Диссертация (1026034), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Использование расчетных методик, позволялосущественно снизить количество экспериментов для обоснования той или инойвводимой меры. Так, например, согласно работе [7], для обоснования числадистанционирующихрешетоксцельюповышениягеометрическойстабильности ТВС количество экспериментов, проводимых в ОАО НЗХК, былоснижено благодаря проведению соответствующих расчетов.

На Рис. 1.4представлены результаты расчетов зависимости прогиба ТВС от количествадистанционирующих решеток в конце топливной кампании.20Рис. 1.4.Прогиб ТВС в среднем сечении сборки в конце кампании (35000 ч) взависимости от числа ДР для ячеек разной высоты [7]Таким образом, на основании расчетных исследований, результатыкоторых представлены выше, и последующих экспериментов было выбраноколичество дистанционирующих решеток в ТВС-2, равное 12 или 15, взависимости от модификации сборки [7].Однако, целью расчетных методик является не только обоснованиеэффективности вводимой меры по усовершенствованию конструкции ТВС.Немаловажную роль расчетные методики несут при продлении ресурса работыэксплуатируемой ТВС в связи повышением сроков службы АЭС в целом.Универсальностьикомплексностьрасчетныхметодик,позволяющихпроизводить обоснование ресурса различных модификаций ТВС [82], –основные требования, предъявляемые к разрабатываемым методикам.Таким образом, разработка новых и совершенствование существующихметодик расчета тепловыделяющих сборок, являются в настоящее времяактуальными и сложными задачами, вытекающими из необходимостимодификации топлива, создания новых перспективных АЭС и повышения21мощности и эффективности работающих энергоблоков с реакторами ВВЭР [38,49, 54, 101].Особенностью эксплуатации всех ТВС ЯЭУ (ядерных энергетическихустановок) является работа при повышенных температурах и интенсивныхнейтронных воздействиях.

Температура теплоносителя на входе в серийныйреактор ВВЭР-1000 составляет 290 °С, на выходе из реактора 320 °С, [82].Характеристики нейтронного облучения для реактора ВВЭР-1000 следующие:плотность полного потока нейтронов – 3.1-3.7·1014 1/(см2·с); плотность потокабыстрыхнейтронов–1.6-1.9·10141/(см2·с);скоростьрадиационногоповреждения – 4.0-4.7·10-4 сна/ч (смещений на атом в час), [63].При таком терморадиационном воздействии, значительный вклад внеобратимоеформоизменениеТВСвносятдеформацииползучестиирелаксация напряжений.

В современных методиках расчета формоизмененияТВС явления ползучести и релаксации напряжений находят свое отражение [36,68, 77], однако, несмотря на достаточное количество публикаций, эти вопросыостаются в настоящее время актуальными. Актуальность проблем связанных сползучестью материалов активной зоны реактора вызвана неполнотойэкспериментальных данных по радиационной ползучести и, как следствие,неоднозначностью свойств ползучести сплавов. В качестве примера можнопривести работы [56, 63, 68, 77], в которых авторы для описания ползучестисплава Э110 (Zr 1%Nb) используют соотношения с различными константами.Процессырелаксациинапряженийвзаимосвязанысползучестьюматериалов и при эксплуатации ТВС выражены менее очевидно, чем явлениеползучести. Релаксация напряжений обнаруживает себя, в основном, внагруженных узлах сборки, к которым можно отнести пружинный блок,удерживающий ТВС от всплытия в потоке теплоносителя, и соединения твэловсдистанционирующимирешетками.Релаксациянапряженийвызываетснижение осевой силы пружинного блока во времени и релаксацию контактныхсил между твэлами и ячейками ДР.

В свою очередь, релаксация контактных сил22между твэлами и ДР приводит к проскальзыванию твэлов. Проскальзываниетвэлов влияет на изменение жесткости ТВС с течением времени [7].Учет ползучести и релаксации напряжений в методиках расчетарелаксационной стойкости или деформирования ТВС в разной степени, но не вполной мере представлен в работах Троянова В.М.

[77] и Семишкина В.П. [68].Подробный обзор расчетных методов, применяемых в вышеуказанных работах,будет приведен в разделе 1.4. Таким образом, всесторонний учет ползучести ирелаксации напряжений и оценка их влияния на формоизменение ТВС вовремени необходимы и настоящая диссертационная работа посвящена этимактуальным вопросам.1.3. Анализ факторов, влияющих на геометрическую стабильностьтепловыделяющих сборокФакторыразличнойприроды,влияющиенагеометрическуюстабильность ТВС: конструктивные особенности ТВС, условия, при которыхТВС эксплуатируется, подробно отражены в работах [7, 108].В работе [108] для реакторов PWR приведены следующие причины имеханизмы искривления топливных сборок:- ползучесть всех элементов топливной сборки;- ползучесть направляющих каналов.В свою очередь ползучесть всех элементов топливной сборки зависит от:- осевой сжимающей силы, действующей на топливную сборку;- радиационного роста направляющих каналов и твэлов;- начальных деформаций;- выгорания;- жесткости на изгиб конструкции сборки;- свойств ползучести материалов;- поперечных сил от движения теплоносителя;- сил взаимодействия с соседними сборками.23Ниже, представлены факторы, влияющие на формоизменение ТВСреакторов ВВЭР-1000, подробно изложенные в работе [7]:- конструктивные факторы;- радиационный рост и радиационная ползучесть;- осевая сила пружинного блока;- плотность формирования активной зоны;- режимы эксплуатации и температура;- геометрия опорных поверхностей;- количество и размер ДР.Общность факторов, влияющих на искривление топливных сборок иотносящихся к зарубежным и отечественным реакторам, свидетельствует оединой природе возникновения формоизменения ТВС.Для учета влияния каждого из факторов на формоизменение ТВСнеобходим анализ каждого фактора в отдельности и определение механизма, всоответствии с которым тот или иной фактор может быть учтен в методикерасчета релаксационной стойкости ТВС.К конструктивным факторам, влияющим на формоизменение ТВС,согласно работе [7], относят способы взаимодействия пучка твэлов.

Врезультате эволюции конструкции ТВС, в настоящее время, в ТВС-2Мнаправляющие каналы привариваются к ДР и твэлы в ячейках ДР посажены снатягом.Такаяконструкцияпоказаладостаточностабильнуюработоспособность, однако вследствие ползучести и релаксации напряжений стечением времени возникает проскальзывание твэлов в ячейках ДР [80].Определение момента времени проскальзывания твэлов в течение эксплуатацииТВС весьма затруднительно, поэтому расчетное определение этого параметра,влияющего на жесткость ТВС, требует отражения в расчетной методике.Процессы радиационного роста и радиационной ползучести проявляютсяв твэлах и направляющих каналах ТВС в виде деформаций. Развитиедеформаций в твэлах и направляющих каналах, изготовленных из разныхматериалов, происходит неодинаково, что способствует возникновению24дополнительногодеформированияТВС.Интенсивностьнакоплениядеформаций существенно зависит от выгорания или флюенса и флакса быстрыхнейтронов с энергией более 0.1 МэВ.

В работе [7] приводятся соотношения длядеформацийr ,вызванныхрадиационнымростом,применительнокциркониевым сплавам Э110 и Э635.Сплав Э110:  r  1025   t  ;Сплав Э635:  r  0.48 10где25(1.1)  t  ; – флакс нейтронов, н / (с  см2 ) ;t – время, с.Процессы радиационного роста и ползучести также проявляются втопливных сборках зарубежных реакторах PWR, о чем свидетельствуют работы[83, 91, 103, 112].

Однако, согласно сравнительному анализу в работе[7]отечественный сплав Э635 обладает большей стабильностью чем циркалой,применяемый в топливных сборках ректора PWR.Радиационная ползучесть циркониевых сплавов является функциейбольшегочислапараметроввотличиеотдеформаций,вызванныхрадиационным ростом. Как видно из анализа работ [42,56,63,77,94,102,104,114],ползучесть является функцией напряжения, температуры и нейтронногооблучения. Для описания скорости деформаций радиационной ползучестиприменяют экспоненциальную форму закона ползучести. Q n e , Te  A exp  где e – интенсивность скорости деформаций ползучести, 1/ ч ;2nA – материальная константа, м с / ( Па  ч) ;(1.2)25 – плотность потока нейтронов, н / ( м2 с) ;Q – материальная константа, К;Т – температура, К; e – интенсивность напряжений, Па;n – материальная константа.Однако в литературе [63] встречается упрощенный вид соотношения(1.2), в котором не учитывается зависимость от температуры и вместоплотностипотоканейтроновиспользуетсяскоростьрадиационногоповреждения.e  ВK e ,где(1.3)B – материальная константа, 1/ (сна  МПа) ;K – скорость радиационного повреждения, сна / ч .Согласно работе[63], соотношение (1.3) используется только длярасчетов с постоянной температурой, что ограничивает его применение длярасчетов с градиентами температурного поля, которые имеют место в активнойзоне реактора.Анализ литературных источников [56, 63, 77,] показывает, что значенияконстант A, Q и n в соотношении (1.2) для циркониевых сплавов Э110 и Э635неодинаковы в различных работах, что вызывает неопределенность при ихвыборе для расчетной методики релаксационной стойкости ТВС.

Подобнаянеопределенность констант также проявляется для температурного законаползучести, который отличается от соотношения (1.2) отсутствием множителя – плотности потока нейтронов. Подробный анализ расчетных зависимостейрадиационного и термического закона ползучести представлен в разделах 2.2 и4.1.Следует обратить особое внимание на тот факт, что оба приведенныесоотношения (1.2 и 1.3) используются только при условии статического26воздействия на исследуемый объект: интенсивность напряжений не изменяетсяциклически во времени.

Как отмечалось ранее, реальные условия работы ТВС вактивной зоне реактора таковы, что конструктивные элементы ТВС находятся впотоке пульсирующего теплоносителя, и неизбежно возникают вибрацииэлементов конструкции ТВС [50]. Наличие вибраций влечет за собой не толькообоснование вибропрочности оборудования активной зоны, но и оказываетсущественное влияние на интенсивность процессов ползучести металлов(виброползучесть).Виброползучестью называется явление резкого возрастания деформацийползучестиприсовместномвоздействиистатическойнагрузкиизнакопеременной циклической составляющей, имеющей порядок несколькихпроцентов от статической нагрузки. Исследованию процессов виброползучестипосвящены работы Работнова Ю.Н., Шестирикова С.А., Локощенко А.М,Голуба В.П., Радченко В.П. и др.

Характеристики

Список файлов диссертации