Расчёт прочности и сейсмостойкости промышленного кондиционера для атомной станции в CAE Fidesys

 

В ноябре 2025 года компания ООО «ИскраТех» выполнила расчёт промышленного кондиционера, предназначенного для работы на атомной станции, на прочность и сейсмостойкость. Расчёт проведён в соответствии с нормативными документами НП-031-01, ПНАЭ Г-7-002-86 в программном комплексе CAE Fidesys.

Цель и задачи проекта

• Проверка устойчивости изделий к сейсмическим воздействиям уровня ПЗ (8 баллов по шкале MSK-64 и высотной установке изделий на отметках до +4,8 м), заданными в соответствии со спектрами ответа, приведенными в техническом задании.
• Подтверждение соответствия изделий II категории сейсмостойкости по НП–031–01.

Реализация проекта

Такой подход позволяет корректно учитывать геометрию и особенности работы конструкции, сочетая преимущества оболочечных и балочных моделей.

Построенная конечно-элементная модель включает 143 429 узлов и 133 027 конечных элементов (балочных и оболочечных). Для оценки качества сетки оболочечных элементов применялась метрика формы, отражающая степень близости элемента к идеальной (квадратной) форме. Высокое качество сетки обеспечивает точность расчёта и достоверное распределение напряжений в конструкции (рисунок 3). 

Нагрузки

В качестве нагрузки от режима ПЗ принимаются обобщенные спектры ответа, соответствующих интенсивности землетрясения 8 баллов по шкале MSK-64, при относительном демпфировании 4% и высотной отметке +4,8 м, представленных в техническом задании на промышленный кондиционер.

Критерии прочности

Допускаемые напряжения в режиме НЭ + ПЗ

Допускаемые напряжения при сейсмических нагрузках для сочетания нагрузок НЭ + ПЗ рассчитаны по нормам НП−031−01. Значения для соответствующих расчетных групп напряжений приведены в таблице 1.

Элементы промышленного кондиционера	Материал	Расчетные группы категорий напряжений	Допускаемое напряжение	Значение допускаемого напряжения, МПа
Профиля; Листы	316L	(σНЭ+ПЗ)1	1,5[σ]	196
Профиля; Листы	316L	(σНЭ+ПЗ)2	1,9[σ]	248
Профиля; Листы	316L	(τНЭ+ПЗ)s	0,8[σ]	104
Болты; Анкера	A4-50	(σНЭ+ПЗ)mw	1,5[σ]w	375
Болты; Анкера	A4-50	(σНЭ+ПЗ)4w	2,3[σ]w	575
Болты; Анкера	A4-50	(τНЭ+ПЗ)s	0,8[σ]w	200

Расчетный анализ динамических характеристик изделия

Результаты расчета частот собственных колебаний представлены в таблице 2. Низшая расчетная частота собственных колебаний составила 2,79 Гц и обусловлена колебаниями рамы. На рисунках 4–8 представлены собственные формы колебаний первых пяти частот.

Номер формы собственной частоты	Частота, Гц
1	2,77
2	4,26
3	4,33
4	4,55
5	5,25

Результаты проекта

Расчёт на сейсмические воздействия выполнялся по НП−031−01 с учетом 200 собственных форм колебаний.

В качестве критериев прочности приняты:

• Прочность корпусных элементов, опорной рамы;
• Прочность крепления корпусных элементов к опорной раме;
• Прочность крепления оборудования;
• Прочность анкерных креплений.

Поле эквивалентных напряжений в материале элементов промышленного кондиционера (σ_s)^пз_экв, МПа, в сочетании нагрузок НЭ+ПЗ показано на рисунках 9 и 10.

В местах наибольших эквивалентных напряжений получены значения в группах напряжений (σ_s^нэ+пз)₁ ,(σ_s^нэ+пз)₂, (τ_s^нэ+пз)_s. Результаты представлены в таблице 3.

Как видно из результатов расчета (таблица 3), максимальные напряжения для каждого элемента промышленного кондиционера не превышают допускаемых величин (таблица 2). Расчёт болтовых и анкерных соединений показал, что условия прочности выполняются при применении анкеров и болтов класса прочности A4-50 и выше. Таким образом, прочность промышленного кондиционера от сейсмического воздействия обеспечена.

Заключение

В данной статье представлены результаты расчёта промышленного кондиционера, предназначенного для эксплуатации на атомной станции, на прочность и сейсмостойкость. Для анализа использовалась геометрическая модель, предоставленная заказчиком, которая была дискретизирована в балочно-оболочечной постановке методом конечных элементов.

В расчётах учитывались вес оборудования и работа антивибрационных опор, смоделированных дискретными элементами с линейной жёсткостью. Все крепёжные элементы, включая болты и анкера, были представлены балочными элементами. Для учёта сейсмического воздействия приложены спектральные нагрузки и выполнен модальный анализ. В рамках модального анализа рассчитаны 200 собственных частот, что обеспечило исследование рабочего диапазона до 50 Гц — максимальной частоты исходного спектра.

В результате расчёта в CAE Fidesys были получены поля напряжений (см. рис. 9 и 10), из которых впоследствии извлечены необходимые группы напряжений — (σ_s^нэ+пз)₁ , (σ_s^нэ+пз)₂ , (τ_s^нэ+пз)_s (см. таб. 3).  Далее полученные значения были сопоставлены с допускаемыми напряжениями (см. таб. 1) согласно нормативным требованиям НП-031-01.

Проведена проверка прочности всех основных элементов конструкции: корпусных деталей, опорной рамы, креплений корпусных элементов и оборудования, а также анкерных соединений. Расчётные напряжения были сопоставлены с нормативно допустимыми значениями. Результаты показали, что конструкция соответствует требованиям ПНАЭ Г-7-002-86 и НП-031-01 в части сейсмостойкости и сохраняет прочность, целостность и работоспособность при сочетании нормальной эксплуатации и сейсмических нагрузок (режим НЭ+ПЗ).

Список литературы:

1. НП-031-01 Нормы проектирования сейсмостойких атомных станций;
2. ПНАЭ Г-7-002-86 Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок;
3. ГОСТ 7350–77 Прокат из коррозионно-стойких сталей. Технические условия (для проката из стали 03Х17Н14М3, аналог 316L);
4. ГОСТ ISO 3506-1–2014 Механические свойства коррозионно-стойких нержавеющих крепежных изделий. Часть 1. Болты, винты и шпильки.

Получить консультацию

Заполните форму прямо сейчас, и мы свяжемся с Вами!

* Обязательные поля для заполнения