Железобетонный контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива

 

Железобетонный контейнер (ЖБК) содержит металлические внутреннюю и наружную цилиндрические оболочки (ЦО) с днищами, полость между которыми заполнена бетоном, герметичное перекрытие внутренней полости контейнера. Герметичное перекрытие выполнено в виде по меньшей мере одной крышки, установленной на металлическом основании (МО). ЖБК снабжен дополнительной металлической ЦО, охватывающей с зазором наружную ЦО с образованием полости, которая заполнена бетоном меньшей прочности. Арматура бетонного заполнения полости между внутренней и наружной ЦО содержит двойную кольцевую арматуру в виде решеток, содержащих продольные и окружные элементы (Э). Окружные Э одной решетки соответственно соединены с окружными Э другой решетки с помощью размещенных равномерно по окружности U-образных элементов. Последние установлены радиально с возможностью охвата соответствующих продольных Э обеих решеток. Решетки установлены на МО посредством центрирующих элементов, выполненных на МО. Каждая из решеток установлена с зазором относительно смежной ЦО. Внутри бетонного заполнения полости между внутренней и наружной ЦО размещены закрепленные на МО анкеры, расположенные вдоль упомянутых продольных Э. U-образные элементы, установленные в зоне размещения анкеров, охватывают последние. Технический результат использования изобретения состоит в том, что оно позволяет повысить надежность эксплуатации ЖБК, повысить его рационально защитные свойства, снизить стоимость его изготовления. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к контейнерам для длительного сухого хранения отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) ядерных реакторов различных типов. Известен железобетонный контейнер типа CONSTOR (Актуальные вопросы разработки контейнеров для хранения отработавшего ядерного топлива: Брасас С.К. Журнал Теплоэнергетика, 11, 1996г. с.36-39).

Известный контейнер содержит металлические внутреннюю и наружную цилиндрические оболочки с днищами, полость между которыми заполнена армированным тяжелым бетоном, герметичное перекрытие внутренней полости контейнера, выполненное в виде двух крышек, установленных на кованом кольце с грузоподъемными цапфами. Сверху на герметичное перекрытие устанавливается защитный колпак. В варианте для транспортировки на днище и верхнюю часть контейнера устанавливают демпферы.

Также известен металлобетонный контейнер для хранения и транспортирования ОЯТ реакторов РБМК (Металлобетонный контейнер для хранения и транспортирования отработавшего ядерного топлива реакторов РМБК. Зубков А.А., Фромзель В.Н. и др. Журнал Теплоэнергетика, 11 1996г., С.40-44). Известный контейнер содержит корпус, выполненный из двух цилиндрических обечаек с наружным диаметром 2340 и 1560 мм и толщиной 40 мм, изготовленных из стали 09Г2С. Эти обечайки расположены одна в другой и приварены к верхнему кованому кольцу толщиной 495 мм, изготовленному из той жe стали. Внутренняя и наружная обечайки имеют приваренные днища. На верхнем кольце выполнены проточки под установку и приварку двух крышек контейнера и резьбовые отверстия М300 х 6, используемые для заворачивания верхних грузовых цапф. В нижней части корпуса расположены две привариваемые опорные цапфы, предназначенные для установки контейнера в горизонтальное положение в опорах транспортного средства при перевозке.

Кольцевое пространство между обечайками корпуса, а также пространство между днищами заполнены тяжелым жаростойким бетоном, армированным гнутыми наклонными прутками, изготовленными из углеродистой стали. Арматура устанавливается на поверхности внутренней обечайки рядами с шагом 200 мм. Каждый ряд состоит из 32 прутков диаметром 36 мм. Прутки каждого ряда поочередно свариваются с прутками верхнего и нижнего рядов, при этом образуются трапециевидные скобы, приваренные к вертикальным стержням армирования. Между арматурой и наружной обечайкой имеется 30-ти миллиметровый зазор. Для связи наружной обечайки и бетонного массива к внутренней поверхности наружной обечайки приварены с шагом 200 мм кольца из арматурной стали диаметром 6 мм. Для бетонирования кольцевого пространства между обечайками с сетью армирующих стержней, являющихся одновременно теплоотводами, используется литой бетон, обладающий высокой пластичностью к расслоению при гравитационной укладке. Внутренняя крышка контейнера состоит из трех слоев. Наружный стальной лист крышки изготовлен из поковки или листа толщиной 130 мм. К нижней части листа приварена обечайка с армирующими элементами, и образовавшаяся полость заполняется таким же тяжелым бетоном, как и корпус контейнера (толщина слоя бетона - 280 мм), После заполнения бетоном полость крышки закрывается стальным листом толщиной 30 мм, который приварен к нижней части обечайки. Наружная крышка контейнера выполнена из листовой стали толщиной 40 мм и снабжена кольцевым упором, плотно прилегающим к внутренней крышке.

На днище корпуса расположена опора-демпфер, выполненная в виде верхнего и нижнего опорных колец, соединенных стальными ребрами, деформируемыми в случае удара. При транспортировании контейнера в горизонтальном положении на его корпус надеваются торцевые демпфирующее устройства, с помощью которых обеспечивается сохранность контейнера при ударных нагрузках в момент аварийных ситуаций. Транспортные демпферы представляют собой деревянные конструкции,. заключенные в тонкостенную металлическую оболочку.

Недостатком вышерассмотренных контейнеров является то, что они предполагают оснащение их сьемными демпферами, что усложняет эксплуатацию. При этом конструкция съемных демпферов не обеспечивает доступа к грузовым цапфами и существенно увеличивает, например, боковой габарит контейнера. Вместе с этим в конструкции контейнеров не предусмотрена защита наружной обечайки корпуса от непосредственного механического нагружения в аварийной ситуации. Например, при падении контейнера боковой поверхностью на штырь не исключена возможность разрушения наружной оболочки и ее разгерметизации. К недостаткам контейнеров можно также отнести то, что арматура бетонного заполнения предполагает большой объем сварочных работ, что приводит к снижению ударной вязкости материала арматуры при эксплуатации контейнера в условиях низких температур, например, при минус 50^oС и повышает склонность материала арматуры к хрупкому разрушению.

Известен контейнер для транспортирования и хранения ОЯТ по патенту РФ 1630558, МПК⁵ С 21 P 5/00,1994г. Известный контейнер содержит вертикально установленный металлический корпус, имеющий форму цилиндра, герметичное перекрытие внутренней полости корпуса, закрепленные на корпусе кольцевые демпфирующие элементы, радиационную защиту, состоящую из полых цилиндров, расположенных между упомянутыми демпфирующими элементами, и содержащую нейтронозащитный материал. Герметичное перекрытие внутренней полости контейнера выполнено в виде двух крышек, установленных одна над другой на упомянутом металлическом корпусе. Днище корпуса контейнера и наружная крышка герметичного перекрытия выполнены таким образом, что являются одновременно торцевыми демпфирующими элементами.

Недостатком известного контейнера является то, что для изготовления толстостенного металлического корпуса контейнера требуется уникальное металлургическое оборудование. Кроме того, цельнометаллический контейнер предполагает высокую трудоемкость изготовления и, следовательно, высокую стоимость. Известен контейнер для транспортировки и/или хранения ОЯТ по патенту РФ 2084975, МПК⁶ G 21 F 5/008, 1995г, который содержит металлические наружную и внутреннюю цилиндрические оболочки с днищами, полость между которыми заполнена армированным бетоном, герметичное перекрытие упомянутой полости и внутренней полости контейнера. Последнее выполнено в виде двух крышек, установленных одна над другой на общем основании и образующих с ним два герметизирующих контура. Внутри бетонного заполнителя с зазором относительно наружной цилиндрической оболочки размещено армирование в виде решетки, состоящей из кольцевых и продольных элементов, соединенных с днищем наружной оболочки и основанием крышек. Между решеткой и внутренней цилиндрической оболочкой с зазором относительно последней установлен экранирующий силовой стакан, соединенный с основанием крышек и связанный с решеткой стержнями. Зазор между решеткой и наружной цилиндрической оболочкой заполнен бетоном меньшей прочности. На период транспортировки контейнера на его днище и верхнюю часть устанавливают ударопоглощающие высокодеформативные устройства.

Радиационная безопасность известного контейнера обеспечивается за счет использования особо прочного и тяжелого бетона с плотностью до 4 т/м³, наличия металлических внутренней и наружной оболочек, экранирующего стакана и за счет достаточно плотного армирования бетонного массива. Герметичность контейнера при падении его на штырь обеспечивается, в частности, наружной металлической оболочкой и защитным слоем бетона с меньшей прочностью, которые поглощают часть кинетической энергии падающего контейнера. Наличие решетки из стержней удерживает раскрытие трещин в зоне контакта со штырем. Экранирующий стакан в случае распространения трещин на всю глубину бетонного заполнения воспринимает растягивающие нагрузки на вершине трещины и сдерживает ее развитие в зону внутренней металлической оболочки. Таким образом, ряд контуров локализации развития трещин позволяет надежно обеспечить герметичность внутренней оболочки при данном, наиболее неблагоприятном нагружении контейнера.

Однако конструктивные особенности выполнения известного контейнера, обеспечивающие повышение его надежности (например, выполнение контейнера, по существу, с тремя оболочками и применение для одной из внутренних полостей двух различных марок бетона) усложняют технологию бетонирования корпуса контейнера.

Наиболее близким по совокупности признаков с заявляемым изобретением является железобетонный контейнер для хранения и транспортирования отработавших сборок ТВЭЛ ядерного реактора по патенту РФ 2082232, МПК⁶ G 21 F 5/008, 1994, который и выбран в качестве ближайшего аналога-прототипа. Известный контейнер представляет собой цилиндрический двухстенный резервуар с днищами, выполненный из стали, закрываемый защитным перекрытием с устройством его крепления и герметизации. Герметичное перекрытие выполнено в виде двух герметичных крышек, установленных одна над другой на общем металлическом основании (кованом кольце). Полость между оболочками резервуара залита жаростойким, пластичным, обеспечивающим радиационную защиту бетоном. В кольцевом пространстве между оболочками с днищами установлена арматура в виде прутков-тепловодов с погибами, развернутыми в разные стороны на концах. Прутки-тепловоды одним изгибом закреплены по всей поверхности внутренней стальной оболочки и ее днища рядами по высоте и равномерно по окружности. Другим изгибом прутки-тепловоды связаны поочередно с изгибами соответствующего прутка-тепловода из соседнего верхнего и нижнего рядов поочередно, образуя трапециевидные скобы, примыкающие своими вершинами к внутренней стальной оболочке и к ее днищу. Наружная стальная оболочка выполнена оребренной и не имеет жесткой связи с бетоном и внутренней стальной оболочкой. Конструктивная схема железобетонного контейнера позволяет максимально наполнить стальными прутками-тепловодами бетонное заполнение стенки, что увеличивает в 2-3 раза общий коэффициент теплопроводности по сравнению с одним бетоном и позволяет отводить через стенку тепловые потоки, сравнимые с потоками в стальных контейнерах без снижения радиационной безопасности.

Недостатком известного устройства является то, что при возможных аварийных ситуациях величины действующих на ОТВС нагрузок и перегрузки определяются собственными демпфирующими или деформативными характеристиками корпуса контейнера, величина которых недостаточна и не обеспечивает снижения действующих при аварийных ситуациях нагрузок до допустимого для ОТВС уровня. Таким образом, известный железобетонный контейнер предполагает оснащение его съемными демпферами, что усложняет эксплуатацию. Вместе с этим в конструкции контейнера не предусмотрена защита наружной оболочки корпуса от непосредственного механического нагружения в аварийной ситуации. Например, при падении контейнера боковой поверхностью на штырь не исключена возможность разрушения наружной оболочки и ее разгерметизации. К недостаткам можно также отнести то, что конструктивная схема контейнера предполагает большой объем сварочных работ, что приводит к снижению ударной вязкости материала, например, арматуры и внутренней стальной оболочки и ее днища при эксплуатации контейнера в условиях низких температур, например, при минус 50^oС.

Задача, решаемая изобретением, заключается в том, чтобы повысить защиту ОЯТ и защиту контейнера в случае аварийных ситуаций.

Эта задача решается благодаря тому, что известный контейнер для транспортировки и/или хранения ОЯТ, содержащий металлические внутреннюю и наружную оболочки с днищами, полость между которыми заполнена армированным бетоном, герметичное перекрытие внутренней полости контейнера, выполненное в виде по меньшей мере одной крышки, установленной на металлическом основании, согласно изобретению снабжен дополнительной цилиндрической оболочкой, охватывающей с зазором упомянутую наружную цилиндрическую оболочку с образованием полости, которая заполнена бетоном меньшей прочности. Арматура бетонного заполнения полости между внутренней и наружной цилиндрическими оболочками содержит двойную кольцевую арматуру в виде решеток, содержащих продольные и окружные элементы. Окружные элементы одной решетки соответственно соединены с окружными элементами другой решетки с помощью размещенных равномерно по окружности U-образных элементов, установленных радиально с возможностью охвата соответствующих продольных элементов обеих решеток. Решетки смонтированы на упомянутом металлическом основании посредством центрирующих элементов, выполненных на последнем. При этом каждая из решеток установлена с зазором относительно смежной цилиндрической оболочки. Внутри бетонного заполнения полости между внутренней и наружной цилиндрическими оболочками размещены закрепленные на металлическом основании анкеры, расположенные вдоль упомянутых продольных элементов. При этом U-образные элементы, установленные в зоне размещения анкеров, охватывают последние.

Вместе с этим центрирующие элементы выполнены в виде проточек, в которых установлены продольные элементы кольцевой арматуры, каждый одним своим концом. Одна из сторон каждой проточки выполнена конической и сопряжена с внутренней цилиндрической поверхностью соответствующей оболочки контейнера.

Центрирующие элементы могут быть выполнены в виде расположенных по длине концентричных окружностей гнезд, в которых установлены продольные элементы кольцевой арматуры, каждый одним своим концом.

Благодаря выполнению центрирующих элементов в виде проточек или гнезд продольные элементы кольцевой арматуры совместно с упомянутыми анкерами обеспечивают повышение прочности стыка металлического основания с металлобетонной стенкой контейнера. При этом в варианте выполнения центрирующих элементов в виде проточек форма выполнения последних обеспечивает плавный переход от металлического основания к толщинам цилиндрических оболочек контейнера, что позволяет снизить концентрацию напряжений в стыковых соединениях оболочек с основанием.

Кроме того, концы разомкнутой части U-образных элементов выполнены с элементами зацепления, контактирующими с наружной поверхностью соответствующих окружных элементов кольцевой арматуры. Благодаря особенностям формы выполнения U-образных элементов последние надежно фиксируют положение решеток арматуры и обеспечивают возможность упрощения монтажа, т.к. позволяют обойтись без их принудительной ориентации и без силовых сварных швов.

Вместе с этим окружные кольцевые элементы кольцевой арматуры выполнены в виде колец.

Окружные элементы кольцевой арматуры могут быть выполнены в виде спиралей. Такое исполнение позволяет при изготовлении кольцевой арматуры бетонного заполнения использовать принцип навивки, что обеспечивает возможность автоматизации процесса изготовления последней.

Кроме того, на наружной цилиндрической оболочке выполнен по меньшей мере один демпфирующий элемент, выступающий за пределы дополнительной металлической оболочки, а днище наружной цилиндрической оболочки и крышка контейнера выполнены таким образом, что являются одновременно торцевыми демпфирующими элементами.

Демпфирующий кольцевой элемент расположен в районе центра тяжести загруженного контейнера.

Технический результат использования изобретения состоит в том, что оно позволяет повысить надежность эксплуатации железобетонного контейнера, повысить радиационно-защитные свойства контейнера и благодаря упрощению технологии изготовления арматуры бетонного заполнения позволяет снизить стоимость изготовления контейнера. Повышение надежности эксплуатации достигается благодаря обеспечению возможности сохранения конструкционной целостности контейнера при возможных аварийных ситуациях. Последняя, в свою очередь, обеспечена, в частности, благодаря повышению прочностных характеристик конструкции путем: - создания трехосного армирования бетона, которое обеспечивает повышение трещиностойкости и повышает несущую способность бетона за счет эффекта косвенного армирования (т. е. армирования в направлении, перпендикулярном действующим силам), - заделки арматуры бетонного заполнения на металлическое основание герметичного перекрытия внутренней полости контейнера, - использования анкеров, в результате чего отпала необходимость приварки арматуры к упомянутому металлическому основанию и таким образом удалось избежать фактора, обуславливающего снижение ударной вязкости материала арматуры в условиях низких температур. При этом анкеры обеспечивают прочность места стыка металлического основания с металлобетонной стенкой контейнера.

Предохранение контейнера от разрушения при возможных аварийных ситуациях обеспечивается также снижением действующих нагрузок благодаря податливости ударопоглощающих элементов - дополнительной металлической цилиндрической оболочки, заполненной бетоном меньшей прочности, чем основной бетон, демпфирующему кольцевому элементу и благодаря выполнению днища наружной цилиндрической оболочки и крышки контейнера с торцевыми демпфирующими элементами. При этом упомянутая дополнительная оболочка обеспечивает защиту наружной силовой оболочки контейнера от непосредственного воздействия внешних нагрузок, предохраняя ее от разрушения и исключая тем самым возможность разгерметизации полости между внутренней и наружной цилиндрическими оболочками и дополнительно повышая радиационно-защитные свойства контейнера.

Конструкция железобетонного контейнера схематично представлена на чертежах, где на фиг.1 показан продольный разрез контейнера по грузовым цапфам (соединен с разрезом в плоскости, расположенной между грузовыми цапфами); на фиг.2 - поперечный разрез контейнера по А-А на фиг. 1; на фиг.3 - устройство узла стыковки металлобетонной стенки: контейнера с металлическим основанием герметичного перекрытия внутренней полости контейнера, продольный разрез в варианте выполнения, когда центрирующие элементы решеток арматуры бетонного заполнения выполнены в виде проточек.

Контейнер содержит наружную 1 и внутреннюю 2 металлические цилиндрические оболочки с днищами 3, 4, выполненные в варианте исполнения изобретения из тонколистовой нержавеющей стали, обеспечивающей многолетнюю коррозионную стойкость. Полость между оболочками заполнена особо прочным и тяжелым бетоном 5 с повышенной термостойкостью. Сверху внутренняя полость контейнера и полость между оболочками герметично перекрыты двумя крышками 6, 7, расположенными положенными одна над другой и размещенными на едином металлическом основании 8.

Внутри бетонного заполнения 5 по всей высоте контейнера размещено силовое армирование, включающее двойную кольцевую арматуру в виде двух решеток, каждая из которых установлена с зазором относительно смежной цилиндрической оболочки. Решетки включают продольные элементы 9 и 10 и окружные элементы 11 и 12. При этом окружные элементы 11 и 12 соответственно охватывают продольные элементы 9 и 10). В варианте выполнения изобретения окружные элементы кольцевой арматуры бетонного заполнения выполнены в виде колец. В другом варианте выполнения изобретения (на чертеже не показан) вместо колец могут быть использованы окружные элементы в виде спиралей. Это позволяет при изготовлении арматурных решеток использовать принцип навивки, что обеспечивает возможность автоматизации процесса изготовления арматуры бетонного заполнения. Внутри бетонного заполнения 5 полости между внутренней 2 и наружной 1 цилиндрическими оболочками размещены анкеры 13. Последние расположены вдоль продольных элементов 9, 10 и закреплены, например, с помощью резьбы на металлическом основании 8. Окружные элементы 11 и 12 соединены посредством размещенных равномерно по окружности U-образных элементов 14. Последние установлены радиально с возможностью охвата соответствующих продольных элементов 9, 10. При этом элементы 14, установленные в зоне размещения анкеров 13, охватывают и анкеры 13. В варианте выполнения элементы 14 установлены таким образом, что их разомкнутая часть обращена к внутренней цилиндрической оболочке 2. Концы разомкнутой части U-образных элементов выполнены с элементами зацепления, контактирующими с наружной поверхностью соответствующих окружных элементов 11. В варианте выполнения изобретения это реализовано следующим образом. Элементы 14 выполнены с загнутыми концами и располагаются под соответствующими окружными элементами (в варианте выполнения - под соответствующими витками спиралей) таким образом, что загнутые концы элементов 14 направлены в сторону металлического основания 8. Такое расположение обусловлено тем, что, поскольку сверху полость между оболочками корпуса контейнера перекрыта металлическим основанием, то сборку корпуса контейнера и бетонирование упомянутой полости осуществляют в перевернутом положении корпуса контейнера, т. е. днищем вверх. В этом положении элементы 14 располагаются на окружных элементах. При этом благодаря форме выполнения они надежно фиксируют взаимное положение решеток арматуры и обеспечивают возможность упрощения монтажа, т. к. позволяют при их (т.е. элементов 14) установке обойтись без принудительной ориентации и без силовых сварных швов.

Решетки смонтированы на металлическом основании 8 посредством центрирующих элементов, выполненных на последнем. В варианте выполнения центрирующие элементы выполнены в виде двух проточек "а" и "в", в которых соответственно установлены продольные элементы 9, 10 кольцевой арматуры, каждый одним своим концом. Одна из сторон каждой проточки выполнена конической и сопряжена с прилегающей к ней внутренней цилиндрической поверхностью оболочки контейнера. Этим обеспечивается плавный переход от металлического основания 8 к толщинам цилиндрических оболочек 1, 2, что позволяет снизить концентрацию напряжений в стыковых соединениях оболочек с основанием. В другом варианте (на чертеже не показан) продольные элементы установлены в гнездах, выполненных на торцевой поверхности металлического основания 8 по длине двух концентричных окружностей.

Кроме того, что обеспечивается центрирование кольцевой арматуры, благодаря такому выполнению продольные элементы совместно с анкерами 13 обеспечивают повышение прочности стыка металлического основания 8 с металлобетонной стенкой контейнера.

Контейнер снабжен дополнительной металлической цилиндрической оболочкой 15, охватывающей с зазором наружную металлическую цилиндрическую оболочку 1 с образованием полости, которая заполнена тяжелым бетоном 16 меньшей прочности, чем основной - тяжелый бетон 5.

На наружной металлической цилиндрической оболочке 1 выполнен демпфирующий кольцевой элемент 17, который выступает за пределы дополнительной металлической оболочки 15. В варианте выполнения демпфирующий кольцевой элемент 17 расположен в районе центра тяжести загруженного контейнера. Возможно выполнение контейнера с несколькими демпфирующими кольцевыми элементами.

В варианте выполнения изобретения днище 3 и крышка 7 выполнены таким образом, что являются одновременно торцевыми демпфирующими элементами. Это достигается благодаря тому, что они снабжены элементами, пластически деформируемыми в случае аварийного нагружения контейнера. В варианте осуществления изобретения упомянутые элементы выполнены, например, в виде пустотелых оболочек с ребрами. С демпфирующим кольцевым элементом конструктивно совмещена кольцевая опорная площадка "с", предназначенная для установки контейнера на опоре транспортного средства.

Использование железобетонного контейнера в промышленности осуществляется следующим образом.

Контейнер предназначен для сухого хранения, преимущественно отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС). Способ сухого хранения предполагает, в частности: - хранение контейнера с ОТВС в месте промежуточного хранения в течение 20-25 лет; - транспортировку контейнера с ОТВС к месту окончательного хранения; - установку контейнера с ОТВС в месте окончательного хранения или под разгрузку ОТВС на радиохимическом заводе с целью дальнейшей переработки ядерного топлива.

В варианте осуществления изобретения ОТВС перед загрузкой в контейнер помещают в пеналы и последние герметизируют. Для дистанционной загрузки пеналов с ОТВС в контейнер используется специальное наводящее устройство. В контейнере пеналы с ОТВС размещаются посредствам дистанционирующей решетки (на чертеже не показано). После загрузки контейнера закрывается внутренняя крышка 6, затягивается болтовое соединение ее крепления и производится контроль герметичности соединения крышки с металлическим основанием 8. Закрывается наружная крышка 7, затягивается болтовое соединение ее крепления и производится контроль герметичности соединения крышки с металлическим основанием 8. При необходимости производится вакуумирование внутренней полости контейнера и заполнение ее инертным газом с помощью предусмотренных на контейнере клапанных устройств (на чертеже не показано). После этого контейнер с ОТВС транспортируют к месту предварительного хранения.

Ядерная безопасность при хранении и транспортировке контейнера обеспечивается размещением ОЯТ (ОТВС) в пеналах (исключается возможность попадания ядерного топлива во внутреннюю полость контейнера в случае аварийного разрушения последнего и тем самым исключается возможность компактного размещения ядерного топлива) и дистанционирующей решеткой, обеспечивающей заданное взаимное расположение пеналов.

Радиационная безопасность в части боковой поверхности контейнера обеспечивается за счет использования особо прочного (R_сж = 900-1100 кгc/см²) и тяжелого = 4000-4100 кг/м³) бетона 5, наличия наружной и внутренней металлических цилиндрических оболочек 1 и 2, экранирующей дополнительной металлической цилиндрической оболочки 15 и слоя тяжелого бетона 16 меньшей прочности (например, R_сж=500-600 кгс/см²), чем основной бетон 5.

Радиационная безопасность в части крышек и днища контейнера обеспечивается традиционным путем - металлоконструкциями и бетонным заполнителем.

Требуемый температурный режим (по ограничению максимальной температуры нагрева ОТВС) во внутренней полости контейнера в условиях эксплуатации (при хранении и транспортировке) и в аварийных условиях нагрева контейнера при пожаре обеспечивается сочетанием теплопроводящих свойств бетонных заполнителей и тепловых мостов, образуемых металлоконструкциями и арматурой.

Предохранение контейнера с ОТВС от разрушения (например, нарушение герметичности оболочек и появление сквозных трещин) при возможных аварийных ситуациях, которые необходимо учитывать в соответствии с рекомендациями МАГАТЭ и требованиями, предъявляемыми нормативными документами (Основные правила безопасности и физической защиты при перевозке ядерных материалов. ОПБЗ-83. Москва 1984 г.) обеспечиваются, в частности, снижением действующих нагрузок благодаря податливости ударопоглощающих элементов - слоя бетона 16, демпфирующего кольцевого элемента 17 и пластически деформируемых элементов, выполненных на днище 3 и крышке 7. При этом ударопоглощающие элементы контейнера в совокупности обеспечивают снижение ударных нагрузок при любом возможном положении контейнера при соударении последнего с жестким основанием и одновременно обеспечивают снижение перегрузок (максимального ускорения торможения) до допустимого для ОТВС уровни.

Прочность контейнера при возможных аварийных ситуациях обеспечивается всеми компонентами металлобетонной композиции - металлоконструкцией и арматурой бетонного заполнения, воспринимающими растягивающие нагрузки в продольных и поперечных сечениях контейнера, и бетонным заполнителем, воспринимающим, в основном, сжимающие нагрузки в тех же сечениях. При этом кольцевые решетки в совокупности с установленными U-образными элементами создают достаточно жесткое трехосное армирование, что обеспечивает повышение прочности бетона в сравнении с нормативной благодаря эффекту косвенного армирования и повышает трещиностойкость бетона, т.е. возможность последнего при нагружении в аварийной ситуации препятствовать развитию трещин, способность закрывать образовавшиеся трещины после прекращения действия нагрузок и способность удерживать трещины от их развития в дальнейшем при действии эксплуатационных нагрузок. Способность закрывать разнонаправленные трещины позволяет практически избежать снижения радиационно-защитных свойств контейнера после возможных аварийных ситуаций. При достаточно жестком армировании бетонного заполнения одновременно обеспечивается необходимое сопротивление конструкции контейнера при падении последнего на штырь.

В отношении прочности контейнера с точки зрения перерезывающих сил наиболее опасным является место стыка металлического основания 8 с металлобетонной стенкой контейнера. Повышение прочности в этом месте обеспечивается жестко закрепленными на металлическом основании анкерами 13 и продольными элементами 9, 10 кольцевой арматуры, одни концы которых установлены с последующим их бетонированием в проточках (в варианте выполнения - в гнездах), выполненных на металлическом основании 8. Кроме того, анкеры 13 благодаря сцеплению с бетоном 5 также обеспечивают передачу части растягивающих нагрузок от металлического основания 8 на кольцевую арматуру (основные растягивающие нагрузки при этом воспринимаются оболочками 1 и 2).

Таким образом, благодаря особенности исполнения железобетонного контейнера для транспортировки и/или хранения ОЯТ, изобретение позволяет повысить надежность эксплуатации железобетонною контейнера, повысить радиационно-защитные свойства контейнера и благодаря упрощению технологии изготовления арматуры бетонного заполнения позволяет снизить стоимость изготовления контейнера.

Формула изобретения

1. Железобетонный контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива, содержащий металлические внутреннюю и наружную цилиндрические оболочки с днищами, полость между которыми заполнена армированным бетоном, герметичное перекрытие внутренней полости контейнера, выполненное в виде по меньшей мере одной крышки, установленной на металлическом основании, отличающийся тем, что он снабжен дополнительной металлической цилиндрической оболочкой, охватывающей с зазором упомянутую наружную цилиндрическую оболочку с образованием полости, которая заполнена бетоном меньшей прочности, арматура бетонного заполнения полости между внутренней и наружной цилиндрическими оболочками содержит двойную кольцевую арматуру в виде решеток, содержащих продольные и окружные элементы, причем окружные элементы одной решетки соответственно соединены с окружными элементами другой решетки с помощью размещенных равномерно по окружности U-образных элементов, установленных радиально с возможностью охвата соответствующих продольных элементов обеих решеток, решетки смонтированы на упомянутом металлическом основании посредством центрирующих элементов, выполненных на последнем, при этом каждая из решеток установлена с зазором относительно смежной цилиндрической оболочки, а внутри бетонного заполнения полости между внутренней и наружной цилиндрическими оболочками размещены закрепленные на металлическом основании анкеры, расположенные вдоль упомянутых продольных элементов, при этом U-образные элементы, установленные в зоне размещения анкеров, охватывают последние.

2. Железобетонный контейнер по п.1, отличающийся тем, что центрирующие элементы выполнены в виде проточек, в которых установлены продольные элементы кольцевой арматуры, каждый одним своим концом, причем одна из сторон каждой проточки выполнена конической и сопряжена с внутренней цилиндрической поверхностью соответствующей оболочки контейнера.

3. Железобетонный контейнер по п.1, отличающийся тем, что центрирующие элементы выполнены в виде расположенных по длине концентричных окружностей гнезд, в которых установлены продольные элементы кольцевой арматуры, каждый одним своим концом.

4. Железобетонный контейнер по п.1, отличающийся тем, что концы разомкнутой части U-образных элементов выполнены с элементами зацепления, контактирующими с наружной поверхностью соответствующих окружных элементов кольцевой арматуры.

5. Железобетонный контейнер по п.1, отличающийся тем, что окружные элементы кольцевой арматуры выполнены в виде колец.

6. Железобетонный контейнер по п.1, отличающийся тем, что окружные элементы кольцевой арматуры выполнены в виде спиралей.

7. Железобетонный контейнер по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что на наружной металлической цилиндрической оболочке выполнен по меньшей мере один демпфирующий кольцевой элемент, выступающий за пределы дополнительной металлической оболочки, а днище наружной цилиндрической оболочки и крышка контейнера выполнена таким образом, что являются одновременно торцевыми демпфирующими элементами.

8. Железобетонный контейнер по п.7, отличающийся тем, что демпфирующий кольцевой элемент расположен в районе центра тяжести загруженного контейнера.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3