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

37 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

76298. Внутренняя сонная артерия. Ветви, анастомозы 314.76 KB
  Внутренняя сонная артерия. Пройдя сонный канал артерия входит в sinus cvernosus. Пещеристая часть располагается в сонной борозде на боковой поверхности клиновидной кости где артерия проходит через sinus cvernosus твердой мозговой оболочки.
76299. Артерии головного мозга. Артериальный круг мозга 92.47 KB
  Артериальный круг мозга Кровоснабжение головного мозга осуществляется ветвями внутренних сонных артерий позвоночных артерий. communicns posterior зрительный перекрест серый бугор ножки мозга гипоталамус таламус хвостатое ядро. cerebri posterior формируют сосудистое сплетение бокового и третьего желудочков мозга.
76300. Верхнечелюстная артерия, ее топография, ветви и анастомозы 1.51 MB
  Топография: начинается у шейки нижней челюсти, пронизывает m.pterygoideus lateralis и скрывается в fossa pterygopalatina.
76302. Подключичная артерия, ее топография, ветви и межсистемные анастомозы 710.65 KB
  Подключичная артерия ее топография ветви и межсистемные анастомозы. Подключичная артерия. Артерия покидает грудную полость через pertur thorcis superior образуя выпуклую кверху дугу огибающую купол плевры. После проникновения артерии в cvits xillris она получает название подмышечная артерия.
76303. Позвоночная, ее топография, ветви и межсистемные анастомозы 132.35 KB
  Позвоночная артерия. Здесь артерия ложится на скат под продолговатым мозгом постепенно приближается к срединной плоскости и на уровне заднего края моста соединяется с одноименной артерией противоположной стороны в непарную базилярную артерию. Перед местом слияния от позвоночной артерии к мозжечку отходит задняя нижняя мозжечковая артерия. vertebrlis: спинномозговые ветви rmi spinles сегментарные направляются через межпозвоночные отверстия к корешкам спинномозговых нервов и к спинному мозгу; задняя спинномозговая артерия.
76305. Плечевая артерия (a.brachialis) 170.07 KB
  Плечевая артерия (a.brachialis) – является непосредственным продолжением подмышечной артерии после выхода ее из подмышечной полости. Снабжает кровью кожу, мышцы и нервы плеча, плечевую кость. Топография. Плечевая артерия проходит по sulcus bicipitalis medialis до локтевой ямки. Под aponeurosis m.bicipitis brachii на уровне шейки лучевой кости она делится на локтевую и лучевую артерии.