Исследование гидравлических ударов при заполнении системы компенсации давления в водоводяных энергетических реакторах

Abstract

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 watercooled and water-moderated power reactor can be expanded.