Диссертация (Разработка методов расчетно-экспериментального обоснования сейсмической безопасности оборудования АЭС в натурных условиях), страница 6

Если перваясобственная частота колебаний больше 20 Гц, допускается выполнять расчётболее простым статическим методом, который заключается в приведениисейсмических нагрузок к статической нагрузке с помощью эмпирическихкоэффициентов.Ускорения,полученные33поспектруответа,прииспользовании статического метода умножаются на коэффициент 1,3 длячастоты в диапазоне 20 – 33 Гц и на коэффициент 1,0 для частоты больше33 Гц [11]. Результаты статистических исследований накопленного банкаэкспериментальных данных, полученных на многочисленных энергоблокахАЭС [45], показывают, что около 54% оборудования имеет низшуюсобственную частоту меньше 20 Гц (рис. 1.5), его расчёт на сейсмостойкостьнеобходимо выполнять с использованием линейно-спектрального метода.Частота, ГцРис. 1.5.

Распределение значений собственных частот по всем направлениям вдиапазоне 0-100 ГцЛинейно-спектральный метод предусматривает учёт сейсмическоговоздействия на оборудование в виде спектральной кривой (поэтажногоспектра ответа здания на грунтовую акселерограмму) зависимости ускоренияот частоты. Сейсмическое воздействие на оборудование задаётся также сучётом поэтажной отметки размещения оборудования в зданиях АЭС изначений относительного демпфирования (декрементов колебаний). Такимобразом, уровень задаваемого на оборудование расчётного сейсмическоговоздействиянапрямуюзависитотегособственныхдинамическиххарактеристик, которые обусловлены условиями монтажа, раскрепления,трубопроводной обвязки и другими факторами.Важным этапом, во многом определяющим надежность и точностьрасчетов, является выбор расчетной модели и построение расчетной схемы.34Расчетноймодельюоборудованияприанализе сейсмостойкостиназывается динамическая система с конечным числом степеней свободы,максимальнополноотражающаяосновныединамическиесвойстварассматриваемого объекта, по реакции которой на заданное сейсмическоевоздействие оценивается сейсмостойкость реальной конструкции.

Расчетнаясхема представляет собой конкретную реализацию выбранной расчетноймодели в виде одномерного, двухмерного или трехмерного схематическогоизображениясколичественнымигеометрическимиифизическимихарактеристиками элементов, линейными и нелинейными связями и т.д.Следует отметить, что построение расчетных схем для сложных видовоборудования, особенно с учетом нелинейных связей и элементов, являетсясвоего рода искусством.Расчетныемоделиоборудованияразрабатываютсянаосновеустановочных чертежей, уточненных данных по раскреплению и обвязке.Расчетные схемы представляют собой стержневые или оболочечные конечноэлементные модели с массой, распределенной по элементам. При созданиирасчетных схем учитываются реальные условия раскрепления и монтажаоборудования и его расположение в системе трубопроводов (рис. 1.6,1.7).1ELEMENTSDEC 13 201113:40:586UROTCPACEL54Рис. 1.6.

КЭ-модель3фильтроловушки:1 – корпус фильтра;2 – трубопровод;513 – тяги;4 – ушки;5, 6 – закрепления и упругие связи235Корректировкаиспытанийрасчетнойпроизводитсясмоделицельюпорезультатамсовпадениядинамическихрасчетныхзначенийсобственных частот колебаний с экспериментальными.Расчетнасейсмостойкостьтипопредставителейоборудованияпроизводится по скорректированной расчетной схеме.Возможные критерии сейсмостойкости: прочность трубопроводов;прочность опор; прочность болтов крепления; прочность сварных швов.Рис. 1.7.

КЭ-модель задвижки:1 – задвижка 4YR12S01; 2 – задвижка 4YR11S01; 3 – привод; 4 – трубопровод18х2,5 мм; 5 – трубопровод 32х3,5; 6 – опорный швеллер №10; 7 – шарнирноезакрепление; 8 – швеллер №10; 9 – жесткое закреплениеСдопускаемымизначениямисравниваютсярасчетныезначениянапряжений соответствующих категорий по [11].Вслучаевнедряютсянеподтвержденияобоснованныесейсмостойкостикомпенсирующиеразрабатываютсяинженерныеимероприятия.Выявляемая несейсмостойкость оборудования и трубопроводов на различныхэнергоблоках (от 5 – 10% на новых энергоблоках, до 50% на «старых»энергоблоках), как правило, связана с несовершенством раскрепленияопорных конструкций и их расположения, ограничителей перемещений, атакжекрепежаитребуетразработки36относительнопростыхинедорогостоящих антисейсмических мероприятий и средств.Для существенного снижения сейсмических нагрузок на оборудование итрубопроводыоптимальнаотстройкаихсобственныхдинамическиххарактеристик из области сейсмических резонансов – перевод низшихсобственных частот в область выше 20 – 30 Гц.

В случаях достаточно жёсткихизделий (безбугельные клапаны, ряд видов насосов и др.) это достигаетсясоответствующим раскреплением оборудования, т.е. созданием достаточножёстких опорных конструкций, установкой ограничителей смещений иколебательных перемещений.На рис. 1.8 приведен пример обеспечения сейсмической прочностиконструкций с помощью введения дополнительной неподвижной опоры.а) отсутствует опора под одним из клапанов б) установлена дополнительная опораРис.

1.8. Обеспечение сейсмической прочности конструкций с помощьювведения дополнительной неподвижной опоры под арматурой (клапаном):1 – клапан 1; 2 – клапан 2; 3 – трубопровод 18х2,5 мм;4 – неподвижная опора; 5 – скользящая направляющая опора;6 – связи конечной жесткостиОднако для значительной части оборудования такая мера оказываетсяпрактически неосуществимой, в этих случаях определяющим фактором вобеспечениисейсмостойкостислужитнадёжноезнаниедекрементовколебаний. На «старых» энергоблоках (энергоблоки 1 и 2 АЭС “Козлодуй”,37первый блок Южноукраинской АЭС и др.) отдельные виды оборудованиябыли заменены более сейсмостойкими.1.4. Метод граничной сейсмостойкостиОсновные положения оценки сейсмостойкости зарубежных станцийоснованы на методах граничной сейсмостойкости, вероятностной оценке,процедуре GIP (общая процедура обследования) и представлены в документахМАГАТЭ [46-50].

Данные процедуры имеют целью получить ответ на вопросо том, с какой обеспеченностью станция способна в случае землетрясения,котороенепревышаетзаданныйуровень,удовлетворитьосновнымтребованиям безопасности. Особенностью подходов является максимальноеисключение поэлементной проверки оборудования по схеме: испытание надинамические характеристики — расчетная оценка прочности.

Вместо этогорекомендуется поэлементная проверка, нацеленная на визуальную оценкукритериев, чаще всего связанных лишь с адекватностью крепления,возможными взаимодействиями оборудования в случае землетрясения и,главное, установлением подобия с оборудованием, включенным в базыданных SQUG (Seismic Qualification Utility Group). В эти базы данных,создаваемые с середины 1980-х гг. в США, включено оборудование,подвергшееся реальным сейсмическим воздействиям в основном на обычных(неатомных) энергетических объектах Мексики и США, а также испытанноена сейсмоплатформах. Также следует отметить рекомендуемое в некоторыхслучаях исключение из рассмотрения оборудования без дополнительныхпроверок на основе его идентичности или схожести по некоторым критериям соборудованием,сейсмостойкостькоторогоужеподтверждена.Опубликованный в 2003 г.

документ МАГАТЭ [49] определил основныеположения возможного применения американских методик в других странах,в том числе на АЭС с ВВЭР. В нем излагаются, в частности, следующиеположения: хотя в базе данных SQUG нет ни одного примера идентичногооборудования одного и того же производителя, правила GIP таких важных38свойств, как динамические характеристики, конструкционные материалы,геометрические параметры и др., могут распространяться на АЭС запределами США; поскольку GIP или аналогичные процедуры квалификацииоборудования, не включенного в базы данных SQUG, будут применяться наАЭС с неамериканским оборудованием, их модификации и обобщениядолжны быть обоснованы и рассмотрены экспертами, знакомыми с ними;подобие оборудования ВВЭР включенному в базы данных SQUG являетсяважным основанием для практического применения процедуры GIP.Рассмотрим процедуру GIP [49], адаптированную к применению на АЭСс ВВЭР.

Основные критерии подтверждения сейсмостойкости оборудования всоответствии с этой процедурой во время визуального осмотра следующие: граничный спектр должен охватывать требуемый на грунте илиумноженный на 1,5 на этажной отметке (с 5%-ным затуханием колебаний) длячастот, равных и выше консервативно оцененной низшей собственной частотыединицы оборудования, подлежащей оценке (таблица 1.3); подобие оборудованию соответствующего класса из баз данных(проверка критериев, основанных на результатах осмотра и анализасопроводительной документации); адекватнаяанкеровкаоборудования,оцениваемаярасчетнымиметодами.В более простых случаях применяется инженерная оценка на основерезультатов осмотра и сопроводительной документации.

Граничный спектр,соответствующийускорению0,33g,предназначендлясейсмостойкости следующих видов оборудования: шкафы управления электроприводами, распределительные устройства низкого, среднего напряжения, трансформаторы, вертикальные насосы, вентиляторы, воздушные теплообменники (кондиционеры),39оценки распределительные панели, аккумуляторы на стеллажах, приборы на стойках, датчики температуры, термопары, градусники, панели и шкафы управляющих систем.Таблица 1.3.Критерии сравнения граничного и требуемого спектров при МРЗ*КритерийГраничный спектр GIPвыше или равенспектру ответа нагрунте (5%-ноезатухание колебаний)Условияприменения,формулировкаМожет бытьиспользован приустановке единицыоборудования ниже12 м над нулевойотметкой и частотесобственныхколебаний выше12ГцПоясненияМожет быть использован только дляжестко закрепленных строительныхконструкций, таких, как нижняябетонная часть здания ВВЭР-440илиВВЭР-1100,дизельгенераторная станция ВВЭР-100 идр.