energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTU10.21122/1029-7448-2017-60-5-459-469energy-1088Research ArticleТЕПЛОЭНЕРГЕТИКАНEAT POWER ENGINEERINGИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ УДАРОВ ПРИ ЗАПОЛНЕНИИ СИСТЕМЫ КОМПЕНСАЦИИ ДАВЛЕНИЯ В ВОДОВОДЯНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕАКТОРАХSTUDY OF WATER HAMMERS IN THE FILLING OF THE SYSTEM OF PRESSURE COMPENSATION IN THE WATER-COOLED AND WATER-MODERATED POWER REACTORSКоролевА. В.KorolyevA. V.

Адрес для переписки:  Королев Александр Викторович – Одесский национальный политехнический университет, просп. Шевченко, 1, 65044, г. Одесса. Тел.: +38 048 734-86-04   npp.pei.opu@ukr.net

Address for correspondence:  Korolуev Alexander V. – Odessa National Polytechnic University, 1 Shevchenko Ave., 65044, Odessa, Ukraine. Tel.: +38 048 734-86-04   npp.pei.opu@ukr.net

 

npp.pei.opu@ukr.netИщенкоА. П.IshchenkoA. P.ИщенкоО. П.IshchenkoО. P.Одесский национальный политехнический университетУкраинаOdessa National Polytechnic UniversityUkraineЮжно-Украинская АЭСУкраинаSouth-Ukraine Nuclear Power PlantUkraine201728092017605459469Copyright © Королев А.В., Ищенко А.П., Ищенко О.П., 20172017Королев А.В., Ищенко А.П., Ищенко О.П.Korolyev A.V., Ishchenko A.P., Ishchenko О.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://energy.bntu.by/jour/article/view/1088

Представленное в статье исследование согласуется с тяжелой аварией, произошедшей на АЭС Три-Майл-Айленд в США. Исследование направлено на повышение надежности работы компенсатора давления – важного оборудования первого контура. Для моделирования подобной ситуации был разработан стенд, имитирующий конструкцию компенсатора давления реактора ВВЭР-440, в частности формой верхней эллиптической крышки, которая имеет патрубок отвода пара в самом верху конструкции, что создает условия для появления подобных гидравлических ударов. Для проведения экспериментов создана установка, позволяющая измерять и регистрировать гидроудары, возникающие при заполнении емкостей. Измерение амплитуды гидроударов осуществлялось специально разработанным пьезодатчиком, а регистрация – на светолучевом осциллографе. Описана методика проведения эксперимента и представлены результаты экспериментального исследования гидроударов, возникающих при полном заполнении сосудов. Получены количественные данные по амплитудам гидроударов в зависимости от скорости заполнения емкости и диаметра выходного отверстия, максимальные давления гидроудара составили 7–9 атм. Выполнено сравнение расчетных и экспериментальных данных, допустимое расхождение объясняется расчетной величиной коэффициента жесткости системы, который не учитывал наличие сварных швов в баке, придающих системе дополнительную жесткость. Получены расчетные соотношения, позволяющие оценить амплитуды гидроударов через ускорение уровня воды перед выходным отверстием из сосуда с эллиптическим днищем. Экспериментально и теоретически показана возможность возникновения гидравлического удара в компенсаторе давления. На основании данных эксперимента может быть расширен перечень исходных событий тяжелых аварий на АЭС с водоводяным энергетическим реактором.

The research presented in the article conforms to the severe accident that took place at the Three Mail Island nuclear power plant in the USA. The research is focused on improving the reliability of the pressure compensator that is an important equipment of the primary circuit. In order to simulate such a situation, the stand has been developed to simulate the design of the pressurizer of the PWR-440 reactor, in particular an elliptical shape of the upper lid which has a steam outlet pipe at the top of the construction that creates conditions for occurrence of such water hammers. For the experiments, an installation has been created that makes it possible to measure and record the water hammering that occur when the tanks are filled. Measurement of the amplitude of the water hammering was carried out by a specially developed piezoelectric sensor, and the registration – by a light-beam oscilloscope. The technique of carrying out the experiment is described and the results of an experimental study of the water hammers arising when the vessels are completely filled are presented. Quantitative data were obtained on the amplitudes of the hydraulic impacts depending on the rate of filling of the vessel and the diameter of the outlet, the maximum pressure of the hydraulic shock was 7–9 atm. Comparison of calculated and experimental data has been performed. The allowable discrepancy is explained by the calculated value of the system stiffness coefficient, which did not take into account the presence of welded seams in the tank that imparts the system with additional rigidity. The calculated relationships are obtained, that make it possible to estimate the amplitudes of the water hammers through the acceleration of the water level in front of the outlet from a vessel with an elliptical bottom. The possibility of a water hammer in the pressure compensator is demonstrated by experiment and by theoretical calculations. Based on the experimental data, a list of initial events of severe accidents at NPPs with a water-cooled and water-moderated power reactor can be expanded.

гидроударсистема компенсации давлениятяжелая аварияводоводяной энергетический реакторwater hammerpressurizer systemsevere accidentwater-cooled and water- moderated power reactorReferencesТяжелые аварии на атомных станциях с корпусными ядерными реакторами. Основы моделирования и анализ / В. И. Скалозубов [и др.]. Одесса, 2015. 319 с.Skalozubov V.I. et al. (2015) Severe Accidents in Nuclear Power Plants Equipped with Freestanding Nuclear Reactors. The Fundamentals of Modelling and Analysis. Odessa. 319 (in Russian)Авария на АЭС Три-Майл-Айленд [Электронный ресурс] // Википедия Свободная энциклопедия. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Авария_на_АЭС_Три-Майл-Айленд.Three Mile Island accident. Wikipedia. The free encyclopedia. Available at: https://en.wikipedia.org/wiki/Three_Mile_Island_accident.Емельянов, И. Я. Конструирование ядерных реакторов / И. Я. Емельянов, В. И. Михан, В. И. Солонин. М.: Энергоиздат, 1982. 390 с.Emel'yanov I. Ya., Mikhan V. I., Solonin V. I. (1982) Design of Nuclear Reactors. Moscow, Energoizdat Publ. 390 (in Russian).Сидоренко, В. А. Безопасность и надежность атомных электростанций / В. А. Сидоренко. М.: МЭИ, 1979. 312 с.Sidorenko V. A. (1979) The Safety and Reliability of Nuclear Power Plants. ?oscow, Moscow Power Engineering Institute Publishing House. 312 (in Russian).Филин, Н. В. Жидкостные криогенные системы / Н. В. Филин, А. Б. Буланов. Л.: Машиностроение, 1985. 247 с.Filin N. V., Bulanov N. V. (1985) Liquid Cryogenic Systems. Leningrad, Mashinostroenie Publ. 247 (in Russian).Королев, А. В. Акустическая диагностика двухфазных потоков / А. В. Королев // Труды Одесского национального политехнического университета. 2001. Вып. 3 (15). C. 40–42.Korolev A. V. (2001) Acoustic Diagnostics of Two-Phase Flows. Trudy Odesskogo natsional'nogo politekhnicheskogo universiteta [Proceedings of the Odessa National Politechnic University], Is. 3(15), 40–42 (in Russian).Жуковский, Н. Е. О гидродинамическом ударе в водопроводных трубах / Н. Е. Жуковский. Л.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1949. 106Zhukovskii N. E. (1949) On Hydrodynamic Shock in Water Pipes. Leningrad, State Publishing House of Technical and Theoretical Literature. 106 (in Russian).Королев, А. В. Анализ и моделирование теплоэнергетического оборудования, работающего с двухфазными течениями / А. В. Королев. Одесса: Астропринт, 2010. 456 с.Korolev A. V. (2010) Analysis and Modeling of Thermal-Power Equipment Operating with Two-Phase Flows. Odessa, Astroprint Publ. 456 (in Russian).Ривкин, С. Л. Термодинамические производные для воды и водяного пара / С. Л. Ривкин, А. А. Алексапдров, Е. А. Кремлевская. М.: Энергия, 1977. 264 с.Rivkin S. L., Aleksapdrov A. A., Kremlevskaya E. A. (1977) Thermodynamic Derivatives for Water and Steam. Moscow, Energiya Publ. 264 (in Russian).Математический энциклопедический словарь / под ред. Ю. В. Прохорова. М.: Совет. энцикл., 1988. 847 с.Prokhorov Yu. V. (Ed.). (1988) Mathematical Encyclopedic Dictionary. Moscow, Sovetskaya entsiklopediya Publ. 847 (in Russian).

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