Адаптация экспертной системы оценки НДС к защитной оболочке энергоблока №2 Ростовской АЭС Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ИЗЫСКАНИЕ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ, ^ СТРОИТЕЛЬСТВО И МОНТАЖ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ АЭС

УДК 624.04.45.001.3

АДАПТАЦИЯ ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ ОЦЕНКИ НДСК ЗАЩИТНОЙ ОБОЛОЧКЕ ЭНЕРГОБЛОКА № 2 РОСТОВСКОЙ АЭС

© 2013 г. В.Н. Медведев*, Александр С. Киселев*, Алексей С. Киселев*, А.Н. Ульянов*, В.Ф. Стрижов*, Е.А. Потапов**

* Институт проблем безопасного развития атомной энергетики РАН, Москва ** Ростовская АЭС, Волгодонск, Ростовская обл.

Поступила в редакцию 15.02.2013 г.

Выполнена адаптация «Экспертной системы оценки напряжённо-деформированного состояния защитных оболочек блоков АЭС с ВВЭР» к энергоблоку №2 Ростовской АЭС. Результаты расчета напряженно-деформированного состояния и оценки прочности защитной оболочки при прогнозируемом на 2013 г. уровне усилий в арматурных кантах показали, что прочность оболочки при воздействии проектной аварии обеспечивается.

Ключевые слова: защитная оболочка, арматурные канаты, бетон, напряжения, усилия.

ВВЕДЕНИЕ

Для оценки напряженно-деформированного состояния и обеспечения работоспособности защитных оболочек АЭС на протяжении всего срока эксплуатации по заказу Концерна «Росэнергоатом» в ИБРАЭ РАН разработана экспертная система, позволяющая выполнять расчетный анализ всего сооружения с учетом эксплуатационных и аварийных нагрузок [1, 2].

Экспертная система состоит из программного комплекса СОКТ, получающего в автоматическом режиме в качестве исходных данных информацию с датчиков силы НВ005, а также датчиков контрольно-измерительной аппаратуры (КИА).

В рамках данной работы выполнена адаптация «Экспертной системы оценки напряжённо-деформированного состояния защитных оболочек блоков АЭС с ВВЭР» к энергоблоку № 2 Ростовской АЭС.

Необходимость применения экспертной системы обусловлена еще и тем обстоятельством, что датчики КИА в течении длительного периода эксплуатации защитных оболочек могут выходить из строя в различные периоды времени, а проектный срок службы приборов ограничен.

1. Результаты контроля напряженного состояния защитной оболочки 2-го энергоблока Ростовской АЭС

Ниже приведены результаты эксплуатационного контроля защитной оболочки 2-го энергоблока Ростовской АЭС.

©Издательство Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», 2013

1.1. Результаты контроля усилий в арматурных канатах СПЗО с помощью гидродомкрата

В соответствии с требованиями РД ЭО-0130-98 в период технического обслуживания (ТО) системы преднапряжения защитной оболочки (СПЗО) проводится контроль остаточного усилия натяжения арматурных канатов с помощью штатных гидродомкратов методом отрыва гайки анкера. Для контроля усилия в арматурных канатах гидродомкрат устанавливается на тяжной анкер и соединяется с коушем армоканата специальным соединительным пальцем. Точность измерения усилий натяжения канатов находится в пределах 2%.

Результаты измерения остаточных усилий в арматурных канатах в период ТО СПЗО-2011 и ТО СПЗО-2012 показали, что в цилиндре оболочки средние величины колебались от 890 до 894,78 тс, а в куполе - от 884,67 до 873,08 тс. Результаты измерений показывают, что за рассматриваемый период времени нет тенденции к снижению усилий в канатах во времени, что свидетельствует о надежной работе системы преднапряжения защитной оболочки за рассматриваемый период времени.

Полученные результаты контроля усилий вводились в качестве исходных данных для расчета НДС при оценке работоспособности защитной оболочки наряду с результатами, получаемыми по показаниям датчиков силы ПСИ-01.

1.2. Результаты контроля усилий в арматурных канатах СПЗО по показаниям датчиков силы ПСИ-01

Датчики силы ПСИ-01, предназначенные для измерения усилий на тяжных концах арматурных канатов, были установлены на защитной оболочке 2-го энергоблока Ростовской АЭС в количестве 60 штук. При этом 44 датчика было установлено на тяжных концах арматурных канатов цилиндра и 16 датчиков на тяжных концах арматурных канатов купола.

В цилиндрической части датчики устанавливались на арматурных канатах трех групп: группу канатов без дополнительных отгибов, группу канатов с дополнительными отгибами и группу канатов, огибающих крупные технологические проходки.

- Ц-44а Ц-44б Ц-47а Ц-47б Ц-55а Ц-55б Ц-60а Ц-60б Ц-67а Ц-67б

Дата

Рис. 1. Изменения усилий на тяжных анкерах арматурных канатов цилиндра защитной оболочки за период а 23.01.2010 по 26.06.2012 года, полученные с помощью датчиков силы ПСИ-01.

830

810

790

770

750

730

710

690

670

В куполе датчики устанавливались на группу канатов центральной зоны, средней зоны и пограничной зоны.

Для оценки напряженно-деформированного состояния защитной оболочки во времени в первую очередь следует проследить за динамикой изменения усилий в арматурныхканатахпо результатам натурных измерений на базе датчиков силы ПСИ-01 так как это наиболее надежный на сегодняшний день показатель состояния системы преднапряжения. Как показывают результаты измерений, приведенные на рисунках 1 -2, в основном характер изменения показаний этих приборов во времени выглядит достаточно убедительно. Отражаются сезонные колебания усилий, связанные с колебаниями температур в зоне установки датчиков и достаточно стабильные показания, отражающие характер снижения усилий от релаксации арматуры и ползучести бетона.

790 1

780 - -4---------------------------

770 ---------чЧ------------------------

и \

!7601------ШШй 1 '

1 750 -----------------------------

Л

740 ------------------------—«Г----

730 -------------------------------

720 -I------------------------------

ООООООООООООт-т-т-т-т-т-т-т-т-т-т-т-СМСМСМСМСМСМ

оооооооооооооооооооооооооооооо

ООООООООО-'-т-т-ООООООООО-'-т-т-ОООООО

смсмсмсмсмсмсмсмсмсмсмсмсмсмсмсмсмсмсмсмсмсмсмсмсмсмсмсмсмсм

Дата

Рис. 2. Средние значения усилий на тяжных анкерах арматурных канатов цилиндра и купола защитной оболочки за период с 23.01.2010 по 26.06.2012° года, полученные с помощью датчиков силыПСИ -01.

1.3. Измерения перемещения защитной оболочки энергоблока №2 Ростовской АЭС геодезическими методами

На Ростовской АЭС в период с 30 октября по 17 ноября 2009 г. были выполнены работы по определению геометрических параметров защитной оболочки второго энергоблока Ростовской АЭС в период её испытаний. В результате работ определялись деформационные характеристики купольной и цилиндрической частей оболочки, вызванные изменением давления внутри оболочки [3].

Для решения поставленных задач разработаны специальные технологии контроля, учитывающие специфику данного вида работ, для определения деформационных геометрических параметров поверхностей исследуемого объекта.

Измерения выполнялись в соответствии с этапами изменения давления внутри защитной оболочки. Результаты измерений перемещений защитной оболочки энергоблока № 2 Ростовской АЭС в графическом виде представлены на рисунке 3.

В целом анализ перемещений контролируемых точек свидетельствует о неравномерных деформациях как купольной, так и цилиндрической частей оболочки,

-и— супол 4 или ндр

*

( г - ^

/

причем изменение формы оболочки детерминирует изменение формы подкранового пути полярного крана реакторного отделения

Таким образом, способ определения деформационных характеристик защитной оболочки реакторного отделения АЭС геодезическими методами позволяет получить полную картину о происходящих изменениях в сооружении.

При анализе НДС защитной оболочки с применением экспертной системы представляется возможность сравнения полученных результатов с расчетными параметрами, что повышает надежность информации о состоянии сооружения.

Поскольку датчики КИА в течение длительного периода эксплуатации защитных оболочек могут выходить из строя в различные периоды времени, а проектный срок службы приборов ограничен, представляется целесообразным доработать и применять альтернативные методы, позволяющие фиксировать изменения геометрии сооружения и интерпретировать получаемые данные для оценки параметров напряженно-деформированного состояния оболочки с применением детальных трехмерных моделей сооружения и современных численных алгоритмов.

Рис. 3. Перемещения защитной оболочки энергоблока №2 Ростовской АЭС при испытании

внутренним давлением

2. Особенности методики расчета НДС защитной оболочки

Для оценки достаточности уровня обжатия защитной оболочки, обеспечивающей работоспособность конструкции при проектной аварии, выполняются расчеты НДС оболочки от действия преднапряжения с учетом прогнозируемых значений усилий в арматурных канатах на последующий период эксплуатации с учетом показаний датчиков ПСИ-01, установленных под анкерами арматурных канатов, обеспечивающих получение фактических значений усилий на анкерах арматурных канатов, собственного веса, температурного градиента обусловленного перепадом температуры внутри и снаружи оболочки при эксплуатации и при протекании аварии, распора от облицовки, а также аварийного внутреннего давления. При расчете НДС, вызванного воздействием

преднапряжения, автоматически определяется коэффициент увеличения обжатия (самонатяжения канатов СПЗО) вследствие деформации оболочки при ее нагружении внутренним аварийным давлением.

Для усовершенствования работы экспертной системы оценки напряженного состояния защитной оболочки энергоблока №2 Ростовской АЭС в нее включен алгоритм учета сейсмической нагрузки.

3. Оценка прочности защитной оболочки

Наряду с анализом НДС экспертная система позволяет в любой момент времени выполнять оценку прочности защитной оболочки.

При оценке прочности рассмотрены расчетные сочетания нагрузок, учитывающие их изменение в процессе протекания гипотетической проектной аварии. Рассмотрены моменты времени 0, 0.0167, 0.5, 1, и 1.5 часа после начала аварии (поскольку, как показали предварительные расчеты, последующие моменты аварии являются менее опасными).

Проверка прочности выполняется на основе анализа результатов расчета напряженно-деформированного состояния оболочки при моделировании воздействия эксплуатационных и аварийных нагрузок с применением детальной трехмерной модели. Специализированный модуль экспертной системы дает возможность определить прочностные характеристики для ~15000 сечений по толщине оболочки, которые проходят через все наиболее нагруженные зоны с учетом текущего состояния системы преднапряжения и показаний датчиков ПСИ-01. Оценка прочности защитной оболочки 2-го блока Ростовской АЭС проводилась на основе проверки прочности сечений, выполненной в соответствии с требованиями ПНАЭ Г-10-007-89, СП 52-012003, СНиП 2.03.01-84 и СНиП 2.03.04-84 [4-7].

Расчетные комбинации усилий в сечениях стенки оболочки получены путем суммирования результатов расчета усилий для отдельных видов нагрузок, включающих нагрузки от собственного веса, преднапряжения, распора облицовки, аварийного давления, эксплуатационной температуры и аварийной температуры, и рассчитаны исходя из следующей формулы:

P = Весху1 + Преднапряжениеху2 + Самонатяжение при 0,4 МПаху3 + Давление 1,0 МПаху4 + Распор облицовкиху5 + (Т - T0)хy6хy7 + Т0ху8;

P = Весх0,9 + Преднапряжениех1,0 + Самонатяжение при 0,4 МПаху3 +Давление 1,0 МПаху4 +Распор облицовких1,0 +(Tt-T0)х0,9х0,65 + Т0х0.1;

где Tt - усилия от температурных воздействий проектной аварии;

Т0 - усилия от эксплуатационных температурных воздействий.

Коэффициенты в формулах задаются согласно указанному выше СНиП [5]. Для заданных нагрузок определяется предельно допустимое значение усилий в сечении с учетом расположения арматуры в сечении, механических свойств бетона и рядовой арматуры.

При оценке прочности учитывается самонатяжениепреднапрягаемой арматуры, т.е. приращение усилий в армопучках вследствие деформации оболочки от действия избыточного давления.

Запас прочности для каждого направления (окружного или меридионального) определяется по соотношению:

Запас прочности = (^ред. - Действ.)/ ^ред..

Здесь Кпред. - предельное суммарное усилие, определяемое по СНиП, с которым сравнивается Кдейств. - рассчитанное по текущим значениям усилий натяжения канатов системы преднапряжения.

Таким образом, значение запаса прочности должно находиться в пределах от 0 до 1. Чем оно ближе к нулю, тем ближе действующее усилие приближается к предельному. Если значение запаса прочности отрицательно, то в этом сечении условие прочности по СНиП 2.03.01-84 не выполняется. В случае, когда для наиболее нагруженных зон конструкции условия прочности не выполняются, экспертная система отображает эти зоны и проходящие через них канаты на развертках канатов СПЗО.

Результаты расчета НДС и оценки прочности защитной оболочки второго блока Ростовской АЭС при прогнозируемом на 2013 г. уровне усилий в кантах СПЗО показали, что прочность оболочки при протекании гипотетической проектной аварии обеспечивается (по критерию недостижения рядовой арматурой расчетного сопротивления на растяжение). Показано, что для всех рассмотренных сечений модели (более 15000) запасы прочности положительны, т.е. требования по СНИП по прочности сечений оболочки удовлетворяются (рис. 4).

Рис. 4. Запас прочности в защитной оболочке второго энергоблока Ростовской АЭС

в меридиональном направлении

ВЫВОДЫ

Для усовершенствования работы экспертной системы оценки напряженного состояния защитной оболочки энергоблока №2 Ростовской АЭС в нее включен алгоритм учета сейсмической нагрузки.

Учитывая то обстоятельство, что существует проблема возможности использования датчиков КИА для оценки НДС защитной оболочки энергоблока №2 Ростовской АЭС, необходимо доработать и применять альтернативные методы,

позволяющие фиксировать изменения геометрии сооружения и интерпретировать получаемые данные для оценки параметров напряженно-деформированного состояния оболочки с применением детальных трехмерных моделей сооружения и современных численных алгоритмов.

Анализ результатов оценки прочности сечений защитной оболочки энергоблока №2 Ростовской АЭС показал, что условия прочности при прогнозируемом на 2013 год усилии обжатия при проектной аварии выполняются.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Медведев, В.Н. и др.Разработка экспертной системы оценки напряженного состояния для защитной оболочки 1-го энергоблока Волгодонской АЭС [Текст] / В.Н. Медведев, А.Н. Ульянов, Александр С. Киселев, Алексей С. Киселев, В.Ф. Стрижов, В.Ф. Баюклин // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. - 2008. -Спецвыпуск. - С. 107-112.

2. Медведев В.Н. и др. Модернизация экспертной системы оценки напряженного состояния защитной оболочки 1-го энергоблока Волгодонской АЭС [Текст] / В.Н. Медведев, А.Н. Ульянов, А.С. Киселев, В.Ф. Стрижов, И.А. Киселев, В.Ф. Баюклин // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. - 2009. - Спецвыпуск. - С. 90-95.

3. Кирильчик, Л.Ф. и др. Геодезическое обеспечение испытаний защитной оболочки реакторных отделений [Текст] / Л.Ф. Кирильчик, Г.А. Науменко, Ю.С. Забазнов // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. - 2010. - Спецвыпуск. - С. 130-131.

4. Нормы проектирования железобетонных конструкций локализующих систем безопасности атомных станций. ПНАЭ Г-10-007-89, Госатомэнергонадзор СССР [Текст]. - М., 1991.

5. Строительные нормы и правила. Бетонные и железобетонные конструкции. СНиП 2.03.01-84 [Текст]. - М., 1985.

6. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. СНиП 52-01-2003 [Текст]. -[Б.м., б.г.]

7. Строительные нормы и правила. Бетонные и железобетонные конструкции, предназначенные для работы в условиях воздействия повышенных и высоких температур СНиП 2.03.04-84 [Текст]. - М., 1985.

Adaptation of expert system of stressedly-deformed state value to the protective containment of power generating unit №2 at Rostov NPP method

1 2 2 V.N. Medvedev* , Alexander S. Kiselev* , Alexey S. Kiselev* ,

A.N. Ulyanov*3, V.F. Strizhov*4, E.A. Potapov**

*Institute of Nuclear Energy Safe Development, Russian Academy of Sciences, 52 BolshayaTulskaya St., Moscow, Russia 115191 ** Rostov Nuclear Power Plant, Volgodonsk-28, Rostov region,Russia 347388, e-mail: tn17046@yandex.ru e-mail1,3: cont@ibrae.ac.ru , e-mail2: kis-rncki@rambler.ru , e-mail4: vfs@ibrae.ac.ru

Abstract- Adaptation of «Expert system of stressedly-deformed state value of the NPP units'

protective containments with WWER» to the power generating unit №2 at Rostov NPP is done.

The results of protective containment strength and stressedly-deformed state value at the

predictable for 2013 level of pressure in tendons showed that protective containment strength was

guaranteed even in the conditions of design accident.

Keywords: containment, tendons, concrete, tension, pressure.