автореферат диссертации по геодезии, 05.24.01, диссертация на тему:Разработка технологий геодезического обеспечения эксплуатации основного энергетического оборудования

рГ6 од

УДК 528.48(075.8)

На правах рукописи

МАЛИНОВСКИЙ АЛЕКСАНДР ЛЕОНИДОВИЧ

РАЗРАБОТКА. ТЕХНОЛОГИЙ ГЕОДЕЗИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОСНОВНОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ (НА ПРИМЕРЕ ЛЕНИНГРАДСКОЙ И ЧЕРНОБЫЛЬСКОЙ АЭС)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

05.24.01 Геодезия

Новосибирск-1998

Работа выполнена в Сибирской государственной геодезической академии.

Научные руководители: доктор технических наук,

профессор Бузук В.В.;

доктор технических наук,

профессор

Уставич Г.А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Асташенков Г.Г.; кандидат технических наук, профессор Федоров А.И.

Ведущая организация: ПО "Инженерная геодезия"

Защита состоится " 25 " июня 1998 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 064.14.01 в Сибирской государственной геодезической академии (СГГА) по адресу: 630108, Новосибирск, 108, Плахотного, 10, СГГА, аудитория 403.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СГГА.

Автореферат разослан" 25 " мая 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Середович В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие энергетического машиностроения характеризуется ростом единичных мощностей выпускающего оборудования, а следовательно, и габаритов, что приводит к повышению требований эксплуатационного контроля за его техническим состоянием. Проблема обеспечения высокой надежности эксплуатации энергетического оборудования приобретает первостепенное значение. Роль высокоточных геодезических измерений в осуществлении данной важнейшей технической, технологической и экологической задачи состоит в обеспечении необходимой точности сопряжения отдельных конструкций и технологических элементов, что является непременным условием безаварийной эксплуатации сложного оборудования.

Большой вклад в разработку геодезических методов, средств и технологий геодезического обеспечения инженерных объектов внесли известные отечественные и зарубежные ученые -геодезисты, такие как Г.Г.Асташенков, В.А.Афанасьев, В.Д.Большаков, П.И.Брайт, В.В.Бузук, И.Ю.Васютинский, В.Н.Ганьшин, Т.Ф.Глотов, Ю.П.Гуляев, И.Е. Донских, Б.Н. Жуков, А.М.Зеленский, Е.Б.Клюшин, В.Г.Конусов, Н.Н.Лебедев, Г.П.Левчук, Д.ВЛисицкий, М.С.Муравьев, В.Е.Новак, В.К.Панкрушин, М.Е.Пискунов, Г.Е.Рязанцев, Г.А.Уставич, В.В.Шторм, Х.К.Ямбаев, С.Пахута и другие. Разработанные ими средства измерений и соответствующие технологии достаточно широко внедрены и внедряются в различные области промышленности и науки.

Одной из таких областей применения высокоточных геодезических методов и средств измерений является турбостроение. Еще совсем недавно контроль технического состояния оборудования АЭС и ТЭС выполнялся машиностроительными методами и средствами измерений. К настоящему времени на всех АЭС России выполняются соответствующие геодезические работы по обеспечению нормальной эксплуатации основного энергетического оборудования. Практика показывает, что с наращиванием единичных мощностей оборудования, в том числе и энергетического, проблема геодезического обеспечения высокой надежности их работы приобретает первостепенное значение.

Государственный комитет по науке и технике при Совете Министров СССР своим Постановлением № 207 от 31 мая 1971 г.

обязал ряд министерств и ведомств провести исследования статических и динамических деформаций и внутренних усилий в системе турбоагрегат-фундамент-основание (ТФО) и разработать мероприятия, обеспечивающие высокую надежность этой системы. Эта проблема остается актуальной и в конце 20-го столетия.

Несмотря на огромные успехи в исследовании системы ТФО, целый ряд проблем остается нерешенным и требует дальнейших исследований и производственных работ по апробированию на практике этих исследований. К ним относятся:

изучение статических деформаций оснований и фундаментов, сооружаемые под мощные турбоагрегаты (500, 800, 1000 и 1200 МВт) с целью определения изгиба линии валопровода (цепная линия роторов) при различных режимах работы турбоагрегата;

изучение тепловых деформаций фундаментов под мощные турбоагрегаты с целью задания преднамеренных расцентровок в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Применительно к эксплуатации турбоагрегатов больших единичных мощностей существует научно-техническая задача разработки единой технологии геодезического обеспечения эксплуатации системы ТФО при различных режимах работы всего энергоблока, и задача создания для каждого турбоагрегата и другого энергетического оборудования технического паспорта на важнейшие эксплуатационные характеристики системы ТФО.

Таким образом, разработка технологии геодезического обеспечения процесса эксплуатации энергетического оборудования (турбоагрегатов, питающих энергетических насосов) является важной научно-технической задачей, что подтверждает актуальность данных исследований.

Целью данной работы является разработка технологии геодезического обеспечения процесса безаварийной эксплуатации основного оборудования турбинного отделения АЭС.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- выполнить анализ существующих методов и методик геодезических и машиностроительных измерений, применяемых при монтаже и эксплуатации основного оборудования турбинного отделения;

- выполнить исследования по определению точности основных видов геодезических измерений (высокоточное нивелирование и

створные измерения) при выполнении работ в зоне повышенной вибрации, турбулентности воздуха и фона радиации;

- обосновать выбор технологии геодезических измерений для определения деформации турбоагрегатов и питательных энергетических насосов (ПЭНов);

- обосновать необходимую точность геодезических измерений, выполняемых при определении деформаций оборудования турбинного отделения;

- выполнить исследования деформаций системы ТФО на Ленинградской и Чернобыльской АЭС;

- разработать схему представления геодезической информации для использования ее при уточнении значений центровок роторов валопровода.

Методика исследований включает в себя использование теории вероятности и математической статистики, а также теории ошибок измерений; исходной информацией являются результаты обширных производственных геодезических измерений.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые разработана единая технология геодезического обеспечения процесса эксплуатации основного оборудования турбинных отделений АЭС.

Практическая ценность предлагаемой работы заключается в том, что результаты исследований и производственных измерений позволяют определить изменение основных геометрических параметров оборудования при различных режимах работы всего энергоблока и, как следствие этого, улучшить их эксплуатационные характеристики, что приводит к увеличению межремонтного периода эксплуатации оборудования и сокращения времени, необходимого для проведения ремонтных работ.

Апробация работы. Теоретические и экспериментальные исследования выполнены в рамках хоздоговорных научно-исследовательских работ НИИГАиК (СГГА) с организациями: Ленинградская и Чернобыльская АЭС, Ленэнергоремонт. Результаты выполненных исследований докладывались на ежегодных производственных совещаниях Ленэнергоремонта (1976-1985 годы), службы эксплуатации и ремонта Ленинградской и Чернобыльской АЭС (1986-1990 годы), на научно-технических конференциях НИИГАиК (СГГА).

Реализация результатов исследований. Первые результаты исследований по теме диссертации были

получены и переданы службе эксплуатации Ленэнергоремонта в 1975 г. В дальнейшем результаты исследований системы ТФО и ПЭНов, выполненных по разработанной автором технологии производства геодезических измерений, и практические рекомендации использовались при обеспечении эксплуатации в восьми турбоагрегатов ЛАЭС, а также при подготовке к пуску шести турбоагрегатов и пятнадцати питательных энергетических насосов Чернобыльской АЭС до и после аварии, и далее - при проведении ежегодных капитальных и планово-предупредительных ремонтов энергетического оборудования названных АЭС.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано пять статей (четыре из них в соавторстве), а также задепонировано во ВНТИЦ четыре научно-технических отчета.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных литературных источников (117 наименований, из них 13 на иностранных языках) и 19 приложений, содержит 170 страниц машинописного текста, включая 20 таблиц, 29 рисунков.

На защиту выносятся:

1) результаты исследований точности различных способов створных измерений и высокоточного геометрического нивелирования в условиях влияния вибрации основания, на котором устанавливается геодезический прибор, турбулентности воздуха, фона радиации;

2) технологии определения деформаций системы ТФО и ПЭНов при различных режимах их работы;

3) технология определения деформаций линии валопровода турбоагрегата на уровне горизонтального разъема при различных режимах работы турбоагрегата;

4) методика высокоточного геометрического нивелирования для выполнения измерений при значительном влиянии фона радиации и радиационных аэрозолей;

5) методика составления и представления деформационных характеристик (параметров) системы ТФО.

Содержание работы. Во введении обоснована актуаль-ность научно-технической задачи и целесообразность исследований, поставлена цель, указаны задачи и методы их решений, раскрыты научная новизна и практическая реализация результатов работы.

В первой главе "Современное состояние вопроса, особенности и требования к выполнению высокоточных геодезических измерений при эксплуатации энергетического оборудования АЭС" выполнен анализ современных методов выполнения высокоточных инженерно-геодезических измерений,

применяемых при обеспечении эксплуатации оборудования различных инженерных сооружений, в том числе и АЭС. Анализу были подвергнуты угловые и створные измерения, геометрическое, гидростатическое и гидродинамическое нивелирование на возможность их применения для выполнения высокоточных при неблагоприятных и экстремальных внешних условиях. К таким неблагоприятным внешним условиям автором отнесено значительное влияние вибрации основания, турбулентности воздуха, высоких температур, ионизирующего излучения, радиоактивных аэрозолей. Эти неблагоприятные, а иногда и экстремальные внешние условия имеют место при выполнении геодезических работ в турбинных отделениях АЭС, где, согласно правилам технической эксплуатации (ПТЭ), требуется определять деформации системы ТФО и ПЭНов при их строительстве, монтаже и эксплуатации.

Необходимо отметить, что деформационные характеристики системы ТФО можно получить только с определенным временным интервалом. Это обусловлено тем, что строительство и эксплуатация вышеназванной системы производится поэтапно: подготовка основания под фундамент, монтаж фундамента, монтаж турбоагрегата и, наконец, эксплуатация всей системы ТФО.

При выполнении наблюдений за деформациями системы ТФО решаются следующие основные задачи по определению:

- осадок и деформаций оснований и фундамента турбоагрегата при различных режимах работы всего энергоблока;

- деформаций линии валопровода и, как следствие этого, величины изменения значения центровок роторов;

- значений температурных деформаций фундамента при различных режимах работы турбоагрегата;

- величин перекоса ригеля и опор подшипников в районе ЦВД.

Получение деформационных характеристик (осадки, прогиба

крена) фундамента осуществляется в основном высокоточным геометрическим нивелированием по маркам, заложенным в нижнюю фундаментную плиту. На тепловых станциях измерения по маркам нижней плиты фундамента можно выполнять при различных режимах работы турбоагрегата. На атомных же

электростанциях с реакторами РБМК, где установлены фундаменты боксового типа, доступ к маркам нижней плиты возможен лишь при неработающем турбоагрегате и при открытом боксе (при этом, должна быть осуществлена вентиляция бокса в течение двух-трех суток для снижения уровня ионизирующего излучения).

Конечной целью исследований системы ТФО является получение величин деформации линии валопровода турбоагрегата и уточнение значений центровок полумуфт роторов.

На величину деформации линии валопровода турбоагрегата существенно влияют, помимо деформации самого фундамента, деформации нижней части цилиндров (подшипниковых опор).

В настоящее время деформации опор валопровода в вертикальной плоскости определяют, проводя измерения по маркам на уровне горизонтального разъема, методом высокоточного геометрического нивелирования короткими лучами длиной 5-6 м. В разработке технологии и внедрении этого метода для определения деформаций турбоагрегатов принимал участие автор, начиная с 1975 г. на Ленинградской АЭС. В дальнейшем отработку и совершенствование этой технологии автор выполнял и на Чернобыльской АЭС.

В процессе эксплуатации турбоагрегатов также установлено, что после их останова на ремонт, практически всегда обнаруживаются расцентровки роторов и в горизонтальной плоскости. К началу выполнения работ на Ленинградской АЭС в стране не была разработана технология определения деформаций роторов в горизонтальной плоскости. Поэтому перед автором встала задача разработать также технологическую схему геодезических измерений для определения деформаций линии валопровода в горизонтальной плоскости.

Разработанная, с непосредственным участием автора, технология удовлетворяет всем выше перечисленным требованиям и применяется на всех АЭС до настоящего времени.

Во второй главе "Разработка технологической схемы и обоснование точности геодезических измерений для целей проектирования, строительства и эксплуатации системы ТФО" рассмотрены вопросы обоснования точности геодезических измерений, состава технологических схем геодезических измерений при проектировании, строительстве и эксплуатации системы ТФО, влияния эксплуатационных факторов от работающего оборудования на выполнение всех видов измерений.

Суммарная величина деформации системы ТФО в вертикальной и горизонтальной плоскостях приводит к изменению раскрытия полумуфт роторов на величину "5". В этом случае смещение одного конца ротора относительно другого будет равно

(1)

где Ь - длина ротора; Б - диаметр полумуфт.

Согласно формуляра завода-изготовителя, допускаемая величина на раскрытие полумуфт роторов равна плюс минус 0.03 мм. Тогда при Ь = 7400 мм и Б = 1120 мм получим Аь,1 = 0.20 мм.

Эта величина является границей поля допуска центровки роторов. Тогда нижнюю и верхнюю границы регулирования Рн и Рв в вертикальной плоскости, а также правую и левую Рп и Рл в горизонтальной плоскости можно найти, применяя статистические методы оценки:

р -т +

1 н,в * н,в т

1--

Р -Т - 1--—

' (2)

где - аргумент функции Лапласа, удовлетворяющий условию

Ф0(21) = 0.5— 200

q - уровень значимости;

п- объем выборки;

8'ьд = 0.5АЬ;|;

Тн,в и Тп.л - границы поля допуска.

Нами рекомендуется нивелирование по горизонтальному разъему цилиндров выполнять в прямом и обратном направлениях в виде замкнутого полигона; положение же роторов вычисляется как среднее из результатов нивелирования по двум сторонам турбоагрегата. Тогда объем выборки (число измерений превышений) будет равно 8. При я = 0.5 % имеем Рн,в и Рпл — ±0.07 мм.

При разработке автором состава геодезических работ, выполняемых на всех стадиях функционирования системы ТФО,

обеспечивалось выполнение условия непрерывного слежения за значениями деформаций всей системы. Состав геодезических работ при возведении фундамента и монтаже турбоагрегата, с позиций системного подхода, представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 - Состав геодезических работ при возведении фундамента и монтаже турбоагрегата

Автором также разработана технологическая схема выполнения основных геодезических работ при эксплуатации системы ТФО, которая приведена на рисунке 2.

Эксплуатациясистемы ТФО

Фундамент Турбоагрегат

Начало прогрева фундамента. — Предпусковые операции.

Створные измерения и геометрическое нивелирование по маркам верхней плиты. Нивелирование по маркам нижней плиты. Один цикл измерений Турбоагре-гат на валоповороте.

Створные изме-рения и геометрическое нивелиро-вание по маркам на горизонтальном разъеме. Один цикл измерений. Вы-числение и установление центровок.

Продолжение прогрева Пуск турбоагрегата. Створные

фундамента. Створные измерения и геометрическое нивелирование по маркам верхней плиты. Цикличность измерений такая же, как и для турбоагрегата. изме-рения и геометрическое нивелиро-вание по маркам на горизонтальном разъеме. Циклы выполняются еже-дневно, в течение 4-х суток, а затем через сутки, в течение 6-ти суток. Вычисление значений центровок.

Прогрев фундамента закончен. Нормальный режим работы.

Створные измерения и геометрическое нивелирование по маркам верхней плиты. Один цикл измерений. Вычисление величин температурных деформаций. Створные измерения и геометричес-кое нивелирование по маркам на горизонтальном разъеме. Вычисле-ние окончательных значений центровок и их сравнение с формуляром.

Температурное поле фундамента Межремонтный период при

стабилизировалось. Створные номинальной нагрузке. Створные

изме-рения и геометрическое нивелирова-ние по маркам верхней плиты. Один цикл измерений в три месяца. Сравнение фактических величин температурных деформаций с расчетными. измерения и геометрическое нивелирование по маркам на горизонтальном разъеме. Один цикл измерений в три месяца. Вычисление изменений центровок.

Рисунок 2 - Технологическая схема выполнения основных геодезических работ при эксплуатации системы ТФО

Переход от монтажа турбоагрегата к его эксплуатации приводит к значительным изменениям взаимного положения опор роторов валопровода, причем характер и величины этих изменений индивидуальны для каждого турбоагрегата даже одной серии. На данном этапе функционирования системы ТФО решаются следующие основные задачи по определению:

- осадок и деформаций нижней плиты фундамента;

- деформации верхнего строения фундамента в зависимости от режима работы турбоагрегата;

- деформации корпусов цилиндров турбоагрегата;

- значений центровок роторов по результатам геодезических измерений.

Целью геодезических измерений на стадии монтажа турбоагрегата является определение момента начала относительной стабилизации положения оси валопровода и выдача рекомендаций монтажникам по окончательной центровке роторов перед пуском турбоагрегата.

Автором предлагается определять величины изменения центровок роторов на работающем турбоагрегате, используя результаты геодезических измерений (нивелирования или створных измерений) по маркам, установленным на уровне горизонтального разъема цилиндров.

Автором рассмотрены различные возможные варианты установки деформационных марок и получены выражения для вычисления элементов центровок.

В зависимости от конструктивных особенностей конкретного турбоагрегата, могут быть следующие варианты установки деформационных марок на разъеме турбоагрегата:

а) по концам каждого ротора валопровода;

б) по осям подшипников;

в) по концам смежных роторов и по осям подшипников.

Тогда раскрытие 5 и смещение А полумуфт вычисляются из выражений

а) ¿ = 2)

к к

д=н2-н3,

б) д =

в) А =

Я, +

к

и

+

Я.+

А/

¿2 -АА3>4

и

III к

#4 +

II» к

(3)

(4)

(5)

где Ь, Ь2 - расстояния между полумуфтами;

( Ш Н1

Ц, Ц , - расстояния между соответствующими полумуфтами и

подшипником;

А1 - расстояние от подшипника до полумуфты; {- величина статического прогиба; Г- величина провисания конца ротора;

Н] - высота точки, полученная из нивелирования. Схема размещения марок по концам роторов (для варианта а)) приведена на рисунке 3.

В процессе эксплуатации турбоагрегата геодезические измерения позволяют определить изменения положения опор роторов, а следовательно, и изменения значений, установленных при монтаже, центровок роторов. После останова турбоагрегата, зная значения деформаций опор, можно установить преднамеренную расцентровку с таким расчетом, чтобы после пуска при достижении турбоагрегатом нормального режима работы, нагрузка на опоры валопровода была проектной.

б)

Рисунок 3 - Размещение марок по концам роторов

Для определения деформационных характеристик системы ТФО автором разработана цикличность геодезических

измерений, выполняемых на всех стадиях ее эксплуатации. Цикличность измерений учитывает режимы работы турбоагрегата, продолжительность эксплуатации и продолжительность прогревания или остывания фундамента.

На выполнение геодезических измерений в значительной степени оказывает влияние технологический (эксплуатационный) режим работающего оборудования.

При составлении проекта производства геодезических работ влияние технологического режима (факторов) предлагается классифицировать по четырем категориям сложности. Принципиальное отличие ППГР для тепловых электростанций от атомных состоит в том, что при выполнении работ на первых отсутствует фактор наличия радиации. За базовый вариант нормы выработки взяты нормы для общегосударственного нивелирования I и II классов. За эталонное значение средней квадратической ошибки измерения превышений взяты измерения, выполненные при благоприятных внешних факторах: отсутствии влияния вибрации основания, резкого перепада температур, фона радиации (или аэрозолей), хорошей освещенности, отсутствие шумов, отсутствие переходных точек при нивелировании (таблица 1).

Как показывает практика эксплуатации оборудования АЭС, на

95 % энергетических объектах имеют место первые три категории сложности при выполнении измерений или разработке ППГР (исключая, конечно, аварию на Чернобыльской АЭС).

В третьей главе "Разработка технологии геодезических измерений для определения деформаций оборудования турбинного отделения" рассмотрены вопросы создания и реализации технологий определения деформаций питательных энергетических насосов и системы ТФО в целом.

К настоящему времени достаточно хорошо разработана технология определения осадок и деформаций инженерных сооружений и оборудования в условиях влияния возмущающих воздействий (вибрация, турбулентность воздуха, резкий перепад температур). Однако при эксплуатации системы ТФО на АЭС имеют место еще и экстремальные условия (ситуации), когда выполнение высокоточных геодезических измерений связано со значительным риском для здоровья и жизни исполнителей. К таким условиям относится:

1) наличие значительного и предельно опасного фона радиации в районе ЦВД турбоагрегата;

Таблица 1 - Влияние производственных факторов на ППГР при выполнении работ на АЭС и ТЭС

Категория сложност Производственные факторы

Тип сооружения или оборудования Расположение технологического оборудования Конструктивное расположение оборудования Влияние внешних факторов Понижение точности из мерений,% Пониж-ение выработки, %

1 Реактор РБМК, турбинное отделение с реактором ВВЭР, береговые циркнасосы, ПЭНы, подкрановые пути Верхняя плита турбоагрегата, центральный зал реактора РБМК, площадка ПЭНов, подкрановые пути с неработающими кранами ЦНД, ПЭНы, все подкрановые пути, все оборудование ТЭС Вибрация А«5н-Ш мкм, температура 1=5*20°С. Радиация 15-20 МКр. Аэрозоли 15-20 МКр. Градиент температуры 2 гр/м в любом направлении. Шум до 30 дцб не более 10% уменьшение до 30%

2 Реактор РБМК и ВВЭР, турбинные отделения Весь фундамент турбоагрегата, в том числе и боксового типа, полярный кран, направляющие РЗМ, корпус турбоагрегата Вся система ТФО, полярный кран, РЗМ Вибрация А«20*40 мкм, температура (=5+20°С. Радиация 20-40 МКр. Аэрозоли 20-40 МКр. Градиент температуры 2 гр/м б любом направлении. Шум до 50 дцб не более 20% уменьшение до 100%

3 Реакторы РБМК, ВВЭР, турбинные отделения, 1 парогенераторы, главные циркнасосы Все помещения реакторных и турбинных отделений Все оборудование АЭС Фактически имеющиеся Радиация не более 60 МКр Аэрозоли не более 60 МКр не более 20% уменьшение до 300 %

4 аварийное Все сооружения АЭС Все помещения АЭС Все оборудование АЭС Фактически имеющиеся не более 50% норм выработки нет

2) наличие предельно опасного количества радиоактивных аэрозолей в воздухе в районе ЦВД и всего турбоагрегата;

3) наличие предельно опасного уровня радиации и радиоактивных аэрозолей в боксе под турбоагрегатом на нижней фундаментной плите;

4) наличие высокой (до 80-100° С) температуры окружающего воздуха в районе ЦВД турбоагрегата.

Первый и второй факторы имеют место при аварийных ситуациях и иногда, во время первых пусков турбоагрегатов на АЭС с реакторами РБМК (реакторы РБМК одноконтурные, радиоактивный пар из реактора поступает в турбоагрегат). Время пребывания исполнителя в такой радиоактивной зоне ограничивается в лучшем случае 20-30 минутами, а иногда, без специальных средств защиты, нахождение там человека вообще невозможно. Например, после аварии на Чернобыльской АЭС уровень радиации и количество радиоактивных аэрозолей в воздухе турбинного отделения на верхней плите турбоагрегата был выше допустимой нормы в сотни и тысячи раз.

Третий фактор имеет место при выполнении геодезических измерений в боксе фундамента (отметка - 2.70 м) при остановленном турбоагрегате. Необходимо отметить, что при работающем турбоагрегате вход в бокс запрещен вообще.

И, наконец, четвертый фактор практически всегда имеет место на ТЭС и АЭС при работающем турбоагрегате в районе ЦВД. Так как температура окружающего воздуха в непосредственной близости к турбине достигает 80-100° С и более, то нахождение реечника в этом районе даже в течение 1-2 минут крайне затруднительно.

Первые два фактора реально возникли после аварии на Чернобыльской АЭС, и автору пришлось выполнять измерения в период подготовки к первым, после аварии, пускам турбоагрегатов. Применительно к этому случаю, автором разработана и применена методика нивелирования по верхней плите, сущность которой заключается в том, что нивелир устанавливается в специальных освинцованных и остекленных помещениях-будках (используемых для размещения обслуживающего сменного персонала турбоагрегата), снабженных системой очистки воздуха, снижающей проникновение внутрь помещения опасных радиоактивных аэрозолей. Наблюдатель выполняет измерения, надев только респиратор, а реечник для защиты глаз и дыхательных путей

надевает или респиратор и специальный пластиковый шлем или противогаз.

При выполнении геодезических работ в боксе, доступ в него для выполнения любых работ, в том числе и геодезических, возможен только спустя 8-10 дней после останова турбоагрегата. Для выполнения работ в таких условиях разработана методика измерений, сочетающая в себе тригонометрическое и геометрическое нивелирование.

При выполнении измерений в районе ЦВД (четвертый фактор), целесообразно применять методику нивелирования с использованием закрепленных на марках малогабаритных (длиной 100-150 мм) реек и разработанный автором бесконтактный способ геометрического нивелирования.

Большой объем исследований выполнен по разработке технологии створных измерений для определения деформаций системы ТФО и питательных энергонасосов (ПЭНов) в горизонтальной плоскости.

Величина изгиба линии валопровода обнаруживается при ремонтах турбоагрегата, когда вскрываются полумуфты роторов. Установленные ранее, перед пуском (при окончательной центровке роторов), значения центровок практически всегда оказываются больше допустимых в несколько раз.

Разработка технологии створных измерений велась одновременно с исследованиями влияния возмущающих воздействий на результаты измерений.

Исследования влияния возмущающих воздействий при работающем и остановленном оборудовании имели целью установления:

наличия в результатах измерений переменных систематических ошибок (применялся критерий Аббе);

вида распределения полученных результатов измерений и их равноточности (применялись критерии Мизеса-Смирнова и /2). В результате исследований установлено, что: при работающем турбоагрегате практически все результаты створных измерений, выполняемые теодолитом, независимо от длины створа, содержат значимые переменные систематические ошибки; при амплитуде колебания основания 50-60 мкм (район генератора) имеет место разворот теодолита до 1-3';

при работающем ПЭНе значимые переменные систематические ошибки имеют место в 3-5 % случаев;

створные измерения по турбоагрегату, выполненные струнно-оптическим способом, содержат эти ошибки в 10 % случаев, для марок в районе ЦВД.

Исследованиями установлено, что гипотеза нормальности распределения результатов измерений не опровергается.

Результаты вычислений показали, что гипотеза равноточности измерений также не опровергается.

Применительно к исследованию деформаций верхней плиты в горизонтальной плоскости был разработан видоизмененный способ подвижной марки, включающий в себя элементы способа подвижной марки и струнно-оптического способа. С помощью данного способа выполнялось определение деформации верхней плиты относительно створа АВ (рисунок 4); средняя квадратическая ошибка измерений нестворности равна 0.2-0.3 мм.

При исследовании деформаций ЦНД применялись способ подвижной линии визирования и струнно-оптический способ.

Суммарная средняя квадратическая ошибка измерения не-створности данными способами равна соответственно * 0.07 мм и « 0.04 мм.

Для определения изменения значений центровок для всего валопровода нами был видоизменен струнно-оптический способ створных измерений и способ подвижной линии визирования. Это обусловлено тем, что расстояния Ь между марками на корпусах полумуфт и створами ММ, МЧМ' равно 3700-3800 мм, и ближе расположить створ невозможно.

Суммарная средняя квадратическая ошибка измерений расстояния от марки турбины до створа была равна порядка 0.2-0.3 мм при Б<40 м.

Если измерения выполняются при работающем турбоагрегате, то ошибка измерения, согласно нашим исследованиям, увеличивается до 50 %.

При исключительно благоприятных условиях створные измерения по горизонтальному разъему можно выполнить и методом подвижной линии визирования. При исследовании деформаций ПЭНов применялся только способ подвижной линии визирования.

При выполнении исследований системы ТФО в вертикальной плоскости автором решались задачи по определению:

- деформаций нижней плиты фундамента, вызванных статическими и динамическими нагрузками, а также сезонными колебаниями температуры и уровня грунтовых вод;

X' П- г

Рисунок 4 - Схема створных измерений по плите и горизонтальному разъему

- деформаций верхнего строения фундамента в межремонтный период;

величин тепловых деформаций верхнего строения фундамента в режиме работы турбоагрегата "пуск-работа-останов";

- промежутка времени, необходимого для стабилизации температурных деформаций верхнего строения фундамента после пуска и после останова турбоагрегата;

- деформаций (температурных и осадочных) корпуса турбоагрегата на уровне горизонтального разъема.

На основании результатов этих исследований нами разработана унифицированная технология определения деформаций системы ТФО большой мощности. Это обусловлено тем, что существующие нормативные документы в явно недостаточном объеме устанавливают цикличность и время наблюдений.

В четвертом разделе "Анализ результатов натурных наблюдений при исследовании деформаций оборудования Ленинградской и Чернобыльской АЭС сделан анализ результатов уравнивания нивелирных сетей турбоагрегатов и анализ результатов научно-производственных измерений, выполненных по разработанным технологиям, за большой промежуток времени.

Для геодезических наблюдений за деформациями турбоагрегатов и их фундаментов создается свободная нивелирная сеть в виде системы замкнутых полигонов, количество которых зависит от конструктивных особенностей конкретного исследуемого турбоагрегата.

Выполнены исследования свойств поправок для данных систем на моделях, в основу которых положены реальные схемы и измерения, по составленной программе уравнивания и оценки точности на ЭВМ. В ней, в частности, вычисляется матрица весовых коэффициентов уравненных превышений Оь+У как функций параметров, коэффициенты которых совпадают с коэффициентами параметрических уравнений поправок:

где Рм - матрица коэффициентов функций;

А„г матрица коэффициентов параметрических уравнений поправок;

17?Т

(6)

Мц1 - обратная матрица системы нормальных уравнений.

С использованием ()1+у вычисляются средние квадратические ошибки уравненных превышений т/г+у и поправок ту:

Щ = м^Щ - йцщ » (7)

где лI - обратный вес измеренного превышения; йцщ - диагональный элемент матрицы; ^ - средняя квадратическая ошибка единицы веса.

Во всех случаях обнаружена корреляционная линейная связь ошибок и поправок, характеризуемая коэффициентом корреляции г=-0.30+-0.50, при допустимой нижней границе -0.27 для доверительной вероятности (3=0.683 и п=23.

Исследован закон распределения поправок. Установлено, что в сетях с небольшим числом полигонов и при наличии промежуточных точек закон распределения поправок равномерный. А, если число полигонов в сети больше числа измерений в полигоне, закон распределения поправок -нормальный.

При малом числе полигонов, равномерно распределенные поправки в меньшей степени будут компенсировать ошибки результатов измерений.

Чтобы поправки из уравнивания в большей степени компенсировали соответствующие ошибки измерений, нами рекомендуется увеличивать число замкнутых полигонов и избегать промежуточных точек.

Определение деформационных параметров элементов системы ТФО нами проводилось для двух технологических состояний: межремонтный период (режим) работы и режим "работа-останов-пуск" или "останов-пуск-работа".

Исследованиями установлено, что состояние четырех фундаментов первой очереди ЛАЭС опасений не вызывает. Длительные, на протяжении 14 лет, наблюдения дают основания на прогноз о том, что практически исключается возможность появления опасных прогибов и наклонов верхнего строения. Проектировщикам, однако, следует обратить внимание на различный характер деформаций фундаментов, хотя на всей промплощадке грунты одного химического и геологического состава.

При исследовании деформаций верхнего строения фундамента при режиме работы "останов-пуск-работа" установлено, что после пуска турбоагрегатов начинается разогрев колонн фундамента с

различной интенсивностью. Спустя сутки после пуска в районе ЦВД происходит удлинение колонн на 0.8-1.0 мм, а в районе генератора и ЦНД4 - на 0.2-0.4 мм. Это говорит о том, что, несмотря на такой небольшой промежуток времени работы турбоагрегата, уже происходит изменение значений центровок роторов по торцу. Спустя 12 дней после пуска удлинение колонн в районе ЦВД 3.5 мм, а к концу 25 суток - 4.5-5.0 мм.

Нашими исследованиями установлено, что тепловые деформации фундаментов головных образцов турбоагрегатов К-500/65-3000 значительны; максимальное их проявление в районе ЦВД. Результаты исследований не подтвердили расчеты проектировщиков о практически незначительных тепловых деформациях верхнего строения фундаментов бокового типа.

Определив величину неравномерных температурных деформаций верхнего строения фундамента, можно рассчитать значения преднамеренных расцентровок роторов. Однако вероятность их не будет превышать 0.7-0.8, так как на положение оси валопровода существенное влияние оказывает деформация стула подшипников. Поэтому нами на четырех турбоагрегатах были проведены исследования по определению величины этих деформаций.

На основании результатов исследований деформаций корпусов подшипников, нами предлагаются величины упреждающих расцентровок для турбоагрегатов. Эти значения центровок отличаются от рекомендуемых заводом-изготовителем, в среднем, на 20-30 % в сторону их увеличения.

Завершая анализ деформаций системы ТФО в вертикальной плоскости, остановимся на кратком анализе результатов определения деформаций верхнего строения фундамента в горизонтальной плоскости.

Нашими исследованиями установлено, что горизонтальные деформации верхней плиты достигают 6.0 мм, это может привести к изменению заданной центровки валопровода по торцу роторов на стыке ЦВД-ЦНДЗ и ЦВД-ЦНД1 на величину 0.12-0.15 мм. Поэтому предположения проектировщиков о возможных незначительных деформациях верхней плиты в горизонтальной плоскости также не подтвердились. Таким образом, выполненные нами многолетние исследования на четырех турбоагрегатах ЛАЭС свидетельствуют о значительной деформативности системы ТФО турбоагрегатов К-500/65-3000.

Анализ деформаций системы ТФО шести турбоагрегатов Чернобыльской АЭС показал, что их величины и характер имеют

свои особенности по сравнению с турбоагрегатами ЛАЭС. На ЧАЭС максимальные расцентровки приходятся, в основном, на пару роторов РНДЗ-РВД. Если на ЛАЭС максимальные значения тепловых деформаций верхнего строения фундаментов наблюдаются, как правило, в районе ЦВД, то на ЧАЭС такой определяющей картины нет.

Важным моментом в технологии геодезических работ является полнота представления полученных результатов. От этого в значительной мере зависит объективность принятия решения о состоянии системы ТФО. Автором разработан (таблица 2) технический паспорт турбоагрегата, в котором указаны все основные параметры и характеристики, влияющие, во-первых, на технологию производства геодезических работ, а во-вторых, на объем их выполнения.

Таблица 2 - Технический паспорт турбоагрегата

№ Наименование параметров и характеристик Их значение, характеристик а

1 2 3

1 2 3 4 Основание фундамента: - тип грунтов; - уровень грунтовых вод; - наличие свайного поля. Габариты фундамента: - толщина нижней плиты; - длина фундамента; - ширина фундамента; - высота фундаментных колонн. Тип и мощность турбоагрегата: - тип турбоагрегата; - мощность турбоагрегата; - число роторов; - число подшипников; - диаметр полумфт. Значения центровок: - РНД4-РНДЗ -РНДЗ-РВД -РВД-РНД1 - РНД1-РНД2 - РНД2-РГ

_продолжение таблицы 4.1

1

Деформативность фундамента:

- проектная величина осадки;

- фактическая величина осадки;

- допустимая величина прогиба нижней плиты;

- фактическая величина прогиба нижней плиты;

- допустимая величина крена нижней плиты;

фактическая величина крена нижней плиты;

величина тепловых деформаций верхнего строения фундамента; Деформативность турбоагрегата:

- величина тепловых деформаций опор подшипников;

- фактические значения центровок;

- рекомендуемые значения центровок;

- изменение значений центровок. Цикличность и точность измерений:

- цикличность измерений по фундаменту;

- точность измерений по фундаменту;

- цикличность измерений по корпусу турбоагрегата;

- точность измерений по корпусу турбоагрегата;

- точность створных измерений. Эксплуатационный режим системы ТФО:

- время пуска (останова) турбоагрегата;

- начало пуска (останова) турбоагрегата;

- набор (срыв) вакуума;

заполнение (опорожнение) конденсаторов

- длительность работы (останова) турбоагрегата;

- электрическая (тепловая) нагрузка;

- температура подшипников;

- выбранное состояние подшипников

Заключение. По выполненным в диссертации исследованиям и производственным работам получень; следующие основные результаты:

1) анализ литературных источников и руководящих производственных документов показал, что существующая технология инженерно-геодезических работ, применяемая прк эксплуатации системы ТФО, требует дальнейшего усовершенствования в части ее использования при значительных а иногда и экстремальных, влияниях возмущающих воздействий (например, уровень радиационного излучения превышает допустимый в 2000-3000 раз);

2) применительно к проектированию, строительству к эксплуатации систем ТФО большой мощности разработан состав необходимых инженерно-геодезических измерений, выполняемых на каждом из вышеуказанных этапов;

3) так как высокоточные инженерно-геодезические работы выполняются в условиях значительных возмущающих воздействий, а иногда и экстремальных, то существующие способы и методики створных измерений не могут быть автоматически, без дополнительных исследований и апробаций, применены для определения деформаций системы ТФО.

Для выполнения работ в таких условиях нами были видоизменены струнно-оптический способ створных измерений и способ подвижной марки. Для определения деформаций пс горизонтальному разъему турбоагрегата была применена схема створных измерений, включающая в себя методику струнно-оптического способа измерений и способа подвижной линии визирования;

4) с учетом эксплуатационных допусков на центровку роторов, была обоснована требуемая точность выполнения соответствующих геодезических измерений; средняя квадратическая ошибка нивелирования на станции (или ошибка определения нестворности) должна быть не ниже 0.07 мм;

5) для выполнения геодезических измерений в экстремальных условиях (наличие сверх допустимого уровня радиации и радиоактивных аэрозолей), разработан бесконтактный способ геометрического нивелирования, а также методика геометрического нивелирования короткими лучами из укрытий, значительно ослабляющих влияние на исполнителя уровня радиации и радиоактивных аэрозолей. Разработки диссертанта были применены при выполнении работ на Чернобыльской АЭС

после ее аварии, а также при исследовании первых пусков турбоагрегатов на ЛАЭС;

6) для определения деформаций системы ТФО разработана соответствующая технология и цикличность измерений, позволяющая определять величину и характер деформаций каждого элемента системы, в зависимости от режима работы турбоагрегата: "останов-пуск-работа", "работа-останов-пуск" и работа системы в нормальном режиме. Для определения изменений значений центровок роторов без остановки турбоагрегата предложены различные возможные варианты размещения марок относительно подшипников. Для каждого варианта размещения марок получены формулы для вычисления величин центровок; установлено, что наиболее оптимальным вариантом размещения марок является их размещение по осям подшипников;

7) с применением разработанной технологии определения деформаций системы ТФО были выполнены в большом объеме производственные исследования по определению системы деформативности головных образцов этой системы, в частности, фундамента боксового типа и турбоагрегата К-500/65-3000. Исследования включали в себя определение деформаций нижней плиты фундамента, его верхнего строения и корпуса турбоагрегата на уровне горизонтального разъема. Нашими исследованиями установлено, что величины деформаций, особенно их температурная составляющая, значительные и требуют их учета при выполнении центровок роторов;

8) на основании результатов выполненных исследований вычислены уточненные значения центровок для всех полумуфт валопровода восьми турбоагрегатов Ленинградской АЭС и шести турбоагрегатов Чернобыльской АЭС. Рекомендуемые нами значения преднамеренных (корректирующих) расцентровок, в среднем, на 40-60 % изменяют существующие их величины в большую сторону. Установлено, что значения центровок, полученные из результатов геодезических наблюдений по маркам на горизонтальном разъеме турбоагрегата, полностью соответствуют фактическим значениям, полученным путем непосредственных измерений машиностроительными методами. Исследованиями установлено, что опоры подшипников имеют различную величину температурных деформаций. Это приводит к развороту опор и, как следствие, к неравномерному износу, увеличению их температуры и повышению уровня вибрационного состояния турбоагрегата в целом;

9) на Чернобыльской АЭС выполнены исследования деформаций фундаментов и корпусов подшипников питательных энергетических насосов (ПЭНов) в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Исследованиями установлено, что величины этих деформаций также, как и для турбоагрегата, значительно превышают расчетные. По результатам исследований уточнены значения центровок роторов 15-ти ПЭНов ЧАЭС. Полученные значения центровок на 40-80 % превышают значения, рекомендуемые заводом-изготовителем;

10) в связи с тем, что величины и характер проявления деформаций индивидуальны для каждого турбоагрегата и изменяются с течением времени его эксплуатации, нами предлагается создать технический аттестационный паспорт, в который будут вноситься геодезические сведения о величинах и характере деформаций всей системы ТФО, фактических, рекомендуемых и "ожидаемых" значений центровок роторов, величины деформационных характеристик. Введение такого паспорта позволит, во-первых, после каждого капитального ремонта заносить все полученные деформационные характеристики системы ТФО, а во-вторых, иметь всю информацию объекта этих параметров на протяжении всего периода эксплуатации турбоагрегата (срок эксплуатации турбоагрегата равен 40-50 лет).

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Исследование изменений высотного положения верхнего и нижнего строения фундаментов турбоагрегатов ст.№1-4. Отчет о НИР/ НИИГАиК; научн. руководитель Конусов В.Г., отв. исполнитель Малиновский А.Л. № Г.Р. 76031543;-Новосибирск,1977,-64 с.

2. Уставич Г.А., Жуков Б.Н., Малиновский А.Л. и др. Исследование деформаций верхнего строения фундаментов турбоагрегатов// Геодезия и картография.-1978.-№9.-С.34-37.

3. Уставич Г.А., Малиновский А.Л., Черепанов Д.А. Геодезические работы при монтаже и эксплуатации турбоагрегатов// Геодезия и картография.-1979.-№10.-С.29-34.

4. Исследование деформаций турбоагрегатов ЛАЭС и их фундаментов. Отчет о НИР/ НИИГАиК; научн. руководитель Яшин В.Я., № Г.Р. 81037000;-Новосибирск,1980,-22 с.

5. Малиновский А.Л. Анализ результатов определения деформаций главного корпуса и турбоагрегатов Ленинградской

АЭС// Совершенствование методов инженерно-геодезических работ: Межвуз. сб. научн. тр. Новосибирск.-1981.-С.83-89.

6. Исследование деформаций сооружений и оборудования Чернобыльской АЭС. Отчет о НИР/ НИИГАиК; научн. руководитель Лесных И.В., отв. исполнитель Малиновский А.Л. № Г.Р. 0185.0002621; инв.№0288.0035704;-Новосибирск,1987,-49 с.

7. Лесных Н.Б., Малиновский А.Л., Мизина Г.И. Анализ результатов уравнивания нивелирных сетей АЭС// Совершенствование методов инженерно-геодезических работ: Межвуз. сб. научн. тр. Новосибирск.-1988.-С.41-45.

8. Харитонов Б.П., Савенков Б.С., Малиновский А.Л. Анализ ошибок определения плановых смещений питательных насосов атомных станций// Совершенствование инженерно-геодезических работ: Межвуз. сб. научн. тр. Новосибирск.-1990.-С.36-40.

9. Исследование деформаций сооружений и оборудования Чернобыльской АЭС. Отчет о НИР/ НИИГАиК; научн. руководитель Лесных И.В., отв. исполнитель Малиновский АЛ. № Г.Р. 01850002621; инв. №0290.0034574;-Новосибирск,1990,-97 с.

ДЛЯ ЗАМЕТОК

Лицензия ЛР №020461 Дата выдачи 4.03.199'

Подписано в печать 21.05.98 г. Формат 60x84/16

Объем 1.6 усл.п.ч. 1,7 уч-изд.л. Тираж 100 Заказ &

630108, Новосибирск, 108, Плахотного, 10, РИО Отпечатано в КПЛ СГГА на RICON VT3500, ул. Плахотного, 8