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考虑微动磨损下蒸汽发生器传热管时变可靠性评估方法

薛颖成 吴宗辉 何建

薛颖成, 吴宗辉, 何建. 考虑微动磨损下蒸汽发生器传热管时变可靠性评估方法[J]. 核动力工程, 2024, 45(1): 164-170. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.01.0164
引用本文: 薛颖成, 吴宗辉, 何建. 考虑微动磨损下蒸汽发生器传热管时变可靠性评估方法[J]. 核动力工程, 2024, 45(1): 164-170. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.01.0164
Xue Yingcheng, Wu Zonghui, He Jian. Time-varying Reliability Evaluation Method of Steam Generator Heat Transfer Tubes Considering Fretting Wear[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(1): 164-170. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.01.0164
Citation: Xue Yingcheng, Wu Zonghui, He Jian. Time-varying Reliability Evaluation Method of Steam Generator Heat Transfer Tubes Considering Fretting Wear[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(1): 164-170. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.01.0164

考虑微动磨损下蒸汽发生器传热管时变可靠性评估方法

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.01.0164
基金项目: 国家自然科学基金面上项目(52278297)
详细信息
    作者简介:

    薛颖成(1997—),男,硕士研究生,现主要从事反应堆一回路可靠性研究,E-mail: 2016020321@hrbeu.edu.cn

    通讯作者:

    何 建,E-mail: hejian@hrbeu.edu.cn

  • 中图分类号: TL353.13

Time-varying Reliability Evaluation Method of Steam Generator Heat Transfer Tubes Considering Fretting Wear

  • 摘要: 为了探究微动磨损对冲击作用下蒸汽发生器传热管可靠性的影响,建立了一种蒸汽发生器传热管安全性能的评估方法。通过拟合传热管磨损系数的分布形式,建立了传热管的磨损时变模型;运用乘子降维法获得传热管极限状态分数阶矩,使用NM(Nelder-Mead)单纯形算法优化最大熵参数来计算传热管的失效概率;基于时间离散法,对冲击作用下蒸汽发生器传热管在微动磨损影响下的时变可靠性进行研究。结果表明,在以可靠性指标大于2作为结构可靠的接受标准时,在第10年磨损状态下,遭受冲击作用的蒸汽发生器传热管时变可靠性已不能满足要求。

     

  • 图  1  时变可靠性评估方法流程图

    Figure  1.  Flow Chart of Time-varying Reliability Evaluation Method

    图  2  蒸汽发生器传热管有限元模型

    Figure  2.  Finite Element Model of Steam Generator Heat Transfer Tube

    图  3  正负三角波

    Figure  3.  Positive and Negative Triangular Wave

    图  4  各服役时间段极限状态概率密度曲线

    Figure  4.  Probability Density Curve of Limit State for Each Service Period

    图  5  失效概率年限变化曲线

    Figure  5.  Variation Curve of Failure Probability with Service Time     

    表  1  微动磨损数据

    Table  1.   Fretting Wear Data

    样本序号 K/10−15 Pa−1 样本序号 K/10−15 Pa−1
    1 150.00 11 150.00
    2 164.29 12 175.00
    3 80.00 13 345.24
    4 188.24 14 157.45
    5 195.00 15 286.00
    6 145.00 16 111.11
    7 52.00 17 242.37
    8 264.00 18 231.34
    9 196.30 19 205.33
    10 332.35 20 194.05
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    表  2  传热管不确定参数分布特征

    Table  2.   Distribution Characteristics of Uncertain Parameters of Heat Transfer Tube

    随机变量 分布类型 均值 变异系数
    管道外径 Normal 19.05 mm 0.05
    管壁厚度 Normal 1.09 mm 0.05
    屈服强度 Normal 305 MPa 0.10
    管道外压 Normal 6.89 MPa 0.05
    管道内压 Normal 15.5 MPa 0.05
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    表  3  磨损深度与服役时间关系

    Table  3.   Relationship between Wear Depth and Service Time

    时间/a 磨损深度/mm 磨损占比/%
    2 0.17 15.60
    4 0.27 24.77
    6 0.35 32.11
    8 0.43 39.45
    10 0.49 44.95
    12 0.56 51.38
    14 0.62 56.88
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    表  4  蒸汽发生器传热管各服役时间段最大熵参数

    Table  4.   Maximum Entropy Parameters of Steam Generator Heat Transfer Tube at Each Service Time

    服役
    时间/a
    参数 i=0 i=1 i=2 i=3
    0 $ {\lambda _i} $ 707.7007 36.7743 698.8369 −1398.7299
    $ {k_i} $ −1.4865 0.7809 0.4575
    2 $ {\lambda _i} $ 4.6292 2.4339 1429.2406 −1429.3749
    $ {k_i} $ −16.4174 14.2140 14.2138
    4 $ {\lambda _i} $ 707.9341 324.2745 −1027.0436 1.5032
    $ {k_i} $ 0.1446 0.0802 4.1395
    6 $ {\lambda _i} $ −307.4294 −224.8584 222.9042 310.4169
    $ {k_i} $ 2.8770 −1.1710 2.7012
    8 $ {\lambda _i} $ 6.4855 −763.2724 0.3480 757.7488
    $ {k_i} $ 13.9580 −1.1346 13.9998
    10 $ {\lambda _i} $ 0.7082 −1966.6420 1.1369 1964.7435
    $ {k_i} $ 20.7476 −5.5894 20.7548
    12 $ {\lambda _i} $ 80.0618 −3.2020 −79.9338 2.2598
    $ {k_i} $ 20.9962 0.1896 24.2862
    14 $ {\lambda _i} $ −159.8093 −1.8743 159.5186 0.8963
    $ {k_i} $ 18.8962 −0.0750 26.6337
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    表  5  可靠性指标计算结果

    Table  5.   Calculation Results of Reliability Index

    服役时间/a 瞬时失效
    概率
    时变失效
    概率
    时变可靠性
    指标
    0 $ {\text{2}}{\text{.8737}} \times {\text{1}}{{\text{0}}^{ - 22}} $ $ {\text{2}}{\text{.8737}} \times {\text{1}}{{\text{0}}^{ - 22}} $ 9.6340
    2 $ {\text{1}}{\text{.7821}} \times {\text{1}}{{\text{0}}^{ - 5}} $ $ {\text{1}}{\text{.7821}} \times {\text{1}}{{\text{0}}^{ - 5}} $ 4.1341
    4 $ {\text{4}}{\text{.1034}} \times {\text{1}}{{\text{0}}^{ - 5}} $ $ {\text{4}}{\text{.1035}} \times {\text{1}}{{\text{0}}^{ - 5}} $ 3.9383
    6 $ {\text{4}}{\text{.5241}} \times {\text{1}}{{\text{0}}^{ - 3}} $ $ {\text{4}}{\text{.5243}} \times {\text{1}}{{\text{0}}^{ - 3}} $ 2.6102
    8 $ {\text{7}}{\text{.1698}} \times {\text{1}}{{\text{0}}^{ - 3}} $ $ {\text{7}}{\text{.2029}} \times {\text{1}}{{\text{0}}^{ - 3}} $ 2.4470
    10 $ {\text{4}}{\text{.0114}} \times {\text{1}}{{\text{0}}^{ - 2}} $ $ {\text{4}}{\text{.0589}} \times {\text{1}}{{\text{0}}^{ - 2}} $ 1.7439
    12 $ {\text{9}}{\text{.3039}} \times {\text{1}}{{\text{0}}^{ - 2}} $ $ {\text{9}}{\text{.8076}} \times {\text{1}}{{\text{0}}^{ - 2}} $ 1.2926
    14 $ {\text{1}}{\text{.7185}} \times {\text{1}}{{\text{0}}^{ - 1}} $ $ {\text{1}}{\text{.9974}} \times {\text{1}}{{\text{0}}^{ - 1}} $ 0.8426
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-03-05
  • 修回日期:  2023-09-20
  • 刊出日期:  2024-02-15

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