Система контроля перемещений металлоконструкций реактора БН-600 Белоярской АЭС

Черных Д.О., Теличко М.Т., Бугаев А.И. (Филиал АО «Концерн Росэнергоатом» Белоярская АЭС, Заречный, Россия)

Введение

Для подтверждения результатов проектных расчетов напряженнодеформированного состояния реактора БН-600 и для получения информации о реальных температурных полях и действующих напряжениях, в период пусконаладочных работ корпус реактора был оснащен системой тензо- и термометрирования. Полученная с помощью системы тензо- и термометрирования информация использовалась в определении надежности корпуса реактора с точки зрения прочности. Уже на начальных этапах исследований было выявлено, что наиболее напряженными областями корпуса являются коническая крыша в зоне раздела газ-теплоноситель и опорный узел.

Большие температурные перепады в зоне раздела газ-теплоноситель приводят к изменению формы крыши, в результате чего проектные конструктивные зазоры между патрубками (промежуточных теплообменников главных циркуляционных насосов, элеватора) и верхняя неподвижная защита (ВНЗ) могут оказаться выбранными, что может повлиять на перегрузку тепловыделяющих сборок и функционирование механизмов управления и защиты реактора.

В 1996 году была разработана, изготовлена и введена в эксплуатацию система контроля перемещений металлоконструкций реактора.

Контроль перемещений металлоконструкций реактора в следующих зонах:

– на опорном поясе корпуса реактора в радиальном направлении;

– на конусной крыше;

– на элеваторе загрузки;

– на большой поворотной пробке;

– на защитном колпаке.

Размещение датчиков на реакторе БН-600 показано на рис. 1, 2.

Показания датчиков перемещений выведены в измерительно-вычислительную систему (ИВС). За ноль показаний датчиков по ИВС приняты показания при температуре натрия в режиме перегрузки.

Рис. 1 Схематичная конструкция реактора БН-600 и места постановки датчиков перемещения на корпусе и оборудовании реактора

Рис. 2. Места постановки датчиков перемещений  на корпусе и оборудовании реактора (вид сверху)

Контроль перемещений опорного пояса

Для контроля перемещений опорного кольца реактора на него установлены датчики. Опорное кольцо, воспринимающее нагрузку корпуса реактора, внутрикорпусных устройств и веса натрия, опирается на катковые опоры, установленных равномерно по его периметру. Датчики контролируют радиальные перемещения опорного. Корпус датчика крепится к стойке катковой опоры (рис. 3).

Подвижная часть датчика (шток) под воздействием пружины упирается термоизоляционным наконечником в опорное кольцо. Температурное расширение корпуса реактора (увеличение диаметра опорного кольца) или смещение корпуса в направлении к датчику приводит к увеличению показаний.

Эксплуатация датчиков перемещений на опорном поясе проводилась непрерывно с 1996 года по настоящее время. За время эксплуатации датчики показали высокую надежность и независимость от условий эксплуатации.

Рис. 3. Крепление датчиков контроля радиальных перемещений корпуса реактора  (опорного кольца) относительно катковых опор в шахте реактора)

Контроль перемещений элеватора загрузки

На горловине конусной крыши реактора смонтированы два наклонных элеватора загрузки?выгрузки. Корпус датчика через переходные втулки крепится непосредственно к болтам на фланце ВНЗ (рис. 4). Шток датчика направлен к центру отверстия фланца ВНЗ. Для отслеживания перемещений при смещении окружности патрубка элеватора в перпендикулярных ходу штока датчика направлениях, шток снабжен широким плоским наконечником.

Для постоянного контроля зазора между патрубком элеватора и ВНЗ разработана на ИВС программа расчета величины зазоров.

Рис. 4. Крепление датчиков контроля аксиальных перемещений  и зазора патрубка элеватора относительно фланца ВНЗ

Контроль перемещений поворотной пробки

Крыша корпуса реактора переходит в центральную горловину с силовым фланцем, к которому приварена опорная обечайка поворотной пробки (ППр). ППр с встроенной в нее центральной поворотной колонной (ЦПК) опирается на опорную обечайку центральной горловины через шаровые погоны. Температурные расширения корпуса реактора в аксиальном направлении при поднятии мощности реактора приводят к изменению положения ППр относительно активной зоны. В ЦПК расположены органы управления и защиты, контроль действительного положения которых важен для безопасной эксплуатации.

Через переходные втулки кронштейнов корпуса датчиков закреплены неподвижно относительно защитного колпака реактора, который крепится на ВНЗ (рис. 5). Шток датчиков направлен вниз и под действием пружины упирается в зубчатый венец ППр. Перемещение ППр вверх приводит к увеличению показаний датчиков. Используемая схема крепления позволяет контролировать аксиальные перемещения ППр относительно ВНЗ.

Рис. 5. Крепление датчиков контроля аксиальных перемещений поворотной пробки относительно колпака реактора

Датчики для контроля перемещений защитного колпака реактора относительно передаточного бокса позволяют привязать перемещения, контролируемые установленными на ВНЗ датчиками, к строительным конструкциям (рис. 6).

Рис. 6. Крепление датчиков контроля аксиальных перемещений колпака реактора относительно передаточного бокса

Аксиальные перемещения конусной крыши реактора и ВНЗ

Размещение датчиков для контроля аксиальных перемещений конусной крыши реактора и ВНЗ представлены на рис. 7.

Рис. 7. Крепление датчиков контроля перемещений конусной крыши и ВНЗ относительно строительных конструкций

Реостатный датчик перемещений

В качестве датчиков перемещений используются реостатные датчики. Устройство датчика перемещений показано на рис. 8. В корпусе 1 закреплена направляющая трубка 2, в которой располагается шток 3 с зубчатой рейкой 4. В зацепление с рейкой входит шестерня 5, закрепленная на валу потенциометра 6. Шток, снабженный наконечником 7, прижимаемый к металлоконструкциям пружиной 8. Для различных металлоконструкций применяются различные типы наконечников: заостренные – для гладких поверхностей, с шариком (роликом) – для скольжения по шероховатым поверхностям, с увеличенной плоской поверхностью при больших шероховатостях или недостатке опорной площади.

Материал корпуса датчика перемещений – нержавеющая сталь.

Характеристики датчиков перемещений

Датчики перемещений обладают следующими характеристиками:

• диапазон измеряемых перемещений, мм         100
• выходное напряжение (1 мм = 1 мВ), мВ    0–100
• условие работы датчиков перемещений    более 100 С

Заключение

Эксплуатация датчиков перемещений проводилась непрерывно с 1996 года по 2019 год. За время эксплуатации датчики показали следующие результаты

• высокая надежность;
• независимость от условий эксплуатации;
• отсутствие отказов в работе.

Анализ перемещения может быть использован для определения напряженнодеформированного состояния металлоконструкций реактора и оценки ресурса их эксплуатации.

Таким образом, эксплуатация датчиков в этот период позволила повысить надежность реакторной установки и определить возможный ресурс работы.

Список литературы

1. Исследование перемещений металлоконструкций реактора БН-600 за период работы блока с 1994 г. по 2001 г. Отчет о научно – исследовательской работе. – Заречный: БАЭС, 2001. – 31 с .
2. Сводные мероприятия по повышению безопасности блока №3 БАЭС. Протокол тех. совещания. – Заречный: БАЭС, 1990. – 14 с.
3. Инструкция по эксплуатации системы регистрации перемещений металлоконструкций энергоблока БН-600. Инструкция по эксплуатации:  ИЭ-ОИТПЭ-15. – Введ. 02.07.2018 – Заречный: БАЭС, 2018 – 19 с.