19130

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТВС И ОБЪЕМНЫЙ СОСТАВ РАБОЧЕЙ ЯЧЕЙКИ

Лекция

Энергетика

ЛЕКЦИЯ 10 ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТВС И ОБЪЕМНЫЙ СОСТАВ РАБОЧЕЙ ЯЧЕЙКИ В предыдущей лекции представлена методика определения диаметра твэлов и числа ячеек для их размещения в ТВС. Целью настоящей лекции является компоновка ТВС расчет ее геометрических х

Русский

2013-07-11

320 KB

34 чел.

ЛЕКЦИЯ 10

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ   ХАРАКТЕРИСТИКИ  ТВС  И  ОБЪЕМНЫЙ  СОСТАВ РАБОЧЕЙ ЯЧЕЙКИ

В предыдущей лекции представлена методика определения диаметра твэлов и числа ячеек для их размещения в ТВС. Целью настоящей лекции является компоновка ТВС, расчет ее геометрических характеристик и определение состава элементарной ячейки.

Рассмотрим методику расчета геометрии ТВС реактора БН–600. Компоновка твэлов с дистанционированием «проволока по оболочке» показана на рис.10.1.

Рис.10.1. Компоновка твэлов с проволочным дистанционированием по принципу «проволока по оболочке»:

1 — дистанционирующая лента толщиной л; 2 — дистанционирующая проволока диаметром dп ; 3 — твэл диаметром d1; 4—вытеснитель диаметром dвыт; 5 — шестигранная труба.

Тепловыделяющая сборка представляет собой шестигранник с шестью рядами твэлов. В соответствии с выражением (9.1) количество твэлов равно 127. Диаметр дистанционирующей проволоки равен:

                                                                                                  (10.1)

Здесь С1 — константа, выбираемая из условия собираемости ТВС. Она может быть оценена как сумма плюсового допуска для размера пучка твэлов под ключ и минусового допуска для шестигранной трубы.

Для более равномерного распределения температуры в оболочке для твэлов, прилегающих к чехлу ТВС, на стенке чехла размещены вытеснители, а дистанционирование периферийных твэлов производится с помощью ленты, также навиваемой на оболочку. Внутренний размер шестигранного чехла под ключ равен:

                                                                                (10.2)

Радиус закругления в месте сопряжения граней чехла:

                                                       ,                                                (10. 3)

где С2 — константа, определяющая технологическую погрешность изготовления чехла. Формулы (10.1) — (10.3) вытекают из геометрии твэла и ТВС. Толщина стенки чехла выбирается из условия обеспечения ее целостности в рабочих условиях. Чехол ТВС, находящийся в центральной части активной зоны, испытывает напряжения, вызываемые давлением теплоносителя и, возможно, взаимодействием с пучком твэлов вследствие более интенсивного распухания последнего. Распределение плотности потока нейтронов, температуры и давления по высоте твэла имеет вид, представленный на рис. 10.2.

Рис.10.2. Распределение плотности потока нейтронов, температуры и давления по высоте твэла

Наиболее высокое давление теплоносителя наблюдается в нижнем сечении сборки. В этом сечении материал чехла работает в упругой области, и наибольшие напряжения достигаются в месте перехода прямого участка стенки в закругленный (расчетная схема показана на рис. 10.3).

Рис.10.3. Схема расчета чехла ТВС реактора БН–600

Расчет ведется по теории изгиба кривого бруса, нагруженного линейной нагрузкой от перепада давления Р.  Задача сводится к решению дифференциального уравнения нейтральной оси балки:

                                                   ,                                                       (10.4)

где Е — модуль упругости; J — момент инерции; М(х) — изгибающий момент.

Запишем граничное условие для участка COD:

в сечении О — О:

,  ;

в сечении С — С:

                                                  ;                                                       (10.5)

в сечении DD:

.

Рассмотрим два участка CO и OD:

для участка С — О

                                                ;                                                (10.6)

для участка OD:

                                                 ,                                                            (10.7)

где

.

Интегрирование (10.6) и (10.7) позволяет определить моменты, действующие в чехле ТВС:

                           (10.8)

                                     .

На участке D — D:

                     .          (10.9)

В последнем выражении b — расстояние до нейтральной оси, примерно равное половине толщины чехла.

Эпюра действующих моментов показана на рис.10.4.

Рис.10.4. Эпюра моментов в шестигранном чехле реактора БН-600

По теории изгиба кривого бруса определим напряжения в точке 1:

                               ,                               (10.10)

где b — расстояние до нейтральной оси; F — статический момент, равный произведению площади сечения на расстояние от центра тяжести до нейтральной оси; i — радиус кривизны бруса; rо — радиус окружности, вписанной в шестигранник; к — толщина чехла. Напряжения в точках 3 и 3/ равны:

                                                        .                                                       (10.11)

Например, для чехла ТВС реактора БН–600 с rвн=1.5 мм при внутреннем давлении Р = 0,7 МПа изгибающие моменты  в сечениях DD и С — С соответственно равны: . М1 = 7,3103 Нм ;   М2 = 1,25104 Нм, а максимальные напряжения 1=155 МПа; 2=125 МПа.

Так как жесткость оболочки при изгибе больше жесткости балки, то расчет проведен с запасом.

Если rзL1 и kL1 (что выполняется для чехла ТВС), можно использовать следующее упрощенное соотношение для расчета максимальных напряжений:

                      ,                               (10.12)

где L — внешний размер чехла «под ключ».

Условие работоспособности в опасном сечении — максимальное напряжение не должно превышать предела текучести материала s. Если обозначить коэффициент запаса по напряжениям через n, то необходимая толщина стенки чехла может     быть найдена из условия:

                                                                                                              (10.13)

Для приближенных оценок можно принять n = 1,2. Кроме коэффициента запаса по напряжениям иногда используют коэффициент запаса по предельной нагрузке — np:

                                                                               (10.14)

где Рmax —предельное давление в ТВС (или перепад давления).

Как видно из рис.10.2, в верхних сечениях ТВС давление  теплоносителя существенно меньше общего перепада по всей ТВС Рmax, однако   интенсивность облучения быстрыми  нейтронами  и температура чехла в этих областях больше, что   обусловливает возможность появления пластических деформаций, вызванных термической и радиационной ползучестью стали. Было  показано, что при t 31О23 1/см2 и Т 600 0C,  максимальные неупругие деформации чехла ТВС из аустенитной нержавеющей стали в отожженном состоянии не превышают 0,001L, т.е. ниже предельных. Поэтому для оценки работоспособности чехла вполне достаточно условий (10.13) и (10.14).

Зазор между ТВС (м) обычно выбирается из условия недопустимости контакта между соседними ТВС в любом сечении по высоте сборки. Худшим случаем является соседство ТВС, достигших предельного выгорания. Условие касания этих ТВС:

                                                                                                   (10.15)

Два первых слагаемых выражают изменение размера «под ключ» в результате ползучести и распухания чехла. Постоянная С3 выбирается из анализа допусков на шестигранный чехол.

Можно полагать, что

                                                        ,                                                         (10.16)

где S — распухание материала чехла.

Деформирование чехла ТВС в результате ползучести стали происходит от давления теплоносителя и силового воздействия со стороны пучка твэлов. Скорость ползучести выражается степенным законом:

где f(t,T)— некоторая функция флюенса и температуры. Обычно для чехла ТВС можно пренебречь термической ползучестью, тогда n=1. Для этого случая при условии L/rз 30 получено следующее выражение для скорости изменения размера чехла под ключ:

                                                          .                            (10.17)

Формула (10.17) выражает только ту часть деформации пакета, которая обусловлена радиационной ползучестью под давлением теплоносителя. Кроме того, может возникнуть неупругая деформация вследствие разной скорости распухания оболочек твэлов и материала чехла. Если скорость распухания чехла меньше, чем скорость распухания оболочек твэлов, через некоторое время tк после начала работы ТВС распухающий пучок твэлов «догоняет» распухающий чехол и начинается их сильное взаимодействие. По расчетам, опасное состояние в отношении работоспособности чехла наступает через ~2000 эф. ч работы после начала контакта. Время tк можно вычислить, если известны зазоры в собранных ТВС.

Рис. 10.5. Изменение размера чехла ТВС по длине активной зоны:

1 — радиационная  ползучесть стали;   2 — распухание    стали; 3 — суммарная деформация

Критическое сечение находится в верхней половине активной части ТВС (рис. 10.5). Для нахождения критического сечения и определения необходимого расстояния между соседними ТВС приходится производить расчеты в нескольких точках по высоте активной зоны. Учитывая неопределенность в данных по распуханию и ползучести сталей, можно рекомендовать для эскизных моделей выбор зазора производить на основе расчета распухания в центральном сечении при температуре теплоносителя на выходе из реактора.

Определив к и м.с, можно приступить к расчету объемного состава ячейки, занятой ТВС (рабочей ячейки). Объемная доля топлива равна:

                                           .                                         (10.18)

Объемная доля оболочек твэлов равна:

                                             .                                               (10.19)

Связь между диаметром вытеснителя и толщиной дистанционирующей ленты находится из условия касания вытеснителей с дистанционирующей лентой и чехлом ТВС. Диаметр вытеснителя определяется в процессе тепло-гидравлического расчета ТВС:

                                                        .                                                 (10.20)

Объемная доля дистанционирующих элементов (проволоки, лент и вытеснителей):

                    .                 (10.21)

Объемная доля чехла ТВС:

                                                   .                                                     (10.22)

Объемные доли конструкционных материалов и теплоносителя в рабочей ячейке равны:

                                 .                                 (10.23)

Полученные значения используются для уточнения нейтронно-физических и тепло-гидравлических расчетов.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

19368. Плата за землю 113.24 KB
  Тема 7: Плата за землю Загальна характеристика плати за землю Платники обєкт оподаткування та ставки плати за землю Пільги щодо сплати за землю порядок сплати до бюджету 24 зведеного бюджету Платники: Фізичні особи власники землі і землекористу...
19369. Екологічне оподаткування 132.41 KB
  Тема 8: Екологічне оподаткування Система екологічного оподаткування Екологічний податок Збір за першу реєстрацію транспортного засобу Рентна плата за нафту природний газ і газовий конденсат що видобуваються в Україні Рентна плата за транспорттуванн
19370. Платежі за ресурси 112.72 KB
  Тема 9: Платежі за ресурси Збір за спеціальне використання води Збір за використання лісових ресурсів Плата за користування ресурсами Збір за користування радіочастотним ресурсом Платники збору водокористувачі: Юридичні особи Фізичні особи підп
19371. Міни спеціального призначення 28.5 KB
  Міни спеціального призначення: а освітлювальна міна б димова міна Основні складові частини: оболонка; запалюючий стакан; вибуховий заряд; димоутворююча речовина; стабілізатор; виштовхуючий заряд; діафрагма; смолоскип; парашут; нап...
19372. Дивизионная артиллерийская ремонтная мастерская ДАРМ-70 38 KB
  Дивизионная артиллерийская ремонтная мастерская ДАРМ70 Предназначена для проведения текущего ремонта артиллерийского вооружения в полевых условиях. Принята на вооружение в 1975 г. в начале 80х гг. появился несколько улучшенный вариант ДАРМ70М.ДАРМ70 состоит на осна...
19373. Автоматичні лінії з агрегатних верстатів та нормалізованих вузлів 86.5 KB
  ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1 Автоматичні лінії з агрегатних верстатів та нормалізованих вузлів. Мета роботи: 1. Ознайомлення з роботою лінії та її устаткуванням. 2. Вивчення принципу керування і послідовності роботи механізму лінії. 3. Вивчення конструкції та принципу ді
19374. ЗНЯТТЯ ЦИКЛОГРАМИ АВГОМАТИЧНОЇ ЛІНІЇ 134 KB
  ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2 ЗНЯТТЯ ЦИКЛОГРАМИ АВГОМАТИЧНОЇ ЛІНІЇ Мета роботи: Визначення тривалості окремих складових циклу роботи автоматйчної лінії. Побудувати циклограму роботи автоматичної лінії. Теоретичні відомості. Для б
19375. СКДАДАННЯ БАЛАНСУ ПРОДУКТИВНОСТІ АВТОМАТИЧНОЇ ЛІНІЇ 203 KB
  ЛАВОРАТОРНА РОБОТА №3 СКДАДАННЯ БАЛАНСУ ПРОДУКТИВНОСТІ АВТОМАТИЧНОЇ ЛІНІЇ. Мета роботи: Встановлення технікоекономічних показників автоматичноі лініі. Теоретичні відомості. Складання достовірного балансу продуктивності лінії повинна передувати досл...
19376. Дослідження диференційного індуктивного давача (регулятора) 131.5 KB
  Лабораторна робота №4 Дослідження диференційного індуктивного давача регулятора I. ТЕМА: Дослiдження диференцiйного iндуктивного давача перетворювача і використання його для активного контролю розмiрiв деталей. II. МЕТА РОБОТИ Ознайомитися з конструкцiєю