Органы регулирования (ОР) системы управления и защиты (СУЗ) представляют собой систему, включающую поглощающий стержень, сцепленный со штангой привода ШЭМ и предназначенный для регулирования и управления реактивностью и мощностью реактора, а также для быстрого перевода активной зоны в подкрити-ческое состояние.
В режиме регулирования ОР СУЗ перемещаются с рабочей скоростью 2 см/с с помощью привода ШЭМ. В режиме срабатывания аварийной защиты ОР СУЗ вводятся в активную зону за счет свободного падения за проектное время 1,2—4,0 с. В конце падения в режиме срабатывания АЗ обеспечивается демпфирование ОР СУЗ за счет пружин подвески ПЭЛ и пружинного блока в головке ТВС.
Проверка и отработка механических и динамических характеристик ОР СУЗ совместно с приводом ШЭМ и ТВС в режимах перемещения с рабочей скоростью и в режимах срабатывания АЗ проводятся в период ресурсных испытаний в стендовых условиях при штатных параметрах теплоносителя.
Расчеты динамических характеристик ОР СУЗ в режимах срабатывания АЗ проводятся на стадии проектирования для обоснования и выбора геометрических характеристик ПЭЛ, НК, дроссельных отверстий в наконечниках НК, отверстий в штанге привода, характеристик пружинного блока в головке ТВС. Расчеты проводятся по программе КЛАСТ, которая апробирована и подтверждена результатами многочисленных испытаний ОР СУЗ на стендах и аттестована ГАН РФ.
В программе определяются следующие динамические характеристики ОР СУЗ на участке падения и демпфирования в режиме срабатывания АЗ:
- пройденный путь (величина перемещения ОР СУЗ);
- время падения;
- скорость перемещения, в том числе скорость на подходе к головке ТВС и в конце демпфирования;
- усилия, ускорение и текущие перегрузки, действующие на ОР СУЗ на участке падения и демпфирования, как функции времени.
На действующих блоках АЭС с ВВЭР-1000 при использовании ТВС с двухгодичной кампанией топлива не наблюдалось отступлений фактических характеристик по времени падения ОР СУЗ в режимах АЗ от проектных требований. С внедрением трехгодичного топливного цикла на блоках АЭС с ВВЭР-1000 стали фиксироваться нарушения в работе отдельных ОР СУЗ, заключающиеся в превышении проектного времени падения ОР СУЗ и зависании отдельных ОР СУЗ в нижней части активной зоны.
На основе анализа результатов специально проведенных исследований на блоках АЭС и результатов дополнительных расчетов установлено, что основной причиной нарушения в работе ОР СУЗ являлось повышенное механическое трение в каналах ОР СУЗ в связи с повышенными искривлениями оси ТВС.
Для повышения надежности работы ОР СУЗ и выполнения проектного требования по времени падения ОР СУЗ были разработаны и внедрены мероприятия, предусматривающие:
устранение причин повышенного искривления ТВС (уменьшение рабочих усилий поджатия ТВС и увеличение запаса хода пружин до соприкосновения витков в головках ТВС, увеличение поперечной жесткости ТВС);
утяжеление ОР СУЗ (сборки ПЭЛ и штанги привода);
снижение гидравлических усилий на сборку ПЭЛ (за счет большего дросселирования потока теплоносителя в наконечниках НК);
снижение гидравлического усилия на штанге привода (за счет введения перфорации на штанге);
увеличение количества пружин в головке ТВС, задействованных в демпфировании падающих ОР СУЗ с одновременным уменьшением их жесткости.
Указанные мероприятия реализовывались одновременно с внед-зением в эксплуатацию ТВС с модернизированной головкой (ТВС-М) и усовершенствованных ТВС (УТВС) и последующих модификаций ТВС с повышенной жесткостью каркаса (ТВС-2).
В сравнительной таблице приведены отличительные геометрические характеристики для серийных ОР СУЗ и ТВС ВВЭР-1000 и последующих модификаций ТВС и ОР СУЗ (ТВС-М, УТВС, утяжеленные ОР СУЗ). В этой же таблице приведены основные результаты расчетов динамических характеристик ОР СУЗ для сочетаний различных модификаций ТВС и ОР СУЗ, которые внедрены и эксплуатируются в реакторах ВВЭР-1000 (серии В-320, В-302, В-338).
Основные геометрические и динамические характеристики различных модификаций ОР СУЗ и ТВС
Характеристика | Серийные ОРСУЗи серийная ТВС | Утяжеленные ОРСУЗи серийная ТВС | Утяжеленные ОРСУЗ и ТВС-М | Утяжеленные ОР СУЗ и УТВС (ТВС-2) |
Масса сборки из 18 ПЭЛ с головкой, кг | 16,0 | 18,5 | 18,5 | 18,5 |
Масса штанги привода ШЭМ, кг | 13,0 | 15,3 | 15,3 | 15,3 |
Суммарная масса падающей системы (сборки ПЭЛ совместно со штангой привода), кг | 29,0 | 33,8 | 33,8 | 33,8 |
Наружный / внутренний диаметр НК, мм | 12,6/11,0 | 12,6/11,0 | 12,6/11,0 | 13,0/11,0 |
Наружный диаметр ПЭЛ, мм | 8,2 | 8,2 | 8.2 | 8,2 |
Количество/диаметр отверстий на штанге привода, шт./мм | — | 2/7,0 | 2/7,0 | 2/7,0 |
Количество/диаметр боковых отверстий в наконечнике НК, шт./мм | 4/2,0 | 4/2,0 | 4/1,5 | 4/2,0 |
Диаметр центрального отверстия в наконечнике НК, мм | 4,5 | 4,5 | 2,0 | 2,5 |
Количество пружин в головке ТВС для демпфирования ОР СУЗ, шт. | 1 | 1 | 16 | 16 |
Время падения ОР СУЗ в режиме срабатывания АЗ при номинальных параметрах, с | 2,5-3,0 | 1,6 | 1,6 | 1,6 |
Скорость падения ОР СУЗ при подходе к головке ТВС, м/с | 1,5 | 2,9 | 2,8 | 3,0 |
Скорость падения ОР СУЗ после демпфирования (ударная скорость о каркас НК), м/с | 1,1 | 2,7 | 0 | 0 |
Предельно допустимая величина усилия механического трения в канале ОР СУЗ из условия непревышения времени падения ОР СУЗ 4 с., Н | 46 | 90 | 165 | 163 |
Разрешенная проектом величина усилия механического трения в канале ОР СУЗ, Н | 29 | 29 | 49 | 49 |
Запас от разрешенной до предельно допустимой величины усилия механического трения в канале ОР СУЗ, Н | 17 | 61 | 116 | 114 |
Анализ представленных данных позволяет отметить следующие особенности условий работы различных модификаций ОР СУЗ и ТВС:
- при нормальных проектных состояниях активной зоны все модификации ОР СУЗ и ТВС обеспечивают в режимах срабатывания АЗ время введения ОР СУЗ в активную зону в проектных пределах 1,2-4,0 с;
- в серийных ТВС и серийных ОР СУЗ запас по усилиям механического трения в канале ОР СУЗ недостаточен, чтобы компенсировать увеличение механического трения при повышенном искривлении ТВС. Кроме того, в серийной ТВС демпфирование ОР СУЗ одной центральной пружиной не обеспечивает полного гашения скорости падающих ОР СУЗ, поэтому сохраняется ударная скорость ОР СУЗ о каркас НК;
- использование 16-ти пружин в головках ТВС-М, УТВС и ТВС-2 для демпфирования ОР СУЗ обеспечивает полное гашение скорости падающих ОР СУЗ и исключает удар ОР СУЗ о каркас НК, т.е. исключает ударные перегрузки на ОР СУЗ и ТВС;
- утяжеление ОР СУЗ, а также уменьшение гидравлических усилий на сборке ПЭЛ и штанге привода позволили увеличить запас до максимально допустимых усилий механического трения в канале ОР СУЗ сверх проектного значения в несколько раз (от 17 Н в серийных ТВС до 114—116 Н в ТВС-М и УТВС с утяжеленными ОР СУЗ).
Таким образом, применение утяжеленных ОР СУЗ в ТВС-М, УТВС и ТВС-2 обеспечивает надежное введение ОР СУЗ в активную зону при срабатывании АЗ в режимах НУЭ и ННУЭ, Данные результаты расчетов подтверждены результатами стендовых испытаний, результатами измерений и опытом эксплуатации модернизированных и усовершенствованных ТВС на действующих блоках АЭС с ВВЭР-1000.
По программе KЛACT проведены также расчеты динамических характеристик ОР СУЗ в аварийных режимах разрыва трубопроводов первого контура. Согласно результатам расчетов при всех модификациях ОР СУЗ и ТВС в аварийных режимах после сигнала на срабатывание АЗ ОР СУЗ перемещаются только вниз, время введения ОР СУЗ в активную зону соответствует проектным требованиям, т. е. менее 4 с.
В современное время монтаж магистральных трубопроводов требует квалифицированных специалистов и грамотных решений. Наша компания готова вам это предоставить. Более подробно узнать о услуге вы можете перейдя по ссылке выше.