Цифровая акустическая модель компенсатора давления АЭС с ВВЭР

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.

1. 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).

2. 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.2011.10.017

3. Delafontain 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.2011.09.033

4. Lui 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.2013.01.029

5. Mohany 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.2012.08.039

6. 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).

7. 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/S0040601521100049

8. Proskuryakov K.N. The digital acoustic model of a pressurized water reactor. Thermal Engineering. 2021;68(9):673-678. https://doi.org/10.1134/S0040601521090068

9. Proskuryakov 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/REEPE57272.2023.10086792

10. 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).

11. 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).

12. 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).

13. 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).