Park, Chi-Yong;Lee, Yong-Son;Boo, Myung-Hwan;Kim, Tae-Ryong;Kim, Tae-Soon
Proceedings of the KSME Conference
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2004.11a
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pp.302-307
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2004
The major flow-induced vibration mechanisms such as fluid-elastic and turbulence excitation can cause the various types of wear of the steam generator tubes in unclear power plant. It is generally accepted that the tube wear due to vibration is affected by the presence of gap clearance between tube and support plate. Connors showed that the tube wear depth could be estimated by using the relationship between wear volume and sliding distance for contact time. Au-Yang predicted the wear depth by using the nonlinear characteristics of normal work rate to contact time. In this study the effect of gap size on the steam generator tubes wear is analyzed by deriving the wear depth versus normal work rate relationship from these previous results.
Kim, Hyung-Jin;Sung, Bong-Zoo;Park, Chi-Yong;Ryu, Ki-Whan
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.16
no.9
s.114
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pp.904-911
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2006
A modified energy method for the fretting wear of the steam generator tube is proposed to calculate the wear-out depth between the nuclear steam generator tube and its support. Estimation of fretting-wear damage typically requires a non-linear dynamic analysis with the information of the gap velocity and the flow density around the tube. This analysis is very complex and time consuming. The basic concept of the energy method is that the volume wear rate due to the fretting-wear phenomena Is related to work rate which is time rate of the product of normal contact force and sliding distance. The wearing motion is due to dynamic interaction between vibrating tube and its support structure, such as tube support plate and anti-vibration bar. It can be assumed that the absorbed work rate would come from turbulent flow energy around the vibrating tube. This study also numerically obtains the wear-out depth with various wear topologies. A new dissection method is applied to the multi-span tubes to represent the vibrational mode. It turns out that both the secondary side density and the normal gap velocity are important parameters for the fretting-wear phenomena of the steam generator tube.
Fretting, which is a special type of wear, is defined as small amplitude relative motion along the contacting interface between two materials. The structural integrity of steam generators in nuclear power plants is very much dependent upon the fretting wear characteristics of Inconel 690 U-tubes. In this study, a finite element model that can simulate fretting wear on the secondary side of the steam generator was developed and used for a quantitative investigation of the fretting wear phenomenon. Finite element modeling of elastic contact wear problems was performed to demonstrate the feasibility of applying the finite element method to fretting wear problems. The elastic beam problem, with existing solutions, is treated as a numerical example. By introducing a control parameter s, which scaled up the wear constant and scaled down the cycle numbers, the algorithm was shown to greatly reduce the time required for the analysis. The work rate model was adopted in the wear model. In the three-dimensional finite element analysis, a quarterly symmetric model was used to simulate cross tubes contacting at right angles. The wear constant of Inconel 690 in the work rate model was taken as $K=26.7{\times}10^{-15}\;Pa^{-1}$ from experimental data obtained using a fretting wear test rig with a piezoelectric actuator. The analyses revealed donut-shaped wear along the contacting boundary, which is a typical feature of fretting wear.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.11a
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pp.919-924
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2005
Fretting-wear caused by turbulence excitation for KSNP(Korea standard nuclear power plant) steam generator is investigated numerically. Secondary sides density and normal velocity are obtained by the thermal-hydraulic data of the steam generator. Because nonlinear finite element analysis is complex and time consuming, work rate is estimated by using linear analysis for simple straight 2-span tube. Wear volume and depth by using work rate calculation are estimated. Span length, secondary side fluid density and normal velocity are adopted to study the effects on the fretting-wear by turbulence excitation. When secondary sides density and normal velocity is increased, It turns out that secondary side density and normal gap velocity are very important paramater for fretting-wear phenomena of the steam generator.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.05a
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pp.115-118
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2004
In this study, amplitudes of turbulence excitation are obtained for selected tubes inside the KSNP SG and their normal work-rates are investigated to estimate the magnitude of fretting-wear. From the results of numerical calculation, row 40&41 tubes show the maximum work-rates. Up to this row number, the work-rates inside the row 41 have much larger values than those of outside tubes. This phenomenon reveals the particular central one which has larger normal work-rate than that of outside zone. It turns out that both of the higher local mode at the U-bend region and the larger value of effective mass in the central region Increase the normal work-rate enormously.
Friction and abrasion behaviors were investigated for SBR rubber compounds reinforced by silica and carbon black. Knife-blade abrader, newly designed based on tearing energy theory, was utilized in order to evaluate the effect of frictional work on the wear rate of the rubber compounds. It was found that the power law relation between frictional work and wear rate worked, in which as the wear rate was increased as frictional work increased. The wear rate could be determined successfully using the knife-blade abrader in which a moving distance of the knife blade in the process of wearing was measured continuously, instead of intermittent measurements of weight loss by wear during experiment.
Inconel 690 for nuclear steam generator tube has more chromium than the conventionally used Inconel 600 in order to increase the corrosion resistance. TD evaluate the tribological characteristics under fretting condition the fretting tests as well as sliding tests were carried out in elevated temperature water environment. Fretting tests of the cross-cylinder type were done under various vibrating amplitudes and applied normal loads in order to measure the friction forces and wear volumes. Also, the conventional sliding tests of pin-en-disk type were carried out to compare the test results. In fretting, the friction was very sensitive to the load and the amplitude. The friction coefficient decreased with increasing load and decreasing amplitude. Also, the wear of Inconel 690 can be predictable using the work rate model. Depending on normal loads and vibrating amplitudes, distinctively different wear mechanisms and of ten drastically different wear rates can occur. It was fecund that the fretting wear coefficients in water were increased as increasing the temperature of water.
In nuclear power steam generators, high flow rates can induce vibration of the tubes resulting in fretting wear damage due to contacts between the tubes and their supports. In this paper the fretting wear tests and the sliding wear tests were performed using the steam generator tube materials of Inconel 600 and 690 against STS 304. Sliding tests with the pin-on-disk type tribometer were done under various applied loads and sliding speeds at air environment. Fretting tests were done under various vibrating amplitudes and applied normal loads. From the results of sliding and fretting wear tests, the wear of Inconel 600 and 690 can be predictable using the work rate model. Depending on normal loads and vibrating amplitudes, distinctively different wear mechanisms and often drastically different wear rates can occur. It was found the results that the wear coefficients for Inconel 600 and 690 were 262.3$\times$10$\^$-15/Pa$\^$-1/ and 209.2$\times$10$\^$-15/Pa$\^$-1/, respectively. This study shows that Inconel 690 can provide much better wear resistance than Inconel 600 in air.
Fretting wear is one of the important degradation mechanisms of steam generator tubes in the nuclear power plants. Especially, impact fretting wear occurred between steam generator tubes and tube support plates or anti-vibration bar. Various tests have been carried out to investigate the wear mechanisms and to report the wear coefficients. Those are fruitful to get insight for the wear damage of steam generator tubes; however, most wear researches have concentrated on sliding wear of the steam generator tubes, which may not represent the wear loading modes in real plants. In the present work, impact fretting tests of steam generator tube were carried out. A wear progression model for impact-fretting wear has been investigated and proposed. The proposed wear progression model of impact-fretting wear is as follows; oxide film breaking step at the initial stage, and layer formation step, energy accumulation step and finally particle torn out step which is followed by layer formation in the stable impact-fretting progress. The wear coefficient according to the work-rate model has been also compared with one between tube and support.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.32
no.10
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pp.817-822
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2008
Fretting wear is one of the important degradation mechanisms of steam generator tubes in the nuclear power plants. Especially, impact fretting wear occurred between steam generator tubes and tube support plates or anti-vibration bar. Various tests have been carried out to investigate the wear mechanisms and to report the wear coefficients. Those are fruitful to get insight for the wear damage of steam generator tubes; however, most wear researches have concentrated on sliding wear of the steam generator tubes, which may not represent the wear loading modes in real plants. In the present work, impact fretting tests of steam generator tube were carried out. A wear progress model for impact-fretting wear has been investigated and proposed. The proposed wear progress model of impact-fretting wear is as follows; oxide film breaking step at the initial stage, and layer formation step, energy accumulation step and finally particle torn out step which is followed by layer formation in the stable impact-fretting progress. The wear coefficient according to the work-rate model has been also compared with one between tube and support.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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