Расчет верхнего блока и приводов СУЗ в APM WinMachine
Верхний блок и приводы СУЗ
В данном разделе приведены результаты расчета на сейсмостойкость верхнего блока и приводов СУЗ типа ШЭМ-М.
В верхнем блоке (ВБ) реактора ВВЭР-1000 располагаются СУЗ, рабочим органом (РО) которого являются поглощающие стержни системы управления и защиты (ПС СУЗ), предназначенные для быстрого прекращения ядерной реакции в активной зоне, поддержки мощности реактора на заданном уровне и ее переход с одного уровня на другой.
Конструктивно верхний блок состоит из траверсы с дистанцирующими решетками, крепящейся на 6-и стойках. Стойки жестко закреплены на корпусе реактора.
Дистанцирующие решетки (и верхние и нижние) представляют собой диафрагмы с отверстиями, в отверстия которых вставляются шаговые электромагнитные (ШЭМ) приводы стержней защиты. С помощью этих приводов происходит управление стержнями защиты (их подъем и опускание).
В аварийном режиме происходит обесточивание устройств ШЭМ, и под действием собственного веса внутренние штанги со стержнями защиты вводятся в активную зону реактора и останавливают ядерную реакцию.
Расчеты на сейсмостойкость выполнялись в соответствии с требованиями ПНАЭ Г-7-002-86, «Нормы расчёта на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок».
Так же при выполнении работы учитывались рекомендации, приведенные в следующих документах МАГАТЭ:
- «Seismic Design and Qualification for Nuclear Power Plants» Safety Standards Series №NS-G-1.6, IAEA, Vienna. 2003;
- «Evaluation of Seismic Safety for Existing Nuclear Installation» Safety Standards Series №NS-G-2.13, IAEA, Vienna, 2009;
- «Seismic Evaluation of Existing Nuclear Power Plants», Safety Reports Series № 28, IAEA, Vienna, 2003.
На основании рекомендаций перечисленных выше материалов МАГАТЭ анализ сейсмостойкости оборудования и трубопроводов проводится методом граничной сейсмостойкости (МГС).
Расчет проводился в программном продукте APM WinMachine.
Исходные данные
В соответствии с рекомендациями МАГАТЭ анализ сейсмостойкости оборудования и трубопроводов АЭС, находящихся в эксплуатации, проводится с использованием метода граничной сейсмостойкости (МГС).
В соответствии с ПНАЭ Г-5-006-87 приводы СУЗ должны рассчитываться на сочетание нагрузок НУЭ и НУЭ+МРЗ.
Нагрузки на элементы ВБ в режиме НУЭ – будут обусловлены действием только силы тяжести, а в режиме НУЭ+МРЗ к ним будет добавлены усилия сейсмического характера.
Оценка сейсмостойкости выполнялась с использованием сейсмического воздействия с максимальным пиковым ускорением 0,12g.
В расчете значение относительного демпфирования принимался 2% относительно критического.
Расчетная модель
Расчетная модель создавалась на основе чертежей верхнего блока. Верхний блок реактора установлен вертикально, нижней опорой которого служит верхняя крышка реактора. Причем основание стоек к ней приварено, а привод ШЭМ вставляется в специальную втулку, также жестко закрепленную в верхней крышке.Все это говорит о том, что и стойки верхнего блока, и стержни СУЗ имеют опоры в виде заделок, в которых реакции будут не только в виде сил, но и в виде моментов.
Расчётная модель включает в себя все основные элементы ВБ – траверсу, дистанцирующие решетки и стержни ШЭМ. При построении расчётной модели в модуле APM Structure3D для траверсы, дистанцирующих решеток и т.п. использовался конечный элемент «оболочка». Стойки, а также стержни ШЭМ – моделировались с помощью стержневых конечных элементов, типа «балка». Для обеспечения возможности осевого смещения стержней ШЭМ в дистанцирующих решетках использовалось освобождения связей в осевом направлении в общем узле, соединяющие эти стержни с узлами решетки.
Поскольку отверстия в дистанцирующей решетке только направляют стержни СУЗов, позволяя им смещаться в осевом направлении и препятствующие его радиальным перемещениям, то данное обстоятельство должно быть учтено в модели.
Результаты расчета
Расчет на сейсмические воздействия выполнялся линейно-спектральным методом с учетом разного количества используемых собственных частот по различным направлениям колебаний. Так, например, если при расчете колебаний в плоскостях Х и Y – достаточно было учесть первую 21 собственную форму, то для корректного учета сейсмического воздействия по Z нужно было учесть первые 382 собственные формы, чтобы обеспечить сумму модальных масс по каждому из направлений не менее 90%.
Результаты расчета представлены в виде приведенных напряжений при НУЭ и сочетании НУЭ+МРЗ в элементах верхнего блока с приводами СУЗ с указанием максимальных значений.
Итоги выполненного проекта
В рамках работы выполнена оценка сейсмостойкости верхнего блока и приводов СУЗ типа ШЭМ-М.
В качестве землетрясения экспертного уровня (ЗЭУ) для выполнения расчетов принималось сейсмическое воздействие с максимальным ускорением на свободной поверхности ZPA = 0.12g.
Выполнена оценка прочности верхнего блока в соответствии с требованиями ПНАЭ Г-7-002-86, которая показала, что все элементы верхнего блока, рассмотренные в данном отчете, удовлетворяют критериям прочности при сочетании нагрузок НУЭ+МРЗ.
На основании выполненных расчетов на сейсмическое воздействие, получены величины граничной сейсмостойкости HCLPF и значения сейсмического запаса.
Минимальное значение уровня граничной сейсмостойкости верхнего блока составляет HCLPF= 0.22g.
Минимальный сейсмический запас равен 89%.
