
Тип работы:	Предмет:	Язык работы:

РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЫШЕНИЯ ВИБРАЦИОННОЙ И СЕЙСМИЧЕСКОЙ СТОЙКОСТИ ТЕПЛОМЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ АЭС с РЕАКТОРОМ ВВЭР

Работа №	102500
Тип работы	Авторефераты (РГБ)
Предмет	техническая механика
Объем работы	23
Год сдачи	2021
Стоимость	250 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено	143

Не подходит работа?

Узнай цену на написание

Содержание

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПУБЛИКАЦИИ

Введение

Актуальность темы исследования. Между Россией и республикой Бангладеш заключён договор о сооружении на территории республики атомной электростанции с реакторами типа ВВЭР. Так как республика Бангладеш находится в сейсмически активной зоне, была поставлена задача выполнить анализ влияния сейсмических воздействий на процессы вибрации и другие теплофизические процессы с точки зрения обеспечения безопасности атомной электростанции. Работа состоит из нескольких разделов:
Первый раздел - это анализ сейсмической ситуации в республике Бангладеш и влияние сейсмических колебаний грунта на площадку будущей атомной электростанции.
Второй раздел - это анализ вибрационных характеристик, вызываемых или стимулируемых теплофизическими и гидродинамическими процессами, протекающими в оборудовании АЭС при нормальной эксплуатации и стойкости к изменениям при сейсмическом воздействии.
Третий раздел - влияние сейсмических воздействий на процессы, протекающие в первом контуре ядерной энергетической установки в случае возникновения сейсмических колебаний, влияния на поведение теплоносителя первого контура.
Одной из важнейших задач при эксплуатации объектов атомной энергетики является обеспечение безопасности и высокой надёжности АЭС.
Народная Республика Бангладеш (РБ) реализует на своей территории проект строительства двух блоков атомных электростанций, вырабатывающих 2,4 ГВт, которые будут введены в эксплуатацию в 2023 и 2024 годах под названием «Атомная электростанция Руппур» (РАЭС). Однако, регион расположения РБ всегда считался сейсмоопасным. Сейсмическое воздействие, характеризующееся низкочастотными колебаниями природного характера, потенциально может привести к разрушительным последствиям для энергоблока и рабочего состояния электростанции, воздействуя на присущие технологическому оборудованию низкочастотные колебания, имеющие техническую причину.
На электростанциях любого типа имеются многочисленные трубопроводы, в том числе с двухфазным течением теплоносителя.
Отличительной чертой двухфазных потоков является неустойчивость течения, вызывающая низкочастотные вибрации, приводящие к разрушению и выходу из строя трубопроводов со всеми вытекающими последствиями. На АЭС и ТЭС вибрация трубопровод с двухфазными вскипающими потоками превратилась в серьёзную проблему, затрудняющую в некоторых случаях эксплуатацию оборудования. Эта проблема затрагивает в основном вспомогательные трубопроводы, какими являются трубопроводы продувки (непрерывной и периодической) «растопочные» трубопроводы, служащие для отвода сконденсировавшегося пара в паропроводах при пуске энергоустановки и трубопроводы отборов пара и конденсатопроводы сепараторов пароперегревателей (СПП) и подогревателей высокого давления (ПВД).
Вибрации, связанные с течением пароводяной смеси, имеют место на паропроводах и трубопроводах РОУ и БРОУ при отсутствии хорошего дренирования конденсата пара. В прикладном аспекте снижение вибрации трубопроводов с двухфазными потоками позволяет повысить надёжность и ресурс трубопроводных систем, снизить затраты на техническое обслуживание и ремонт, повысить к.п.д. и КИУМ АЭС. Однако, в настоящее время до сих пор отсутствуют надежные и технологичные системы снижения вибрации трубопроводов. Поэтому повышение надежной и безопасной эксплуатации трубопроводов, испытывающих проточные вибрационные воздействия, а также внедрение устройств для пассивно - управляемого снижения вибраций, является весьма актуальной задачей и имеет важное хозяйственное значение для энергетической и ряда других отраслей.
Степень разработанности темы исследования. Тема исследована в полном объеме для одного диаметра трубопровода, что подразумевает, с учетом теории подобия, дальнейшее распространение алгоритма исследований на любые трубопроводы и режимы двухфазного течения.
Объект исследования - низкочастотные колебания оборудования АЭС, в том числе вибрации в трубопроводах с двухфазным течением среды на объектах энергетики.
Предмет исследования - устройства для пассивного управления и снижения вибраций трубопроводов с двухфазным течением теплоносителя.
Цель работы: разработка эффективных устройств для снижения вибраций трубопроводов с двухфазным течением и повышение вибрационной и сейсмической стойкости тепломеханического оборудования АЭС.
Задачи исследования:
1. Анализ сейсмической обстановки в регионе размещения АЭС «Руппур» с потенциального воздействия на вероятное усиление виброперемещения трубопроводов с двухфазным потоком.
2. Создание экспериментальных стендов:
а) вибродиагностического с аппаратурой СД-12 М
б) лазерного с использованием РХУ-метода
в) установки для исследований вскипания перегретой жидкости
г) установки для исследования кипения жидкости в узких каналах.
3. Разработка и исследование эффективности пассивных устройств для снижения низкочастотных колебаний трубопроводов энергетического оборудования.
4. Анализ влияния низкочастотных колебаний на мгновенное вскипание перегретого теплоносителя в узком канале при отсутствии циркуляции (в результате сейсмического воздействия и аварийного отключения насосов).
Научная новизна. Выполненное исследование позволило получить следующие новые научные результаты:
- экспериментально исследованы закономерности возникновения вибраций после прохождения поворотных участков в трубопроводах при различных режимах течения двухфазных потоков. В частности, показано, что пассивные устройства (завихрители) снижают виброперемещение трубопровода на 25-40 %, при среднеквадратичном отклонении в ходе экспериментов 15-20%.
- разработаны рекомендации по конструированию устройств пассивного типа для управления гидродинамической структурой двухфазного потока с целью снижения вибраций трубопровода и повышения надежности эксплуатации, стойкости и ресурса АЭС в сейсмоопасных районах.
- получены новые экспериментальные данные о влиянии низкочастотных колебаний на вскипание теплоносителя в узком канале в отсутствие циркуляции.
Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость работы заключается в разработке алгоритмов исследования вставок - завихрителей и их испытания при различных режимах течения двухфазных сред.
- практически проведен и представлен анализ сейсмической опасности в районе строительства АЭС Руппур (Республика Бангладеш);
- созданы экспериментальные стенды для формирования различных режимов двухфазных течений и исследования устройств снижения вибраций трубопроводов;
- разработаны устройства- завихрители пассивного типа для управления (снижения) вибрациями в трубопроводах энергетического оборудования;
- разработаны рекомендаций по конструкции устройств пассивного типа для управления гидродинамической структурой двухфазного потока с целью снижения вибраций, возникающих при изменении направления движения теплоносителя в трубопроводе, что позволяет выполнять технологические мероприятия для снижения вибраций трубопроводов на предприятиях различных отраслей промышленности (помимо энергетики - в пищевой и химической).
Использование устройств пассивного типа для управления гидродинамикой потока позволяет снизить амплитуду виброперемещений трубопровода на 25-40%. При этом, как результат, сокращаются расходы на техническое обслуживание и ремонт, повышается ресурс и надежность оборудования, а также безопасность объекта в целом.
Методология и методы исследования. Экспериментальные исследования осуществлялись методом планируемого эксперимента, а в качестве методик применялись классические методики исследований двухфазных течений, методы анализа частотных спектров и температурных градиентов.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
- анализ сейсмической опасности при строительстве атомной электростанции на площадке АЭС Руппур (Республика Бангладеш);
- результаты экспериментального изучения вибраций после прохождения поворотных участков трубопровода при различных режимах течения двухфазного потока;
- исследование характеристик течения жидкости в трубопроводах с использованием РТУ-метода (лазерной велосимметрии);
- результаты экспериментов по влиянию устройств пассивного типа на управление гидродинамической структурой в поворотном участке и снижение вибро-перемещения трубопровода;
- результаты исследований вскипания перегретой жидкости в узких каналах.
Степень достоверности результатов исследования. подтверждается следующим: полученные в работе научные результаты базируются на классических теориях теплообмена и гидродинамики двухфазных сред; удовлетворительным соответствием результатов расчетов, полученных в ходе исследований, экспериментальным характеристикам, а также известным ранее экспериментальным и теоретическим данным других авторов.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на
- международной конференции по вибрационным технологиям (Лиссабон, Португалия, сентябрь, 2018г.);
- научной конференции- саммите АТУРК (Екатеринбург, 2018, «Лучшая научная работа молодого ученого»);
- всероссийской конференции с международным участием «XXXIII Сибирский теплофизический семинар» (Новосибирск, 2017г.);
- конференция молодых ученых УралЭНИН (Екатеринбург, УрФУ,2017 г.);
- научной секции Всемирного фестиваля молодежи и студентов «Доступная космическая энергия будущего» (Сочи, Россия, 2017 г.);
- Международном конкурсе Российской государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» (видеопредставления молодых ученых 20 стран мира о развитии атомной энергетики в их странах; Диплом 3 степени от ГК «Росатом», Москва, 2017г);
- конференции молодых ученых. УралЭНИН, (Екатеринбург, УрФУ ,2016г.);
- XVII Школе молодых ученых «Безопасность критических инфраструктур и территорий», (Екатеринбург, УрО РАН, УрФУ, 2016г., 2018),
- конференции по науке и технологиям для молодых исследователей Уральского энергетического института, (Екатеринбург, УрФУ, 2015 г).
Личный вклад автора. Автором осуществлены:
- разработка и создание трех экспериментальных стендов;
- стенд для лазерной трассерной велосимметрии (с использованием РТУ- метода);
- экспериментальная установка для исследований вскипания перегретой жидкости;
- экспериментальный стенд для исследований влияния низкочастотных колебаний (например, при землетрясении) на вскипание перегретой жидкости в узком канале;
- реализация задач по подготовке и проведению экспериментов;
- проведение исследований характеристик разрабатываемых вставок на вибродиагностическом стенде с различными поворотными участками и вибродиагностическим оборудованием;
- обработка результатов экспериментов, разработка и патентная защита новой конструкции устройства пассивного типа для снижения вибраций трубопроводов;
- экспериментальное исследование эффективности различных устройств- завихрителей, выполненное с использованием метода лазерной велосимметрии (PIV-метод).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 научных работ, в том числе 5 статей опубликовано в рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК РФ и Аттестационным советом УрФУ, включая 4 статьи - в изданиях, входящих в международные базы цитирования Web of Science и Scopus.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из 5-ти глав, заключения и списка литературы. Работа содержит 156 страниц текста, 47 рисунков,7 таблиц, список литературы из 134 наименований.

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь студентам в написании работ!

ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Курсовые Статьи Диплом Рязань

Заключение

1. Сооружение АЭС «Руппур» - единственный способ радикального улучшения энергообеспечения Бангладеш в короткие сроки для наиболее сильного из потенциальных и близко расположенных очагов землетрясений (Мадупур), где интенсивность сейсмического воздействия на площадке АЭС не превышает 8 баллов по шкале MSK 64.
2. Анализ сейсмической ситуации для вопросов безопасности относительно планируемой площадки проекта атомной электростанции в Бангладеш продемонстрировал, что наибольшие воздействия на площадку размещения АЭС находятся в диапазоне периодов колебаний грунта от 0,1 до 10 сек, с пиками ускорений в диапазоне от 0,8- 2 сек; скоростей от 2 до 3 сек; перемещений от 2 до 8, что свидетельствует о потенциально опасном низкочастотном характере воздействия на расположенные на площадке объекты.
3. Разработаны и внедрены 4 экспериментальных стенда для исследования воздействия низкочастотных колебаний (имитация землетрясения) на состояние трубопроводов энергетического оборудования.
- вибродиагностический стенд;
- лазерный стенд цифровой трассерной визуализации- PIV Метод;
- экспериментальный стенд исследования влияния низкочастотного воздействия на процесс вскипания теплоносителя в объеме;
- экспериментальный стенд исследований поведения перегретой жидкости в узком канале.
4. Исследованы спектры виброхарактеристик (виброперемещения
виброускорения, виброскорости) трубопроводов при различных режимах течения двухфазного потока с использованием разных типов завихрителей. Получены результаты, характеризующие эффект использования завихрителей в трубопроводах с двухфазным течением: снижение виброперемещения до 25-40% при среднеквадратичной ошибке 15%.
5. С помощью лазерного сканирования (PIV-метод) получены распределения скоростей в прямолинейных и различных поворотных участках трубопровода, определены условия вихреобразования и возникновения градиента давлений на внешние и внутренние стенки в поворотных участках, что дает возможность верификации расчетных моделей при решении задачи пассивного управления (снижения) виброперемещения трубопроводов энергетического оборудования и повышения надежности и безопасности эксплуатации его в целом.
6. Экспериментальные исследования показали, что низкочастотные ударные воздействия ведут к интенсивному кавитационному вскипанию перегретого теплоносителя (воды), причем уровень перегрева зависит от размера каналов, содержащих жидкость.
7. В результате температурных измерений перегретой жидкости во время экспериментов, направленных на определение воздействия ударов на процесс вскипания показано, что при отсутствии циркуляции теплоносителя максимальный перегрев соответствовал температуре 108 °С (на 8 градусов выше температуры кипения), а для исследований вскипания перегретой жидкости в узком канале соответствовал температуре 103 °С (на 3 градуса выше температуры кипения). В обоих случаях низкочастотные воздействия (потенциальные землетрясения) приводили к снижению температуры вскипания теплоносителя, что характеризует возрастание опасности в случае землетрясения и требует применения дополнительных устройств для снижения виброперемещений оборудования и трубопроводов.

Литература

1. Хоссейн, И. К вопросу сейсмической опасности при выборе площадки для строительства АЭС в Бангладеш / И. Хоссейн, М.Ш. Акбар, В.И. Велькин, С.Е. Щеклеин // Известия высших учебных заведений. Ядерная энергетика. - 2018. - Т. 2018 № 3. - С. 30-40; 0,69 п.л. / 0,2 п.л
Hossain, I. seismic safety evaluation during site selection for the nuclear power plants in Bangladesh /1. Hossain, M.S. Akbar, V. I. Velkin, S. Y. Shcheklein //Nuclear Energy and Technology. - 2018. - 4(4). - P. 251-256.
doi.org/10.3897/nucet.4.31873; 0,38 п.л. / 0,2 п.л
2. Hossain, I. Experimental study in reduction of two phase flow induced vibration / I. Hossain, V. I. Velkin, S. E. Shcheklein // MATEC Web of Conferences. - 2018. - Vol. 211. - P. 1-6; 0, 38 п.л. / 0, 13 п.л. (Web of Science и Scopus).
3. Hossain, I. The study of passive vibration dampers in pipelines using PIV-methodology for single phase flow / I. Hossain, V. I. Velkin, S. E. Shcheklein // WIT Transactions on Ecology and the Environment. - 2017. - Vol. 224. - P. 565¬570; 0, 38 п.л. / 0, 20 п.л. (Web of Science и Scopus).
4. Hossain, I. Comparative evaluation of renewable energy scenario in Ghana / E.B. Agyekum, V.I. Velkin, I. Hossain // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - 2019. - Vol. 643, Issue 1. - P. 1-7; 0, 48 п.л. / 0, 13 п.л. (Scopus).
5. Hossain, I. Investigation of the effect of passive vortex inserts of different geometrical shapes on the vibrations reduction efficiency in pipelines with two-phase flow / V. I. Velkin, S. E. Shcheklein, I. Hossain, A. Nikitin, G. Chikansev// MATEC Web of Conferences. - 2017. - Vol. 115. - P. 1-4; 0, 25 п.л. / 0, 20 п.л. (Scopus).
Публикации в других изданиях:
6. Hossain, I. Project Development of an Underground Nuclear Power Plant on the Basis of the Integrated Ship Reactor, KN-3 / I. Hossain, Ya. Asiptsov, V.I. Velkin, S.E. Shcheklein //KnE Materials Science. ASRTU Conference on Alternative Energy, Sino-Russian ASRTU Conference Alternative Energy: Materials, Technologies, and Devices. - 2018. - P.118-124. 0, 43 п.л. / 0, 34 п.л.
7. Hossain, I. The Prospects for Nuclear Energy and Problems of
Development in Bangladesh. Analysis of Parameters of Seismic Hazard / I. Hossain, S.E. Shcheklein and V.I. Velkin // В сборнике материалов Всероссийской студенческой олимпиады, научно-практической
конференции с международным участием и выставки работ студентов, аспирантов и молодых ученых “Энерго-и ресурсосбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии” Екатеринбург. - 2015. - С. 474-475; 0,13 п.л. / 0,10 п.л.
8. Hossain, I. Analysis of Bangladesh Nuclear Infrastructure Required for Building of First NPP/ I. Hossain, O.L. Tashlikov // В сборнике: Труды научно-технической конференции молодых ученых Уральского энергетического института. ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», Уральский энергетический институт. - 2016. - С. 282-285; 0, 25 п.л. / 0, 13 п.л.
9. Hossain, I. Investigation of thermal Hydraulic Vibration problems for a Nuclear Reactor and an analysis of Vortex Shedding / I. Hossain, S.E. Shcheklein, V.I. Velkin // Электронный научный журнал «Наука и перспективы». - 2016. - № 2. - С. 1-4; 0, 25 п.л. / 0, 13 п.л.
10. Hossain, I. The problem of the establishment of necessary infrastructure for the countries first NPP (Bangladesh) / I. Hossain, O.L. Tashlikov // VII All Russia Science and Technology Conference, XVII School of Young Scientists. Safety of critical Infrastructures and Territories. - 2016. - P. 185-188; 0, 25 п.л. / 0, 21 п.л.
11. Hossain, I. Seismic safety evaluation during site selection for the nuclear power plants in Bangladesh / I. Hossain, S.E. Shcheklein, V.I. Velkin // VII All Russia Science and Technology Conference, XVII School of Young Scientists. Safety of critical Infrastructures and Territories. - 2016. - P. 235-238; 0, 25 п.л. / 0, 13 п.л.
12. Hossain I. The decrease in vibration of pipelines with the use of passive devices / I. Hossain, S.E. Shcheklein, V.I. Velkin // VII All Russia Science and Technology Conference, XVII School of Young Scientists. Safety of critical Infrastructures and Territories. - 2016. - P. 260-262; 0, 19 п.л. / 0, 10 п.л.
13. Хоссейн, И. Влияние пассивных устройств на снижение вибрации трубопроводов с двухфазным потоком в энергетическом оборудовании /И. Хоссейн, С.Е. Щеклеин, В.И. Велькин // Journal of European accreditation of Engineering Programs. - 2016. - С. 213-215; 0, 19 п.л. / 0, 10 п.л.
14. Хоссейн, И. Экспериментальный стенд для исследований способов снижения вибрации в трубопроводах с двухфазным потоком / И. Хоссейн, С.Е. Щеклеин, В.И. Велькин // Journal of European accreditation of Engineering Programs. - 2016. - С. 226-228; 0,19п.л./ 0, 10 п.л.
15. Hossain, I. Analysis of the Effectiveness of Passive Control Devices for Vibration of the Pipelines with Two-Phase Coolant / I. Hossain, G. E. Chikantsev, V. I. Velkin // Перспективные энергетические технологии. Экология, экономика, безопасность и подготовка кадров: материалы научно-практической конференции. - 2016. - С.180-183; 0,25 п.л/0,13 п.л.
16. Hossain, I. Seismic safety Evaluation During Site Selection for the Nuclear Power Plants in Bangladesh / I. Hossain, M. S. Akbar, V. I. Velkin, S. E. Shcheklein // Перспективные энергетические технологии. Экология, экономика, безопасность и подготовка кадров: материалы научно-практической конференции. - 2016. - С. 184-187; 0,25 п.л./ 0,13 п.л.
17. Hossain, I. Methodology for Particle Tracing in Fluid Flow Using Particle Image Velocimetry (PIV) / I. Hossain, V.I. Velkin // В сборнике: Труды второй научно-технической конференции молодых ученых Уральского энергетического института. ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», Уральский энергетический институт. - 2017. - С. 227-229; 0, 19 п.л./ 0,10 п.л.
18. Chikansev, G. Experimental Stand for Reaserch of the Coolant Flow by Digital Tracer Imaging / G. Chikansev, А. Nikitin, S. Roman, I. Hossain, V.I. Velkin // В сборнике: Труды второй научно-технической конференции молодых ученых Уральского энергетического института. ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», Уральский энергетический институт. - 2017. - С. 246-249; 0, 25 п.л./ 0,13 п.л.
19. Hossain, I. Energy Scenario and Regulatory Requirements for Nuclear Power Sector in Bangladesh / I. Hossain, O.L. Tashlikov // В сборнике: Труды второй научно-технической конференции молодых ученых Уральского энергетического института. ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», Уральский энергетический институт. - 2017. - С. 373-376; 0, 25 п.л./0,13 п.л
20. Велькин, В.И. Исследование влияния пассивных завихрителей различной геометрии на эффективность снижение вибрации в трубопроводах с двухфазным течением / В.И. Велькин, С.Е. Щеклеин, В.М. Пахалуев, И. Хоссейн, А.Д. Никитин, Г. Чиканцев, Р. Догарев // Всероссийская конференция «XXXIII Сибирский теплофизический семинар», Новосибирск, - 2017. - С.1-4; 0,25 п.л./0,13 п.л.