Определение параметров формоизменения отработавших ТВС ВВЭР-1000 по результатам стендовых измерений

В процессе эксплуатации в условиях активной зоны реактора ВВЭР-1000 происходит изменение геометрических параметров тепловыделяющих сборок (ТВС). Увеличивается размер «под ключ» дистанционирующих решеток (ДР), изменяется длина твэлов, направляющих каналов (НК) и каркасных уголков, появляются изгибные деформации и деформации скручивания. Изменения формы и размеров тепловыделяющих сборок, достигнув предельных значений, могут стать ограничивающим фактором работоспособности и эксплуатации ядерного реактора.

Целью работы является анализ результатов послереакторных исследований по изучению формоизменения ТВС ВВЭР-1000 с жесткими каркасами.

На реакторах ВВЭР-1000 эксплуатируются два основных типа ТВС с жестким каркасом: ТВСА и ТВС-2.

В основном на реакторах эксплуатируется ТВСА [3], который состоит из пучка твэлов, головки и хвостовика. Каркас ТВСА образован 6-ю «узкими» каркасными уголками, 15-ю дистанционирующими решётками, 18-ю направляющими каналами и центральной трубой.

Методика измерений [2] предназначена для определения геометрических размеров и формоизменений шестигранных отработавших ТВС ядерного реактора типа ВВЭР-1000.

В данной методике определяются следующие критические параметры ТВС:

1)  размер «под ключ»;

2)  прогиб (изгиб) ТВС и его направление;

3)  угол скручивания ТВС.

В методике используется контактный метод измерения реальных размеров обода дистанционирующих решеток с помощью трех пар индуктивных преобразователей типа «магнитная линейка» в комплекте с измерительно-вычислительным блоком.

Угол скручивания рассчитывают для каждой дистанционирующей решетки путем определения угла поворота j всех граней относительно первой решетки ТВС по формуле:

,                                 (1)

,                                                              (2)

где: L – расстояние между двумя крайними датчиками на грани ДР, мм;

x_1, x₃, x₄, x₆ – показания соответствующего датчика, мм; Е – номер пары граней; j_i – угол скручивания i-ой ДР; j₁ – угол скручивания 1-ой ДР.

Размер «под ключ» рассчитывается по паре взаимно противоположных датчиков D^ij:

,                  (3)

где: x_i – показание i-ого датчика, мм; x_j – показание j-ого датчика, мм;

i – номера левых датчиков, i=1-3; j – номера правых датчиков, j=4-6.

Для расчета прогиба ТВС введем следующие обозначения:

m – номер измерения [1…N]; E = [2-5, 6-3, 1-4] – номер пары граней; Y – координата датчика, мм.

Проекции прогиба оси ТВС в направлении данной пары граней  для датчиков Д1-Д3:

,                                                       (4)

а для датчиков Д4-Д6:

,                                                             (5)

При усреднении по шести датчикам получаем искомую формулу:

,                                                                          (6)

,                                                                                        (7)

Тогда, модуль вектора отклонений оси ТВС:

,                                                                                      (8)

Погрешность измерения размера под «ключ» не превышает 7 мкм. Погрешность измерения угла скручивания в диапазоне j = (0,5-5) равна Dj = (0,53–1,76)%. Погрешность измерения прогиба не превышает 26 мкм.

По результатам стендовых измерений был выполнена обработка данных по ТВСА №ЕД0255, отработавшей до выгорания топлива 63 МВт·сут/кгU. На рисунках 1–3 показаны изменения геометрических параметров по высоте для ТВСА.

Рисунок 1. Размер «под ключ» по парам граней 2-5 ТВСА

Рисунок 2. Модуль прогиба ТВСА

Рисунок 3. Угол скручивания ТВСА

Стрела прогиба ТВСА составила 6,5 мм, форма прогиба S-образная, скручивание ~1^о. Размер «под ключ» не превышает предельно допустимое значение 235,1 мм.

По результатам обработки для ТВСА на всех ДР имеет место изменение размера «под ключ» в пределах измеряемого по ободу участка, при этом наибольшее изменение наблюдается в верхней части ТВС. Изменение размера «под ключ» на ободе свидетельствует о депланации (прогибе поля ячеек) ДР.