• IRIS

Il presente lavoro di tesi è stato elaborato nell’ambito del progetto IRIS (International Reactor Innovative and Secure) sviluppato da un consorzio internazionale che include università, laboratori di ricerca e industrie di ben nove nazionalità diverse, coordinato dalla Westinghouse, di cui fa parte anche il DIMNP (Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Nucleare e della Produzione) dell’Università di Pisa.
L’oggetto del lavoro di tesi è stato l’analisi delle problematiche strutturali inerenti i generatori di vapore del reattore IRIS. I generatori di vapore sono del tipo once-through con fascio tubiero elicoidale e il fluido primario esterno ai tubi, completamente integrati all’interno del vessel. Lo sviluppo e il progetto di questi generatori di vapore è affidato ad un gruppo formato da Ansaldo Energia, Ansaldo-Camozzi, Università di Pisa e Politecnico di Milano.
Con lo scopo di collocare l’idea concettuale innovativa dei generatori di vapore di IRIS in un opportuno contesto nei confronti della loro resistenza ai vari meccanismi di degrado, sono state analizzate le possibili propagazioni di diverse tipologie di fessure mediante una modellizzazione agli elementi finiti con il codice strutturale MSC.Marc. La convalida dei risultati numerici così ottenuti è stata condotta attraverso i modelli di calcolo teorici di Meccanica della Frattura lineare elastica ed elasto-plastica.
Le analisi sono state dapprima condotte nelle condizioni stazionarie di esercizio, quelle di normale funzionamento dell’impianto, con una fessura di riferimento dislocata lontano dall’attacco del tubo ai collettori e successivamente posizionata in prossimità della giunzione saldata con la piastra tubiera. E’ stata valutata anche l’influenza sui problemi di fessurazione di eventuali imperfezioni di fabbricazione del tubo come gli effetti di ovalizzazione e l’influenza di una diminuzione di spessore in previsione di una futura riduzione delle dimensioni dell’intero generatore di vapore.
Per valutare la completa integrità strutturale dei tubi anche in situazioni non stazionarie, sono stati presi in considerazione diversi ipotetici scenari incidentali considerati nell’analisi di sicurezza del reattore ed in particolare, la perdita di una linea di alimento, la perdita del carico elettrico esterno con trip di turbina, il grippaggio di una pompa di alimento e la rottura di una tubazione dell’acqua di alimento. I risultati ottenuti da un’analisi termoidraulica con il codice di sistema Relap5 nei diversi transitori, sono stati utilizzati come dati d’ingresso per il calcolo strutturale agli elementi finiti in presenza di fessura.
Nel lavoro di tesi è stato anche impostato un calcolo sismico del RPV per arrivare ad una stima del carico indotto da un terremoto di sicuro spegnimento (SSE) sul fascio tubiero, prendendo in considerazione due possibili configurazioni di ancoraggio del recipiente in pressione. L’analisi sismica, condotta con l’approccio dello spettro di risposta, ha permesso anche una valutazione delle sollecitazioni indotte nei punti di attacco del generatore di vapore alla parete del recipiente in pressione per un futuro dimensionamento dei possibili meccanismi di supporto, ma ai fini della presente tesi di laurea i carichi calcolati sono stati utilizzati per una ulteriore verifica contro il rischio di propagazione delle fessure nella zona più sensibile del generatore di vapore.
I risultati dei calcoli svolti nelle condizioni considerate hanno dimostrato l’affidabilità strutturale dei componenti analizzati e la possibilità di ridurre gli spessori dei tubi del generatore di vapore con i conseguenti vantaggi in termini di scambio termico e di ingombro totale del sistema.