Диссертация (Разработка методов расчетно-экспериментального обоснования сейсмической безопасности оборудования АЭС в натурных условиях), страница 7

Использование этого критериянедопустимо для явно гибкихстроительных сооружений, таких,как секущие и продольные галереиВВЭР-440 и др.Предел 12 Гц не применяется дляоборудования, установленного насистемныхтрубопроводах(арматура, приводы, датчики и др.)Граничный спектр GIP, Применяется вумноженный на 1,5,остальных случаяхвыше или равенреальному спектруответа на отметке (5%ное затуханиеколебаний)*Применяется, по крайней мере, один из двух критериев. Данные критериидолжны выполняться для трех ортогональных пространственных направлений.Граничный спектр, соответствующий ускорению 0,5g (кривая 2 нарисунке 1.9), используется для следующих видов оборудования, считающихсяболеепрочнымиистойкими:горизонтальныенасосы,арматураспневматическим, электрическим и электромагнитным приводом, холодильныемашины, воздушные компрессоры, электродвигатели, дизель-генераторы,устройства для зарядки батарей и преобразователи (инвенторы).40Граничные спектры сейсмостойкости получены в результате обобщенияэкспериментов и реальных землетрясений.

Считается, что данные нагрузкиоборудование выдерживает.Рисунок 1.9. Граничные спектры сейсмостойкости оборудования ВВЭР,соответствующие ускорению на грунте 0,33 g (1), 0,5 g (2)Рассмотрим принципы подобия (сходства) оборудования АЭС с ВВЭР[49] с включенным в базы данных SQUG.Главным в определении подобия является сравнение динамических ифизических характеристик. Установление подобия оборудования в пределахкаждого класса включает сравнение, основанное на прогнозируемомповедениикритическихэлементов:наиболеевероятныхтиповнеисправностей; преобладающих резонансных и критических частот и форм,критическихдекрементовзатухания,наиболееважныхфизическиххарактеристик оборудования, размеров оборудования, массы и положения(вертикальное,горизонтальное,наклонное);технологий,качестваизготовления, сроков эксплуатации и факторов старения, размещения центратяжести,консольных/свободнонесущихдеталей/частей,исполненияипараметров тяжелых и/или движущихся внутренних частей, опор и анкеровки,присоединенных линий, оснований и других частей, наличия устройств41(механических или электрических), чувствительных к вибрациям и ударам.

Вдокументе [49] отмечается, что на основе этих принципов установленоподобие оборудования АЭС с ВВЭР, имеющемуся в базе данных.В качестве иллюстрации принципа установления подобия в [49]приведен следующий пример (рисунок 1.10):Оборудование (0)Оборудование (1)Этажная отметка (0)Этажная отметка (1)Рисунок 1.10. Подобное оборудование (0) и (1), геометрическое подобиеφL = 2/3Допустим,геометрическийразмерквалифицируемогонасейсмостойкость оборудования (1) равен 2/3 размера квалифицированногооборудования из базы данных (0). Оборудование установлено на различныхэтажныхотметкахздания(0)и(1),длякоторыхсгенерированысоответствующие спектры ответа (0) и (1). Низшая собственная частота νоборудования (1) может быть оценена какν(1) = φL-1× ν(0)= 3/2 × ν(0)(1.1)Зная соотношение для ν(1) может быть определено соответствующеесейсмическое ускорение a(1), используя соответствующий спектр ответа(рисунок 1.11).

В соответствии с более высокой высотной отметкой установки,предположим, что a(1) составит 4/3 a(0) (например, a(0) = 6,0 м/с2 и a(1) = 8,0м/с2), т.е. φa = 4/3.По значениям коэффициентов подобия, напряжения в оборудовании,вызванные сейсмическими воздействиями, могут быть оценены какσ(1) = φL × φa × σ(0) = 2/3 × 4/3 × σ(0) = 0,89σ(0)(1.2)При условии, что сейсмостойкость оборудования (0) была проверенапосредством анализа, испытания, аналогии, используя опыт землетрясений и42общие данные испытаний (включая оценку частот), сейсмостойкостьоборудования (1) обеспечивается применением законов подобия.ν(0)ν(1)νРисунок 1.11 – Спектры ответа на этажных отметках (0) и (1), коэффициентподобия сейсмических ускорений φa = 4/3Очевидно, что такие принципы подобия применимы чисто теоретическитолько для идеальных моделей, которых в реальности нет.

Если попытатьсяучесть такие неизбежные расхождения между сравниваемым оборудованием,как масса и расположение центра масс, демпфирование, трубопроводнаяобвязка, способы крепления опор к основанию (число и диаметр анкерныхболтов или размеры сварных швов к закладным), внутренние элементыконструкций, рабочее давление, температура и множество других, то подобиеоборудования 0 и 1 будет в принципе неопределимым или определимым снедопустимой погрешностью.Отметим предлагаемый способ определения собственной частотыколебаний методом подобия.

В то время как даже для идентичногооборудования на практике наблюдается существенный разброс собственныхчастот колебаний, не может считаться обоснованным и утверждение, чтоприемлемость оборудования для использования на АЭС с ВВЭР былаустановлена на основании сравнения оборудования с оборудованием базданных.43В качестве аргумента в пользу метода граничной сейсмостойкости и GIPприводится довод, что их применение позволяет значительно сократитьзатраты на обоснование сейсмостойкости АЭС по сравнению с обычноприменяемымиметодами, например, полнымпересчетом понормампроектирования или проведением экспериментальных исследований.

Однакозатраты на обследование российских станций за счет исключения израссмотрения оборудования важного для безопасности в принципе не могутбыть уменьшены на основании данных из баз, разработанных в США ииспользующих в том числе данные о разрушениях оборудования на объектахтрадиционной (неатомной) энергетики, даже если проводится осмотр,уточняющийособенностиустановкиоборудованиявсистеме.Этообусловлено тем, что на отечественных АЭС такое оборудование неприменяется, а подобие между типопредставителями похожего оборудованияявляется слишком большой натяжкой. Более того, даже в пределах одного итого же энергоблока АЭС и даже одной и той же высотной отметки имеютсямногочисленныеоднотипногопримерысущественногооборудованиясейсмостойкости.вПоведениечастиразличиямеждусоответствияоборудования,единицамитребованиямимеющегообвязку,теплоизоляцию, установленного на дополнительных податливых опорныхконструкциях или металлических перекрытиях, как это распространено наэнергоблоках АЭС, предсказать в условиях землетрясения можно только сучетомегореальногоэкспериментальныхсостоянияпутемдинамическихрасчетахарактеристик.сиспользованиемПредлагаемаякприменению на российских станциях процедура GIP-ВВЭР [50] хотя ивключаетвкачествекритериевподобиясравнениепреобладающихрезонансных частот и форм, не содержит обязательных требований ипроцедур их определения.Но даже полное совпадение геометрических параметров, распределениямасс, собственных частот и форм колебаний не гарантирует совпадение44сейсмическихнагрузок,таккакещеоднойгруппойпараметров,определяющих нагрузки, являются коэффициенты затухания колебаний.ПроцедураGIPпредполагаетсравнениеграничногоспектра,основанного на данных экспериментов, реальных землетрясений, и спектрасейсмического воздействия для относительного логарифмического декрементазатухания 5% критического значения.

Но, как показывают многочисленныеобследования в течение последних 35 лет, более чем в половине случаевминимальный декремент затухания на оборудовании российских и восточноевропейских энергоблоков составляет не более 2—3%, а в некоторых случаяхменее 2 и даже 1%. Даже сучетом поправки на то, что при реальномсейсмическом воздействии затухание колебаний происходит в 1,5—2 разабыстрее из-за возникающих нелинейностей. Поэтому сравнение только 5%-хспектров нельзя признать обоснованным.Сейсмичность большинства площадок размещения американских АЭСпо пиковым ускорениям на грунте оценивается 0,3g, российских — 0,1-0,12g.Изначально оборудование и системы американских АЭС рассчитываются наболее высокие сейсмические нагрузки.

Поэтому возникает вопрос, насколько впринципе применимы данные спектры к отечественным АЭС? Сейсмическиенагрузкизависятотсовокупностидинамическиххарактеристик,индивидуальных для каждой единицы: частот и форм собственных колебаний,параметровзатуханияколебаний(декрементов).Опытроссийскихспециалистов, в том числе и под эгидой МАГАТЭ [51] показывает, чтозачастую даже для идентичных единиц после монтажа в системе наблюдаетсясущественный разброс этих значений. Значения тем не менее сохраняются втечение длительного времени (проверенная воспроизводимость результатовиспытаний подтверждает их достоверность).