Розрахункове визначення сейсмостійкості обладнання атомних електростанцій

image_print
DOI https://doi.org/10.15407/pmach2021.02.024
Журнал Проблеми машинобудування
Видавець Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
ISSN 2709-2984 (print), 2709-2992 (online)
Випуск Том 24, № 2, 2021 (червень)
Сторінки 24–36

 

Автори

С. А. Пальков, Акціонерне товариство «Турбоатом» (61037, Україна, м. Харків, пр. Московський, 199), e-mail: sergpalkov@gmail.com, ORCID: 0000-0002-2215-0689

І. А. Пальков, Акціонерне товариство «Турбоатом» (61037, Україна, м. Харків, пр. Московський, 199), e-mail: igorpalkov1987@gmail.com, ORCID: 0000-0002-4639-6595

 

Анотація

Запропоновано алгоритм підтвердження сейсмостійкості обладнання розрахунковим методом і визначено межі його застосування. Розроблено математичну модель обладнання і наведено приклад визначення власних частот та напружень в конструкції в тривимірній постановці. Використано два основних типи розрахунку – статичний і динамічний. У статичному розрахунку визначався напружено-деформований стан конструкції. Проведено порівняння значень отриманих напружень з допустимими для застосовуваних матеріалів, на підставі чого було зроблено висновки щодо міцності конструкції при сейсмічному впливі. Результатом динамічного розрахунку стало визначення жорсткості конструкції. Порівняння отриманих значень напружень з допустимими для даного обладнання дозволило зробити висновок щодо його стійкості до сейсмічного впливу. Оцінку сейсмостійкості виконано на прикладі конденсатора парової турбіни К-1000-60/1500. Розрахунок на сейсмостійкість вказаного обладнання виконано при інтенсивності сейсмічного впливу 6 балів за шкалою MSK-64. В ході розв’язання поставленої задачі отримано результати розподілу напружень в корпусі та інших елементах конструкції конденсатора від дії навантажень під час нормальної експлуатації та проектного землетрусу. Розрахунок обладнання на сейсмостійкість виконано за допомогою методу скінченних елементів. Це дозволило подати  суцільне тіло у вигляді сукупності окремих скінченних елементів, що взаємодіють між собою в скінченному числі вузлових точок. До цих точок прикладаються деякі зусилля взаємодії, що характеризують вплив розподілених внутрішніх напружень, прикладених уздовж реальних границь суміжних елементів. Для проведення такого розрахунку в пакеті CAD моделювання створено тривимірну модель. Отриману геометричну модель імпортовано в  програмний  комплекс, що дозволило істотно скоротити трудомісткість. Застосування розрахункового методу дозволяє значно знизити обсяг випробувань при підтвердженні сейсмостійкості обладнання. Отримано результати просторового складного напруженого стану конструкції конденсатора парової турбіни від дії під час нормальної експлуатації та проектного землетрусу.

 

Ключові слова: турбіна, сейсмостійкість, напруження, землетрус, акселерограма, скінченний елемент, власна частота.

 

Повний текст: завантажити PDF

 

Література

  1. Пальков І., Пальков С. Напружено-деформований стан елементів парових турбін в умовах пластичного деформування. Ядерна та радіаційна безпека. 2020. Т. 4 (88). С. 14–17. https://doi.org/10.32918/nrs.2020.4(88).02.
  2. ГОСТ 17516.1 – 90. Изделия электротехнические. Общие требования в части стойкости к механическим внешним воздействующим факторам [Введ. 01.01.91]. М.: Стандартинформ, 1991. 42 с.
  3. Нормы проектирования сейсмостойких атомных станций: НП-031-01. М.: Госатомнадзор России, 2001. 50 с.
  4. IEEE/IEC 60980-344-2020 – IEEE/IEC International Standard – Nuclear facilities – Equipment important to safety – Seismic qualification. PPUB, 2020. 82 p.
  5. Кириллов А. П., Амбриашвили Ю. К. Сейсмостойкость атомных электростанций. М.: Энергоатомиздат, 1985. 184 с.
  6. Гонтаровский П. П., Гармаш Н. Г., Шульженко Н. Г. Методика расчета динамики системы турбоагрегат-фундамент-основание энергоблоков при сейсмических воздействиях. Вестн. НТУ «ХПИ». Сер. Энергетические и теплотехнические процессы и оборудование. 2016. № 8 (1180). С. 153–160. https://doi.org/10.20998/2078-774X.2016.08.22.
  7. Шульженко М. Г., Гонтаровський П. П., Гармаш Н. Г., Глядя А. О., Швецов В. Л., Гришин М. М., Губський О. М. Оцінка реакції потужного турбоагрегату на сейсмічне навантаження. Вібрації в техніці та технологіях. 2016. № 2 (82). С. 85–93.
  8. De Grandis S., Domaneschi M., Perotti F. A numerical procedure for computing the fragility of NPP components under random seismic excitation. Nuclear Eng. and Design. 2009. Vol. 239. Iss. 11. P. 2491–2499. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2009.06.027.
  9. Králik J. Risk-based safety analysis of the seismic resistance NPP structures. Proceedings of the 8th International Conference on Structural Dynamics, EURODYN 2011. Leuven, Belgium, 4–6 July 2011. 2011. P. 292–299. https://doi.org/10.13140/2.1.1075.3281.
  10. Беляев В. С., Костарев В. В., Васильев П. С. Методы и средства обеспечения сейсмостойкости зданий и сооружений, в соответствии с действующими российскими нормами. ЦКТИ-Вибросейсм. 2018. С. 1–5.
  11. Iiba M. Kashima T., Morita K. Behavior of seismically isolated buildings based on observed motion records during the 2011 Great East Japan Earthquake. Proc. 13th World Conf. on Seismic Isolation, Energy Dissipation and Active Vibration Control of Structures – commemorating JSSI 20th Anniversary, Sendai, Japan, September 2013. 2013. Р. 272–283.
  12. Eltahawy W., Ryan K., Çeşmeci Ş., Gordaninejad F. Fundamental dynamics of 3-dimensional seismic isolation. 16 th World Conf. on Earthquake. 2017. Р. 12–24.
  13. Morita K., Takayama M. Behavior of seismically isolated buildings during the 2016 Kumamoto Earthquake. Proc. of the 2017 NZSEE conf. New Zealand. 2017. Р. 113–124.
  14. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок (ПНАЭ Г-7-002-86) / Госатомэнергонадзор СССР. М.: Энергоатомиздат, 1989. 525 с.
  15. Зенкевич О. К. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975. 541 с.
  16. Косяк Ю. Ф. Паротурбинные установки атомных электростанций. М.: Энергия, 1978. 312 с.
  17. Аронсон К. Э., Блинков С. И., Брезгин В. И. Теплообменники энергетических установок / под. ред. Ю. М. Бродова: учеб. для вузов. Екатеринбург: Сократ, 2003. 968 с.
  18. Шакирзянов Р. А., Шакирзянов Ф. Р. Динамика и устойчивость сооружений: учеб. пособие. Казань: Казан. архит.-строит. ун-т, 2015. 120 с.
  19. Оборудование атомных энергетических установок. Расчет на прочность при сейсмическом воздействии: РТМ 108.020.37-81 [Введ. 04.06.81]. Л.: НПО Центр. котлотурбин ин-т, 1981. 39 с.
  20. Цема А. Д. Исследование сейсмостойкости насосных агрегатов типа КсВ. Энергомашиностроение. 1986. № 9. С. 26–28.
  21. Туренко А. Н., Богомолов В. А., Степченко А. С. и др. Компьютерное проектирование и расчет на прочность деталей автомобиля: учеб. пособие. Харьков: Харьк. автодор.ун-т, 2003. 336 с.
  22. Клованич С. Ф. Метод конечных элементов в нелинейных задачах инженерной механики. Запорожье: Мир геотехники, 2009. 400 с.
  23. Бидерман В. Л. Теория механических колебаний: учеб для вузов. М.: Ленанд, 2017. 405 с.

 

Надійшла до редакції 21 травня 2021 р.