乏燃料运输容器事故工况密封分析研究

目的 为防止放射性物质泄漏,要求乏燃料运输容器在事故工况下保证容器的密封。通过对乏燃料运输容器比例容器事故工况密封分析研究,为乏燃料运输容器密封分析提供依据。方法 为验证假想事故工况乏燃料运输容器的密封性,采用LS-DYNA分析软件,开展乏燃料运输容器比例容器9 m跌落分析,提取密封螺栓跌落过程中的载荷时程和密封面分离量,并在比例容器跌落试验后开展气密性能试验。结果 跌落分析结果表明,比例容器内、外盖在跌落过程中,密封螺栓应力满足限值要求;内、外盖密封面最大分离量小于密封结构有效回弹量。同时跌落后容器的气密性检查试验结果表明其密封性能良好。结论 乏燃料运输容器比例容器的跌落密封分析和气密性试验结果表明,在事故工况下乏燃料运输容器货包能够保证密封要求,该分析方法可用于乏燃料运输容器事故工况的密封分析。     

事故工况下乏燃料运输容器跌落分析

目的验证乏燃料运输容器本体、内外盖、吊篮和螺栓及其运输包装设计,在事故工况中以最危险角度从9 m高度自由跌落至水平的刚性地面过程中,是否满足GB 11806《放射性物质安全运输规定》的规范要求。方法采用LS-DYNA进行有限元仿真模拟跌落过程以代替跌落试验,开展乏燃料运输容器9 m自由跌落冲击分析,并根据ASME规范第III卷规定的应力限值对容器本体、内外盖、吊篮和螺栓进行应力校核。结果应力校核结果显示,乏燃料运输容器本体、内外盖、吊篮和螺栓满足设计强度要求。结论该乏燃料运输容器本体、内外盖、吊篮和螺栓及其运输包装设计满足GB 11806规范要求。     

乏燃料运输容器延寿评价方法研究

目的 国内首批制造的乏燃料运输容器已到寿期,而此前国内没有对该类容器进行延寿审批的先例,为确保延寿的容器仍满足法规标准要求,给出了研究乏燃料运输容器延寿的评价方法和实例。方法容器设计寿命延长评价分为针对该型号容器的评价和针对每台容器的评价,上述2方面均满足要求时,证明延寿的容器能保证安全。结果 经试验和评价,此批容器满足要求,容器寿命延长安全可行。另外,为本次容器延寿设计了力学试验,并对此进行理论分析,分析结果与试验结果相吻合。结论 提供了行之有效的对小型乏燃料运输容器进行延寿评价的方法,以本研究提供的方法为主线,加上对大型容器特有功能材料和重要结构的寿命评价,可为大型商用核电站乏燃料运输容器延寿评价提供重要参考。     

压水堆24P乏燃料运输容器热工安全分析研究

目的 本研究对压水堆24P乏燃料运输容器开展热工分析,以确保其设计满足安全分析的要求并为其装载操作提供合理的时间窗口。方法 本文采用计算流体力学软件对乏燃料运输容器在装载工况、正常运输工况和事故工况下受热情况开展三维分析,得出了不同工况下各部件的最高温度和容器内腔水的沸腾时间随衰变热功率和水池初始温度的变化,为乏燃料组件装载操作时间窗口的确定提供了依据。结果 分析结果显示:采用氮气排水之后,在真空干燥约34.37 h时乏燃料组件最高温度达到400 ℃,如因异常工况导致真空干燥无法完成,则需在该时间窗口前完成氦气回填操作,以保证组件温度在安全限值以内。在正常运输工况和事故工况下,容器主要结构部件的温度均在部件安全温度限值以内;在事故工况下,乏燃料组件温度约在事故后22 h达到最大值379.7 ℃,满足法规要求。结论 本文的分析为后续乏燃料运输容器热工分析和装载操作提供参考。     

乏燃料运输容器减震器应用及研究现状

目的 了解国内外乏燃料运输容器减震器的成熟结构形式,分析应用技术的主要特点,整理现有减震器缓冲材料的材料特性和研究现状,为国内减震器设计发展提供一定参考。方法 综述国内外代表性乏燃料运输容器的减震器应用现状,分析现有缓冲材料的优缺点和结构设计方面的注意事项。结果 目前,国内外乏燃料运输容器多采用木材填充的壳式减震器,在填充材料方面,聚氨酯泡沫、蜂窝铝等工程材料也有应用,此外泡沫铝、碳泡沫、双向瓦楞蜂窝铝等新型材料也被研究用作减震器缓冲材料。结论 建议继续增加对新型缓冲材料以及对减震器结构设计的研究,以满足未来国内大型乏燃料运输容器的应用需要,同时建议注重减震器产品的适配性和兼容性,开发系列化产品。     

某核电厂乏燃料池过滤器滤芯屏蔽运输容器跌落分析

目的 要求某核电厂乏燃料池净化系统过滤器滤芯专用屏蔽运输容器在运输事故条件下具有安全性和完整性。方法 使用ANSYS和LS-PrePost软件的前处理功能建立屏蔽运输容器的有限元模型,计算容器运输事故工况不同跌落姿态下的应变、变形等,并对容器结构完整性进行评价。结果 对比分析14种跌落姿态下的应变、变形等,得出底部45°角跌落A和底部70°角跌落A的情况下,外层筒体最大塑性应变大于材料失效塑性应变0.45,其余部件最大塑性应变小于材料失效塑性应变。结论 由于筒体为双层结构,外侧局部失效不影响容器结构完整性,因此在事故条件下屏蔽运输容器的快速扳手不打开,内容物不会散落,密封面仍能保持紧密接触,从而实现密封功能。     

大型乏燃料运输容器球墨铸铁材料断裂韧性统计分析研究

目的 研究大型乏燃料运输容器用球墨铸铁材料的断裂韧性,进而给出工程应用中评价断裂韧性的建议。方法 通过对顶部和套料试样进行断裂韧性测试,获得不同位置试样的断裂韧性数据。分别采用双参数威布尔分布和正态分布进行统计分析,验证2种分布方法在断裂韧性测试中的适用性,分析大断面球墨铸铁低温断裂韧性对材料参数预期指标的满足情况。结果 大型乏燃料运输容器用球墨铸铁材料断裂韧性数据满足威布尔分布及正态分布的要求,国产容器的断裂韧性均远高于各国际标准。结论 完成了首次国产大型乏燃料运输容器用球墨铸铁筒体铸件材料低温断裂韧性分析评价,系统地掌握了断裂韧性情况,为容器结构设计、材料选择、失效模式分析和缺陷评定提供了依据。     

乏燃料转运容器厂房内跌落完整性评估

目的 乏燃料转运容器在厂房内吊装时可能高空跌落,致使包容边界破损;由于存在楼板被跌穿引发二次跌落的风险,其完整性评估需合理考虑一次跌落的累计塑性应变和剩余动能的影响,为此开展乏燃料转运容器厂房内跌落完整性评估研究。方法 以核电厂燃料厂房吊装跌落事故为例,通过ANSYS/LS-DYNA构建有限元模型,考虑靶面楼板钢筋混凝土损伤,进行一次跌落动力学仿真,并将一次跌落累计塑性应变和剩余动能作为二次跌落初始条件开展仿真,最后根据二次跌落结果设计减振层,并完成仿真和评估。结果 一次跌落包容边界完整,但楼板被跌穿;二次跌落因剩余动能大,在二次跌落靶面楼板设置垫木减振后,包容边界才满足完整性要求。结论 此研究可验证乏燃料转运容器厂房内跌落的完整性,为相关安全审查和类似设备跌落事故分析提供参考。     

燃料运输容器跌落姿态分析技术

目的总结燃料运输容器跌落分析流程,设计合理的姿态分析方案,通过分析使燃料运输容器设计满足GB 11806规定的跌落试验要求。方法使用动力有限元方法对新燃料运输容器进行多姿态多工况的跌落分析,并根据试验结果对分析结果进行验证,将分析和试验经验总结成完整的分析流程。结果通过分析,新燃料运输容器在正常运输条件下的最不利跌落姿态为9°小角度跌落,该工况下容器外壳最大变形量为49 mm。事故运输条件下最不利跌落姿态为正向垂直跌落,燃料组件最大冲击力为1.78 MN。结合分析和试验结果总结了容器最不利跌落姿态的分析流程和技术要点。结论结合分析和试验结果,得到了新燃料运输容器各跌落试验的最不利跌落姿态,并总结了燃料运输容器跌落分析的通用流程。     

乏燃料运输容器中子屏蔽层等效导热性能研究

目的 乏燃料组件运输容器具有防止临界、包容、屏蔽、导出衰变热等功能。为了更好地分析乏燃料运输容器中子屏蔽层的导热性能,针对某型号乏燃料组件运输容器开展中子屏蔽层等效导热性能研究。方法 采用三维计算流体力学软件,分别分析了正常运输工况和事故工况下不同换热鳍片对中子屏蔽层轴向和径向等效导热系数和圆环内部温度的影响。结果 采用导热性能良好的散热鳍片可以有效提升中子屏蔽层的导热能力;对于轴向和径向导热,采用铜鳍片时,等效导热系数约是采用碳钢鳍片时的6倍,是采用304不锈钢鳍片时的10~13倍;由于所研究的运输容器内径较小,通过面积加权平均法计算的等效导热系数高于数值计算方法,相对误差约为17%;不同散热鳍片情况下,火烧30 min后屏蔽材料内表面温度差异不大。结论 分析结果对后续乏燃料运输容器设计和热工安全分析可提供指导。     

乏燃料贮运容器在火烧工况下的数值研究

目的 乏燃料贮运容器具有灵活性、功能多样性和固有安全性等优点。为保护人员和环境安全,容器需遵循严格的设计标准以满足相关规范,其中热评价是对容器和乏燃料在各种极端条件下是否会发生泄漏或损坏作出评价的重要步骤。需对容器在正常运输和火烧工况下进行热分析,防止容器各部件和内容物超温损坏。方法 基于计算流体力学软件ANSYS Fluent,选取火烧工况对贮运容器进行计算,详细介绍计算中使用的假设与边界条件,并进行网格无关性分析。结果 计算结果显示,火烧工况燃料包壳达到的最高温度为343.6 ℃,γ屏蔽层最高温度为243.4 ℃,乏燃料中心温度和容器各部位的最高温度未超过温度限值。结论 计算结果满足相关规范要求,可为设计提供参考。     

高燃耗乏燃料组件运输期间的限制准则研究

目的 研究运输期间乏燃料组件包壳温度变化幅度的影响因素,以确定乏燃料运输容器装载高燃耗组件的热负荷与装载位置是否存在限制。方法 将乏燃料运输容器的径向传热简化为具有内热源的圆柱体导热问题,开展理论分析,并使用CFX软件开展三维温度场分析,进一步证明理论分析的结论。结果 高温工况和低温工况下大气环境温度的差值、太阳曝晒与热负荷随时间的衰减是包壳温度变化的主要原因,高温工况与低温工况热负荷的偏差引入的容器温度梯度差值,被容器选用的材料和乏燃料组件热导率随温度升高而变大以及热辐射随温度升高而增强的效应抵消。容器外表面温度的变化幅度基本决定包壳温度的变化幅度,前者与容器外表面的发射率和太阳辐射吸收比的组合有关,有可能超过100℃,因此必须对装载高燃耗组件的运输容器是否满足包壳温度变化限制准则进行分析论证。结论 容器外表面的发射率应尽可能高,太阳辐射吸收比应尽可能低,在恰当的组合下,可以保证任意热负荷和任意装载方案下包壳温度变化幅度满足包壳温度变化限制准则,从而无需在技术规格书中对装载高燃耗组件的热负荷和装载方案提出限制,保证了装载的灵活性。     

新燃料运输容器运输多根小型组件的跌落分析

目的 通过跌落分析,确认STC容器可用于运输多根小型组件。方法 设计一个可装载多根小型组件的运输内胆,并从外形尺寸、质量、安装方式、重心位置等维度对内胆组件和新燃料组件进行比较,从而明确运输多根小型组件时STC容器的跌落姿态——与运输新燃料组件时一致。最后,比较STC容器在装载2种组件时的跌落分析。结果 跌落分析表明,在各种工况下的跌落中,相较于运输新燃料组件,STC容器运输多根小型组件的变形量要小。结论 通过内容物比对和跌落分析,证明了STC容器不仅可用于运输新燃料组件,还可以用于运输多根小型组件。该运输方案满足了跌落验收标准,确保了容器在各工况下跌落的闭合状态,从而提高了设计效率,节约了研制成本。     

Dual boundary element analysis of closed cracks

A two-dimensional boundary element method for analysis of closed or partially closed cracks under normal and frictional forces is developed. The single domain dual formulation is used. As a contact problem is non-linear due to the friction phenomena at the crack interface and also because of the boundary conditions which may change during the loading, it is formulated in an incremental and iterative fashion. The stress intensity factors are calculated with the J-integral method. Also crack growth is considered. Several benchmark cases have been analysed to verify the results given by the method. The stress intensity factors and crack paths calculated are similar to those given in the literature. © 1997 John Wiley & Sons, Ltd.     

乏燃料贮存格架在组件跌落事故中的冲击分析

为解决乏燃料贮存格架在组件跌落事故中的冲击分析问题,对ANSYSLS-DYNA程序在弹塑性条件下的冲击分析功能进行开发,并运用于300 MW压水堆核电厂乏燃料贮存格架受乏燃料组件撞击的仿真分析中,采用应变失效和变形失效的方法对乏燃料贮存格架进行安全评定,证明现有的设计满足安全要求。所应用的弹塑性冲击分析方法,以及对乏燃料贮存格架评定的方法同样适用于其它核电设备。