ЗАЩИТНАЯ ОБОЛОЧКА АТОМНОГО РЕАКТОРА

Техническое решение относится к области строительства и предназначено для использования при возведении защитных железобетонных оболочек атомных реакторов или иных конструкций с избыточным внутренним давлением.
5
Известен способ возведения стен предварительно напряженных железобетонных сооружений по авторскому свидетельству SU 684116 А1 (МПК Е04Н 7/00, 27.05.1977 [1]).
В известном способе, включающем 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, для повышения индустриальности строительства и технологичности монтажа предварительно напряженных железобетонных сооружений армокаркас с секциями труб каналообразователей изготавливают в виде пространственных блоков. Секции труб выполняют с раструбами 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. Затем свободные концы секций труб каналообразователей каждого вышерасположенного блока по месту устанавливают соосно и вставляют в разогретые раструбы.
К недостаткам этого способа 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.
Известна конструкция по патенту США №4265066 Prestressed concrete pressure vessels (МПК E04C 3/36, 5.05.1981 [2]), включающая предварительно-напряженную железобетонную защитную оболочку реактора, имеющая одну или несколько полостей внутри внешней оболочки. Полости имеют цилиндрическую или иную форму, полностью заполненные напрягаемыми канатами, которые используются для создания усилий против любых давлений в конструкции. Допускается контролируемое образование трещин в защитной оболочке в ее внешней толстой части стены, уменьшение напряжений в предварительно напряженной оболочке и увеличение сопротивления до очень большого внутреннего давления и напряжений из-за высокой внутренней температуры и градиентов температуры.
Недостатком является то, что для удержания внутреннего избыточного давления, возникающего в случае аварии, используются предварительно-напряженные канаты в цилиндрической и купольной частях защитной оболочки.
Известна строительная конструкция с использованием композитной конструкции с встроенными датчиками по патенту на изобретение RU 2441110 С1 (МПК E01D 1/00, 12.07.2010 [3]), включающая элементы из композитной конструкции с встроенными датчиками различного назначения, заложенными между армирующими слоями из высокопрочных волокон или ткани, вводимая в сечения элементов строительной конструкции в местах с наибольшими значениями деформаций. Сигналы с датчиков передаются по беспроводной связи, обрабатываются, и оценивается текущее напряженно-деформированное состояние с выявлением дефектов в конструкции. Конструкция с встроенными датчиками используется как несъемная опалубка при изготовлении железобетонных строительных конструкций.
Основным недостатком известной конструкции является то, что датчики встроены в композитную конструкцию только в местах с наибольшими значениями деформаций, что исключает возможность оценки текущего напряженно-деформированного состояния в целом по всей конструкции защитной железобетонной оболочки атомного реактора.
Наиболее близким по технической сущности является защитная железобетонная оболочка атомного реактора по патенту №122683 (МПК Е04С Е04Н, 10.12.2012 [4]).
В известном патенте защитная железобетонная оболочка атомного реактора армирована с внешней стороны горизонтальными и вертикальными поясами, выполненными из композитных материалов, 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.
Недостатком прототипа является то, что для удержания внутреннего избыточного давления, возникающего в случае аварии, используются сплошные круговые и вертикальные пояса из композитных материалов, что существенным образом увеличивает стоимость и сроки строительства защитной железобетонной оболочки атомного реактора. Кроме того, заведение вертикального пояса под верхний горизонтальный пояс не обеспечивает их прочного соединения.
Основной целью данного технического решения является снижение стоимости и сроков строительства защитной железобетонной оболочки атомного реактора с обеспечением прочности и контроля ее технического состояния в процессе возведения и последующей эксплуатации.
Цель достигается путем применения комплекса следующих мероприятий:
1. Применение самоуплотняющихся, высокопрочных фибробетонов и бетонов для уменьшения количества рабочей арматуры и толщины стен защитной оболочки.
2. Исключение из конструкции оболочки каналообразователей, пучков арматуры и работ по их натяжению для сокращения стоимости и сроков строительства.
3. Введение системы внешнего армирования оболочки из армирующих поясов из отдельных сегментов, выполненных из композитного материала и соединяемых между собой на клеевой основе специальными замками.
4. Введение датчиков в сегменты в составе измерительной системы для непрерывного мониторинга напряженно-деформированного состояния защитной оболочки как при ее строительстве, так и в процессе ее эксплуатации и демонтажа. Показания датчиков позволяют определить не только напряжения и деформации, но и динамические характеристики: собственные частоты, моды деформации и коэффициенты затухания колебаний.
Техническое решение показано на фиг. 1, на которой изображена конструкция железобетонной оболочки атомного реактора и соединения армирующих поясов из композитных сегментов.
Предлагаемая защитная оболочка атомного реактора, представленная на фиг. 1, представляет собой конструкцию защитной железобетонной оболочки атомного реактора, содержащую несколько типов внешних армирующих поясов: вертикальные пояса 1, кольцевые пояса 2, меридианные пояса 3 и полюсный диск 4, выполненные из композитных сегментов различной кривизны с встроенными датчиками.
Количество внешних армирующих поясов, их размеры, ширина и толщина определяются расчетом напряженно-деформированного состояния железобетонной оболочки при заданных геометрических размерах, свойствах материала стали герметизирующей оболочки, бетона, композитного материала и условий силового нагружения в виде равномерного давления на внутренней поверхности оболочки.
Армирующие пояса располагаются горизонтально 1, вертикально 2 и меридианно 3. Для увеличения прочности оболочки введен полюсной диск 4, к которому присоединяются меридианные пояса. С целью сокращения сроков строительства и времени на устройство армирующих поясов они выполнены из отдельных сегментов с анкерами для улучшения их сцепления с бетоном защитной оболочки. Эти сегменты могут быть изготовлены в производственных цехах и доставлены на место укрупнительной сборки до начала производства работ по бетонированию оболочки.
Соединение сегментов армирующих поясов выполняется с использованием типовых узлов «замки» А, Б, В (фиг. 1). Для увеличения прочности узлового соединения к их внешней и внутренней поверхности приклеиваются листы из композитного материала.
Введение полюсного диска позволяет надежно и прочно соединить меридианные пояса в единую пространственную систему из армированных поясов.
При изготовлении сегментов из композитного материала в них закладываются датчики, например, деформации, температуры, вибрации и др. и анкера. Используя показания датчиков, определяются напряжения и динамические характеристики: собственные частоты, моды деформации и коэффициенты затухания колебаний. Оценка изменения их показаний позволяет контролировать любые изменения в конструкции защитной оболочки, в том числе и при возникновении аварийной ситуации в виде повышения давления внутри железобетонной защитной оболочки.
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.
Стоимость и сроки строительства снижаются за счет исключения затрат на устройство системы натяжения канатов и использования высокопрочного самоуплотняющегося бетона.
Устройство защитной железобетонной оболочки выполняется в следующей последовательности по направлению снизу вверх.
1. В соответствии с проектом устанавливаются арматурные каркасы первого яруса бетонирования стен защитной оболочки.
2. Используя готовые композитные сегменты, собирают первое армирующее кольцо и устанавливают опалубку первого яруса бетонирования. Узлы в местах соединений сегментов оклеиваются композитным материалом.
3. После завершения установки опалубки датчики подключаются к измерительной системе, что позволяет контролировать температуру и напряжения, возникающие при твердении бетонной смеси в теле бетонной конструкции. Эти же датчики используются в дальнейшем при эксплуатации АЭС для оценки текущего напряженно-деформированного состояния конструкции оболочки.
4. Выполняют бетонирование первого яруса.
5. Повторяются работы по п. 1-4 вплоть до завершения бетонирования всей защитной оболочки с введением всех типов армирующих поясов.
Использование данного технического решения позволяет снизить сроки строительства, увеличить прочность защитной оболочки, увеличить ее коррозионную стойкость, повысить надежность и безопасность эксплуатации атомного реактора в течение всего срока эксплуатации защитной оболочки атомного реактора.
Источники информации
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 США №4265066, МПК Е04С 3/36 от 05.05.1981. Prestressed concrete pressure vessels.
3. Патент RU 2441110 C1, МПК E01D 1/00, заявка 2010128814 от 12.07.2010, опубликовано 27.01.2012, Строительная конструкция с использованием композитной конструкции с встроенными датчиками.
4. Патент на полезную модель РФ №122683, МПК Е04С, Е04Н, от 10.12.2012. Защитная железобетонная оболочка атомного реактора.