Введение к работе
Актуальность работы:
Обеспечение надежной эксплуатации атомных станций, их безопасности для обслуживающего персонала и окружающей среды является чрезвычайно важной задачей. Отличительной особенностью этой проблемы является необходимость обеспечения не только прочности конструкций, но и гарантирование надежного функционирования всех систем, управляющих и осуществляющих контроль ядерного процесса. Жесткие требования по безопасности атомных станций (АЭС) должны выполняться в любых условиях, в том числе и в условиях сейсмического воздействия, что определяется надежностью работы систем и элементов. Поэтому к сейсмостойкости АЭС, являющихся объектами чрезвычайно высокой потенциальной опасности, должны применяться строгие требования по обеспечению прочности не только строительных конструкций, но и недопущению выхода из строя и нарушений функционирования технологических систем важных для безопасности. В то же время требования безопасности не должны приводить к неоправданному повышению затрат на проведение сейсмозащитных мероприятий.
Построение расчетной модели оборудования для оценки сейсмостойкости является творческим процессом, связанным с компромиссным выбором между реалистичностью, излишней подробностью и необходимым минимумом, позволяющим с достаточной степенью точности описать реальную конструкцию. Совершенствование и усложнение расчетных моделей и методов расчета зачастую приводит к тому, что выполняющие расчеты специалисты становятся уверенными в качестве своих расчетных моделей настолько, что отвергают необходимость экспериментальной верификации результатов расчетов. Тем не менее, верификация полученных расчетных результатов при оценке прочности оборудования от воздействия внутренних нагружающих факторов (избыточное давление, температурные напряжения) с использованием результатов гидравлических (пневматических) испытаний проводится обязательно. В то же время экспериментальная верификация корректности выполненных расчетных оценок сейсмостойкости технологических систем и их элементов, проводящаяся крайне редко, является весьма сложной задачей.
В этой связи автору представляется очевидной актуальность работы, посвященной совершенствованию методов оценки фактического уровня сейсмостойкости технологических систем на пусковых и действующих АЭС.
Целью диссертационной работы является повышение надежности АЭС путем создания новых способов оценки фактического состояния технологических систем АЭС для обеспечения прочности и работоспособности при воздействии внешних динамических факторов
ДЛЯ ДОСТИЖеНИЯ ПОСТаВЛеННОЙ ЦЄЛИ Т!Г|6ГШДИ»Ш pPIIIIfTt- гпрдуїлітімр
задачи:
*ОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ j БИБЛИОТЕКА СПе
S на основе анализа теоретических и экспериментальных исследований разработать методики оценки и учета взаимного влияния оборудования и присоединенных трубопроводов на характеристики собственных колебаний при анализе сейсмостойкости оборудования;
S на основе анализа теоретических и экспериментальных исследований разработать эффективную методику контроля состояния опорных конструкций трубопроводов;
*/ провести сравнительный анализ результатов расчетов на прочность при сейсмическом воздействии, полученных двумя различными методами: линейно-спектральным методом (ЛСМ) и методом динамического анализа (МДА);
S используя результаты анализа, сформулировать конкретные задачи и
перспективные возможности совершенствования расчетно-
экспериментальных исследований по оценке уровня фактической сейсмостойкости технологических систем АЭС;
S расширить функции электронного банка данных, содержащего результаты расчетно-экспериментальных исследований технологического оборудования АЭС
S создать электронный банк данных расчетных моделей специальной трубопроводной арматуры АЭС. Научная новизна:
S на основе анализа полученных расчетно-экспериментальных зависимостей влияния присоединенных трубопроводов на собственные частоты колебаний отдельных групп технологического оборудования АЭС, впервые, вместо детерминированных моделей, предложено на стадии проектных работ использовать параметрические расчетные модели оборудования, позволяющие учесть влияние присоединенных трубопроводов при проведении расчетов на внешние динамические воздействия;
S разработан не имеющий аналогов до настоящего времени метод динамической верификации состояния опорных конструкций технологических трубопроводов, позволяющий оценить не только качество расчетной схемы, но и впервые получить количественный критерий оценки состояния этих конструкций;
S разработан и запатентован новый способ, позволяющий эффективно осуществлять периодический контроль состояния опорных конструкций трубопроводов, покрытых теплоизоляцией;
S разработана не имеющая аналогов методика создания расчетной модели для оценки напряженного состояния оборудования при воздействии внешних динамических факторов с применением современных программных средств, позволяющая с достаточной точностью воспроизвести жесткостные и диссипативные характеристики реальной конструкции;
S предложены принципиально новые подходы к проектированию сейсмостойкой специальной трубопроводной арматуры;
S уточнен практический критерий по определению оптимального
расстояния между опорами, позволяющий сократить время на проектирование трубопроводных систем;
S уточнен критерий вибрационной устойчивости технологических систем, содержащих устройства с вращающимися механизмами. Степень достоверности результатов исследований подтверждается:
применением современных, как оригинальных, так и традиционных методов постановки, проведения и обработки результатов исследований;
S корректным использованием математического и экспериментального моделирования процессов;
S положительными результатами практического использования разработанных предложений и рекомендаций. Практическая значимость работы:
S разработан метод контроля состояния опорных конструкций трубопроводов, позволяющий оценить как качество выполненного монтажа и расчетных обоснований, так и текущее состояние опорных конструкций;
S предложен порядок работ по организации и применению на практике метода динамической верификации состояния опорных конструкций технологических трубопроводов для оценки качества монтажа и верификации расчетных схем;
S разработаны практические рекомендации по обеспечению динамической устойчивости устройств с вращающимися механизмами, включаемых в технологические системы АЭС, позволяющие избежать повышенных вибрационных нагрузок при рабочих условиях;
S предложены новые принципы проектирования сейсмостойкой трубопроводной арматуры АЭС, имеющей массивные приводы, позволяющие создавать динамически устойчивую арматуру для широкого спектра внешних воздействий;
S на базе результатов расчетно-экспериментального обоснования насосных агрегатов, выпущенных в несейсмостойком исполнении, получено подтверждение их сейсмостойкости для конкретных условий установки;
S расширены функции электронного банка эталонных спектров, позволяющего оперативно путем сопоставления характеристик собственных колебаний оборудования, измеренных после определенного срока эксплуатации или прохождения внешнего воздействия, с имеющимися данными в банке оценить наличие дефектов в опорных конструкциях испытанного оборудования;
S создан электронный банк данных расчетных моделей специальной трубопроводной арматуры АЭС, позволяющий повысить корректность выполняемых расчетов на сейсмостойкость трубопроводных систем;
S для трубопроводных систем АЭС оценена степень влияния условий монтажа и протекания технологических процессов на характеристики собственных колебаний, позволяющая добиться существенного упрощения расчетных моделей без снижения достоверности получаемых результатов при выполнении расчетов на сейсмостойкость.
На защиту выносятся:
S методика создания параметрических расчетных моделей оборудования, позволяющая учесть влияние присоединенных трубопроводов при проведении расчетов на внешние динамические воздействия;
S методика контроля состояния опорных конструкций трубопроводов, включающая в себя оценку состояния этих конструкций как на этапе монтажа, так и в процессе эксплуатации;
S новые подходы к проектированию сейсмостойкой специальной трубопроводной арматуры;
S методика создания расчетной модели с применением современных программных средств, позволяющая с требуемой точностью воспроизвести жесткостные и диссипативные характеристики реальной конструкции;
S результаты сравнительного анализа существующих методов расчетов на прочность при сейсмических воздействиях;
S структура и функциональные возможности модернизированного электронного банка данных эталонных спектров. Реализация работы.
S внедрена методика контроля опорных конструкций трубопроводов на предприятиях "Территориальной генерирующей компании - 8" (ТГК-8) РАО ЕЭС России;
S разработан технический проект регулирующего вентиля С.КР 50-00-00-Э повышенной сейсмостойкости с использованием новых подходов, предложенных автором настоящей диссертации;
S выполнено расчетно-экспериментальное обоснование
сейсмостойкости насосных агрегатов, выпущенных в несейсмостойком исполнении и входящих в состав системы пожаротушения на Волгодонской АЭС. Результаты работы позволили разрешить дальнейшую эксплуатацию этих агрегатов, исключив существенные затраты как на приобретение новых насосных агрегатов (более 13 млн. руб.), так и на их установку. Апробация работы.
Отдельные результаты были защищены в кандидатской диссертации "Методы и результаты расчетного обоснования сейсмостойкости технологического оборудования АЭС" (г. Москва, ВНИИАМ, 2002 г.). Основные результаты по отдельным разделам докторской диссертации докладывались и обсуждались на семинарах кафедры "Теплоэнергетических технологий и оборудования" ВИ ЮРГТУ (НПИ), на V Всероссийской научно-практ. конференции "Современные технологии в машиностроении" (г. Пенза, 2002г.), на VIII международной научно-техн. конференции "Проблемы машиностроения и технологии материалов на рубеже веков" (г. Пенза, 2003г.), на международных научных конференциях "Математические методы в технике и технологиях" (г. Ростов н/Д, 2003г., г. Кострома, 2004г., г. Казань, 2005г.),
на 10й международной конференции "MECHANIKA-2005" (г. Каунас, 2005г.), международной научно-техн. конференции "Кибернетика и высокие технологии 21 века" (г. Воронеж, 2005 г.), на XII международной научно-техн. конференции "Машиностроение и техносфера XXI века" (г. Севастополь, 2005 г.), на V международной научно-техн. конференции "Повышение эффективности производства электроэнергии" (г. Новочеркасск, 2005г.).
Публикации.
По теме диссертационной работы опубликовано более 30 печатных работ, в том числе 1 монография. Материалы, использованные в диссертации, опубликованы более, чем в 40 научно-технических отчетах ВЦ ВНИИАМ, отчете представительства ВНИИАМ в Иране (АЭС Бушер).
Структура диссертации.
Работа включает введение, пять глав и заключение. Общий объем диссертации - 254 стр. Работа содержит 107 иллюстраций и 22 таблицы. Библиография включает 167 названий.
