乏燃料运输容器事故工况密封分析研究

目的 为防止放射性物质泄漏,要求乏燃料运输容器在事故工况下保证容器的密封。通过对乏燃料运输容器比例容器事故工况密封分析研究,为乏燃料运输容器密封分析提供依据。方法 为验证假想事故工况乏燃料运输容器的密封性,采用LS-DYNA分析软件,开展乏燃料运输容器比例容器9 m跌落分析,提取密封螺栓跌落过程中的载荷时程和密封面分离量,并在比例容器跌落试验后开展气密性能试验。结果 跌落分析结果表明,比例容器内、外盖在跌落过程中,密封螺栓应力满足限值要求;内、外盖密封面最大分离量小于密封结构有效回弹量。同时跌落后容器的气密性检查试验结果表明其密封性能良好。结论 乏燃料运输容器比例容器的跌落密封分析和气密性试验结果表明,在事故工况下乏燃料运输容器货包能够保证密封要求,该分析方法可用于乏燃料运输容器事故工况的密封分析。     

事故工况下乏燃料运输容器跌落分析

目的验证乏燃料运输容器本体、内外盖、吊篮和螺栓及其运输包装设计,在事故工况中以最危险角度从9 m高度自由跌落至水平的刚性地面过程中,是否满足GB 11806《放射性物质安全运输规定》的规范要求。方法采用LS-DYNA进行有限元仿真模拟跌落过程以代替跌落试验,开展乏燃料运输容器9 m自由跌落冲击分析,并根据ASME规范第III卷规定的应力限值对容器本体、内外盖、吊篮和螺栓进行应力校核。结果应力校核结果显示,乏燃料运输容器本体、内外盖、吊篮和螺栓满足设计强度要求。结论该乏燃料运输容器本体、内外盖、吊篮和螺栓及其运输包装设计满足GB 11806规范要求。     

乏燃料运输容器减震器应用及研究现状

目的 了解国内外乏燃料运输容器减震器的成熟结构形式,分析应用技术的主要特点,整理现有减震器缓冲材料的材料特性和研究现状,为国内减震器设计发展提供一定参考。方法 综述国内外代表性乏燃料运输容器的减震器应用现状,分析现有缓冲材料的优缺点和结构设计方面的注意事项。结果 目前,国内外乏燃料运输容器多采用木材填充的壳式减震器,在填充材料方面,聚氨酯泡沫、蜂窝铝等工程材料也有应用,此外泡沫铝、碳泡沫、双向瓦楞蜂窝铝等新型材料也被研究用作减震器缓冲材料。结论 建议继续增加对新型缓冲材料以及对减震器结构设计的研究,以满足未来国内大型乏燃料运输容器的应用需要,同时建议注重减震器产品的适配性和兼容性,开发系列化产品。     

燃料运输容器跌落姿态分析技术

目的总结燃料运输容器跌落分析流程,设计合理的姿态分析方案,通过分析使燃料运输容器设计满足GB 11806规定的跌落试验要求。方法使用动力有限元方法对新燃料运输容器进行多姿态多工况的跌落分析,并根据试验结果对分析结果进行验证,将分析和试验经验总结成完整的分析流程。结果通过分析,新燃料运输容器在正常运输条件下的最不利跌落姿态为9°小角度跌落,该工况下容器外壳最大变形量为49 mm。事故运输条件下最不利跌落姿态为正向垂直跌落,燃料组件最大冲击力为1.78 MN。结合分析和试验结果总结了容器最不利跌落姿态的分析流程和技术要点。结论结合分析和试验结果,得到了新燃料运输容器各跌落试验的最不利跌落姿态,并总结了燃料运输容器跌落分析的通用流程。     

乏燃料容器设计中组件包壳的氢脆特性影响分析

目的针对高燃耗乏燃料在干法运输条件下存在的包壳脆性变化,探讨其对我国现阶段乏燃料运输及容器安全研究中以“组件结构保持完整”作为设计基准所带来的影响和考虑。方法结合锆包壳氢化物韧脆转变的机理,针对乏燃料离堆和运输过程对包壳性能变化进行分析,并根据美国“ISG-11”等技术导则中提出的判别准则,探讨事故载荷下高燃耗乏燃料包壳结构性能的变化。结果通常认为2G乏燃料不需要考虑其材料氢脆影响问题,而高燃耗的3G乏燃料则必须综合评价离堆及后续干法运输过程中各种因素变化对其性能的影响,以判断包壳的峰值温度、韧脆转变温度和温度变化幅度等是否会对事故工况下“其结构始终保持完整”的设计基准造成影响。结论随着我国进入3G高燃耗乏燃料密集运输的时代,在乏燃料运输容器设计及运输安全分析时更应充分考虑包壳材料氢脆特性影响下的乏燃料结构在事故载荷下的保持能力。     

乏燃料运输和储存容器中子屏蔽材料应用及研究现状

目的 了解国内外乏燃料运输和储存容器中子屏蔽材料的类型,整理分析现有中子屏蔽材料的性能和特点,为应用于乏燃料运输和储存容器的中子屏蔽材料的研发提供一定参考。方法 综述国内外应用于乏燃料运输和储存容器中子屏蔽材料的应用现状,对关键性能进行总结和比较,并提出其研究重点和发展趋势。结果 目前,硼化不锈钢、碳化硼/铝复合材料、硼铝合金、聚合物基复合材料和屏蔽混凝土等中子屏蔽材料已应用于乏燃料运输和储存容器。结论 随着核电厂高燃耗的发展趋势,未来乏燃料运输和储存容器对中子屏蔽材料的性能提出了更严格的要求,建议注重研发屏蔽性能优异、装配更换方便、耐辐照的中子屏蔽材料。     

放射性物质运输容器缩比模型试验的数值模拟

目的为了解决使用放射性物质运输容器原型在真实环境中进行跌落冲击试验的困难,研究一种缩比模型,使缩比模型可代替原型进行试验。方法通过量纲分析中的Buckingham"Π定理",推导出缩比模型容器的比例定律。以简化的圆柱形放射性物质运输容器为例,采用ABAQUS动态显式算法对原型和1/4缩比模型,在事故条件下于9 m高处以底角跌落姿态冲击刚性地面的动态响应进行数值模拟。结果两模型力学性能(包括关键位置的应变、应力、加速度,以及与刚性地面之间的接触力)的变化规律与理论分析结果具有很好的一致性。结论在一定缩比范围内,比例定律适用于放射性物质运输容器缩比模型的试验测试,可为原容器的替代试验提供科学依据。     

某乏燃料运输容器减震器设计及验证

目的 研发用于某运输容器的减震器,同时探究减震器尺寸和填充材料的分散性对减震器设计的影响。方法 开展减震器尺寸对运输容器减震效果的分析计算,通过木材抗压强度试验获取木材压缩强度分散性,并使用有限元方法对运输容器进行9 m过重心角跌落分析,并进行9 m过重心角跌落测试验证。结果 一般来说减震器尺寸越大,其吸收能量越多,但其尺寸超过某临界点后减震效果反而下降;低抗压强度的填充木材吸能力不如较高抗压强度的,但填充木材抗压强度较大时,减震器偏硬会导致较大的容器刚体加速度。结论 该减震器设计合理,满足规范要求。填充木材的力学性能分散性,偏大或偏小都会对设计产生影响,因此,使用木材作为缓冲填充材料,设计时需要充分考虑木材压缩强度分散性对缓冲效果的影响。     

新燃料运输容器运输多根小型组件的跌落分析

目的 通过跌落分析,确认STC容器可用于运输多根小型组件。方法 设计一个可装载多根小型组件的运输内胆,并从外形尺寸、质量、安装方式、重心位置等维度对内胆组件和新燃料组件进行比较,从而明确运输多根小型组件时STC容器的跌落姿态——与运输新燃料组件时一致。最后,比较STC容器在装载2种组件时的跌落分析。结果 跌落分析表明,在各种工况下的跌落中,相较于运输新燃料组件,STC容器运输多根小型组件的变形量要小。结论 通过内容物比对和跌落分析,证明了STC容器不仅可用于运输新燃料组件,还可以用于运输多根小型组件。该运输方案满足了跌落验收标准,确保了容器在各工况下跌落的闭合状态,从而提高了设计效率,节约了研制成本。     

新燃料运输容器聚氨酯泡沫填充材料性能研究

目的对新燃料运输容器聚氨酯泡沫填充材料进行性能测试、寿命预测,验证其是否满足新燃料运输容器设计性能要求和使用寿命要求。方法分别测试填充在新燃料运输容器不同区域的硬质聚氨酯泡沫的压缩性能、吸水性能、阻燃性能、隔热性能,并利用热重分析方法研究硬质聚氨酯泡沫填充材料的热老化性能,预测寿命。结果根据测试结果,研制的硬质聚氨酯泡沫能够满足新燃料运输容器填充材料的设计性能要求和使用寿命要求,在最高正常使用温度38℃条件下,预测其寿命为34年。结论在新燃料组件正常运输工况和事故运输工况条件下,硬质聚氨酯泡沫填充材料均能对燃料组件起到良好的保护作用,为实现新燃料运输容器国产化奠定了基础。     

反应堆乏燃料贮运用中子吸收材料的研究进展

从我国对乏燃料贮运用中子吸收材料的需求出发,简述了乏燃料贮运用中子吸收材料的特点、国内外研究及应用现状。重点阐述了含硼不锈钢、B4C/Al、硼铝合金、含硼有机聚合物4种含硼中子吸收材料的制备工艺、性能以及存在的问题,同时对目前我国使用的不锈钢包覆金属镉中子吸收材料和国外正在研究的含钆合金中子吸收材料进行了概述。提出了B4C/Al和硼钢两种中子吸收材料应作为进一步研究的重点。