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1、Vo112，No．2第12卷第2期．99】年4月Apr】90i堆芯跌落事故緩沖裝置分析姚偉達(dá)張慧娟彭勇勇(上梅核工程研究設(shè)計院)本文主要研究堆芯緩沖裝置在撞擊時的塑性動態(tài)過程·選擇臺理的尺寸，減少動荷系數(shù)t以確保堆芯和壓力容器的安全。關(guān)■一難芯，趺落，緩沖裝置，塑性．一、概述安置在吊籃底部的緩沖裝囂的功能是：在堆芯突然發(fā)生跌落事故時起到緩沖作用，大幅度降低對壓力容器底部的撞擊力，防止因壓力容器破損而產(chǎn)生嚴(yán)重后果。堆杰構(gòu)件防斷底板與壓力容器球底的熱態(tài)間隙為14ram，如果不設(shè)置緩沖裝置，堆芯趺落時對壓力容器底部的瞬態(tài)撞擊力將是堆芯重量
2、的幾百倍，可能造成壓力容器破裂而引起放射性物質(zhì)外泄的嚴(yán)重后果。禺籃底部安置的緩沖組件如圖l所示。當(dāng)堆芯下落時與壓力容器底部撞擊瞬間，緩沖器內(nèi)緩沖套筒瞬間進(jìn)入塑性流動狀態(tài)，將太部分沖擊動能轉(zhuǎn)化為塑性變形能，從而對壓力容器底部的撞擊力大幅度降低。本文針對堆芯突然跌落事故工況的要求，對緩沖裝置進(jìn)行如下三方面的分析：①選擇合理的緩沖套筒尺寸參數(shù)，使壓力容器底部所受的撞擊力比較小圖i緩沖裝置簡圖@撞擊力作用下壓力容器底封頭的動應(yīng)力分析計算。1一支撐柱2一緩沖套筒2一筒體：‘一防斷底坂③支承柱的動態(tài)失穩(wěn)分析。5一壓力容器下封頭。二、緩沖器撞擊力
3、推導(dǎo)堆芯在水中總重為Wo，緩沖器在撞擊時的變形速度為口(r)，剛動能為1990年‘月12日收稿．一{(孚)擴設(shè)初始撞擊速度口。至撞擊結(jié)束v=OZ同的時間為稱為撞擊時間。按撞擊過程的功率轉(zhuǎn)換原理可表示為-Ⅳl十Ⅳi+Ⅳ(2)式中，Nt()為緩沖套筒在塑性狀態(tài)下的理想變形功率，Ⅳ。(t)為緩沖套筒自身慣性力產(chǎn)生的功率JⅣ。(1)為緩沖套筒摩擦耗損功率。；／ll}忽略彈性變形功率與熱耗功率轉(zhuǎn)移．而材料流動應(yīng)力與變形速度無關(guān)。緩沖套筒在某時刻t的瞬態(tài)高度為
4、內(nèi)半徑和圖2埋沖套茼簡圖外半徑為l、r：(圖2)，變形速度假設(shè)為v，=一{l_r+一
5、一o，·=。(3)式中，、、為緩沖套筒內(nèi)質(zhì)點的徑向、環(huán)向和軸向變形速度，為==^的端面上速度．魯百；。魯百；軎百?=警一曠(L4)J質(zhì)點應(yīng)變速度則為at,r口r。一一=一(5)mrz，百=+一。式(5)滿足e，+．+e，=0的體積速率不變條件，應(yīng)用Mises塑性條件，式(2)中理想塑性變形功率可得到Ⅳ。一等等j√d(6)葚申√為期性流動狀態(tài)下的應(yīng)變速率強度，√7_。號√[(一+(．一e十(。一e∥+詈(r；一十r：，+r；。)]“(7)式(5)代入(7)后得到√廠=，再代入(6)后為一j：(z~rr)drd一mn(8)質(zhì)點慣性力功率
6、Ⅳi為2O(總l16)Ⅳ2：ff．vdV=pj(a+。)d=(_寄}+詈)(。)Ara≈0而=孚一。(10再將式(8)，(9)，ClO)代入式(2)，整理后得到^(，)，vO)，8(，)的常微分方程(--j1一魯)。=一夤一。(11)式中：r。為緩沖套筒平均半徑}p為質(zhì)量密度}，，z。，W。為緩沖套筒總質(zhì)量和總重量}W為堆芯的四分之一重量。為僅與變形量有關(guān)的材料流動極限，當(dāng)沖擊負(fù)載作用下和材料拉伸應(yīng)變速度較大時的關(guān)系式近似為[1n(一)]‘(12)其中，^o為套筒初始高度}。和n是與材料性質(zhì)有關(guān)的參數(shù)。方程(11)的初始條件為：t=
7、o時^一^o，=(13)端面上的碰撞力為：F(，)一8=(14)={稱為緩沖系數(shù)。三，堆芯跌落撞擊力計算計算參數(shù)：。=52．4cm／ssp=7．95x10。。kglcmI一O．27MN緩沖套筒尺寸采用6種方案(表1)。寰l■沖奎■肯毒方案1566，皿皿101olo10l010^0，皿皿B080100i0012012Or-．皿m405o40504050mo．k窖1．60．o2．02．52．43．0對方程(11)用龍格一庫塔法取時間步長At==0．01ms逐格計算§歸=0時撞擊結(jié)束，6種方案計算的^(，)、口(，)和F(f)變化曲線分別
8、示于圖3，4，5。主要結(jié)果列于表2。囊2B種肯毒蕾■比較方案i3}45B△^．mm4．553．T6‘703．9O‘．834．28F_：．MNo．9601．167O．93I1．1540．9121．105f．m5I632t‘T1B．83J13．帥i7．鉀i4．283．60I．383．50j4．253．424．1I(總117)21墮丁問，．ms時f．I-圖3變形^()曲線圖4變形速度p(t)曲線I4z12=。苧主I148l11∞時問，，ms圖5掩擊力F(f)曲線駕6壓力容器底部所受撞擊力分布表中的△^為軸向變形量
9、F?為最大瞬態(tài)撞擊力
10、f
11、為撞擊過程的時間Jq?為最大力F?作用的緩沖系數(shù)。其中方案5的緩沖系數(shù)最小，變形量最大，為目前設(shè)計中所采用。四，堆芯趺落時壓力容器應(yīng)力計算堆芯跌落時，緩沖裝置的底板直接與壓力窖器底部接觸，作用在球底殼面上是一個環(huán)帶分布的撞擊力(圖6)
