Система гашения механических колебаний, передающихся от строительной части сооружений на комплектное электрооборудование и/или программно-технические комплексы атомных электростанций (АЭС)
SYSTEM FOR DAMPING MECHANICAL OSCILLATIONS TRANSMITTED FROM THE BUILDING PART OF STRUCTURES TO COMPLETE ELECTRICAL EQUIPMENT AND / OR SOFTWARE AND HARDWARE OF NUCLEAR POWER PLANTS (NPP)

Область техники
Изобретение относится к средствам защиты комплектного электронного и электротехнического оборудования, а также программно-технических комплексов автоматизированной системы управления (ПТК АСУ ТП), преимущественно для АЭС, от землетрясений и техногенных воздействий, которые приводят к механическим колебаниям фундаментов сооружений, а также к средствам защиты от воздействия промышленной вибрации, приводящей к механическому старению элементов устройств, входящих в ПТК АСУ ТП и электроаппаратуру.
Известны ПТК АСУ ТП, состоящие из объединенных в сеть «Программно-технических средств (ПТС)», представляющих собой шкафы, панели, пульты, дисплейные рабочие станции, внутри которых размещена идентифицированная аппаратура (блоки устройств и единичные электронные, электротехнические, оптические, электромеханические, электроустановочные и электромонтажные устройства) - см. «Стандарт СТО 1.1.1.07.001.0675-2008 АО «Концерн Росэнергоатом» Атомные станции, АППАРАТУРА, ПРИБОРЫ, СРЕДСТВА СИСТЕМ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ, Общие технические требования, Дата введения 15.02.2009 г».
В указанном стандарте указано, что необходима классификация по сейсмостойкости и виброустойчивости: а) аппаратура, приборы и средства автоматизации в зависимости от степени их ответственности за обеспечение безопасности при сейсмических воздействиях и работоспособности после прохождения землетрясения должны быть отнесены к одной из трех категорий сейсмостойкости в соответствии с НП-031-01, с учетом их класса безопасности по ОПБ 88/97; б) в зависимости от группы условий эксплуатации и места установки аппаратура приборы и средства автоматизации должны быть отнесены к одной из четырех групп устойчивости к синусоидальным вибрационным воздействиям.
В связи с тем, что на каждом объекте, где установлена ПТК АСУ ТП, существуют различные условия эксплуатации, то для каждого объекта приходилось проектировать и квалифицировать на стойкость к внешним воздействиям индивидуальный ПТК АСУТП с индивидуально подобранными Программно-техническими средствами и элементной базой, что значительно удорожало ПТК АСУ ТП и увеличивало сроки поставки.
Наиболее близким аналогом заявляемого ПТК АСУ ТП определен «Программно-технический комплекс автоматизированной системы управления», описанный в патенте РФ №2643210.
В аналоге предусмотрено использование шкафов, панелей, пультов, дисплейных рабочих станций, внутри которых размещена идентифицированная аппаратура (блоки устройств и единичные электронные, электротехнические, оптические, электромеханические, электроустановочные и электромонтажные устройства), установленных на цоколи и/или сейсмозащитные платформы и/или демпфирующие основания, в которые встроены основания для электрической аппаратуры, состоящие из 3D - компенсаторов, датчиков вибрации, автоматических регуляторов, программируемых контроллеров, которые передают в сеть информацию об амплитудно-частотных характеристиках вибрации пола и основания ПТС (программно-технических средств).
Это позволило использование ПТС, квалифицированных для нормальных внешних воздействующих факторов (ВВФ), - в экстремальных условиях эксплуатации по сейсмике и вибрации, т.е. один и тот же ПТК АСУ ТП может быть использован в различных условиях вибрации, а для повышении надежности ПТК АСУ ТП за счет упреждающей замены элементов ПТС, механическое старение которых приблизилось к паспортному пороговому значению, в комплекс дополнительно встроена интегральная информационная платформа управления механическим старением элементов, включающая программируемый контроллер-компаратор спектральной плотности энергии (СПЭ), который соединен с информационной системой и содержит базу данных о допустимых значениях СПЭ и пороговые значения дозы вибрации элементов технических средств, предназначенный для обработки данных о вибрации, поступающих от контроллеров из оснований для электрической аппаратуры, интегрирования текущих значений СПЭ для программно-технических средств, сравнения текущих значений СПЭ с допустимыми и на основании данных о пороговых значениях вибрации для элементов технических средств и передачи в информационную сеть сигнала о необходимости выполнения регламентных работ на программно-технических средствах, которые требуется выполнить по показателям вибрации.
Однако, системы управления АЭС должны функционировать не только при землетрясениях, но и при воздействии техногенных факторов (Стандарт по безопасности МАГАТЭ, NS-G-3.1. IAEA, Vienna 2002). Проектные требования по аттестации ПТС на устойчивость к техногенным воздействиям более жесткие, чем к максимальному расчетному землетрясению (МРЗ), например для АЭС «Куданкулам» проектом регламентируется размах колебаний до ±14 мм при МРЗ, а аттестацию на устойчивость к воздействию ударной волны требуется выполнять при размахе колебаний ±32 мм (более чем в 2 раза). Для защиты от механических воздействий со стороны фундамента в основаниях для электроаппаратуры и ПТС используются сейсмозащитные платформы, которые экранируют колебания фундамента, но их габариты жестко ограничены проектными требованиями, т.к. сейсмозащитные платформы интегрируются в шкафы, соединенные в секции.
Раскрытие изобретения
Задача, которую решает изобретение: погасить большие механические колебания в ПТК АСУ ТП от техногенных воздействий и землетрясений, без увеличения габаритных размеров конструктива ПТС.
Эта задача усложняется еще одним обстоятельством: - механические колебания большого размаха присутствуют в области низких частот (1-25 Гц) и являются статистически редкими, т.к. МРЗ, падение самолета на объект (ПС), воздушная ударная волна (ВУВ) от взрыва на объекте - это редкие события, а постоянная промышленная вибрация, приводящая к старению элементов ПТС - наиболее существенная в частотном диапазоне 25-50 Гц. Промышленная вибрация успешно гасится 3D-компенсаторами, встроенными в сейсмозащитные платформы или основания сооружения, но они не могут гасить низкочастотные колебания большого размаха из-за габаритных ограничений.
Таким образом, техническим результатом изобретения является сохранение функционирования электронного оборудования и программно-технических комплексов автоматизированной системы управления АЭС при техногенных воздействиях и землетрясениях с большим размахом амплитуды колебаний фундамента, на котором размещено или установлено сооружение с оборудованием.
Упомянутые выше задача и технический результат достигаются путем создания системы гашения механических колебаний оснований сооружений для размещения и/или установки электроаппаратуры и/или программно-технического комплекса автоматизированной системы управления АЭС, включающей основание сооружения, на котором установлены и/или размещены электроаппаратура и/или программно-технический комплекс автоматизированной системы управления АЭС, где основание сооружения представляет собой несущий и/или опорный узел, в состав которого входят 3D-компенсаторы, причем система дополнительно содержит по меньшей мере одну несущую балку, по крайней мере один блок гашения низкочастотных колебаний, установленный между фундаментом сооружения для установки основания сооружения и несущей балкой или балками, на которой или которых установлены 3D-компенсаторы, при этом блок гашения низкочастотных колебаний имеет предварительно сжатый на заданную величину гаситель вертикальных колебаний, заблокированный фиксатором активатора вертикальных гашений, и гаситель горизонтальных колебаний в виде подвижной опоры, установленной на опорной пластине через сферические опоры, причем активатор выполнен таким образом, что разблокирование гасителя вертикальных колебаний происходит при достижении порогового значения амплитуды вертикальных колебаний.
Гаситель вертикальных колебаний выполнен в виде одной или множества пружин.
Активатор вертикальных гашений представляет собой механизм, содержащий фиксатор, выполненный из тарельчатой пружины, которая препятствует распрямлению пружин или пружины гасителя вертикальных колебаний, при этом фиксатор удерживается в рабочем положении, если вертикальное перемещение несущей балки относительно опорной пластины будет меньше конструктивно заданного допустимого перемещения.
Таким образом, вся совокупность перечисленных выше признаков позволяет обеспечить сохранение функционирования комплекса при техногенных воздействиях и землетрясениях с большим размахом амплитуды колебаний фундамента здания или сооружения, в котором размещены и/или установлены аппаратура комплекса АЭС.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 представлена общая схема системы гашения механических колебаний программно-технических комплексов автоматизированной системы управления, преимущественно для АЭС.
На Фиг. 2 представлена схема узла, составляющего основание для электрической аппаратуры и программно-технических комплексов автоматизированной системы управления, преимущественно для АЭС.
На Фиг. 3 представлена схема блока гашения низкочастотных колебаний.
На Фиг. 4 представлена схема механизма узла активатора.
На Фиг. 5 представлена схема конструкции 3D-компенсаторов.
Осуществление изобретения
Решение задачи представлено на фиг. 1., где оборудование ПТК АСУТП (1) устанавливается на систему гашения механических колебаний, состоящую из несущих/опорных элементов или частей сооружения, соединенных между собой, и блоков гашения низкочастотных колебаний (6), которые установлены на фундаменте (30) через шаровые опоры (14), установленные на опорной пластине (12).
По существу несущие части или опорные элементы для оборудования ПТК АСУТП (1) представляют собой соединенные или взаимосвязанные основания для электроаппаратуры (2), сейсмозащитные платформы (демпфирующие основания) (3), цоколи (4) и несущие балки (5).
Основание для электрической аппаратуры (2) показано на фиг. 2 и состоит из 3D-компенсаторов (7), установленных на несущей балке (11), к которой прикреплены контроллер - компаратор спектральной плотности энергии (СПЭ) (8), в котором автоматически осуществляется сравнение действующей вибрации с допустимым пороговым значением, и 3D-датчик для фиксации колебаний защищаемого объекта (10), а также 3D-датчика колебаний фундамента (13), которые измеряют действующее значение вибрации, при этом 3D-датчик (13) размещен на опорной пластине (12).
Блок гашения низкочастотных колебаний (6) показан на фиг. 3 и состоит из пружин сжатия (15) (может быть одна или несколько пружин), которые в сжатом состоянии размещены между несущей балкой (11) и подвижной опорой (22), размещенной над шаровыми опорами (14), а также включает активатор (21) низкочастотного блока, который состоит из анкера (16), жестко связанного с опорной пластиной (12), зацепа (18), обеспечивающего фиксирование и удержание фиксатора (19) в заданном (рабочем) положении. Зацеп (18) жестко связан с несущей балкой (11). Фиксатор (19) препятствует распрямлению пружин (15) и регулировочного стопорного винта (17), который удерживает фиксатор (19) в рабочем положении, если вертикальное перемещение несущей балки (11) относительно опорной пластины будет меньше конструктивно заданного допустимого перемещения - h, приблизительно равного величине рабочего хода 3D-компенсатора в вертикальном направлении. На фиг. 3 позицией I обозначен узел, содержащий элементы, которые составляют конструкцию активатора.
Конструкция активатора может иметь различные исполнения. Так, на фиг. 4 узел I приведен в увеличенном масштабе. На фиг. 4 показан активатор, в котором фиксатор выполнен из принудительно вывернутой тарельчатой пружины (19), которая будет приведена в нормальное состояние (20) и не препятствовать срабатыванию пружин сжатия после взаимного перемещения несущей балки (11) относительно опорной пластины (12) вверх на величину более h. После срабатывания пружин сжатия (15), несущая балка поднимается на величину, достаточную для компенсации больших вертикальных перемещений низкой частоты от техногенных воздействий. Техногенное воздействие является редким событием, поэтому после него проводятся регламентные работы, включающие принудительное сжатие пружин (15) и восстановление фиксатора в рабочем положении (19).
При этом блок гашения низкочастотных колебаний (6) в режиме нормальной эксплуатации сжат, а компенсация промышленной вибрации осуществляется за счет работы 3D-компенсаторов (7), размещенных на несущей балке.
Конструкция 3D-компенсаторов может иметь различные исполнения, на фиг. 5 показано одно из исполнений: 3D-компенсатор размещен в корпусе (23), который жестко соединен с оборудованием ПТК (1), корпус (23) через тарельчатые пружины (24) опирается на несущий элемент горизонтальных компенсаций (25), размещенный над шаровыми опорами (26), расположенными внутри 3D-компенсаторов и опирающимися на жесткую базу (27), которая соединена с несущей балкой (11). Тарельчатые пружины (24) предназначены для вертикальных компенсаций и опираются на регулировочную втулку (28), которая закреплена на анкере (29), предотвращающем опрокидывание ПТС при больших колебаниях за счет зацепления с базой (27). В несущем элементе горизонтальных компенсаций (25) и/или в месте размещения шаровых опор (26) на базе (27), могут быть выполнены сферические приямки, для гравитационного возврата компенсатора в исходное положение после прекращения горизонтальных колебаний.
Сжатый блок гашения низкочастотных колебаний (6) обеспечивает требуемые габариты ПТК, но при техногенных воздействиях со стороны фундамента возникают большие колебания, которые приводят в действие активатор и блока гашения низкочастотных колебаний (6) разжимается до габаритов, позволяющих экранировать большие колебания. После техногенных воздействий блок гашения низкочастотных колебаний (6) приводится в сжатое состояние и габариты ПТК опять соответствуют проектным требованиям.
Сущность изобретения поясняется чертежами: фиг. 1-5, где оборудование ПТК АСУТП (1) устанавливается на систему гашения механических колебаний, состоящую из соединенных между собой оснований для электроаппаратуры (2), сейсмозащитных платформ (демпфирующих оснований) (3), цоколей (4) и несущих балок (5). При этом добавляется блок гашения низкочастотных колебаний (6), который установлен на фундаменте через шаровые опоры (14), установленные на опорной пластине (12).