CC BY
25
Безопасность строительных систем. Экологические проблемы в строительстве. Геоэкология
ВЕСТНИК
МГСУ
УДК 692.1
А.Е. Саргсян, А.С. Гришин, Н.Н. Шапошников*
ОАО «Атомэнергопроект», *ФГБОУ ВПО «МИИТ»
АМОРТИЗИРУЮЩАЯ ПОДУШКА ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОЙ ТРАНСПАРТИРОВКИ КОНТЕЙНЕРОВ СВЕЖЕГО И ОТРАБОТАННОГО ТОПЛИВА В ЗОНЕ ПОРТАЛА РЕАКТОРНОГО ОТДЕЛЕНИЯ АТОМНЫХ СТАНЦИЙ
Обоснована применимость амортизирующих свойств стационарной слоистой подушки асфальт — гравий — песок взамен съемных амортизаторов, используемых при транспортировке ТУК-13 в зоне портала реакторного отделения (РО) атомных станций (АС) и чехла транспортного автотрейлера при падении контейнера с высоты до Н = 40,00 м.
Ключевые слова: стационарная амортизирующая подушка, передвижная амортизирующая платформа, атомная станция, реакторное отделение, портал.
Стационарное амортизирующее устройство предлагается размещать в зоне портала реакторных отделений атомных станций для обеспечения ядерной и радиационной безопасности при транспортировке радиоактивных материалов в аварийных режимах, вызванных падением контейнера в случае обрывов несущих элементов транспортировки, т.е. троса, крюка или траверсы крана.
Прочность и герметичность сертифицированных контейнеров свежего и отработанного топлива гарантированы при падении контейнера с высоты 9,0 м на жесткую бетонную преграду [1, 2].
Верхняя отметка подъема контейнеров в зоне портала современных атомных станций достигает 40 м.
Требования ядерной и радиационной безопасности при транспортировке контейнеров в зоне портала выполняются, так как в случае падения контейнера в различных положениях с высоты до 40 м на стационарную амортизирующую подушку коэффициенты перегрузки достигают меньшего значения, нежели при падении контейнера с высоты 9,0 м на жесткую бетонную преграду.
Стационарная амортизирующая подушка выполняет функции преграды при падении контейнера в аварийном режиме в зоне портала.
Стационарная амортизирующая подушка представляет собой трехслойную среду, состоящую из верхнего слоя асфальта толщиной h1 = 0,15 м, срединного слоя гравия мощностью h2 = 0,45 м и песка мощностью h3 = 5,00 м.
Для обеспечения нахождения амортизирующей преграды в функциональном режиме необходимо содержать слои песка и гравия в неводонасыщенном состоянии. Если уровень грунтовых вод на площадке в зоне размещения портала расположен ниже отметки -5,5 м от свободной поверхности площа-дки, то в данном случае слой асфальта выполняет функции гидроизоляции слоев песка и гравия амортизирующей преграды.
В случаях, когда уровень грунтовых вод на площадке в зоне размещения портала расположен выше отметки -5,5 м от свободной поверхности площадки, то для снижения уровня грунтовых вод ниже отметки 5,5 м от свободной поверхности площадки применяется дренажная система. При этом гидроизоляцию амортизирующей подушки по боковой поверхности осуществляет металлический или пластмассовый герметичный короб, который изолирует всю боковую поверхность преграды от окружающей грунтовой среды.
© Саргсян А.Е., Гришин А.С., Шапошников Н.Н.,2012
145
ВЕСТНИК
3/2012
Рассматривается падение контейнера с заданной высоты Н на податливую преграду. Из консервативных сображений контейнер рассматривается как абсолютно твердое тело с одной степенью свободы. В данном случае при соударении вся кинетическая энергия превращается в потенциальную энергию деформации преграды. Уравнение равновесия контейнера при взаимодействии с преградой имеет вид шй() + R(t) - Q = 0. (1)
Выражение результирующей реакции преграды на контейнер, возникающей при их взаимодействии, имеет вид
0+ть •*-</)' (2)
где uz (t) — перемещение центра тяжести контейнера за счет деформации преграды в процессе их взаимодействия.
За начало отсчета времени принимается начальный момент соударения контейнера с преградой. Следовательно, начальные условия задачи записываются в виде t = 0, uz (0) = 0, uz (0) = v0 =j2gH. (3)
Квазистатическая и мгновенная жесткости преграды определяются по следующим выражениям [3]: 4GR
с- = (4)
Первое слагаемое в выражении мгновенной жесткости преграды характеризует излучение энергии в преграду, а второе слагаемое — рассеяние энергии за счет внутреннего трения в среде преграды
Здесь приняты следующие обозначения: М — масса контейнера; Q — вес контейнера; у0 — скорость падения контейнера с высоты Н, или то же самое, что начальная скорость движения контейнера при соударении с преградой; Я — радиус подошвы контейнера при вертикальном падении, или радиус контактной поверхности взаимодействия с преградой; р — плотность материалов среды преграды; д — коэффициент Пуассона материалов среды преграды; О — динамический модуль сдвига материалов среды преграды.
Из совместного рассмотрения уравнения равновесия и выражения результирующей реакции преграды получим уравнение движения контейнера в процессе взаимодействия с преградой в виде
!/(/)+ 2П ■ й (/)+ ОГ
П-
где g — ускорение силы тяжести; п = ; со =
2т
(6)
Решение уравнения движения контейнера в процессе взаимодействия с преградой при начальных условиях I = 0, и 2 (0) = 0, и,г (0) = ^2gH имеет вид
Q , „-
+ е
nt
f \
1 Q
v0 -n —
C01 с
z у
Sin COjf -
Q
COSCOjf
(7)
где Ю] = V (О — п .
Выражение для результирующей реакции, действующей на контактной поверхности контейнера с преградой в процессе их взаимодействия принимает вид
(9)
R,{t)=Q + Ае nt sin(coji + а);
Безопасность строительных систем. Экологические проблемы в строительстве. Геоэкология
ВЕСТНИК
МГСУ
Выражение для определения максимального значения результирующей реакции преграды или ударной нагрузки на контейнер принимает вид
Я™ = 0 + Ае-4,
где tt =
1
со.
argt q
ю,
-a
Выражение для коэфс
Rmax A
K = = 1 + -e-n
Q Q
)ициента перегрузки окончательно приобретает вид
(10)
(11)
На рисунке изображены графики функции коэффициента перегрузки контейнера ТК-13 Квозникающей при соударении с преградой, в зависимости от высоты падения контейнера в вертикальном положении при различных значениях приведенного динамического модуля сдвига материалов трехслойной преграды.
Коэффициент перегрузки контейнера K , возникающей при соударении с преградой, в зависимости от высоты падения H при различных значениях динамического модуля сдвига материалов преграды G, мПа.
Из приведенных на рисунке результатов вытекает, что для обеспечения прочности и герметичности контейнера при его падении с высоты до Н = 40 м необходимо обеспечить для приведенного динамического модуля сдвига материалов трехслойной преграды выполнение условия G < 100 МПа.
В техническом отношении предлагаемое конструктивное решение варианта стационарной амортизирующей подушки по отношению к передвижной амортизирующей платформе несопоставимо проще для реализации, экономично, функционально более надежно, а также обладает более высоким уровнем показателей для обеспечения безопасности при аварийных режимах при транспортировке контейнеров в зоне портала.
Библиографический список
1. Нормы МАГАТЭ по безопасности. Правило безопасной перевозки радиоактивных веществ. Вена, 1991. 132 с.
2. НП-053-04. Правила безопасности при транспортировании радиоактивных материалов. М., 2004. 134 с.
3. ASCE STANDART. Seismic Analysis of Safety Related Nuclear Structures. Aproved September. 1998. 65 р.
Поступила в редакцию в феврале 2012 г.
Safety of building systems. Ecological problems of construction projects. Geoecology
147
вестник 3/2012
Об авторах: Саргсян Акоп Егишович — доктор технических наук, профессор, начальник отдела динамики и сесмостойкости, ОАО «Атомэнергопроект», 105005, Москва, ул. Бакунинская, д. 7, 8-(495)-315-91-74, [email protected];
Гришин Андрей Сергеевич — главный научный сотрудник отдела динамики и сесмостойкости, ОАО «Атомэнергопроект», 105005 Москва, ул. Бакунинская, д. 7, 8-(495)-315-91-74, [email protected];
Шапошников Николай Николаевич — член-корреспондент РААСН, доктор технических наук, профессор кафедры системы автоматизированного проектирования транспортных конструкций и сооружений, ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет путей сообщения» (ФГБОУ ВПО «МИИТ»), 127994, Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9, acad_miit@ mail.ru.
Для цитирования: Саргсян А.Е., Гришин А.С., Шапошников Н.Н. Амортизирующая подушка для обеспечения безопасной транспортировки контейнеров свежего и отработанного топлива в зоне портала реакторного отделения атомных станций // Вестник МГСУ 2012. № 3. С. 145—148.
References
1. Normy MAGATE po bezopasnosti. Pravilo bezopasnoy perevozki radioaktivnykh veshchestv. Vena, 1991, 132 p.
2. NP-053-04. Pravila bezopasnosti pri transportirovanii radioaktivnykh materialov. IVIoscow, 2004. 134 p.
3. ASCE STANDART. Seismic Analysis of Safety Related Nuclear Structures. Aproved September. 1998. 65 p.
About the authors: Sargsyan Akop Egishovich — Candidate of Technical Sciences, Professor, Head of Department of Dynamics and Earthquake Resistance, Atomenergoproekt Research, Design and Development Institute, Joint Stock Company (JSC AEP), 7 Bakuninskaya st., Moscow, 105005, Russia; [email protected]; 8 (495) 315-91-74;
Grishin Andrey Sergeevich — Principal Researcher, Department of Dynamics and Earthquake Resistance, Atomenergoproekt Research, Design and Development Institute, Joint Stock Company (JSC AEP), 7 Bakuninskaya st., Moscow, 105005, Russia; [email protected]; 8 (495) 315-91-74;
Shaposhnikov Nikolay Nikolaevich — Doctor of Technical Sciences, Associate Member of the Russian Academy of Architectural and Civil Engineering Sciences, Professor, Department of Systems of Computer-Aided Design of Transportation Structures and Constructions, Moscow State University of Railroad Engineering (MSURE), Office 7720, Building 9, 9 Obraztsova St., Moscow, Russia; [email protected].
For citation: Sargsyan A.E., Grishin A.S., Shaposhnikov N.N. Amortiziruyushchaya podushka dlya obespecheniya bezopasnoy transportirovki konteynerov svezhego i otrabotannogo topliva vzone portala reaktornogo otdeleniya atomnykh stantsiy [Absorbing Bag Designated for Safe Transportation of Containers Full of Fresh or Spent Fuel in the Portal Section of the Reactor Compartment of Nuclear Power Plants]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering], 2012, no. 3, pp. 145—148.
