CS254599B1

CS254599B1 - Atmospheric water cooler with increased resistance against outer influences

Info

Publication number: CS254599B1
Application number: CS861228A
Authority: CS
Inventors: Dalibor Sykora; Ilona Sykorova
Original assignee: Dalibor Sykora; Ilona Sykorova
Priority date: 1986-02-21
Filing date: 1986-02-21
Publication date: 1988-01-15
Also published as: CS122886A1; DD262774A3

Description

(54) Atmosférický chladič vody se zvýšenou odolností proti vnějším vlivům(54) Atmospheric water cooler with increased resistance to external influences

Předložené technické řešení se týká všech velkých železobetonových chladicích věží s přirozeným tahem vzduchu, zejména pak kombinovaného atmosférického chladiče vody pro jaderné elektrárny podle čs. АО č. 244 641, u kterého účelně zvyšuje odolnost skořepinové konstrukce tahového komína proti účinkům tlakové vlny. Podstatou řešení je nová aplikace techniky předpínání betonových konstrukcí. Pro zvýšení tvarové stability při dynamických zatíženích je do stěny tahového komína založena tvrdá ocelová výztuž a to do výhodných přímkových otvorů, která po předepnutí tvoří opěrnou hyperboloidní mříž omezující deformace a zabraňující stability a zhroucení konstrukce při pulzním zatížení. К největšímu vyztužení dochází právě v nejužší hrdlové oblasti tahového komína, která je kritickým místem u tradičního provedení chladiče.The present technical solution concerns all large reinforced concrete cooling towers with natural draft of air, especially the combined atmospheric water cooler for nuclear power plants according to MS. No. 244 641, which effectively increases the resistance of the shell structure of the draft chimney to the effects of the pressure wave. The essence of the solution is a new application of the prestressing technique of concrete structures. To increase the shape stability under dynamic loads, a hard steel reinforcement is inserted into the wall of the draft chimney into advantageous straight holes, which after prestressing form a supporting hyperboloid lattice limiting deformations and preventing stability and collapse of the structure under pulsed load. The greatest reinforcement occurs in the narrowest throat area of the draft chimney, which is a critical point in the traditional radiator design.

0BR.10BR.1

Vynález se týká atmosférických chladičů vody se zvýšenou odolností proti vnějším vlivům a řeší zejména problematiku implementace kombinovaného atmosférického chladiče vody pro jaderné elektrárny podle čs. autorského osvědčení č. 244 641,The invention relates to atmospheric water chillers with increased resistance to external influences and in particular it addresses the problems of implementation of a combined atmospheric water chiller for nuclear power plants according to the invention. Certificate No. 244 641,

Dosavadní technická řešení velkých výparných atmosférických chladičů vody s přirozeným tahem vzduchu neodpovídají plně současným požadavkům jaderné bezpečnosti kladeným na systémy nízkopotenciálního chlazení u dnes projektovaných a budovaných jaderných elektráren. Proto se v dněšní době uvažují a už i realizují pro chlazení tzv. chladicí vody důležitá samostatná chladicí zařízení, jimiž jsou bud ventilátorové chladicí věže nebo sprchové bazény. Tato tradiční respektive staronová chladicí zařízení určená pro trvale zabezpečené chlazení chladicí vody důležité mají řadu nevýhod, pro jejichž odstranění či podstatné omezení byl navržen výše uvedený kombinovaný atmosférický chladič vody, který reprezentuje progresivní systém kompaktního nízkopotenciálního chlazení na jaderných elektrárnách. Slabým místem tohoto kombinovaného atmosférického chladiče vody, jehož konstrukce odpovídá tradiční hyperboloidické chladicí věži typu ITTERSON, je zatím nedostatečná odolnost proti účinkům pulzního zatížení tlakovou vlnou, způsobenou například prudkým vzplanutím, popřípadě explozí plynového oblaku.The existing technical solutions of large evaporative atmospheric water chillers with natural air draft do not fully comply with the current nuclear safety requirements for low-potential cooling systems in today's planned and built nuclear power plants. For this reason, separate cooling devices, such as fan cooling towers or shower pools, are considered and are already being implemented for cooling so-called cooling water. These traditional or old-new cooling systems for the permanently secure cooling of cooling water are important and have a number of disadvantages for which the above-mentioned combined atmospheric water cooler, which represents a progressive system of compact low-potential cooling at nuclear power plants. The weak point of this combined atmospheric water cooler, whose design corresponds to the traditional hyperboloid cooling tower of ITTERSON type, is so far insufficient resistance to the effects of a pulsed pressure wave load, caused for example by a violent flash or gas cloud explosion.

Tato skutečnost je principiální nevýhodou dosavadních řešení atmosférickcýh chladičů vody a je důsledkem nedostatečných pevnostně deformačních parametrů tradiční konstrukce železobetonové skořepiny tahového komína. Nedostatek odolnosti se projevuje ztrátou tvarové stability vlivem lokálního zplastizování tradiční výztuže a následného překročení meze únos‘noti v tahu a posléze velkými trvalými deformacemi až destrukcí konstrukce a to právě v nejužší hrdlové oblasti tahového komína, která je jeho kritickým místem.This fact is a fundamental disadvantage of the existing solutions of atmospheric water coolers and is the result of insufficient strength-deformation parameters of the traditional construction of the reinforced concrete shell of the draft chimney. Lack of resistance is manifested by the loss of shape stability due to local plasticization of traditional reinforcement and subsequent exceeding of the limit of tensile load-bearing capacity and later by large permanent deformations and destruction of the structure in the narrowest throat area of the draft chimney.

Výše uvedenou nevýhodou odstraňuje či silně potlačuje technické řešení atmosférického chladiče vody se zvýšenou odolností proti vnějším vlivům podle vynálezu, který spočívá v tom, že mezi tradiční měkkou ocelovou výztuží tahového komína je ve volných nebo v dodatečně zalitých otvorech uložena předpjatá tvrdá ocelová výztuž, čímž je v tahovém komínu vytvořena hyperboloidní opěrná mříž s proměnnou roztečí po výšce, která je ukotvena jednak nahoře ve žlabovém ochozu, jednak dole na spodním okraji tahového komína mezi šikmými stojkami, nebo na spodní straně obvodového výztužného prstence provedeného vně nebo/a uvnitř na konfuzorové části tahového komína.The above mentioned disadvantage removes or strongly suppresses the technical solution of the atmospheric water cooler with increased resistance to external influences according to the invention, which consists in that between the traditional soft steel reinforcement of the draft chimney there is a prestressed hard steel reinforcement in free or additionally cast holes. a hyperboloid supporting grid with variable pitch spacing is created in the draft chimney, which is anchored both at the top of the trough gallery and at the lower edge of the draft chimney between inclined uprights, or on the underside of the circumferential reinforcement ring chimney.

Technická pokrokovost řešení podle vynálezu je dána níže uvedenými hlavními výhodami poskytovanými zejména konstrukční variantou s přímkovými otvory, tj. variantou s nejjednodušší možnou geometrií prvků opěrné mříže z předpjaté tvrdé ocelové výztuže. Účelně se využívá charakteristické vlastnosti rotačního hyperboloidu, který je do roviny nerozvinuté lnou přímkovou prostorovou plochou druhého stupně. Za druhé, vzhledem к výše uvedenému geometrickému význaku rotačního hyperboloidu, má opěrná mříž plynule proměnnou rozteč po výšce, což znamená, že největší zpevnění železobetonové skořepiny se realizuje právě v kritické hrdlové oblasti tahového komína, neboť tam je hustota opěrné mříže největší. Za třetí, při předpínání přímých prvků opěrné mříže je prakticky vyloučeno tření, což znamená, že lze dosáhnout naprosto stejného požadovaného předpětí ve všech přímých prvcích tvrdé ocelové výztuže. Za čtvrté, v daném případě aplikace předpínací techniky se vystačí s jednotkami nízkých parametrů.The technical progress of the solution according to the invention is given by the following main advantages provided in particular by the design variant with straight holes, ie the variant with the simplest possible geometry of the elements of the prestressed hard steel reinforcement. The characteristic feature of the rotary hyperboloid is advantageously utilized, which is in the plane of the unfolded linear space of the second degree. Secondly, due to the above-mentioned geometric feature of the rotary hyperboloid, the support grid has a continuously variable pitch across the height, which means that the greatest reinforcement of the reinforced concrete shell is realized just in the critical neck area of the draft stack. Third, friction is virtually eliminated when prestressing the support grid straight elements, which means that exactly the same desired prestressing can be achieved in all straight elements of hard steel reinforcement. Fourth, in the present case the application of the prestressing technique is sufficient with low parameter units.

Za páté, zajištění lokální a tím i celkové geometrické stability při dynamických či kombinovaných vnějších zatížení otevírá cestu vývoji a realizaci velmi vysokých železobetonových atmosférických chladičů vody a to i výhledových suchých respektive povrchových. Mimochodem pro suché chlazení se v dnešní době za perspektivní a zatím za bezkonkurenční koncepci považuje suchý atmosférický chladič vody s tahovým komínem z hliníkového plechu připevněného к nosné hyperboloidní třísoustavové síti či mříži z ocelových lan,která je prostřednictvím dalších konstrukčních částí zavěšena na centrálním nosném železobetonovém sloupu.Fifthly, ensuring local and thus overall geometric stability under dynamic or combined external loads opens the way for the development and implementation of very high reinforced concrete atmospheric water coolers, even for prospective dry or surface water coolers. Incidentally, dry air cooling is nowadays considered to be a perspective and yet unrivaled concept of dry atmospheric water cooler with draft aluminum chimney flue attached to the supporting hyperboloid three-grid network or steel wire grille, which is suspended by other structural parts on the central supporting reinforced concrete column .

Na přiloženém výkresu, za účelem vizuálního znázornění a současně jako příklad konkrétního řešení atmosférického chladiče vody se zvýšenou odolností proti vnějším vlivům podle vynálezu je nakresleno přímkové provedení předpjaté ocelové hyperboloidní opěrné mříže, kde na obr. 1 je zjednodušeně načrtnut celkový tvar a skladba opěrné mříže v relaci ke tvaru stabilizované části tahového komína, zatímco na obr. 2 je v detailu naznačeno dispoziční uspořádání předpjaté tvrdé ocelové výtuže ve stěně tahového komína a posléze v obr. 3, 4 a 5 je principiálně znázorněn trojí možný tvar jednotlivých předpjatých tvrdých ocelových prvků dvojnásobné délky.In the attached drawing, for the purpose of visual representation and at the same time as an example of a particular solution of atmospheric water cooler with increased resistance to external influences according to the invention, a straight line design of pre-stressed steel hyperboloid supporting grille is shown. Relative to the shape of the stabilized part of the draft chimney, while Fig. 2 shows in detail the disposition arrangement of prestressed hard steel reinforcement in the wall of the draft chimney and then in Figures 3, 4 and 5 the three possible shape of individual prestressed hard steel elements of double length .

Na obr. 1 je nakreslena přední polovina horní části atmosférického chladiče vody, přičemž v pravé polovině obr. 1 je boční pohled na tahový komín g, na jeho žlabový ochoz 2 a obvodový výztužný prstenec 3, zatímco v levé polovině obr. 1 je zakreslena pouze jakoby obnažená, tj. betonem nezalitá předpjatá tvrdá ocelová výztuž _5, která vytváří dvousoustavovou hyperboloidickou opěrnou mříž zakotvenou nahoře ve žlabovém ochozu 2 a dole, vdaném konkrétním příkladě, v obvodovém výztužném prstenci _3·Figure 1 shows the front half of the upper part of the atmospheric water cooler, with the right half of Figure 1 showing a side view of the draft chimney g, its gutter 2 and the circumferential reinforcement ring 3, while the left half of Figure 1 only shows a bare, i.e. concrete-free, prestressed, hard steel reinforcement 5, which forms a two-state hyperboloid retaining grid anchored at the top in the trough gallery 2 and at the bottom in the concrete example in the circumferential reinforcement ring _3 ·

Toto řešení vůči řešení se spodním zakotvením předpjaté tvrdé ocelové výztuže 5 až na spodním okraji tahového komína 1. vede к úspoře délky všech přímkových prvků, ale vyžaduje vyzvednutí předpínací techniky na úroveň obvodového výztužného prstence 2» eventuálně až do žlabového ochozu 2. Z obr. 1 je patrné, že vzájemně mimoběžné přímky odkloněné nahoře vpravo vytvářejí pravostrannou soustavu opěrné mříže, zatímco к nim symetricky různoběžné a přitom vůči sobě také mimoběžné přímky odkloněné nahoře vlevo tvoří levostrannou soustavu opěrné mříže. Pro montážní, eventuálně i kontrolně údržbové práce, které bude vyžadovat opěrná mříž z předpjaté tvrdé ocelové výztuže 5, jeví se výhodné instalovat pod obvodový výztužný prstenec g už nezakreslenou jednonosníkovou dráhu, po které se bude pohybovat závěsná montážní plošina či kabina.This solution, compared to the lower anchoring of the prestressed hard steel reinforcement 5 up to the lower edge of the draft chimney 1, results in a saving of the length of all straight elements, but requires lifting of the prestressing technique to the level of the peripheral reinforcement ring 2. 1, it can be seen that the mutually outwardly diverting lines at the top right form a right-hand support grid, while the symmetrically parallel and at the same time non-rotating straight lines diverted at the top left to form a left-hand support grid. For assembly and possibly maintenance work, which will require a support grid made of prestressed hard steel reinforcement 5, it would be advantageous to install a mono-beam path, not drawn, below the circumferential reinforcement ring g, along which the suspension assembly platform or cab will move.

Na obr. 2 je nakreslena jen malá část vodorovného řezu vedeného hrdlovou oblastí tahového komína 1^, která ukazuje možnost rozmístění předpjaté tvrdé ocelové výztuže J5, uložené v otvorech 6, mezi tradiční měkkou ocelovou výztuží 4, která se nachází jak při vnitřním tak při vnějším povrchu tahového komína 1_. Měkká ocelová výztuž 4. vytváří ortogonální sít či mříž, která je sestavena jednak z prvků ve tvaru kružnic uložených ve vrstevnicích, jednak z prvků ve tvaru meridiánových hyperbol, které polohou odpovídají povrchovým křivkám největšího spádu. Pro obr. 2 je hrdlová oblast tahového komína _1 vybrána z toho důvodu, že v tomto místě je železobetonová skořepina nej slabší a současně jak měkká ocelová výztuž 4_, tak i předpjatá tvrdá ocelová výztuž ji, nejhustší.In FIG. 2, only a small portion of the horizontal section through the throat region of the draft chimney 11 is shown showing the possibility of placing a pre-stressed hard steel reinforcement 5 in the openings 6 between the traditional soft steel reinforcement 4 located both internally and externally. surface of the draft chimney 7. The soft steel reinforcement 4 forms an orthogonal mesh or lattice which is composed of both circle-shaped elements embedded in contour lines and meridian hyperbole-shaped elements, which correspond in position to the surface curves of the greatest gradient. For FIG. 2, the throat region of the draft chimney 1 is selected because at this point the reinforced concrete shell is the weakest and at the same time both the soft steel reinforcement 4 and the prestressed hard steel reinforcement thereof are the densest.

V ostatních místech železobetonové skořepiny jsou prostorové poměry příznivější. Jako konkrétní hodnota byla vzata za mimimální tloušřku stěna tahového komína _1 hodnota 200 mm, která se uvažuje pro chladicí věže jihočeské jaderné elektrárny. Pro tuto tloušťku stěny lze počítat s předpjatou tvrdou ocelovou výztuží _5 o průměru lana v rozmezí 15 až 20 mm. Jako volný parametr pro vytvoření potřebného tlakového předpětí v betonu vychází rozteč, respektive celkový počet prvků předpjaté tvrdé ocelové výztuže 5^. Na obr. 3, 4 a 5 jsou stylizovaně nakresleny tři možné tvary jednotlivých prvků předpjaté tvrdé ocelové výztuže 5> dvojnásobné délky, přičemž první dva z nich jsou prvky rovinnými.In other places the reinforced concrete shells are more space-friendly. As a particular value, the wall of the draft stack 1 of 200 mm, which is considered for the cooling towers of the South Bohemian nuclear power plant, was taken as an extraordinary thickness. For this wall thickness, a prestressed hard steel reinforcement 5 with a rope diameter in the range of 15 to 20 mm can be envisaged. As a free parameter for creating the necessary compressive prestressing in concrete, the pitch or the total number of elements of prestressed hard steel reinforcement 5 is based. 3, 4 and 5, three possible shapes of the individual elements of the prestressed hard steel reinforcement 5 > of double length are stylized, the first two of which are planar elements.

Na obr. 3 je tvar vlnový, který je charakteristický relativně velkým úhlem opásání, tj. relativně největší vzdáleností mezi koncovými body tohoto prvku. Na obr. 4 je tvar smyčkový, jehož význaky jsou ostré úhly obou ohybů a vzájemné křížení vlastních přímkových úseků.In Fig. 3, the waveform is characterized by a relatively large wrap angle, i.e., the relatively greatest distance between the end points of the element. Fig. 4 shows a loop shape, the features of which are the sharp angles of both bends and the intersection of the straight line sections.

Na obr. 5 je tvar vlásenkový, při kterém se oba konce tohoto prvku nacházejí v bezprostředním sousedství, přičemž celý prvek je v jedné z obou soustav opěrné mříže. Popis funkce ke všem výše popsaným obrázkům odpadá, nebot jde o statickou stavební konstrukci. Místo něho je účelné poznamenat, že při konstrukci tahového komína JL jakkoliv odchylné od přesného tvaru rotačního hyperboloidu, což někdy provádí v pásmu železobetonové skořepiny pod relativně velmi tuhým žlabovým ochozem 2, přejdou níže přímkové otvory a v nich uložená předpjatá tvrdá ocelová výztuž 5 do tvaru velice mělkých a táhlých oblouků. Obdobné mírné geometrické imperfekce se vyskytnou i v pásmu nad obvodovým výztužným prstencem 2·Fig. 5 is a hairpin shape in which both ends of the element are in immediate proximity, the entire element being in one of the two support grating systems. The description of the function does not apply to all the figures described above, since it is a static building structure. Instead, it is worth noting that in the design of the draft chimney 11, however deviating from the exact shape of the rotary hyperboloid, which sometimes occurs in the zone of reinforced concrete shells under the relatively very stiff trough 2, the straight holes and the pre-stressed hard steel reinforcement 5 very shallow and elongated arches. Similar mild geometric imperfections occur in the zone above the circumferential reinforcement ring 2 ·

Výše popsané a dále definované i znázorněné technické řešení velmi vysokých, respektive rozměrných atmosférických chladičů vody se železobetonovým tahovým komínem představuje bezesporu inovaci vyššího řádu. Jde o zprogresivnění technických parametrů na základě koncepční konstrukční modernizace u již špičkového zařízení v oboru atmosférického chlazení. Vzhledem к tomu, že mezní velikosti atmosférických chladičů vody se vyvíjejí a realizují pro jaderně energetická zařízení, lze předpokládat prioritní význam a největší národohospodářský přínos předmětného řešení. Výhledově se navržené technické řešení s velkou pravděpodobností může uplatnit i v perspektivní technice suchého atmosférického chlazení, kde se prosadí jen chladiče velmi vysoké.The above-described and further defined and illustrated technical solution of very high respectively large atmospheric water coolers with reinforced concrete draft chimney is undoubtedly a higher order innovation. It is a progressive technical parameters based on the conceptual design modernization of the already top equipment in the field of atmospheric cooling. Given that the limit sizes of atmospheric water coolers are being developed and implemented for nuclear power plants, the priority importance and greatest economic benefit of the solution can be assumed. In the future, the proposed technical solution is very likely to be applied in the perspective dry atmospheric cooling technique, where only very high heatsinks will prevail.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

1. Atmospheric water cooler with increased resistance to external influences, characterized by a high draft chimney shaped like a vertical rotating hyperboloid formed by a reinforced concrete shell. characterized in that a pre-stressed hard steel reinforcement (5) is arranged in the open or additionally cast openings (6) between the traditional soft steel reinforcement (4) of the draft chimney (1), whereby a hyperboloid support grid is formed in the draft chimney (1) with variable pitch spacing anchored at the top of the trough gallery (2) and at the bottom of the draft chimney (1) between the inclined uprights, or on the underside of the circumferential reinforcement ring (3), tension parts chimney (1).

2. Atmospheric water cooler according to claim 1, characterized in that the openings (6) are in the form of equally inclined, mutually parallel and parallel lines, so that the hyperboloid supporting grating is diagonal two-position with narrow diamond or deltoid-shaped meshes. right-side systems of straight members of prestressed hard steel reinforcement (5).

3. Atmospheric water cooler according to claim 1, characterized in that the openings (6) are formed in the form of equally oblique and equally steep and curved left-handed and right-handed geodetic smooth arcs, i.e. spatial curves with continuous curvature change, so that the hyperboloid supporting lattice is Diagonal two-line system with meshes in the shape of wide diamonds or deltoids, as it consists of a left-handed and right-handed system of spatial arc elements of prestressed hard steel reinforcement (5).

Atmospheric water cooler according to claim 1, characterized in that the hyperboloid supporting grille of prestressed hard steel reinforcement (5) is formed, in particular in the case of a draft chimney (1) with a circumferential reinforcement ring (3), of double length elements in wave or loop-shaped or hairpin centers whose centers are in the gutter gallery (2), wherein each of the two halves of the double wave-length element is in a different set of hyperboloid retaining bars, hyperboloid supporting grids formed by prestressed hard steel reinforcement (5).