Анализ расчетного метода квалификации БРУ-А в условиях двухфазного потока
Приведен анализ разработанного ранее расчетного метода оценки работоспособности быстродействующего редукционного устройства сброса среды в атмосферу (БРУ-А) в процессе запроектных аварий с двухфазным потоком. Показано, что основные ограничения применения метода связаны с принятыми допущениями о пот...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля |
|---|---|
| Datum: | 2011 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут проблем безпеки атомних електростанцій НАН України
2011
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/112897 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Анализ расчетного метода квалификации БРУ-А в условиях двухфазного потока / Хадж Фараджаллах Даббах А., К.В. Скалозубов // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля: наук.-техн. зб. — 2011. — Вип. 16. — С. 61–66. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859703995409367040 |
|---|---|
| author | Хадж Фараджаллах Даббах А. Скалозубов, К.В. |
| author_facet | Хадж Фараджаллах Даббах А. Скалозубов, К.В. |
| citation_txt | Анализ расчетного метода квалификации БРУ-А в условиях двухфазного потока / Хадж Фараджаллах Даббах А., К.В. Скалозубов // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля: наук.-техн. зб. — 2011. — Вип. 16. — С. 61–66. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля |
| description | Приведен анализ разработанного ранее расчетного метода оценки работоспособности быстродействующего редукционного устройства сброса среды в атмосферу (БРУ-А) в процессе запроектных аварий с двухфазным потоком. Показано, что основные ограничения применения метода связаны
с принятыми допущениями о потенциальных и гомогенных режимах течения.
Наведено аналіз розробленого раніше розрахункового методу оцінки працездатності швидкодіючого редукційного пристрою скидання середовища в атмосферу в процесі позапроектних аварій з
двофазним потоком. Показано, що основні обмеження для застосування методу пов'язані з прийнятими припущеннями про потенційні та гомогенні режими течії.
The paper provides an analysis of a previously developed method for assessing current performance
rapid-pressure-reducing device reset the environment to the atmosphere in the process of design accidents
with two-phase flow. It is shown that the main limitations of the method associated with the assumptions
made about the potential and the homogeneous flow regime.
|
| first_indexed | 2025-12-01T01:52:21Z |
| format | Article |
| fulltext |
ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ ВИП. 16 2011 61
УДК 621.039.586
АНАЛИЗ РАСЧЕТНОГО МЕТОДА КВАЛИФИКАЦИИ БРУ-А В УСЛОВИЯХ
ДВУХФАЗНОГО ПОТОКА
© 2011 г. Хадж Фараджаллах Даббах А.*, К. В. Скалозубов
Институт проблем безопасности АЭС НАН Украины
*
Одесский национальный политехнический университет
Приведен анализ разработанного ранее расчетного метода оценки работоспособности быст-
родействующего редукционного устройства сброса среды в атмосферу (БРУ-А) в процессе запроект-
ных аварий с двухфазным потоком. Показано, что основные ограничения применения метода связаны
с принятыми допущениями о потенциальных и гомогенных режимах течения.
Ключевые слова: водо-водяной энергетический реактор (ВВЭР); быстродействующее редук-
ционное устройство сброса среды в атмосферу (БРУ-А); двухфазный поток; запроектные аварии;
межконтурные течи.
Одним из приоритетных мероприятий Концепции повышения безопасности АЭС
Украины является анализ работоспособности БРУ-А ВВЭР при запроектных авариях с меж-
контурными течами в режимах с двухфазным потоком, которые не квалифицированы по
проекту и эксплуатационным испытаниям. Так, в случае незакрытия БРУ-А после открытия в
процессе аварии может привести к недопустимым радиоактивным выбросам в окружающую
среду.
Известные трудности по созданию адекватных натурным условиям экспериментальных
стендов и проведению экспериментальной квалификации БРУ-А в натурных условиях опре-
делили расчетные методы оценки работоспособности БРУ-А при двухфазном потоке, как ос-
новные.
В отчете Запорожской АЭС [1] по квалификации БРУ-А ВВЭР 1000 (В-320) при двух-
фазном потоке одним из расчетных методов является метод оценки фактических гидродина-
мических нагрузок и допустимых нагрузок на шток клапана БРУ-А. В данной статье прове-
ден анализ применимости этого метода для квалификации БРУ-А при двухфазных потоках.
Основные положения метода. Ввиду того, что метод не нашел широкого отражения в
научной литературе, представляется целесообразным подробнее отразить основные положе-
ния метода. Кинематическая схема БРУ-А представляет собой две последовательно соеди-
ненные передачи – червячную и винтовую, которые обеспечивают невозвратное перемеще-
ние штока. Для проведения анализа работы данной схемы, исходя из проектных характери-
стик двигателей 797-ЭР-О (для БРУ-А 1115-300/350-Э) и 876-ЭР-О (для БРУ-А 960-300/350-
Э), исходные данные для расчетов следующие:
Мощность двигателя, кВт N 11,8
Частота вращения вала двигателя, об/мин nдв 1500
Частота вращения выходного вала, об/мин nвых 40,3 (для 797-ЭР-О)
42,3 (для 876-ЭР-О)
Диаметр резьбы, м Dp 0,07
Моменты на валах редуктора определяются как
М1 = 9,55⋅103(N / nдв) = 75,0 Н⋅м
М2 = М1⋅ nвых = 3172,5 Н⋅м – для 876-ЭР-О
М2 = М1⋅ nвых = 3022,5 Н⋅м – для 797-ЭР-О
Усилие на шток:
ХАДЖ ФАРАДЖАЛЛАХ ДАББАХ А., К. В. СКАЛОЗУБОВ
________________________________________________________________________________________________________________________
ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ ВИП. 16 2011 62
mcH
D
M
F
p
343486262 ==
⋅
=
µ
- для 876-ЭР-О,
mcH
D
M
F
p
333321422 ==
⋅
=
µ
– для 797-ЭР-О,
где µ – коэффициент, учитывающий трение в винтовой передаче.
Полное усилие на штоке, необходимое для перемещения запорного органа, кгс (тс):
Qп = Qт+ Qz = 31546 (31,5),
где
усилие трения в сальниковом уплотнении, кгс,
Qт = µπ ⋅⋅⋅⋅ РудНсDш ;
осевое усилие на штоке, необходимое для перемещения запорного органа, кгс,
Qz = Qzp-Qв ;
осевое усилие на золотник от перепада давления, кгс,
Qzp = )(д
4
22 DшDсрP −⋅⋅π
;
выталкивающее усилие, действующее на шток, кгс,
Qв = )д(
4
222 РРDш −⋅⋅π
;
необходимое удельное давление на набивку сальника, кгс/мм2,
Руд = 2)
02,0
(
С
Нс
Р ⋅ ;
средний диаметр уплотнительных поверхностей, мм,
Dср =
2
DвDн+
;
ширина набивки сальникового уплотнения штока, мм,
C =
2
DшDs +
;
коэффициент трения в сальнике
µ = 0,044 Руд
-1/2.
Крутящий момент на втулке шпинделя, Н·м,
Mk = Qn·L = 3103,
где
полное усилие на штоке, необходимое для перемещения запорного органа, кгс,
Qп =31546;
условное плечо момента
L = )
ln
(
2 lt
tg
Dsr αα + ;
угол наклона винтовой линии, рад,
ln
α = )(
Dsr
NzrHr
arctg
⋅
⋅
π
;
угол трения, рад,
lt
α = arctg (µr);
АНАЛИЗ РАСЧЕТНОГО МЕТОДА КВАЛИФИКАЦИИ БРУ-А
________________________________________________________________________________________________________________________
ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ ВИП. 16 2011 63
средний диаметр резьбы шпинделя, мм,
Dsr = Dnr - 0,5Hr;
коэффициент трения в резьбовой паре
µr = 0,25.
Коэффициент запаса по допускаемой нагрузке на шток
Nдоп =
П
Д
Q
Q
= 2,14,
где
полное усилие на штоке (см. выше), кгс (тс),
QП = QМ + Qz = 31546 (31,5);
допускаемая нагрузка на шток, кгс (тс),
Qд =
ν
MQ
= 67523 (67,5);
минимальный коэффициент запаса устойчивости ν = 2;
минимальная критическая нагрузка на шток, кгс,
QM = min (Qупр, Qтек);
критическая нагрузка при упругом состоянии, кгс,
Qупр =
2
23
4 Lam
EDcp
⋅
⋅⋅π
,
Lam – гибкость штока,
Lam =
mI
L⋅1µ
;
µ1 = 0,81 - 1,17х + 1,1х2 - коэффициент приведенной длины шпинделя;
х =
L
B)-L (L,min
- вспомогательная величина;
Im =
4
Dcp
– радиус инерции расчетного сечения;
Dcр =
2
0DDГЛ +
- средний расчетный диаметр штока;
Е – модуль упругости материала штока;
критическая нагрузка по пределу текучести в месте проточки штока, кгс,
Qтек = 2,0
2
04
σπ
⋅⋅ D ;
σ0,2 – предел текучести материала штока, кгс/мм2.
Для определения распределения полей скорости движения и давления в [1] принима-
ется допущение о потенциальном режиме течения и гомогенной равновесной модели двух-
фазного потока.
Потенциал скорости движения жидкости является скалярной функцией радиуса-
вектора точки пространства и времени вида ϕ= ϕ (х, у, z, t), градиент которой равен вектору
скорости жидкости
ϕϕ ∇== gradU
r
(1)
или в проекциях на оси прямоугольной декартовой системы координат получаем следующие
определяющие соотношения:
ХАДЖ ФАРАДЖАЛЛАХ ДАББАХ А., К. В. СКАЛОЗУБОВ
________________________________________________________________________________________________________________________
ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ ВИП. 16 2011 64
;
x
Ux
∂
∂= ϕ
;
y
Uy
∂
∂= ϕ
. (2)
Для потенциального течения сжимаемой жидкости уравнение сохранения массы при-
нимает следующий вид:
0)( =∇+
∂
∂
U
r
ρρ
t
. (3)
Уравнение движения (уравнение Эйлера) при отсутствии действия сил масс принимает
вид
0
1
)(
2
1 2 =∇+∇+
∂
∂
p
t ρ
U
rU
r
. (4)
Уравнение состояния для баротропного процесса движения
k
Ap
Ap
=
+
+
00 ρ
ρ
, (5)
где ;
2
00
k
c
A
ρ=
0
0
0 ρ
kp
c = - скорость звука в покоящейся жидкости и k – показатель адиабаты.
Для БРУ-А рассматриваемых серий – 960-300/350-ЭСБ и 1115-300/350-ЭСБ – опреде-
лены усилия на шток при воздействии следующих рабочих сред: воды и пароводяной смеси.
Расчет усилий на шток клапанов выполнен методом конечного элемента (КЭ). При этом для
полного хода штока клапанов – от 0 до 120 мм – определены три диапазона его открытия-
закрытия и соответствующие им три расчетные КЭ-модели клапанов:
1) ход штока от 0 до 40 мм - КЭ-модель CHINK («щель»);
2) ход штока от 40 до 90 мм - КЭ-модель MIDDLE («промежуточное положение»);
3) ход штока от 60 до 120 мм - КЭ-модель FULL OPEN («полное открытие»).
Результирующие реакции на шток определены суммированием результатов, получен-
ных для всех рассмотренных случаев (БРУ-А серий 960-300/350-Э и 1115-300/350-Э; вода и
пароводяная смесь), по зависимостям для подъемных и прижимающих усилий. Соответ-
ствующие результаты представлены на рис. 1 и 2 и в таблице.
Ход
штока, мм
Серия БРУ-А 960-300/350-Э 960-300/350-Э 1115-300/350-Э 1115-300/350-Э
Рабочая среда вода пароводяная
смесь
вода пароводяная
смесь
0 Наибольшее
прижимное
усилие на
шток, кг
31662,16 31662,16 31662,16 31662,16
120 Наибольшее
подъемное
усилие на
шток, кг
2026,969
4673,635
4419,886
7065,302
120 Среднее уси-
лие на шток, кг
1186,969
2273,635
2379,886
4425,302
АНАЛИЗ РАСЧЕТНОГО МЕТОДА КВАЛИФИКАЦИИ БРУ-А
________________________________________________________________________________________________________________________
ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ ВИП. 16 2011 65
120 Минимальное
усилие на
шток, кг
466,9688
473,635
459,886
705,3023
Рис. 1. Результирующие зависимости «ход штока - усилие на шток», демонстрирующие суммарные
реакции на шток для БРУ-А серии 960-300/350-Э при его срабатывании на воде:
- мин; - апрокс; - макс.
ХАДЖ ФАРАДЖАЛЛАХ ДАББАХ А., К. В. СКАЛОЗУБОВ
________________________________________________________________________________________________________________________
ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ ВИП. 16 2011 66
Рис. 2. Результирующие зависимости «ход штока - усилие на шток», демонстрирующие суммарные
реакции на шток для БРУ-А серии 960-300/350-Э при его срабатывании на пароводяной смеси:
- мин; - апрокс; - макс.
Анализ допущений методики. Основным ограничением применимости расчетной
методики [1] является допущения о потенциальности течения в проточной части клапана, а
также недостаточно корректное моделирование двухфазного потока.
Принятое допущение о потенциальности течения не учитывает диссипативные необ-
ратимые потери в проточной части клапана.
Формально из рассмотрения также исключено уравнение сохранения энергии двух-
фазного гомогенного равновесного потока. Таким образом, фактически не учитывается из-
менение паросодержания двухфазного потока и его влияние на теплогидродинамические па-
раметры (в том числе и на скорость звука).
В соответствии с известными многочисленными экспериментальными данными
(например, [2]) в проточной части клапана БРУ-А по сути происходит адиабатное вскипание
двухфазной среды при перепадах давления до 80 бар. Для таких условий истечения харак-
терна значительная термическая и динамическая межфазная неравновесность, а также дис-
сипативные необратимые потери двухфазного потока. Поэтому принятые допущения явля-
ются недостаточно обоснованными и ставят под сомнение корректность полученных резуль-
татов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Отчет по результатам квалификации БРУ-А 1115-300/350-Э, 960-300/350-Э в режимах истече-
ния воды, пароводяной смеси, пара и в «жестких» внешних условиях / ОП НАЭК "Запорожская
АЭС". – 2010. – 316 с.
2. Герлига В. А., Скалозубов В. И. Адиабатные вскипающие потоки в энергооборудовании АЭС. -
М.: Энергоатомиздат, 1992. – 365 с.
АНАЛІЗ РОЗРАХУНКОВОГО МЕТОДУ КВАЛІФІКАЦІЇ БРУ-А
В УМОВАХ ДВОФАЗНОГО ПОТОКУ
Хадж Фараджаллах Даббах А., К. В. Скалозубов
Наведено аналіз розробленого раніше розрахункового методу оцінки працездатності швидко-
діючого редукційного пристрою скидання середовища в атмосферу в процесі позапроектних аварій з
двофазним потоком. Показано, що основні обмеження для застосування методу пов'язані з прийня-
тими припущеннями про потенційні та гомогенні режими течії.
Ключові слова: водо-водяний енергетичний реактор (ВВЕР), швидкодіючий редукційний при-
стрій скидання середовища в атмосферу (БРУ-А), двофазний потік, позапроектні аварії, міжконтурні
течі.
ANALYSIS OF CURRENT METHOD OF QUALIFICATIONS BRU-A IN A
TWO-PHASE FLOW
Haj Farajallah Dabbaсh A., K. V. Skalozubov
The paper provides an analysis of a previously developed method for assessing current performance
rapid-pressure-reducing device reset the environment to the atmosphere in the process of design accidents
with two-phase flow. It is shown that the main limitations of the method associated with the assumptions
made about the potential and the homogeneous flow regime.
Keywords: water-water power reactor (VVER), high-speed reduction-relief device environment in
the atmosphere (BRU-A), two-phase flow, severe accident, intercontour flows.
АНАЛИЗ РАСЧЕТНОГО МЕТОДА КВАЛИФИКАЦИИ БРУ-А
________________________________________________________________________________________________________________________
ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ ВИП. 16 2011 67
Поступила в редакцию 28.09.10
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-112897 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1813-3584 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T01:52:21Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут проблем безпеки атомних електростанцій НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Хадж Фараджаллах Даббах А. Скалозубов, К.В. 2017-01-29T16:22:40Z 2017-01-29T16:22:40Z 2011 Анализ расчетного метода квалификации БРУ-А в условиях двухфазного потока / Хадж Фараджаллах Даббах А., К.В. Скалозубов // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля: наук.-техн. зб. — 2011. — Вип. 16. — С. 61–66. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 1813-3584 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/112897 621.039.586 Приведен анализ разработанного ранее расчетного метода оценки работоспособности быстродействующего редукционного устройства сброса среды в атмосферу (БРУ-А) в процессе запроектных аварий с двухфазным потоком. Показано, что основные ограничения применения метода связаны с принятыми допущениями о потенциальных и гомогенных режимах течения. Наведено аналіз розробленого раніше розрахункового методу оцінки працездатності швидкодіючого редукційного пристрою скидання середовища в атмосферу в процесі позапроектних аварій з двофазним потоком. Показано, що основні обмеження для застосування методу пов'язані з прийнятими припущеннями про потенційні та гомогенні режими течії. The paper provides an analysis of a previously developed method for assessing current performance rapid-pressure-reducing device reset the environment to the atmosphere in the process of design accidents with two-phase flow. It is shown that the main limitations of the method associated with the assumptions made about the potential and the homogeneous flow regime. ru Інститут проблем безпеки атомних електростанцій НАН України Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля Проблеми безпеки атомних електростанцій Анализ расчетного метода квалификации БРУ-А в условиях двухфазного потока Аналіз розрахункового методу кваліфікації БРУ-А в умовах двофазного потоку Analysis of current method of qualifications BRU-A in a two-phase flow Article published earlier |
| spellingShingle | Анализ расчетного метода квалификации БРУ-А в условиях двухфазного потока Хадж Фараджаллах Даббах А. Скалозубов, К.В. Проблеми безпеки атомних електростанцій |
| title | Анализ расчетного метода квалификации БРУ-А в условиях двухфазного потока |
| title_alt | Аналіз розрахункового методу кваліфікації БРУ-А в умовах двофазного потоку Analysis of current method of qualifications BRU-A in a two-phase flow |
| title_full | Анализ расчетного метода квалификации БРУ-А в условиях двухфазного потока |
| title_fullStr | Анализ расчетного метода квалификации БРУ-А в условиях двухфазного потока |
| title_full_unstemmed | Анализ расчетного метода квалификации БРУ-А в условиях двухфазного потока |
| title_short | Анализ расчетного метода квалификации БРУ-А в условиях двухфазного потока |
| title_sort | анализ расчетного метода квалификации бру-а в условиях двухфазного потока |
| topic | Проблеми безпеки атомних електростанцій |
| topic_facet | Проблеми безпеки атомних електростанцій |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/112897 |
| work_keys_str_mv | AT hadžfaradžallahdabbaha analizrasčetnogometodakvalifikaciibruavusloviâhdvuhfaznogopotoka AT skalozubovkv analizrasčetnogometodakvalifikaciibruavusloviâhdvuhfaznogopotoka AT hadžfaradžallahdabbaha analízrozrahunkovogometodukvalífíkacííbruavumovahdvofaznogopotoku AT skalozubovkv analízrozrahunkovogometodukvalífíkacííbruavumovahdvofaznogopotoku AT hadžfaradžallahdabbaha analysisofcurrentmethodofqualificationsbruainatwophaseflow AT skalozubovkv analysisofcurrentmethodofqualificationsbruainatwophaseflow |