energsecurityНадежность и безопасность энергетикиSafety and Reliability of Power Industry1999-55552542-2057ООО «НПО Энергобезопасность»10.24223/1999-5555-2017-10-4-304-309energsecurity-532Research ArticleИССЛЕДОВАНИЯ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ, РАСЧЕТЫENGINEERING, RESEARCH AND CALCULATIONSРАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВИБРОПРОЧНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ АЭС НА ОСНОВЕ КВАЗИСТАТИЧЕСКОГО ПОДХОДАCALCULATION-EXPERIMENTAL SUBSTANTIATION OF VIBRATION STRENGTH OF NUCLEAR POWER PLANT PIPELINES BASED ON THE QUASI-STATIC APPROACHГорюновО. В.GoriunovO. V.ole8@inbox.ruСловцовС. В.SlovtsovS. V.ole8@inbox.ruОАО «Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И. И. Ползунова» (ОАО «НПО ЦКТИ»)РоссияJoint-Stock Company «I. I. Polzunov Scientifi c and Development Association on Research and Design of Power Equipment» («NPO CKTI»),Russian FederationОАО «Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И. И. Ползунова» (ОАО «НПО ЦКТИ»)РоссияJoint-Stock Company «I. I. Polzunov Scientifi c and Development Association on Research and Design of Power Equipment» («NPO CKTI»)Russian Federation201724012018104304309Copyright © Горюнов О.В., Словцов С.В., 20182018Горюнов О.В., Словцов С.В.Goriunov O.V., Slovtsov S.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sigma08.ru/jour/article/view/532

В соответствии с НП-096-15 [1], управление ресурсом оборудования и трубопроводов на стадиях проектирования, эксплуатации и вывода из эксплуатации должно основываться на оценке технического состояния и остаточного ресурса; выявлении доминирующих (определяющих) механизмов старения, деградации и повреждений оборудования и трубопроводов атомных станций; постоянном совершенствовании мониторинга этих процессов старения. Несмотря на прогресс развития вычислительной техники, наблюдаемый в последние десятилетия, ее возможности все еще недостаточны для решения уравнений гидродинамики при представляющих практический интерес высоких числах Re (неустойчивость решения: достаточно малое возмущение радикально меняет устойчивость решения уравнений Навье-Стокса). Остаются нерешенными проблемы верификации CFD кодов. Из-за сложной пространственной конфигурации, различного функционального назначения трубопроводных систем АЭС, а также специфики гидроупругого взаимодействия потока и трубопровода выбор расчетных методов оценки динамического напряженно-деформированного состояния может быть сделан только на основе результатов экспериментальных измерений параметров вибрации трубопроводов. Параметрами вибрации трубопроводов являются виброускорение, виброскорость и виброперемещение. Вибрация трубопроводов с точки зрения ресурса относится к многоцикловой усталости, особенности которой требуют использования консервативных подходов при обосновании вибропрочности трубопроводов. Поскольку трубопроводы работают в пределах упругих деформаций, то для проверки их прочности при зависящей от времени нагрузке можно в ряде случаев использовать квазистатический расчет. На примере численного эксперимента показано использование квазистатического подхода, дающего удовлетворительные результаты. Обоснованное применение квазистатического подхода основано на анализе спектральной плотности виброперемещений трубопровода в различных точках измерения и может эффективно применяться для оценки вибронапряженного состояния, трещиностойкости и обоснования вибропрочности трубопроводов АЭС.

 

In accordance with NP-096-15 [1], management of equipment and pipelines resources at the stages of design, operation and decommissioning should be based on the evaluation of the technical condition and residual life; identifi cation of the dominant (controlling) mechanisms of aging, degradation and damage of equipment and pipelines of nuclear power plants (NPP); the constant improvement of monitoring processes of aging, degradation and damage of equipment and pipelines of nuclear power plants. Despite the progress in computer development in recent decades, its capabilities are still insuffi cient to solve equations of hydrodynamics when high Re numbers are of practical interest (solution instability: arbitrarily small perturbation radically alters the stability of the solution of the Navier-Stokes equations). Challenges remain in the verifi cation of CFD codes. Due to the complex spatial confi guration of diff erent functional purpose piping systems of NPPs, as well as the specifi cs of the hydro-elastic interaction of the fl ow and tubing, calculation methods to evaluate the dynamic stress-strain state can be selected only based on the results of experimental measurements of vibration parameters of pipelines. The vibration parameters of the pipelines are the vibrational acceleration, velocity and displacement. Vibration of piping from the point of view of resource is classifi ed as high cycle fatigue, which, due to its specifi cs, requires adopting conservative approaches in substantiation of vibration strength of pipelines. As the pipelines are operating within the elastic deformation, the strength test with time-dependent load can in some cases be replaced with a quasistatic calculation. A numerical experiment illustrates the application of the quasistatic approach that gives satisfactory results. Substantiated application of the quasistatic approach is based on the analysis of the spectral density of the pipeline vibration at diff erent points of measurement and can be eff ectively used to assess vibrostresses, fracture toughness and substantiation of vibration strength of NPP pipelines.

 

управление ресурсомвибрация трубопроводовкритерии вибропрочностидинамические напряженияостаточный ресурстрещиностойкостьresource managementvibration of pipelinevibration strength criteriadynamic stressesresidual lifecrack resistanceReferencesНП-096-15 Требования к управлению ресурсом оборудования и трубопроводов атомных станций. Основные положения.NP-096-15 Requirements for resource management of equipment and pipelines of nuclear power plants. Basic provisions.Костовецкий Д. Л. Прочность трубопроводных систем энергетических установок. Л.: Энергия, 1973. 264 с.Kostovetsky D. L. Strength of pipeline systems of power plants. L.: Energia, 1973. 264 p.Самарин А. А. Вибрации трубопроводов энергетических установок и методы их устранения. М.: Энергия, 1979. 288 с.Samarin A. A. Vibration of power plant pipelines and methods of their elimination. Moscow: Energia, 1979. 288 p.Аксенов В. И., Алешин Г. Н., Давиденко Н. Н. Эрозионный износ элементов трубопроводов ТЭС и АЭС. СПб.: СПбГПУ, 1996. 109 с.Aksenov V. I., Aleshin G. N., Davidenko N. N. Erosive wear of pipeline components of TPPs and nuclear power plants. SPb .: SPbSPU, 1996. 109 p.Григорьев Л. Я. Самокомпенсация, вибрация и сотрясение трубопроводов. Л.: Энергоатомиздат, 1985. 160 с.Grigoryev L. Ya. Self-compensation, vibration and shaking of pipelines. L.: Energoatomizdat, 1985. 160 p.Антикайн П. А. Обеспечение надежной эксплуатации трубопроводов тепловых электростанций // Теплоэнергетика. 2000. No4. С. 2 – 5.Antikain P.A. Maintenance of reliable operation of pipelines of thermal power stations // Teploenergetika. 2000. №4. C. 2 – 5.ПНАЭ Г-7-002-86 Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов АЭУ. М.: Энергоатомиздат, 1989.PNAE G-7-002-86 Norms for calculating the strength of equipment and pipelines AEU. Moscow: Energoatomizdat, 1989.РД 10-249-98 Нормы расчета на прочность стационарных паровых и водогрейных котлов и трубопроводов пара и горячей воды, 2001.RD 10-249-98 Norms for calculating the strength of stationary steam and hot water boilers and steam and hot water pipelines, 2001.Горюнов О. В., Словцов С. В. Проблемы обоснования вибропрочности трубопроводов АЭС. СПб.: Издательство Политехнического университета, 2017, 143 с.Goryunov O. V., Slovtsov S. V. Problems of justifying the vibration resistance of NPP pipelines. St. Petersburg: Polytechnic University, 2017, 143 p.Хэйвуд Р. Б. Проектирование с учетом усталости. М.: Машиностроение, 1969. 550 с.Heywood R. B. Designed for fatigue. M.: Mechanical Engineering, 1969. 550 p.Карзов Г. П., Марголин Б. З., Швецова В. А. Физикомеханическое моделирование процессов разрушения – СПб.: Политехника, 1993. – 391 с.Karzov G. P., Margolin B. Z., Shvetsova V. A. Physical and mechanical modeling of processes of destruction – SPb.: Polytechnic, 1993. – 391 p.Горюнов О. В., Михайлов В. Е., Словцов С. В. Неопределенность оценки меры поврежденности при гигацикловом нагружении // Тяжелое машиностроение. 2017. No8. С. 29 – 33.Goryunov O. V., Mikhailov V. Ye., Slovtsov S. V. Uncertainty of assessing the measure of damage when gigacycle loading Heavy machinery. 2017. No. 8. pp. 29 – 33.Гарбарук А. В., Стрелец М. Х., Шур М. Л. Моделирование турбулентности в расчетах сложных течений. Учебное пособие. – СПб.: Политехнический университет, – 2012. – 88 с.Gabarcuk A. B., Strelets M. Kh., Shur M. L. Modelling of turbulent in solution of diffi cult fl ow. Study. – SPb.: Polytechnic university – 2012. – 88 p.Лурье А. И. Нелинейная теория упругости. М.: Наука 1980. 513 с.Lurie A. I. Nonlinear theory of elasticity. Moscow: Nauka 1980. 513 p.Словоцов С. В., Солдатов А. С., Синильщиков А. Е., Горюнов О. В. Опыт выполнения работ по замеру параметров вибрации и оценке вибронапряженного состояния трубопроводов СВБ реакторной установки РБМК-1000 // Контроль. Диагностика. No11, 2016. С. 26 – 33.Slovotcov S. V, Soldatov A. S., Sinil'shchikov A. E., Goryunov O. V. Experience in the performance of work on measuring the vibration parameters and estimating the vibro-stressed state of the RBMK-1000 reactor SVB pipelines // Control. Diagnostics. No. 11, 2016. pp. 26 – 33.Измерение параметров вибрации трубопроводов СВБ РУ с РБМК-1000 на 1 блоке Смоленской АЭС // С. В. Словцов, А. С. Солдатов, О. В. Горюнов, А. Е. Синильщиков, А. Ю. Лещенко, Ю. В. Осипов. Контроль. Диагностика. 2017. No8. С. 44 – 50.Slovtsov S. V., Soldatov A. S., Goriunov O. V., Sinilschikov A. E., Leschenko A. Yu., Osipov Yu. V. Measurement of vibration parameters of SIS pipelines reactor based on RBMK-1000 at 1-st block Smolenskaya NPP Control. Diagnosis. 2017. No. 8. P. 44 – 50.Трощенко В. Т. Деформирование и разрушение металлов при многоциклововм нагружении Киев.: Наук. думка, 1981. 344 с.Troshchenko V. T. Deformation and destruction of metals under multicyclic loading. Kiev: Nauk.dumka, 1981. 344 p.Гетман А. Ф. Концепция безопасности «течь перед разрушением» для сосудов и трубопроводов давления АЭС. М.: Энергоатомиздат, 1999. 258 с.Getman A. F. The safety concept of «fl ow before destruction» for pressure vessels and pipelines of nuclear power plants. M.: Energoatomizdat, 1999. 258 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.