VYSOKÉ UENÍ TECHNICKÉ V BRN BRNO UNIVERSITY O TECHNOLOGY AKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ENERGETICKÝ ÚSTAV ACULTY O MECHANICAL ENGINEERING ENERGY INSTITUTE NÁVRH TSNNÍ HDR HC 17 V JE PAKS Seal design MDP MCP 17 for Paks NPP DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR BC. PAVEL SVOBODA PRO. ING. OLDICH MATAL, CSC. BRNO 009
Abstrakt Tato diplomová práce se zabývá zámnou tsnní hlavní dlící roviny hlavního cirkulaního erpadla v jaderné elektrárn Paks. Nov navrhované tsnní je hebenové tsnní s expandovaným grafitem. Práce obsahuje návrh a výpoet nového tsnícího uzlu a výpoet stávajícího tsnícího uzlu. Výsledky jsou vzájemn porovnány a následn je diskutován dopad na hlavní dlící rovinu HC 17 pi použití nového a stávajícího tsnní. V práci je obsažen struný popis legislativy, kterou je nutno dodržovat pi navrhování souástí urených pro jaderná zaízení. Dále práce obsahuje pehled nejdležitjších tsnících uzl použitých na primárním okruhu jaderné elektrárny typu VVER 440. Klíová slova Hebenové tsnní s expandovaným grafitem Tsnní hlavního cirkulaního erpadla Tsnní pro jaderná zaízení Hlavní dlící rovina hlavního cirkulaního erpadla Výpoet tsnní dle SN EN 1591-1 Summary This diploma work is engaged in replacement of gasket main dividing plane of reactor coolant pumps in nuclear power plant Paks. Of the newly suggested gasket is kammprofile gasket with expanded graphite layer. This work contain suggestion and calculation of new sealing a knot and calculation existing sealing the knot. Results are confrontacion and sequentially is discussed influence on main dividing plane HC 17 by use the new and the existing gasket. In this work is contained description brief of legislation. This legislation must keep by design components dedicated for nuclear equipment. Next this work contain view of the most important sealing knots used in primary system of Nuclear Power Plant type VVER 440. Key words Kammprofile gasket with expanded graphite layer The gasket of the reactor coolant pumps The gasket for nuclear plants Main dividing plane of reactor coolant pumps The Calculacion of the gasket according to SN EN 1591-1
Bibliografická citace SVOBODA, P.. Brno: Vysoké uení technické v Brn, akulta strojního inženýrství, 009. 104 s. Vedoucí diplomové práce prof. Ing. Oldich Matal, CSc.
Prohlášení autora Prohlašuji, že tato diplomová práce je mým dílem, které jsem vypracoval samostatn pod vedením prof. Ing. Oldicha Matala, CSc. a pana Miroslava Krejího. Veškerou literaturu a další zdroje, ze kterých jsem erpal jsou uvedeny v seznamu použitých zdroj. V Brn: Kvten 009 Bc.
Podkování Touto cestou bych chtl podkovat všem, kteí mi byli nápomocni pi zpracování této diplomové práce. Pedevším dkuji vedoucímu diplomové práce panu prof. Ing. Oldichu Matalovi, CSc. a konzultantovi této práce panu Miroslavu Krejímu. Dále bych rád podkoval spolenosti MICo, spol. s r.o., která mi umožnila prostednictvím pana Miroslava Krejího pístup k firemním materiálm. Za pomoc nejen pi této práci, ale i za podporu pi celém studiu dkuji svým rodim a bratrovi.
Obsah 1. Úvod...7. Konstrukní popis hlavních komponent primárního okruhu JE s reaktorem VVER 440...8.1 Tlaková nádoba reaktoru...8. Parogenerátor...11. Hlavní cirkulaní erpadlo...1..1. Zapouzdená hlavní cirkulaní erpadla...14.. Ucpávková hlavní cirkulaní erpadla...16.4 Hlavní uzavírací armatura...19.5 Kompenzátor objemu...0. Platná legislativa upravující navrhování zaízení pro jaderné elektrárny....1. Vyhláška 1/008 Sb..... Vyhláška 09/005 Sb...4.. Normativn technická dokumentace asociace strojních inženýr...4 4. Konstrukce a popis stávajícího a nového tsnícího uzlu HDR HC 17... 6 4.1 Stávající tsnící uzel...6 4. Nový tsnící uzel...9 5. Výpoet nového tsnícího uzlu... 5.1 Pevnostní výpoet pírubového spoje nového tsnného uzlu dle SN EN 1591... 5.1.1 Vstupní hodnoty tsnní...4 5.1. Rozmry pírubového spoje...5 5.1. Rozmry svorníku...6 5.1.4 Výpotové parametry pírubového spoje...7 5.1.5 Vnitní síly ve spoji...4 5.1.6 Kontrola dovolených zatížení...49 5.1.7 Omezení nerovnomrnosti stlaení tsnní...54 5.1.8 Natoení píruby...55 5.1.9 Posouzení vhodnosti použití normy SN EN 1591-1...55 5.1.10 Výpoet prodloužení svorník pi montáži...56 5.1.11 Výpoet tlak psobících na tsnní pi montáži...61 5.1.1 Výpoet tlak psobících na tsnní pi ostatních stavech...6 5. Výpoet parametr grafitu...6 5..1 Výpoet tloušky grafitu nad hebenem...6 5.. Výpoet zptného odpružení tsnní...68 6. Výpoet stávajícího tsnícího uzlu... 69 6.1. Pevnostní výpoet pírubového spoje stávajícího tsnného uzlu dle SN EN 1591..69 6.1.1 Vstupní hodnoty stávajícího tsnní...69 5.1.. Výpotové parametry...70 6.1.. Vnitní síly ve spoji...7 6.1.4 Kontrola dovolených zatížení...77 6.1.5. Výpoet prodloužení svorníku pi montáži...8 6.1.6 Výpoet tlak psobících na tsnní...8 7. Diskuze výsledk výpot stávajícího a nového tsnícího uzlu... 84 7.1. Zatížení píruby...84 7. Zatížení svorník...87 7.. Zatížení tsnní...90 5
7.4. Celkové shrnutí... 9 8. Závr...94 Seznam použitých zdroj...95 Seznam použitých zkratek...98 Seznam použitých veliin...99 Indexy... 99 Zvláštní znaky... 99 Veliiny... 100 Seznam obrázk, graf a tabulek...10 Seznam obrázk... 10 Seznam graf... 10 Seznam tabulek... 10 Seznam píloh...104 6
1. Úvod Úkolem této práce je návrh a výpoet tsnní hlavní dlící roviny hlavního cirkulaního erpadla v jaderné elektrárn Paks. Tato jaderná elektrárna provozuje celkem tyi bloky s jadernými reaktory typu VVER 440. Konstrukní návrh tchto blok vznikal v 60. a 70. letech minulého století. V tchto dobách se pro zatsnní vysokých tlak bžn používalo kovových tsnní (kovových kroužk). Nejprve to byly niklové kroužky pozdji kroužky z korozivzdorné ocele. Pi montáži každého tsnní je nutné na toto tsnní vyvodit prvotní (montážní) tlak. Proto, aby bylo dosaženo požadované tsnosti pi použití kovových kroužk, je nutné je stláet vysokými tlaky. Tyto utahovací tlaky zpsobují plastické petvoení kroužk podle tsnících drážek vytvoených pro tento úel v pírub. Vyvozování vysokých tlak zatžuje nejenom samotné tsnní, ale také píruby a šrouby. Pevnostní zatížení šroub je relativn snadno ešitelné, a proto jejich namáhání ve vtšin pípad nepekrauje povolené meze. Oproti tomu zatžování pírub, konkrétn zatžování tsnících ploch utahovacími tlaky je velice asto vyšší než mez elasticity konstrukního materiálu pírub. V nkterých pípadech je pekroena i mez pevnosti tchto materiál. Pekraováním meze elasticity a zejména meze pevnosti materiálu tsnících ploch dochází k výraznému poškozování tchto tsnících ploch. Nejen, že dochází k jejich velikým deformacím, ale také dochází ke tvorb povrchových trhlin v materiálu. Plastické petvoení tsnících ploch vyžaduje nároné úkony spojené s jejich obnovením pi generálních opravách. V posledních letech se nkterá kovová tsnní nahrazují kombinovaným tsnní. Nejvíce se užívá kombinace základního materiálu tj. zpravidla ocel a mkkého materiálu. Jako mkký materiál se používá expandovaný grafit, PTE, bezazbestové materiály na bázi aramidu nebo stíbro. Nutno íci, že pi extrémn vysokých tlacích se stále používá kovových tsnní. Kombinovaná tsnní se vyrábí nejastji bu spirálová nebo hebenová. V této práci je uvažováno v konstrukním návrhu s použitím hebenového tsnní, které má ocelový heben z obou stran obložený folií z expandovaného grafitu. Práce se na poátku zabývá konstrukním popisem primárního okruhu s reaktorem VVER 440. Tento popis je zamen zejména na nejdležitjší tsnné uzly jednotlivých komponent primárního okruhu. Dále je proveden struný popis potebné legislativy, kterou je nutné se ídit pi navrhování ásti zaízení ureného pro jadernou elektrárnu. V hlavní ásti této práce je proveden popis zámny nového tsnní za stávající s vysvtlením vlastností, výhod a nevýhod obou tsnní. Na tento popis zámny tsnní navazuje výpoet nového tsnícího uzlu. Tento výpoet je proveden dle normy SN EN 1591. Dále je proveden výpoet stávajícího tsnícího uzlu. Výsledky obou výpot jsou dále diskutovány a vzájemn porovnány. 7
. Konstrukní popis hlavních komponent primárního okruhu JE s reaktorem VVER 440 Reaktory VVER jsou reaktory typu PWR. Znamená to, že se jedná o tlakovodní reaktory, chlazené a moderované obyejnou vodou. Palivem je obohacený uran ve form oxidu uraniitého (UO ). Reaktory typu VVER jsou tzv. východní provenience. Na svt se objevují hned v nkolika výkonových úrovních. Nejrozšíenjší je VVER 440 a VVER 1000. Dále byl naplánován blok VVER 1500, ale ten nebyl doposud dokonen. Jaderné elektrárny s reaktory typu VVER 440 mají v primárním okruhu pro srovnání s nkterými jinými koncepcemi nap. EPR nkolik rozdílných znak. JE s VVER 440 má 6 cirkulaních smyek, v nichž v každé vtvi je použito hlavních uzavíracích armatur. Dále mají horizontáln konstruované parogenerátory a nejsou uzaveny v kontejmentu. Oproti koncepci EPR, která má 4 cirkulaní smyky, vertikáln konstruované parogenerátory a celý primární okruh je uzaven v kontejmentu. V primární smyce nemá použity hlavní uzavírací armatury. Nejnovjší konstrukce EPR dále uvažuje s použitím záchytného bazénu pod reaktorem (pro pípad havárie roztavení aktivní zóny) a dalšími bezpenostními prvky. Prakticky u všech konstrukcí primárních smyek je pravidlo, že reaktor je pevný bod a ostatní komponenty jsou uloženy tak, aby byl umožnn jejich dilataní pohyb. Tento dilataní pohyb je zpsoben tepelnými dilatacemi potrubí. Primární smyka VVER 440 je složena z tlakové nádoby reaktoru, cirkulaního potrubí, hlavních uzavíracích armatur, parogenerátoru, hlavního cirkulaního potrubí a kompenzátoru objemu. Horká voda (97± C) proudí z reaktoru výtokovým otvorem pes hlavní uzavírací armaturu do parogenerátoru. Parogenerátor je rekuperaní tepelný výmník, ve kterém je oddlen primární okruh od sekundárního okruhu. Ochlazená primární voda (70 C) proudí z parogenerátoru do hlavního cirkulaního erpadla, které vodu dále erpá pes hlavní uzavírací armaturu zpt do reaktoru. Voda do reaktoru (67± C) vstupuje vstupním hrdlem. Tlak pi nominálním provozu VVER 440 je v primární smyce 1,5 MPa piemž pevnostní zkouška primární smyky se provádí pi 16,4 MPa. Pro srovnání s EPR je vstupní teplota vody do reaktoru 95,9 C a výstupní 7, C. Primární smyka je konstruována na tlak 17,6 MPa. Pi nominálním provozu je tlak vody 15,5 MPa. Zdroj: [4, 5, 5].1 Tlaková nádoba reaktoru Tlaková nádoba reaktoru typu VVER se skládá z tlesa tlakové nádoby, víka tlakové nádoby, uzlu tsnní a volné píruby. Tleso tlakové nádoby je svaeno z nkolika kovaných díl. Horní ást tvoí pírubový prstenec, na který jsou dále navaeny horní a spodní hrdlový prstenec. Ke spodnímu hrdlovému prstenci jsou dále navaeny ti hladké prstence a eliptické dno. Horní hrdlový prstenec má šest otvor Ø 500mm a ti otvory Ø 50 mm. Vtší otvory slouží k výstupu horké vody z reaktoru a dva menší otvory jsou ureny pro pívod vody z hydroakumulátor pasivního systému havarijního chlazení aktivní zóny. Tetí menší otvor slouží jako vývod vnitroreaktorových mení tlakového spádu na AZ pi výmn paliva. Dolní hrdlový prstenec má stejn jako horní také šest otvor Ø 500mm. K tmto otvorm je pipojeno potrubí studených vtví cirkulaního potrubí. Dále má dolní hrdlový prstenec dva otvory Ø 50 mm pro pívod vody z hydroakumulátor pasivního systému havarijního chlazení. Víko tlakové nádoby je svaeno z kulového vrchlíku a kovaného pírubového prstence. Na tomto pírubovém prstenci je na jeho horním okraji vytvoeno osazení pro 8
volnou pírubu. Na vrchlíku víka je pivaeno celkem 7 nátrubk nutných pro pipevnní pouzder pohon regulaních kazet a 18 nátrubk pro skupinové vývody idel vnitroreaktorového mení. Nátrubky pro pipojení pouzder pohon regulaních kazet jsou ustaveny do otvor 156 mm. V pírub je 6 otvor se závity M6. Závrtné svorníky mají mící tyinku v ose. V pírubách nátrubk je jedno niklové tsnní pro zajištní tsnosti a jedno azbestové tsnní sloužící pro shromáždní možných únik. V prostoru mezi tsnními je v pírub otvor, který slouží pro montážní kontrolu tsnosti dlící roviny mezi nátrubky a pouzdry pohon regulaních kazet. Nátrubky pro vnitroreaktorové mení jsou bu nátrubky mení teploty nebo nátrubky mení neutronového toku, ale ob konstrukce jsou stejné. Utsnní je uskutenno stláení dvou niklových tsnní (Ø180 a Ø14) mezi pírubou nátrubku, dolní snímatelnou pírubou a vývodem. Tsnní mezi pírubou nátrubku a dolní snímatelnou ástí je utahováno svorníky M 6. Utahování tsnní mezi pírubou nátrubku a vývodem se provádí pomocí šroub M 0. Utsnní víka tlakové nádoby reaktoru je realizováno tsnním I. ádu (základní) a II. ádu (záložní). Jak I. tak II. ád tsnní je složen ze dvou niklových kroužk. Všechny kroužky jsou kruhového prezu. Drážky pro usazení tsnní jsou jak na pírub tlakové nádoby tak na trubkovém kompenzátoru (který je dotlaován víkem tlakové nádoby) lichobžníkového tvaru. Pi montáži kroužk dochází k jejich výrazné plastické deformaci. Prostor za tsnním I. ádu je monitorován z hlediska možných únik chladící vody. Ze stejného dvodu je monitorován i prostor mezi 1. a. kroužkem tsnní II. ádu. Vývody z monitorovaných prostor jsou patrné z obrázku.:.1. Celý uzel tsnní hlavní dlící roviny reaktoru je zobrazen na obrázku.:.. Zdroj: [4] Kontrola tsnosti hlavní dlící roviny reaktoru VVER 440 [5] Obr.:.1. 9
1. Volná píruba. Svorník M 140. Konvexní a konkávní podložka 4. Matice M 140 5. Pouzdro M 85 6. Pítlaný šroub M 64 7. Trubkový kompenzátor 8. Pítlaný kroužek 9. Výztužný kroužek Uzel tsnní hlavní dlící roviny reaktoru VVER 440 [5] Obr.:.. Srovnání tlakové nádoby VVER 440 a EPR je jednoznané na první pohled. Tlaková nádoba EPR má oproti VVER jeden hrdlový prstenec. Ten obsahuje tyi vstupní a tyi výstupní prstence chladící vody. Mimo tohoto zásadního konstrukního prvku se tlakové nádoby vzájemn liší v rozmrech a dalších konkrétnjších prvcích. Základní koncepce je samozejm stejná, jelikož se jedná o stejný druh reaktoru. Tlaková nádoba EPR je svaena z menšího potu díl než VVER 440. Je to z dvodu snížení délky svar na tlakové nádob. Tato snaha plyne z poteby zvyšovat životnost a bezpenost tlakové nádoby reaktoru. Nátrubky vývod vnitroreaktorových mení jsou rovnž ukoneny pírubou, která je tsnna kovovým kroužkem. Utsnní víka tlakové nádoby je zajištno dvma kovovými O kroužky. Prostor mezi tsnícími kroužky je monitorován a pípadné netsnosti jsou odvádny z tohoto meziprostoru. Víko tlakové nádoby EPR má oproti víku tlakové nádoby VVER 440 pevnou pírubu. ástený ez hlavní dlící rovinou EPR je zobrazen na obrázku.:.. Nutno 10
íci, že pírubový spoj a utsnní tlakové nádoby (tj. dvma kruhovými kroužky) a monitoringu meziprostoru je v podstat shodný s tlakovou nádobou VVER 1000. Zdroj: [6, 7] ástený ez hlavní dlící rovinou reaktoru EPR [6] Obr.:... Parogenerátor Parogenerátory (PG) jsou rekuperaní výmníky tepla. Schéma PG pro blok JE s reaktorem VVER 440 je zobrazen a popsán na obr.:.4. Parogenerátor slouží k pedání tepla vznikajícího v jaderném reaktoru vod v sekundárním okruhu. Voda v primárním okruhu se ochlazuje z 99 C na 69 C (pi tlaku 1, MPa) a vytváí tak na sekundární stran z napájecí vody o teplot C (5,5-6 MPa) tém sytou páru 60 C (4,71 MPa). Vlhkost páry na výstupu je max 0,5 %. Dalším jejich úkolem je oddlení vysokotlakého a radioaktivního primárního okruhu od sekundárního okruhu, který je neaktivní a má nižší tlak. PG se skládá z tlesa parního generátoru, svazku trubek teplosmnné plochy (Ø16x1,4 mm), žaluziového separátoru vlhkosti, kolektor nasycené páry, rozdlovacího kolektoru napájecí vody, vstupního a výstupního kolektoru napájecí vody. Zdroj: [5] 11
1. Tleso parního generátoru. Vstupní kolektor. Výstupní kolektor 4. Trubkový svazek 5. Vstup napájecí vody 6. Rozvádcí kolektor napájecí vody 7. Nátrubky výstupu syté páry 8. Žaluziový separátor vlhkosti 9. --- 10. Primárního víko 11. Sekundární víko Schéma píného ezu parogenerátorem VVER [10] Obr.:.4. Voda primárního okruhu vstupuje do PG vstupním kolektorem. Do kolektoru jsou napojeny svazky trubek, které vyúsují do výstupního kolektoru, kterým voda primárního okruhu opouští parogenerátor. Voda/pára sekundárního okruhu ochlazuje teplosmnné trubky zvení, proudí pes žaluziový separátor vlhkosti a tém sytá pára proudí kolektorem nasycené páry k turbín. Jak vstupní tak výstupní kolektor vody primárního okruhu je uzaven primárním víkem, které slouží jako prlez do primární ásti PG. Nad tímto primárním víkem je umístno víko sekundární. To zajišuje uzavení sekundární ásti parogenerátoru. Každé víko je tsnno dvma niklovými kroužky. Vnitní kroužek vždy slouží jako hlavní tsnní a vnjší jako záložní, v pípad poruchy tsnosti prvního kroužku. Prostor mezi tmito kroužky je napojen na trubiku, která je svedena po délce kolektoru ke spodní ásti PG. Tato trubika slouží také jako odvod pípadných netsností. Potebný tsnící tlak je vyvozován od svorník, které se utahují momentovým klíem. Detailní ez primárního a sekundárního víka kolektoru je zobrazen na obrázku.:.5. V posledních letech se pro utsnní primárních a sekundárních vík kolektor PG VVER 440 na nkterých JE používá modifikované hebenové tsnní s expandovaným grafitem (MITes HT) Zdroj: [5,8] 1
Detailní ez primárním a sekundárním víkem parogenerátoru pro VVER 440 [5] Obr.:.5.. Hlavní cirkulaní erpadlo Z hlediska celé jaderné elektrárny jsou hlavní cirkulaní erpadla nejdležitjší erpadla ze všech. Technologicky jsou velice nároná pedevším proto, že jsou provozovány ve vysokých teplotách a tlacích. Pracovní teploty erpané vody se pohybují kolem 00 C a pracovní tlaky kolem 16 MPa. Vysoké požadavky na tyto erpadla jsou také dány zpsobem provozu. Jelikož pracují ve smyce s tlakovým reaktorem, který je provozován kampaovit, musí být tato erpadla schopna pracovat v nepetržitém bezporuchovém a poloobslužném provozu po dobu minimáln jedné kampan. Tato doba bývá ve zhruba 11msíc. Radioaktivita erpané vody zpsobuje další konstrukní komplikaci, kterou je nutnost udržení hermetinosti celého primárního okruhu. Proto je kladen draz na dobrou tsnost celé konstrukce erpadla. Tato technologická náronost je vyžadována, protože na erpadlech není prakticky možné za provozu provádt žádné opravy nebo údržbáské práce. Výjimku tvoí hlavní cirkulaní 1
erpadla použitá na primárních smykách s hlavními uzavíracími armaturami, nebo pi poruše erpadla je možné tyto armatury uzavít. Pak by mohlo dojít k vyprázdnní smyky a následným potebným pracím. V tomto pípad by bylo nezbytné snížit výkon reaktoru na bezpenou úrove. Zdroj: [8] Konstrukce hlavního cirkulaního erpadla bývá zpravidla vždy vertikálního uspoádání. To znamená, že hídel erpadla je svislý. Motor bývá umístn nad erpadlem. Výhoda vertikálního uspoádání spoívá v malé zastavné pdorysné ploše. Samotné erpadlo je jednostupové a odstedivé radiální nebo diagonální. Pravidlem pro ložisko uložené nejblíže obžnému kolu je mazání tohoto ložiska vodou. Toto ešení zamezuje zneištní vody v primárním okruhu jiným mazivem. Pi použití obvyklých maziv by mohlo dojít ke kontaminaci chladící vody nkterými nežádoucími látkami. Hlavní cirkulaní erpadla jsou zpravidla dlena na erpadla zapouzdená (bez ucpávková) a erpadla ucpávková. Zdroj: [8]..1. Zapouzdená hlavní cirkulaní erpadla Jejich hlavní pedností je uzavení motoru do hermetického pouzdra, což nenarušuje hermetinost celého primárního okruhu. Odtud vyplývá jejich oznaení zapouzdená. Nkdy bývají oznaována jako bez ucpávková, nebo zapouzdením erpadla odpadá poteba utsnit hídel. Oproti ucpávkovým erpadlm mají podstatnou výhodu nulových organizovaných únik, únik dovnit erpadla a únik pes koncové tsnní. Pesto, že je to velice podstatná výhoda mají zapouzdená erpadla ve srovnání s ucpávkovými nkolik nevýhod. První nevýhodou je nízká úinnost celého erpadla, nebo niklchromová pepážka mezi suchým statorem a mokrým rotorem nepízniv ovlivuje elektromagnetické toivé pole elektromotoru. Druhou nevýhodou je mazání všech ložisek vodou (tedy nejen toho nejbližšího obžnému kolu). Tetí velice podstatnou nevýhodou je obtížnost umístní dostaten hmotného setrvaníku na hídel erpadla. Úloha tohoto setrvaníku je zajištní dostateného dobhu erpadla v pípad perušení napájení erpadla elektrickým proudem. Tyto problémy bývají ešeny napíklad pidáním pomocného generátoru k turbosoustrojí. Tento pomocný generátor musí zajistit z dobhu turbíny dostaten dlouhou dobu napájení hlavního cirkulaního erpadla. A tvrtou nevýhodou vzhledem k zapouzdení je relativn veliká hmotnost celého erpadla. V dnešní dob se ve vtšin pípad pi výkonech vtších než 1,5- MW používají erpadla s tsnním hídele práv pro jejich vyšší úinnost a nižší investiní náklady. Na blocích VVER 440 byly používány zapouzdená erpadla v letech 1970-1978, konkrétn nap. v jaderných elektrárnách: Jaslovské Bohunice V1 (Slovensko), Novoronž (Rusko) nebo Metsamor (Arménie). Tato erpadla jsou oznaována GCEN-10 (zkratka plyne z ruského jazyka: glavnyj cirkulacionnyj elektrieskij nasos). Jeho konstrukce je znázornna na obrázku.:.6. Voda vstupuje do erpadla kolenem ze spodu a vystupuje pes rozvádcí lopatky (0) do výstupního potrubí. Obžné kolo (19) je letmo uložené na hídeli, který je uložen v radiálním ložisku () a horním ložisku (11). To je radiální i axiální. Rotor elektromotoru (1) se otáí ve vod, piemž stator elektromotoru je suchý. Mezi mokrým rotorem a suchým statorem je umístna niklchromová hermetická pepážka (16), která tvoí hermetické pouzdro. Uvnit hermetického pouzdra proudí demineralizovaná voda autonomního okruhu. Jejím úkolem je mazání a chlazení všech ložisek. Proudní vody v tomto autonomním okruhu zajišuje pomocné obžné kolo (10) uložené na hídeli nad 14
1. Stojan. Radiální ložisko. Membrána 4. Svorníky 5. Šrouby statoru 6. Pomocné elektrické erpadlo VCEN-15 7. Výmník tepla 8. Hermetická prchodka 9. Svorkovnice 10. Pomocné obžné kolo 11. Horní ložisko 1. Rotor elektromotoru 1. Stator elektromotoru 14. Ventilátor 15. Železo statoru 16. Hermetická pepážka 17. Ochranná deska 18. Ulita (tleso) erpadla 19. Obžné kolo 0. Rozvádcí lopatky 1. Základové plotny. Podpry Zapouzdené erpadlo GCEN 10 [8] Obr.:. 6. horním ložiskem. K dochlazování ložisek pi odstaveném erpadle slouží pomocné elektrické erpadlo (6) umístné na rámu hlavního erpadla. Chlazení autonomního okruhu se provádí ve výmníku tepla (7) se samostatným okruhem. Statorové vinutí je chlazeno vzduchem. Cirkulaci vzduchu zajišuje ventilátor (14). Prostor primárního potrubí je za provozu nepístupný, proto je oddlen od horního prostoru ochranou deskou (17) a membránou (), která umožuje dilataci erpadla. Horní prostor (paluba erpadla) je po omezenou dobu za provozu pístupný. K vyrovnávání dilatací potrubí slouží na erpadle 15
kulové podpry (), které se pohybují na základových plotnách (1). Volný pohyb celého rámu erpadla na kteroukoliv stranu je umožnn do 70 mm. erpadlo je možno rozdlit na dva hlavní celky tj. na ulitu erpadla (18) a vyjímatelnou ást erpadla. Tyto dva celky se stýkají v hlavní dlící rovin erpadla a jsou k sob pitaženy svorníky (4). Tsnost mezi ulitou erpadla a vyjímatelnou ástí zajišuje tsnní, které je umístno v hlavní dlící rovin erpadla. Zdroj: [8,5].. Ucpávková hlavní cirkulaní erpadla Tato erpadla se nazývají jako ucpávková, protože utsnní hídele bývá uskuteováno hídelovou ucpávkou. Ucpávkové kroužky jsou vyrobeny z pírodního grafitu. Hlavní rozdíl od zapouzdeného erpadla je umístní elektromotoru erpadla mimo hermetickou tlakovou ást primárního okruhu. Proto je nutno použít ucpávkového tsnní na hídeli spojující erpadlo a elektromotor. Tím se zpístupní motor erpadla a umožní použití dostaten hmotného rotoru, který je nutný pro dobh erpadla v pípad perušení dodávky napájení. Celé erpadlo je zárove o mnoho lehí než zapouzdené. Nevýhodou jsou již zmiované organizované úniky vody. Použití HC s tsnním hídele zvyšuje nároky na operátory, nebo tato erpadla mají oproti zapouzdeným více pomocných chladících okruh a pomocných zaízení nutných k bezproblémovému chodu erpadla. Tyto pomocné okruhy a zaízení musí být vybaveny píslušnými idly a mením, které jsou následn vyvedeny na blokovou dozornu. Zdroj: [8] Ucpávková hlavní cirkulaní erpadla dnes patí mezi nejpoužívanjší erpadla v primárních okruzích tlakovodních reaktor. V eské republice jsou používána v obou jaderných elektrárnách tj. na tyech blocích VVER 440 v Dukovanech a na dvou blocích VVER 1000 v Temelín. Pro bloky VVER 440 jsou tato hlavní cirkulaní erpadla používána od roku 1978 a oznaují se GCEN 17 (v R se oznaují jako HC 17). Na blocích VVER 1000 jsou umístna erpadla s oznaením GCEN 195 M. HC se v zásad dlí na dva konstrukní celky je to ulita erpadla a vyjímatelná ást. Ulita erpadla je hydraulická ást erpadla v níž je mimo jiné umístn difuzor, vstup a výstup chladící vody. Vyjímatelná ást je horní ást erpadla obsahující pohon, ucpávku ložiska a další konstrukní prvky. Spojení mezi ulitou erpadla a vyjímatelnou ásti je hlavní dlící rovina HC. Toto místo je hranicí mezi primárním okruhem a okolím hermetického prostoru. Hlavní dlící rovina je znázornna na obrázku.:.7. a dále je jí vnováno více v bod.:. Na obrázku.:.7. je znázornn ez a popis erpadla GCEN 17 (HC 17). Utsnní hídele je realizováno pomocí ty do série poskládaných ucpávek. První a poslední ucpávka je hydrodynamická a druhá a tetí je hydrostatická ucpávka. Jak bylo již zmínno hlavní cirkulaní erpadla s tsnním hídele mají pro vlastní provoz mnoho pomocných systém. V následujících šesti bodech jsou vyjmenovány ty nejdležitjší pomocné systémy erpadla GCEN 17. 1. Autonomní okruh erpadla zajišuje chlazení a mazání spodního radiálního ložiska. Cirkulaci vody tohoto okruhu zajišuje malé obžné kolo umístné mezi tepelnou bariérou a ložiskem. V pípad výpadku napájení hlavního erpadla slouží k dochlazení malé pomocné erpadlo VCEN 15.. Systém chlazení elektromotoru chladí vinutí elektromotoru vzduchem. Chladící vzduch pracuje v uzaveném okruhu a je chlazen vodou ve vloženém okruhu pes chladi. 16
1. Cívka elektromagnetu. Tleso radiálnaxiálního ložiska. Tleso tsnní hídele 4. Tleso radiálního vodou mazaného ložiska 5. Hídel 6. Pítlaná píruba (vyjímatelná ást) 7. Ulita erpadla 8. Rozvádcí lopatky 9. Tepelná bariéra 10. Obžné kolo erpadla 11. Malé pomocné obžné kolo 1. Svorníky Viz obr.:.1 ez hlavním cirkulaním erpadlem typu GCEN 17 [1] Obr.:.7.. Systém pívodu oleje. Olej je pivádn ze systému olejového hospodáství hlavních cirkulaních erpadel. Slouží k mazání a chlazení horního radiáln axiálního ložiska. 4. Systém zahlcování posledního stupn ucpávky hídele istým kondenzátem. Toto zahlcování se provádí proto, aby nedocházelo k úniku tsnné vody s pímsí bóru. 5. Systém kontroly tsnosti pírubového spoje zajišuje kontrolu tsnosti hlavní dlící roviny hlavního cirkulaního erpadla. V pípad úniku chladiva zajišuje odvod tohoto chladiva do chladie. 6. Systém elektromagnetického odlehovacího zaízení. Spouští se pi tlaku vody 8 MPa a slouží k odlehení síly psobící na axiální ložisko. Tato síla vzniká pi psobení tlaku na ela obžného kola. Jelikož je plocha ela ze spodu vtší než shora psobí tlak vody silou smrem nahoru. Proto pi tlaku 8 MPa zane elektromagnet pitahovat smrem dol odlehovací kotou. Zdroj: [8] 17
1. Setrvaník. Radiální ložisko. Axiální ložisko 4. Vzduchový chladi 5. Olejový chladi 6. Stator motoru 7. Rotor motoru 8. Hídel erpadla 9. Mezikus hídele erpadla 10. Šachta erpadla 11. Sestava tsnní 1. Píruba hlavní dlící roviny 1. Vstikování chladící vody do tsnní 14. Tepelná bariéra 15. Rozvádcí lopatky 16. Obžné kolo 17. Ulita erpadla 18. Výstup vody 19. Vstup vody Hlavní cirkulaní erpadlo pro EPR [7] Obr.:.8. Nov navrhované jaderné elektrárny typu EPR rovnž pedpokládají použití ucpávkových hlavních cirkulaních erpadel. Hlavní cirkulaní erpadlo je oznaováno RCP (reactor coolant pumps). Konstrukce tohoto erpadla je velice podobná erpadlm GCEN. Rovnž se dlí na dva celky, kterými je hydraulická ást tj. ulita erpadla a vyjímatelná ást. Tyto dv ásti se stýkají v hlavní dlící rovin erpadla. Hídelová ucpávka je jako jeden celek zabudována v domeku. Skládá se ze tí hydrodynamických tsnní. Celé ucpávkové tsnní je zálohováno jedním stabilizaním tsnním, které uzave v odstávkách nebo pi poruše. 18
Potom dochází ke styku kov na kov. Hlavní cirkulaní erpadlo pro EPR je zobrazeno na obrázku.:.8. Zdroj: [7] Tab..:.1. Srovnání hlavních cirkulaních erpadel [8,6] Typ erpadla GCEN-10 GCEN-17 GCEN-195 M RCP Pro reaktor VVER 440 VVER 440 VVER 1000 EPR 1600 Výška [m] 6,7 9, 11,9 9, Hmotnost 50, 4 110 11 [t] Tlak vody 1,7 1,7 15, 17,6 [MPa] Objemový 7 000 7 100 4 000 8 0 prtok [m /h] Otáky 1 470 1 500 1 000 1 485 [ot/min] Potebný 1 850 1 400 5 100 9 000 píkon[kw] Teplota na sání erpadla [ C] 70 70 90 51.4 Hlavní uzavírací armatura Celý primární okruh reaktoru VVER 440 obsahuje celkem 1 hlavních uzavíracích armatur (HUA). Jsou to šoupátka o DN 500, která jsou ovládána bu servomotorem nebo run. Každá HUA má nátrubky pro pipojení odvodu organizovaných únik a kontrolu tsnosti hlavní dlící roviny. HUA se skládá z tlesa s klínem, tlakotsného uzávru, vetena, tmenu s vetenovou maticí, pevodovky, elektrického servomotoru, vlnovce, kulové podpry, spojovací ástí, odsávací trubky a tsnní servomotoru. Hlavní dlící rovina HUA je tsnna tlakotsným víkem, tsnícím kroužkem, oprným kroužkem a dleným kroužkem. Potebná hodnota tsnícího tlaku je dosažena utažením matice k oprné desce. Dlený kroužek pitláí tsnící kroužek na oprný kroužek. Prostor za tsnním je monitorován a pípadné netsnosti odvedeny pivaeným nátrubkem. Utsnní tlesa šoupátka je zálohováno membránou, která je uložena pod oprnou deskou v drážce tlesa na mkkém tsnivu. Na tlakotsném víku je membrána uložena kov na kov. Utsnní vetene je zajištno jednokomorovou dvojnásobn stlaovanou ucpávkou, která je zabudována v tlakotsném víku. Základní konstrukce HUA je zobrazena a popsána na obrázku.:.9. Zdroj: [4] 19
1. Tlakotsné víko. Ucpávka vetene. Odvod organizovaných únik 4. Veteno šoupátka 5. Servomotor (pohon vetene) 6. Pevodová skí 7. Tleso klínu 8. Dosedací plochy šoupátka 9. Komora šoupátka 10. Gumová membrána ez hlavní uzavírací armaturou VVER 440 [8] Obr.:.9..5 Kompenzátor objemu Systém kompenzace objemu slouží k vyrovnávání tlakových zmn, které vznikají vlivem tepelných dilatací chladící vody v primárním okruhu. Tento autonomní systém reaktoru je vždy neoddliteln pipojen k primárnímu okruhu. Kompenzátor objemu (KO) pracuje jako vyrovnávací nádrž, která dopluje nebo odebírá chladící vodu z I.O. V praxi se používají dva typy KO, bu je s plynovým nebo parním polštáem nad hladinou. U reaktor VVER se KO 0
s plynovým polštáem takka nepoužívají. astjší variantou je použití KO s parním polštáem. 1. Vstup vody ze studené vtve I.O.. Prlezný otvor. Odvod páry a smsy plyn 4. Rozstikovací trysky 5. Tepelný štít 6. Nástavec pro uchycení 7. Žebík pro revizní kontrolu 8. Ponorné elektrické ohíváky 9. Nosný válec 10. Vstupní hrdlo vody z horké smyky 11. Oprná konstrukce Kompenzátor objemu reaktoru VVER 440 [8] Obr.:.10. Tlaková nádoba KO pro reaktory VVER 440 je vyrobena z uhlíkové oceli s vnitní navaenou výstelkou z korozivzdorné ocele. V horním dn jsou navaeny dva nátrubky DN 100. Jeden slouží k pívodu vody ze studené vtve I.O, popípad pívod vody od erpadel. Druhý slouží pro odvod páry a smsy plyn pes dva pojišovací ventily do barbotážní nádrže. V horním dn je také umístn prlezný otvor (Ø 450 mm) sloužící pro revizní kontroly. Víko tohoto otvoru je tsnno dvma niklovými kroužky kruhového prezu. V prostoru mezi kroužky, pro kontrolu tsnosti víka, je monitorován tlak. V posledních letech se nap.v JE Dukovany používá pro utsnní prlezového otvoru hebenové tsnní s expandovaným grafitem MITes HT. Spodní dno tlakové nádoby KO má hrdlo (Ø 00 mm). K nmu je napojeno potrubí od horké smyky (smyka.1) primárního okruhu. Ve spodní 1
válcové (zavodnné) ásti KO jsou radiáln umístny elektrické ohíváky. Na obrázku.10. je zobrazen a popsán kompenzátor objemu pro reaktory typu VVER 440. Konstrukce kompenzátor objemu pro reaktory typu EPR je velice podobná. Liší se pouze jen v nkterých detailech nap. tento KO má pomocné elektrické ohíváky napojeny do tlakové nádoby spodním dnem a rovnobžn s osou tlakové nádoby KO. Zdroj: [8,1,6,7] Tab..:.. Srovnání kompenzátor objemu [8,6] Pro reaktor VVER 440 EPR Celková výška [m] 11,975 14,4 Celkový vnitní objem [m ] 44 75 Pracovní teplota [ C] 4-6 6 Pracovní tlak [MPa] 1,6 17,6 Poet elektrických ohívák 108 108
. Platná legislativa upravující navrhování zaízení pro jaderné elektrárny Tato kapitola se zabývá struným popisem platné legislativy, kterou je nutné dodržovat pi výrob, zkoušení a dokumentování souástí urených pro jaderná zaízení. Úkolem této práce je návrh a výpoet tsnní pro HC v jaderné elektrárn Paks, tj. pro jaderné zaízení s tlakovodním reaktorem VVER 440 v Maarsku. Z dvodu špatné dostupnosti platné legislativy pro Maarsko a z pedpokladu, že legislativa v R je podobná jako v Maarsku, bude erpáno z platné legislativy eské republiky. Pohled bude zamen zejména na pedpisy týkající se konstrukce, navrhování a výroby souástí jaderných zaízení. Všechny innosti, které souvisí s využíváním jaderné energie nebo ionizujícího záení musí být v souladu se zákonem. 18/1997 SB. tj. zákon o mírovém využívání jaderné energie a ionizujícího záení (atomový zákon) a o zmn a doplnní nkterých zákon. Podle tohoto zákona je návrh a projektování souásti jaderných zaízení inností související s využíváním jaderné energie. Pro vykonávání této innosti zákon. 18/1997 SB. mimo jiné stanovuje povinnosti osob vykonávající tyto innosti k nimž patí povinnosti pi zajišování technické bezpenosti vybraných zaízení, piemž provádcím pedpisem je vyhláška SÚJB 09/005Sb. Dále mezi povinnosti osob provádjící návrh a projektování souásti jaderných zaízení patí dodržování systému jakosti, který je popsán vyhláškou SÚJB 1/008 Sb. Zdroj : [1].1. Vyhláška 1/008 Sb. Vyhláška o systému jakosti pi provádní a zajišování inností souvisejících s využíváním jaderné energie a radianích inností a o zabezpeování jakosti vybraných zaízení s ohledem na jejich zaazení do bezpenostních tíd stanovuje: a) Požadavky na systém jakosti pi provádní nebo zajišování inností souvisejících s využíváním jaderné energie nebo radianích inností. Stanovuje požadavky na dokumentaci, která musí být vedena o systému jakosti. b) Požadavky na nápl programu zabezpeování jakosti. Program zabezpeování jakosti musí být dokumentován a obsahovat pedepsané náležitosti. c) Kritéria pro zaazení a rozdlení vybraných zaízení do bezpenostních tíd. Vybraná zaízení jsou rozdlena do bezpenostních tíd 1, a d) Základní požadavky na zabezpeování jakosti vybraných zaízení s ohledem na jejich zaazení do bezpenostních tíd. e) Rozsah a zpsob provedení seznamu vybraných zaízení. Zdroj : [0]
.. Vyhláška 09/005 Sb. Vyhláška o zajišování technické bezpenosti vybraných zaízení stanovuje : a) Zpsob urení vybraných zaízení, která jsou speciáln navrhovaná pro jaderná zaízení. Vybraná zaízení jsou popsána podle bezpenostní tídy, pracovních nebo rozmrových parametr. b) Technické požadavky pro zajištní technické bezpenosti vybraných zaízení pi výrob a za provozu. Tato ást íká že, výroba speciáln navrhovaného vybraného zaízení se provádí ve shod s technickými požadavky, které se vztahují i na ásti tohoto zaízení. Jak v prbhu tak po skonení výroby se provádjí kontroly pro ovení souladu s technickými požadavky. c) Postupy pro posuzování shody vybraných zaízení, která jsou speciáln navrhovaná pro jaderná zaízení, s technickými požadavky. Uruje jakým zpsobem provádt posuzování shody vybraných zaízení pro každou bezpenostní tídu. d) Zpsob zajištní technické bezpenosti vybraných zaízení pi uvedení do provozu, v provozu, pi opravách a údržb. Zdroj : [19].. Normativn technická dokumentace asociace strojních inženýr V kvtnu roku 001 byla vydána asociací strojních inženýr normativn technická dokumentace(ntd A.S.I.), která vznikla na základ využití dosavadních zkušeností a praxe v tuzemsku a v zemích evropské unie i s využitím nových vdeckých a technických poznatk. Tato dokumentace poskytuje pehled mimo jiné o materiálech a jejich vlastnostech, které jsou doporueny pro zaízení JE VVER. Její používání je doporueno státním úadem pro jadernou bezpenost. Je rozdlena do nkolika sekcí: I. Svaování zaízení a potrubí jaderných elektráren typu VVER II. Charakteristiky materiál pro zaízení a potrubí jaderných elektráren typu VVER III. Hodnocení pevnosti zaízení a potrubí jaderných elektráren typu VVER IV. Hodnocení zbytkové životnosti zaízení a potrubí jaderných elektráren typu VVER V. Zkoušky materiálu VI. Vzduchotechnické systémy jaderných elektráren typu VVER I.až VI Zvláštní pípady zaízení a potrubí jaderných elektráren typu VVER Pi návrhu tsnní je nutno vycházet z doporuených materiál, které jsou uvedeny v sekci II. Normativn technická dokumentace Asociace strojních inženýr sekce II Charakteristiky materiál pro zaízení a potrubí jaderných elektráren typu VVER poskytuje návod pro výbr základních materiál pro výrobu, opravu, rekonstrukci nebo náhradu zaízení JE VVER a stanovuje požadavky na mechanické charakteristiky a fyzikální veliiny [cit:] 4
Vlastnosti materiál navrhovaného tsnní pro HDR HC MITes HT (viz 4. nový tsnící uzel) musí být v souladu s technickými podmínkami, které na tento materiál klade NTD A.S.I. II. Výchozí materiál pro výrobu grafitového obložení je folie z expandovaného grafitu. Tento grafit má pedepsaný obsah neistot 0,15 % a pedepsaný obsah chlorid 0 ppm. Výchozí materiál pro výrobu nosného hebene je plech korozivzdorné ocele (17 48.40). Pozornost u tohoto materiálu je vnována mimo jiné zkoušce odolnosti proti mezikrystalické korozi a obsahu kobaltu. Jak pedepisuje NTD A.S.I. II odstavec 4..7. je povolen obsah kobaltu v materiálu do 0,050 hmotnostního % ( v nkterých pípadech 0,080 hmotnostního %). Pro heben MITes HT je povolena výjimka obsahu kobaltu do 0,0 hmotnostního %. Dvodem je malá styná plocha materiálu s mediem primárního okruhu a zhoršená dostupnost materiálu s pedepsaným obsahem kobaltu. Zdroj : [1,,, 8, 9] 5
4. Konstrukce a popis stávajícího a nového tsnícího uzlu HDR HC 17 4.1 Stávající tsnící uzel ástený ez hlavní dlící rovinou HC 17 je zobrazen na obrázku 4.1. Tento obrázek znázoruje pouze detail obrázku, který je zobrazen na obrázku.:.7 (na obr..:.7. není pro jednoduchost znázornn svorník). Vyjímatelná ást () tvoící víko erpadla je pomocí 0 svorník () dotlaována pes tsnní (14) na tsnící plochu ulity erpadla (1). Svorníky jsou v ulit erpadla zašroubovány v závitových hnízdech M100x6. Na pírubu vyjímatelné ásti psobí svorníky pes matici M80x4 (8), oprnou podložku (7), pouzdro (6) a 5 talíových pružin (5). Jako pojistné tsnní v tsnném uzlu je použito ucpávkového tsnní (10,11,1,1) Prostor mezi tsnními je zaplnn vodou a je zde monitorován pípadný nárst tlaku za provozu i bhem tlakových zkoušek. Použití pružných prvk ve šroubovém spoji je z dvodu snižování negativních vliv vznikajících pi relaxaci tsnní. Viz obr..:4. 1. Ulita erpadla. Vyjímatelná ást. Svorník 4. Podložka 5. Talíová pružina 6. Podložka 7. Oprná podložka 8. Matice 9. Pítlaný šroub 10. Tlaný kroužek 11. Ucpávka 1. Kroužek 1. dlený kroužek 14. Tsnící kroužek ástený ez hlavní dlící rovinou HC 17 [1] Obr.: 4.1. 6
Dále napomáhá ke snížení amplitudy pi cyklickém zatžování svorník, které by mohlo vzniknout pi tlakových pulsacích v primárním potrubí. A v neposlední ad použití pružných prvk pispívá ke snížení potebného pedptí ve svornících. Pedptí svorník je stanovováno pes prodloužení svorník, které je meno od ela svorníku k elu mící tyinky. Mící tyinka je našroubována v centrální dutin svorníku. Jelikož se jedná o pírubový spoj urený k utsnní chladícího média v primárním okruhu jaderné elektrárny (ímž je radioaktivní voda) je nutno dodržet stanovenou tídu tsnosti. Norma EN 1555 stanovuje pro toto médium tídu tsnosti L 0,01 0,01 mg/s m. Stávající tsnní je umístno na tsnící ploše o rozmrech Ø 170 / Ø 150 mm. Umístní stávajícího tsnní je zejmé z obrázku.: 4.. jeho rozmry jsou zobrazeny na obrázku.:4.. Jedná se o ploché kovové tsnní obdélníkového tvaru. Pvodním konstrukní materiálem tohoto tsnní byl nikl. Pozdji se zaal používat materiál obdobný konstruknímu materiálu vyjímatelné ásti a ulity erpadla. Konkrétn je to ocel 1Ch18N9T. Obrázek.:4.. je detailem znázornným na obrázku.:4.1. Nárt stávajícího tsnní [1] Obr.: 4.. Montáž stávajícího tsnní je dána instrukcemi pro montáž. Ped montáží je teba zajistit potebnou istotu a drsnost povrchu tsnících ploch jak vyjímatelné ásti tak i ulity erpadla. Dále je teba provést kontrolu nerovnosti tsnících ploch a zhodnocení jejich stavu nejsou-li poškozeny vrypy nebo povrchovými trhlinami. Montáž tsnní je provádna školeným personálem pomocí hydraulického utahováku. Postup utahování svorník je jasn stanoven v instrukcích pro montáž tsnní. Stejn tak musí být stanovena hodnota popípad interval hodnot protažení svorník pi montáži. Utahování tsnní se musí provádt postupn, tak aby nedošlo pi prvním dotažení hned k plnému zatížení tsnní pedepsanou utahovací silou. To by mohlo vést k deformaci tsnní a pípadn k netsnostem. Po demontáži nelze pvodní tsnní znovu použít. Musí být zlikvidováno jako radioaktivní odpad a nahrazeno novým kusem. Hlavní nevýhodou stávajícího tsnní jsou potebné vysoké mrné tlaky k utsnní pírubového spoje s kovovým tsnním. Minimální požadovaný tlak pro stávající tsnící uzel pi montáži je 5 MPa. Z toho plynou vysoké utahovací síly. Tlak psobící na tsnní pi montáži je 770 MPa. Pi zatížení tsnícího spoje za nominálního provozu erpadla je tlak 7
psobící na tsnní 0 MPa. S uvážením, že mez pevnosti materiálu tsnní i tsnících ploch se pohybuje v intervalu 500-700 MPa a hodnota smluvní meze kluzu je 15 MPa, je teba konstatovat, že tlak psobící v montážním stavu dosahuje meze pevnosti materiálu a tlaky v ostatních stavech zatžování prakticky vždy pesahují mez elasticity materiálu. Psobením takovýchto tlak dochází k velké plastické deformaci nejen tsnní, ale také tsnících ploch na vyjímatelné ásti a na ulit erpadla. Mezi tsnním a tsnící plochou mohou také vznikat studené svary, které zapíiují vytrhávání materiálu z tsnící plochy pi demontáží. U vyjímatelné ásti a ulity erpadla dochází k velkému otlaení tsnících ploch, piemž se objevují povrchové trhliny. Tyto vzniklé problémy jsou ešeny pi generálních opravách HC obrábním poškozených ploch. Obrobení lze provést jen nkolikrát, nebo po nkolikátém obrobení dochází pi montáži ke znanému snížení vyjímatelné ásti. Snížení vyjímatelné ásti je ešeno návarem materiálu na tsnící plochu. Následn je teba navaenou plochu obrobit na požadované rozmry, pesnost a drsnost povrchu. Schéma umístní stávajícího a nového tsnní Obr.: 4.. 8
Všechny tyto problémy vzniklé vysokým utahovacím tlakem tsnní vyvozují další komplikace, kterými jsou prodloužení montážních prací pi odstávce bloku, prodražení provozu a pedevším snížení jaderné bezpenosti celého zaízení. Prodlužování doby a vznikající komplikace pi úprav tsnících ploch a montáže tsnní také zvyšují radianí zátž personálu. Výskyt povrchových trhlin na tsnících plochách výrazn snižuje životnost celého tsnného uzlu a ukrývá nebezpeí dalšího šíení trhlin hloubji do základního materiálu, což by vedlo ke snížení pevnosti celé souásti. Další pomrn znanou nevýhodou stávajícího tsnícího uzlu je prakticky nulové zptné odpružení tsnní, které by kompenzovalo axiální posuny pírub vi sob. Velikost axiálních posuv v tsnném uzlu se pohybuje do hodnoty 0,6 mm. Zatížení stávajícího tsnní má zásobu zptného odpružení odpovídající elastické deformaci materiálu tsnní. Elastická deformace je sama o sob malá a díky montážnímu tlaku, který pesahuje mez pevnosti je elasticita materiálu tsnní zanedbatelná. Problém s netsností nastává ve chvíli, kdy díky pechodovým stavm systému dojde k poklesu psobícího tlaku na tsnní pod minimální hodnotu 5 MPa. Potom je nutné zvýšit psobící tlak na tsnní dotažením svorník. Tentýž problém nastává pi vzájemných radiálních posunech tsnících ploch vi tsnní. Radiální posuny jsou vyvolány teplotními dilatacemi a odehrávají se v místech styku tsnní a tsnící plochy. Tsnní samo není nijak schopno radiální posuvy kompenzovat. Velikost radiálních posuv je maximáln 0,4 mm. Posledním nedostatkem stávajícího tsnní je jeho jednorázová použitelnost, což zvyšuje objem radioaktivních odpad. Tento nedostatek není oproti pedešlým nedostatkm zvlášt výrazný, ale dlouhodobý pohled na radioaktivní odpady svdí proti stávajícímu tsnní. Výhodou stávajícího tsnní je jeho jednoduchost, od které se odvíjí relativní snadnost výroby. Z toho vyplývá i prodejní cena tsnní. Všechny výše jmenované nevýhody stávajícího tsnní jsou dvodem pro zámnu tsnní. Piemž hlavním dvodem zámny tsnní je nutnost zvýšení životnosti tsnného uzlu. Proto by použití nového tsnní mlo zaruit snížení potebných tlak pi montáži tsnní. Tím by se ml eliminovat výskyt povrchových trhlin objevujících se na tsnících plochách. S odstranním povrchových trhlin by zárove odpadla poteba obrábní tsnících ploch. 4. Nový tsnící uzel Pro zámnu stávajícího tsnní je navrhováno tsnní od spolenosti MICo, spol. s r.o. konkrétn typ tsnní MITes HT. Nový tsnící uzel je navrhován na rozmrech Ø 150 / Ø 108 mm, což je patrno z obrázku.: 4.. Nové tsnní je navrhováno na jinou tsnící plochu než bylo stávající tsnní. Hlavním dvodem je zmenšení prmru tsnní a tím pádem snížení hydraulického tlaku. Dále nové tsnní mže být širší, ímž dojde ke snížení tlaku psobícího na tsnní. Nezanedbatelným dvodem pro zmnu tsnící plochy je fakt, že nová tsnící plocha nebude zdeformovaná od pedešlého provozu. Nov navrhované tsnní bude stejn jako stávající tsnní ploché a bude také uloženo v hlavním silovém toku. Konkrétn se jedná o hebenové tsnní, které bude složeno z nosného hebene a grafitových píložek. Tvar a rozmry nového tsnní jsou zobrazeny na obrázku.: 4.4 a 4.5. Nosný heben bude vyroben z korozivzdorné oceli 17 48.40. Výchozí materiál pro výrobu grafitových píložek bude folie z expandovaného grafitu tloušky 1,5 mm. Základní vlastnosti grafitové folie jsou výchozí hustota 1,0 g/cm, použitelná teplotní oblast od -50 C do 000 C, maximální obsah neistot grafitu 0,15 % a maximální obsah chloridu 0 ppm. Pi teplot nad 000 C dochází k sublimaci grafitu. Obsah neistot v grafitu 9
je faktor, který pímo ovlivuje propustnost materiálu a obsah chlóru v materiálu je limitujícím údajem pro možnost použití materiálu na primárním okruhu. Nárt nového tsnní (ped montáží) [1] Obr.: 4.4. Ped montáží nového tsnní musí být provedeno nkolik kontrol, které se budou týkat tsnní i tsnících ploch. Na tsnní je provádna vizuální kontrola ploch grafitu a to zejména z hlediska její celistvosti a neporušenosti. Na povrchu grafitu se nesmí objevit výrazné rýhy, pouze se pipouští vzniklé rýhy ve spoji jednotlivých segment. Pípustné jsou také plošné otlaky vzniklé omakem nebo manipulací s tsnním. Na tsnících plochách je nutné provést rozmrovou a vizuální kontrolu. Rozmrová kontrola se provede pouze pi první instalaci nového tsnní. Provádí se jak na tsnící ploše vyjímatelné ásti, tak i na tsnící ploše ulity erpadla. Pi následných montážích nebude rozmrová kontrola nutná, nebudou-li tsnící plochy vykazovat viditelné deformace. Pi rozmrové kontrole je nutné zkontrolovat sklon a zvlnní tsnících ploch. Vizuální kontrola obsahuje kontrolu velikosti a koncentrace rýh v obvodovém a píném smru. Dále kontrolu vad lokálního charakteru a defektoskopickou kontrolu. Pípustné velikosti rýh nebo lokálních vad musí být udané výrobcem tsnní v instrukcích pro montáž tsnní. Postup pi samotné montáži tsnní se nijak výraznn neliší od postupu montáže stávajícího tsnní. Stále platí, že montáž tsnní provádí personál s píslušným školením. Ped vlastním utahováním svorník musí být závity svorník i matic ádn oištny a namazány povoleným mazivem. Utahování svorník musí být provedeno kížov a rovnomrn. Postup zatžování svorník musí probhnout minimáln ve tech krocích (cca: 0%; 50-60%; 100% utahovací síly svorník). Pi dalších montážích je možné znovu použít nosný heben, pokud nebyl pi demontáži poškozen nebo zdeformován. Pro znovu použití nosného hebene je nutné, aby heben pi pedešlé montáži nebyl zatížen vtším 0
tlakem než je pedepsáno v instrukcích pro montáž tsnní. Grafitové píložky je nutné pi každé další montáži vymnit. ez modelem nového tsnní (ped montáží) Obr.: 4.5. Nejdležitjší výhodou nov navrhovaný tsnící uzel je razantní zvýšení životnosti tsnného uzlu. Jeho životnost by mla být zvýšena z pvodních - 4 let až na 79 let. Tato výhoda je zpsobena použitím tsnní, které nevyžaduje tak vysoké utahovací tlaky jako stávající tsnní. Proto odpadají problémy s výskytem povrchových trhlin, otlaení a vytrhávání materiálu z tsnících ploch. Tím nejsou tsnné plochy poškozovány a nemusí se provádt jejich obrábní a navaování. Dále je odstranné nebezpeí šíení povrchových trhlin hloubji do základního materiálu. To zlepšuje ekonominost provozu celého zaízení a zvyšuje jadernou bezpenost. Další významnou výhodou je schopnost zachycení radiálních a axiálních posuv. Radiální posuvy mezi vyjímatelnou ástí a ulitou erpadla se odehrávají v grafitu samotném a proto nedochází k odtržení grafitu od tsnící plochy. Axiální posuvy jsou kompenzovány zptným odpružením, které je grafit schopen zajistit. Zptné odpružení u navrhovaného tsnní je 14 %. Jako další výhodu nového tsnní je nutno uvést jeho schopnost zajistit tsnost ve všech provozních a poruchových stavech. Nevýhodou navrhovaného tsnní je mírné pekroení meze elasticity materiálu práv pi nkterých pechodných nebo poruchových stavech. V žádném stavu, ale nedochází k pekroení meze pevnosti ocelového nosného hebene. Ovšem ve srovnání se stávajícím tsnním jsou tlaky psobící v tsnném spoji nkolikanásobn menší. Uritou komplikaci pi navrhování nového tsnní mže psobit volba tloušky grafitových píložek nad nosným hebenem. Pro optimální návrh tloušky grafitových píložek je potebné mít dostatený výpotový aparát, ale také potebné profesní zkušenosti a znalosti. Pi použití malé tloušky grafitové píložky hrozí proezání hebene grafitovou píložkou, ímž by došlo k poškození nosného hebene a tsnících ploch. Tím by se celé tsnní znehodnotilo a nebylo by schopno zajistit požadovanou tsnost. Opaným pípadem je navržení veliké tloušky grafitu nad hebenem. To je relativn menší chyba než pedešlá, ale stejn tak by mohlo dojít ke zvýšení netsnosti díky zvtšení prostoru pro možnou difundaci molekul tsnného média skrz vrstvu grafitu. Další nevýhodou navrhovaného tsnní je výrobní cena tsnní vi stávajícímu tsnní. Jelikož stávající tsnní je jeden jednoduchý ocelový kroužek, nové tsnní je složeno ze složitjšího tvaru ocelového kroužku (nosného hebene) a grafitových píložek. Toto srovnání 1