Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАСХОДНО-НАПОРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЖЕКТОРА С ТАНГЕЦИАЛЬНЫМ ПОДВОДОМ ПАССИВНОЙ СРЕДЫ ДЛЯ СИСТЕМЫ АВАРИЙНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ АКТИВНОЙ ЗОНЫ АЭС С ВВЭР

Блинков В.Н. 1 Мелихов В.И. 1 Мелихов О.И. 1 Парфенов Ю.В. 1 Никонов С.М. 1 Емельянов Д.А. 1 Елкин И.В. 2 Трубкин Е.И. 2
1 Национальный исследовательский университет «Московский энергетический институт»
2 ОАО «Электрогорский научно-исследовательский центр по безопасности атомных электрических станций»
Статья посвящена экспериментальному исследованию напорно-расходной характеристики эжектора с тангециальным подводом пассивной среды для системы аварийного охлаждения активной зоны АЭС с ВВЭР. Были сконструированы и изготовлены три уменьшенные модели эжектора с тангециальным подводом пассивной среды. Масштаб моделей по отношению к натурному эжектору составляет 1:27,7 (по проходным сечениям). В случае равных расходов инжектируемой пассивной среды модели характеризуются различными значениями скорости пассивной воды в патрубках тангециального подвода. Для характеристики конструкции эжекторов был введен параметр wi, равный отношению скорости пассивной среды в тангециальном подводе при требуемом расходе к радиусу приемной камеры. В экспериментах для всех трех моделей эжектора с тангециальным подводом наблюдались режимы предельного расхода. Было установлено, что при увеличении параметра wi величина предельного расхода уменьшается.
эжектор
тангециальный подвод
АЭС с ВВЭР
САОЗ
1. О новых проектах реакторных установок ВВЭР на современном этапе развития атомной энергетики / С.В. Рыжов, В.А. Мохов, А.К. Подшибякин, И.Г. Щекин, А.Н. Чуркин, В.И. Кржыжановский. А.Е. Четвериков, С.В. Шмелев, О.В. Титов, Д.А. Ануфриев // Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР: 6-я Международная научно-техническую конференция, ОКБ «Гидропресс», Россия. – Подольск, 26–29 Мая, 2009.
2. Расчетно-экспериментальное исследование напорно-расходной характеристики эжектора для системы аварийного охлаждения активной зоны АЭС с ВВЭР / В.Н. Блинков, В.И. Мелихов, О.И. Мелихов, Ю.В. Парфенов, С.М. Никонов, И.В. Елкин, Е.И. Трубкин, C.Е. Якуш // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 11 (Ч. 5). – С. 1172–1175.
3. Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 352 с.
4. Численное моделирование перемешивания потоков с различной концентрацией бора кодом REMIX / О.И. Мелихов, В.И. Мелихов, С.Е. Якуш, А.В. Петросян // Ядерная энергетика. – 2005. – № 3. – C. 47–59.
5. Вихревой эжектор: патент RU 2162968 C2, патентообладатель: Курский государственный технический университет, дата начала действия патента: 22.03.1999.

В новых проектах АЭС с водо-водяным энергетическим реактором (ВВЭР) в системе аварийного и планового расхолаживания первого контура планируется использовать агрегат «насос-эжектор», состоящий из насоса высокого давления и водо-водяного эжектора, устанавливаемого на напорной стороне насоса [1]. В аварийных режимах агрегат «насос-эжектор» должен обеспечить отвод остаточного тепловыделения от активной зоны реактора, подавая охлаждающую воду в первый контур при снижении давления ниже 2 МПа. В режиме планового (штатного) расхолаживания реакторной установки агрегат «насос-эжектор» также должен обеспечить подачу воды при снижении давления ниже 2,0 МПа. Кроме того, агрегат планируется использовать для отвода тепла от отработанного топлива, размещенного в бассейне выдержки.

В [2] были представлены результаты расчетно-экспериментального исследования напорно-расходной характеристики конструкции одноступенчатого эжектора в рамках анализа возможности его использования в САОЗ АЭС с ВВЭР. Экспериментальные исследования показали, что снижение давления на выходе из диффузора эжектора сначала вызывает увеличение расхода инжектируемой воды, однако при некотором значении давления достигается предельное значение расхода среды и дальнейшее уменьшение давления на выходе из диффузора больше не приводит к возрастанию расхода. При этом анализ результатов исследования, выполненный с помощью инженерной методики [3] и с помощью CFD-кода REMIX, указывал на кавитацию как на причину предельного расхода [4].

Дальнейшие исследования были направлены на увеличение предельного расхода перекачиваемой жидкости. Для этого в ОАО «ЭНИЦ» была разработана и испытана двухступенчатая модель эжектора, выполненная в масштабе 1:20 по проходным сечениям к натурному образцу эжектора. Данный вариант конструкции позволил увеличить предельный расход через эжектор, однако рабочий диапазон давлений на расходно-напорной характеристике двухступенчатого эжектора оказался достаточно узким, что затрудняло использование подобного эжектора в САОЗ АЭС с ВВЭР.

В данной работе представлены результаты экспериментальных исследований эжектора нового варианта конструкции, которая была модифицирована с целью увеличения предельного расхода при сохранении достаточно широкого диапазона рабочих давлений. Увеличение расхода среды эжектором может достигаться за счет использования дополнительно создаваемых центробежных сил при закрутке потока среды [5]. В ОАО ЭНИЦ при участии специалистов НИУ МЭИ была разработана конструкция эжектора с тангециальным подводом пассивной среды с целью исследования влияния закрутки потока на расходно-напорную характеристику. В данной работе представлены результаты экспериментального исследования расходно-напорной характеристики эжектора данного варианта конструкции.

Цель работы ‒ экспериментальное исследование расходно-напорной характеристики эжектора с тангециальным подводом пассивной среды для САОЗ АЭС с ВВЭР.

Материал и методы исследования

В Электрогорском научно-исследовательском центре по безопасности атомных электрических станций (ОАО ЭНИЦ) было проведено экспериментальное исследование расходно-напорной характеристики трех уменьшенных моделей эжектора с тангециальным подводом пассивной среды в рамках анализа возможности использования подобного эжектора в САОЗ АЭС с ВВЭР. Масштаб моделей составлял 1:27,7 (по проходным сечениям). На рис. 1 представлена схема проточной части первой модели эжектора с тангециальным подводом пассивной среды, а ее геометрические параметры представлены в таблице. На рис. 2 представлены поперечные разрезы приемной камеры в области подачи пассивной среды для трех моделей эжектора. Модели эжектора отличались лишь конструкцией данного элемента. Диапазон давлений рабочей воды составлял 6,2–7,2 МПа, давление инжектируемой воды 0,14–0,146 МПа, расход рабочей воды ~3,0 кг/с, температура рабочей воды 47–102 °С, температура инжектируемой воды 20–40 °С.

pic_1.tif

Рис. 1. Общий вид проточной части модели эжектора: 1 – приемная камера; 2, 3 – пассивное сопло (участки 1 и 2); 4, 5, 6 – камера смешения (участки 1, 2 и 3); 7 – диффузор; 8, 9 – рабочее сопло (участки 1 и 2); 10 – подвод пассивной воды; 11 – подвод рабочей среды

При разработке конструкции модели эжектора с тангециальным подводом планировалось достигнуть расход пассивной среды 6 кг/с. При этом с учетом расхода рабочей воды 3 кг/с при пересчете на натурный эжектор суммарный расход через эжектор должен был составить ~ 900 т/ч. Модели эжекторов характеризовались угловой скоростью, которая определялась по соотношению

Eqn1.wmf (1)

где Wτ – скорость пассивной воды в патрубках тангециального подвода в приемной камере, определяемая по требуемому расходу пассивной воды 6 кг/с; R – внутренний радиус приемной камеры; i – номер модели эжектора. Моделям соответствовали следующие угловые скорости:

  • модель № 1 – wi = 75 1/с;
  • модель № 2 – wi = 143 1/с;
  • модель № 3 – wi = 300 1/с.

Геометрические параметры моделей эжектора с тангенциальным подводом пассивной воды

Геометрический параметр

Размерность

Приемная камера

Пассивное сопло

Камера смешения

Диффузор

Рабочее сопло

1-й участок

2-й участок

1-й участок

2-й участок

3-й участок

1-й участок

2-й участок

Dвход

мм

80

80

40

40

30

15,2

15,2

20

6

Dвыход

мм

80

40

40

30

15,2

15,2

64

6

6

Угол раскрытия

град.

0

126,8

0

54

14

0

10

26

0

Li

мм

166

10

20

9,8

60

50

270

30

10

Результаты исследования и их обсуждение

На рис. 2 представлены экспериментальные расходно-напорные характеристики для различных вариантов конструкции эжектора, полученные в ОАО ЭНИЦ.

Из рис. 3 видно, что для всех вариантов конструкции наблюдаются режимы предельного расхода. По-видимому, это связано с кавитационными процессами в тракте эжектора, возникающими при достижении соответствующего расхода перекачиваемой воды.

pic_2.tif

Рис. 2. Поперечный разрез приемной камеры в области подвода пассивной среды для трех моделей эжектора

pic_3.wmf

Рис. 3. Зависимость давления на выходе из эжектора от расхода перекачиваемой среды: 1 – одноступенчатый эжектор; 2 – характеристика модели двухступенчатного эжектора в пересчете на натурный эжектор; 3 – модель эжектора с танг. подводом № 1 в пересчете на натурный эжектор; 4 – модель эжектора с танг. подводом № 2 в пересчете на натурный эжектор; 5 – модель эжектора с танг. подводом № 3 пересчете на натурный эжектор

При увеличении параметра wi, характеризующего модели эжектора с тангециальным подводом, величина предельного расхода уменьшалась. Предельный расход через эжектор с учетом пересчета на натурный объект для модели № 1 (wi = 75 1/с) составил ~ 540 т/ч, для модели № 2 ~ 510 т/ч, а для модели № 3 (wi = 300 1/с) ~ 430 т/ч.

Характерные величины давления на выходе из эжектора при расходах, меньших предельного, для модели № 2 (wi = 143 1/с) были больше, чем для моделей № 1 и 3.

Величины предельных расходов через модели эжекторов с тангециальным подводом были меньше, чем предельные расходы через одноступенчатый эжектор и модель двухступенчатого эжектора.

Выводы

Выполнено экспериментальное исследование влияния тангециального подвода пассивной среды на напорно-расходную характеристику эжектора.

Сконструированы и изготовлены три уменьшенные модели эжектора с тангециальным подводом пассивной среды. Масштаб моделей по отношению к натурному эжектору составляет 1:27,7 (по проходным сечениям). В случае равных расходов инжектируемой пассивной среды модели характеризуются различными значениями скорости пассивной воды в патрубках тангециального подвода. Для характеристики конструкции эжекторов был введен параметр wi, равный отношению скорости пассивной среды в тангециальном подводе при требуемом расходе к радиусу приемной камеры.

В экспериментах для всех трех моделей эжектора с тангециальным подводом наблюдались режимы предельного расхода. Было установлено, что при увеличении параметра wi величина предельного расхода уменьшается.

Значения предельного расхода для всех трех моделей эжектора с тангециальным подводом меньше, чем для одноступенчатого эжектора и модели двухступенчатого эжектора.

Работа выполнена при финансировании Российским фондом фундаментальных исследований (проект РФФИ № 11-08-00410-а) и в рамках реализации Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы по Госконтракту № 14.В37.21.0151.

Рецензенты:

Гашенко В.А., д.т.н., зам. директора по научной работе, начальник Управления НИР и НИОКР в области водной химии ОАО «Электрогорский научно-исследовательский центр по безопасности атомных электростанций», Государственная корпорация по атомной энергии «Росатом», г. Электрогорск;

Якуш С.Е., д.ф-м.н., ведущий научный сотрудник лаборатории термогазодинамики и горения Института проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН, г. Москва.

Работа поступила в редакцию 16.09.2013.


Библиографическая ссылка

Блинков В.Н., Мелихов В.И., Мелихов О.И., Парфенов Ю.В., Никонов С.М., Емельянов Д.А., Елкин И.В., Трубкин Е.И. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАСХОДНО-НАПОРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЖЕКТОРА С ТАНГЕЦИАЛЬНЫМ ПОДВОДОМ ПАССИВНОЙ СРЕДЫ ДЛЯ СИСТЕМЫ АВАРИЙНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ АКТИВНОЙ ЗОНЫ АЭС С ВВЭР // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 10-5. – С. 949-952;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=32430 (дата обращения: 22.10.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074