автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.11, диссертация на тему:Расчетно-экспериментальная проверка и обеспечение сейсмостойкости энергетического оборудования на пусковых и действующих АЭС

,сЬ" ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ Й ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ (ВНИИАМ)

УДК 699.841.002Д621.311.25: 621.039] На правах рукописи

Суюмбаев Хусей Умарович

РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА И ОБЕСПЕЧЕНИЕ СЕЙСМОСТОЙКОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА ПУСКОВЫХ И ДЕЙСТВУЮЩИХ АЭС

Специальность: 05.04.11. Атомное реакторостроение, машины, агрегаты и технология материалов атомной промышленности

Автореферат диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА-1996

Работа выполнена в Кабардино-Балкарском государственном университете.

Научный руководитель:

член-корреспондент PATH, доктор технических наук, профессор Х.Д.Чеченов

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор С.П.Казновский, доктор технических наук В.И.Есьман

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский

и проектно-изыскательский институт "Атомэнергопроект" (ВНИПИИ АЭП)

Защита ^состоится " " 1995 г, в

ауд. 416 в часов на заседании специализированного совета Д 145.02.01 при Всероссийском научно-исследовательском и проектно-изыскателском институте атомного энергетического машиностроения по адресу: 125171, Москва, ул.Космонавта Волкова, 6а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан 1996 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

Е.К.Безруков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность работы.

Расширение географии развитая мировой атомной энергетики, охватившей регионы повышенной сейсмоактивност, сооружение АЭС в густонаселенных районах, а также потенциальная опасность радиоактивных выбросов при авариях на АЭС с пораженном обширных территорий выдвинули перед разработчиками АЭС и на}кой актуальную задачу проверки и обеспечения сейсмостойкости действующих и строящихся АЭС. Эта задача является важнейшим разделом общей проблемы повышения безопасности АЭС, При этом специфика АЭС требует, в отличие от многих других потенциально опасных промышленных объектов, обеспечения сейсмостойкости не только строительных конструкций и инженерных коммуникаций, но и всех ответственных за безопасность технологических систем и их компонент - реакторного, тепломеханического, электротехнического оборудования, трубопроводных систем, систем и коммуникаций контроля н управлешм.

В связи с изложенным, автору представляется очевидной актуальность работы, которая посвящена усовершенствованию и техническому обеспечению методов расчегно-эксперименталыюй проверки сейсмостойкости оборудования на пусковых и действующих АЭС.

Цель диссертационной работы.

Цель работы заключается в следующем.

- На основе анализа и обобщения накопленного отечественного и мирового опыта проверки и обеспечения сейсмостойкости оборудования АЭС сформулировать конкретные задачи, перспективные возможности и последовательность операций проведения расчетно-экспери-ментальных исследований по проверке сейсмостойкости и диагностики механического состояния оборудовашм непосредственно на пусковых и действующих блоках АЭС.

- Выполнить усовершенствование методов и технических средств динамических исследований, обеспечив повышение технических н эксплуатационных характеристик автоматизированных вибраторов, повышение точности и надежности экспериментальных и расчетных исследований сейсмостойкости оборудования непосредственно на АЭС.

- Выполнить комплекс динамических исследовагап! оборудования в составе станционных систем и конструктив! на АЭС с реакторами различного типа для получения реальных значешн! собственных динамических характеристик (форм, частот и декрементов колебашш).

- Провести па основе полученных экспериментальных данных и современных расчетных методик и программ расчеты сейсмостойкости оборудования с разработкой рекомендацш! по обсспечсшпо сейсмостойкости в случаях ее неподтверждення.

Научная новнзна.

В работе развиты научные основы перспективного метода расчетпо-экспериментальнон проверки сейсмостойкости технологического оборудовать непосредственно на пусковых и действующих блоках АЭС, т.е. в составе станционных систем, опорных конструкций, трубопроводной обвязки н т.п. Такие нсследоваш!Я, учитывая резонансный характер сейсмических воздействий и зависимость собственных динамических характеристик оборудования от дашамикн механически связанных с шш окружающих конструкций (опор, трубопроводов, несущих конструкций), существешю повышают достоверность результатов дашашгаеских испытании и последующих расчетов сейсмостойкости.

В работе представлен расчетно-теоретичесюш анализ взаимодействия вибратор - испытуемое оборудование, результаты которого положены в основу разработки новых конструкщш автоматизи-ровашшх присоединяемых вибраторов паправлсшюго действия.

Научная новизна содержится также в полученных экспериментальных данных по собственным формам и декрементам колебашш в сложных механических системах (оборудование - опорные конструкции - трубопроводная обвязка). Наряду с прикладным значением, эти результаты представляются важными для развития иаукп о динамике многокомпонентных пространственных механических систем.

Практическая значимость.

В результате выполненной работы подучены следующие практически важные результаты:

-разработаны и внедрены в практику дашашгаеских испытаний на АЭС орштшальные конструкции малогабаритных автоматизированных присоединяемых вибраторов направленного действия;

- проведен комплекс дашашгаеских испытаний различного технологического оборудования (теплообменники, фильтры, вентиляторы, емкости, арматура) на 6 АЭС с реакторами различного типа (Армянская, Чфнобыльская, Курская, Ростовская, "Богушще"-Словакия, "Пакш"- Венгрия); в результате испытаний получены дашше о собственных дашашгаеских характеристиках оборудовагам (частотах, формах и декрементах колебашш) в составе станциошидх конструкций и систем;

- на базе полученных экспериментальных данных выполнены расчеп.1 сейсмостойкости оборудования и разработаны конкретные рекомендации по обеспечению сейсмостойкости в случаях ее непод-тверждення.

На защиту выносятся:

• Обоснование расчетпо-эксперименталыюго метода проверки сейсмостойкости и диагностики мехашпеского состояния оборудовагшя в составе систем и конструктш АЭС на базе резонансного метода исследований собственных динамических характеристик непосредствегаго на АЭС.

• Оригинальные конструктш малогабаритных автоматизированных присоединяемых вибраторов направленного действия в качестве эффективного средства динамических исследований оборудования на АЭС резонансным методом.

• Результаты расчетно-эксперименталыюй проверки н обеспечения сейсмостойкости технологического оборудовать различного Т1та на 6 АЭС с реакторами ВВЭР-440, ВВЭР-1000 и РБМК.

Апробация работы.

Материалы, использованные в диссертации, опубликованы в журнале "Тяжелое машиностроение" (№8, 1996 г.), в 3-х препргаггах КБГУ, в 4-х научно-технических отчетах КБГУ, а также докладывались на 3-х Всесоюзных координационных совещаниях по сейсмостойкости энергетического оборудования во Фрунзе (1989 г.) и Нальчике (1988, 1990 г.г.), на XXXV научно-студенческой конференции КБГУ (1996 г.).

Структура диссертации.

Работа включает введение, три главы и выводы. Общий объем диссертации - 121 стр. Работа содержит 47 иллюстраций и 10 таблиц. Библиография включает 108 назвашш.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ,

Во введении перечислены основные хронолошчсскнс сейсмические события в мире, кратко изложены сейсмологические проблемы, существующие подходы и нормативные требования по повьппешпо сейсмической безопасности АЭС, включая обеспечение сейсмостойкости их оборудования.

Первая глава содержит обзор литературы по методам и результатам расчетной и экспериментальной проверки и обоснования сейсмо-

стойкости технологических систем и их элементов (тепломеханического н электротехнического оборудования, трубопроводов). Проведен анализ состояния вопроса по техническому обеспечению экспериментальных н расчетных исследовашш (лабораторные средства, вибраторы различного типа для станционных испытаний, датчпкн н аппаратура, существующие математические программы для ЭВМ).

В конце главы сформулированы основные научно-прнкладные задачи настоящей работы.

Вторая глава посвящена описанию расчетно-экспернмснтального метода проверки сейсмостойкости оборудовать непосрсдствсшю на АЭС.

Сейсмостойкость технологических систем н оборудовать в значительной степени зависит от динамических характеристик всех элементов, механически взанмосвязашшх с рассматриваемой единицей оборудовать (опорных конструкций, систем и средств раскрепления, примыкающих трубопроводов). Определяющее влияние на сейсмостойкость оборудования оказывают собственные динамические характеристики: собственные формы, частоты и декременты колебаний. Это связано с резонансным характером сейсмического воздействия, поскольку сейсмические колебания имеют максимальные амплитуды в достаточно узкой полосе частот (от 1-2 до 5-15 Гц, рис.1).

Действительные собственные динамические характеристики могут быть получены путем специальных дашамическнх испытании непосредственно на АЭС. На основе полученных на АЭС экспериментальных данных по реальным собственным динамическим характеристикам до длены проводится расчеты сенсмопрочнос'ш элементов оборудовать и его опорных конструкций с помощью поэтажных спектров ответа на основе линейно-спектрального метода (ЛСМ). Такое сочетание экспериментальных дашамическнх исследований и расчетов сейсмостойкости по спектрам ответа и является сущностью расчетно-эксиериментального метода проверки и обеспечения сейсмостойкости оборудовать непосредственно на АЭС.

Полученные экспериментальные данные позволяют также проверять состояние оборудования после землетрясешш, аварийных ситуаций, а также в процессе эксплуатащш, когда оборудование подвергается периодическим тепломеханическим воздействиям и эксплуатационным вибрациям. Для этой цели необходимо иметь исходный банк собственных динамических характеристик ответственных технологических элементов. Эффективность таких диагностических проверок основана на высокой чувствительности собствашых частот и декрементов колебаний к остаточным деформациям, внутретшм поломкам, ослаблешпо крепежных соедашешш и т.п.

Наконец, расчешо-экспериментальная проверка позволяет в ряде случаев выявить дефекты монтажа оборудования и трубопроводов.

Последовательность работ по реализации метода включает: получение исходных данных, (поэтажные спектры ответа, перечень ответственного за безопасность АЭС оборудовать, категории и предъявляемые требования, чертежная документация); осмотр оборудования на АЭС для уточнешш условии монтажа и раскрепления, отклонений от документации; динамические испытания; обработка результатов испытаний; анализ степени влияния выявленных собственных форм; составление расчетных схем; расчетная проверка сейсмостойкости оборудовать на базе экспериментальных данных по методу ЛСМ с анализом влияния нелиненностей; разработка дополнительных мероприятий по обеспечению сейсмостойкости в случаях ее неподтверждения; контрольные испытания после реализащш дополнительных мероприятий; сравнеш1е полученных экспериментальных результатов с исходным банком данных (в случаях повторных диагностических проверок).

На основе сформулированных в работе требований к методам и техш!ческ1ш средствам испытании на АЭС под руководством и при непосредственном учаепш автора выполнены разработки оригинальных конструкций малогабаритных автоматизированных присоединяемых вибраторов направленного действия, включая системы автоматического управлегага: В-1, В-2, АСВ-3. Последняя модификация имеет наилучшие показатели по весогабаритным характеристикам, автоматическому регулированию вынуждающей силы, надежности и долговечности, простоте монтажа и эксплуатации. Общий вид вибратора показан на рис.2. Схематическое устройство вибровозбудителя представлено на рнс.З, структурная схема блока автоматического управления показана на рис.4.

В основу разработки системы АСВ-3 положен математический анализ взаимодействия вибратор-оборудование (рис.5) путем численного решения системы дифференциальных уравнений Лагранжа II рода в воде:

ск ¿ко ё)ср ч" ЭТ

сП5х дх~ х' ^¿ГГ сГГ сИ дг дг

где: ф - угол поворота дебаланса относительно ОХ, х - горизонтальное смещение,

z - смещение подвижного дебаланса относительно вращающейся оси Z,

Т - кинетическая энфгия вибратора,

(ù = ф - угловая скорость вращения дебалансов,

Q^ , Qx, Qz - обобщенные силы.

В главе также даны описания используемых датчиков и регистрирующей аппаратуры, а также используемых методик и программ расчетов сейсмостойкости на базе JICM и действующих в Poccim нормативных документов.

Наряду с более простыми расчетами на основе лшкйных и пространственных стержневых многомассовых аппроксимации автором использовался метод конечных, элементов с применением пакета программ ИСПА.

Третья глава содфжнг конкретные результаты расчетно-зкепфименталышх исследовании, выполненных при учаеттш автора на Армянской, Курской, Чфнобыльской, Ростовской АЭС, на АЭС "Богунице" (Словакия) и АЭС "Пакш" (Венгрия).

Первая демонстрация резонансного метода дшшмических исследовашш с использованием автоматизированного вибратора КБГУ состоялась в ноябре 1987 года на АЭС "Богунице" в Чехословакии. Специалисты ВНИИАМ по совместной с КБГУ методике и с помощью вибратора АСВ-3 выполнили испытания ГЦН-310 на блоке ВВЭР-440/230 (в рамках совместных демонстращюнных исследований со специалистами Шкода-Пльзень). Бьш выявлен спектр собстаешшх частот: 2,5; 10,5; 18,4; 23,5; 32,0 Гц. Метод и экокримешальные федства КБГУ получили высокую оцещеу со стороны специалистов Шкода-Пльзень и АЭС "Богунице".

В дальнейших исследованиях на АЭС использовались как импульсный, так и резонансный методы. В пфвом случае с помощью ударов возбуждаются затухающие колебашы оборудования в составе станционных систем, во втором - вынужденные гармошгаеские колебания во всем диапазоне частот, характфных для землетрясений. При совладении вынужденных частот с собствашыми возникают резонансы. По анализу формы резонансных пиков определяются декременты колебаний. Применение многоканальных систем синхронных измфений позволяет определить собственные формы колебаний.

Поскольку, в отличие от импульсного метода, во внедрите и усовфшенствовашге резонансного метода специалисты КБГУ и лично автор внесли существенный творческий вклад, а в разработке и создании специальных автоматизированных вибраторов этот вклад явился определяющим, основное внимашге в диссфтации уделено результатам исследований резонансным методом.

Проверка ссйсмостопкосш оборудования блоков I. 2 Армянской

АЭС с реакторами ВВЭР-440/270.

Рабат выполнены совместно ВНИИАМ и КБГУ с участием ФПИ (расчегы сейсмостойкости трубопроводных систем) в 1988 г. н закончились незадолго до разрушительного спитакского землетрясе-1ШЯ.

Было обследовано 26 типов (180 единиц) оборудовать и 3 трубопроводные системы. 6 единиц оборудования 2-го блока нспытывались резонансным методом с помощью АСВ-3. Результаты динамических испытании резонансным методом и их сравнение (по первой собст-вешюй частоте) с импульсным методом представлены в таблице 1.

Таблица 1.

ш Наименование оборудования Собственные частоты, Гц (горизонтальное направление максимальной податливости) Относительный логарифмический декремент колебаний, %

Резонансный метод Импульсный метод

1. Компенсатор об ъем а 12; 16; 41 12 -

2. Аварийный конденсатор 2АК-1 8; 15; 18; 22; 25; 30; 32; 40 8

3. Аварийный конденсатор 2ЛК-2 8; 16; 2!; 25; 32; 40 8

4. Теплообменник спринклерной установки 8; 12; 20 8 2,0

5. Технологически» конденсатор 7; 9; 13; 16; 19; 32 7 2,0

6. Охладитель технологического конденсатора 7; 10; 13; 17; 19; 35 8 1,9

Результаты расчетов по ЛСМ и рекомендации по обеспечению сейсмостойкости (для несейсмостойкого оборудования) представлены в таблице 2.

Для иллюстрации на рнс.6 представлен общи! вид аварийного конденсатора.

Таблица 2.

Результаты проверки сейсмостойкости оборудования Армянской АЭС _на базе динамических испытаний резонансным методом._

№№ Наименование изделия Результаты проверки сейсмостойкости Рекомендации по обеспечению сейсмостойкости

1. Компенсатор объема Изделие сейсмостойкое.

2. Аварийные конденсаторы 2АК-1, 2АК-2. Изделия несейсмостойкие. Касательные напряжения в болтах (т3)5 превышают допускаемые в 2 раза. Напряжения смятия в опорах (о5)2 превышают допускаемые в 4,5 раза. Необходимо: приварить одну из двух опор к фундаменту по всей свободной части контура; замкнуть с помощью сварки обе опоры сверху стальными полочками из пластин толщиной, равной толщине вертикальных пластин-косынок опор.

3. Теплообменник спринклерной установки. Изделие несейсмостойкое. Касательные напряжения в болтах (Та)« превышают допускаемые в 9 раз. Напряжения растяжения в болтах (аз)зг- превышают допускаемые в 6,5 раз. Напряжения смятия в опорах (а5)г превышают допускаемые на 35%. Необходимо: неподвижную опору приварить по периметру к основанию; в подвижной опоре болты М24 заменить на М60; в обеих опорах приварить дополнительные ребра жесткости в поперечном направлении толщиной, равной толщине вертикальных ребер.

4. Технологический конденсатор. Охладитель технологического конденсатора. Изделия несейсмостойкие. Напряжения растяжения в болтах (сгз)з* превышают допускаемые В 3,5 раза. Необходимо: раскрепить вертикальные корпуса теплообменников на высоте 6 м от нижней юбочной опоры с помощью скользящего бандажа и горизонтальных упорных штанг; раскрепление должно воспринимать горизонтальную нагрузку. равную 22000 кГ.

В целом (т.е. с учетом импульсных испытаний, а также чисто расчетных проверок) не была подтверждена сейсмостойкость 11 типов оборудования из 26, а также всех проверенных трубопроводных систем. Для всех несейсмостойких позиции разработаны конкретные рекомендации.

Следует отмстить, что расчеты проводились исходя из сейсмичности площадкн АЭС в 8 баллов по шкале МЗК-64. К счастью, при пптеисивиост землетрясения в эпицентре около 10 баллов, в зоне АЭС она не превысила 6 баллов, и каких-либо опасных последствий на станции землетрясение не вызвало.

В процессе пепыташш была подтверждена идея о возможности обнаружения дефектов монтажа. В результате испытаний 4-х однотипных единиц охладителя продувки парогенератора (по два изделия на каждом блоке) было получено, что шпшие собственные частоты охладителей 2-го блока существенно ниже, чем 1-го блока. Тщательный осмотр показал, что опоры охладителей 2-го блока не закреплены к основанию, как это предусмотрено установочными чертежами и выполнено на 1-м блоке.

Проверка сейсмостойкости оборудовать блоков 2 и 4

Курской АЭС с реакторами РБМК-1000.

Работы выполнены в 1987-88 г.г. совместно ВНИИАМ и КБГУ в соответствии со "Сводными мероприятиями по повышению надежности и безопасности действующих и строящихся атомных станций с реакторами РБМК", утвержденными 26.01.87 г. МВТС по АЭС при ГКНТ СССР.

Участие автора заключалось в выполнении расчетов по результатам динамических испытаний дая ряда видов оборудовать, а также в проведении испытаний охладителя дренажа испарителя ОДИ-71 и конденсатора газового контура МКГК-17 резонансным методом с помощью АСВ-3.

Всего было проверено более 50 видов оборудовать и трубных проходок.

Для ОДИ-71 была подтверждена сейсмостойкость. Результаты испытаний и последующие расчеты МКГК-17 (общий вид показан на рис.7) показали, что напряжения (ст5)2 в опорах в 3,5 раза превышают допускаемые. Это связано с тем, что опоры имеют открытый профиль н плохо работают на кручение (поворот корпуса вокруг оси "X", что соответствует 1-й собственной форме).

Для обеспечения сейсмостойкости были рекомендованы 2 варианта:

1 - конденсатор устанавливается на 4 опоры, как эго предусмотрено чертежом Подольского машиностроительного завода ЗнО

№269-4026-001 СБ (на установочном чертеже Гидропроекта №404-19280 указаны только 2 опоры в направлешш оси "X", что подтвердилось при осмотре конденсатора);

2 - к ребрам существующих двух опор привариваются наклонные пластины толщиной 5 > б мм (рис.7Б), чем обеспечивается коробчатая конструкция опоры (закрытый профиль).

В обоих случаях, напряжения при кручсшш снижаются ниже допускаемых.

Проверка сейсмостойкости оборудования на блоках 1 - 3

Чернобыльскол АЭС с реакторами РБМК-1000.

Работа проводилась в 1988-90 г.г. по договору между КБГУ и ЧАЭС с привлечением ВНИИАМ и Волгодонского филиала Новочеркасского политехнического института. Всего было проверено 13+ ттша оборудования (теплообмешшки, деаэраторы, фнльтрг;, вентагрегаты, баллоны, насосы, компрессоры, задвижки, клапашл, трубш>1е проходки, мостовые краны). Для 9 типов оборудовать сейсмостойкость не была подтверждена, были разработаны мероприятия по ее обеспечешао.

Резонансным методом с помощью вибратора АСВ-3 былн испытаны 4 единицы:

- тсплообмешшк системы охлаждышя СУЗ;

- тсплообмешшк охлаждешм бассейна выдержки;

- тсплообмешшк системы аварийного охлаждения реактора (САОР);

- баллон САОР.

Для всех четырех изделии была подтверждена сейсмостойкость.

С точки зрения использования динамических нспыташш как средства контроля состояния оборудования н правильности его монтажа представляют следующие отклонения от проектной документации, выявленные на основашш анализа результатов измерений при возбужденна колебании импульсным методом и дополнительного тщательного осмотра:

На блоке 1 подвижные опоры теплообменников системы охлажде-ння конденсата не закреплены к фундаменту.

На блоке 2 отсутствует закрепление теплообмешшков системы охлаждения "Л" к опорным рамам и опорных рам к фундаменту.

На блоке 2 не закреплены фильтры ионитной установки системы СВО-1 АФИ-2 и 4-90-П.

Проверка сейсмостойкости оборудования на строящейся

Ростовской АЭС с реактором ВВЭР-1000.

Работы выполнялись в 1992-93 г.г. под руководством и при иепосредствешюм участии автора по хоздоговору №181 от 01.06.92 г. между КБГУ и Ростовской АЭС. Определялись формы и частоты собственных колебашш, на основе чего проводились расчеты напряженно-деформнровашюго состояния объектов при воздействш! сейсмических на1рузок. Последние определялись с помощью поэтажных спектров ответа.

Построение математических моделей производилось по конечно-элементной технологии анализа структур в форме перемещегаш. Использовался стандартный пакет программ ИСПА-МАШИД, совмещающий как собственно программы статических и динамических расчетов (процессор), гак и широкий набор средств визуализации расчетной схемы (препроцессор) и просмотра получешплх значений силовых факторов, деформаций, перемещений, форм колебаний (постпроцессор).

В состав проверяемого оборудовать вошли:

- теплообмешшк аварийного расхолаживаш1я;

- вентилятор вытяжного центра ВДН;

- центробежный насос системы аварийного расхолажнвашм.

Полная расчетная нагрузка включала нагрузку от землетрясения,

нагрузки от нормальных условий эксплуатации и нагрузки на патрубки прн ПЗ и МРЗ, в зависимости от категоршт сейсмостойкости оборудования. Прн анализе НДС сечений конструкции пргапшалось максимально неблагоприятное сочетание нагрузок. Как правило, наиболее напряженными элементами являются опорные конструкции, крепежные элементы (болты, сварные швы), а также области под-сосдпиения внешних труб к изделиям (патрубки).

Все три изделия оказались сейсмостойкими.

В качестве примера приведем результаты исследований вентилятора ВДН, состоящего из следующих основных узлов: привод, ходовая часть, улитка, рабочее колесо, входной патрубок, направляющий аппарат, рама. Основной источник возможного отказа прн сейсмическом воздействии, смещение (искривление) которой может вызвать соприкосновение с рабочим колесом. Конечно-элементная модель улитки вентилятора показана на рис.8. Примеры результатов расчетов представлены на рнс.9 (перемещения) и 10 (первая форма колебаний).

Расчетные и экспериментальные значеш1Я собствишых частот колебашш кожуха вентилятора представлены в таблице 3.

Таблица 3.

Собственные частоты кожуха вентилятора ВДН._

Собственные частоты, Гц.

Номер гармошгкп Экспериментальные данные Расчетные значашя

1 19,7 22,72

2 27,4 28,41

3 43,3 45,24

Расчетные значения максимальных перемещении:

- по оси X - 0,064 мм;

- по осп У - 0,265 мм;

- по оси Z - 0,735 мм.

Максимально допустимое перемещение исходя из наличия зазора между рабочим колесом и кожухом составляет 3 мм.

Проверка сейсмостойкости оборудования иа АЭС "Богуннце"

ГСловакпя) с реакторами ВВЭР-440/230 и ВВЭР-440/213.

Работы выполнялись в 1989-90 г.г. специалистами ВНИИАМ, Шкода-Пльзень (ЧССР) и КБГУ.

В задачи советской стороны входили динамические испытания, обработка результатов и передача экспериментальных данных концерну Шкода-Пльзень для дальнейших расчетов сейсмостойкости. Испытания выполнялись специалистами ВНИИАМ по методикам ВНИИАМ-КБГУ с помощью автоматизированного вибратора АСВ-3, разработашюго в КБГУ с участием автора. Отличительной чертой явилось то, что для 11 типов оборудования (всего было испытано 22 типа) в результате синхронных многоточечных измерении с помощью многоканальной системы ВИС-б и вибродатчиков КД-35 фирмы "Роботрои" были получены собственные формы колебаний для нескольких низших частот и трех ортогональных направлений. Были также определены декременты колебаний для спектра низших частот. В расчетном анализе результатов этих испытаний и определении собственных форм автор принимал непосредственное участие.

В печати эти результаты до настоящего времаш не публиковались.

Результаты измерений и их обработки представлены в таблице 4.

В качестве иллюстрации на рнс. 11, 12 и 13 приведены общий вид теплообменника САОЗ и его дае низшие формы колебаний вдоль

оси У.

Таблица 4.

Собственные динамические характеристики оборудования

АЭС "Богуннце". (в перечень включено оборудование, для которого исследовались собственные формы).

№ № Наименование ОХ 0У ог

Частота, Гц Декремент Частота, Гц Декремент Частота, Гц Декремент

1. Главный циркуляционный насос установки В-1 2,5 8,5 23,5 33,5 0,072 0,059 0,053 0,045 20 0,040

2. Охладитель полшггоч-ной воды I контура 16,0 0,062 5,5 20,0 32.0 35,0 0,091 0,086 0.078 0,040

3. Теплообменник нрои-контура ГЦН установки В-1 .8,2 0,047 16,0 0,098 10,8 0,049

4. Теплообменник охлаждения бассейна выдержки 15,0 31,0 0,033 0,035 23,0 0,043

5. Теплообменник системы дожигания водорода 9,5 24,0 0,142 0,082

6. Теплообменник СА.ОЗ 5,8 41,0 0,043 0,022 19,5 37,0 0,033 0,022

7. Теплообменник системы газоочистки 8,2 15,0 25,0 0,059 0,121 0,052

8. Быстродействующая редукционная установка сброса пара БРУ-К 6,8 9,8 0,076 0,099 18,0 0,056 24,5 26,5 0,040 0,040

9. Теплообменник промконтура ГЦН установки В-2 8,5 14,2 22,5 0,070 0,035 0,018 8,5 14,2 0,053 0,046 8,5 12,5 30,2 0,068 0,045 0,057

10. Теплообменник контура СУЗ 8,0 11,2 16,8 19,5 0,043 0.049 0,030 0,033 >30,0 18,6 25,8 0,035 0,024

II. Теплообменник охлаждения спрниклер-ной установки 8,2 11,7 20,5 0,043 0,047 0,027 15,5 18,0 0,029 0,028 14,3 23,0 0,025 0,027

Проверка сейсмостойкости оборудования на АЭС "Пакт" (Венгрия) с реакторами ВВЭР-440/213.

В 1994 г. специалисты ВНИИАМ в рамках международной программы "Benchmark Study for Seismic Analysis and Testing of WWER-Type NPPs", координируемой МАГАТЭ, выполнили нспыта-шш оборудовашш системы CA03-II на блоке №4 АЭС "Пакш". Быш! нспытапы: насосы низкого н высокого давлении, теплообменник промконтура, клапан на всасе насоса низкого давления. Насосы испытывались импульсным методом, поскольку их первые собственные частоты превышали 50 Гц. Теплообменник и клапан испытыва-лись резонансным методом.

По заданию ВНИИАМ специалисты КБГУ под руководством автора выполнили работы по усовершенствовашпо н отладке вибратора АСВ-3. В частности, повышена эксплуатационная надежность н снижен вес пульта управления, заменен выносной двигатель на более современную модель, усовершенствованы конструктш разъемных соединений тбкого вала с вибратором и двигателем.

Автором были вьшолнеиы также анализ экспериментальных дашплх н расчеты сейсмостош<ости теплообменника и клапана. ' Результаты испытаний представлены в таблице 5.

Таблица 5.

Результаты испытаний оборудовать на АЭС "Пакш".

№№ Оборудование Направление Собственные частоты, Гц Декременты (в долях от критического)

I. Теплообменник промконтура САОЗ Горизонтальное E-W Горизонтальное N-S 2,0; 4,2; 7,5; 15,0 Расчетная: 4,2 6,8 0,029 0,075

Вертикальное 2,1; 8,0; 22,5; 37,6 Расчетная: 24,0 0,100

2 Клапан насоса низкого давления Горизонтальное E-W, N-S 2,0 (слабый пик) 4,4 (слабый пик) 7,8 (сильный пик) 9,7 (сильный пик) 0,054

Для теплообменника автором выполнены также расчеты собственных частот и форм для балочной двухопорной аппроксимации. Анализ конструкции теплообменника и сю обвязки, экспериментальных данных и расчетных значений показал, что частоты 2,1 и 8,0 Гц являются результатом реагацш внешних элементов, их амплитуды колебаний во всех измеренных точках на порядок (и более) ниже, чем при частоте 22,5 Гц, которая и соответствует основной возбуждаемой форме колебаний теплообменника. Изделие сейсмостойкое.

Для клапана опасность заключается в отрывах корпуса от опоры и последующих ударах об опору при вертикальных воздействиях (в области 2-5 Гц вертикальные ускорения согласно спектрам ответа превышают 3 %0), а также в соскальзывашш клапана с опорной рамы, поскольку клапан не прикреплен к опорной раме (она используется лишь как подпорка дня занщты трубопроводов от прогиба). Для предотвращешш таких ситуаций рекомендовано связать корпус клапана с опорной рамой с помощью бандажа.

В результате динамических испытаний были получены декременты колебашш, которые, как и в предыдущих случаях, заметно превышают нормативные, что является благоприятным фактором с точки зрения сейсмостойкости оборудования.

ВЫВОДЫ.

1. В развитие перспективного метода проверки и обоснования сейсмостойкости оборудовать АЭС в составе станционных систем, опорных конструкций и трубопроводной обвязки разработан и внедрен на АЭС резонансный метод измерения собственных динамических характеристик оборудования (форм, частот и декрементов собственных колебании), определяющих его реакцию на внешние сейсмические воздействия.

2. В качестве источника возбуждения колебаний оборудования при резонансном методе динамических испытаний разработаны и созданы специальные малогабаритные автоматизировашше при-сосднняемые вибраторы направлешюго действия с регулируемой частотой в диапазоне, характерном для сейсмических воздействий (от 1-2 до 30-50 Гц).

3. Проведен комплекс динамических испытаний с помощью автоматизированных вибраторов большого количества корпусного оборудовать различного назначения (теплообменники, насосы, вентиляторы, баллоны, клапаны) на АЭС с реакторными установками различного Tima (Армянская, Курская, Чернобыльская, Ростовская, АЭС "Богутище" и АЭС "Пакш").

4. При расчетном обосновании сейсмостойкости по результатам динамических испытаний по линейно-спектральному методу, наряду с распространенными в практике нсследовашш на АЭС расчетными схемами в виде линейных и пространственных стержневых систем с сосредоточенными массами и упругими связями, использовался перспективный метод построения математических моделей на основе пространствешюго метода конечных элементов (МКЭ). Примените этого метода в сочетании с банком совремешнлх математических программ и совремешшми электронно-вычислительными средствами обработки и визуализации результатов позволило получить наглядные картины пространственных форм колебаний в широком спсктрс собственных частот, а также добиться хорошего согласия рассчитанных собспзешгых частот с экспериментальными данными.

5. В результате выполненных исследований, наряду с определением собственных частот, для болышшетва обследованного оборудова-шш получены экспериментальные значения декрементов колебаний. Это представляет большой практический интерес, поскольку декременты оказывают заметное влияние на сейсмические силы, действующие па оборудование, в области резонансных частот сейсмических спектров ответа (от 1-2 до 6-10 Гц). Рекомендованные нормативными документами декременты (для корпусного оборудовать - 2% ог критического значения) как правило оказываются заниженными. Использование экспериментальных данных позволяет обоснованно снизить сейсмические воздействия и тем самым упростить задачу обеспечения сейсмостойкости. В то же время в отдельных случаях экспериментальные данные оказались ниже нормативных, что еще более важно, поскольку отсутствие экспериментальных данных в этих (хотя и немногочисленных) случаях привело бы к занижению расчетных сейсмических воздействий по сравнению с реальными.

6. Для ряда видов оборудования на Ростовской АЭС и АЭС "Богушще" получены экспериментальные дашше по собственным формам колебаний. Эти результаты важны для анализа физической природы и степени возбуждения колебаний для различных гармоник, а следовательно, для более надежного расчетного анализа сейсмостойкости оборудования и его отдельных элементов. Кроме того, знание форм колебании позволит более обоснованно размещать внбродатчшш и выбирать зоны установки вибраторов (либо приложс-иня ударных воздействии) при дальнейших исследованиях, а также при разработке карт контрольно-диагностических замеров после землетрясений и других внешних воздействий (падяше самолета, взрывы, большие аварии и пр.).

7. Для всех обследованных едщпщ оборудовашм выданы заключешш о сейсмостойкости и разработаны конкретные

мероприятия по упрочнению и дополнительному раскреплению в случаях неподтверждения сейсмостойкости.

8. Накопленные в процессе динамических испытаний результаты позволяют рекомендовать динамические измерения на АЭС как надежный и оперативный метод контроля качества монтажа и его соответствия проектной документации, а также как метод диагностики механического состояния оборудования, опорных конструкций и крепежных соеденений после экстремальных событий (землетрясений, аварий и т.п.) либо периодически в процессе эксплуатации. Это базируется на высокой чувствительности собственных динамических характеристик (частот и декрементов колебаний) к различного рода деформациям, повреждениям, ослаблению болтовых соединений и прочим механическим нарушениям.

Основные результаты, представленные в диссертации, опубликованы в следующих работах.

1. Расчетно-эксперимептальная проверка сейсмостойкости I и II блоков Армянской АЭС. Отчет ВНИИАМ, КБГУ, ФПИ №3611804, 1988 г.

2. Расчетно-эксперименталъная проверка сейсмостойкостиобо-ру-довапия Курской АЭС. Отчет КБГУ, 1988 г.

3. Расчетно-экспергшептальная проверка сейсмостойкости оборудования Чернобыльской АЭС. Отчет КБГУ, 1990 г.

4. Проверка и обоснование сейсмостойкости элементов технологического оборудования Ростовской АЭС. Отчет КБГУ, №181,1993 г.

5. Динамика и проблемы безопасности экологически опасных технических систем при сейсмических воздействиях. Отчет КБГУ, НИИ ПМИ М. 1994 г.

6. Разработка методов и средств низкочастотной диагностики технического состояния экологически опасных технологических систем в предпусковой период и в процессе эксплуатации. Отчет КБГУ, 1995 г.

7. Суюмбаев Х.У. Расчетные методы проверки сейсмостойкости технологического оборудования. Препринт КБГУ, Нальчик, 1996г., 18 с.

8. Суюмбаев Х.У. Динамические исследования оборудования на действующих и пусковых АЭС. Препринт КБГУ, Нальчик, 1996г., 8 с.

9. Чеченов Х.Д., Суюмбаев Х.У. Резонансный метод исследования динамических характеристик оборудования на пусковых и действующих АЭС. - II Научно-практическая конференция ч.4, 5 с.

Ю.Чеченов Х.Д.,Суюмбаев Х.У. Дискретный мониторинг больших технических систем.- "Тяжелое машиностроение" М.,№8,1996 г.

Рис.З. Вибровозбудитель с автоматическим регулироваш1ем статического момента.

1. Детали крепления.

2. Подвижный дебаланс.

3. Основной дебаланс.

4. Направляющие штоки.

5. Фасошгыс пруж1шы.

6. Отверстия под пружшпл.

2 3

Рис.4. Структурная схема блока автоматического управления.

1. Генератор прямоугольных импульсов.

2. Прохраммируемый генератор частоты.

3. Формирователь ступенчатого напряжешь.

4. Усилитель постоянного тока.

5. Тирнсторнын преобразователь.

6. Двигатель.

7. Тахогенератор.

8. Преобразователь "напряжение-частота".

9. Низкочастотный цифровой частотомер.

Рнс.5. Расчетная схема системы вибратор-объект.

Рнс.6. Общий вид аварийного конденсатора Армянской АЭС.

л-л

а)

I

Рпс.7. Общий вид конденсатора газового контура Курском! АЭС.

26

Рис.8. Расчетная схема улитки вентилятора ВДН Ростовской АЭС.

Модель:. \ Визуализация:

0;<яо:

Рахугс;

П орт процесс оу:

I 3, Бпохиуовка

г.-Ос;

ЙИен«;

ПЕРЕВЕДЕНИЕ ПО К м!п -5.5ЭЕ-03 1 -3.87е-03 г -2.15Е-03

3 -4.37Н-04

4 1.28Е-03

5 З.ООН-ОЗ

6 4.72Е-03 мач 6.44Е-03

О;

/У

ТОхмо; о

Выполнение.

Е5С Останопить

Н : У г --

*: ри X

^ ; Нм ■» У

А 1 Р£> г

■ т^усдг^д» емгк агеитащая**«»

|Цгог1: -22.5 |Сдз: рз.зр

Гр^ГГТзбТбТ

|НК<?: 1.50

миитдгмяяиг»« и**

)ХП<?: 1 ■ 0

ГШ

ИПРПЛЛЕНЬ ТМодгпи:КЭМ

З/И^Г.ДТДиМ ИГ.

ЗУЕМТ!

■?; прпср '

01

Рис.9. Перемещения улитки вентилятора по осп ОХ.

?ОРма: 1

Частота: 22.72 Гц

Ц

Випопиенив.-. . Ё2С Остановить

Форма: 1

Чаотох-аиЦ^г. 72 Гц

ТОхно: 4

V 2 -

ш t ри X

1 * Нм -» У

101 4 РО 2

Угол: -32.5

I

Цат: 53.35 Сдз; Фох;

53.35

533.50

1.50

кд»:

1.0

Вариант: 1

р

О

ТМоде ли:!<ЭМ

РРиогКАРКйС }иЕНТ1

ИСПА-5.05.01

^ргксриор

Рис. 10. Первая мода улитки вентилятора.

о

Ж. .

5

' т

4

Г-Х

/ООО

/о

4ооо

£5DO

баоо

Ы 9

50

Puc.ll. Общий вид теплообмешппса САОЗ АЭС "Богушще".

Рпс.12. Форма колебаний теплообменшпса САОЗ вдоль оси ОУ для /1 = 5,8 Гц.