РД 24.035.05-89 Методические указания. Тепловой и гидравлический расчет теплообменного оборудования АЭС

     6.1. Виды теплогидравлической неустойчивости парогенераторов

6.1.1. Неустойчивые режимы в испарительных элементах могут вызвать их повреждения в результате перегрева металла труб, возникновения переменных температурных напряжений, а также выброса пароводяной смеси в выходной коллектор.

6.1.2. Различают общесистемную и локальную неустойчивость. При общесистемной неустойчивости режим работы системы с пульсациями расхода наблюдается в контуре в целом. При одном из видов локальной неустойчивости - межканальной - возникают режимы работы парогенератора с пульсациями расхода нагреваемой среды в отдельных каналах или со значительной разверкой расходов по параллельным каналам. При этом суммарный расход нагреваемой среды и перепад давления в парогенераторе сохраняются практически неизменными.

6.1.3. Пульсации параметров, возникающие во время переходного процесса при резких колебаниях расхода греющего теплоносителя, нагреваемой среды и давления в контуре, прекращаются при устранении возмущения, если элемент работает в области устойчивости. Общесистемная неустойчивость системы насос-трубопровод-теплообменники-система авторегулирования устраняется изменением параметров системы регулирования и в результате проведения конструктивных мероприятий.

Неустойчивость, возникающая в нерегулируемых системах (например, в таких, как контур естественной циркуляции), устраняется путем выбора соответствующих режимных и конструктивных решений.

6.1.4. В зависимости от метода определения границ возникновения отдельных видов неустойчивости условно различают статическую и динамическую неустойчивость.

Статическая неустойчивость может быть предсказана на основе анализа стационарных процессов.

Один из видов статической неустойчивости обусловлен многозначностью теплогидравлических характеристик парогенерирующих каналов (зависимости перепада давления от расхода рабочей среды), представленных на черт.8, когда одному значению перепада давления в канале соответствует несколько расходов рабочей среды.

Гидравлические характеристики испарительных элементов

1 - однозначная; 2 - многозначная

     
Черт.8

Другой рассматриваемый в настоящих РД вид статической неустойчивости связан с наличием в парогенераторах с противоточной схемой движения теплоносителя и рабочего тела балластной зоны, т.е. зоны с малыми температурными напорами.

При динамической неустойчивости проявляется влияние инерционных сил и обратных связей. В этом случае знание законов стационарных явлений становится недостаточным.

Одним из видов динамической неустойчивости является межканальная колебательная неустойчивость потока рабочей среды в параллельно включенных парогенерирующих элементах.

6.1.5. По реакции системы при переходе в область неустойчивости различают апериодический и колебательный виды неустойчивости.

При попадании в область апериодической неустойчивости система переходит (скачком или в течение определенного промежутка времени) в новое состояние. Так, при межканальной статической неустойчивости, связанной с многозначностью теплогидравлических характеристик канала, возможно перераспределение расходов между отдельными каналами.

При попадании в область колебательной неустойчивости возникают незатухающие во времени пульсации параметров рабочей среды. При межканальной колебательной неустойчивости потока рабочей среды наблюдаются низкочастотные пульсации расходов в параллельных каналах при поддержании практически постоянным и общего расхода и перепада давления в системе, при этом период колебаний расхода рабочей среды пропорционален времени прохода потока от начала участка обогрева до выходного коллектора.

6.1.6. Анализ теплогидравлической неустойчивости проводится с целью выявления возможности ее возникновения в разрабатываемой конструкции парогенератора и принятия мер, способствующих стабилизации потока. При этом следует учитывать тепловые и гидравлические нетождественности отдельных элементов, а также распределение теплового потока по длине канала.

6.1.7. Для повышения устойчивости работы испарительных каналов рекомендуются изменения как конструктивных, так и режимных параметров (дросселирование на входе, увеличение диаметра парогенерирующего канала по ходу рабочей среды, установка дыхательных и промежуточных коллекторов, увеличение массовых скоростей и давлений, уменьшение удельных тепловых потоков и т.д.), которые выбираются в зависимости от специфических особенностей системы.

6.1.8. На различных этапах проектирования парогенератора допускается использование различных методов определения границ устойчивости. Путем прямого решения нелинейной системы уравнений динамики потока с соответствующими граничными условиями и замыкающими зависимостями (с учетом экспериментальных данных) принципиально можно найти граничные значения параметров, определяющих возникновение отдельных видов неустойчивости.

Методом построения годографа по линеаризованным уравнениям динамики и приближенным номограммным методом определяются границы межканальной колебательной неустойчивости.

Статическая неустойчивость, связанная с многозначностью теплогидравлических характеристик, выявляется путем их построения. Этим же способом можно оценить вероятный уровень теплогидравлических разверок в параллельных каналах, связанный с недостаточной крутизной однозначных (монотонных) характеристик. Такие разверки могут привести к изменению температурного режима теплообменных труб и отклонению параметров нагреваемой среды на выходе из разверенного элемента. Для противоточных парогенераторов при частичных нагрузках проверяется критерий устойчивости балластной зоны (зоны малых температурных напоров).

6.1.9. Для определения границы области общеконтурной устойчивости потока в контурах естественной циркуляции с низкими выходными массовыми паросодержаниями (-0,050,15) рекомендуется использовать метод построения годографа по линеаризованным уравнениям динамики.

При низких давлениях в контуре (до 5 МПа) необходимо учитывать эффект самоиспарения рабочей среды в пределах тягового участка.