ЗАЩИТНАЯ ОБОЛОЧКА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА
NUCLEAR REACTOR PROTECTIVE SHELL

Изобретение относится к строительной тематике, а именно, к защитным железобетонным ограждениям атомных электростанций. Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении безопасности АЭС, упрощении конструкции защитного железобетонного ограждения АЭС, сокращении физических объёмов и времени сооружения АЭС.
Известно, что пассивной системой безопасности энергетических ядерных реакторов является защитная оболочка их железобетона [1, 2].
Наиболее безопасными считаются двухслойные (двухбарьерные) цилиндрические железобетонные оболочки с двухслойными куполами положительной кривизны.
Основное назначение внутренней железобетонной оболочки – удержать радиоактивные парогазовые и аэрозольные продукты, выделенные в результате аварии реактора.
Наружная железобетонная оболочка рассчитывается на внешнее аварийное воздействие, обуславливающее в её элементах преимущественно усилия сжатия, в результате чего она изготавливается без предварительного напряжения.
В процессе аварийного нагружения во внутренней оболочке возникают усилия растяжения. Так как образование трещин в железобетоне оболочки не допускается, она предварительно напрягается металлическими канатами, располагаемыми в каналообразователях внутри стенки оболочки.
Недостатком конструкции является сложность и трудоёмкость выполнения работ по осуществлению предварительного напряжения, высоком расходе канатной арматуры и поперечной арматуры, требуемой для восприятия растягивающих усилий вдоль канатной арматуры при её натяжении при строительстве и в процессе эксплуатации объекта.
Известно изобретение, по которому для обеспечения высокой трещиностойкости конструкции защитной оболочки, она выполнена двухслойной, причём поверхность внутреннего слоя состоит из участков цилиндрических поверхностей постоянной кривизны, опирающихся по всей высоте в углах многогранной призмы, образующей наружный слой оболочки [3].
Недостатками данного изобретения являются необходимость высокого уровня предварительного напряжения во внешнем слое оболочки, индивидуально воспринимающем растягивающие усилия, возникающие во внутреннем слое оболочки при аварийном силовом воздействии.
Задачами, на решение которых направлено заявленное изобретение, являются разработка конструктивного технического предложения для защитной оболочки, осуществимого в сборном и монолитном исполнении, обеспечивающего надёжную защиту атомного реактора и окружающей среды от внешнего и внутреннего силовых воздействий при возможных аварийных ситуациях. Целью изобретения является также снижение стоимости и сроков строительства, повышение безопасности АЭС и уменьшение её эксплуатационных затрат.
Поставленные задачи решаются за счёт того, что внешний и внутренний слои защитной оболочки состоят из дугообразных плитных элементов с направленными внутрь и наружу оболочки выпуклостями, которые опёрты друг на друга по торцам посредством вертикальных рёбер с проёмами и объединены в каждом слое предварительно напряжёнными затяжками.
На фиг.1 представлен разрез оболочки по горизонтали с вариантом затяжек из канатов;
Фиг. 2 – решение узловых частей оболочки с затяжками из стержней.
1 – внешний слой защитной оболочки;
2 – внутренний слой защитной оболочки;
3 – затяжки из канатов;
4 – затяжки из стержней.
Заявленное изобретение реализуется следующим образом:
Как показано на фиг. 1, внешний (1) и внутренний (2) слои защитной оболочки состоят из дугообразных плитных элементов в монолитном или сборном исполнении с направленными внутрь и наружу оболочки выпуклостями. Дугообразные элементы внешнего и внутреннего слоёв оболочки опираются друг на друга по концам вертикальными продольными рёбрами (3) и объединяются по периметру оболочки предварительно напряжёнными затяжками из канатов (4) или стержней (5), проходящими сквозь продольные рёбра.
При воздействии нагрузки изнутри оболочки дугообразные участки её внутреннего слоя, стремясь выпрямиться, нагружают растягивающими усилиями затяжки (4, 5), сами при этом испытывая сжатие. Даже при экстремальном аварийном нагружении растягивающих напряжений и трещин, как в бетоне элементов внутреннего слоя оболочки, так и в местах их соединений не образуется. Более того, за счёт усилий распора и совместности работы по контуру оболочки, несущая способность этих элементов увеличивается.
Ударные нагрузки с наружной стороны защитной оболочки воспринимают элементы её внешнего слоя. В бетоне этих элементов, за счёт дугообразной формы и затяжек, также возникают сжимающие усилия и усилия распора, повышающие их несущую способность.
Открытое расположение затяжек в предлагаемой конструкции защитной оболочки позволяет свободно осуществлять контроль за их состоянием и обслуживание в процессе эксплуатации. Расположение между внешним и внутренним слоями оболочки защищает их от воздействия атмосферной наружной и эксплуатационной внутренней воздушной среды. Для упрощения эксплуатации системы затяжек вертикальные рёбра оболочки могут быть выполнены с проёмами, позволяющими осуществлять монтажные работы во внутреннем пространстве между слоями оболочки вдоль её окружности.
Применение конструкции защитной оболочки ядерного реактора АЭС, выполненной в соответствии с изобретением, позволит исключить трещинообразование в бетоне её внешнего и внутреннего слоёв как в процессе эксплуатации, так и при экстремальных аварийных ситуациях. Это значительно повысит надёжность и безопасность эксплуатации атомного реактора электростанции.
Данная конструкция может быть выполнена как в монолитном, так и сборном исполнении. В последнем случае значительно сократятся сроки возведения оболочки. Работа бетона внутренних и внешних слоёв оболочки на сжатие значительно сократит расход арматуры в сооружении.
Свободный доступ к преднапряжённым элементам (канатам, стержням) позволит значительно облегчить контроль за их состоянием и предварительным напряжением.
Библиография
1. Коробов Л.А., Назарьев О.К., Павилайнен В.Я. Железобетонные пространственные конструкции атомных и тепловых электростанций. М. Энергоиздат. 1981 – 328 с.
2. Демидов А.П., Савченко В.А. Защитные оболочки реакторных отделений зарубежных АЭС //Энергетическое строительство за рубежом. 1989. №5 – с. 2-7.
3. Авторское свидетельство SU 463376А «Защитная оболочка ядерного реактора» Н.Г. Васягин, А.Н. Живов, Н.А. Переяславцев, И.В. Сухенко, В.И. Щоцкий. Бюлл. №15, 1983.