Автореферат (Разработка методов расчетно-экспериментального обоснования сейсмической безопасности оборудования АЭС в натурных условиях), страница 2

Рассмотрено содержание методики, показано, что она надежна иэффективна, однако такой подход сопряжен с определенными трудностями, такими как: наличиебольшогоколичествоединицоборудования,подлежащегорасчетно-экспериментальному анализу. На одном ЭБ обследуется до 2000 единиц оборудования итрубопроводов систем безопасности; длительность проведения работ; потребность в существенном количестве трудовых и финансовых ресурсов дляобеспечения своевременного выполнения работ.6Рассмотрены применяемые за рубежом метод граничной сейсмостойкости и методикаоценки запаса сейсмостойкости (seismic margin assessment (SMA)) в сравнении с методикой,применяемой в России.

Показано, что принятое в зарубежных методах исключение расчетноэкспериментальной оценки в натурных условиях приводит к снижению достоверности инадежности,связанномуснедостаточнойметодическойобоснованностьюиспользованиязарубежных баз данных сейсмической аттестации оборудования, особенно в отечественныхусловиях, поскольку эти базы недоступны.Тем не менее, мировой опыт сейсмической квалификации ЭБ АЭС по методике SMAнеобходимо учитывать и использовать в целях снижения затрат и трудоемкости работ.В качестве актуальной цели настоящей работы определена разработка методов расчетноэкспериментального обоснования сейсмической безопасности оборудования АЭС в натурныхусловиях путем реализации возможностей снижения объемов и стоимости работ при сохранениитребуемого уровня достоверности и надежности оценки сейсмостойкости оборудования.На рис. 1 представлен разработанный автором обобщенный алгоритм диссертационногоисследования. В соответствии с ним для достижения поставленной цели необходимо решитьследующие задачи:– Разработать методы выбора оборудования АЭС, подлежащего расчетно-экспериментальномуподтверждению сейсмостойкости, в том числе:o установить основные типы оборудования, имеющего низкие собственные частоты;o разработать критерии и обосновать возможность исключения из списка единиц, для которыхпроверка не является необходимой;o снизить трудоемкость расчетного анализа путем разработки и применения критериев выборатипопредставителей из групп идентичных единиц.– Разработать отечественную базу данных сейсмической квалификации оборудования иметоды ее применения, в том числе:o определить набор параметров для включения в базу;o определить структуру базы;o модифицировать методику оценки запаса сейсмостойкости для реализации возможностейобоснованного сокращения объемов работ за счет использования базы.Вовторойглаверассмотренапроблемасокращенияколичестваоборудования,подлежащего расчетно-экспериментальному подтверждению сейсмостойкости.Возможно исключение из перечня обследуемого оборудования единиц, для копий которых входе предыдущих проверок получены экспериментальные значения собственных частот выше 20Гц, не попадающие в резонансную область сейсмических воздействий.

Также исключаются израссмотрения: вспомогательное малогабаритное оборудование; вспомогательная малогабаритнаятрубопроводная арматура с ручным приводом; крупногабаритное оборудование массой свыше 100т; автономное электротехническое оборудование (без внешних связей, влияющих на егодинамическое поведение), сейсмостойкость которого изучалась на вибростендах или расчетноэкспериментальным методом при строгом воспроизводстве условий монтажа и раскрепления.7Разработка методов расчетно-экспериментального обоснования сейсмической безопасности оборудования АЭС внатурных условияхВыбор оборудования, подлежащего расчетно-экспериментальнойпроверке сейсмостойкостиМетоды и средстваэкспериментальныхисследований собственныхдинамических характеристикМетоды обработки ианализаэкспериментальныхданныхРазработка методов и процедуриспытанийСокращение перечнейоборудования, подлежащегорасчетно-экспериментальнойпроверке сейсмостойкости, наосновании предварительнойоценки низших собственныхчастотМетоды расчетногоанализа сейсмостойкостиоборудования в натурныхусловияхРазработка отечественнойбазы данных сейсмическойквалификацииоборудования АЭСОпределение критериев иразработка алгоритмоввыбора единицы длярасчета из рядаидентичных или из серииСоставданныхБДСКВыбор оборудования дляпроведения расчетногоанализаСтруктура исодержаниеБДСККритерииотбораВыбор оборудования,подлежащего расчетноэкспериментальномуподтверждению сейсмостойкостиСравнительный анализзарубежных и российскихметодологий оценкисейсмостойкостиМетодология оценки запасасейсмостойкости (SMA)Процедурырасчетноэкспериментальной оценкисейсмостойкостиоборудования АЭСс применениембазы данныхИмплементацияметодологии SMA наАЭС отечественныхпроектовОбоснование сейсмостойкостиоборудования с применениемБДСКНатурное расчетно-экспериментальное обоснование сейсмостойкости оборудования АЭСРис.

1. Обобщённый алгоритм диссертационного исследованияРазработаны методы сокращения объёма исследований и продолжительности расчетноэкспериментального подтверждения сейсмостойкости на основании предварительной оценки низшихсобственных частот. Разработаны критерии отбора типопредставителей из группы идентичногооборудования для проведения расчетного анализа на основании результатов испытаний поопределению собственных динамических характеристик, для котороых положительные результатырасчетной оценки сейсмостойкости будут гарантировать сейсмостокость всей группы.Выявлены основные типы оборудования, имеющие низкие собственные частоты, лежащие врезонансной области сейсмических воздействий.

Также выявлены типы оборудования, отказ отиспытаний которых станет возможным при дальнейшем пополнении базы данных сейсмическойквалификации.Помимо сокращения перечня с обращением к базе данных возможен способ, основанный напредварительной оценке низших собственных частот аналитическим методом. Данный способтребует подробных данных о конструкции, однако не требует наличия результатов предыдущихисследований.Собственные частоты могут быть рассчитаны с применением частотных уравнений дляизгибных и продольных колебаний систем с одной степенью свободы.

Для схем, одинаковых поструктуре, но отличающихся по значениям параметров, автором предлагается строить графикизависимостей низшей собственной частоты ν от параметров системы, например, от массы M, ииспользовать их для быстрой оценки низшей частоты собственных колебаний.На рис. 3 представлены зависимости низших частот собственных колебания для консольногостержня с сосредоточенной массой на конце (рис.

2), где l – высота опорной конструкции, E – модульупругости материала, F, J – суммарная площадь и наименьший момент инерции горизонтальногопоперечного сечения опорной конструкции.Рис. 2. Консольный стержень с сосредоточенной массой на концеУравнение для продольных колебаний системы представленной на рис. 2 имеет вид: lE  tg  l    F l 0,ME  (1)где-плотностьматериалаопорнойконструкции; ν - частота.Корни данного уравнения определяются численно.

На рис. 4 показаны зависимости низшейсобственной частоты ν продольных колебаний системы от высоты опорной конструкции l как сучетом, так и без учета её массы. Видно, что учет массы опорной конструкции снижает оцененнуюсобственную частоту, но расхождение уменьшается с уменьшением площади сечения конструкции, ипредварительная грубая оценка окажется более справедливой для конструкций с сечением меньшейплощади.9J, см4J, см4а)б)Рис. 3. Зависимости низших частот собственных колебаний ν от геометрических характеристикопорных конструкций J и l: а – изгибные колебания, б – продольные200100l, мРис.

4. Зависимость низшей частоты собственных продольных колебаний системы (рис. 2) от высотыконструкции: (······) – без учета массы опорной конструкции; (–––) – с учетом массы опорнойконструкцииГрафики рис. 4 могут быть построены для различных значений массы оборудования.Пользуясь ими, можно ограничить области значений параметров системы, при которых ожидаютсявысокие (например, выше 50 Гц) экспериментальные собственные частоты.Для случая изгибных колебаний системы, представленной на рис. 2, с учетом массы опорнойконструкции в графическом виде представлена связь частотного параметра(2)c параметром M/ml, показанная пунктирной линией на рис. 5, где m – масса единицы длины опорнойконструкции (интенсивность массы).

Автором получена зависимость, аппроксимирующая эту связь ввиде соотношения:l MM 1.379  exp   0.35 ml ml 0.8  0.496(3)Относительная разность значений при такой аппроксимации составляет не более 15% винтервале значений 0<(M/ml)<1, не более 10% в интервале значений 0<(M/ml)<3 и не более 6% винтервале 0<(M/ml)<∞. Как видно из рис. 5, оценка собственной частоты с применениемаппроксимирующей функции для интервала 0<(M/ml)<1 может оказаться завышенной на величину до15% по отношению к оценке, выполненной по методике, представленной в справочной литературе.10Полученные погрешности следует учитывать при выполнении оценки низшей собственной частотыкаждой конкретной системы.α·l21,5[2]10,5Рис. 5.

Связь между параметрами колебательной системы, представленной на рис. 2После преобразования уравнения (3) явное выражение для первой собственной частотыизгибных колебаний системы, представленной на рис. 2, с учетом массы опорной конструкциипринимает вид:изг0.81.379  exp   0.35   M    0,496  ml  22EJml(4)Графическое представление данной связи показано на рис.

5. Приняты следующие значенияпараметров системы: l =0,6 м, J =10000 см4.Предварительную оценку значений собственных частот можно выполнить численно спомощью метода конечных элементов, имея в наличии программу. Автором написана программа,автоматически выполняющующая построение расчетной модели согласно введенным значениямпараметров типовой системы.Автором исследовано влияние массы опорной конструкции на низшую собственную частоту νсистемы, представленной на рис. 2.

Соответствующие графики, позволяющие оценить частоту позначениям основных параметров систем, представлены на рис. 6.На графике рис. 6 показано влияние сосредоточенной массы на низшую собственную частотусистемы, представленной на рис. 2.Рис. 6. Зависимость низшей собственной частоты изгибных колебаний системы,представленной на рис. 211Позавершениииспытанийрасчетно-экспериментальнаяоценкасейсмостойкостипредусматривает проведение расчетного анализа, которому подлежат не все единицы, атипопредставители,подтверждениесейсмостойкостикоторыхгарантируетсейсмостойкостьодновременно нескольких идентичных единиц.Расчет на сейсмостойкость проводится одним из следующих методов: статическим (в случаях, когда низшая экспериментальная собственная частота единицывыше 20 Гц); линейно-спектральным. Данный метод более трудоемок.В случае, когда в группе идентичных единиц, расположенных в одинаковой конфигурации,все представители имеют низшую частоту выше 20 Гц, вопрос о выборе одной наиболее опаснойперестаёт быть актуальным, поскольку нагрузка в данном диапазоне частот слабо зависит от частоты(рис.

6). В данном случае группу единиц возможно квалифицировать и на основании обращения кразработанной автором базе данных, если оборудование ранее было рассчитано на более высокиенагрузки.Рис. 6. Пример поэтажного спектра ответа, определяющего нагрузки на оборудование в условияхземлетрясения.В случае, когда лишь одна единица из группы имеет низшую частоту меньше 20 Гц, вопрос овыборе также неактуален, так как расчет единственной «выпавшей» единицы следует выполнятьлинейно-спектральным методом.