РАСЧЕТЫ МЕХАНИКИ И ПРОЧНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ


Проектирование траверс для упаковки САО для Курской АЭС

     Разработка двух траверс для упаковки САО (тип 1 и тип 2) была выполнена НТЦ «АПМ» по заказу ООО «УфаАтомХимМаш» для Курской АЭС. Траверса тип 1 представляет из себя рамную конструкцию с 4-мя механизмами запирания, приводимыми в рабочее положение вручную. Траверса тип 2 является аналогичной конструкцией с управлением механизмами запирания дистанционно, из кабины крана.

Рисунок 1 - Траверса для упаковки САО тип 1.

Рисунок 2 – Траверса для упаковки САО тип 2.

     Назначение и область применения

     Траверсы применяются в транспортно-технологических операциях по обращению с упаковкой САО. Кроме того, траверса тип 2 также применяется для транспортировки плит перекрытия каньона. Траверсы применяются в здании 223, Курской АЭС (ХТРО-III). Траверсы предназначены для эксплуатации в закрытом отапливаемом помещении при температуре +10°С…+35°С и относительной влажности воздуха до 80% при температуре +25°С. Категория помещений согласно СП 12.13130.2009 «Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной опасности» - В4.

     Технические характеристики

Грузоподъемность, т

8

Способ подвеса

Через палец в подвесе крана

Усилие на рукоятке механизма запирания, Н

Не более 120

Категория сейсмостойкости по НП 031-01

II

Категория безопасности по НП 001-15

Категория по СП АС-03

II

Климатическое исполнение по ГОСТ 15150-69

УХЛ4

     Описание конструкции

     Траверса представляет собой сварную раму с закрепленными на ней механизмами запирания.

Рисунок 3 - Траверса для упаковки САО тип 1 (лист 1).

Рисунок 4 – Траверса для упаковки САО тип 1 (лист 2).

     Принцип работы

     Траверса, подвешенная на кран, опускается на упаковку САО, конструкция запирающих ключей позволяет облегчить попадание их в угловые фитинги упаковки. Запирание механизма происходит путем поворота ключа на 90°. Поворот осуществляется ручным способом (траверса тип 1) или электрическим приводом, дистанционно (тип 2).

     Расчеты на прочность и сейсмостойкость

     В рамках поверочного расчета для конструкции траверсы (тип 1) необходимо выполнить следующие виды расчетов:

     - расчёт на статическую прочность;

     - расчёт на сейсмические воздействия.

     В рамках расчета на статическую прочность были проведены два вида расчета:

     1) на максимальные (предельные) нагрузки рабочего состояния в 16т (двукратная нагрузка от полного (номинального) груза в 8т);

     2) на особые нагрузки в 56т (семикратная нагрузка от полного (номинального) груза в 8т).

     Категория сейсмостойкости траверсы по НП-031-01 – II. Согласно классификации «Норм проектирования сейсмостойких атомных станций», изделия, относящиеся ко II категории сейсмостойкости, должны сохранять работоспособность после прохождения землетрясения интенсивностью до ПЗ включительно. Таким образом расчет сейсмостойкости производился на нагрузки в режиме НУЭ+ПЗ значения которых принимались по спектрам ответа на отметке установки крана +20.000.

     Расчеты на статическую прочность и сейсмостойкость проводились с помощью модуля APM Structure3D, входящего в состав системы APM WinMachine 13 ХЕ.

     Расчетная модель траверсы в APM Structure3D, при нормальных условиях эксплуатации представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 – Расчетная модель траверсы в Structure3D

Рисунок 6 – Карта распределения эквивалентных напряжений в конструкции траверсы, МПа

     При построении расчетной модели использовался 10-ти узловой конечный элемент (тетраэдр). Данный элемент имеет три степени свободы в каждом узле в виде проекций перемещений узлов на оси системы координат.

     Кинематические граничные условия задавались в виде запрета всех перемещений точек на поверхности отверстия проушины.

     Силовые граничные условия задавались в виде силы 160000 Н, распределенной по внутренней поверхности отверстий, за которые крепятся стропы.

     Результаты расчета напряженно-деформированного состояния траверсы представлены на рисунках 6 и 7.

Рисунок 7 – Карта максимальных перемещений в конструкции траверсы, мм

Рисунок 8 – Диаграмма деформирования для стали используемой в расчете в Structure3D

     При нелинейном статическом расчете на предельные нагрузки при аварийных условиях эксплуатации приняли билинейную модель упругопластического поведения материала. На основе характеристик материала, используемого в расчете, задали диаграмму деформирования (рисунок 8)

     Кинематические граничные условия задавались в виде запрета всех перемещений точек на поверхности отверстия проушины.

     Силовые граничные условия задавались в виде силы 560000 Н, распределенной по платикам, установленным в местах крепления механизмов схвата.

     Результаты расчета напряженно-деформированного состояния траверсы при нелинейном статическом расчете на предельные нагрузки при аварийных условиях эксплуатации представлены на рисунках 9 – 11.

Рисунок 9 – Карта распределения эквивалентных напряжений в конструкции траверсы, МПа

Рисунок 10 – Карта максимальных перемещений в конструкции траверсы, мм

Рисунок 11 – Карта полных деформаций в конструкции траверсы

Рисунок 12 – Конструкция механизма схвата

     Так же был проведен расчет элементов механизма схвата на предельные нагрузки при аварийных условиях эксплуатации. Нагрузка от веса груза (контейнера) передается на раму через ключ, шайбу, муфту и обойму (рисунок 12). Наиболее ответственными и нагруженными элементами механизма являются ключ и шайба. Поэтому именно для них проводилась оценка прочности.

     Расчетная модель, созданная для определения напряженно-деформированного состояния ключа и шайбы представлена на рисунке 13.

Рисунок 13 – Расчетная модель в Structure3D

Рисунок 14 – Карта распределения эквивалентных напряжений, МПа

     Кинематические граничные условия задавались в виде запрета перемещений ключа вдоль осей x и y в местах установки подшипников скольжения и запрета перемещения шайбы вдоль оси z в месте контакта ее с муфтой.

     Силовые граничные условия задавались в виде силы 140000 Н, приложенной к ключу в месте контакта с контейнером.

     Результаты расчета напряженно-деформированного состояния элементов механизма схвата представлены на рисунках 14 и 15.

Рисунок 15 – Карта максимальных перемещений, мм

Рисунок 16 – Расчетная модель траверсы при сейсмических воздействиях в Structure3D

     Траверса для расчета на сейсмические воздействия моделировалась совместно с контейнером, крановой подвеской и канатами. Расчетная модель представляет собой трехмассовую систему (траверса, груз и крановая подвеска) подвешенную на четырех канатах и представлена на рисунке 16. Для получения правильного результата, массы всех элементов модели имеют действительные значения.

     Кинематические граничные условия задавались в виде запрета всех перемещений точек крепления канатов к крану.

     Силовые граничные условия, согласно, задавались в виде:

     - силы 160000 Н, распределенной по платикам, установленным в местах крепления механизмов схвата;

     - ускорения 3.38 м/с2 вдоль горизонтальных осей (x и y);

     - ускорения 1.89 м/с2 вдоль вертикальной оси (z).

     Результаты расчета напряженно-деформированного состояния траверсы при сейсмических воздействиях представлены на рисунке 17.

Рисунок 17 – Карта распределения эквивалентных напряжений в конструкции траверсы, МПа

      Анализируя результаты расчета, сделали вывод, что прочность элементов траверсы при расчете на предельные нагрузки при нормальных условиях эксплуатации, при аварийных условиях эксплуатации и сейсмических воздействиях обеспечена.

      Расчет траверсы (тип 2) проводился аналогичным образом.

      Заключение

      В ходе выполнения проектных работ конструкторским отделов НТЦ «АПМ» был разработан и передан заказчику следующий комплект документации:

  • Техническое задание (на основании исходных технических требований);

  • Комплект рабочей конструкторской документации;

  • Расчет на прочность конструкции;

  • Комплект нормативно-технической документации (программа и методика испытаний, паспорт, руководство по эксплуатации, руководство по ремонту, ТБ1, ТБ2, ведомость ЗИП).

© ООО НТЦ "АПМ" 2018. Все права защищены
Создание сайтов
Студия дизайна «Веб-Арена»