Введение к работе
Статьи в изданиях по перечням ВАК:
Анализ требований к испытаниям на сейсмостойкость оборудования АЭС. А.И. Горшков, Е.А. Канунникова, В.В. Каверин. АЭС// Тр. ВНИИЭМ. -2004, №101.-С. 53-57.
Квалификация электрооборудования СУЗ АЭС в области сейсмостойкости с использованием расчетно-экспериментального метода. Каверин В.В., Геча В.Я., Канунникова Е.А. //Надежность -2008, №4. - С.15-21.
Каверин В.В., Абрамзон М.Л. База данных для проведения квалификации на сейсмостойкость электрооборудования системы управления защитой АЭС// В мире научных открытий-2010,№4(10) часть 13. -С.117-119
Каверин В.В., Канунникова Е.А., Красова Н.А., Рузаков А.Ю. Применение расчетного метода для подтверждения сейсмостойкости оборудования // Тр. ВНИИЭМ 2011 г.
Каверин В.В., Канунникова Е.А., Красова Н.А., Рузаков А.Ю., Применение расчетных и экспериментальных методов для определения динамических характеристик шкафа электрооборудования АЭС // Тр. ВНИИЭМ. -2010, №115.-С.27-32.
Доклады на конференциях:
Расчетно-экспериментальное подтверждение сейсмостойкости электрооборудования АЭС. Горшков А.И., к.т.н., Каверин В.В., инженер. Международная конференция MSC. Software 2005 г.
Уточнение математической модели шкафов электрооборудования АЭС по результатам эксперимента. Каверин В.В., инженер Международная конференция MSC. Software 2007 г.
Квалификация электрооборудования системы управления защитой реактора ВВЭР-1000 по критерию сейсмостойкости на основе математического моделирования и анализа результатов испытаний. Семинар в ГПЦ ЯРБ 2010г.
Актуальность темы диссертации.
Система управления и зашиты реактора (СУЗ) отвечает за безопасность эксплуатации АЭС, поэтому к ней предъявляются наиболее высокие требования по надежности и стойкости к внешним воздействиям, в том числе требования по сейсмостойкости.
Основным методом подтверждения сейсмостойкости
электрооборудования АЭС долгое время являлись непосредственные испытания каждого вида оборудования. Однако, данный метод имеет ряд недостатков: высокая стоимость проведения испытаний, необходимость изготовления образца для испытаний каждого вида оборудования и проведения повторных испытаний при незначительных изменениях в конструкции.
На рубеже тысячелетия произошла смена поколений электрооборудования СУЗ. Новое оборудование создавалось на современной конструктивной и элементной базе, что связано с необходимостью повышения рентабельности его разработки и изготовления.
В тоже время, внимание контролирующих организаций к проблеме сейсмостойкости АЭС с каждым годом становится более пристальным, что выражается в большей детализации задаваемой информации, большем объеме различных требований для различных типов оборудования.
Дополнительные трудности, особенно при поставке оборудования на зарубежные АЭС, возникают из-за отличия в методиках подтверждения сейсмостойкости оборудования по отечественным и зарубежным стандартам, что приводит к неопределенности при его квалификации. Имеющиеся методики не использовали расчетные методы исследования конструкции шкафов электрооборудования, не использовался ранее накопленный опыт, полученный при подтверждении сейсмостойкости аналогичного оборудования уже введенного в эксплуатацию.
Таким образом, возникло противоречие между ужесточающимися требованиями, предъявляемыми к оборудованию СУЗ АЭС в части сейсмостойкости и традиционными методами их подтверждения.
Это определило актуальность решения задачи разработки научно-методического аппарата квалификации электрооборудования СУЗ по критерию сейсмостойкости, что имеет существенное значение для атомной энергетики.
Целью работы являлось обеспечение стойкости электрооборудования СУЗ АЭС к заданным сейсмическим воздействиям.
Объектом исследования является электрооборудование СУЗ, которое представляет собой совокупность функциональных узлов, электрически соединенных между собой кабельными линиями. Конструктивно все оборудование расположено в типовых электротехнических шкафах.
Предметом исследования являются динамические свойства конструкций шкафов электрооборудования СУЗ, требования к электрооборудованию в части
сейсмических воздействии и режимы испытании, подтверждающие выполнение этих требований.
Научной задачей работы являлась разработка научно-методического аппарата квалификации электрооборудования СУЗ по критерию сейсмостойкости, на основе современных расчетных и экспериментальных технологий, которая включает решение следующих частных задач:
Разработка методики формирования режимов испытаний электрооборудования СУЗ на сейсмостойкость на основании заданных спектров ответа.
Создание математических моделей шкафов электрооборудования и их верификация по результатам модальных испытаний.
Создание алгоритма проведения квалификации электрооборудования СУЗ на сейсмостойкость.
Формирование структуры базы данных, на основе результатов расчетов и испытаний электрооборудования на сейсмостойкость.
Новизна научных результатов заключается в следующем.
Разработана методика формирования режимов испытаний электрооборудования СУЗ на сейсмостойкость, впервые позволяющая использовать в качестве исходных данных спектры ответа.
Разработаны и верифицированы по результатам модальных испытаний математические модели шкафов электрооборудования СУЗ, детально учитывающие их конструктивные особенности и условия закрепления.
Предложен новый алгоритм проведения квалификации электрооборудования СУЗ на сейсмостойкость, основанный на комплексном использовании накопленных результатов расчетных и экспериментальных исследований и разработанных методик.
Создана база данных по результатам расчетов и испытаний электрооборудования СУЗ на сейсмостойкость, структура которой, по совокупности учитываемых параметров, не имеет прямых аналогов в отрасли.
Практическая значимость полученных в диссертации результатов.
Методика формирования режимов испытаний электрооборудования СУЗ на сейсмостойкость на основании заданных спектров ответа позволяет сформировать уровни испытательных воздействий, как для электрооборудования СУЗ, так и для другого промышленного электрооборудования.
Математические модели шкафов электрооборудования позволяют определять нагрузки на блоки аппаратуры и проводить подтверждение на стойкость к различным внешним механическим воздействиям.
Алгоритм проведения квалификации электрооборудования СУЗ на сейсмостойкость позволяет проводить подтверждение сейсмостойкости с учетом требований современных отечественных и международных стандартов.
синусоидальной вибрации. 6. Архив протоколов (номера, даты, объект испытаний, полный текст).
Снятие АЧХ.
Испытания на сейсмостойкость.
Испытания на воздействие ВУВ и ПС.
Испытания на вибропрочность и устойчивость к синусоидальной вибрации.
Структура БД и интерфейс доступа к данным для конечного пользователя позволили оптимально систематизировать накопленную информацию, обеспечить быстрый поиск требуемой документации по определенным критериям.
Таким образом, по результатам четвертой главы можно сделать следующие выводы:
Разработан алгоритм проведения квалификации оборудования СУЗ.
Создана структура базы данных по результатам квалификации оборудования, позволяющая использовать их для квалификации нового оборудования и для применения его на новых блоках АЭС.
С использованием предложенного подхода проведена квалификация электрооборудования СУЗ для ряда АЭС.
Основные результаты и выводы
По результатам работы можно сделать следующие выводы:
Разработана методика формирования режимов испытаний на сейсмостойкость по заданным спектрам ответа, на основе которой разработано программное обеспечение.
Разработаны математические модели типовых шкафов электрооборудования, верифицированные по результатам экспериментальных данных, и проведены расчеты ускорений конструкции типового шкафа при сейсмическом воздействии.
Разработан алгоритм квалификации оборудования, основанный на использовании прямых испытаний, расчетно-аналитических методов, результатов испытаний оборудования-прототипа, позволяющий минимизировать затраты на изготовление опытных образцов за счет сокращения объема прямых испытаний.
Предложена структура базы данных для квалификации вновь создаваемого оборудования СУЗ, содержащая результаты расчетов и испытаний ранее квалифицированного оборудования.
С использованием результатов настоящей работы проведена квалификация электрооборудования СУЗ более 20 энергоблоков российских и зарубежных АЭС.
Таким образом, в диссертационной работе содержится решение задачи квалификации электрооборудования СУЗ по критерию сейсмостойкости, имеющей существенное значение для атомной энергетики РФ и ряда зарубежных государств.
позволяет гибко оперировать имеющимися результатами испытаний предыдущих комплектов электрооборудования, использовать аналитические и расчетно-экспериментальные методы для сокращения сроков и объемов испытаний оборудования.
За годы разработки и производства электрооборудования СУЗ существенно увеличился объем накопленной информации. Для каждого прототипа оборудования СУЗ проводились испытания, по результатам которых были выпущены протоколы, содержащие режимы испытаний, результаты измерений собственных частот и проверки функционирования оборудования, и другие важные сведения. Учитывая, что документация, выпущенная в результате проведения испытаний, оформляется в бумажном виде, и представляет собой довольно большой массив данных, возникают очевидные трудности с оперативным доступом к нужной документации и своевременной оценкой и применением полученных данных. Так, например, по каждому шкафу электрооборудования, объем информации в пересчете на бумажные носители, составляет более 250-ти страниц числовых и графических данных. Это не только информация по испытаниям на сейсмостойкость, но и результаты вибропрочностных испытаний, испытаний на стойкость к климатическим факторам и электромагнитную совместимость.
Поэтому, была поставлена и решена задача создания базы данных (БД) по шкафам электрооборудования СУЗ, целью которой являлось обеспечение надежного хранения и быстрого доступа к результатам испытаний оборудования.
В части требований и результатов испытаний по сейсмостойкости, база данных имеет следующую информационную структуру.
1. Общие сведения.
Тип шкафа.
Назначение.
АЭС на которые осуществлялась поставка.
2. Требования по механическим воздействиям
Категория сейсмостойкости.
Группа механического исполнения по ГОСТ 17516.1-90.
Класс безопасности по ПНАЭ Г-01-011-97
3. Требования по сейсмическим воздействиям.
Требуемые спектры ответа, высоты и помещения установки оборудования, значения демпфирования.
Сейсмичность строительной площадки, уровень установки оборудования, если требования заданы по ГОСТ.
Методики испытаний на сейсмостойкость, режимы испытаний для оборудования.
Результаты испытаний
Значения резонансных частот.
Результаты испытаний на сейсмостойкость.
Результаты испытаний на действие воздушной ударной волны (ВУВ) и падения самолета (ПС).
Результаты испытаний на вибропрочность и устойчивость к
4. Структура базы данных позволяет сократить сроки проектирования вновь разрабатываемого электрооборудования СУЗ и обеспечить соответствие его международным нормам и требованиям.
Достоверность научных результатов определяется применением при решении поставленных задач апробированных методов анализа механических систем, в том числе метода конечных элементов, верификацией разработанных моделей, достаточной для практики сходимостью результатов численных расчетов с аналитическими решениями и с экспериментальными данными, полученными на базе сертифицированного испытательного центра ФГУП "НЛП ВНИИЭМ".
Ценность научных работ соискателя заключается в развитии современных научных подходов в области расчетного и экспериментального анализа динамики конструкций, а именно:
в проведении численного моделирования сложных конструкций, расчетов во временной и частотной области и их верификации на основе экспериментального определения динамических характеристик;
в решении обратной задачи по формированию нестационарных процессов по заданным спектрам ответа.
Внедрение. Результаты работы были использованы для квалификации электрооборудования СУЗ, изготовленного ФГУП "Hi 111 ВНИИЭМ" для ряда российских и зарубежных АЭС (АЭС "Тяньвань", "Куданкулам", энергоблоки Ростовской, Кольской, Калининской АЭС и др.)
Основные положения, полученные лично автором и выносимые на защиту.
Методика формирования режимов испытаний электрооборудования СУЗ на сейсмостойкость, позволяющая использовать в качестве исходных данных спектры ответа.
Математические модели шкафов электрооборудования, учитывающие конструктивные особенности этих шкафов (крепежные элементы, несущий профиль сложного сечения, условия закрепления и др.)
Алгоритм проведения квалификации электрооборудования СУЗ на сейсмостойкость, позволяющий оптимально применить результаты расчетов, испытаний и разработанные методики.
Структура базы данных, созданная на основе результатов расчетов и испытаний электрооборудования на сейсмостойкость, дающая возможность осуществить поиск прототипов оборудования, протоколов испытаний, и выполнить оценку предъявляемых к поставляемому оборудованию требований.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на Международной конференции MSC Software в 2005 и 2007 гг., а также на семинаре в НТЦ ЯРБ 2010г.
Формирование
режима
испытаний
Обращение к базе данных
Сравнительный
анализ
требований
Расчетно-
э кс п ери м е нт ал ь ный метод
Заключение о сейсмостойкости
Обращение к базе данных
Публикации. Основные результаты диссертационной работы, полученные в диссертации, опубликованы в 5 работах, объемом 3 п.л., в том числе: научных статей, опубликованных в изданиях по перечням ВАК - 5.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, 4 глав основного текста, заключения, списка литературы. Объем диссертации составляет 158 страниц, включая 22 таблицы, 75 рисунков, список литературы из 112 наименований.
