Analyzing the Influence of Coolant Pressure Fluctuation Natural Frequencies on the Vibration Strength of the Main Coolant Pipeline and Steam Generator Header Metal at NPPs with VVER Reactors in the Nominal Operation Mode
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2024-6-111-119Keywords:
main coolant pipeline, computer codes, vibration loads, oscillationsAbstract
The calculation procedures used for vibration strength design of the NPP main coolant pipeline (MCP) are subjected to a comparative analysis. This task is relevant to ensure reliable operation of nuclear power plants equipped with pressurized water reactors. Such zones of the reactor coolant circuit (RCC) as pipeline bends and sections with abrupt widening are prone to the occurrence of vortice, the separation of which produces vibration loads on the NPP equipment. The nominal operation mode of an NPP with a VVER-1000 reactor is analyzed. The calculations were carried out by applying a combination of the method for determining the natural frequencies of coolant pressure fluctuations developed at the NRU MPEI and the finite element method for solving the differential equations used in the relevant theory. Based on the computation results, the possibility of vortices to occur in the zones the MCP bends is demonstrated, and the natural oscillation frequencies of the filled RCC sections are determined. The coolant pressure fluctuation natural frequencies were calculated, and the RCC stressed state resulting from their impact has been determined. It has been shown that the maximum metal stresses are located in the area of the MCP and SG header welds, as well as in the zones of MCP bends and in the place where the MCP is welded to the reactor pressure vessel nozzle. The presented calculation algorithm can be used for determining the vibration stresses under the conditions of anticipated operational occurrences (AOO) and accidents.
References
2. ПНАЭ Г-7-002—86. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок.
3. Проскуряков К.Н. и др. Прогнозирование виброакустических резонансов в активных зонах атомных электрических станций с водо-водяным энергетическим реактором // Вестник МЭИ. 2019. №. 6. С. 39—49.
4. ANSYS CFX Tutorials. Release 14.0 [Электрон. ресурс] https://www.kunsan.ac.kr/kunsanwheel/board/download.kunsan?boardId=BBS_0000458&menuCd=DOM_000009905003000000&startPage=6&dataSid=63676&command=update&fileSid=24175 (дата обращения 13.04.2024).
5. Абрамов В.В. и др. Развитие и использование в практике проектирования методов расчетного обоснования прочности внутрикорпусных устройств реактора // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Физика ядерных реакторов». 2017. №. 1. С. 21—31.
6. Трубопровод главный циркуляционный. Пояснительная записка 320.04.00.00.000 ПЗ. Подольск: ОКБ «Гидропресс», 1979.
7. Хмельницкая АЭС. База данных по ЯППУ. 43-923.203.007.БД.02. Подольск: ОКБ «Гидропресс».
8. Установка реакторная В320. Технологический регламент по эксплуатации. Подольск: ОКБ «Гидропресс».
9. Александров А.А., Очков К.А. Программный комплекс WaterSteamPro [Электрон. ресурс] http://twt.mpei.ru/ochkov/WSP_art/index.htm (дата обращения 13.04.2024).
10. Tunstall R., Laurence D., Prosser R., Skillen A. Large Eddy Simulation of a T-Junction with Upstream Elbow: the Role of Dean Vortices in Thermal Fatigue // Appl. Thermal Eng. 2016. V. 107. Pp. 672—680.
11. Noorani A., Schlatter P. Swirl-switching Phenomenon in Turbulent Flow through Toroidal Pipes // Intern. J. Heat and Fluid Flow. 2016. V. 61. Pp. 108—116.
12. Lupi V., Canton J., Schlatter P. Global Stability Analysis of a 90-bend Pipe Flow // Intern. J. Heat and Fluid Flow. 2020. V. 86. P. 108742.
---
Для цитирования: Аванов А.В., Воробьев Ю.Б., Никитченко И.А, Магницкий Т.К. Анализ влияния собственных частот колебания давления теплоносителя на вибропрочность металла главного циркуляционного трубопровода и коллекторов парогенератора АЭС с ВВЭР в номинальном режиме работы // Вестник МЭИ. 2024. № 6. С. 111—119. DOI: 10.24160/1993-6982-2024-6-111-119
---
Работа выполнена с использованием оборудования центра коллективного пользования «Комплекс моделирования и обработки данных исследовательских установок мега-класса» НИЦ «Курчатовский институт», http://ckp.nrcki.ru/
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Chigarev A.V., Kravchuk A.S., Smalyuk A.F. ANSYS dlya Inzhenerov. M.: Mashinostroenie-1, 2004. (in Russian).
2. PNAE G-7-002—86. Normy Rascheta na Prochnost' Oborudovaniya i Truboprovodov Atomnykh Energeticheskikh Ustanovok. (in Russian).
3. Proskuryakov K.N. i dr. Prognozirovanie Vibroakusticheskikh Rezonansov v Aktivnykh Zonakh Atomnykh Elektricheskikh Stantsiy s Vodo-vodyanym Energeticheskim Reaktorom. Vestnik MEI. 2019;6:39—49. (in Russian).
4. ANSYS CFX Tutorials. Release 14.0 [Elektron. Resurs] https://www.kunsan.ac.kr/kunsanwheel/board/download.kunsan?boardId=BBS_0000458&menuCd=DOM_000009905003000000&startPage=6&dataSid=63676&command=update&fileSid=24175 (Data Obrashcheniya 13.04.2024).
5. Abramov V.V. i dr. Razvitie i Ispol'zovanie v Praktike Proektirovaniya Metodov Raschetnogo Obosnovaniya Prochnosti Vnutrikorpusnykh Ustroystv Reaktora. Voprosy Atomnoy Nauki i Tekhniki. Seriya «Fizika Yadernykh Reaktorov». 2017;1:21—31. (in Russian).
6. Truboprovod Glavnyy Tsirkulyatsionnyy. Poyasnitel'naya Zapiska 320.04.00.00.000 PZ. Podol'sk: OKB «Gidropress», 1979. (in Russian).
7. Khmel'nitskaya AES. Baza Dannykh po YAPPU. 43-923.203.007.BD.02. Podol'sk: OKB «Gidropress». (in Russian).
8. Ustanovka Reaktornaya V320. Tekhnologicheskiy Reglament po Ekspluatatsii. Podol'sk: OKB «Gidropress». (in Russian).
9. Aleksandrov A.A., Ochkov K.A. Programmnyy Kompleks WaterSteamPro [Elektron. Resurs] http://twt.mpei.ru/ochkov/WSP_art/index.htm (Data Obrashcheniya 13.04.2024). (in Russian).
10. Tunstall R., Laurence D., Prosser R., Skillen A. Large Eddy Simulation of a T-Junction with Upstream Elbow: the Role of Dean Vortices in Thermal Fatigue. Appl. Thermal Eng. 2016;107:672—680.
11. Noorani A., Schlatter P. Swirl-switching Phenomenon in Turbulent Flow through Toroidal Pipes. Intern. J. Heat and Fluid Flow. 2016;61:108—116.
12. Lupi V., Canton J., Schlatter P. Global Stability Analysis of a 90-bend Pipe Flow. Intern. J. Heat and Fluid Flow. 2020;86:108742
---
For citation: Avanov A.V., Vorobyov Yu.B., Nikitchenko I.A., Magnitsky T.K. Analyzing the Influence of Coolant Pressure Fluctuation Natural Frequencies on the Vibration Strength of the Main Coolant Pipeline and Steam Generator Header Metal at NPPs with VVER Reactors in the Nominal Operation Mode. Bulletin of MPEI. 2024;6:111—119. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2024-6-111-119
---
The work is executed using the Equipment of the Center for Collective Use «Complex of Modeling and Data Processing of Mega-class Research Facilities» NRC «Kurchatov Institute», http://ckp.nrcki.ru/
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
