СПОСОБ АТТЕСТАЦИИ МНОГОЭЛЕМЕНТНОЙ СИСТЕМЫ НА СЕЙСМОСТОЙКОСТЬ Российский патент 2006 года по МПК G01V1/00 

Изобретение относится к методам повышения надежности проектируемых и действующих АЭС и может быть использовано для аттестации технологического оборудования на сейсмостойкость.

Технологическое оборудование АЭС в общем случае представляет собой множественный набор разнотипных автономных элементов, механически связанных как между собой, так и с внешними конструкциями и с основанием, и составляющих в комплексе энерговырабатывающую систему АЭС.

При заданных исходных сейсмических данных, сейсмические силовые воздействия на любую единицу (элемент) оборудования и надежность энергетического блока АЭС в целом определяются в первую очередь собственными динамическими характеристиками этого элемента (собственными частотами, формами и декрементами колебаний).

Эти динамические характеристики зависят не только от конструкции, конфигурации, массы, материалов, размеров каждого из видов оборудования, но не в меньшей (если не в большей) степени от тех же параметров всех механически связанных с ним внешних конструкций и смежных элементов - опорных и несущих строительных конструкций, крепежа, трубопроводной обвязки с ее опорами и подвесками, теплоизоляционных покрытий и других присоединенных элементов.

Существующие в настоящее время расчетные и экспериментальные методы по аттестации элементов на сейсмостойкость в автономном состоянии принципиально не могут учесть все многообразие его реальных механических связей в составе сложных технологических систем и строительных конструкций, а отсюда достоверность и надежность этих методов аттестации крайне низка.

Известен способ виброшумовой аттестации энергетических установок с реакторами с водой под давлением, включающий определение собственных частот и форм колебаний контролируемых единиц оборудования в процессе их эксплуатации, с последующими расчетами на виброустойчивость в составе энергетической установки и проведением соответствующих прочностных мероприятий [1].

В указанном техническом решении ведется текущий контроль отдельных видов оборудования и его элементов с точки зрения виброустойчивости в рабочих режимах АЭС и прогнозируются лишь эксплуатационные аварийные ситуации.

Однако такой контроль в принципе не может обеспечить аттестацию элементов оборудования на сейсмостойкость в составе реакторных установок и, тем самым, не обеспечивает надежности оборудования при внешних сейсмических воздействиях, т.к. реальные динамические характеристики связанных между собой и с несущими конструкциями элементов оборудования в составе реакторной установки по диапазонам и по характеру динамических процессов при сейсмических воздействиях не соответствуют расчетным или экспериментальным данным по эксплуатационным вибронагружениям.

Недостатками указанного технического решения являются отсутствие технологических приемов по определению реальных динамических характеристик связанных между собой элементов в составе оборудования и снижение надежности работы АЭС в целом.

Ближайшим техническим решением является способ аттестации многоэлементной системы на сейсмостойкость, включающий предварительное расчетное или экспериментальное определение динамических характеристик, в том числе собственных частот и формы колебаний, каждого из элементов системы в автономном состоянии, с последующим монтажем элементов в систему, расчетом каждого из них на сейсмостойкость в составе системы и проведением соответствующих прочностных мероприятий [2].

Сейсмостойкость всей системы (атомной энергетической установки в целом) определяется из условия сейсмостойкости каждого элемента оборудования в автономном состоянии.

Такой способ регламентирован как обязательный при проектировании и изготовлении оборудования перед его поставкой и монтажом на АЭС. Экспериментальное определение собственных динамических характеристик проводится в лабораторных или заводских условиях либо при импульсном силовом воздействии на проверяемое оборудование при его жестком закреплении на фундаменте или специальном стапеле, либо резонансным методом при жестком закреплении на виброплатформе, обеспечивающей сейсмический диапазон вынужденных колебаний по частотам и по амплитудам - ускорениям или перемещениям.

Недостатками указанного технического решения являются отсутствие технологических приемов по определению влияющих на сейсмостойкость реальных динамических характеристик элементов оборудования в составе сложной технологической системы (в реальных условиях монтажа, раскрепления и механической взаимосвязи) и снижение надежности и безопасности АЭС в целом.

Целью изобретения является обеспечение определения реальных динамических характеристик элементов оборудования в составе энергетической установки и повышение надежности работы и безопасности АЭС в целом.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе аттестации многоэлементной системы на сейсмостойкость, включающем предварительное определение динамических характеристик, в том числе собственных частот и формы колебаний, каждого из элементов системы в автономном состоянии, с последующим монтажом элементов в систему, расчетом каждого из них на сейсмостойкость в составе системы и проведением соответствующих прочностных мероприятий, по результатам предварительного определения динамических характеристик на поверхности элементов выбирают контрольные точки, а после их монтажа в систему определяют по крайней мере одну зону активации для каждого из элементов, прикладывают в упомянутых зонах активации внешний импульс, не превышающий десятой доли массы соответствующего элемента, и одновременно замеряют спектр собственных частот в контрольных точках и вычисляют декременты колебания для каждой из частот указанного спектра, а расчет на сейсмостойкость и прочностные мероприятия ведут с учетом полученных значений собственных частот и декрементов колебания.

Кроме того, дополнительно к прикладываемому импульсу в зоне активации могут создавать внешнее вынужденное колебание с частотой в пределах 1-50 Гц.

На чертеже схематично изображен один из элементов в составе оборудования АЭС.

В результате предварительного определения собственных частот и формы колебаний (расчетным или экспериментальным путем) в элементе 1 при его автономном состоянии, на поверхности элемента выбирают контрольные точки 2 и 3, монтируют элемент 1 в состав оборудования с помощью механических связей 4, 5, 6 и опоры 7 и определяют зону активации 8.

Количество контрольных точек для каждого из элементов может быть любым и определяется исходя из габаритов самого элемента, месторасположения его в составе оборудования и других конструктивных особенностей. Расположение контрольных точек выбирается заведомо вне узлов предварительно определенных собственных форм колебаний.

Зоны активации для каждого конкретного элемента определяются из особенностей его размещения в составе оборудования и, как правило, соответствуют реальным связям элемента со смежными конструкциями и с его опорами, передающими на исследуемый элемент сейсмическое воздействие. В некоторых особых случаях более предпочтительным является выбор зоны активации в центре массы элемента.

При монтаже элемента наличие опоры и механических связей с другими смежными элементами заведомо изменяет собственные частоты элемента 1 и, чтобы их выявить, в контрольных точках 2 и 3 устанавливают соответствующую измерительную аппаратуру, а к каждой зоне активации 10 исследуемого элемента одновременно прикладывают внешний импульс, не превышающий десятой доли массы элемента, и одновременно замеряют спектр собственных частот в контрольных точках и вычисляют декременты колебания для каждой из частот замеренного спектра.

Величина прикладываемого импульса выбирается из условия подобия прогнозируемому значению сейсмоколебания и сохранения целостности механических связей элемента в процессе проведения аттестации. Из имеющегося опыта проведения аттестаций, гарантированное сохранение целостности механических связей элементов и получение достоверных значений спектра собственных частот достигается при величине импульса не превышающей десятую долю массы соответствующего элемента.

В зависимости от конкретной схемы монтажа элемента 1 в составе оборудования и прогнозируемых значений сейсмоколебаний дополнительно к прикладываемому усилию в зоне активации создается внешнее вынужденное колебание с частотой в пределах 1-50 Гц.

Выбор значения частоты внешних вынужденных колебаний в каждом конкретном случае определяется по результатам предварительно определенных собственных частот и находится в пределах 1-50 Гц.

Если в результате замера собственных частот выявится, что контрольные точки оказались в узлах вновь определенных собственных колебаний, полученные результаты принимаются за предварительно определенные собственные частоты и все операции по определению реального спектра собственных частот проводятся повторно. После чего проводят окончательный расчет на сейсмостойкость и прочностные мероприятия с учетом полученных значений собственных частот и декрементов колебания.

Указанные действия проводят для каждого элемента в составе блока АЭС, и по завершении требуемых прочностных мероприятий оборудование и атомноэнергетическая установка в целом гарантированно соответствуют нормам по сейсмостойкости.

Таким образом, указанное техническое решение обеспечивает определение реальных динамических характеристик элементов в составе оборудования и повышает надежность работы и безопасность АЭС при сейсмических воздействиях в целом.

Источники информации

1. Патент России № 2124242, МПК G 21 С 17/00, 1997 г.

2. Безопасность в атомной энергетике. Методы проверки оборудования АЭС на сейсмостойкость. Определение динамических характеристик. ОСТ 3.4-768-85 М.: Энергия, 1985. 11 с.

Изобретение относится к методам повышения надежности проектируемых и действующих АЭС и может быть использовано для аттестации технологического оборудования на сейсмостойкость. Согласно заявленному способу предварительно определяют динамические характеристики каждого из элементов системы. Монтируют элемент в систему. К каждой зоне активации исследуемого элемента одновременно прикладывают внешний импульс, не превышающий десятой доли массы элемента, и одновременно замеряют спектр собственных частот в контрольных точках и вычисляют декременты колебания для каждой из частот замеренного спектра. Величина прикладываемого импульса выбирается из условия подобия прогнозируемому значению сейсмоколебания и сохранения целостности механических связей элемента в процессе проведения аттестации. Технический результат: повышение точности определения реальных динамических характеристик элементов в составе оборудования. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ аттестации многоэлементной системы на сейсмостойкость, включающий предварительное определение динамических характеристик, в том числе собственных частот и формы колебаний, каждого из элементов системы в автономном состоянии, с последующим монтажом элементов в систему, расчетом каждого из них на сейсмостойкость в составе системы и проведением соответствующих прочностных мероприятий, отличающийся тем, что по результатам предварительного определения динамических характеристик на поверхности элементов выбирают контрольные точки, а после их монтажа в систему определяют по крайней мере одну зону активации для каждого из элементов, прикладывают в упомянутых зонах активации внешний импульс, не превышающий десятой доли массы соответствующего элемента, и одновременно замеряют спектр собственных частот в контрольных точках и вычисляют декременты колебания для каждой из частот указанного спектра, а расчет на сейсмостойкость и прочностные мероприятия ведут с учетом полученных значений собственных частот и декрементов колебания.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно к прикладываемому импульсу в зоне активации создают внешнее вынужденное колебание с частотой в пределах 1-50 Гц.