Регистрация / Вход
Прислать материал

14.578.21.0067

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.578.21.0067
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ"
Название доклада
Разработка методов, экспериментальных измерительных средств и опытных образцов систем для производственного и эксплуатационного контроля качества тепловыделяющих элементов и сборок ядерных реакторов нового поколения с перспективными видами ядерного топлива
Докладчик
Кудрявцев Евгений Михайлович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Разработка и создание экспериментальных систем контроля качества тепловыделяющих элементов (твэл) и тепловыделяющих сборок (ТВС) при их производстве и эксплуатации для повышения надёжности, экологичности и экономической эффективности ядерных реакторов нового поколения с перспективными видами ядерного топлива, в том числе для реакторов на быстрых нейтронах.
Основными задачами ПНИ являются:
создание методического и инструментального обеспечения гарантии качества новых типов твэлов, тепловыделяющих сборок (ТВС) с перспективными видами ядерного топлива и элементов конструкции ядерного реактора для повышения его надёжности и эффективности;
создание экспериментальных образцов средств контроля элементов конструкций и характеристик перспективных видов твэлов и ТВС ядерных энергетических установок в производственных и эксплуатационных условиях;
разработка проекта технического задания на создание малой серии опытных образцов установок для контроля элементов конструкций и характеристик перспективных видов твэлов и тепловыделяющих сборок (ТВС) ядерно-энергетических установок в производственных и эксплуатационных условиях.
Актуальность и новизна исследования
Безопасность ядерных энергетических установок обеспечивается, прежде всего, надёжностью защитных барьеров безопасности, к которым относятся ядерное топливо и оболочка твэлов. Последние способны выполнять функции барьеров безопасности только в случае высокого качества, надёжности и отсутствия дефектности. Эти характеристики закладываются не только на этапе проектных разработок топлива, но обеспечиваются контролем в процессе производства и выходным контролем продукции. Это весьма дорогостоящая компонента технологического цикла топлива.
В связи с перспективами использования в реакторах нового типа топлива, содержащего плутоний и другие высокоактивные элементы, особуюактуальность приобретает направление, связанное с разработкой методов и экспериментальных средств для промышленного и эксплуатационного автоматизированного контроля качества твэлов и тепловыделяющих сборок (ТВС). Применение автоматизированных контрольно-измерительных и управляющих комплексов при фабрикации топлива, прежде всего, должно обеспечить радиационную безопасность производственного персонала. Автоматизированный производственный контроль должен исключить и, так называемый, «человеческий фактор» при интерпретации результатов контроля. Это, в свою очередь, позволит обеспечить повышение качества выпускаемой продукции и, следовательно, надёжность и безопасность новых ядерных энергетических установок.
Безопасность и надёжность в совокупности с экономической эффективностью являются приоритетами будущей масштабной ядерной энергетики. Эти факторы обеспечат повышение конкурентоспособности российского ядерного топлива на мировых рынках и экспортного потенциала российской атомной промышленности.
Описание исследования

В ходе выполнения ПНИ разработаны следующие методики контроля следующих служебных характеристик твэлов и ТВС, а также конструктивных элементов ядерных энергетических установок в производственных и эксплуатационных условиях:

  • параметров газовой среды – давление и чистоту гелия, в твэлах при их производстве;
  • коррозионных повреждений оболочки твэлов;
  • искривлений и скручиваний ТВС;
  • герметичности твэлов в ТВС;
  • наминов главного разъёма реакторов типа ВВЭР.

Известные методики и средства контроля указанных характеристик твэлов и ТВС имеют ряд недостатков, что накладывает ограничения на их применимость в производственных и эксплуатационных условиях для обеспечения реализации концепции «нулевого отказа», принятой в атомной промышленности. В частности, недостаточно высокая точность и предельная чувствительность при измерении контролируемых параметров (давление и чистота гелия в твэлах), возможность проведения контроля только при определённых ограниченных условиях (контроль герметичности твэлов только до исчерпания зазора между топливом и оболочкой в твэлах, выявление коррозионных повреждений на внутренней стороне оболочек твэлов только разрушающими методами, оценка формоизменения ТВС при эксплуатации только в условиях горячих камер), ограниченный набор выявляемых отклонений и повреждений (не выявляются трещины, задиры, отслоения металла и других дефекты главного разъёма реактора).

В качестве основного направления исследований были выбраны акустические методы исследования и контроля материалов и изделий. На их основе предложены способы контроля твэлов в производственных и эксплуатационных условиях, включая контроль давления и чистоту гелия, контроль герметичности твэлов в составе ТВС для любых стадий их эксплуатации, контроль коррозионных повреждений оболочек в условиях горячих камер. Предложен разностно-импульсный ультразвуковой способ контроля формоизменения ТВС, позволяющий проводить измерения прогибов и скручиваний ТВС на стендах инспекции и ремонта АЭС.

Методики основаны на возбуждении и регистрации локальных резонансных колебаний оболочек твэл в различных частотных диапазонах, выделения информативных параметров этих колебаний – значений резонансных частот и добротности резонансных пиков, по которым с помощью градуировочных зависимостей определяются параметров газовой среды характеристики твэлов.

Методика контроля искривлений и скручиваний ТВС основана на разработанной модификации ультразвукового эхо-импульсного метода с использованием частот в диапазоне от 2 до 5 МГц. В результате обеспечена возможность определять величину прогибов ТВС, их направление, а также общий угол скручивания кассет на стендах инспекции и ремонта АЭС.

Методика контроля герметичности твэлов в составе ТВС, основана на возбуждении и регистрации резонансных колебаний сложной колебательной системы – снаряжённый твэл, в низкочастотной области, выделения информативных параметров этих колебаний – значений усреднённой добротности резонансных пиков, по которым делается заключение «герметичен» или «негерметичен» твэл.

Для контроля технического состояния главного разъёма реакторов типа ВВЭР предложен и обоснован оптический способ, обеспечивающий выявление не только зон пластической деформации металла, но и всех поверхностных дефектов канавок главного разъёма реакторов.

Разработанные в ходе выполнения проекта методики и средства их реализации обладают научной новизной, заключающейся в том, что в отличие от известных методов и средств контроля позволяют проводить измерения контролируемых параметров твэлов и ТВС неразрушающими способами с повышенной точностью, на всех стадиях эксплуатации ТВС, в том числе при исчерпании зазора топливо-оболочка в твэлах.

В установленном порядке обеспечена охрана разработанных методик в режиме коммерческой тайны:

1. Режим «коммерческая тайна» «Методика контроля параметров газовой среды в твэлах при их производстве» (Приказ НИЯУМИФИ от 25.06.2015 г. № 176/5-3. Об отнесении информации к коммерческой тайне университета);

2. Режим «коммерческая тайна» «Методика контроля коррозионных повреждений оболочки твэлов». (Приказ НИЯУ МИФИ от 25.06.2015 г. № 176/9-3. Об отнесении информации к коммерческой тайне университета);

3. Режим «коммерческая тайна» «Методика контроля искривлений и скручиваний ТВС» (Приказ НИЯУ МИФИ от 26.11.2015 г. № 330/12-3. Об отнесении информации к коммерческой тайне университета);

4. Режим «коммерческая тайна» «Методика контроля герметичности твэлов в ТВС». (Приказ НИЯУ МИФИ от 26.11.2015 г. № 330/13-3. Об отнесении информации к коммерческой тайне университета).

Результаты исследования

Разработаны и изготовлены методики и экспериментальные образцы информационно-измерительных систем (ИИС), составляющие основу автоматизированной промышленной и эксплуатационной системы неразрушающего контроля комплекса технических характеристик твэлов при их производстве и ТВС непосредственно в эксплуатационных условий во время планово-предупредительных работ на действующих и перспективных АЭС.

Разработанные методики и экспериментальные ИИС предназначены для определения следующих служебных характеристик твэлов и ТВС:

- параметров газовой среды в твэлах при их производстве;

- герметичности твэлов в составе ТВС в условиях АЭС на стендах инспекции и ремонта для любых сроков их эксплуатации;

- геометрических характеристики ТВС, включая прогибы и скручивания;

- толщины оболочки твэлов, включая участки коррозионных повреждений;

- величины зон пластического деформирования металла (наминов) главного разъёма реакторных установок типа ВВЭР.

Разработанные методики и экспериментальные ИИС обеспечивают определение:

- давления гелия в твэлах в диапазоне 0,5-0,7 МПа с погрешностью не более 0,05 МПа;

- давления гелия в твэлах в диапазоне 1,8-2,5 МПа с погрешностью не более 0,05 МПа;

- чистоту гелия в твэлах в диапазоне 98-100% гелия с погрешностью не более 0,3 %;

- чистоту гелия в твэлах реакторов типа БН в диапазоне 94-100% гелия с погрешностью не более 2 %;

- толщина оболочки по длине твэлов, включая участки коррозионных повреждений, с погрешностью не более 2 мкм;

- определение разгерметизации твэлов в составе ТВС на стендах инспекции и ремонта для всех стадий их эксплуатации с достоверностью не менее 95%;

- прогибы ТВС в условиях АЭС на стендах инспекции и ремонта с погрешностью не более 1 мм;

- скручивание ТВС в условиях АЭС на стендах инспекции и ремонта с погрешностью не более 2 град.;

- величину зон пластического деформирования металла главного разъёма реакторных установок (наминов) с погрешностью не более 5% от площади уплотнительной канавки разъёма.

В результате выполнения ПНИ разработаны:

- методики неразрушающего контроля служебных характеристик перспективных твэлов и ТВС в производственных и эксплуатационных условиях, а также элементов конструкции корпуса ядерных энергетических установок;

- техническая (конструкторская) документация на экспериментальные образцы ИИС для контроля служебных характеристик перспективных твэлов и ТВС производственных и эксплуатационных условиях, а также элементов конструкции корпуса ядерных энергетических установок;

- программная документация на программное обеспечение для автоматизации процесса, обработки и представления данных контроля служебных характеристик твэлов, ТВС и элементов конструкции корпуса ядерных энергетических установок;

- программы и методики экспериментальных исследований и испытаний экспериментальных образцов ИИС.

- технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации продукции с учётом технологических возможностей и особенностей индустриального партнёра;

- рекомендации и предложения по использованию результатов ПНИ в реальном секторе экономики, а также в дальнейших исследованиях и разработках.

- технико-экономическое обоснование разработки продукции в целях коммерциализации результатов ПНИ.

- проект технического задания на проведение ОКР по теме: «Разработка и изготовление опытных образцов систем контроля элементов конструкций и характеристик перспективных видов твэлов и ТВС при их производстве и эксплуатации».

Практическая значимость исследования
Полученные в ходе выполнения проекта результаты обеспечат повышение надёжности и качества твэлов и ТВС реакторов нового поколения, и будут способствовать расширению рынков сбыта наукоёмкой продукции российского ядерного комплекса.
Разработанные методы и средства контроля качества продукции будут использованы на заводах отрасли по производству топлива, твэлов и ТВС энергетических реакторов. Средства неразрушающего эксплуатационного контроля тепловыделяющих элементов и сборок ядерных реакторов будут внедрены на предприятиях и атомных электростанциях для изучения состояния и остаточного ресурса элементов активных зон.
Созданные экспериментальные образцы и программно-аппаратных средств составят основу автоматизированной промышленной и эксплуатационной системы неразрушающего контроля компонентов активных зон энергетических ядерных реакторов.
Полученные при выполнении проекта результаты будут переданы индустриальному партнёру для пополнения базы данных по эксплуатационным свойствам элементов активных зон и для разработки методов и технологии контроля изделий атомной промышленности.
Постер

Poster_template_EE.ppt