ЗАЩИТНАЯ ОБОЛОЧКА АТОМНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ Российский патент 2014 года по МПК E04H7/00 

Предлагаемое изобретение относится к области строительства, в частности для строительства атомных станций, и может быть использовано при проектировании и строительстве защитных оболочек.

Широко известны для специалистов конструктивные решения защитных оболочек атомных электростанций (ЗО АЭС) с использованием внутренних металлических листов герметичной зоны, которая возводится монтажными блоками. В качестве аналога принят патент РФ 2031456, (G21C 13/00, 1995, Реакторное отделение АЭС). Размеры монтажных блоков зависят от грузоподъемности кранов, технологической последовательности монтажа и обусловлены габаритами заводской поставки по железной дороге. Монтажные блоки выполняются из толстой листовой стали, которые свариваются в построечных условиях.

В качестве прототипа принята защитная оболочка атомной электростанции, приведенная на рис.7.8-7.12 (Строительство атомных станций: Учебник для вузов / В.Б. Дубровский, А.П. Кириллов, B.C. Конвиз и др.; Под ред. В.Б. Дубровского. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 248 с.). В этом конструктивном решении металлические цилиндрические сегменты герметичной зоны оболочек не имеют подкреплений из продольных и поперечных ребер, а их жесткость обеспечивается только кривизной сегментов и толщиной стенки металла, которая составляет 20-30 мм. За счет толстой стенки металла монтажный блок имеет большой вес, малую изгибную жесткость. Кроме того, существует проблема выполнения качественной сварки такого толстого металла в построечных условиях и последующего контроля качества, с обеспечением полной герметичности.

Таким образом, известные решения имеют существенные недостатки:

- низкая изгибная жесткость монтажного блока герметичной зоны;

- большой вес и, соответственно, высокая металлоемкость, трудоемкость, длительный срок возведения и стоимость;

- снижение качества сварки за счет толщины металла и, соответственно, надежности сооружения;

- низкая надежность в экстремальных ситуациях, при возникновении террористической атаки, или особого воздействия (взрыв, пожар).

Задачей изобретения является повышение изгибной жесткости EI при выполнении меридиональных, кольцевых промежуточных и контурных двухсторонних ребер, снижения металлоемкости, веса, трудоемкости, сроков возведения, стоимости строительства, а также повышения качества строительства защитных оболочек АЭС, повышение надежности и долговечности.

Технический результат, полученный при решении поставленной задачи, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, и которое устраняет недостатки, присущие прототипу, достигается тем, что металлические листы герметичной зоны выполнены толщиной 10-20 мм и имеют с двух сторон листа меридиональные и кольцевые ребра, изгибная жесткость которых в 5-20 раз больше, чем листа, монтажный блок имеет с двух сторон листа контурные меридиональные и кольцевые ребра, изгибная жесткость которых в 20-80 раз выше, чем в листе, по контуру листы монтажного блока не имеют ребер, в контурных ребрах имеются гнезда, в которые закладываются высокопрочные болты (шпильки), предназначенные для обжатия сварки листов в промежутке между контурными ребрами, к контурным ребрам приварены полосы из высокопрочной стали, которые закрывают гнезда для болтов.

Таблица Сравнение изгибной жесткости и веса металлоконструкций герметичной зоны с плоским листом Лист толщиной 30 мм (прототип) Высота профиля ребер, см Швеллеры ГОСТ 8240-89 Двутавры ГОСТ 8239-89 Спаренные швеллеры ГОСТ 8240-89   Примечание   12 I, см⁴ Увеличение жесткости в разы Вес 1 м², кг Уменьшение веса в %   16 I, см⁴ Увеличение жесткости в разы Вес 1 м², кг Уменьшение веса в % 20 I, см⁴ Увеличение жесткости в разы Вес 1 м², кг Уменьшение веса в % *^1- В первой паре данных числителе приведены моменты инерции сечений, см⁴; в знаменателе - увеличение изгибной жесткости в разы; - Во второй паре данных ниже приведен вес 1 м² конструкций, кг; в знаменателе - уменьшение веса в %.

Защитная оболочка АЭС может быть выполнена с расположением с наружной стороны стены и купола защитной оболочки металлических листов герметичной зоны, которые выполнены толщиной 10-20 мм и имеют с двух сторон листа меридиональные и кольцевые ребра, изгибная жесткость которых в 5-20 раз больше, чем листа, монтажный блок имеет с двух сторон листа контурные меридиональные и кольцевые ребра, изгибная жесткость которых в 20-80 раз выше, чем в листе, по контуру листы монтажного блока не имеют ребер, в контурных ребрах имеются гнезда, в которые закладываются высокопрочные болты (шпильки), предназначенные для обжатия сварки листов в промежутке между контурными ребрами, к контурным ребрам приварены полосы из высокопрочной стали, которые закрывают гнезда для болтов, высота наружного монтажного блока принимается из условия качественного бетонирования захватки. Существенным отличием данного варианта предложения является отсутствие опалубки, роль которой выполняет внутренний и наружный блоки, по сути, являющиеся элементами несъемной опалубки.

Защитная оболочка АЭС может быть выполнена с расположением на наружной стороне энергоактивной брони, которая закрыта светонепроницаемым покрытием из пленки.

Защитная оболочка АЭС может быть выполнена с расположением с внутренней стороны металлических листов в межреберном пространстве сплинклерной системой защиты от огневого воздействия.

Защитная оболочка АЭС может быть выполнена с расположением с наружной стороны металлических листов в межреберном пространстве сплинклерной системой защиты от огневого воздействия.

Защитная оболочка АЭС может быть выполнена с расположением сплинклерной системой защиты с обеих сторон защитной оболочки.

Защитная оболочка АЭС может быть выполнена с расположением продольных, поперечных ребер и контурных ребер с одной стороны металлического листа, при этом все ребра направлены внутрь стены, и они замоноличены бетоном. Существенным отличием данного варианта предложения является отсутствие опалубки, роль которой выполняют внутренний и наружные блоки, по сути, являющиеся элементами несъемной опалубки.

Защитная оболочка АЭС может быть выполнена с применением всех вышеописанных предложений.

Проведенный заявителем анализ техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявляемого изобретения требованию изобретательского уровня, заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

Изобретение поясняется графическими материалами:

На фиг.1 изображена защитная оболочка со стальными ребристыми листами - общий ее вид; на фиг.2 - узел А на фиг.1; на фиг.3 - сечение 1-1 для узла А на фиг 2; на фиг.4 - вертикальный разрез ЗО с двухсторонним расположением ребристых листов; на фиг.5 - вертикальный разрез ЗО с двухсторонним расположением ребристых листов и энергоактивной защитой с наружной стороны; на фиг.6 - вертикальный разрез купольной части с расположением в межреберном пространстве сплинклерной системы.

Защитная оболочка АЭС содержит цилиндрические стены 1, пологий купол положительной гауссовой кривизны 2, цилиндрические 3 и сегментные 4 металлические листы из высокопрочной стали толщиной 10-20 мм. Герметичная зона защитной оболочки АЭС возводится из монтажных блоков 6, которые собираются по ярусам. Яруса омоноличивают бетоном 5. Монтажный блок 6 имеет с двух сторон меридиональные 7 и кольцевые 8 промежуточные ребра, изгибная жесткость которых в 5-20 раз больше чем листа (фиг.1). По контуру листы 3 и 4 не имеют ребер. Меридиональные 9 и кольцевые 10 контурные ребра смещены от краев листов 2, 3 на расстояние, которое обеспечивает удобство и надежность сварки, с обеспечением равной прочности и жесткости. При этом изгибная жесткость меридиональных и кольцевых ребер 9, 10 в 20-100 раз выше, чем в листах 3, 4. Меридиональные контурные ребра 9 имеют конструктивное решение аналогичное с кольцевыми 10 (фиг.2). В контурных ребрах имеются гнезда 11, в которые закладываются высокопрочные болты (шпильки) 12, предназначенные для обжатия листов 3, 4 при сварке между контурными ребрами 9, 10, и получения качественного сварного шва 13. К контурным ребрам 9, 10 приварены полосы 14 из высокопрочной стали, которые закрывают гнезда для болтов 11.

Монтажный блок 6 выполняет функции внутренней несъемной опалубки (фиг.3). Монтажный внутренний и наружный блоки используются в качестве несъемной опалубки (фиг.4). С наружной стороны металлических листов 2, 3 расположена энергоактивная броня 15, которая закрыта светонепроницаемым покрытием из пленки 16 (фиг.5). С внутренней стороны стены 1 и купола 2 на металлических листах 2, 3 в межреберном пространстве расположена сплинклерная система защиты от огневого воздействия 17 (фиг.6). Сплинклерная система защиты от огневого воздействия 17 может быть расположена и снаружи ЗО в межреберном пространстве.

Устройство работает следующим образом.

Монтажный блок выполнен из листов высокопрочной стали толщиной 10-20 мм, и имеют с двух сторон меридиональные 7 и кольцевые 8 промежуточные ребра, изгибная жесткость которых в 5-20 раз больше чем листа 1. Монтажный блок 6 имеет развитые контурные ребра. По контуру листы 3 и 4 не имеют ребер. Меридиональные 9 и кольцевые 10 контурные ребра смещены от краев листов 2, 3 на расстояние, которое обеспечивает удобство и надежность сварки, с обеспечением равной прочности и жесткости. При этом изгибная жесткость меридиональных и кольцевых контурных ребер 9, 10 в 20-100 раз выше, чем в листах 3,4. Изгибная жесткость EI обеспечивается за счет ребер. Как известно, момент инерции имеет кубическую зависимость от высоты рассматриваемого сечения, . При этом мы можем уменьшить толщину листа, уменьшить вес на 51-25% (см. табл.), и тем самым повысить качество сварки в построечных условиях. Сваривать листы толщиной 30 мм умеют только немецкие специалисты. Такие монтажные блоки целесообразно изготавливать на металлургических заводах. Затем их следует сваривать на строительной площадке и стыки дополнительно обжимать высокопрочными болтами. Все изготовление тщательно выверенных элементов оболочки ведется на металлургическом заводе, на строительство поставляется готовый комплект внутренней оболочки и ведется только сварка заготовок и обжатие их высокопрочными болтами.

Устанавливают первый монтажный блок 6 внутренней герметичной зоны нижнего яруса на предварительно изготовленный кольцевой кондуктор, затем рядом устанавливают другой цилиндрический блок (сегмент) этого яруса. В гнезда 11 контурных меридиональных ребер 9 закладывают высокопрочные болты 12, которыми подтягивают монтажные блоки для фиксации проектного положения. Дополнительную подтяжку болтов 12 производят после полной сборки кольцевого яруса в проектное положение. Затем накладывают вертикальные сварочные швы 13 для цилиндрических листов 3 между меридиональными контурными ребрами 9. Кольцевой кондуктор поднимается домкратами на высоту следующего яруса. Затем монтируются монтажные блоки следующего яруса. К контурным ребрам 9, 10 привариваются полосы из высокопрочной стали 14, которые закрывают гнезда для болтов. После сварки рядом расположенных листов 3, 4, производится опрессовка швов 13. Затем производится окончательное натяжение болтов. При этом обжимается сварной шов 13 между листами 3, 4 и их безреберная часть.

ЗО АЭС может быть выполнена с расположением металлических листов из высокопрочной стали с двух сторон цилиндрических стен 1 и купола 2 с меридиональными и кольцевыми ребрами 9, 10 (фиг.4). Строительство осуществляется в следующей последовательности. Первоначально возводится внутренняя стальная оболочка герметичной зоны. Затем устанавливается арматура и каналообразователи для предварительно напряжения бетона. Потом по ярусам осуществляется сборка монтажных блоков наружного слоя. При этом осуществляется сварка и преднапряжение наружных листов 3, 4 межреберного пространства высокопрочными болтами 12. После этого производят бетонирование. При этом внутренние и наружные монтажные блоки являются элементами несъемной опалубки (фиг.4).

Для исключения угрозы террористической атаки защитная оболочка АЭС с наружной стороны металлических листов расположена энергоактивная броня 14, которая закрыта светонепроницаемым покрытием из пленки 15 (фиг.5).

Для защиты от огневого воздействия защитная оболочка АЭС с внутренней стороны металлических листов 4 в межреберном пространстве расположена сплинклерная система 16 (фиг.6). Защитная оболочка АЭС может быть выполнена с расположением с наружной стороны металлических листов в межреберном пространстве сплинклерной системы защиты 16 от огневого воздействия. А также сплинклерная система защиты 16 от огневого воздействия может быть расположена в межреберном пространстве с обеих сторон.

Предлагаемое техническое решение придает защитная оболочка АЭС ряд новых существенных отличительных свойств. Предлагаемое решение имеет существенные отличия по сравнению с известными решениями:

- металлические листы герметичной зоны выполнены из высокопрочной стали и имеют с двух сторон меридиональные и кольцевые промежуточные ребра, что позволяет в 5-20 раз увеличить изгибную жесткость монтажного блока и снизить его вес и металлоемкость на 51-25% (см. табл.);

- монтажный блок имеет развитые меридиональные и кольцевые контурные ребра, что позволяет за счет их увеличить изгибную жесткость монтажного блока в 20-100 раз и передавать усилия обжатия свариваемых листов монтажного блока до сварки и после ее выполнения;

- по контуру листы монтажного блока не имеют ребер, что позволяет качественно сварить относительно тонкий металлический лист и в последующем проконтролировать его качество в построечных условиях;

- в контурных ребрах имеются гнезда, в которые закладываются высокопрочные болты (шпильки), что позволяет быстро их поставить и через них передавать усилие обжатия для повышения качества сварки;

- к контурным ребрам приварены полосы из высокопрочной стали, которые закрывают гнезда для болтов и не позволяют последним ослабляться, вследствие шероховатости поверхности металла и возможной деформации контурного ребра из плоскости;

- монтажные блоки целесообразно изготавливать на металлургических заводах, что повысит качество изготовления и надежность по сравнению с построечными условиями. Все изготовление монтажных блоков, тщательно выверенных элементов оболочки ведется на металлургическом заводе, на строительство поставляется готовый комплект оболочек и ведется только сварка заготовок и обжатие их высокопрочными болтами;

- защитная оболочка АЭС может быть выполнена с размещением с наружной стороны металлических листов из высокопрочной стали, которые имеют с двух сторон стен и купола меридиональные, и кольцевые промежуточные ребра, меридиональные и кольцевые контурные ребра, что позволяет использовать наружные блоки в качестве несъемной опалубки. При этом отпадает необходимость использовать переставную опалубку, экономить время на ее демонтаж. Обжатие внешних листов и блоков гарантирует качественное изготовление монолитных конструкций;

- высота наружного монтажного блока принимается из условия качественного бетонирования захватки, что так же соответствует поставленной задаче повышения качества и надежности сооружения;

- защитная оболочка АЭС может быть выполнена с размещением с наружной стороны металлических листов энергоактивной брони, что позволяет существенным образом повысить надежность защиты от террористической атаки и в военное время;

- энергоактивная броня имеет светонепроницаемое покрытие из пленки, что способствует повышению надежности защиты от террористической атаки;

- защитная оболочка АЭС может быть выполнена с размещением по внутренней стороне металлических листов в межреберном пространстве сплинклерной системы защиты от огневого воздействия, что повышает надежность ее безаварийной эксплуатации. При этом сплинклерная система защиты может быть размещена с наружной стороны металлических листов в межреберном пространстве. А также сплинклерная система защиты может быть размещена с обеих наружных сторон металлических листов в межреберном пространстве.

- защитная оболочка АЭС может содержать все выше описанные конструктивные элементы для достижения поставленного технического результата.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:

- устройство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в строительной индустрии;

- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;

- устройство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

Технико-экономический эффект от внедрения предложенного технического решения получается за счет повышения надежности и долговечности ЗО, повышения качества, снижению энерго и трудозатрат, металлоемкости, стоимости и сроков строительства.

Изобретение относится к области строительства, в частности для строительства атомных станций. Технический результат: повышение изгибной жесткости EI при выполнении меридиональных, кольцевых промежуточных и контурных двухсторонних ребер, снижения металлоемкости, веса, трудоемкости, сроков возведения, стоимости строительства, а также повышения качества строительства защитных оболочек АЭС, повышение надежности и долговечности. Защитная оболочка АЭС из предварительно напряженного железобетона включает днище, цилиндрические стены и пологий купол положительной гауссовой кривизны, которые имеют металлические внутренние листы герметичной зоны, выполненные из высокопрочной стали и разрезанные на монтажные блоки. Металлические листы герметичной зоны выполнены толщиной 10-20 мм и имеют с двух сторон листа меридиональные и кольцевые ребра, изгибная жесткость которых в 5-20 раз больше, чем листа, монтажный блок имеет с двух сторон листа контурные меридиональные и кольцевые ребра, изгибная жесткость которых в 20-100 раз выше, чем в листе, по контуру листы монтажного блока имеют меридиональные и кольцевые контурные ребра, которые смещены от краев листов на расстояние, для удобства и надежности сварки, с обеспечением равной прочности и жесткости, в контурных ребрах имеются гнезда, в которые закладываются высокопрочные болты (шпильки), предназначенные для обжатия сварки листов в промежутке между контурными ребрами, к контурным ребрам приварены полосы из высокопрочной стали, которые закрывают гнезда для болтов. 5 з.п. ф-лы, 1 табл., 6 ил.

1. Защитная оболочка АЭС из предварительно напряженного железобетона, включающая днище, цилиндрические стены и пологий купол положительной гауссовой кривизны, которые имеют металлические внутренние листы герметичной зоны, выполненные из высокопрочной стали, и разрезанные на монтажные блоки, отличающаяся тем, что металлические листы герметичной зоны выполнены толщиной 10-20 мм, и имеют с двух сторон листа меридиональные и кольцевые ребра, изгибная жесткость которых в 5-20 раз больше чем листа, монтажный блок имеет с двух сторон листа контурные меридиональные и кольцевые ребра, изгибная жесткость которых в 20-100 раз выше, чем в листе, по контуру листы монтажного блока имеют меридиональные и кольцевые контурные ребра, которые смещены от краев листов на расстояние, для удобства и надежности сварки, с обеспечением равной прочности и жесткости, в контурных ребрах имеются гнезда, в которые закладываются высокопрочные болты (шпильки), предназначенные для обжатия сварки листов в промежутке между контурными ребрами, к контурным ребрам приварены полосы из высокопрочной стали, которые закрывают гнезда для болтов.

2. Защитная оболочка АЭС по п.1, отличающаяся тем, что с наружной стороны стены и купола защитной оболочки расположены металлические листы герметичной зоны, которые выполнены толщиной 10-20 мм, и имеют с двух сторон листа меридиональные и кольцевые ребра, изгибная жесткость которых в 5-20 раз больше чем листа, монтажный блок имеет с двух сторон листа контурные меридиональные и кольцевые ребра, изгибная жесткость которых в 20-80 раз выше, чем в листе, по контуру листы монтажного блока имеют меридиональные и кольцевые контурные ребра, которые смещены от краев листов на расстояние, для удобства и надежности сварки, с обеспечением равной прочности и жесткости, в контурных ребрах имеются гнезда, в которые закладываются высокопрочные болты (шпильки), предназначенные для обжатия сварки листов в промежутке между контурными ребрами, к контурным ребрам приварены полосы из высокопрочной стали, которые закрывают гнезда для болтов, высота наружного монтажного блока принимается из условия качественного бетонирования захватки.

3. Защитная оболочка АЭС по п.2, отличающаяся тем, что с наружной стороны металлических листов расположена энергоактивная броня, которая закрыта светонепроницаемым покрытием из пленки.

4. Защитная оболочка АЭС по любому из пп.1, 2, 3, отличающаяся тем, что с внутренней стороны металлических листов в межреберном пространстве расположена сплинклерная система защиты от огневого воздействия.

5. Защитная оболочка АЭС по любому из пп.1, 2, 3 отличающаяся тем, что сплинклерная система защиты размещена с наружной стороны металлических листов в межреберном пространстве.

6. Защитная оболочка АЭС по любому из пп.1, 2, 3 отличающаяся тем, что сплинклерная система защиты размещена с обеих сторон защитной оболочки.