обеспечивает работу уплотнения при температуре до 250С. Между прокладками предусмотрен контроль протечек.

Необходимые для уплотнения разъема усилия обеспечиваются затяжкой 30-ти шпилек по специальному регламенту в несколько приемов с помощью гидравлического приспособления. Окончательный контроль затяжки разъема производится замером вытяжки каждой шпильки.

Для уменьшения циклических напряжений в переходных режимах и повреждаемости корпусов в районе прокладки в систему шпильки были введены пакеты из тридцати пяти тарельчатых пружин, что позволило уменьшить коэффициент нагрузки разъема до величины = 0,04.

Среднее давление на прокладке при затяжке 550-600 МПа. Пределы текучести для материала улитки R= 490 МПа, для корпуса выемной части R= 196 МПа.

• А
• СИГМА, Па
• Рисунок 1 - Элементы главного разъема ГЦН-195М
• Вид А - интенсивность напряжений области стальной прокладки главного разъема при затяжке, Па
• Средние контактные напряжения в разъеме превосходят допускаемые для корпуса выемной части, равные в соответствии с «Нормами расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок», ПНАЭ Г-7-002-86 1,5 R более чем в два раза.
• При этом повреждаемость улитки в районе прокладки достигает по ПНАЭ Г-7-002-86 предельно допустимого значения за заданный срок эксплуатации 30 лет.
• Современные компьютерные методы расчета позволили рассчитать распределение напряжений по контактируемым поверхностям в зоне прокладки.
• Напряженное состояние прокладочного узла главного разъема в режиме уплотнения, рассчитанное по программному комплексу «ANSYS», представлено на рисунке 1.
• Напряжения распределены по контактным поверхностям неравномерно. Интенсивность напряжений в углах контактирующих поверхностей корпусов при затяге превышает 2500 МПа. Это приводит к большому усталостному повреждению корпусов в зоне прокладки. Предельно допустимая повреждаемость улитки в зоне расположения аустенитной прокладки по нормам при заданных циклических нагрузках может быть достигнута к моменту выработки установленного срока службы корпуса ГЦН-195М 30 лет.
• Таким образом можно отметить следующие основные недостатки главного разъема ГЦН 195М на действующих АЭС:
• 1) Упругая составляющая стальной прокладки мала, что не позволяет обеспечить надежную герметичность разъема в условиях переходных температурных режимов.

2) Как показал опыт эксплуатации, поверхности корпусов в зоне действия напряжений от прокладки получают пластическую деформацию, что требует проведения ремонта этих поверхностей в процессе эксплуатации.

3) При нарушении герметичности основной прокладки и длительной эксплуатации при температуре больше 250С вторичного уплотнения (резиновой прокладки) не гарантируется герметичность разъема.

4) Затяжка шпилек с пакетами тарельчатых пружин производится одиночными гидродомкратами в три-четыре приема с контролем затяжки по удлинению каждой шпильки в процессе этой операции. Это приводит к усложнению режима затяжки и существенному увеличению времени его проведения.

Указанные выше недостатки привели к необходимости модернизации главного разъема.

Модернизированный главный разъем ГЦН-195М

Конструкция МГР с дообработанной под него улиткой ГЦН-195М была разработана для второго блока Ростовской АЭС.

В конструкции МГР используются две последовательно расположенные графитовые прокладки аналогично главному разъему ГЦНА-1391, с контролем протечек между ними.

В настоящее время ГЦНА-1391 с аналогичной конструкцией разъема успешно эксплуатируется на Тяньваньской АЭС (Китай).

Конструкция МГР представлена на рисунке 2.

Прокладки размещены в пазах дообработанного фланца улитки. Полость между прокладками дренируется. В случае нарушения герметичности внутренней прокладки обеспечивается длительная эксплуатация на вторичной внешней графитовой прокладке.

Главный разъём затягивается 30 шпильками. Для уменьшения напряжений в шпильке её диаметр увеличен.

Вместо пакета тарельчатых пружин используется втулка дистанционная.

Каждая прокладка состоит из графитового кольца, запрессованного между стальными кольцами. По углам графитового кольца расположены четыре угловых обтюратора. Высота колец 14 мм, ширина сечения кольца - 17,5 мм. Остаточная упругая составляющая прокладки 1,0 мм.

При выборе типа и геометрических характеристик прокладки учитывалось усилие затяжки шпилек, взаимная деформация уплотнительных поверхностей улитки и корпуса выемной части в процессе эксплуатации.

А

Сигма, Па

• Рисунок 2 - Элементы модернизированного главного разъема ГЦН-195М.
• Вид А - интенсивность напряжений в области прокладок модернизированного главного разъема при затяжке, Па
• Минимальное допустимое удельное давление на прокладках в рабочих условиях ppr = 35 МПа, при гидравлических испытаниях - ppr = 37 МПа.
• Усилие затяжки шпилек обеспечивает отсутствие раскрытия стыка во всех режимах эксплуатации и постоянное удельное давление на прокладке ppr = 45 МПа, которое превосходит минимально допускаемое.
• При модернизации главного разъема необходимо:
• 1) дообработка улитки для установки прокладок;
• 2) установка прокладок (основной и вторичной) из расширенного графита «Графлекс»;
• 3) замена шпилек на новые с увеличенным диаметром шпильки;
• 4) замена пакетов тарельчатых пружин на дистанционные втулки.
• Корпус выемной части насоса выполняется единым с нажимным фланцем.
• Применение втулок позволяет контролировать затяжку по давлению в гидродомкратах, что значительно упрощает данную операцию, а также обеспечивает стабильность усилий в разъеме при работе. Окончательный контроль производится измерением вытяжки каждой шпильки. Затяжка производится групповым гайковертом на пятнадцать шпилек. Замена пакетов тарельчатых пружин на дистанционные втулки, при использовании группового гайковерта позволяет выполнять затяжку шпилек разъема в два приема. Причем при затяжке первых пятнадцати шпилек прокладки полностью обжимаются, часть усилий переходит на поверхности фланцев.
• Данный разъем реализован для ГЦН второго блока Ростовской АЭС.
• Напряжения в области контакта корпуса выемной части и улитки в режиме затяга представлены на рисунке 2.
• Напряжения на уплотнительных поверхностях корпусов в области внутренней и внешней прокладок при работе меньше половины предела текучести материалов корпусов.
• В МГР выполняются все требования современных нормативных документов надзорных органов России и обеспечивается герметичность, стабильность и надежность главного разъема в условиях длительной эксплуатации на АЭС.
• Модернизированный главный разъем успешно прошел испытания на натурном стенде.
• Описание технологии обработки уплотнительных поверхностей улиток ГЦН-195М для модернизации главного разъема
• Для подготовки уплотнительных поверхностей улитки ГЦН-195М под прокладки МГР был спроектирован и изготовлен станок. Станок предназначен также для работы в условиях АЭС, снабжен стендом-имитатором улитки для предварительной настройки станка в «чистых» условиях, телевизионными камерами для наблюдения за настройкой и работой станка.
• Для создания уплотнительной поверхности МГР на торцевой поверхности фланца улитки необходимо выполнить кольцевую канавку на диаметре 1310мм и расточку по отверстию главного разъема до диаметра 1240мм по предварительной выполненной наплавке (обе на глубину 13,7 мм). Наплавка выполняется автоматически, с применением того же станка. Для этого используется специальная сварочная головка. В комплект станка входит также стенд для наладки сварочного автомата и обучения сварщиков. Технология наплавки аттестована ведущей материаловедческой организацией.
• Станок был собран и опробован на стендовой улитке ГЦН-195М. Он устанавливается с помощью крана на 6 опорах, ввернутых на равном расстоянии по диаметру в гнезда шпилек главного разъема, после чего выполняется его выверка относительно базовых поверхностей улитки и выполняется необходимая обработка торцевой поверхности фланца главного разъема. В качестве инструмента используются резцедержатели и твердосплавные пластинки. После окончания работ выполняется контроль проектных размеров и качества обработки. Для работы в условиях АЭС, с целью снижения дозовых нагрузок, предусмотрен защитный контейнер, который устанавливается внутрь улитки на период выполнения работ.
• Выводы
• 1. Находящийся в эксплуатации на действующих АЭС с ВВЭР-1000 главный разъем ГЦН-195М спроектирован более 40 лет назад и поэтому не соответствует современным нормативным требованиям. Напряжения на уплотнительных поверхностях под аустенитной металлической прокладкой значительно превышают допускаемые. Вторичное уплотнение осуществляется резиновой прокладкой, поэтому не предназначено для длительной работы при нарушении герметичности основного уплотнения. В процессе эксплуатации уплотнительные поверхности корпусов требуют ремонта. Операция затяжки шпилек с пакетами тарельчатых пружин является трудоемкой и продолжительной. Предельно допустимая повреждаемость корпуса в зоне расположения аустенитной прокладки по нормам наступает при выработке установленного срока службы корпуса ГЦН-195М 30 лет.
• 2. В конструкции модернизированного главного разъема ГЦН-195М использованы две последовательно расположенные прокладки. Вторичная прокладка позволяет обеспечить надежную длительную работу при потере герметичности основной прокладки. Низкий уровень повреждаемости уплотнительных поверхностей корпуса позволяет обеспечить практически любой планируемый срок службы без необходимости ремонта в процессе эксплуатации. Замена пакетов тарельчатых пружин на дистанционные втулки позволяет проводить затяжку шпилек групповым гайковертом (по 15 шпилек) в два приема. При затяжке первых 15 шпилек прокладки полностью обжимаются, и остальное усилие передается на поверхность фланца. Время затяжки разъема уменьшается до 2 часов. В конструкции разъема выполнены все современные нормативные требования. Технология дообработки корпуса (улитки) аттестована, в том числе для условий действующих АЭС. Имеется необходимая оснастка. Модернизированный главный разъем ГЦН-195М прошел испытания на натурном стенде.
• 3. Конструкция модернизированного главного разъема (МГР) ГЦН для АЭС с ВВЭР-1000 должна использоваться в следующих случаях:
• - для разъема ГЦН на новых АЭС, где в качестве корпусов применяются литые улитки (2,3 и 4 блоки Ростовской АЭС, 4 блок Калининской АЭС), с заданным сроком службы 40 лет;
• - при проведении работ по продлению ресурса ГЦН-195М на действующих АЭС ВВЭР-1000 с РУ-320, так как при выработке заданного срока службы 30 лет, повреждаемость уплотнительных поверхностей может достигать предельно допустимых значений;
• - при проведении работ по увеличению межремонтного периода ГЦН-195М до 28000 часов с учетом предстоящих в дальнейшем работ по продлению ресурса.
• На действующих АЭС модернизация главного разъема должна проводится по согласованному графику.
• Размещено на Allbest.ru