Расчетное определение сейсмостойкости оборудования атомных электростанций

image_print
DOI https://doi.org/10.15407/pmach2021.02.024
Журнал Проблемы машиностроения
Издатель Институт проблем машиностроения им. А.Н. Подгорного Национальной академии наук Украины
ISSN 2709-2984 (print), 2709-2992 (online)
Выпуск Том 24, № 2, 2021 (июнь)
Страницы 24–36

 

Авторы

С. А. Пальков, Акционерное общество «Турбоатом» (61037, Украина, г. Харьков, пр. Московский, 199), e-mail: sergpalkov@gmail.com, ORCID: 0000-0002-2215-0689

И. А. Пальков, Акционерное общество «Турбоатом» (61037, Украина, г. Харьков, пр. Московский, 199), e-mail: igorpalkov1987@gmail.com, ORCID: 0000-0002-4639-6595

 

Аннотация

Предложен алгоритм подтверждения сейсмостойкости оборудования расчетным методом и определены границы его применения. Разработана математическая модель оборудования и приведен пример определения собственных частот и напряжений в конструкции в трехмерной постановке. Использованы два основных типа расчета – статический и динамический. В статическом расчете определялось напряженно-деформированное состояние конструкции. Проведено сравнение значений полученных напряжений с допустимыми для применяемых материалов, на основании чего были сделаны выводы о прочности конструкции при сейсмическом воздействии. Результатом динамического расчета стало определение жесткости конструкции. Сравнение полученных значений напряжений с допустимыми для данного оборудования позволило сделать вывод о его устойчивости к сейсмическому воздействию. Оценка сейсмостойкости выполнена на примере конденсатора паровой турбины К-1000-60/1500. Расчет на сейсмостойкость указанного оборудования выполнен при интенсивности сейсмического воздействия 6 баллов по шкале MSK-64. В ходе решения поставленной задачи получены результаты распределения напряжений в корпусе и других элементах конструкции конденсатора от действия нагрузок при нормальной эксплуатации и проектном землетрясении. Расчет оборудования на сейсмостойкость выполнен с помощью метода конечных элементов. Это позволило представить сплошное тело в виде совокупности отдельных конечных элементов, взаимодействующих между собой в конечном числе узловых точек. К этим точкам прикладываются некоторые усилия взаимодействия, характеризующие влияние распределенных внутренних напряжений, действующих вдоль реальных границ смежных элементов. Для проведения такого расчета в пакете CAD моделирования создана трехмерная модель. Полученная геометрическая модель импортирована в программный комплекс, что позволило существенно сократить трудоемкость. Применение расчетного метода позволяет значительно снизить объем испытаний при подтверждении сейсмостойкости оборудования. Получены результаты пространственного сложного напряженного состояния конструкции конденсатора паровой турбины от действия нагрузок во время нормальной эксплуатации и проектного землетрясения.

 

Ключевые слова: турбина, сейсмостойкость, напряжение, землетрясение, акселерограмма, конечный элемент, собственная частота

 

Литература

  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.

 

Поступила в редакцию 21 мая 2021 г.