Lazo, Pablo M. (2015) Evaluación de integridad estructural de tubos de generadores de vapor con defectos geométricos. / Evaluation of structural integrity of steam generator tubes with geometrical defects. Proyecto Integrador Ingeniería Mecánica, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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Resumen en español
Los generadores de vapor son uno de los componentes más importantes en las centrales nucleares, siendo su función la de transferir el calor generado en el núcleo del reactor al circuito secundario para la producción del vapor de agua que se utiliza en las turbinas para la producción de electricidad. La trasmisión de calor se hace través de los denominados tubos del generador de vapor. Los mismos operan en severas condiciones (alta temperatura y presión en un ambiente acuoso), teniendo sus fallas un impacto negativo debido a la potencial liberación de radioactividad y a la necesidad de reparaciones. Asociado a los procesos de fabricación de los generadores de vapor se introducen defectos como ovalización y excentricidad, originadas principalmente por el curvado de los tubos del generador de vapor TGVs. En el caso particular del reactor CAREM, los generadores de vapor tienen una geometría helicoidal y zonas con radios de curvatura muy reducidos, donde la ovalización y la excentricidad pueden ser elevadas. Además, en el reactor CAREM la presión del primario actúa del lado externo de los TGVs, por lo que los mismos operan en compresión. Las dos condiciones descritas, defectos geométricos y presión externa, pueden afectar negativamente la integridad estructural de los TGVs en condiciones de operación o accidentales. En este trabajo se busca estudiar el efecto de los defectos geométricos de ovalización y excentricidad en tubos sometidos a presión externa. Para ello, se analizan en primer término diferentes métodos teóricos y analíticos para la estimación de presiones externas de colapso de tubos ovalizados. En forma complementaria, se desarrollan modelos numéricos mediante la técnica de elementos finitos para contrastar con los modelos analíticos, y extender su aplicación a casos más representativos en TGVs. Los resultados de ambos tipos de modelos son comparados con resultados experimentales obtenidos del ensayo de tubos sin y con defectos geométricos sometidos a presión externa. A partir de estos resultados se extraen conclusiones relevantes para la estimación de presiones externas de colapso para tubos con ovalización y excentricidad. De esta manera, se pretende aportar al desarrollo de metodologías de cálculo adecuadas, que ayuden a definir los requerimientos que aseguren la integridad de los TGVs del reactor CAREM.
Resumen en inglés
Steam generators are one of the most important components in nuclear power plants. Their function is to transfer the heat generated in the reactor core to the secondary circuit in order to produce the steam used in the turbines to generate electricity. The heat transfer occurs through the steam generator tubes (SGTs). SGTs operate in severe conditions (high temperature and pressures in aqueous environments), having their failures a negative impact due to the potential radioactivity release and the need of repairs. During fabrication processes of curved SGTs, ovalization and eccentricity may occur. In the particular case of the CAREM reactor, the steam generators have an helicoidal shape with small radii of curvature, where the ovalization and the eccentricity can be elevated. Furthermore, in the CAREM reactor the primary pressure acts in the outside of the SGTs, so they operate in compression. Both conditions described, geometrical defects and external pressure, may adversely affect the structural integrity of SGTs during normal operation or accidental events. The present work addresses the study of the effect of geometrical defects such as ovalization and eccentricity in tubes under external pressure. Firstly, a review of different theoretical and analytical models used to estimate the external collapse pressures in ovalized tubes is performed. In addition, numerical models are developed using the finite element technique in order to compare with analytical models. Simulations are also used to study more representative cases of curved SGTs. The results of both type of models are compared with experimental data obtained from tests of tubes without and with geometric defects under external pressure. Relevant conclusions for the estimation of external collapse pressures for tubes with ovalization and eccentricity are obtained from the previous results. In this way, it is intended to provide useful information for the development of calculation methodologies for defining the requirements that assure the structural integrity of SGTs of the CAREM reactor.
| Tipo de objeto: | Tesis (Proyecto Integrador Ingeniería Mecánica) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Defects; Defectos; Vapor generators; Generadores de vapor; [Steam generator tubes;Tubos generadores de vapor; Structural integrity; Integridad estructural; External pressure; Presión externa] |
| Referencias: | [1] J. Capó – Programa de mantenimiento de los generadores de vapor de las centrales de agua a Presión – Septiembre 2005. [2] M. Magni, C. Marcel y D. Delmastro – Estudio de la estabilidad termo-hidráulica de un generador de vapor con tubos helicoidales – Mecánica Computacional, Vol XXXIII, págs. 441-451, septiembre 2014. [3] E. Popov – Introducción a la mecánica del sólido I - Ed. Limusa, México DF 1981. [4] F. Seely and J. Smith – Curso superior de resistencia de materiales, segunda edición - Librería y editorial Nigar SRL 1952. [5] A. Little, C. Ross, D. Short y G. Brown – Inelastic buckling of geometricalls imperfect tubes under external hydrostatic pressure – Ocean Sovereignty, Vol. 3, No. 1, 2008. [6] S. Timoshenko – Resistencia de materiales segunda parte – Ed. Espasa-Calpe, Madrid 1957. [7] S. Timoshenko y J. Gere – Theory of elastic stability, segunda edición – Ed. McGraw- Hill 1963. [8] L. Corradi, A. Cammi y L. Luzzi – Collapse behavior of moderately thick tubes pressurized from outside – InTech, septiembre 2008. [9] L. Corradi, L. Luzzi y F. Trudi – Collapse of thick cylinders under radial pressure and axial load – Journal of Applied Mechanics, julio 2005. [10] C. Kennedy y J. Venard – Collapse of tubes by external pressure – OAK Ridge National Laboratory, abril 1962. [11] API BULL 5C3 – Sexta edición año 1994. [12] C. Ross, A. Spahiu, G. Brown y A. Little – Buckling of near-perfect thick-walled circular cylinders under uniform external hydrostatic pressure – Journal of Ocean Technology, 2009. [13] J. MacKay y F. van Keulen – A review of external pressure testing techniques for shells including a novel volumen-control method – Defence R&D Canada and the Netherlands Ministry of Defence, julio 2009. [14] http://www.ltmsuministrosindustriales.com/index.php/2014-01-08-14-33- 48/matafuegos/horizonte [15] ASME VIII división I - Edición 2010. [16] ASME II parte D – Edición 2010. [17] ASME VIII división I Mandatory Appendix 2, “Rules for bolted flange connections with ring type gaskets” [18] http://www.ansnuclearcafe.org/wp-content/uploads/2014/02/CAREMfromCNEA2.jpg |
| Materias: | Ingeniería mecánica Ingeniería mecánica > Máquinas térmicas en general |
| Divisiones: | Gcia. de área de Investigación y aplicaciones no nucleares > Gcia. de Física > Ciencias de materiales > Física de metales |
| Código ID: | 500 |
| Depositado Por: | Marisa G. Velazco Aldao |
| Depositado En: | 19 Oct 2015 14:04 |
| Última Modificación: | 19 Oct 2015 14:04 |
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