Защитная железобетонная оболочка атомного реактора
Заявляемое техническое решение относится к области строительства и предназначено для использования при изготовлении или возведении железобетонных конструкций и сооружений с повышенными требованиями по безопасности, особенно эксплуатируемых в агрессивных воздействиях внешней среды. На фиг.1 конструкция 1 защитной железобетонной оболочки атомного реактора содержит несколько внешних армирующих поясов 2, 3 из композитных элементов с встроенными датчиками (композитная конструкция). Количество армирующих поясов 2, 3, их размеры, ширина и толщина определяется расчетом напряженно-деформированного состояния железобетонной оболочки при заданных геометрических размерах, свойствах материала стали, бетона, композитного материала и условий силового нагружения в виде равномерного давления на внутренней поверхности оболочки, определяемое проектом. Армирующие пояса располагаются горизонтально на вертикальной части оболочки и сегментно на купольной части оболочки. При этом для анкеровки сегментных армирующих поясов их концы заводятся под верхний горизонтальный пояс армирования. При бетонировании корпуса атомного реактора устанавливают несъемную опалубку из композитной конструкции с встроенными в нее при ее изготовлении датчиками и контактами для подключения блоков беспроводной передачи сигналов с датчиков. Затем выполняют установку стальной арматуры и бетонирование корпуса реактора. Блоки беспроводной передачи сигналов с датчиков подключают к контактам до бетонирования, что позволяет контролировать температуру и напряжения, возникающие при твердении бетонной смеси в теле бетонной конструкции. В случае необходимости усиления защитной оболочки в процессе эксплуатации атомного реактора элементы композитной конструкции наклеиваются с внешней стороны защитной оболочки. Использование данного технического решения позволяет увеличить прочность защитной оболочки, увеличить ее коррозионную стойкость, повысить надежность и безопасность эксплуатации атомного реактора в течение всего срока эксплуатации защитной оболочки атомного реактора.
Область техники
Данное техническое решение относится к области строительства и предназначено для использования при изготовлении или возведении железобетонных конструкций и сооружений с повышенными требованиями по безопасности, особенно эксплуатируемых в агрессивных воздействиях внешней среды.
Уровень техники
Аналогом данного предполагаемого технического решения является СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ СТЕН ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ СООРУЖЕНИЙ (авторское свидетельство SU 684116 А1, заявка 2489594 от 27.05.1977, МПК5 Е04Н 7/00, опубликовано 05.09.1979) [Л1], включающий сборку каналообразователей из секций труб, выполняемых из термопластичного материала, установку несущего армокаркаса, крепление каналообразователей к армокаркасу, замоноличивание бетонной смесью и пропуск предварительно напряженной арматуры в каналообразователи, отличающийся тем, что, с целью повышения индустриальности строительства и технологичности монтажа предварительно напряженных железобетонных сооружений, армокаркас с секциями труб каналообразователей изготавливают в виде пространственных блоков, причем секции труб выполняют с раструбами с на одном из концов, после чего изгибают с заданным радиусом кривизны, фиксируют относительно пространственного блока хомутами с возможностью продольного смещения, устанавливают пространственные блоки в проектном положении, разогревают раструбы каналообразователей ранее установленных пространственных блоков армокаркаса, а затем свободные концы секций труб каналообразователей каждого вышерасположенного блока по месту устанавливают соосно и вставляют в разогретые раструбы.
К недостаткам этого аналога следует отнести то, что в способе используется высокопрочная арматура для преднапряжения железобетонных конструкций путем натяжения пучков арматуры в специальных каналах. При натяжении пучков в каналообразователях средней и большой мощности при криволинейной их траектории возникает эффект защемления некоторых слоев элементов пучка вышележащими слоями, что ведет к неравномерности натяжения между отдельными элементами канатной или проволочной арматуры и пучка в целом. Кроме того, при эксплуатации возможно ослабление усилия в одном или нескольких пучках арматуры, что приводит к искривлению формы защитной оболочки.
Следующим аналогом заявляемого технического решения является ЗДАНИЕ (патент на изобретение RU 2099802 С1, заявка 93004760 от 02.04.1993, МПК6 G21C 13/00, G21C 13/028, Е04Н 7/00, опубликовано 20.12.1997, патентообладатель(и) Сименс АГ (DE)) [Л2].
1. Здание, в частности, защитная оболочка для ядерно-технической установки, содержащее внешнюю и внутреннюю оболочки, которые расположены с зазором друг относительно друга, а также уплотнительный элемент, который находится между двумя оболочками, отличающееся тем, что толщина уплотнительного элемента меньше, чем расстояние между оболочками, а уплотнительный элемент расположен, покрывая внутреннюю оболочку свободно или в значительной степени свободно от жестких соединений с оболочками.
2. Здание по п.1, отличающееся тем, что уплотнительный элемент расположен между оболочками без жесткого соединения с ними.
3. Здание по п.1 или 2, отличающееся тем, что уплотнительный элемент опирается на самую верхнюю точку оболочек и/или связан с ними и свободно висит между вертикальными участками оболочек.
4. Здание по п.1, отличающееся тем, что уплотнительный элемент связан с оболочкой в самой верхней точке вертикального участка оболочки.
5. Здание по пп.1 4, отличающееся тем, что уплотнительный элемент представляет собой вкладыш (Liner).
6. Здание по п.5, отличающееся тем, что вкладыш выполнен из листового металла или пластмассы.
7. Здание по пп.1 6, отличающееся тем, что уплотнительный элемент содержит по меньшей мере один компенсатор деформации.
8. Здание по п.7, отличающееся тем, что уплотнительный элемент содержит по меньшей мере один вертикально и один горизонтально действующий компенсатор деформации.
9. Здание по п.7 или 8, отличающееся тем, что уплотнительный элемент содержит в качестве компенсатора деформаций многократно Z-образно изогнутый участок.
10. Здание по пп.1 9, отличающееся тем, что внутренняя оболочка содержит отверстия для выравнивания давления.
11. Здание по пп.1 10, отличающееся тем, что внутренняя оболочка состоит из нескольких частей.
12. Здание по п.11, отличающееся тем, что части оболочки расположены с открытыми пазами между ними для выравнивания давления.
К недостаткам этого аналога следует отнести то, что конструкция здания не обеспечивает безопасность эксплуатации при возникновении избыточного давления внутри внутренней оболочки при возникновении аварийной ситуации, что может привести к ее разрушению и выбросу радиоактивных веществ в окружающую среду.
В известных способах безопасность работы защитной оболочки после возникновения аварийной ситуации и возникновения внутри нее аварийного избыточного давления в 500 кПа обеспечивается предварительным натяжением пучков канатов с усилием до 1000 тн. Опыт эксплуатации подобных систем предварительного напряжения показывает, что усилие в канатах может упасть до 50% от номинального значения, что приводит к снижению защитной функции системы канатов и необходимости проведения мероприятий по их подтяжке. При ослаблении канатов в теле железобетоной облочки возникают трещины из-за несимметричности распределения внутренних усилий в сечении железобетонной конструкции.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является СТРОИТЕЛЬНАЯ КОНСТРУКЦИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПОЗИТНОЙ КОНСТРУКЦИИ С ВСТРОЕННЫМИ ДАТЧИКАМИ (патент на изобретение RU 2441110 С1, заявка 2010128814 от 12.07.2010, МПК Е01D 1/00, опубликовано 27.01.2012, патентообладатель(и) ООО "НПП Геотек") [Л3].
1. Строительная конструкция, состоящая из несущих элементов в виде колонн, ригелей, балок, плит покрытия и перекрытия, стен и диафрагм жесткости, выполненная из стали, бетона, дерева, отличающаяся тем, что к ней присоединены элементы из композитной конструкции с встроенными в нее датчиками различного назначения.
2. Строительная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что в композитной конструкции датчики закладываются между армирующими слоями из высокопрочных волокон или ткани.
3. Строительная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что в композитной конструкции в качестве одного из армирующих слоев используется материал из волокон нанотрубок.
4. Строительная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что в композитной конструкции нанотрубки являются датчиками для измерения деформаций.
5. Строительная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что композитные конструкции с встроенными датчиками вводятся в сечения элементов строительной конструкции в местах с наибольшими значениями деформаций.
6. Строительная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что датчики подключены к блокам беспроводной или проводной передачи сигналов с датчиков.
7. Строительная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что сигналы с датчиков обрабатываются в компьютере и оценивается текущее напряженно-деформированное состояние с выявлением дефектов в конструкции.
8. Строительная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что композитная конструкция с встроенными датчиками используется как несъемная опалубка при изготовлении железобетонных строительных конструкций.
При изготовлении стальной, железобетонной или деревянной строительной конструкции ее несущие элементы полностью или частично покрываются высокопрочной композитной конструкцией с встроенными при ее изготовлении датчиками различного назначения (давления, деформации, температуры, вибрации и пр.) и контактами для подключения блоков беспроводной или проводной передачи сигналов с датчиков, сигналы с блоков передаются по радиочастоте или проводам на компьютер, обрабатываются, и затем на рабочее место оператора выдается сообщение о текущем техническом состоянии как элементов конструкции, так здания или сооружения в целом.
Основным недостатком данного изобретения является то, что оно не используется для повышения трещиностойкости и обеспечения безопасной эксплуатации оболочки атомного реактора при возникновении аварийной ситуации.
Сущность технического решения
Задачей технического решения является: обеспечить высокую прочность защитной железобетонной оболочки атомного реактора при возникновении внутри нее избыточного давления без применения системы из пучков арматурных канатов, устройств анкерного крепления канатов, устройств натяжения, контроля усилий в канатах и необходимости дополнительного натяжения пучков канатов в процессе эксплуатации атомного реактора.
Защитная железобетонная оболочка атомного реактора, отличающаяся тем, что она армирована с внешней стороны горизонтальными и вертикальными поясами выполненные из композитных материалов (композитной конструкции), горизонтальные пояса располагаются по высоте вертикальной части оболочки в несколько уровней, вертикальные пояса размещены сегментным образом на куполе оболочки и заведены под верхний пояс горизонтальный пояс.
Перечень фигур, чертежей и иных материалов
На фиг.1 изображена конструкция железобетонной оболочки атомного реактора.
Пример реализации технического решения
На фиг.1 конструкция 1 защитной железобетонной оболочки атомного реактора содержит несколько внешних армирующих поясов 2, 3 из композитных элементов с встроенными датчиками (композитная конструкция).
Количество армирующих поясов 2, 3, их размеры, ширина и толщина определяется расчетом напряженно-деформированного состояния железобетонной оболочки при заданных геометрических размерах, свойствах материала стали, бетона, композитного материала и условий силового нагружения в виде равномерного давления на внутренней поверхности оболочки, определяемое проектом.
Армирующие пояса располагаются горизонтально 2 на вертикальной части оболочки и сегментно 3 на купольной части оболочки. При этом для анкеровки сегментных армирующих поясов их концы заводятся под верхний горизонтальный пояс армирования.
При бетонировании корпуса атомного реактора устанавливают несъемную опалубку из композитной конструкции с встроенными в нее при ее изготовлении датчиками и контактами для подключения блоков беспроводной передачи сигналов с датчиков. Затем выполняют установку стальной арматуры и бетонирование корпуса реактора. Блоки беспроводной передачи сигналов с датчиков подключают к контактам до бетонирования, что позволяет контролировать температуру и напряжения, возникающие при твердении бетонной смеси в теле бетонной конструкции.
В случае необходимости усиления защитной оболочки в процессе эксплуатации атомного реактора элементы композитной конструкции наклеиваются с внешней стороны защитной оболочки.
Промышленная применимость
Использование данного технического решения позволяет увеличить прочность защитной оболочки, увеличить ее коррозионную стойкость, повысить надежность и безопасность эксплуатации атомного реактора в течение всего срока эксплуатации защитной оболочки атомного реактора.
Список литературы
1. Авторское свидетельство СССР SU 684116 А1, кл. Е04Н 7/00, заявка 2489594 от 27.05.77, опубликовано 05.09.1979, СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ СТЕН ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ СООРУЖЕНИЙ.
2. Патент RU 2099802 С1, МПК6 G21C 13/00, G21C 13/028, Е04Н 7/00, заявка 93004760 от 02.04.1993, опубликовано 20.12.1997, ЗДАНИЕ.
3. Патент RU 2441110 С1, МПК Е01D 1/00, заявка 2010128814 от 12.07.2010, опубликовано 27.01.2012, СТРОИТЕЛЬНАЯ КОНСТРУКЦИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПОЗИТНОЙ КОНСТРУКЦИИ С ВСТРОЕННЫМИ ДАТЧИКАМИ.
Защитная железобетонная оболочка атомного реактора, отличающаяся тем, что она армирована с внешней стороны горизонтальными и вертикальными поясами, выполненными из композитных материалов (композитной конструкции), горизонтальные пояса располагаются по высоте вертикальной части оболочки в несколько уровней, вертикальные пояса размещены сегментным образом на куполе оболочки и заведены под верхний горизонтальный пояс.
