Реакторное отделение АЭС повышенной сейсмостойкости
REACTOR SECTION OF NPP WITH INCREASED SEISMIC RESISTANCE

Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано для строительства атомных электростанций (АЭС) в сейсмоопасных районах.
Известно сооружение атомной электростанции Коберг ("Коеberg") c сейсмоизоляцией, выполненной в виде скользящей опоры (см. "Современные методы сейсмозащиты зданий", Поляков В.С. и др., М.: Стройиздат, 1989). Фундамент сооружения состоит из сдвоенной железобетонной монолитной плиты, размерами в плане 150х90м, каждая фундаментная плита имеет 600 столбчатых опор, на каждой опоре расположены четыре упругие подушки из неопрена, служащие горизонтальными амортизаторами. Над подушками расположена другая часть опоры, включающая две фрикционные пластины, способные перемещаться одна относительно другой с коэффициентом трения 0,2. Верхняя пластина, выполненная из нержавеющей стали, связана с вышележащей конструкцией, а нижняя, выполненная из бронзы с добавлением свинца, связана с упругой подушкой. При слабом сейсмическом воздействии (ускорение 0,15-0,2g) происходит скручивание упругой подушки без смещения фрикционных пластин. При возрастании ускорения скручивание подушки сопровождается взаимным смещением пластин.
Недостатком аналога является низкая надежность при сейсмических колебаниях. Это связано с тем, что при большой массе сооружения и значительных горизонтальных сейсмических колебаниях силы трения между пластинами ограничивают свободу перемещения нижней пластины относительно верхней, вследствие чего колебательные перемещения сооружения неизбежны и с возникновением инерционных сил возможны деформации или разрушение сооружения. При смятии и деформации армированной неопреновой подушки и металлических пластин подобная сейсмоизоляция для последующих сейсмических проявлений становится не работоспособной, ввиду того, что не обеспечена целостность и долговечность сейсмоизоляции для условий со значительными вертикальными нагрузками, значительными сейсмическими воздействиями и длительной эксплуатации сооружения.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является реакторное отделение АЭС, включающее железобетонную фундаментную плиту, на которой через сейсмогасящие элементы установлена опорная плита, многослойную защитную оболочку, закрепленную на опорной плите с помощью радиальных опорных ребер, внутри которой расположены реакторная установка, помещения с технологическим оборудованием, кран, смонтированные на грузовой платформе, установленной на базисной плите через сейсмогасящие элементы и центральная транспортная шахта, а снаружи защитной оболочки расположены обстройка и транспортный туннель с затвором, соединенный с центральной транспортной шахтой через герметичный шлюз и проходы (см. патент RU 2031456, МПК G21C 13/00 (1995.01), опубл. 20.03.1995). В данном реакторном отделении сейсмогасящие элементы, установленные между железобетонной фундаментной плитой и опорной плитой, выполнены в виде катков, а сейсмогасящие элементы, установленные между грузовой платформой и базисной плитой в виде качающихся стоек. Система сейсмоизоляции дополнена демпферами, установленными между внутренней поверхностью защитной оболочки и помещением с технологическим оборудованием.
Недостатком прототипа является низкая надежность при воздействии значительных сейсмических колебаний. Это связано, во-первых, с использованием для сейсмоизоляции помещений с технологическим оборудованием и реакторной установкой в качестве кинематических сейсмогасящих опор качающихся стоек, которые при значительных сейсмических колебаниях и перемещениях дают отказ в работе, так как при значительных колебаниях, особенно низкочастотных, реакторная установка с такими кинематическими опорами может получить значительные смещения, при которых может произойти потеря устойчивости всей конструктивной системы, размещенной внутри защитной оболочки, включающей реакторную установку и помещения с технологическим оборудованием, и их полное обрушение с катастрофическими последствиями. Во-вторых, демпферы, принятые в качестве дополнительной сейсмоизоляции внутренних конструкций защитной оболочки, работоспособны в определенных пределах и лишь частично гасят колебания, в данном случае горизонтальные, а при значительных сейсмических воздействиях дают отказ в работе. В условиях высокой сейсмической активности, значительных перемещений и ускорений, то есть за пределами действия любого демпфера, естественно, что демпферы не обеспечивают сейсмоизоляцию, колебания передаются на сооружение и в результате его колебательных перемещений с возникновением горизонтальных инерционных сил происходит деформация и разрушение сооружения. В третьих, катки, установленные продольными осями перпендикулярно каждому радиальному опорному ребру защитной оболочки, являются компенсаторами температурных деформаций защитной оболочки, но не сейсмоизоляцией, так как свободному прокатыванию катков в каком-либо направлении препятствуют другие катки, расположенные во взаимно перпендикулярном направлении. Защитная оболочка, следовательно, не является сейсмостойкой. В-четвертых, не обеспечена сейсмостойкость всего комплекса, так как не имеют сейсмоизоляцию участок ввода транспортного туннеля в сооружение и обстройка с помещениями. В случае обрушения обстройки, примыкающей к защитной оболочке, возможны деформации защитной оболочки и ее содержимого.
Техническим результатом изобретения является повышение эксплуатационной надежности сооружения при значительных горизонтальных сейсмических воздействиях.
Технический результат достигается тем, что реакторное отделение АЭС повышенной сейсмостойкости, включающее железобетонную фундаментную плиту, на которой с зазором по средствам сейсмогасящих элементов установлена опорная плита, многослойную защитную оболочку, закрепленную на опорной плите с помощью радиальных опорных ребер, внутри которой расположены реакторная установка, помещения с технологическим оборудованием, кран, смонтированные на грузовой платформе, установленной на базисной плите через сейсмогасящие элементы и центральная транспортная шахта, а снаружи защитной оболочки расположены обстройка и транспортный туннель с затвором, соединенный с центральной транспортной шахтой через герметичный шлюз и проходы, согласно изобретению,сейсмогасящие элементы дополнительно установлены между железобетонной фундаментной плитой и плитой пола транспортного туннеля, при этом все сейсмогасящие элементы реакторной установки выполнены в виде опорных металлических шаров, расположенных с возможностью свободного их перемещения в любом направлении горизонтальной плоскости внутри индивидуальных соосных металлических чаш, причем между помещениями с технологическим оборудованием и внутренней поверхностью защитной оболочки, а также между обстройкой и прилегающим грунтом, фиксированным вертикальной плитой, образованы вертикальные конструктивные зазоры, минимальная ширина которых равна радиусу металлической чаши, при этом полость зазора между обстройкой и прилегающим грунтом защищена от внешних воздействий скользящей отмосткой, а на участке транспортного туннеля, примыкающего к обстройке, грунт фиксирован вертикальной и горизонтальной плитами с образованием зазора между горизонтальной плитой и потолочной плитой транспортного туннеля.
Данное сооружение позволит повысить его эксплуатационную надежность за счет полной изоляции реакторного отделения АЭС от воздействия разрушительных горизонтальных инерционных сил путем устранения горизонтальных перемещений его надфундаментных конструктивных элементов и обеспечения состояния покоя сооружения при любых значительных горизонтальных колебаниях земли, вызванных естественным или искусственным образом, а также позволит обеспечить работоспособность сейсмоизоляции при длительных непрерывных и многократных повторных сейсмических колебаниях.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен вертикальный разрез реакторного отделения АЭС, на фиг. 2 - узел А, на фиг. 3 - узел Б.
Реакторное отделение АЭС повышенной сейсмостойкости включает железобетонную фундаментную плиту 1, на которой через сейсмогасящие элементы 2 с зазором 3 установлена опорная плита 4, многослойную защитную оболочку 5, закрепленную на опорной плите 4 с помощью радиальных опорных ребер 6. Внутри защитной оболочки 5 расположены реакторная установка 7, помещения с технологическим оборудованием 8, кран 9, смонтированные на грузовой платформе 10, установленной с зазором 11 на базисной плите 12 через сейсмогасящие элементы 13 и центральная транспортная шахта 14.  Снаружи защитной оболочки 5 расположены обстройка 15 и транспортный туннель 16 с затвором 17, соединенный с центральной транспортной шахтой 14 через герметичный шлюз 18 и проходы 19. Сейсмогасящие элементы 2 и 13 выполнены в виде опорных металлических шаров, расположенных с возможностью свободного их перемещения в любом направлении горизонтальной плоскости внутри индивидуальных соосных металлических чаш 20. При этом между помещениями с технологическим оборудованием 8 и внутренней поверхностью защитной оболочки 5, а также между обстройкой 15 и прилегающим грунтом 21 образованы вертикальные конструктивные зазоры 22 и 23. Причем минимальная ширина зазоров 22 и 23 равна радиусу металлических чаш 20, а полость зазора 23 между обстройкой 15 и  прилегающим грунтом 21 защищена от внешних воздействий скользящей отмосткой 24. Плита пола 25 транспортного туннеля 16 установлена над железобетонной фундаментной плитой 1 с зазором 26, в котором расположены сейсмогасящие элементы 2 внутри индивидуальных соосных металлических чаш 20. Грунт 21, прилегающий к сооружению, фиксирован вертикальной плитой 27, а грунт, прилегающий к обстройке 15 над транспортным туннелем 16, фиксирован вертикальной 27 и горизонтальной 28 плитами с образованием зазора между горизонтальной плитой 28 и потолочной плитой 29 транспортного туннеля 16.
Реакторное отделение АЭС повышенной сейсмостойкости работает следующим образом. Вследствие того, что весь комплекс сооружения конструктивно отделен от земли посредством горизонтальных зазоров 3 и 26, вертикального зазора 23 и имеет только подвижные точечные контакты с землей в виде опорных металлических шаров 2, размещенных в горизонтальных конструктивных зазорах 3 и 26 в углублениях в виде индивидуальных соосных металлических чаш 20, то любые горизонтальные колебания земли, сейсмические или иные, воздействуют только на фундаментную плиту 1, установленную на грунт. При колебательных перемещениях фундаментной плиты 1 опорные металлические шары 2, следуя перемещениям фундаментной плиты 1, свободно прокатываются в своих индивидуальных соосных металлических чашах 20 в любом направлении горизонтальной плоскости. Очевидно, что беспрепятственно прокатывающимися шарами невозможно переместить опирающееся на них сооружение, вследствие чего, сооружение сохраняет состояние покоя, а кольцевая полость вертикального конструктивного зазора 23 не препятствует сохранению этого состояния при сейсмических перемещениях грунта. Рассмотренный эффект полной изоляции сооружения от наиболее разрушительных горизонтальных колебаний сохраняется при любых значительных сейсмических проявлениях (9-10 и более баллов) с их экстремальными параметрами (перемещением, скоростью, ускорением). Конструктивная автономность защитной оболочки 5 и реакторной установки 6 с помещениями 8, решена по типу общей сейсмоизоляции посредством горизонтального зазора 11, опорных металлических шаров 13, индивидуальных соосных металлических чаш 20 и вертикального зазора 22 и является вторым дублирующим уровнем сейсмоизоляции помещения с технологическим оборудованием 8 и реакторной установки 7, от возможных внешних воздействий на защитную оболочку 5. По сравнению с прототипом транспортный туннель 16 также изолирован от грунта за счет зазора 25 и опорных металлических шаров 2, что  позволяет сохранить целостность конструкции при сейсмических колебаниях.
Использование предлагаемого реакторного отделения АЭС повышенной сейсмостойкости по сравнению с прототипом позволит повысить эксплуатационную надежность за счет полной изоляции реакторного отделения АЭС от воздействия разрушительных горизонтальных инерционных сил, вызванных естественным или искусственным образом, а также позволит обеспечить работоспособность сейсмоизоляции при длительных непрерывных и многократных повторных сейсмических колебаниях значительной интенсивности.