Закономерности формирования гидродинамических нагрузок на пучки ТВЭЛов в турбулентном потоке теплоносителя в ТВС ВВЭР

Гидродинамически возбуждаемые вибрации тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов) в тепловыделяющей сборке (ТВС) способствуют образованию дефектов ТВЭЛов с возможностью выхода радиоактивных продуктов деления в теплоноситель. Одним из путей снижения интенсивности вибраций является уменьшение воздействующих на пучок ТВЭЛов гидродинамических нагрузок за счет профилирования тракта подвода теплоносителя к ТВС. На основе одновременных многоточечных измерений пульсаций давления при турбулентном течении воды в полномасштабном макете ТВС ВВЭР-440 определены гидродинамические нагрузки, вызывающие вибрации ТВЭЛов. Показано, что амплитудно-частотные характеристики гидродинамических нагрузок зависят не только от скорости течения, но и от гидродинамической структуры потока на входе в ТВС ядерных реакторов. Установлено, что высокие уровни гидродинамических нагрузок наблюдаются на начальном гидродинамическом участке пучка ТВЭЛов вблизи нижней опорной решетки в условиях высоких уровней турбулизации потока на входе в ТВС, в частности, при размещении дроссельных шайб. На начальном гидродинамическом участке при высоких уровнях турбулизации потока на входе низкочастотный диапазон гидродинамических нагрузок (до 10 Гц) увеличивает до 40…60 % общие гидродинамические нагрузки. При низких уровнях возмущения потока на входе в ТВС низкочастотная резонансная область отсутствует. Высокие уровни гидродинамических нагрузок в низкочастотной области возбуждают интенсивные вибрации пучка ТВЭЛов, а это приводит к образованию дефектов оболочек и выходу радиоактивных продуктов деления в теплоноситель. Результаты исследования показали, что высокие уровни возмущения потока на входе в ТВС способствуют формированию значительных гидродинамических нагрузок на пучки ТВЭЛов, вызывают их интенсивные вибрации и повреждения ТВЭЛов.

Литература

[1] Перевезенцев В.В. Вибрации и повреждения ТВЭЛов в турбулентном потоке теплоносителя в тепловыделяющих сборках ВВЭР. Безопасность в техносфере, 2011, № 6, c. 11–17.

[2] Аркадов Г.В., Павелко В.И., Финкель Б.М. Системы диагностирования ВВЭР. Москва, Энергоатомиздат, 2010. 391 с.

[3] Kim K.T., Suh J.M. Impact of Nuclear Fuel Assembly Design on Grid-to-Rod Fretting Wear. Journal of Nuclear Science and Technology, 2009, vol. 46, no. 2, pp. 149–157.

[4] Перевезенцев В.В., Солонин В.И., Сорокин Ф.Д. Нестационарные гидродинамические нагрузки и вибрации пучка ТВЭЛов в ТВС ВВЭР-440. Известия высших учебных заведений. Ядерная энергетика, 2008, № 4, c. 104–112.

[5] Солонин В.И., Перевезенцев В.В. Влияние гидродинамических нагрузок на вибрации пучков ТВЭЛов тепловыделяющих сборок реакторов типа ВВЭР. Проблемы машиностроения и надежности машин, 2009, № 4, c. 92–97.

[6] Драгунов Ю.Г., Солонин В.И., Перевезенцев В.В., Петров И.В. Экспериментальные исследования динамических характеристик пучков ТВЭЛов ТВС ВВЭР в турбулентном потоке теплоносителя. Атомная энергия, 2012, т. 113, № 4, с. 237–240.

[7] Драгунов Ю.Г., Солонин В.И., Перевезенцев В.В., Петров И.В. Вибрации пучков ТВЭЛов в ТВС ВВЭР, возбуждаемые турбулентным потоком теплоносителя. Атомная энергия, 2012, т. 113, № 3, c. 127–134.

[8] Qing M., Jinghui Z. Orifice-induced Wall Pressure Fluctuations and Pipe Vibrations: Theory and Modeling of Fluid Excitations. Flow, Turbulence and Combustion, 2007, vol. 79, iss. 1, pp. 25–40.

[9] Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных. Москва, Мир, 1989. 540 с.