БРЫЗГАЛЬНЫЙ БАССЕЙН

Предложение относится к области гидротехники и может быть использовано в качестве водоохлаждающего устройства в системе оборотного водоснабжения ответственных потребителей атомной электрической станции (далее - АЭС).
Брызгальный бассейн - это устройство для охлаждения воды разбрызгиванием ее в атмосферном воздухе. Данное устройство предназначено для понижения температуры воды, отводящей тепло от компрессоров, теплообменных аппаратов, трансформаторов в системах оборотного (циркуляционного) водоснабжения промышленных предприятий.
Охлаждение воды происходит за счет контакта с атмосферным воздухом, при этом вода разбрызгивается с помощью сопел, располагаемых над уровнем воды в бассейне.
Известен брызгальный бассейн-охладитель, предназначенный для испарительного охлаждения циркуляционной воды на тепловых электростанциях, содержащий водоподводящий трубопровод, подключенный к водонапорным коллекторам, соединенным с группами разбрызгивающих сопл, размещенными по всей акватории бассейна (Авторское свидетельство SU и №1286896, F28C 1/00, 1987).
Недостатком известного устройства является то, что затруднен доступ к соплам в случае их засорения или замены.
Известен брызгальный бассейн системы охлаждения воды Запорожской АЭС, содержащий водоподводящие трубопроводы и расположенные в
бассейне коллекторы с рабочими трубопроводами, на которых установлены разбрызгивающие сопла (см. Ярхо А.А. и др. «Брызгальные бассейны ответственных потребителей АЭС и их тепловой расчет», Журнал «Электрические станции» №2, 1995 г., стр.20-21, рис.1).
Недостатком данного устройства является то, что при опорожнении бассейна для очистки водосборных чаш от ила и других отложений рабочие трубопроводы и коллектора с разбрызгивающими соплами, расположенные в акватории водосборного бассейна, необходимо демонтировать.
Известен также брызгальный бассейн Южно-Украинской АЭС, содержащий распределительные трубопроводы, проложенные в земле вдоль бортов бассейна, на которых установлены разбрызгивающие сопла, расположенные выше поверхности земли (см. Ярхо А.А. и др. «Брызгальные бассейны ответственных потребителей АЭС и их тепловой расчет», Журнал «Электрические станции» №2, 1995 г., стр.21, рис.2).
Данное устройство позволяет производить чистку ложа бассейна без демонтажа водораспределительной системы.
Недостатком данного устройства является то, что расположение распределительных трубопроводов в земле не допускает выполнять контроль и испытания в любых режимах эксплуатации без нарушения заданных функциональных свойств.
Также следует отметить, что при размещении АЭС на территории, подверженной воздействию тайфунов, ураганов и смерчей, должны быть приняты меры, предотвращающие полное обезвоживание бассейна, в соответствие с нормами радиационной и ядерной безопасности.
Все вышеперечисленные брызгальные бассейны выполнены с большими открытыми водными поверхностями, поэтому недостаточно надежны при особых воздействиях.
Известен также брызгальный охладитель, содержащий устройства для подвода и разбрызгивания воды, размещенный в бассейне плавающий защитный экран со сквозными каналами, и анкеры для прикрепления экрана
ко дну бассейна (Авторское свидетельство SU №1490412, F28C 1/00, F28B 9/06, 1989).
Защитный экран повышает надежность эксплуатации данного устройства при экстремальных метеорологических возмущениях типа урагана или смерча.
Однако без демонтажа экрана и анкеров невозможно производить очистку бассейна при опорожнении, существует сложность, как создания, так и поддержания в рабочем состоянии (положительной плавучести) экрана большой площади, и сохраняется уязвимость экрана при воздействии ударной волны. Также следует отметить, что расположение подводящих трубопроводов и разбрызгивающих сопел над поверхностью земли приводит к выходу их из строя при особых воздействиях.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является брызгальный бассейн Костромской АЭС, содержащий устройства для подвода и разбрызгивания воды (Альбом типовых решений брызгальных бассейнов при их модернизации и техперевооружении, ВНИИГ имени Б.Е.Веденеева, Санкт-Петербург, 1995, стр.95, рис 43).
Данный бассейн содержит открытую водосборную часть и защищенную от воздействия смерчей, ураганов и ударной волны закрытую часть, выполненную в виде галерей по периметру открытой части. Закрытая и открытая части бассейна соединены по воде патрубками, заложенными в стенках закрытой части ниже горизонта воды (у дна).
Бассейн в продольном и поперечном направлениях разделен на отдельные ячейки темературно-осадочными швами, а стенки, образующие швы, выведены выше горизонта воды. В стенках температурно-осадочных швов заложены ниже горизонта воды патрубки для соединения всех ячеек по воде. Снаружи на продольных стенках закрытой части проложены рабочие трубопроводы со стояками, оканчивающимися разбрызгивающими соплами, расположенными наклонно к горизонту. По стене продольного температурно-осадочного шва снаружи проложен трубопровод холостого
(зимнего) водовыпуска. Объем воды, содержащийся в закрытой части брызгального бассейна, предназначен компенсировать потерю воды из открытой части при прохождении смерча, урагана или ударной волны.
Недостатком данного устройства является то, что открытая часть бассейна имеет достаточно большую площадь. Это может привести к полному обезвоживанию открытой части и частичному обезвоживанию закрытой части при прохождении через бассейн смерча, урагана или ударной волны, а также к выходу из строя рабочих трубопроводов с разбрызгивающими соплами и трубопровода холостого (зимнего) водовыпуска, в связи с их наружной прокладкой.
При этом размещение по периметру бассейна его закрытой части приводит к увеличению площади бассейна сверх необходимой для эффективного охлаждения воды. Также следует отметить трудности механизации очистки при опорожнении открытой и закрытой частей бассейна из-за деления их стенками температурно-осадочных швов на отдельные ячейки.
Технический результат предложения заключается в повышении надежности и удобства эксплуатации при экстремальных метеорологических воздействиях и при прохождении ударной волны.
Для достижения указанного технического результата в брызгальном бассейне, содержащем емкость для воды со средством защиты от обезвоживания и устройства для подвода и разбрызгивания воды, согласно предложению, емкость выполнена подземной, а средство защиты включает перекрытие, выполненное над всей поверхностью воды с уклонами к расположенному по продольной оси симметрии водосборному лотку, который в нижней части боковых стенок содержит перепускные патрубки, выведенные выше горизонта воды в емкости, а в верхней надводной части указанных стенок имеет отверстия для воздуха.
Согласно предложению, днище водосборного лотка расположено выше днища емкости, водосборный лоток закрыт решеткой из стальных полос,
установленных на ребро, а устройства для подвода воды включают рабочие трубопроводы со стояками, которые расположены в проходных галереях, выполненных под перекрытием внутри емкости. При этом устройства для разбрызгивания воды установлены на стояках и через герметичные проходки выведены над перекрытием, которое выполнено с проемами, закрытыми съемными плитами с запирающими устройствами, в пределах толщины днища емкости выполнены температурно-осадочные швы.
Предложение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен брызгальный бассейн в плане; на фиг.2 представлен план-разрез А-А бассейна; на фиг.3 изображен продольный разрез Б-Б бассейна; на фиг.4 представлен поперечный разрез В-В бассейна; на фиг.5 изображен узел I, отображающий защитную решетку над водосборным лотком и выполненные в боковых стенках отверстия для воздуха; на фиг.6 представлен разрез Г-Г узла I; на фиг.7 изображен узел II, на котором показана проходка трубопровода разбрызгивающего сопла через перекрытие.
Следует учесть, что на чертежах представлены только те детали, которые необходимы для понимания существа предложения, а сопутствующее оборудование, хорошо известное специалистам в данной области, на чертежах не представлено.
Брызгальный бассейн 1 содержит подземную железобетонную прямоугольную емкость 2 для воды с вертикальными стенками. Сверху емкость 2 закрыта балочным железобетонным перекрытием 3, которое расположено над всей поверхностью воды. Перекрытие 3 размещено на колоннах 4, установленных на днище емкости 2. Перекрытие 3 выполнено с уклонами, направленными к расположенному по продольной оси симметрии водосборному лотку 5, днище которого расположено над днищем емкости 2.
Лоток 5 сверху перекрыт защитной решеткой 6 из стальных полос, установленных на ребро и закрепленных в торцах перекрытия 3. В боковых стенах лотка 5 закреплены перепускные патрубки 7 для подачи воды в
емкость 2. Патрубки 7 выполнены за стенками лотка 5 в виде труб, выведенных выше горизонта воды в емкости 2.
В надводной части боковых стен лотка 5 размещены «дыхательные» отверстия, соединенные с надводным пространством под перекрытием 3, которые служат для впуска и выпуска воздуха при колебаниях горизонта воды в емкости 2. В торец лотка 5 через стену емкости 2 ниже горизонта воды установлен трубопровод 9 холостого (зимнего) сброса охлаждающей воды, а трубопровод 10 забора охлаждающей воды выполнен под днищем лотка 5 в торцевой стене емкости 2.
Брызгальный бассейн 1 также содержит расположенные под перекрытием 3 проходные галереи 11, в которых проложены рабочие трубопроводы 12 со стояками 13, подающие воду на охлаждение к расположенным над перекрытием 3 разбрызгивающим соплам 14.
При этом стояки 13 через герметичные проходки 15 (проходные сальники), предотвращающие попадание воды в галереи 11, выведены на наружную поверхность перекрытия 3 под углом к горизонту на величину, необходимую для крепления разбрызгивающих сопел 14.
Перекрытие 3 выполнено с проемами 16, которые закрыты съемными железобетонными плитами с запирающими устройствами, препятствующими срыву плит при особых воздействиях.
Все железобетонные конструкции брызгального бассейна 1 разделены поперечными температурно-осадочными швами 17 в пределах толщины конструкций.
Устройство работает следующим образом.
При нормальных условиях эксплуатации в период положительных температур наружного воздуха нагретая на теплообменном оборудовании ответственных потребителей реакторного отделения вода по рабочим трубопроводам 12 и по стоякам 13 подается к разбрызгивающим соплам 14. При прохождении воды через сопла 14 вода образует факелы из мелких
брызг, при этом происходит ее охлаждение за счет контакта с атмосферным воздухом.
Охлажденная вода падает на наклонные поверхности перекрытия 3 и по ним стекает в водосборный лоток 5 через защитную решетку 6. Из лотка 5 вода через перепускные патрубки 7 изливается в подземную железобетонную емкость 2 и по трубопроводу 10 забора охлаждающей воды поступает к насосной станции ответственных потребителей (на чертежах не показана).
В зимний период рабочие трубопроводы 12 со стояками 13 и разбрызгивающими соплами 14 отключаются, а нагретая вода по трубопроводу 9 холостого (зимнего) сброса подается в начало лотка 5. При прохождении воды по лотку 5 происходит ее охлаждение, и через перепускные патрубки 7 она изливается в емкость 2 и далее по трубопроводу 10 поступает в насосную станцию.
При работе брызгального бассейна 1 через «дыхательные» отверстия 8 происходит постоянное выравнивание давления воздуха между атмосферой и пространством под перекрытием 3 над поверхностью воды в емкости 2 при колебаниях горизонта воды.
Прокладка рабочих трубопроводов 12 со стояками 13 в проходных галереях 11 позволяет проводить их контроль и испытания (осмотр труб и проверку сварных швов) в любых режимах нормальной эксплуатации без нарушения заданных функциональных свойств брызгального бассейна 1.
Во время остановки работы брызгального бассейна и его осушении возможна механизированная очистка дна емкости 2 от скопившихся ила и других отложений. Для этого через проемы 16 после снятия с них передвижным грузоподъемным механизмом (автокраном) железобетонных плит в пространство под перекрытием 3, тем же грузоподъемным механизмом опускают малогабаритные средства механизированной уборки, например тротуароуборочные машины. За счет выполнения температурно-осадочных швов 17 в пределах толщины днища емкости 2, то есть без
выступающих частей, образуется поверхность, по которой возможно беспрепятственное перемещение средств механизированной уборки.
При прохождении через площадь брызгального бассейна 1 смерча за счет разряжения внутри воронки смерча произойдет обезвоживание водосборного лотка 5 с перепускными патрубками 7 и наклонных поверхностей перекрытия 3. При этом после обезвоживания перепускных патрубков 7 и наличия «дыхательных» отверстий 8 произойдет выравнивание давления под перекрытием 3 и давления внутри воронки смерча, что обеспечит отсутствие или значительное снижение отрывного усилия на перекрытие 3.
Потеря объема воды из лотка 5 и с наклонных поверхностей перекрытия 3 ввиду его незначительности по отношению к общему объему, находящемуся в емкости 2, не приведет к перерыву подачи воды к ответственным потребителям реакторного отделения. После прохождения воронки смерча, исчисляемого несколькими секундами, произойдет наполнение водосборного лотка 5 за счет непрекращающейся подачи воды на разбрызгивающиеся сопла 14, а дефицит объема воды будет восполнен включением подпитки.
Конструкции, находящиеся на поверхности перекрытия 3, а именно разбрызгивающие сопла 14, защитная решетка 6, съемные железобетонные плиты проемов 16, а также их крепления и запорные устройства должны быть рассчитаны на восприятие нагрузок от всех особых воздействий. В этом случае, рабочие трубопроводы 12 со стояками 13, находящиеся в проходных галереях 11 под перекрытием 3, не подвержены нагрузкам от указанных воздействий.
При воздействии урагана на брызгальный бассейн будет происходить увеличенный капельный унос воды из факелов разбрызгивания сопел 14, а также частичное сдувание воды с наклонных поверхностей перекрытия 3, которое должно постоянно во время урагана компенсироваться включением увеличенной подпитки. Выплескивание воды из водосборного лотка 5 за счет
волнообразования происходить не будет ввиду малой площади контакта водной поверхности с воздушным потоком и малой протяженностью водной поверхности, необходимой для образования и развития волн значительной высоты. При этом защитная решетка 6 будет гасить действие ветрового потока за счет завихрений в полосах стали, поставленных на ребро.
При воздействии ударной волны на брызгальный бассейн 1, распространение которой в соответствии с нормами принимается горизонтальным, то есть параллельно поверхности земли, и продолжительностью до одной секунды, будет происходить кратковременное сдувание факелов разбрызгиваемой воды и воды с наклонных поверхностей перекрытия 3.
Это приведет к незначительным потерям воды, что не скажется на выполнении заданных функциональных свойств. Выплескивания воды из лотка 5 происходить не будет, так как уровень воды в лотке 5 находится ниже поверхности земли, а защитная решетка 6 будет гасить воздействие ударной волны на водную поверхность.