Результат интеллектуальной деятельности: Трубчатый канал для удаления воды, пара и газов из бетонного наполнителя

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано в конструкции металлобетонной (железобетонной) шахты реактора, например, в энергетических установках с реактором на быстрых нейтронах с теплоносителем в виде свинца или его сплавов.

В производстве бетонных конструкций, работающих при высоких температурах, при высокотемпературной сушке бетонных массивов, заключенных в замкнутом объеме, угрозу целостности конструкции представляет повышение давления паров воды (парогазовой смеси), образующихся в процессе сушки бетонного наполнителя. Для предотвращения неконтролируемого повышения давления парогазовой смеси и возникновения в бетоне внутренних напряжений, приводящих к нарушению его структуры и прочностных свойств, необходимо осуществлять удаление воды, пара и газов из бетонного наполнителя.

Известно применение гибких металлических негерметичных рукавов из спиральнозавитой (спирально-навитой) трубы из предварительно S-образно спрофилированной плоской металлической ленты в качестве трубчатого щелевого дренажа систем фильтров для очистки воды (RU 2178329, B01D 24/38, F16L 11/36, Е03В 3/40, 2002). При формировании спиральнозавитой трубы из предварительно S-образно спрофилированной плоской металлической ленты естественным путем получается радиальный зазор между смежными витками. Так как лента как конструктивная основа трубы свернута в спираль, то зазор между витками представляет собой спираль. В силу центральной симметрии S-образного профиля фактически получаются две спиральные щели - одна внешняя, другая внутренняя, через которые могут сообщаться внутренняя полость трубы с окружающим пространством.

К недостаткам известного технического решения можно отнести то, что, в случае использования гибкого металлического негерметичного рукава в качестве канала для сушки бетонного наполнителя металлобетонной конструкции, частички цементного теста в процессе бетонирования могут застрять в щели, а также - попасть в рукав (т.е. - могут закупорить канал).

Известно защитно-фильтрующее покрытие дренажной трубы по авт.св. SU 763518 (Е02В 11/00, 1980), выполненное в виде водопроницаемой пористой или перфорированной ленты из синтетического материала.

Однако известное решение относится к области мелиорации, то есть имеет ограниченную область использования. При этом его специфические характеристики не отвечают требованиям, предъявляемым к трубчатым каналам, замоноличиваемым в металлобетонную конструкцию.

Известна металлобетонная конструкция по патенту RU 2089948 (G21F 5/008, 1997), содержащая соединенные кольцевым коллектором газопроводы, размещенные внутри бетонного наполнителя. При этом газопроводы и коллектор выполнены в виде металлических тросов, причем коллектор сообщен с каналом, который через перекрывающую его водородопроницаемую мембрану имеет выход в атмосферу. Благодаря газопроводам обеспечивается предохранение металлобетонной конструкции от разрушения вследствие повышения давления водорода внутри бетонного массива в результате реакций радиолиза и коррозии металла.

Однако известные газопроводы в виде металлических тросов не предполагают возможности обеспечения эффективного удаления воды и пара из бетонного наполнителя в процессе сушки бетона.

Наиболее близким по технической сущности с заявленным изобретением является трубчатый канал для удаления газов из бетонного наполнителя, приведенный в описании изобретения по патенту RU 2082232 C1 (G21F 5/008, 1997). Известный трубчатый канал содержит перфорированный трубчатый элемент, замоноличиваемый в металлобетонную (железобетонную) конструкцию. В известном техническом решении трубчатые каналы, замоноличенные в металлобетонную конструкцию, объединены в сборный коллектор, который через разрывную предохранительную мембрану имеет выход в атмосферу для удаления газа и паров из бетонного заполнения при попадании металлобетонной конструкции в очаг пожара. Таким образом, обеспечивается предохранение бетона от разрушения при быстром воздействии высокой температуры.

К недостаткам известного трубчатого канала можно отнести возможность закупоривания трубчатого элемента цементным тестом через перфорацию в процессе бетонирования металлобетонной конструкции.

Проблема, решаемая настоящим изобретением, состоит в создании средства, которое обеспечивало бы возможность высокотемпературной сушки жаростойких бетонных массивов, заключенных в замкнутом объеме, где наибольшую угрозу целостности конструкции представляет повышение давления паров воды (парогазовой смеси), образующихся в процессе сушки бетонного наполнителя.

Указанная техническая проблема решается тем, что известный трубчатый канал для удаления воды, пара и газов из бетонного наполнителя, содержащий трубчатый элемент, замоноличиваемый в металлобетонную конструкцию, согласно изобретению в качестве трубчатого элемента содержит негерметичный гибкий гофрированный металлический рукав, на внешней стороне которого нанесено защитно-фильтрующее покрытие в виде спирально-навитой тканой асбестовой ленты, которая пропитана раствором, замедляющим твердение цементного камня.

В варианте выполнения раствор, замедляющий твердение цементного камня, представляет собой раствор декстрина.

Вместе с этим трубчатый элемент может быть выполнен перфорированным.

Технический результат использования изобретения состоит в обеспечении возможности эффективного удаления воды, пара и газов из бетонного наполнителя при высокотемпературной сушке жаростойкого бетонного массива, что в конечном счете позволяет повысить надежность металлобетонных (железобетонных) конструкций, работающих при высоких температурах.

На фиг. 1 схематично показан гибкий гофрированный металлический рукав с защитно-фильтрующим покрытием, общий вид, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, поперечный разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - зазор в сопряжении гофров металлического рукава, элемент Б на фиг. 1.

В варианте осуществления изобретения предлагаемый трубчатый канал используется в системе удаления воды, пара и газов из бетонного наполнителя, например, металлобетонного корпуса ядерной энергетической установки (ЯЭУ). С помощью трубчатого канала обеспечивается отвод воды и пара для исключения избыточного давления, возникающего при повышенных температурах в процессе сушки бетонного массива.

Трубчатый канал содержит трубчатый элемент 1, замоноличиваемый в металлобетонную конструкцию корпуса ЯЭУ (на чертеже не показано). Трубчатый элемент 1 представляет собой негерметичный гибкий гофрированный металлический рукав, на внешней стороне которого нанесено защитно-фильтрующее покрытие 2. Последнее выполнено в виде спирально-навитой тканой асбестовой ленты, которая пропитана раствором декстрина. В варианте осуществления изобретения пропитку и сушку асбестововой ленты производят после навивки на металлический рукав гофрированного металлического рукава 1 от попадания в рукав частичек цементного теста в процессе бетонирования корпуса ЯЭУ. Пропитка тканой асбестовой ленты раствором декстрина позволяет исключить твердение цементного теста при пропитке им асбестовых нитей. В качестве тканой асбестовой ленты может быть использована, например, тканая асбестовая лента толщиной 0,5 мм (ЛАТ 05X30 ГОСТ 14256-2000, температуростойкость до +400°С), пропитанная 20% раствором декстрина (ГОСТ 6034-74). В качестве металлического рукава 1 может быть использован, например, гибкий металлический негерметичный рукав Р3-Ц по ТУ 4833-019-29124208-00. Металлический рукав 1 может быть изготовлен из тонкой стальной ленты толщиной, например, 0,2 мм путем ее гофрирования и спиральной навивки на оправку на прокатном стане. В варианте осуществления изобретения рукав выполнен в виде спирально-навитой трубы из предварительно П-образно спрофилированной металлической ленты. Так как для изготовления металлического рукава используется достаточно тонкая лента, то профиль трубчатого канала обладает значительной гибкостью, как в осевом, так и в радиальном направлениях. Характерной особенностью конструкции негерметичного гибкого гофрированного металлического рукава является спиральный вертикальный зазор между смежными гофрами (в варианте осуществления изобретения, например, с шагом 3,75 мм для рукава с условным проходом D_y=15 мм). Через этот зазор обеспечивается проход воды и пара в количестве, необходимом для осушки бетонного наполнителя металлобетонного корпуса ЯЭУ. Шаг навивки гибких металлических негерметичных рукавов может быть сделан достаточно малым, что обеспечивает высокую равномерность распределения живого сечения спирального зазора по длине трубчатого канала. Это обстоятельство обеспечивает равномерность отвода парогазовой смеси с защитно-фильтрующего покрытия 2.

В варианте исполнения (на чертеже не показано) гофрированный металлический рукав 1 выполнен перфорированным с отверстиями (например, диаметром 2 мм), выполненными во впадинах рукава.

В варианте осуществления изобретения предлагаемый трубчатый канал используется для удаления воды, пара и газа из бетонного наполнителя, например, металлобетонного корпуса ЯЭУ (т.е. из бетонного массива, замкнутого в металлические оболочки) и работает следующим образом.

Бетонирование металлобетонного корпуса ЯЭУ производится последовательно слоями различной толщины (например, от 400 мм до 2000 мм), на которые укладываются трубчатые каналы 1 системы осушки (на чертеже не показано). Трубчатые каналы выводятся из каждого из упомянутых слоев и собираются в соответствующий кольцевой коллектор. Кольцевой коллектор нижнего слоя бетона является сборным (общим) для всех слоев бетона. С вышерасположенными кольцевыми коллекторами сборный кольцевой коллектор сообщается посредством стояков, по которым парогазовая смесь поступает в нижний кольцевой коллектор. Кольцевые коллекторы и стояки конструктивно аналогичны горизонтально расположенным трубчатым каналам. Таким образом, все трубчатые каналы сообщаются между собой. Положение гибких металлических рукавов фиксируют с помощью соответствующих креплений, например, к арматурным стержням, расположенным с заданным шагом в бетонном массиве, или - к уже затвердевшему слою бетона. После бетонирования замоноличенные в металлоконструкцию корпуса ЯЭУ трубчатые каналы образуют систему, обеспечивающую сбор и отведение влаги, выделяющейся в процессе сушки бетонного массива.

Сушка всего бетонного массива осуществляется в едином цикле нагрева через 28 суток выдержки после последнего бетонирования (после достижения последним слоем бетона марочной прочности). Сушка бетонного наполнителя металлобетонного корпуса представляет собой совокупность двух одновременно протекающих процессов:

- разогрев металлобетонного корпуса с помощью системы труб разогрева по заданной программе до температуры, например, 420°С;

- удаление из бетонного массива воды, пара и газов, образующихся в процессе сушки.

Нагрев бетонного массива осуществляется подачей по трубопроводам системы разогрева корпуса (на чертеже не показано) горячего воздуха с поэтапным ступенчатым нагревом корпуса до заданной температуры и длительной выдержкой нагретого бетонного наполнителя на каждой ступени его нагрева. Свободная и адсорбционная вода при этом превращаются в порах бетона в насыщенный пар. Пар и сопутствующие газы, под влиянием возникающего градиента давления диффундируют в направлении защитно-фильтрующего покрытия 2 трубчатых каналов (т.е. в сторону меньшего давления), размещенных в бетонном массиве. Далее вода, пар и газы через спиральные вертикальные зазоры между смежными гофрами металлических рукавов 1 поступают внутрь последних и далее по трубчатым каналам - в соответствующие коллекторы, собираются в сборном коллекторе, откуда удаляются с помощью, например, вакуумных насосов (на чертеже не показано).

Таким образом, благодаря особенностям исполнения трубчатого канала, замоноличиваемого в металлобетонную конструкцию, изобретение обеспечивает возможность эффективного удаления воды, пара и газов из бетонного наполнителя при высокотемпературной сушке жаростойкого бетонного массива, что в конечном счете позволяет повысить надежность металлобетонных конструкций, работающих при высоких температурах.