Диссертация (Разработка методов расчетно-экспериментального обоснования сейсмической безопасности оборудования АЭС в натурных условиях), страница 10

Основные типы обследуемого оборудованияМасса, кгвсеЭскизТипы оборудованияОборудование, установленноена металлических рамныхконструкциях илипромежуточныхметаллических строительныхконструкцияхzxПрямолинейные участкитрубопроводов ссосредоточенной массой:обратные клапаны и др.Ду<800<5000zx59всеzx<10000zxвсеВентиляционные агрегаты ипрочее оборудование,установленное на пружинныхвиброизоляторахВентиляционные агрегаты,установленные на каучуковых(резиновых) виброизоляторах,либо без виброизоляторовВертикально расположенныесосуды, закрепленные набалках перекрытий илиподвесах – фильтр-ловушки,теплообменники.zxГоризонтально расположенныесосуды с собственнымиопорными конструкциями,установленные нафундаментах или бетонномосновании: теплообменники,баки, парогенераторы,барабан-сепараторы.Горизонтально расположенныесосуды, установленные набалках перекрытий<10000zxвсеz y60всеzx<5000zxТрубопроводная арматура свынесенным ручным илиэлектрическим приводом(вентили, задвижки, шаровыекраны Ду 10-1200), неопертая(отсутствуют опоры подарматурой либо вблизиарматуры)Трубопроводная арматура свынесенным приводом Ду<800, опертая (закрепленанепосредственно подарматурой или вблизиарматуры) – БРУ-А, ПК ПГ идр.Помимо оптимизации (минимизации) общего перечня оборудования,подлежащегорасчётно-экспериментальнойформированияперечняиподлежащихуточняющемурезультатампроведённыхкоторыхбудетвыборавозникаеттипопредставителейрасчётномудинамическиходнозначнопроверке,анализуоборудования,сейсмостойкостииспытаний,гарантироватьзадачапосейсмостойкостьсейсмостойкостьвсегооборудования из общего перечня [57].Вслучаеодинаковогооборудованиясосхожимиусловиямираскрепления и трубопроводной обвязки задача выбора типопредставителейдля расчёта не представляет большой сложности и сводится к выбору единицыснаихудшимидинамическимихарактеристикамипорезультатамдинамических испытаний и наихудшему с точки зрения воспринимаемыхнагрузок от сейсмических воздействий расположению в зданиях АЭС.

Ктакомуоборудованиюможноотнести:61трубопроводнуюарматуруссобственными опорами, насосы, вентиляционные агрегаты, пластинчатыетеплообменники, автономные кондиционеры, баки и др.Наибольшуюсложностьпредставляетобоснованиевыборатипопредставителей для расчёта сейсмостойкости одинакового оборудования,но различающегося условиями раскрепления и трубопроводной обвязки.Например,собственныединамическиехарактеристикитрубопроводнойарматуры без собственных опор и, следовательно, нагрузки от сейсмическихвоздействий, будут обусловлены прежде всего конфигурацией и условиямизакрепления стыкуемых трубопроводов. То же относится и к оборудованию,устанавливаемому на промежуточных металлических опорных конструкциях,к участкам трубопроводов, теплообменному оборудованию, взаимосвязанномумеханически со вспомогательным оборудованием и трубопроводами, и др.Известныслучаи,когдаконфигурацияиусловиязакреплениястыкуемых трубопроводов были различными для 30 и более единицабсолютноодинаковогооборудования.Какследствие,разбросэкспериментально определённых низших собственных частот колебанийтакого оборудования охватывал всю область сейсмических резонансов наспектрах ответа.

В настоящее время типопредставители для расчёта вподобныхслучаях выбираютсяисходяиз результатов динамическихиспытаний и инженерного опыта расчётчиков.Для упрощения задачи выбора типопредставителей оборудования длярасчётного анализа сейсмостойкости по результатам динамических испытанийнеобходима разработка объективных математических критериев выбораодного (или нескольких) типопредставителей из группы идентичных единицоборудования с различными условиями закрепления и трубопроводнойобвязки.Анализ многочисленных спектров ответа для разных энергоблоков АЭСподтверждает, что нагрузка от сейсмических воздействий при низшихсобственных частотах колебаний оборудования выше 20 Гц слабо зависит отсобственных динамических характеристик (см.

рис. 1.12).62Вопрос выбора для расчёта типопредставителей оборудования из рядаидентичных перестаёт быть актуальным в следующих случаях: когда в группе идентичных единиц с различными условиямизакрепления и трубопроводной обвязки все представители имеют низшуючастоту собственных колебаний выше 20 Гц, так как влияние на нагрузкисобственных динамических характеристик минимально; когда лишь одна единица из группы имеет низшую частотусобственных колебаний ниже 20 Гц, так как расчёт единственной «выпавшей»следует выполнять линейно-спектральным методом.2.2.

Сокращение перечней оборудования, подлежащего расчетноэкспериментальной проверке сейсмостойкости, на основании результатовпредварительной оценки низших собственных частотСокращение количества испытаний может осуществляться на основаниианалитической оценки низшей частоты собственных колебаний, при наличииданных о сечениях опорных конструкций и трубопроводов, а также о массеоборудования [57].Упрощенная оценка может быть проведена по известным соотношениям(2.1), (2.2) [58] для изгибных и продольных колебаний систем с однойстепенью свободы, представляющих собой стержень длиной l с закрепленнойна конце сосредоточенной массой M (рис.

2.1). Данная схема отражаетповедение массивной единицы, расположенной на рамной конструкции, массакоторой по сравнению с массой оборудования мала.Рис. 2.1. Невесомый консольный стержень с сосредоточенной массой на конце63 изг 13EJ2Ml 3 продольн 1EF2Ml ,(2.1)(2.2)где E – модуль упругости материала, F, J – суммарная площадь инаименьший момент инерции горизонтального поперечного сечения опорнойконструкции.Значение J определяется исходя из справочных данных о моментахинерции прокатных профилей, используемых при изготовлении элементовопорных конструкций, и геометрической конфигурации объекта.

Вычислениеможно проводить аналитически, используя теорему Гюйгенса-Штейнера дляопределения моментов инерции составных сечений, однако в современныхусловиях моменты инерции удобно вычислять с помощью программныхсредств проектирования и расчетного анализа. Например, для опоры изчетырех уголков сечением 70х70х6 мм (рис. 2.2) при площади 3260 мм2наименьший момент инерции поперечного сечения составит 3866 см4.Рисунок 2.2. Сечение опоры из четырех равнополочных уголков64Анализируя соотношения (2.1) и (2.2) для конкретного случая, можнополучить приближенную оценку низших собственных частот колебанийсистемы и, в случае их расположения вне резонансной области сейсмическихвоздействий,ограничитьсядляданногооборудованияпроверкойраскрепления и соответствия требованиям проектной документации.По графикам зависимости собственных частот от геометрическиххарактеристик опорной конструкции можно для каждого конкретногозначения массы оборудования отделить области значений геометрическиххарактеристик, в которых ожидаются высокие частоты.

В качестве примера нарис. 2.3 построены такие графики для оборудования массой 1000 кг. Материалопорной конструкции – сталь с модулем упругости E  2  1011 Па . Диапазоныизменения F и J соответствуют реально встречающимся на АЭС типамопорных конструкций.ννJ, см4J, мм4а)б)Рисунок 2.3. Зависимости низших частот собственных колебаний отгеометрических характеристик опорных конструкций, оцененные поформулам (2.1) и (2.2): а – изгибные колебания, б – продольныеВидно, что частоты изгибных колебаний ниже 30 Гц ожидаются лишьпри высоте опорных конструкций более 1 м, частоты продольных колебанийниже 30 Гц  лишь при высоте опорных конструкций свыше 1,5 м.Анализируя по построенным графикам опорную конструкцию, сечениекоторой представлено на рис.

2.2, можно сделать вывод о том, что прирасположении на ней оборудования с массой 1000 кг при любой её высоте65(«разумный» диапазон от 0.4 до 1.4 м.) ожидаются частоты собственныхизгибных колебаний ниже 50 Гц.Рассмотрим влияние массы опорной конструкции на частоты изгибныхи продольных колебаний системы, представленной на Рисунке 2.1. Такаясхема может отражать поведение системы оборудование – опорнаяконструкция и при соизмеримых значениях массы единицы оборудования иопорной конструкции.

При стремлении параметра M к нулю или очень маломузначению данная схема будет отражать поведение корпуса (каркаса)необвязанногооборудования,массакоторогодостаточноравномернораспределена по высоте. Согласно соотношениям, приведенным в [58],частотное уравнение для продольных колебаний такой системы имеет вид:lE  tanl  Fl 0,ME   (2.3)где  - плотность материала опорной конструкции.Корни данного уравнения определяются численно. На рис.

2.4 показанызависимости низшей собственной частоты продольных колебаний системы отвысоты опорной конструкции как с учетом, так и без учета её массы. Видно,что учет массы опорной конструкции снижает оцененную собственнуючастоту, но расхождение уменьшается с уменьшением площади сеченияконструкции, и предварительная грубая оценка согласно формуле (2.1)окажется более справедливой для конструкций меньшей площади.Графики, аналогичные представленным на рис. 2.4, могут бытьпостроены для различных значений массы оборудования.