Назначение стенда ТКР и направления экспериментальных исследований

• Оценка возможности множественного разрыва топливных каналов в аварийных ситуациях применительно к конструкции действующих реакторов РБМК.
  
• Определение напряжений и деформаций в трубах, смещений элементов графитовой кладки, распределений давления и состава газовой смеси при ее распространении по зазорам кладки, полей температур кладки.
  
  

Результаты

       После серии подготовительных экспериментальных исследований в декабре 2004 года был проведен первый полномасштабный эксперимент с перегревом и разрывом аварийного канала в центре графитовой кладки, содержавшей 25 графитовых колонн с топливными каналами. Получены экспериментальные данные, характеризующие интегральные процессы и явления, сопровождающие разрыв ТК.
       В июне 2005 года проведен второй полномасштабный эксперимент с перегревом и разрывом центрального аварийного канала в графитовой кладке МРК. Эксперимент проведен в условиях, близких к наиболее опасным с точки зрения разрыва каналов, окружающих аварийный. Все каналы после разрыва аварийного и в течение всего времени истечения теплоносителя в графитовую кладку сохранили свою целостность. Экспериментально подтверждена невозможность множественного разрыва топливных каналов РБМК при аварии с перегревом и разрывом одного топливного канала.
       В октябре 2009 года проведен третий полномасштабный эксперимент с разрывом центрального ТК при номинальных параметрах теплоносителя (так называемое «хрупкое» разрушение). Для моделирования «хрупкого» разрушения ТК в центральную ячейку МРК была установлена канальная труба с предварительно нанесенным дефектом в виде утончения стенки трубы. Разрушения ТК, окружающих аварийный, не произошло и в этом эксперименте.

Картограмма остаточных деформаций кладки
после второго полномасштабного эксперимента

Назначение стенда ТКР-Ф и направления экспериментальных исследований

• Определение условий термомеханического разрыва канальной трубы с начальным дефектом и без него в различных вариантах стеснения деформаций и дополнительных механических воздействий.
  
• Определение параметров деформирования и разрушения графитовой кладки для различных схем разрушения канала.
  
• Отработка методики подготовки и осуществления аварийного разрыва центрального канала крупномасштабного стенда ТКР с заданными параметрами разрыва.
  
  

Результаты

      После выполнения программы комплексного опробования на стенде в декабре 2001 г. был проведен первый исследовательский эксперимент по термомеханическому разрыву модели топливного канала РБМК.
      В 2002 г. были проведены два эксперимента по термомеханическому разрыву модели канала с использованием двух разных конструкций термитного нагревателя. Затем отработка конструкции нагревателя была продолжена серией из шести экспериментов на стальной модели.
      В 2003 г. были проведены три эксперимента с различными конструкциями термитного нагревателя на стальной модели. Затем была проведена серия из пяти экспериментов на рабочем участке с тройником и разрывной мембраной для изучения вклада термитных нагревателей различной конструкции в динамику процессов вокруг канала после его разрыва. В июле 2003 г. был проведен эксперимент по термомеханическому разрыву модели канала РБМК с графитовыми кольцами твердого контакта в составе графитовой колонны, нагретой предварительно внешним нагревателем до 600 °С (условия РБМК). В сентябре 2003 г. проведен один эксперимент по термомеханическому разрыву модели канала с графитовыми кольцами в «холодной» (300 °С) графитовой колонне, разогретой только паром (условия стенда ТКР). Разрыва не произошло из-за больших теплопотерь от канала к графиту колонны через кольца. В ноябре 2003 г. был проведен эксперимент по разрыву канала, в котором для уменьшения тепловых потерь в зоне размещения термитного нагревателя были установлены кольца из теплоизолирующего материала. Разрыв удалось получить и его вид близок к виду разрыва, полученного на канале в разогретой до 600 °С колонне.
      В 2009 году были проведены три эксперимента по разрыву макетов ТК с предварительно нанесенными дефектами. Разрыв осуществлялся при номинальных параметрах теплоносителя. Эксперименты проводились для подтверждения правильности расчетных оценок и выбора геометрии дефекта для рационализации затем «хрупкого» разрушения в условиях полномасштабного стенда ТКР.

Назначение стенда ТКР-Ф и направления экспериментальных исследований

• Исследование воздействия пара, истекающего из разрыва ТК на фрагмент графитовой кладки;
  
• Исследование процесса распространения пароводяной смеси в узких щелях с учетом эффектов охлаждения, смачивания и фазовых переходов;
  
• Исследование процессов теплообмена и парообразования в щелях графитовой кладки при истечении теплоносителя.
  
  

Результаты

       В 2003 г. была проведена серия экспериментов с разрывными мембранами и получена зависимость усилия воздействия пара на графитовые блоки от давления и расхода пара, размеров щелей и температуры графита.
       В 2004 г. проведены экспериментальные исследования влияния расхода и паросодержания теплоносителя, размеров щелей и температуры графита на величину гидравлических потерь давления в щелях между графитовыми блоками. В процессе проведения экспериментов были выбраны средства и разработаны способы установки датчиков и отработаны методики измерения параметров теплоносителя в щелях графитовой кладки. Полученные результаты были использованы при подготовке и проведении полномасштабного эксперимента на стенде ТКР.

Назначение стенда ТКР-М и направления экспериментальных исследований

• Исследование статического и динамического изгиба пакета канальных труб в графитовой кладке при действии поперечных и продольных нагрузок разной величины и местоположения;
  
• Изучение процессов передачи механических возмущений в ряду колонн с канальными трубами, получение эффективных характеристик жесткости среды;
  
• Исследование соударений графитовых блоков при динамических воздействиях и влияния трения между блоками на форму изгиба и податливость колонны;
  
• Получение данных для проектирования имитатора механического сопротивления отсутствующей части кладки реактора для стенда ТКР.

Результаты

       В 2003 г. на стенде ТКР-М были выполнены следующие экспериментальные исследования:

• эксперименты по изучению характеристик деформирования одиночной колонны и ТК без моделей графитовых блоков под воздействием статических и динамических нагрузок;
  
• эксперименты по изучению деформирования системы из двух колонн под воздействием статических и динамических нагрузок;
  
• эксперименты по выявлению зависимости характера деформирования группы из двух или трёх ТК в имитаторах графитовых блоков от величины приложенной статической осевой нагрузки на модели ТК;
  
• В 2005–2006 гг. выполнена модернизация стенда и проведена серия экспериментов, направленных на моделирование процессов и явлений, характерных для кладки РБМК после длительной эксплуатации.

       Результаты проведенных в 2001–2005 гг. на комплексе стендов ТКР исследований были представлены и одобрены на заседании НТС концерна «Росэнергоатом» 11.10.2006 г. НТС рекомендовал, в частности, дальнейшее проведение исследований по следующим направлениям и проблемам:

• исследования процесса разрыва на номинальной мощности одиночного ТК из-за дефекта канальной трубы и влияние такого разрыва на вероятность множественного разрыва ТК;
• влияние изменений в процессе эксплуатации энергоблока механических свойств и геометрии элементов кладки и труб ТК на возможность возникновения МРТК;
• исследования процессов распухания и растрескивания графитовых блоков и существенных деформаций кладки под воздействием флюенса нейтронов, и влияния этих процессов на вероятность возникновения МРТК в «стареющей» кладке;
• исследования аварий с осушением групп топливных каналов.

       Полномасштабный эксперимент 2009 года выполнялся в соответствии с данными рекомендациями.
       В 2010 г. начата подготовка к проведению на полномасштабном стенде ТКР экспериментальных исследований последствий заклинивания телескопического соединения тракта (ТСТ) трубы канала графитовой колонны РБМК. Эксперименты планируется провести в 2011–2012 годах. Результаты данных исследований позволят повысить точность прогноза опасности заклинивания ТСТ графитовой колонны РБМК и разработать рекомендации для персонала АЭС при обнаружении заклинивания ТСТ.