RU209026U1

RU209026U1 - Seismic isolator for foundations of turbine units

Info

Publication number: RU209026U1
Application number: RU2021123478U
Authority: RU
Inventors: Александр Владимирович Измайлов; Артём Сергеевич Андропов; Александр Михайлович Беляков; Георгий Иванович Березин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Севзапвнипиэнергопром"
Priority date: 2021-08-04
Filing date: 2021-08-04
Publication date: 2022-01-28

Abstract

Полезная модель относится к области строительства, а именно к сейсмоизоляторам для фундаментов турбоагрегатов.Технический результат, на достижение которого направлена настоящая полезная модель, заключается в повышении надежности сейсмоизолятора за счет предотвращения его перемещений относительно установочной поверхности на фундаменте.Указанный технический результат достигается тем, что в сейсмоизоляторе для фундаментов турбоагрегатов, включающем виброизоляцию 1 с демпферными и упругими свойствами и прокладки 2, установленные сверху и снизу виброизоляции 1, согласно полезной модели, прокладки 2 выполнены из высокотехнологичного гибкого фрикционного материала марки Beral EBB 7270.Применение в конструкции фундаментов турбоагрегатов предложенной надежной, технологичной и эффективной системы сейсмоизоляции реконструируемых турбоагрегатов (системы СРТ) позволяет решить задачу сейсмозащиты оборудования турбоагрегата от вертикальных и горизонтальных сейсмических воздействий, интенсивностью от 7,0 до 9,0 баллов по шкале MSK-64. При этом в системе СРТ обеспечивается высокий коэффициент трения 0,45 между поверхностями сейсмоизоляторов и монтажными площадками, за счет чего решается проблема смещения сейсмоизоляторов относительно монтажных площадок при землетрясениях до 9,0 баллов без применения неразборных (клеевых) соединений и конструктивно-трудоемких механических ограничителей перемещений сейсмоизоляторов.Все вышеперечисленное обеспечивает повышение надежности сейсмоизолятора за счет предотвращения его перемещений относительно установочной поверхности на фундаменте.The utility model relates to the field of construction, namely to seismic isolators for foundations of turbine units. seismic isolator for the foundations of turbine units, including vibration isolation 1 with damping and elastic properties and gaskets 2 installed above and below the vibration isolation 1, according to the utility model, the gaskets 2 are made of high-tech flexible friction material of the Beral EBB 7270 brand. and an effective seismic isolation system for reconstructed turbine units (SRT systems) makes it possible to solve the problem of seismic protection of the turbine unit equipment from vertical and horizontal seismic impacts, intensity from 7.0 to 9.0 points on the MSK-64 scale. At the same time, a high coefficient of friction of 0.45 between the surfaces of seismic isolators and mounting sites is provided in the SRT system, due to which the problem of displacement of seismic isolators relative to mounting sites during earthquakes up to 9.0 points is solved without the use of non-separable (adhesive) joints and structurally labor-intensive mechanical limiters of movements seismic isolators. All of the above provides an increase in the reliability of the seismic isolator by preventing its movement relative to the mounting surface on the foundation.

Description

Полезная модель относится к области строительства, а именно к сейсмоизоляторам для фундаментов турбоагрегатов.The utility model relates to the field of construction, namely to seismic isolators for foundations of turbine units.

Как известно, сейсмоизолирующими элементами гасится значительная часть энергии землетрясения без разрушения вертикальных конструкций и необратимых деформаций, которые могут повлечь за собой значительные разрушения или полную потерю устойчивости всего здания или сооружения, поэтому важнейшим условием обеспечения надежности сейсмоизолирующих элементов является предотвращение его перемещений относительно установочной поверхности на фундаменте.As you know, seismic isolating elements extinguish a significant part of the earthquake energy without destroying vertical structures and irreversible deformations, which can lead to significant destruction or complete loss of stability of the entire building or structure, therefore, the most important condition for ensuring the reliability of seismic isolating elements is to prevent its movement relative to the installation surface on the foundation .

Известен сейсмоизолятор, в котором для ограничения его перемещения применяются упорные стальные брусья и металлические вертикальные пластины (RU, патент №2487214, кл. E02D 27/34, 2012 г.). Такое решение позволяет механическим способом зафиксировать сейсмоизолятор относительно фундамента и предотвратить его перемещение при сейсмических воздействиях более 7,0 баллов (MSK-64). Это техническое решение имеет сложную конструкцию, а также высокие материальные и трудозатраты при монтаже сейсмоизолятора. Следовательно, велика вероятность поломки всего узла сейсмоизоляции. Эти недостатки ограничивают его применение в реконструируемых фундаментах турбоагрегатов, где требуется низкая трудоемкость и материалоемкость системы сейсмоизоляции, что связано со спецификой конструкций существующих реконструируемых фундаментов и особо сжатыми сроками реконструкции турбоагрегатов, находящихся в эксплуатации.A seismic isolator is known, in which to limit its movement, persistent steel bars and metal vertical plates are used (RU, patent No. 2487214, class E02D 27/34, 2012). This solution makes it possible to mechanically fix the seismic isolator relative to the foundation and prevent its movement under seismic effects of more than 7.0 points (MSK-64). This technical solution has a complex design, as well as high material and labor costs during the installation of the seismic isolator. Therefore, the probability of breakage of the entire seismic isolation unit is high. These shortcomings limit its use in the reconstructed foundations of turbine units, where low labor intensity and material consumption of the seismic isolation system is required, which is associated with the specifics of the designs of the existing reconstructed foundations and especially short terms for the reconstruction of turbine units in operation.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является сейсмоизолятор для фундаментов турбоагрегатов, включающий виброизоляцию с демпферными и упругими свойствами и прокладки, установленные сверху и снизу виброизоляции («Руководство по сооружению и сдаче в эксплуатацию фундаментов турбоагрегатов атомных станций», приложение 1 к приказу Концерна «Росэнергоатом» от 13.04.2007 №359 стр. 25-26) (РДЭ01.1.2.05.0696-2006). https://files.stroyinf.ru/Index2/1/4293814/4293814114.htm. Виброизоляция включает пружинные и упруго-демпферные элементы.The closest in terms of technical essence and the achieved result is a seismic isolator for the foundations of turbine units, including vibration isolation with damping and elastic properties and gaskets installed above and below the vibration isolation (“Guidelines for the construction and commissioning of foundations for turbine units of nuclear power plants”, Appendix 1 to the order of the Concern “ Rosenergoatom" dated April 13, 2007 No. 359 pp. 25-26) (RDE 01.1.2.05.0696-2006). https://files.stroyinf.ru/Index2/1/4293814/4293814114.htm. Vibration isolation includes spring and elastic-damper elements.

На сейсмоизоляторы с демпферными и упругими свойствами устанавливают железобетонную раму турбоагрегата.A reinforced concrete frame of the turbine unit is installed on seismic isolators with damping and elastic properties.

Основным недостатком известного технического решения является применяемый материал подкладок сейсмоизоляторов, а именно минеральный войлок.The main disadvantage of the known technical solution is the material used for seismic isolator linings, namely mineral felt.

Несмотря на высокую гибкость этого материала, он имеет низкий коэффициент трения к поверхностям фундамента и сейсмоизоляторам. Коэффициент трения достигает величин в диапазоне 0.18-0.22, что сопоставимо с коэффициентом трения стали по стали. То есть, подкладки выполняют функцию компенсации неровности монтажных поверхностей, но не увеличивают сил трения, так как при монтаже сейсмоизоляторов на стальные закладные плиты фундамента без подкладок будут достигнуты такие же силы трения, как и с применением подкладок из минерального войлока. При высоких амплитудах качения фундамента и оборудования при сейсмическом воздействии более 7,0 баллов по шкале MSK-64, малый коэффициент трения, обеспечиваемый подкладками из минерального войлока, становится причиной смещения сейсмоизоляторов относительно установочной поверхности на фундаменте, а, значит, приводит к неконтролируемому перемещению центра масс турбоагрегата относительно фундаментного основания. В результате происходит перегрузка отдельных колонн фундамента вертикальным усилием от собственного веса рамы с оборудованием и, как следствие, это приводит к нарушению целостности бетона, образованию трещин в бетоне и потери устойчивости конструкции с последующим вероятным обрушением оборудования.Despite the high flexibility of this material, it has a low coefficient of friction to foundation surfaces and seismic isolators. The coefficient of friction reaches values in the range of 0.18-0.22, which is comparable to the friction coefficient of steel on steel. That is, the pads perform the function of compensating for the unevenness of the mounting surfaces, but do not increase the friction forces, since when installing seismic isolators on steel foundation plates without pads, the same friction forces will be achieved as with the use of mineral felt pads. At high rolling amplitudes of the foundation and equipment under a seismic action of more than 7.0 points on the MSK-64 scale, the low coefficient of friction provided by mineral felt linings causes the seismic isolators to shift relative to the installation surface on the foundation, and, therefore, leads to uncontrolled movement of the center masses of the turbine unit relative to the foundation. As a result, individual foundation columns are overloaded with vertical force from the own weight of the frame with the equipment and, as a result, this leads to a violation of the integrity of the concrete, the formation of cracks in the concrete and the loss of structural stability, followed by the likely collapse of the equipment.

Таким образом, основным недостатком известного сейсмоизолятора для фундаментов турбоагрегатов является его низкая надежность.Thus, the main disadvantage of the known seismic isolator for the foundations of turbine units is its low reliability.

Технический результат, на достижение которого направлено настоящее техническое решение, заключается в повышении надежности сейсмоизолятора за счет предотвращения его перемещений относительно установочной поверхности на фундаменте.The technical result to be achieved by the present technical solution is to increase the reliability of the seismic isolator by preventing its movement relative to the mounting surface on the foundation.

Указанный технический результат достигается тем, что в сейсмоизоляторе для фундаментов турбоагрегатов, включающем виброизоляцию с демпферными и упругими свойствами и прокладки, установленные сверху и снизу виброизоляции, согласно полезной модели, прокладки выполнены из высокотехнологичного гибкого фрикционного материала марки Beral EBB 7270.The specified technical result is achieved by the fact that in the seismic isolator for the foundations of turbine units, including vibration isolation with damping and elastic properties and gaskets installed above and below the vibration isolation, according to the utility model, the gaskets are made of high-tech flexible friction material brand Beral EBB 7270.

Устройство поясняется чертежом.The device is illustrated by a drawing.

На чертеже изображен сейсмоизолятор для фундаментов турбоагрегатов. Сейсмоизолятор содержит виброизоляцию 1 с демпферными и упругими свойствами и прокладки 2 установленные сверху и снизу виброизоляции 1. Виброизоляция содержит пружинные 3 и упруго-демпферные элементы 4.The drawing shows a seismic isolator for the foundations of turbine units. The seismic isolator contains vibration isolation 1 with damping and elastic properties and gaskets 2 installed on top and bottom of vibration isolation 1. Vibration isolation contains spring 3 and elastic-damping elements 4.

Сейсмоизолятор работает следующим образом: в статическом состоянии под действием нагрузки от верхней части фундамента пружины пружинного элемента 3 сейсмоизолятора сжимаются на статическую величину, что обеспечивает запас перемещения в вертикальном направлении на период сейсмических воздействий. При этом передача нагрузок от фундамента на сейсмоизолятор осуществляется через прокладки 2 из материала марки Beral EBB 7270, который обеспечивает надежное сцепление сейсмоизолятора с опорными поверхностями на фундаменте. Далее, пружины пружинного элемента 3 сейсмоизолятора равномерно перераспределяют нагрузку от верхней части строения на нижнюю часть фундамента за счет индивидуального сжатия каждой пружины, что исключает возникновение остаточных деформаций в конструкции строения, а, следовательно, исключаются локальные перенапряжения фундамента - это обеспечивает безопасность эксплуатации. При возникновении сейсмических воздействий в любом из направлений пространства пружины пружинного элемента 3 сейсмоизолятора приобретают дополнительную к статической деформацию, при этом благодаря сейсмоизолятору происходит плавное перераспределение этих динамических нагрузок от сейсмических колебаний с уменьшением амплитуды их колебаний и изменения ее частоты, а раскачивание верхней части строения исключается за счет упруго-демпферных элементов 4 в составе сейсмоизолятора, работающих по принципу поршневого устройства амортизационного типа. Таким образом, энергия сейсмических колебаний поглощается упруго-демпферными элементами 4 сейсмоизолятора, а амплитуды колебаний фундамента компенсируются пружинами пружинного элемента 3 сейсмоизолятора. После завершения серии сейсмических толчков сейсмоизоляторы возвращаются в исходное статическое состояние деформирования под действием упругих сил пружин, а расположение сейсмоизолятора относительно фундаментных отметок сохраняется за счет высокого коэффициента трения их прокладок 2, которые выполнены из фрикционного материала Beral EBB 7270.The seismic isolator works as follows: in a static state, under the action of a load from the upper part of the foundation, the springs of the spring element 3 of the seismic isolator are compressed by a static value, which provides a margin of movement in the vertical direction for the period of seismic impacts. In this case, the transfer of loads from the foundation to the seismic isolator is carried out through gaskets 2 made of material of the Beral EBB 7270 brand, which ensures reliable adhesion of the seismic isolator to the supporting surfaces on the foundation. Further, the springs of the spring element 3 of the seismic isolator evenly redistribute the load from the upper part of the structure to the lower part of the foundation due to the individual compression of each spring, which eliminates the occurrence of residual deformations in the structure of the building, and, consequently, local overstresses of the foundation are excluded - this ensures operational safety. When seismic impacts occur in any of the directions of space, the springs of the spring element 3 of the seismic isolator acquire an additional deformation to the static one, while due to the seismic isolator, these dynamic loads from seismic vibrations are smoothly redistributed with a decrease in the amplitude of their oscillations and a change in its frequency, and the rocking of the upper part of the structure is excluded due to the account of the elastic-damping elements 4 as part of the seismic isolator, operating on the principle of a shock-absorbing piston device. Thus, the energy of seismic vibrations is absorbed by the elastic damping elements 4 of the seismic isolator, and the vibration amplitudes of the foundation are compensated by the springs of the spring element 3 of the seismic isolator. After the completion of a series of seismic shocks, the seismic isolators return to their original static state of deformation under the action of the elastic forces of the springs, and the location of the seismic isolator relative to the foundation marks is maintained due to the high coefficient of friction of their gaskets 2, which are made of the friction material Beral EBB 7270.

В предложенном нами техническом решении в качестве материала для изготовления подкладок применен высокотехнологичный гибкий фрикционный материал без содержания асбеста из эластомера / смолы, армированный синтетическими волокнами без применения магнитных металлов, марки Beral EBB 7270. Этот материал предназначен для применения в трансмиссионных и тормозных системах, в узлах трения во фрикционных механизмах автомобилей, например, для покрытия тормозных колодок и других узлах трения. Материал выпускается листами размером 0,3 × 1,2 м и толщиной от 1,5 до 10 мм. Подкладки, изготовленные из материала Beral EBB 7270, отличаются следующими свойствами:In the technical solution proposed by us, Beral EBB 7270, a high-tech flexible friction material without asbestos content, made of elastomer / resin, reinforced with synthetic fibers without the use of magnetic metals, was used as a material for the manufacture of linings. This material is intended for use in transmission and brake systems, in units friction in the friction mechanisms of automobiles, for example, for coating brake pads and other friction units. The material is produced in sheets 0.3 × 1.2 m in size and 1.5 to 10 mm thick. Linings made from Beral EBB 7270 have the following properties:

- высокий коэффициент трения, который достигает величины 0.45, что в более чем 2 раза выше коэффициента трения минерального войлока (применяемого в РД ЭО 1.1.2.05.0696-2006), при этом применение фрикционных подкладок из Beral EBB 7270 не требует их монтажа на клеевые растворы. Это позволяет сохранить разбираемость соединения между поверхностями сейсмоизоляторов и монтажными площадками на фундаменте, и применять систему сейсмоизоляции реконструируемых турбоагрегатов (в дальнейшем, систему СРТ) при сейсмических воздействиях от 7,0 до 9,0 баллов по шкале MSK-64;- high friction coefficient, which reaches a value of 0.45, which is more than 2 times higher than the friction coefficient of mineral felt (used in RD EO 1.1.2.05.0696-2006), while the use of friction linings from Beral EBB 7270 does not require their installation on adhesive solutions. This makes it possible to maintain the disassembly of the connection between the surfaces of seismic isolators and mounting sites on the foundation, and to apply the seismic isolation system for reconstructed turbine units (hereinafter, the CPT system) under seismic effects from 7.0 to 9.0 points on the MSK-64 scale;

- высокая гибкость подкладок из материала Beral EBB 7270, что позволяет компенсировать неровности монтажных поверхностей;- high flexibility of pads made of Beral EBB 7270 material, which allows compensating for uneven mounting surfaces;

- высокое рабочее давление на сжатие от нагрузки до 1000 Н/см² (до 102 кгс/см²) обеспечивает достаточную несущую способность подкладок из Beral EBB 7270;- high working pressure for compression from a load of up to 1000 N/cm ² (up to 102 kgf/cm ² ) ensures sufficient bearing capacity of the linings of Beral EBB 7270;

- длительная рабочая температура при эксплуатации достигает величины +250°С, что важно при монтаже сейсмоизоляторов на подкладках из Beral EBB 7270 в непосредственной близости к высокотемпературным трубопроводам турбоагрегата.- long-term operating temperature during operation reaches +250°C, which is important when installing seismic isolators on linings made of Beral EBB 7270 in close proximity to the high-temperature pipelines of the turbine unit.

Таким образом, применение в конструкции фундаментов турбоагрегатов предложенной надежной, технологичной и эффективной системы сейсмоизоляции реконструируемых турбоагрегатов (системы СРТ) позволяет решить задачу сейсмозащиты оборудования турбоагрегата от вертикальных и горизонтальных сейсмических воздействий, интенсивностью от 7,0 до 9,0 баллов по шкале MSK-64. При этом в системе СРТ обеспечивается высокий коэффициент трения 0.45 между поверхностями сейсмоизоляторов и монтажными площадками, за счет чего решается проблема смещения сейсмоизоляторов относительно монтажных площадок при землетрясениях до 9,0 баллов без применения неразборных (клеевых) соединений и конструктивно-трудоемких механических ограничителей перемещений сейсмоизоляторов.Thus, the use of the proposed reliable, technologically advanced and efficient system of seismic isolation for reconstructed turbine units (SRT systems) in the design of foundations of turbine units allows solving the problem of seismic protection of turbine unit equipment from vertical and horizontal seismic impacts, with an intensity of 7.0 to 9.0 points on the MSK-64 scale . At the same time, a high coefficient of friction of 0.45 between the surfaces of seismic isolators and mounting sites is provided in the CRT system, due to which the problem of displacement of seismic isolators relative to mounting sites during earthquakes up to 9.0 points is solved without the use of non-separable (adhesive) joints and structurally labor-intensive mechanical limiters of movement of seismic isolators.

Все вышеперечисленное обеспечивает повышение надежности сейсмоизолятора за счет предотвращения его перемещений относительно установочной поверхности на фундаменте.All of the above provides an increase in the reliability of the seismic isolator by preventing its movement relative to the mounting surface on the foundation.

Claims

A seismic isolator for foundations of turbine units, including a vibration isolator with damping and elastic properties in the form of a spring element and elastic-damping elements, while the vibration isolator is equipped with gaskets at the top and bottom, characterized in that the gaskets are made of high-tech flexible friction material brand Beral EBB 7270.