关键词:
VVPSS
泄压罐
冷却剂泄漏事故
有限元分析
热流耦合分析
摘要:
聚变反应堆是利用氘氚反应释放巨大能量的装置,是获取理想清洁能源的重要途径。真空室是聚变反应堆的核心部件,当真空室发生冷却剂泄漏事故时,泄漏的冷却剂接触高温第一壁会立即形成高温水蒸汽,使得真空室内气压骤增。为实现对真空室上相连部件的超压保护,需设计一套真空室超压保护系统(VVPSS)。泄压罐作为VVPSS重要的组成部件,将泄放的过压气体中的水蒸汽与罐内冷却水直接接触冷凝,从而实现压力泄放。泄压罐在整个服役过程中面临多种工况,设计过程中需开展多场分析,来研究泄压罐在正常运行、地震以及泄漏事故下的功能和安全性。本文针对聚变反应堆VVPSS泄压罐功能需求开展了结构设计,并通过有限元分析验证了设计的合理性,具体研究内容如下:
首先,基于泄压罐的功能需求和安装空间,完成其结构与布局设计;选用304不锈钢作为泄压罐的材料,提高其抗腐蚀能力;通过理论计算,确定泄压罐的容积与壁厚,确保其泄压功能的发挥及安全性能的保障。
其次,在正常运行工况下,通过自重分析,对泄压罐的整体结构进行强度校核,泄压罐整体强度满足要求;通过吊装分析,对比两种吊耳在吊装过程中的变形与应力,确定一体式吊耳为泄压罐的吊耳;通过理论计算、线性屈曲分析以及非线性屈曲分析,对泄压罐的稳定性进行校核,其稳定性满足要求。
再次,在地震工况下,基于ACT声学插件在模态分析的基础上进行响应谱分析,分别使用抗震规范下设计响应谱和SL-1级地震响应谱,对两个叠放在一起并且分别盛放60m3冷却水的泄压罐进行结构安全校核,其整体结构强度满足要求。
最后,在泄漏事故工况下,通过热流耦合分析,探明了罐内冷却水升温后的降温过程;采用响应面法研究主动冷却管的圈数、管内冷冻水的质量流速和冷冻水的水温对罐内冷却水降温效率的影响,并进行了参数优化设计,获得了罐内冷却水最优降温效率的条件;在最优降温效率的条件下,罐内冷却水经500min主动冷却可恢复到初始水温。
该研究为聚变反应堆VVPSS泄压罐研制奠定了技术基础,也为其它聚变装置VVPSS泄压罐的设计提供参考。
图[54]表[20]参[72]