устройство для защиты объектов с атомной энергетической установкой от внешних ударных воздействий

Формула изобретения

1. Устройство для защиты объектов с атомной энергетической установкой от внешних ударных воздействий, включающее опорные конструкции и защитные преграды, отличающееся тем, что опорные конструкции выполнены в виде рамного каркаса, охватывающего защищаемый объект, а защитные преграды выполнены в виде закрепленной на опорной конструкции сетки, изготовленной из перекрестного плетения витых канатов из эластичного материала, при этом параметры ячеек сетки, диаметр канатов и характеристики их материала выбирают из условия равенства энергии деформирования защитной преграды кинетической энергии W_k = mv²_y/2 ударяющего тела, где m - масса тела, v_y - скорость в момент удара.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что рамный каркас выполнен из железобетона или стали.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что канаты изготовлены из стальной проволоки или из полимерного материала, преимущественно из капрона.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области техники, связанной с защитой объектов от внешних ударных воздействий в различных аварийных ситуациях и прежде всего с защитой объектов с атомной энергетической установкой (АЭУ) от высокоскоростных ударных воздействий.

В соответствии с рекомендациями МАГАТЭ проектирование атомных электростанций (АЭС) и объектов с АЭУ должно производиться не только на регулярно действующие статические и динамические нагрузки, но и на воздействие случайных факторов, обусловленных как природными явлениями (торнадо, землетрясение), так и чрезвычайными ситуациями, возникающими в результате деятельности человека (Учет внешних событий, вызванных деятельностью человека, при проектировании атомных электростанций. Руководство по безопасности N 50-SG -D5, Вена: изд. МАГАТЭ, 1983).

К числу чрезвычайных ситуаций, вызванных деятельностью человека, относятся, в числе прочих, падения летательных аппаратов, двигателей и других высокоскоростных тел.

Отечественные АЭС, а также АЭС, построенные за рубежом (Армения, Польша, Болгария, Венгрия, Чехия, Словакия) по отечественным проектам, вплоть до 1986 г. строились незащищенными от внешних ударных воздействий. Учет воздействия случайных динамических нагрузок при проектировании отечественных АЭС стал осуществляться после ввода в действие "Норм строительного проектирования АС с реакторами различного типа" (П и Н АЭ - 5.6, 1986 г.) и "Норм проектирования сейсмостойких АС" (ПНАЭГ-5-006-87, 1987 г.).

В настоящее время ведутся обширные исследования по оценке безопасности эксплуатации АЭС, построенных до 1986 г., при воздействии случайных динамических нагрузок и разработке рекомендаций по повышенной защищенности АЭС при действии таких нагрузок (Костерев А.Б. Проблема динамических воздействий на здания и сооружения АЭС. Атомная техника за рубежом, 1998, N 10). Сказанное в полной мере относится к случайному падению на АЭС летательных аппаратов и других высокоскоростных тел.

Защитные конструкции АЭС от действия динамических нагрузок выполняются, как правило, либо в виде железобетонных, либо двойных (железобетон + сталь) защитных оболочек. Так, защитная оболочка АЭС "Сарри" (США) представляет собой ненапряженную железобетонную, облицованную изнутри сталью конструкцию в виде цилиндра с внутренним диаметром 38,4 м, сопряженного с куполом и с плоским днищем толщиной 3 м, заглубленную в грунт на 20 м. Основание купола расположено на 37,2 м выше верха фундаментной плиты, полная высота помещения равна 56,5 м. Металлическая облицовка выполнена из листовой стали в пределах цилиндра толщиной 9,5 мм, в куполе - 12,7 мм и в днище - 6,4-19 мм и заанкерена в бетоне сооружения. Толщина бетонной защиты у днища достигает 45-60 см (Хайдуков Г.К., Коробов Л.А., Назарьев О.К., Карелин Е.П. Железобетонные защитные оболочки АЭС. М.: Атомиздат, 1978, с. 128). Защитная оболочка рассчитана на действие сейсмических нагрузок, торнадо и удар предметов массой 1 т, летящих со скоростью 240 км/ч.

Стандартная, предварительно напряженная железобетонная защитная оболочка АЭС США, примененная при строительстве АЭС "Ранчо Секо", "Кальверт-Клофс", "Окони" и др., состоит из цилиндра с внутренним диаметром 35,4 м и толщиной стенки 1,19 м, сопряженного с пологим куполом и плоским днищем. Радиус внутренней сферической поверхности купола равен 26,8 м, а его толщина - 0,98 м (там же). Оболочка рассчитана на эксплуатационные нагрузки, аварийное внутреннее давление 0,41 МПа, повышение температуры внутри здания до 143^oC, сейсмическое воздействие, воздействие от взрыва турбины, действие урагана, удар ракеты и другие нагрузки.

Аналогичный подход используется и в отечественной практике. Известен также проект защитной оболочки атомной электростанции нового поколения с реакторной установкой средней мощности (Атомная электростанция нового поколения с реакторной установкой средней мощности, Атомэнергопроект, Ленинградский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт. Министерство РФ по атомной энергии, Санкт-Петербург, 1992 г.), принятый в качестве прототипа.

В проекте прототипа предлагается защитную оболочку выполнить в виде двойной оболочки с внутренней стальной и наружной железобетонной оболочкой с зазором между ними, равным 1,8 м. Внутренняя стальная оболочка цилиндрической формы диаметром 41 м с полусферическим куполом предназначена для ограничения протечек наружу радиации из внутреннего гермообъема.

Наружная железобетонная цилиндрическая оболочка наружным диаметром 48,2 м и толщиной 0,8 м с полусферическим куполом рассчитана на следующие внешние воздействия:

- падение самолета;

- взрывную волну;

- сейсмические нагрузки при МРЗ - 8 баллов по шкале MSK-64.

Защитная оболочка общей высотой 64,2 м установлена на сейсмоизоляторы, закрепленные на железобетонном фундаменте.

Все приведенные технические решения содержат опорные конструкции (фундаментная плита, анкерные соединения, сейсмоизоляторы и т.д.) и непосредственно защитные преграды (цилиндр, купол).

Общим недостатком приведенных технических решений и прототипа, в частности, является то, что они могут быть установлены только на стадии строительства объекта с АЭУ и требуют больших материальных и трудовых затрат. Эти решения практически не могут быть реализованы на стадии модернизации уже построенных атомных электростанций и других объектов с АЭУ, поскольку требуют капитального строительства (демонтаж строительных конструкций, рытье котлована, установка фундамента и строительных конструкций и т.д.).

Задачей предлагаемого изобретения является создание защитного устройства от внешних ударных воздействий построенных объектов с АЭУ и снижение по сравнению с прототипом материальных и трудовых затрат на его изготовление.

Это достигается тем, что в устройстве для защиты объектов с АЭУ от внешних ударных воздействий, включающем опорные конструкции и защитные преграды, опорные конструкции выполнены в виде рамного каркаса, охватывающего защищаемый объект, а защитные преграды выполнены в виде закрепленной на опорной конструкции сетки, изготовленной из перекрестного плетения витых канатов из эластичного материала, при этом параметры ячеек сетки, диаметр канатов и характеристики их материала выбирают из условия равенства энергии деформирования защитной преграды кинетической энергии ударяющего тела, где m - масса тела; v_у-скорость в момент удара.

При этом рамный каркас может быть выполнен из железобетона или стали, причем канаты могут быть изготовлены из стальной проволоки или полимерного материала, преимущественно из капрона.

Выполнение опорной конструкции в виде рамного каркаса, охватывающего защищаемый объект, позволяет заменить им такие дорогостоящие работы, как демонтаж конструкций и оборудования, рытье котлована, установка фундамента, возведение стен, и тем самым резко сократить расход строительных материалов при сохранении строительных конструкций защищаемого объекта.

Изготовление защитной преграды в виде закрепленной на опорной конструкции сетки, изготовленной из перекрестного плетения канатов из эластичного материала, позволяет смягчить удар падающего объекта за счет растягивания канатов и благодаря этому обеспечить защиту объекта с АЭУ от внешних ударных воздействий при существенно меньших материальных затратах, чем на строительство толстостенной железобетонной конструкции (толщиной до 0,8 м) по прототипу.

Выбор параметров ячеек сетки, диаметра канатов и характеристик их материала из условия равенства энергии деформирования защитной преграды кинетической энергии ударяющего тела позволяет обеспечить требуемый уровень защищенности объекта с АЭУ при минимальном расходе материалов.

Предлагаемое устройство может быть также использовано для защиты от внешних ударных воздействий других наземных экологически опасных объектов, таких как нефтехранилища, хранилища токсичных отходов и т.п.

Сущность изобретения поясняется рисунками, где на фиг.1 схематично представлено взаимное расположение защищаемого объекта и предлагаемого устройства, а на фиг. 2 - вид сверху.

Защищаемый объект с АЭУ 1 охвачен рамным каркасом 2, на котором закреплена защитная преграда в виде сетки 3, выполненной из перекрестного плетения витых канатов 4 из эластичного материала (например, из стальной проволоки или капрона).

При внешнем динамическом воздействии, обусловленном ударом падающего тела по устройству для защиты объекта с АЭУ, тело тормозится на устройстве сеткой защитной преграды. За счет высокой энергоемкости сетки, работающей на растяжение, осуществляется торможение падающего тела вплоть до его полной остановки.