Сучасні проблеми геодезичного контролю експлуатаційної надійності на АЕС і методи їх розв’язання

'i(x0) = 0 (39)

за умови: x0 [ x01;x0n ] і визначимо максимальне з значень (x0i) в точках, знайдених з (39) - (x0)max.

В випадку, якщо

(x0)max < f

де f-допустима стрілка прогину колії на ділянці довжиною -l, конструкція відповідає вимогам експлуатаційної надійності, в протилежному випадку необхідне її рихтування.

Вказано також на можливість використання цього алгоритму для пошуку критичних точок і оцінки в них напружено-деформованого стану технологічних трубопроводів, що ґрунтується на залежності повздовжніх напружень згину від радіуса просторової кривини.

Приведено також вперше одержане математичне обґрунтування та строгий алгоритм однозначного розв'язку задачі визначення положення оформляючої поверхні, що забезпечує виконання робіт з рихтування в мінімальній кількості точок. Відмічено, що вперше цей підхід до визначення оптимальних даних для рихтування, запропонований проф.П.І.Бараном. Нами задача розв'язана на запропонованій нами ідеї аналізу закріплених положень покриваючого тіла шляхом пошуку параметрів, які забезпечують максимум функції М(а,в)- потужності підмножини, для якої справедлива нерівність r( l,zi) < h/2, де r( l,zi)- евклідова відстань від точки zi(xі,yі) до прямої на площині l, що задається рівнянням у = ах + в. Оскільки в просторі параметрів а,в рельєф функції М(а,в) має кусочно-постійну структуру (з постійним числом комірок), запропоновано ефективний алгоритм пошуку максимального покриття шляхом перебору комірок постійних значень і обчислення значень функції М(а,в) в цих комірках. Алгоритм, будучи комбінаторним, потребує N3 числа операцій, характерного для задач типу перемноження матриць, в той час, коли альтернативні алгоритми вимагають 2N , де N-кількість точок з заданими координатами. В випадку паралельних підкранових колій перевантажувальної машини вихідну множину N(x,y) слід задавати як суму двох підмножин N1(xi',yi'), де i=1,2...n1- кількість контрольованих точок на лівій рейці, N2(xi'-L, yi'), де i=1,2...n2-кількість контрольованих точок на правій рейці, L-проектна відстань між рейками. Цей же алгоритм без змін можна застосувати для аналізу результатів нівелювання підкранових рейок.

В цьому випадку вихідна множина повинна представляти собою величини

(xi',zi')

де z i'-висоти точок, а величина h в відповідності з технологічними допусками, наприклад, для перевантажувальної машини прийматись рівною 0,1мм. Розглянутий розв'язок може бути розповсюджений також на задачі про максимальне покриття тіл, які допускають конечне число закріплень на довільній множині точок, наприклад, кільця фіксованого розміру, многокутники, а також різноманітні комбінації цих тіл. Приведені матеріали робіт з рихтування підкранових колій 3-го блока РАЕС, які були виконані за методикою, запропонованою в роботі. Подальша експлуатація крана показала значне покращення його ходових властивостей, що підтверджує правильність розроблених рекомендацій.

П'ятий розділ роботи присвячений рішенню проблем геодезичного контролю при експлуатації реакторної установки (РУ) та головних відцентрових насосів (ГЦН). У першій частині розділу розглянуто ряд питань, пов'язаних із визначенням крену РУ тиру ВВЕР-1000 та ВВЕР-400, щорічна перевірка яких під час планово-попереджувального ремонту (ППР) вимагається спеціальним розпорядженням № 398 від 2. 06. 1993 р. Держкоматому, у якому вказується, що відхилення вертикальної осі РУ від проектного положення утруднює роботу органів системи управління та захисту реактора (ОУ СУЗ).

Оскільки крен РУ під час ППР і в період експлуатації може змінюватись під впливом технологічних переміщень значних гравітаційних мас всередині РВ, в роботі виконано дослідження величини цього впливу. Для цього на одній з АЕС за участю автора були виконані безперервні спостереження двома нахилемірними станціями (НСО), датчики яких були орієнтовані вздовж одних і тих же осей, але встановлені в різних приміщеннях. Аналіз показав, що за період між 06.1993 р. і 12.1994 р. максимальні розходження між показами приладів, орієнтованих уздовж одних і тих же осей, але в різних приміщеннях, досягли 20". Якщо ж зрівнювати ці дані з даними безпосереднього заміру крену РУ методом високоточного геометричного нівелювання системи точок на фланці РУ, то покази НСО, встановленої в безпосередній близькості від реактора (приміщення А 043/3), майже ідеально співпали з результатами, одержаними за матеріалами геометричного нівелювання системи точок на фланці РУ 15.08.1994 р. під час ППР. Різниці становлять 0,45" по осі 1 - 3 і 1,1" по осі 2-4, коли ці ж значення, за показами датчиків, встановлених у приміщенні А3-57, становлять, відповідно, 9,7" і 10,2". Тобто, можна зробити висновок, про необхідність встановлення датчиків при таких вимірах у безпосередній близькості від РУ. З другого боку, ці результати свідчать, що зміна крену фундаментної плити між її положенням під час ППР і в процесі роботи блоку не перевищує 15" і, якщо зрівняти цей показник із допустимою величиною крену -100", можна зробити висновок, що замір крену під час ППР, а саме тоді його можна виконати геодезичними методами, достатньо характеризує його і під час роботи блоку. Запропонована методика вимірів крену РУ та допоміжні пристосування, що враховують вимоги нормативних документів та специфічні умови вимірів і забезпечують надійну оцінку точності результатів. Зокрема, запропоновано крен РУ визначати через параметри оформляючої площини. Знайдені при цьому відхилення виміряних висот точок фланця РУ від оформляючої площини додатково характеризують якість зачистки, площинність фланця, а також і якість самих вимірів. Показано, що просторові кути Ейлера не дають у цьому випадку уявлення про напрямок крену - . Для його визначення, скориставшись рівнянням площини у відрізках, вперше запропоновано формулу:

= arctg([yiHi]/[xiHi])+180 (40)

де xi, yi, Hi - планові координати та виміряні висоти контрольованих точок.

На конкретних прикладах показано, що ця методика дозволяє уникнути непорозумінь, зв'язаних із неточним визначенням зміни напрямку крену РУ, який можливий при використанні методики, що ґрунтується на аналізі максимальних різниць у висотах діаметрально протилежних точок. Для автоматизованої обробки матеріалів розроблений відповідний програмний блок комплексу геодезичного контролю.

Розглянуті також проблеми зв'язані із використанням електронного мікронівелювання при оцінці експлуатаційної надійності технологічного обладнання РВ АЕС. Вказується на доцільність таких вимірів при прийомі РУ та ГЦН з монтажу в експлуатацію, після ремонтних робіт, зв'язаних з шліфуванням поверхні фланців головних рознять, коли додатково необхідно перевірити їх площинність, а також в тих випадках, коли крен установки близький до граничних величин. Розроблена методика нівелювання фланців РУ окружним методом із допомогою електронного рівня, службові допуски. Детально описаний спеціальний пристрій на основі електронного рівня, розроблений для визначення горизонтальності й площинності торців опорних фланців головних рознять ГЦН радіальним методом і методика роботи з ним. Приведені результати дослідження впливу нерівномірного температурного нагріву корпусу РУ під час приварки до нього головного трубопроводу на площинність поверхні фланця. При цьому була виявлена максимальна різниця висот діаметрально протилежних точок на діаметрі між шпильками 31-37, що дорівнювала 0,930 мм при максимальних відхилення висот точок фланця від оформляючої площини, рівних 0,155 мм. Результати цієї роботи вказали також на доцільність проведення геодезичних робіт для визначення крену РУ тільки безпосередньо перед прийняттям її в експлуатацію, після завершення всіх монтажних робіт. Приведено також деякі приклади застосування мікронівелювання опорних торців фланців ГЦН, результати яких вказали на необхідність постановки додаткових досліджень для вивчення динаміки крену установок і навіть на необхідність його виправлення. Для прикладу на рис. 3 зображено профіль головного розняття виїмної частини ГЦН-195М за результатами двох серій вимірів. Друга була виконана за вимогою служби експлуатації, щоб переконатись в точності вимірів і ще раз підтвердила, що метод дозволяє в цих випадках досягти середньоквадратичної похибки визначення висот точок фланця 5Mk. За результатами вимірів була виявлена виїмка в металі, зумовлена можливим ударом при транспортуванні, яку іншими методами виявити було неможливо, що дозволило уникнути подальшого погіршення геометрії фланця при його шабровці під час ремонту.

Технологічним процесом монтажу реакторних установок (РУ) типу ВВЕР-1000 передбачено перевірку відхилень центрів патрубків системи управління й захисту (СУЗ), на кришці верхнього блоку (ВБ) РУ та центрів уловлювачів. Профіль ГР ГЦН-195м зав.№1 блоку захисних труб (БЗТ) відносно вертикальних осей, що проходять через центри опорних труб шахти внутрішньо корпусної. У випадку, якщо не співвісність перевищує допуски, проводять переміщення верхньої кришки і навіть пересварку уловлювачів блоку захисних труб (БЗТ), так як дотримання цих допусків є одним із факторів, що визначає експлуатаційну надійність органів СУЗ. Дані для переміщення кришки розраховують за результатами вимірів співвісності інтуїтивно. Тому вони не завжди оптимальні, не виключені й помилкові рекомендації. У зв'язку з цим пропонується розроблений алгоритм забезпечення оптимальної співвісності деталей з наскрізними отворами та його застосування для забезпечення співвісності каналів СУЗ. Відмітимо, що подібне рішення було запропоновано проф. П.І.Бараном для монтажу конструкцій ліфтів.

Враховуючи відповідальність задачі, яка вирішувалась, автором виконано ще одне доведення запропонованих П.І.Бараном формул, на математичних моделях перевірено їх правильність. Одержано також і нове рішення, яке мінімізує максимальну не співвісність після переміщення верхньої деталі, на основі формул (24-25). При створенні цільової функції оптимізуючої моделі (24) запропоновано використовувати рівняння :

Si2 = (x0 + xicos ц - yisin ц - xi*)2 +(y0 + xisin ц + yicos ц - yi*)2 (41)

де Si - довжина вектора не співвісності після переміщення деталі на величини x0, y0 та подальшого повороту на кут ц, одержані за результатами розрахунків.

xi*, yi*,xi, yi- координати точок відповідно нижньої і верхньої деталі.

Розроблене програмне забезпечення було про тестовано на моделях. Результати підтвердили його правильність. Зокрема, для перевірки правильності роботи розробленого комплексу були вирішені задачі з однаковими початковими даними як з допомогою комплексу, так і за формулами, рекомендованими проф.П.І.Бараном для випадку Si2=min. При розмірностях рішення метр і радіан результати повністю співпали з точністю до 6 знака після коми, що ще раз підтверджує правильність і універсальність як розробленої програми, так і рекомендованих проф.П.І.Бараном формул.

Аналіз виконаних досліджень дозволив зробити наступні висновки:

Величини Si та ц, одержані в результаті розрахунків за умови забезпечення мінімального значення [Si2], інваріантні відносно вибору початку координат. Тому розрахунок для цієї моделі достатньо проводити один раз, помістивши початок координат в будь яку точку деталі, навколо якої технологічно можливий її поворот на кут ц. Що стосується орієнтування лот-апарату при вимірах не співвісностей, то його необхідно виконувати вздовж будівельних осей, звичайно в тій же системі, що прийнята при визначенні координат точок нижньої деталі. Враховуючи, що в нашому випадку величини не співвісностей деталей, змонтованих за технологічними рисками < 5 мм, розрахували, що якщо похибки орієнтування не перевищують одного градуса, то спричинені цим фактором похибки вимірів, будуть меншими 0.1мм. Шляхом математичного моделювання також доведено, що точність визначення координат за технологічними кресленнями достатня для коректного розв'язку задачі.

Автоматизація спостережень за деформаціями споруд і обладнання в процесі експлуатації вимагає розробки цифрових індикаторів переміщень, які можна порівняно просто включати в існуючі сучасні АСУ підприємств. Практична відсутність цифрових індикаторів переміщень зумовила необхідність проведення досліджень, на основі яких був запропонований цифровий індикатор переміщень, на базі безконтактних сельсинів. Ця частина досліджень описана в розділі 6. У першій частині розділу приведено теоретичне обґрунтування алгоритму кодування та зчитування інформації й принципова схема роботи цифрового перетворювача кут-код (ЦПК).

Новизна запропонованих рішень полягає в реалізації цифрового сумування значень кута повороту вала сельсина й живленні трьохпроменевої обмотки сельсина синтезованою напругою із кварцовою стабілізацією частоти. Це дозволило розширити функціональні можливості та досягти високих метрологічних характеристик приладів у порівнянні з існуючими, які працюють на тих же принципах, шляхом зменшення впливу флуктуацій високої частоти, асиметрії нульової точки трьохфазної сітки.

На базі ЦПК і механічного перетворювача лінійного переміщення в кут повороту вала сельсина, розроблений цифровий індикатор ширини колії та автоматизована система гідростатичного нівелювання (див.рис.4) У першій частині розділу приведено теоретичне обґрунтування алгоритму кодування та зчитування інформації й принципова схема роботи цифрового перетворювача кут-код (ЦПК).

Новизна запропонованих рішень полягає в реалізації цифрового сумування значень кута повороту вала сельсина й живленні трьохпроменевої обмотки сельсина синтезованою напругою із кварцовою стабілізацією частоти. Це дозволило розширити функціональні можливості та досягти високих метрологічних характеристик приладів у порівнянні з існуючими, які працюють на тих же принципах, шляхом зменшення впливу флуктуацій високої частоти, асиметрії нульової точки трьохфазної сітки.

Відомі пристрої для автоматизації контролю ширини колії у процесі роботи крана побудовані на використанні потенціометричних датчиків. Загальним недоліком їх є необхідність регулювання приладу перед вимірами, що може бути виконано тільки при наявності спеціальних додаткових засобів та, як наслідок, порівняно невисока точність результатів, що звужує можливу область їх застосування. Кінематична схема розробленого нами і використаного в даному пристрої механічного перетворювача лінійного переміщення в кут повороту включає два однакових механічних перетворювача разом із сельсинами (первинні датчики, які встановлюються по обидва боки технологічного обладнання, зв'язані з цифровим індикатором п'ятижильними кабелями.

Працює цифровий індикатор ширини колії таким чином: на виході тригерів з'являються імпульси з тривалістю, пропорційною куту повороту вала сельсина, вони поступають на відповідні входи імпульсного суматора, який додатково введений в схему і тактується імпульсами, що виробляє генератор імпульсів. На виході суматора кількість імпульсів дорівнює сумі тривалості імпульсів на виходах тригерів, а також значенню сумарного ( у сотих долях оберту ) кута повороту валів сельсинів ( сумарного переміщення в мм коліс ). Ці імпульси підраховуються лічильником. По закінченні, синхронно із фронтом стробуючого імпульсу, зміст лічильника переписується в регістр, після чого виміри починаються спочатку.

Зміст регістра через дешифратор відображається на знаковому індикаторі. Покази індикатора відповідають відповідному значенню вимірюваної ширини колії у мм. Розроблений цифровий індикатор має такі технічні характеристики:

Габаритні розміри (БПІ) 130х65х350. На передню панель БПІ винесені знакові індикатори і світло-діодні вказівники зміщення центру обладнання на колії. Якщо значення переміщень кожного датчика рівні, можна спостерігати нестійке свічення лівого й правого вказівників. На задній панелі знаходяться з'єднувальні розняття. Розроблена на цій же базі система гідростатичного нівелювання складається з блоку перетворення та індикації (БПІ), та 24 датчиків рівня. Датчик рівня перетворює зміни рівня рідини в гідро колекторі у відповідні рухи ротора сельсина. Основною частиною його є сельсин із установленими на його осі двома шківами, на яких при допомозі плоских стрічок закріплені поплавок і противага. Діаметри шківів підібрані так, щоб переміщенню поплавка на 30 мм відповідав поворот ротора сельсина на 700. Сельсин у датчику включений у режимі фазообертання, тому фаза його вихідного сигналу пропорційна куту повороту ротора сельсина. БПІ конструктивно складається з каркаса, на якому змонтовано сітковий трансформатор та модулі цифрової індикації, формування трьохфазного синусоїдального сигналу для живлення сельсина, перетворення вихідного сигналу сельсина в часово-імпульсний сигнал, блоки випрямлення та стабілізації напруг 15 та 5 В і панелі управління. Результат виміру одержується на основі інтегрування 256 вимірів кута повороту ротора, що дозволяє звести до мінімуму вплив випадкової складової похибки вимірів. В системі передбачена також компенсація температурної похибки сельсина, що досягається навантаженням конденсатора на однопроменеву обмотку сельсина, ємнісний опір якого приблизно рівний індуктивному опору обмотки.

Технічні характеристики системи наступні:

Діапазон індикації зміни рівня, мм не менше -15-0-15;

Дозволяюча здатність індикації рівня, мм - 0,01;

Ціна одиниці молодшого розряду цифрового індикатора, мм - 0,01;

Гістерезис, мм - 0,02;

Допустима зміна показів при зміні температури оточуючого середовища на кожні 100С, не більше 3 одиниць молодшого розряду;

Максимальна кількість точок, що можуть бути підключені одночасно - 24 (6 груп по 4 датчики );

Живлення системи однофазним змінним струмом із частотою 50Гц і напругою 220В;

Споживана потужність, Вт не більше - 40.

Система пройшла промислові випробовування на одному з блоків ХАЕС. Датчики системи були змонтовані на підкрановій балці полярного крана РВ на відстанях 11,2м один від другого й з'єднані гідро колектором. БПІ був установлений за границями гермозони в приміщенні на 42 відмітці.

Під час випробувань після фіксації початкових показів у гідроколектор доливали певну кількість рідини, яка дозволяла підвищити рівень на 2-3 мм. Через 0,5 год. записували зміни показів індикаторів на всіх каналах. Різниці показів на окремих каналах не відрізнялись більше ніж 0,2 мм.

Для вивчення впливу електромагнітних перешкод на покази системи з гідро колектора була випущена рідина й поплавки перебували місяць у підвішеному в повітрі стані. За цей час їх покази знімали тричі. Різниця показів знаходилась в границях 0 - 0,06 мм.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі на основі проведених теоретичних і експериментальних досліджень розроблені і пропонуються нові, більш ефективні методи розв'язання сучасних проблем геодезичного контролю експлуатаційної надійності будівель, споруд та технологічного обладнання об'єктів енергетичної галузі взагалі і АЕС зокрема. Виконано необхідний обсяг експериментальних досліджень та випробовувань в промислових умовах АЕС. На основі виконаних досліджень зроблені висновки та рекомендації, основні наукові і практичні результати яких можна сформулювати наступним чином :

1. Проведено аналіз стану та розвитку геодезичних методів контролю експлуатаційної надійності будівель, споруд та технологічного обладнання об'єктів енергетичного комплексу взагалі і АЕС зокрема, світових тенденцій розвитку інженерно-геодезичної науки, який вказав на необхідність виконання досліджень направлених не тільки на підвищення оперативності і якості геодезичного контролю, але і на розв'язання актуальних задач, відсутність розв'язку яких знижувала експлуатаційну надійність обладнання АЕС, в тому числі і найважливішого для ядерної безпеки, за двома основними напрямками:

· Розробка геодезичного методу неруйнівного контролю для виділення критичних напружено-деформованих зон ЗОРВ та фундаментних плит РВ .

· Розробка нових методів та виготовлення дослідно-промислових взірців приладів для геодезичного контролю геометричних параметрів технологічного обладнання під час експлуатації та оптимальних методів його рихтування.

2. Розроблено новий напрямок неруйнівного контролю напружено-деформованого стану за даними високоточних геодезичних вимірів параметрів векторів переміщень. На відміну від відомих рішень з'являється можливість визначати не окремі характеристики, а повну величину тензорів деформацій і напружень. З іншої сторони, таке розширення можливостей геодезичних методів сприяє і робить більш рентабельним впровадження порівняно дорогих геодезичних приладів у виробництво, наприклад для оперативного виділення критичних напружено-деформованих зон ЗОРВ з ВВЕР-1000.

3. Теоретично та за результатами експериментальних досліджень виконаних на ряді АЕС України та за рубежем доведено, що причиною деформацій технологічного обладнання РВ, які перевищують технологічні допуски і були виявлені під час експериментальних досліджень на всіх блоках із напруженими до проектних зусиль арматурними пучками ЗОРВ є саме зусилля від їх натягу. В роботі розв'язана задача створення наукового обґрунтування методики вимірів, що дозволяють контролювати ці процеси. З врахуванням результатів цих досліджень зусилля натягу арматурних пучків ЗОРВ на 4-му блоці РАЕС були зменшені до 8000кН, строго контролювався процес їх натягу. Це зменшило деформації до допустимих значень і суттєво підвищило експлуатаційну надійність обладнання.

4.Вдосконалено теорію розв'язання задачі оптимізації витрат на рихтування обладнання при ремонті. Досліджено, що використання існуючих методик не тільки не оптимізувало витрати, але приводило і до помилкових рішень, тому розроблений і запропонований новий метод рішення оптимізаційної задачі названий методом аналізу закріплених положень покриваючого тіла.

5. Вдосконалено теорію та розроблено новий розв'язок задачі пошуку точок лінійних просторових об'єктів з мінімальною кривиною на основі сплайнової інтерполяції та теореми Ролля, який підвищує точність виділення критичних напружено-деформованих ділянок технологічних трубопроводів.

6. Виконано подальше вдосконалення методів забезпечення оптимальної співвісності деталей із наскрізними отворами в процесі монтажу РУ з метою уникнути можливості невірних рекомендацій, до чого приводила відсутність аналітичного рішення. Розв'язано задачу взаємного положення двох деталей із наскрізними отворами, що забезпечує їх максимальну співвісність, розроблено наукове обґрунтування методики центрування кришки верхнього блоку РУ відносно вловлювачів БЗТ (блоку захисних труб) та опорних труб ШВК (шахти внутрішньо-корпусної).

7. Досліджено вплив технологічних переміщень гравітаційних мас всередині РВ на крен РУ. Шляхом безперервних вимірів двома нахилемірними станціями НСО виявлено, що зміни крену в період між ППР не перевищують 20”. Це дозволяє стверджувати, що замір крену РУ методом високоточного геометричного нівелювання коротким променем точок головного розняття в період ППР з достатньою точністю характеризує його і в міжремонтний період.

8. Виконано подальше вдосконалення існуючих способів визначення величини та напрямку крену й площинності великогабаритного обладнання. Одержано вперше теоретичне рішення з оцінки напрямку крену через параметри оформляючої площини на основі рівняння площини в відрізках, яке дозволяє більш об'єктивно визначати можливі зміни крену. Досліджено, що використання існуючих методик приводило в практиці до невірних висновків. Виконано подальше вдосконалення методу електронного мікронівелювання для використання в процесі монтажу та ремонту ГЦН та РУ, запропоновано спеціальні пристрої. Використання розробленої методики розширює можливості геодезичних методів контролю, зокрема, при виконанні ремонтних робіт з шабровки головних рознять, дозволяє надійно, з оцінкою точності, контролювати дотримання машинобудівних допусків на основному обладнанні РВ АЕС, а в ряді випадків виявляти такі його дефекти, які неможливо виявити іншими методами.

9. Проведені дослідження й експериментальні роботи показали, що застосування сельсинних перетворювачів кут-код є ефективним рішенням задачі створення пристроїв контролю з абсолютним зчитуванням. Вперше розроблено систему для автоматизації інженерно-геодезичних робіт з вимірів деформацій з повністю безконтактною системою перетворювачів, мікроелектронним дешифруванням положення роторів сельсинів, що стикуються із механічними перетворювачами переміщення, яка забезпечує надійність пристроїв і можливість контролю параметрів безпосередньо під час роботи обладнання, може знайти ефективне застосування при розв'язанні різноманітних інженерно-геодезичних задач.

10. Розроблено новий метод оцінки температурних розширень реперних штанг вихідної нівелірної основи шляхом виміру та аналізу температури ґрунтових та підземних вод в гідрогеологічних свердловинах на проммайданчику АЕС. Виконані дослідження не тільки дозволяють оптимізувати роботи з вимірів температури, але і показали, що введення поправок за вплив цього фактора за існуючими методиками суттєво спотворює результати високоточного геометричного нівелювання, яке виконується при спостереженнях за осіданням і деформаціями фундаментів споруд. Пропонована методика усуває ці недоліки. Рішення може бути використано також і при проведенні робіт з вивчення СВРЗК на геодинамічних полігонах

11. Виконано подальше вдосконалення автоматизованого опрацювання матеріалів геодезичного контролю на основі використання можливостей сучасного програмного забезпечення та ГІС технологій. Так, зокрема, розроблено та досліджено можливості вирівнювання спеціальних інженерно-геодезичних мереж на основі оптимізаційних методів нелінійного програмування, вдосконалено існуючі алгоритми прогнозу положення структурних ліній рельєфу. Розроблена нова процедура автоматичного представлення інформації про горизонталі в вигляді алгебро-логічної (кусочно-аналітичної) моделі шляхом складання дискретного каркасу. Одержане рішення дає можливість побудови горизонталей на графопобудовувачах із використанням стандартних пакетів графічних програм без переходу до густих регулярних сіток.

12. На основі розробленого наукового обґрунтування алгоритмізовано та доведено до стадії програмного продукту: проекти АРМІГ АЕС (технологічний комплекс для опрацювання результатів геодезичного контролю експлуатаційної надійності обладнання та будівель АЕС), ГІС “Купол” (технологічний комплекс для опрацювання результатів спостережень за рівнем підземних вод на проммайданчиках АЕС). Створення таких автоматизованих систем методами макропрограмування, на основі сучасних комерційних баз даних дозволило не тільки зберегти звичне середовище для роботи досвідченого програміста, зручний, стандартний, графічний інтерфейс користувача, але й відкрило широкі можливості для їх модернізації, можливості збору та вводу даних із польових реєстраторів інформації, яких практично неможливо досягти з такими ж затратами існуючими методами. Основна ж перевага полягає в можливості оперативної побудови динамічних моделей для комплексного аналізу результатів.

13. На основі виконаних досліджень розроблені з дотриманням всіх вимог нормативних документів методики виконання вимірів геометричних параметрів колової підкранової колії мостового крана в.п.360+160/270т.с. РВ АЕС з ВВЕР11000, методика виконання вимірів горизонтальності головного розняття РУ типів ВВЕР-400 та ВВЕР-1000, методика виконання вимірів при контрольних випробовуваннях співвісностей СУЗ ШВК РУ типу ВВЕР-1000 . Методики впроваджені на ряді АЕС України, де ведуться постійні спостереження за деформаціями гермо оболонки та колій мостових кранів колової дії РВ шляхом аналізу вимірів у спеціально створених високоточних мікротрілатераційних мережах. Використовувались при заміні кришки верхнього блока РУ 1-го блока ХАЕС та при монтажі РУ блока №4 РАЕС в 1995-1996р.р. та в 2002р. З використанням одержаних результатів було розроблено проект та виконано роботи з рихтування колових колій полярного крана РВ блоку №3 РАЕС, колій крана мостового в.п.250/32 т.с. центрального залу РВ блоків №1 та 2 РАЕС. Використання оптимальних алгоритмів дозволило значно скоротити витрати на ремонтні роботи. Подальша експлуатація кранів показала значне покращення ходових властивостей. Це дозволяє рекомендувати розроблені методики для широкого використання при оцінці експлуатаційної надійності і ремонті технологічного обладнання не тільки на АЕС.

Список опублікованих праць за темою дисертації

Статті в наукових фахових виданнях

Бурак К.Е. Опыт определения осадок опор магистральных трубопроводов /К.Е.Бурак, Г.Г.Мельниченко // Геодезия и картография. -1988. -№2. - С.33-34.

Бурак К.Е. Построение дискретного каркаса горизонталей по цифровой модели рельефа / К.Е.Бурак // Известия вузов.Геодезия и аэрофотосьемка. -1989. -№3. -С.42-49.

Бурак К.Е. Расчет оптимальных данных для рихтовки пути полярного крана реакторных отделений АЭС / К.Е. Бурак //Геодезия и картография. -1992. -№7 . -С.23-26.

Бурак К.Е. О контроле за состоянием подкранового пути полярного крана реакторного отделения АЭС / К.Е.Бурак // Геодезия и картография., 1993. -№5. -С.20-22.

Бурак К.Е. Построение оформляющих поверхностей способом закрепленных положений покрывающего тела / К.Е.Бурак, У.К.Бурак Інж.геодезія. -1993. -№36. -С.33-36.

Бурак К.Е. Контроль геометрических размеров полярных кранов реакторных отделений АЕС / К.Е.Бурак, У.К.Бурак// Геодезия и картография. -1995. -№10. -С.12-13.

Бурак К.О. Визначення крену реакторних установок типу ВВЕР-400 і ВВЕР-1000 методом високоточного геометричного нівелювання коротким променем / К.О.Бурак, П.П.Шпаківський // Геодезія, картографія і аерофотознімання. -1996. -№57. -С.3-8.

Бурак К.Е. Геодезические работы для расчета рихтовки пути полярных кранов АЭС / К.О.Бурак, П.П.Шпаківський, В.П.Малов // Геодезия и картография. -1996. -№12. -С.22-25.

Бурак К.О. Оцінка планового положення підкранових колій на допустиму кривину за результатами геодезичних робіт / К.О.Бурак //Вісник геодезії і картографії. -1998. -№2. - С.12-15.

Бурак К.О. Про можливість виділення критичних напружено-деформованих зон ЗОРВ АЕС за результатами геодезичних вимірів / К.О.Бурак //Вісник геодезії і картографії. -1999. -№2. - С.13-17.

Бурак К.О. Деякі пропозиції до нових “Правил будови і безпечної експлуатації вантажопідіймальних кранів” / К.О.Бурак //Вісник геодезії і картографії. -2000. -№4. -С.42-45.

Бурак К.О. Дослідження можливостей автоматизації урівнювання спеціальних нівелірних мереж при допомозі сучасного програмного забезпечення / К.О.Бурак //Інж.геодезія. -2000 . -№42. -С.16-23.

Бурак К.О. З досвіду автоматизації задачі підрахунку об'ємів за результатами геодезичних робіт / К.О.Бурак //Інж.геодезія. -2000. -№43. - С.64-72.

Бурак К.О. З досвіду геодезичного моніторингу експлуатаційної надійності технологічного обладнання АЕС / К.О.Бурак // Розробка і розвідка нафтових і газових родовищ. Серія: Техногенна безпека. -2000. -№37. -С.107-109.

Бурак К.О. Використання сельсінних перетворювачів кут-код для автоматизації геодезичного контролю / К.О.Бурак //Вісник геодезії і картографії. -2001. -№1(20). -С.6-9.

Бурак К.О. Використання методу електронного мікронівелювання при оцінці експлуатаційної надійності технологічного обладнання реакторних відділень АЕС/ К.О.Бурак //Вісник геодезії і картографії. -2002. -№1(24). -С.17-20.

Бурак К.О. Розрахунок оптимальних даних для забезпечення співвісності деталей РУ типу ВВЕР-1000 при монтажі/ К.О.Бурак //Інж.геодезія. -2002 . -№45. -С.34-40.

Бурак К.О. Деякі сучасні проблеми інженерної геодезії / К.О.Бурак Інж.геодезія. -2002 . -№46. - С.50-56.

Бурак К.О. Деякі проблеми геодезичного контролю експлуатаційної надійності технологічного обладнання АЕС / К.О.Бурак // Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва. -2002. -С.182-189.

Бурак К.О. Стаціонарна система гідростатичного нівелювання на базі сельсін-датчиків/ К.О.Бурак //Вісник геодезії і картографії. -2002. -№4(27). -С.5-7.

Бурак К.О. Результати досліджень деформацій захисної оболонки РВ АЕС/ К.О.Бурак, П.П.Шпаківський // Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва. -2004. -С.197-202.

Бурак К.О. До врахування температурних розширень реперних штанг при вимірах осідань будівель і споруд АЕС/ К.О.Бурак, В.М.Качан, П.П.Шпаківський // Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва. -2005. -С.85-88.

Бурак К.О. Дослідження можливостей автоматизації урівнювання спеціальних лінійно-кутових мереж за допомогою оптимізаційних методів нелінійного програмування / К.О.Бурак // Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва. -Львів. -2007. -С.137-139.

Статті в наукових виданнях

Бурак К.Е. Создание банка данных с использованием возможностей агрегатной системы программного обеспечения СМ ЭВМ для решения задач, связанных с геолого-маркшейдерским обслуживанием горных работ / К.Е.Бурак, О.О.Харламов, И.В.Андрухив // Технология добычи самородной серы. -1987. -С.19-23.

Бурак К.О. Деякі питання використання сучасного математичного забезпечення РС при геодезичних спостереженнях за СВРЗП на техногенних полігонах/ К.О.Бурак // Геодинаміка. -1998. -Вип.1. -С.56-59.

Бурак К.О. Визначення критичних напружено-деформованих зон за даними геодезичних спостережень / К.О.Бурак // Геодинаміка. -1998. -Вип.1. С.64-67.

Статті в збірниках наукових доповідей конгресів і конференцій

Бурак К.О. Розробка теоретичного обгрунтування, методик, приладів та програмного забезпечення геодезичного контролю експлуатаційної надійності технологічного обладнання/ К.О.Бурак // Збірник наукових праць конференції, присв'яченої професійному св'яту працівників геології, геодезіїі картографії. -Львів. -1997. - С.120-123.

Бурак К.О. Нові технології в практиці геодезичного контролю експлуатаційної надійності технологічного обладнання РАЕС/ К.О.Бурак, П.П.Шпаківський // Збірник наукових праць конференції,присв'яченої професійному св'яту працівників геології,геодезіїі, картографії. -Львів. - 1997. -С. 123-124.

Бурак К.О. Прилад для автоматизації контролю ширини кранових колій та радіальних зміщень ЗОРВ / К.О.Бурак, Я.М.Николайчук // Збірник наукових праць міжн. Науково-практичної конференції “Геодезичний моніторинг, геодинаміка і рефрактометрія на межі ХХI століття”. - Львів. - 1998. -С.139-143.

Бурак К.О. Стаціонарна система гідростатичного нівелювання / К.О.Бурак, С.Я.Зевелев., П.П.Шпаківський // Збірник наукових праць міжн. науково-практичної конференції “Геодезичний моніторинг, геодинаміка і рефрактометрія на межі ХХI століття”. - Львів . - 1998 . -С.143-147.

Бурак К.О. Використання безконтактних сельсінних перетворювачів кут-код для автоматизації контролю експлуатаційної надійності технологічного обладнання / К.О.Бурак, Я.М.Николайчук // Збірник наукових праць міжн. науково-практичної конференції “Геодезичний моніторинг, геодинаміка і рефрактометрія на межі ХХI століття”. - Львів . - 1998. -С.147-150.

Бурак К.О. Деякі питання забезпечення точності при цифровому моделюванні рельєфу / К.О.Бурак // Матеріали 2-ї міжн. Науково-практичної конференції “Кадастр, фотограмметрія, геоінформатика-сучасні технології і перспективи розвитку”.Львів-Краків. - 2000. -С.82-85.

Депоновані та анотовані в наукових журналах статті

Бурак К.Е. Алгоритм поиска координат точек пересечения линии профилирования с контуром при решении инженерно-геодезических задач по цифровой модели рельефа / К.Е.Бурак. -К., 1984. -6с. - Деп. в УКРНИИНТИ, 1984, № 11434-Ук84.

Бурак К.Е. Использование фотограмметрического метода при определении деформаций переходов трубопроводов в горных условиях / К.Е.Бурак, А.В.Васинда. -К., 1985.- 5с.- Деп. в ДНТБ України, 1985, №2501-Ук85.

Бурак К.Е. Алгоритм автоматического построения дискретного каркаса горизонталей по цифровой модели рельефа (ЦМР) способом построения профилей / К.Е.Бурак. -К., 1987. -2с. - Деп. в ДНТБ України, 1987, № 684 - Ук87.

Бурак К.Е. Математическое обоснование алгоритма построения оформляющих поверхностей способом закрепленных положений покрывающего тела / К.Е.Бурак, У.К.Бурак. -К., 1993. -8с. -Деп. в ДНТБ України 14.06.1993, №1142-Ук93.

Бурак К.Е. Результаты измерения деформаций защитной оболочки реакторных отделений АЭС с ВВЭР-1000 / К.Е.Бурак. -К., -1993. -8с. -Деп. в ДНТБ України 27.10.1993, №2067-Ук93.

Бурак К.Е. Решение задачи Ламе для оценки напряженно-деформированного состояния сооружений башенного типа по данным геодезических наблюдений за их деформацией / К.Е.Бурак, У.К.Бурак, А.П.Олийнык. -К.,1993. -6с.-Деп. в ДНТБ України 27.10.1993, №2066-Ук93.

Бурак К.Е. Предрасчет ожидаемых деформаций кругового подкранового пути реакторных отделений за счет преднапряжения защитной оболочки / К.Е.Бурак, У.К.Бурак, А.П.Олийнык. -К., 1993. -4с. -Деп. в ДНТБ України 27.10.1993, №2068-Ук93.

Бурак К.Е. Оценка напряженно-деформированного состояния защитной оболочки реакторного отделения АЭС с ВВЭР-1000 по результатам геодезических наблюдений за ее деформацией / К.Е.Бурак, У.К.Бурак, А.П. Олийнык . -К., 1993. -4с. -Деп. в ДНТБ України 27.10. 1993, №2069-Ук93.

Бурак К.Е. К вопросу требований к плановому положению подкрановых путей / К.Е.Бурак. -К.,1995. -Деп. в ДНТБ України 04.09.1995, №2046-Ук95.

Бурак К.Е. Теоретические основы расчета оптимальных данных для обеспечения соосности деталей конструкции при монтаже / К.Е.Бурак. -К.,1995. -с.5.-Деп. в ДНТБ України 22.04.1995, №61-Ук96.

Бурак К.Е. Теоретические основы определения критических напряженно-деформированных зон по результатам геодезических наблюдений / К.Е.Бурак. -К., 1996. -8с. -Деп. в ДНТБ України 22.14.1996, №985-Ук95.

Тези доповідей

Бурак К.О., Шпаківський П.П., Рубчинський М.А. Геодезичний контроль експлуатаційної надійності технологічного обладнання РАЕС. Збірник тез міжнародного симпозіуму "Геоінформаційний моніторінг навколишнього середовища ": Алушта,1996.-С.91.

АНОТАЦІЯ

Бурак К.О. Сучасні проблеми геодезичного контролю експлуатаційної надійності на АЕС і методи їх розв'язання.- Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.24.01- геодезія, фотограмметрія та картографія. Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, 2008.

Дисертацію присвячено питанням дослідження експлуатаційної надійності будівель, споруд та технологічного обладнання об'єктів енергетичної галузі, зокрема АЕС, геодезичними методами контролю. В дисертації запропоновано новий напрямок неруйнівного контролю напружено-деформованого стану через одержані з результатів високоточних геодезичних вимірів значення векторів переміщень. Встановлено, що причиною деформацій, які не враховувались при проектуванні і знижують експлуатаційну надійність обладнання РВ АЕС з ВВЕР-1000 є натяг арматурних пучків. Виконано подальше вдосконалення існуючих методів пошуку оптимальних даних для рихтування, перевірки допусків на кривину лінійних просторових об'єктів, центрування патрубків СУЗ РВ. Вдосконалено розв'язки задач з виділення структурних ліній рельєфу, складання дискретного каркасу горизонталей, одержано і доведено до практичного застосування розв'язок з використання оптимізаційних методів нелінійного програмування для вирівнювання спеціальних інженерно-геодезичних мереж. Запропоновано новий спосіб оцінки температурних розширень реперних штанг, виконано дослідження цього впливу на проммайданчику АЕС. Вдосконалено способи електронного мікронівелювання, розроблено безштативний спосіб нівелювання технологічних трубопроводів. Розроблено геодезичну автоматичну систему для вимірів деформацій на основі безконтактних сельсинних датчиків. Ефективність запропонованих рішень обґрунтована теоретично і підтверджена на практиці.

Результати роботи знайшли промислове впровадження при проведенні планово-попереджувальних ремонтів(ППР) та будівництві нових блоків АЕС.

Ключові слова: геодезичні виміри, АЕС, напружено-деформований стан, безконтактний сельсин, рихтування, нелінійне програмування, зрівноважування інженерно-геодезичних мереж, електронне мікро нівелювання.

АННОТАЦИЯ

Бурак К.О. Современные проблемы геодезического контроля эксплуатационной надежности на АЭС и методы их решения.- Рукопись. Диссертация на получение научной степени доктора технических наук за специальностью 05.24.01- геодезия, фотограмметрия и картография. Национальный университет “Львовская политехника”, Львов,2008.

Диссертация посвящена одной из наиболее актуальных и важных для экономики Украины проблем - повышению эксплуатационной надежности зданий, сооружений и технологического оборудования объектов энергетической отрасли, в том числе и АЭС. В соответствии с этим в диссертации приведено теоретическое обоснование и новые решения современных проблемных вопросов геодезического контроля, не только способствующих повышению его оперативности и качества, но и сделавших возможным решение, с использованием его результатов, ряда новых задач, существенно повышающих эксплуатационную надежность важнейшего для ядерной безопасности оборудования. В частности, предложено новое направление неразрушающего контроля напряженно-деформированного состояния с использованием, полученных по результатам высокоточных геодезических измерений, значений векторов перемещений. Для этого разработаны частные решения общей задачи определения компонент тензора напряжений путем ковариантного дифференцирования векторов перемещений для случаев определения радиальных деформаций сооружений цилиндрической формы и оседаний фундаментных плит. На их основе разработаны методики и ведутся наблюдения за напряженно-деформированным состоянием защитных оболочек и фундаментов реакторных отделений на ряде АЭС Украины. По результатам их анализа уже в настоящее время установлена причина деформаций защитных оболочек реакторных отделений АЭС с ВВЭР-1000, которые не были учтены при проектировании и снижают эксплуатационную надежность оборудования - натяжение арматурных пучков.

Для решения задачи математического моделирования результатов геодезических измерений деформаций при оценке напряженно-деформированного состояния предложена алгебраическая теория цифрового моделирования рельефа, основываясь на которой улучшены алгоритмы прогноза положения структурных линий рельефа при изучении скрытых топографических поверхностей, построения дискретных каркасов горизонталей. Исследованы возможности и предложено использование при уравнивании специальных инженерно-геодезических сетей, создаваемых при геодезическом контроле, при выполнении работ по монтажу РУ для обеспечения максимальной соосности органов систем управления и защиты, оптимизационных методов нелинейного программирования.

Получены строгие формулы для оценки геометрических параметров и оптимальной рихтовки подкрановых путей круговой формы (в частности полярного крана РО АЭС с ВВЭР-1000). Приведено доказательство сходимости предлагаемого итерационного процесса для решения задачи. Предложен новый метод решения общей оптимизационной задачи, названый методом анализа закрепленных положений покрывающего тела, позволяющий оптимизировать количество точек, в которых необходимо выполнить рихтовку. Для оценки планового положения подкрановых путей, технологических трубопроводов на допустимую кривизну разработан метод поиска максимального отклонения экспериментальной кривой от хорды заданной длины на основании теоремы Роля.

Обоснованы допуски к геометрическим параметрам, которые исключают недопустимый перекос трансмиссионных валов механизма передвижения полярного крана и на их основе предложена методика геодезических работ по определению геометрических параметров металлоконструкций крана.

Выполнены годовые непрерывные наблюдения за креном фундаментной плиты РО АЭС двумя наклономерными станциями НСО и на их основании доказана эффективность замера крена реакторной установки во время планово-предупредительного ремонта геометрическим нивелированием коротким лучом. Научно обоснована методика таких измерений. Улучшена методика оценки крена через параметры оформляющей плоскости. Предложены новые формулы для оценки направления крена с использованием уравнения плоскости в отрезках. На конкретных примерах доказано преимущество такого подхода в сравнении с традиционным на основании углов Эйлера.

Для автоматизации наблюдений за деформациями разработаны цифровые индикаторы перемещений на основе бесконтактных сельсинов. Новизна предлагаемых решений заключается в реализации цифрового суммирования значений угла поворота вала сельсина и питании трехлучевой обмотки синтезированным напряжением с кварцевой стабилизацией частоты. На их основе изготовлены опытно-промышленные образцы автоматизированной системы гидростатического нивелирования и прибор для автоматизированного контроля ширины подкрановых путей. Промышленные испытания подтвердили технические характеристики приборов их преимущества перед аналогами, особенно в части нечувствительности к промышленной вибрации и электромагнитным помехам.

Предложен новый способ оценки температурных расширений реперных штанг, выполнено исследование этого влияния на промплощадке АЭС. Усовершенствованы способы электронного микро нивелирования, бесштативный способ нивелирования технологических трубопроводов.

Эффективность предложенных решений обоснована теоретически и подтверждена на практике. Результаты работы нашли промышленное внедрение при проведении планово предупредительных ремонтов (ППР) и строительстве новых блоков АЭС.

Ключевые слова: геодезические измерения, АЭС, напряженно - деформированное состояние, бесконтактный сельсин, рихтование, нелинейное программирование, уравнивание инженерно-геодезических сетей, электронное микронивелирование.

ANNOTATION

К.О. Burak. Modern Problems of Geodesic Control of Operating Reliability on APS and Methods of Their Solving. - Manuscript. Dissertation on the receipt of scientific degree of doctor of engineering sciences after speciality 05.24.01- geodesy. National university “Lvov Polytechnic”, Lvov, 2008.

Dissertation is devoted to the questions of research of operating reliability of buildings, constructions and technological equipment of objects of power industry, in particular by APS, geodesic methods of control. In dissertation new direction of the tensely deformed state not destroying the control is offered through the values of vectors of moving points which are marked out at the control got from the results of the high-fidelity geodesic measuring. It is set that the reason of deformations, which were not taken into account at planning and reduce operating reliability of equipment of RB APS with WWER-1000 is the pull of armatures bunches. Further perfection of existent methods of optimum data retrieval is executed for the penning, verifications of admittances on curvature of linear spatial objects, centring of the union couplings of SMD of reactor. The algebraic theory of mathematical design of topographical surfaces, drafting of discrete framework of horizontal lines is developed, it is got and taken to practical application the decision on the use of optimizations methods of the nonlinear programming for equalization of special engineering-geodesic networks. The new method of estimation of temperature expansions of reper barbells is offered, research of this influencing is executed on the prom ground of APS . The methods of electronic micro levelling, the untripot method of the levelling of technological pipelines are improved. The geodesic automatic system is developed for measuring of deformations on the basis of magslip selsyn sensors. Effectiveness of offered solutions is grounded in theory and confirmed in practice. Job results found industrial introduction during the lead through planned preventive repairs and building of new blocks of APS.

Keywords: geodesic measuring, APS, tensely-deformed state, magslip selsyn, penning, nonlinear programming, equalization of engineering-geodesic networks, electronic micro levelling.

Размещено на Allbest.ur