Диссертация (Расчетно-экспериментальный анализ влияния термосиловых воздействий на повреждение узла приварки коллектора теплоносителя к корпусу парогенератора ПГВ-1000М), страница 10

2.1 – Блок-схема реализации работ по непрерывному контролю технического состоянияСС №111 ПГВ-1000МПрактическоевнедрениеразработаннойпроцедурынепрерывногоконтролятехнического состояния СС №111 ПГВ-1000М выполнено на действующем энергоблокеВВЭР-1000 – в 2011 г. была спроектирована, изготовлена и введена в опытную эксплуатациюсистема непрерывного контроля технического состояния (СНКТС) СС №111 ПГ энергоблока№ 5 Нововоронежской АЭС [60, 61, 62, 63]. При разработке СНКТС максимально возможнобыла учтена специфика эксплуатации оборудования РУ ВВЭР-1000.Эксплуатациянеобслуживаемыхосновногогерметичныхоборудованияпомещениях.РУТакжеВВЭР-1000важноосуществляетсяобратитьвнимание,вчтооборудование первого контура, на которое в основном ориентирована изложенная вышеметодология многопараметрического мониторинга, работает при высоких рабочих параметрах,в частности, температура наружной поверхности металла может достигать 300 0С и выше.Указанные факторы обусловили необходимость разработки СНКТС с учетом следующихособенностей:52− система должна работать непрерывно в течение, как минимум, 1 топливной кампаниибез возможности доступа персонала для обслуживания с учетом размещения системывнутри герметичных боксов ПГ-ГЦТ;− надежность, долговечность, живучесть и оптимальные температурные режимыработы измерительной аппаратуры должны быть обеспечены с учетом работысистемы в жестких условиях (повышенная температура, влажность, радиационныйфон);− необходимо обеспечить возможность удаленного управления и контроля системой,хранение большого объема собранных данных, передача их конечному пользователюи оперативный анализ;− измерительная часть системы (датчики, контактная смазка, оснастка) должна бытьспроектирована и подобрана с учетом максимальной рабочей температурыконтролируемой поверхности металла.На подготовительном этапе работ был выполнен широкий комплекс расчетноэкспериментальных исследований и проектно-конструкторских изысканий, среди которыхцелесообразно выделить следующие основные работы:− разработка детальной расчетной модели элементов циркуляционной петли первогоконтура, которая максимально точно повторяет фактические геометрические размерыэлементов, характеристики опор, свойства материалов, проектные нагрузки встационарных и переходных режимах;− разработка технологии непрерывного контроля целостности металла ультразвуковыми акустико-эмиссионным методами в течение длительных сроков при высокихтемпературах контролируемой поверхности.− разработка архитектуры и компонентного состава СНКТС, включая конструированиеи изготовление специальной оснастки и крепежа для монтажа измерительныхдатчиков на объекте контроля;− проведение длительных лабораторных испытаний базовых компонентов СНКТС наполномасштабном стенде в непрерывном режиме работы.2.2.1.

Разработка расчетной модели циркуляционной петли первого контураРасчетно-экспериментальный анализ нагруженности зоны СС №111 ПГВ-1000Мявляется одной из важнейших составных частей работ по непрерывному контролютехнического состояния СС №111. Расчет СС №111 выполнялся с использованиемпрограммного средства UZOR 1.0 [64], предназначенного для расчета нестационарных полейтемпературы, упругого и упруго-пластического расчета НДС, расчета параметров механикиразрушения в элементах оборудования АЭС [65].

Решение перечисленных выше задач53осуществляется в наиболее общей трехмерной постановке, реализованы алгоритмы методаконечных элементов (МКЭ) и метода суперэлементов (МСЭ), являющегося надстройкой поотношению к традиционной формулировке метода конечных элементов и обеспечивающегосущественное снижение потребления компьютерных ресурсов за счет поэтапного сниженияразмерности задачи. Ключевым моментом МСЭ является возможность рассматриватьконструкцию, состоящую из суперэлементов (СЭ), взаимодействующих между собой только вграничных узлах. Это подразумевает необходимость описания поведения СЭ через параметрытолько в граничных узловых точках (узлах).

Равновесие суперэлемента определенного уровня сучетом разделения узлов суперэлемента на внутренние и внешние описывается через узловыепараметры системой вида [66]:⎡ K ii⎢K⎣ siK is ⎤ ⎧ qi ⎫ ⎧ Pi ⎫⎨ ⎬ = ⎨ ⎬,K ss ⎥⎦ ⎩qs ⎭ ⎩ Ps ⎭(2.1)где: i - индекс внутренних узловых параметров;s - индекс граничных узловых параметров;{qi } - вектор перемещений внутренних узлов;{qs } - вектор перемещений граничных узлов;{Pi } - вектор нагрузок, приложенных к внутренним узлам;{Ps } - вектор нагрузок, приложенных к граничным узлам.Зависимости для определения матрицы жесткости [k ] и вектора узловых усилий {P} СЭимеют вид:[k ] = [K ss ] − [K si ][K ii ]−1 [K is ] = [F ]T [K ][F ](2.2){P} = {Ps }− [K si ][K ii ]−1 {Pi } = [F ]T {P}(2.3)Данный подход является перспективным с точки зрения внедрения параллельныхалгоритмов формирования матриц, что может быть эффективно использовано при разработкесистем непрерывного контроля технического состояния оборудования АЭС, посколькупозволяет многократно увеличить скорость расчетов с целью их проведения в реальномвремени по мере поступления новых данных от измерительных датчиков системы.С целью максимально корректного расчета НДС в зоне СС № 111 ПГВ-1000М былиразработаны конечноэлементные и суперэлементные модели элементов циркуляционной петлипервого контура энергоблока № 5 Нововоронежской АЭС.

Расчетная модель включает ПГ,«горячую» и «холодную» нитки ГЦТ, фрагмент корпуса реактора, ГЦН, а также основныеприсоединительные трубопроводы ПГ – главный паропровод и трубопровод питательной воды.ОтдельныеконструктивныеэлементырасчетноймоделиПГсприсоединительнымитрубопроводами обозначены на рис. 2.2. Условия закрепления элементов модели показаны нарис. 2.3 (направления закреплений соответствуют цветам на рисунке).541 – корпус ПГ с опорами и коллектором пара; 2 – внутренняя наплавка; 3 – коллекторы;4,5 – наплавка и сварной шов №111; 6,7,8 – элементы ГЦТ; 9 – фрагмент корпуса реактора;14 – паропровод; 15 – трубопровод питательной воды; 16 – перфорированная зона коллектораРис. 2.2 – Расчетная модель циркуляционной петли первого контура энергоблока № 5Нововоронежской АЭС55Рис.

2.3 – Условия закрепления элементов модели циркуляционной петлиРасчетнаямодельполностьюсоответствуетреальнойгеометрииэлементовциркуляционной петли первого контура и включает 925665 узлов (около 2800000 степенейсвободы), 187758 20-узловых квадратичных конечных элементов. Размеры конечных элементовв зонах концентрации напряжений не превышают 10 мм.Сиспользованиемразработаннойрасчетноймоделивыполнялосьрасчетно-экспериментальное обоснование статической и циклической прочности зоны СС №111 ПГВ1000М. Отличительная особенность расчетной модели состоит в том, что в нее закладываютсяреальные данные по температурным полям, деформациям, перемещениям, регистрируемым впроцессе контроля технического состояния СС №111, с целью их использования как в качествеисходных данных, так и данных для отладки расчетной модели и верификации результатоврасчетов.Ограничением применимости использованной расчетной модели является отсутствиеавтоматического учета влияния концентрации CuO в составе отложений, pH рабочей среды искорости деформирования металла.

Исходные данные по механическим свойствам металла,соответствующие условиям возникновения ЗДКР, задавались вручную консервативно сиспользованием данных лабораторных исследований, приведенных в главе 1.Предложенные принципы организации непрерывного контроля технического состоянияСС №111 дают уникальную возможность установления взаимосвязи между результатамиконтроля целостности металла СС №111 и фактической термосиловой нагруженностьюрассматриваемой зоны в различных режимах эксплуатации энергоблока. Именно с помощьюэтих данных могут быть установлены причинно-следственные связи зависимости ростаповреждаемости СС №111 от режимов эксплуатации и специфики работы технологическихсистем энергоблока.562.2.2.

Разработка технологии непрерывного ультразвукового контроля СС №111Наиболее сложные и опасные случаи эксплуатационных повреждений ответственногооборудования АЭС обуславливают необходимость организации работ по непрерывномуконтролю целостности металла в критических зонах конструкции, которые являютсяпотенциально опасными с точки зрения образования и ускоренного развития эксплуатационныхдефектов в течение одной топливной кампании РУ.В настоящее время наиболее эффективным и достоверным методом выявлениятрещиноподобных дефектов в сварных соединениях оборудования АЭС и измерения иххарактеристик является ультразвуковой (УЗ) метод контроля. Этот метод основан навозбуждении упругих УЗ волн в контролируемом объекте, которые отражаются отнесплошностей в металле и несут информацию о геометрических параметрах дефектов и ихотражающей способности [67].При разработке технологии непрерывного УЗ контроля СС №111 непосредственно настадии эксплуатации энергоблока основная проблема заключалась в обеспечении живучести(работоспособности) УЗ преобразователя с учетом необходимости контроля металла стемпературой поверхности около 280 0С, а также с учетом сверх длительного срока проведенияконтроля в течение всей топливной кампании РУ.

Следует отметить, что лучшие образцывысокотемпературных УЗ преобразователей с диапазоном частот 2÷4 МГц сохраняютработоспособность при рабочих температурах оборудования первого контура не более 10минут. Таким образом, вариант установки УЗ датчика непосредственно на контролируемуюповерхностьСС№111былисключенизрассмотрения.Поитогампроведенныхисследовательских работ было найдено оригинальное решение указанной проблемы, состоящеев том, чтобы для передачи УЗ колебаний от преобразователя к СС №111 использоватьакустический волновод, что позволяет минимизировать влияние высокой температурыконтролируемого металла на работоспособность УЗ преобразователя.Как известно, протекающий во времени процесс роста дефекта сопровождаетсяувеличением его условных и реальных размеров, а также, увеличением амплитуды отраженногоэхо-сигнала [68].