glonucsecГлобальная ядерная безопасностьGlobal Nuclear Safety2305-414X2499-9733National Research Nuclear University "MEPhI"10.26583/gns-2023-03-05PGYCOFglonucsec-214Research ArticleПРОЕКТИРОВАНИЕ, ИЗГОТОВЛЕНИЕ И ВВОД В ЭКСПЛУАТАЦИЮ ОБОРУДОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ АТОМНОЙ ОТРАСЛИDESIGN, MANUFACTURE AND COMMISSIONING COMMISSIONING OF EQUIPMENT NUCLEAR INDUSTRY FACILITIESЦифровая акустическая модель компенсатора давления АЭС с ВВЭРDigital acoustic model of an NPP pressurizer with WWERhttps://orcid.org/0000-0002-1884-5576ПроскуряковК. Н.ProskuryakovK. N.

д.т.н., профессор

Doctor of Technical Sciences, Professor

proskuriakovkn@mpei.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4141-0239ХвостоваМ. С.KhvostovaM. S.

к.г.н., начальник отдела экологии, радиационной и промышленной безопасности; и.о. зав. кафедрой АЭС

Head of the Department of Ecology, Radiation and Industrial Safety, Acting head Department of Nuclear Power Plant

KhvostovaMS@mpei.ruhttps://orcid.org/0009-0007-2082-8322ИсмаилР. М.IsmailR. M.

аспирант кафедры АЭС

graduate student of the Department of Nuclear Power Plant

IsmailIK@mpei.ruhttps://orcid.org/0009-0008-7672-7042ЯковлевК. А.YakovlevK. A.

магистр, инженер

M.Sc., Engineer

YakovlevKA@mpei.ruНациональный исследовательский университет «МЭИ»National Research University «Moscow Power Engineering Institute»2023210920231335161Copyright © Проскуряков К.Н., Хвостова М.С., Исмаил Р.М., Яковлев К.А., 20232023Проскуряков К.Н., Хвостова М.С., Исмаил Р.М., Яковлев К.А.Proskuryakov K.N., Khvostova M.S., Ismail R.M., Yakovlev K.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://glonucsec.elpub.ru/jour/article/view/214

Экспериментально доказано, что главной причиной возбуждения вибраций оборудования и внутрикорпусных устройств главного циркуляционного контура (ГЦК) являются акустические стоячие волны (АСВ), которые образуются, как результат сложения двух бегущих в противоположных направлениях волн и главные циркуляционные насосы (ГЦН). Использование междисциплинарного подхода позволило создать цифровую акустическую модель системы компенсации давления (КД) с присоединёнными к нему трубопроводами и доказать, что он представляет собой автоколебательную систему, генерирующую акустические стоячие волны (АСВ) подобно одновременному функционированию нескольких резонаторов Гельмгольца. Каждый резонатор Гельмгольца в КД способен подавить определенную частоту АСВ, генерируемых реактором, которая зависит от температуры теплоносителя. Расчёт частот акустических волн, иначе говоря, собственных частот колебаний давления теплоносителя (СЧКДТ), в системе компенсации давления проведенный по формуле Томсона основан на методе электроакустической аналогии. Акустическая податливость КД и акустическая масса различных сочетаний подключаемых к нему трубопроводов позволяют рассчитать СЧКДТ, в рассматриваемой системе, по формуле, представленной в виде акустических аналогов индуктивности и емкости. Рассчитаны акустические параметры системы резонаторов Гельмгольца образованных КД и соединительным трубопроводом с горячей ниткой третьей петли в номинальном режиме эксплуатации АЭС с ВВЭР-1000. Разработана и верифицирована технология, преимуществом которой является использование КД, для демпфирования АСВ, частоты которых попадают в полосу пропускания вибрации конструктивных элементов первого контура. Приведено расчётное и экспериментальное доказательство ранее неизвестной способности КД демпфировать в широком диапазоне частот АСВ генерируемые реактором и обоснована возможность предотвращать резонансы с вибрациями оборудования и конструкциями АЭС.

It is experimentally proven that the main cause of vibration excitation of equipment and internals of the main circulation circuit (MCC) are acoustic standing waves (ASW) and main circulation pumps (MCP). Usage of an interdisciplinary approach made it possible to create a digital acoustic model of pressurizer system with pipelines attached to it and prove that it is a self-oscillating system capable of generating acoustic standing waves (ASW) similar to simultaneous operation of several Helmholtz resonators. Each Helmholtz resonator in pressurizer is able to suppress a certain frequency of ASW generated by the reactor, which depends on coolant temperature. Determination of natural frequencies of coolant pressure oscillations (NFCPO) in pressurizer using Thomson formula is based on method of electroacoustic analogy. Acoustic compliance of pressurizer and acoustic mass of various combinations of pipelines connected to it make it possible to calculate NFCPO, in the system under consideration, according to the formula presented in the form of acoustic analogues of inductance and capacitance. Acoustic parameters of a system of Helmholtz resonators formed by a pressurizer and a connecting pipeline with hot leg of the third loop in nominal operating mode of NPP with WWER-1000 are calculated. A technology has been developed and verified, advantage of which is usage of a pressurizer for damping ASW, frequencies of which fall within vibration bandwidth of primary circuit structural elements. Calculation and experimental proof of previously unknown ability of pressurizer to damp ASW generated by the reactor in a wide frequency range is given, and possibility of preventing resonances with vibrations of equipment and NPP structures is substantiated.

система компенсации давлениядемпфирование АСВАСПМ пульсаций давлениярезонатор Гельмгольцасобственная частота колебанийвибрации срок службыманевренный режимоборудованиеакустическое поле.pressurizer systemASW dampingASPD of pressure pulsationsHelmholtz resonatornatural oscillation frequencyvibration lifemaneuvering modeequipmentacoustic fieldReferencesЕгоров Ю.В. Экспериментальные исследования вибрации твэлов ТВС- 2М и ТВС-КВАДРАТ в потоке теплоносителя в обоснование вибрационной прочности. XV Научно-техническая конференция молодых специалистов ОКБ «Гидропресс», 20-21 марта 2013 года : сборник трудов. ОКБ «Гидропресс». Подольск, 2013. URL: http://www.gidropress.podolsk.ru/files/proceedings/kms2013/documents/kms2013-002.pdf (дата обращения: 02.08.2023).Егоров Ю.В. Экспериментальные исследования вибрации твэлов ТВС- 2М и ТВС-КВАДРАТ в потоке теплоносителя в обоснование вибрационной прочности. XV Научно-техническая конференция молодых специалистов ОКБ «Гидропресс», 20-21 марта 2013 года : сборник трудов. ОКБ «Гидропресс». Подольск, 2013. URL: http://www.gidropress.podolsk.ru/files/proceedings/kms2013/documents/kms2013-002.pdf (дата обращения: 02.08.2023).Bhattachary A., Yu S.D., Kawall G. Numerical simulation of turbulent flow through a 37 element CANDU fuel bundle. Annals of nuclear energy. 2012;40(1):87–105. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2011.10.017Bhattachary A., Yu S.D., Kawall G. Numerical simulation of turbulent flow through a 37 element CANDU fuel bundle. Annals of nuclear energy. 2012;40(1):87–105. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2011.10.017Delafontain S., Ricciardi G. Fluctuating pressure calculation induced by axial flow through mixing grid. Nuclear engineering and design. 2012;(242):233–246. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2011.09.033Delafontain S., Ricciardi G. Fluctuating pressure calculation induced by axial flow through mixing grid. Nuclear engineering and design. 2012;(242):233–246. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2011.09.033Lui Z.G., Liu Y., Lu J. Numerical simulation of the fluid-structure interaction for two simple fuel assemblies. Nuclear engineering and design. 2013;(258):1–12. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2013.01.029Lui Z.G., Liu Y., Lu J. Numerical simulation of the fluid-structure interaction for two simple fuel assemblies. Nuclear engineering and design. 2013;(258):1–12. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2013.01.029Mohany A., Hassan M., Modeling of fuel bundle vibration and the associated wear in a CANDU fuel channel. Nuclear engineering and design. 2013;(264):214–222. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2012.08.039Mohany A., Hassan M., Modeling of fuel bundle vibration and the associated wear in a CANDU fuel channel. Nuclear engineering and design. 2013;(264):214–222. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2012.08.039Макаров В.В., Афанасьев А.В., Матвиенко И.В. Модальный анализ макетов ТВС реакторов ВВЭР при силовом и кинематическом возбуждении вибрации. V Международная научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР», ОКБ «Гидропресс», 29 мая - 1 июня 2007 года : сборник трудов. ОКБ «Гидропресс». Подольск, 2007. URL: http://www.gidropress.podolsk.ru/files/proceedings/mntk2007/disc/autorun/article56-ru.htm (дата обращения: 02.08.2023).Макаров В.В., Афанасьев А.В., Матвиенко И.В. Модальный анализ макетов ТВС реакторов ВВЭР при силовом и кинематическом возбуждении вибрации. V Международная научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР», ОКБ «Гидропресс», 29 мая - 1 июня 2007 года : сборник трудов. ОКБ «Гидропресс». Подольск, 2007. URL: http://www.gidropress.podolsk.ru/files/proceedings/mntk2007/disc/autorun/article56-ru.htm (дата обращения: 02.08.2023).Proskuryakov K.N., Anikeev A.V., Afshar E. Verification of a reactor’s digital acoustic model in the startup and nominal operation modes of NPPs equipped with VVER reactors. Thermal engineering. 2021;68(11):834–840. https://doi.org/10.1134/S0040601521100049Proskuryakov K.N., Anikeev A.V., Afshar E. Verification of a reactor’s digital acoustic model in the startup and nominal operation modes of NPPs equipped with VVER reactors. Thermal engineering. 2021;68(11):834–840. https://doi.org/10.1134/S0040601521100049Proskuryakov K.N. The digital acoustic model of a pressurized water reactor. Thermal Engineering. 2021;68(9):673-678. https://doi.org/10.1134/S0040601521090068Proskuryakov K.N. The digital acoustic model of a pressurized water reactor. Thermal Engineering. 2021;68(9):673-678. https://doi.org/10.1134/S0040601521090068Proskuryakov K.N., Anikeev A.V., Ismail R.M. Digital technology for constructing the acoustic field of reactor plants of the VVER type. 2023 5th International Youth Conference on Radio Electronics, Electrical and Power Engineering (REEPE). Moscow, Russian Federation. 2023. Р. 1–6. https://doi.org/10.1109/REEPE57272.2023.10086792Proskuryakov K.N., Anikeev A.V., Ismail R.M. Digital technology for constructing the acoustic field of reactor plants of the VVER type. 2023 5th International Youth Conference on Radio Electronics, Electrical and Power Engineering (REEPE). Moscow, Russian Federation. 2023. Р. 1–6. https://doi.org/10.1109/REEPE57272.2023.10086792Бугаева В.А., Олексюк Д.А., Киреева Д.Р. Моделирование с помощью CFD-кода поля температуры теплоносителя в головках ТВС АЭС-2006 и ВВЭР-1000. Научно-техническая конференция «Теплофизика реакторов нового поколения», 16-18 мая 2018 года, г. Обнинск: сборник трудов. Физико-энергетический институт им. А.И. Лейпунского. Обнинск, 2018. С. 331–341. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=37193067 (дата обращения: 02.08.2023).Бугаева В.А., Олексюк Д.А., Киреева Д.Р. Моделирование с помощью CFD-кода поля температуры теплоносителя в головках ТВС АЭС-2006 и ВВЭР-1000. Научно-техническая конференция «Теплофизика реакторов нового поколения», 16-18 мая 2018 года, г. Обнинск: сборник трудов. Физико-энергетический институт им. А.И. Лейпунского. Обнинск, 2018. С. 331–341. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=37193067 (дата обращения: 02.08.2023).Рябов А.А., Скибин А.П., Волков В.Ю., Голибродо Л.А., Крутиков А.А., Кудрявцев О.В. Создание цифрового двойника АЭС на основе вычислительной теплогидравлики. CAD/CAM/CAE Observer. 2018;7(123):41-45. URL: http://www.cadcamcae.lv/N123/41-45.pdf (дата обращения: 02.08.2023).Рябов А.А., Скибин А.П., Волков В.Ю., Голибродо Л.А., Крутиков А.А., Кудрявцев О.В. Создание цифрового двойника АЭС на основе вычислительной теплогидравлики. CAD/CAM/CAE Observer. 2018;7(123):41-45. URL: http://www.cadcamcae.lv/N123/41-45.pdf (дата обращения: 02.08.2023).Проскуряков К.Н. Создание цифровой акустической модели компенсатора давления атомной электрической станции с водо-водяным энергетическим реактором и её практическое применение. Вестник МЭИ. 2022;(6):126–127. URL: https://vestnik.mpei.ru/index.php/vestnik/article/view/887 (дата обращения: 02.08.2023).Проскуряков К.Н. Создание цифровой акустической модели компенсатора давления атомной электрической станции с водо-водяным энергетическим реактором и её практическое применение. Вестник МЭИ. 2022;(6):126–127. URL: https://vestnik.mpei.ru/index.php/vestnik/article/view/887 (дата обращения: 02.08.2023).Аникин А.А., Хайретдинов В.У. Исследование вибронапряженного состояния внутриреакторного оборудования ВВЭР-1000 при вводе в эксплуатацию энергоблока №2 Ростовской АЭС. XII Научно-техническая конференция молодых специалистов ОКБ «Гидропресс», 17-18 марта 2010 года : сборник трудов. ОКБ «Гидропресс». Подольск, 2010. URL: http://www.gidropress.podolsk.ru/files/proceedings/kms2010/documents/kms2010-004.pdf (дата обращения: 02.08.2023).Аникин А.А., Хайретдинов В.У. Исследование вибронапряженного состояния внутриреакторного оборудования ВВЭР-1000 при вводе в эксплуатацию энергоблока №2 Ростовской АЭС. XII Научно-техническая конференция молодых специалистов ОКБ «Гидропресс», 17-18 марта 2010 года : сборник трудов. ОКБ «Гидропресс». Подольск, 2010. URL: http://www.gidropress.podolsk.ru/files/proceedings/kms2010/documents/kms2010-004.pdf (дата обращения: 02.08.2023).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.