Плотность, насыпная плотность и пустотность
Навигация:
Главная → Все категории → Гравий и щебень
Плотность зерен щебня (гравия). Для определения плотности берут пробу щебня (гравия) в соответствии с табл. 7.1. Зерна заполнителя очищают от пыли металлической щеткой и измельчают до крупности менее 5 мм, после чего пробу перемешивают и сокращают примерно до 150 г. Затем ее вновь измельчают до крупности менее 1,25 мм, перемешивают и сокращают до 30 г.
Приготовленную таким образом пробу измельчают в порошок в чугунной или фарфоровой ступке, высушивают до постоянной массы и охлаждают до комнатной температуры в эксикаторе.
Плотность определяют пикнометрическим методом (п. 3.2) в пикнометрах вместимостью 100 мл. Полученные результаты обрабатывают так же, как и при определении плотности песка. Плотность вещества зерен щебня (гравия) можно определить и с помощью прибора Ле Шателье по методике, описанной в п. 3.2. Пробу для испытания готовят так же, как при пикномет-рическом методе, но ее размер должен быть около 200 г. Для каждого из двух параллельных определений берут навеску около 50 г.
Средняя плотность зерен щебня (гравия). Для испытания заполнителя с крупностью зерен до 40 мм берут пробу массой около 2,5 кг; при большей крупности зерен массу пробы следует брать около 5 кг. При этом зерна крупнее 40 мм дробят и пробу сокращают вдвое. Пробу высушивают до постоянной массы, просеивают через сито с отверстиями размером, соответствующим наименьшему размеру зерен данной фракции щебня (гравия), и из остатка на сите отвешивают две навески массой по 1000 г каждая. Массу навесок фиксируют в лабораторном журнале.
Затем навеску щебня (гравия) насыщают водой, погружая зерна в воду комнатной температуры на 2 ч. При этом уровень воды в сосуде должен быть выше поверхности заполнителя не менее чем на 20 мм. Насыщенные пробы заполнителя вынимают из воды; зерна заполнителя вытирают мягкой влажной тканью и сразу же взвешивают на технических весах. После этого пробу помещают в сетчатый (перфорированный) стакан и взвешивают на гидростатических весах (рис. 3.1), при этом вся проба должна находиться в воде. Описание метода гидростатического взвешивания приведено в п. 3.2.
Среднюю плотность зерен заполнителя находят как среднее арифметическое результатов испытания двух навесок заполнителя. Расхождение между результатами двух определений не Должно превышать 0,02 г/см3. При больших расхождениях производят третье определение и вычисляют среднее арифметическое двух ближайших значений. Окончательно среднюю плотность выражают в кг/м3.
Определение насыпной плотности. Испытания выполняют аналогично определению насыпной плотности песка. Отличие состоит лишь в массе пробы заполнителя, требуемой для испытания и в размерах мерного цилиндра, которые зависят от крупности гравия (щебня).
Насыпную плотность крупного заполнителя определяют два раза; при этом каждый раз берут новую порцию заполнителя. Окончательные значения насыпной плотности (кг/м3) рассчитывают с погрешностью не более 10 кг/м3 как среднее арифметическое результатов двух определений.
Определение межзерновой пустотности крупного заполнителя. Такое определение производят на основании предварительно найденных значений средней плотности зерен и насыпной плотности заполнителя.
Определение насыпной плотности щебня (гравия) в естественном состоянии. Испытания выполняют аналогично определению насыпной плотности для песка в естественном состоянии. Отличие состоит только в больших размерах пробы и мерного сосуда, которые зависят от крупности заполнителя.
Насыпную плотность крупного заполнителя в естественном состоянии определяют три раза; при этом каждый раз берут новую порцию заполнителя.
Окончательное значение насыпной плотности вычисляют как среднее арифметическое результатов трех определений с погрешностью не более 10 кг/м3.
Похожие статьи:
Морозостойкость гравия
Навигация:
Главная → Все категории → Гравий и щебень
Статьи по теме:
Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум
виды, фракции, плотность, область применения, изготовление
Природный гравий — это сыпучий натуральный материал, который был образован в результате разрушения горных пород.
Получают его из гравийных пород сортировкой и просеиванием через специальные сита. Гравий представляет собой камни округлой формы с шероховатой или гладкой поверхностью.
Отличие щебня от гравияЩебень получают путем раздробления, с последующей сортировкой по фракциям, прочных горных пород, крупных бутовых камней, отходов шлака или бетонного мусора.
Все что необходимо знать о щебне при строительстве можно почитать здесь.
В отличие от гравия он бывает остроконечной формы с шероховатой поверхностью. В связи, с промышленным изготовлением в щебне практически отсутствуют примеси, поэтому он считается идеальным строительным материалом. В натуральном гравии могут содержаться примеси в виде обломков различных минералов, величиной до одного сантиметра.
Применение гравия и щебенки в строительстве регламентируется ГОСТом 8267-93 «Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия».
Природная щебенка, представляет собой остроугольные обломки горных пород, образованные за счет естественной эрозии от ветра и воды, встречается редко в небольшом количестве и, как правило, промышленной ценности не представляет.
Виды гравияПриродному гравию, в отличие от щебня присвоен первый класс по радиоактивности, поэтому его можно использовать без ограничения в любых областях строительства.
В зависимости от природного происхождения и способа добычи различают несколько видов гравия:
- горный;
- овражный;
- речной;
- морской;
- ледниковый;
- озерный.
Природный гравий имеет рыхлую структуру, неоднородную блеклую расцветку, поэтому современная промышленность освоила получение натурального гравия из любых горных пород, заданного цвета, формы и зернистости, которое способно удовлетворить любые запросы современного строительного рынка.
В виде исключения, различают искусственный вид гравия, получаемый на заводах в печах путем высокотемпературного вспучивания из керамзитового, шунгизитового сырья или шлака.
Фракции гравияБолее подробную информацию о таком материале, как керамзит, Вы можете прочитать здесь.
Фракцией называют сыпучий или кусковой материал, определяемый по строго выделенным свойствам. Отсюда, фракции гравия разделяют по размерам частиц или зернистости, так существует:
- мелкий, представляющий камушки размером от 1 до 2,5 мм в диаметре;
- средний, имеющий размеры от 2,5 до 5 мм;
- крупный, с размером камней от 5 до 10 мм;
- очень крупный в основном от 10 до 20 мм, реже до 50 мм.
Существующий в природе гравий более крупных фракций с размером до 120 мм все-таки уже должен считаться бутовым камнем.
ПлотностьРассчитывая потребность в материалах необходимо учитывать плотность и удельный вес. Так керамзитовый гравий будет иметь величину от 200 до 800 кг/м3, из шунгизита от 400 до 800 кг/м3.
Имейте в виду, что удельный вес искусственных видов гравия легче воды, со всеми вытекающими из этого последствиями и на подсыпку дорожек в низинных частях ландшафта он не годится.
При продажах различных видов и сортов гравия, как правило, значение плотности хорошо известны продавцу, а диапазон значений лежит от 1400 до 1700 кг/м3, в укрупненных строительных расчетах в основном используют величину в 1560 кг/м3. Эти цифры показывают плотность высыпанного на грунт гравия, без механического уплотнения и дополнительной трамбовки.
Область примененияГравий используется:
- для изготовления легкого бетона;
- в благоустройстве парков и стадионов;
- при устройстве дорог;
- как элемент дренажных систем;
- в ландшафтном дизайне;
- для изготовления декоративного покрытия пленок;
- фильтрации чистой воды в родниках и колодцах.
Так, искусственно изготовленным гравием размеров от 2,5 до 5 мм просыпают дорожки в парках и скверах. Фракции с величиной зерна от 5 до 20 мм пользуются большим спросом при обустройстве загородных территорий, как декоративный материал по отсыпке дорожек и создания клумб. Самые крупные фракции величиной до 120 мм, натурального гравия, применяются в отделке и декоре стен, фундаментов, а также в кладке заборов.
Искусственный керамзитовый и шунгизитовый гравий применяется в виде механически стойкого теплоизолятора в строительных работах.
Для гравия, имеющего морское или речное происхождение характерна гладкая поверхность, которая не способствует хорошему сцеплению с песком и цементом, поэтому не рекомендуется применение данных видов в изготовлении тяжелых марок бетонов.
Изготовление гравияСтатью о цементе можно почитать тут, статью о бетоне тут.
Гравий разрабатывают в гравийно-песчаных месторождениях. Количество камня в добываемом сырье не превышает 35%, поэтому метод использования карьеров предусматривает одновременное получение строительного песка и природного гравия.
На первоначальном этапе для разделения основных масс песка и камня применяют пескомойки, где с помощью большого количества воды происходит перемешивание добытой массы и ее сепарация за счет сил гравитации при размытии породы водой. Далее, отделенная гравийная смесь поступает в виброгрохоты для последующей очистки от примесей и сортировки по размерам и фракциям, такой процесс называется грохочением.
Виброгрохоты — это специальные устройства, где рабочие органы состоят из одной или нескольких решеток.
Если решетка одна, то размер отверстий в решетке по направлению движения сырья меняется от самого большого вначале до самого маленького в конце конструкции. Если решеток несколько, то они располагаются в вертикальной проекции друг над другом или последовательно одна после другой в жёстко укреплённом вибрирующем коробе, который, в свою очередь, установлен в подвешенном виде на смонтированные рессоры или пружины. На каждой решетке размер отверстий выполнен так, что дает возможность сводно проходить через них только зернам строго определённой величины, которые необходимо выделить из породы на данном этапе. Отличают грохоты по способу создания импульса вибрации и передачи его на сортировальные решетки. Так, существуют машины на инерционном, электромагнитном и эксцентриковом принципе механической передачи энергии сортировальным ситам.
Дорожки из гравия своими рукамиВ последнее время основной сферой, где еще широко используется гравий, является обустройство территорий загородных домов и дач или как это модно сейчас называется – в ландшафтном дизайне. Каждый может проявить свой талант дизайнера, используя разнообразный по виду, размеру и цвету гравий. Соорудить альпийскую горку или невиданное ранее сооружение из камня так же просто, как написать картину маслом, а вот сделать декоративную площадку или отсыпать по прилегающей территории дачного домика удобные дорожки не так просто, как это может показаться, на первый взгляд, но по силам всем – было бы желание.
Самостоятельное устройство дорожек из гравийного камня или гальки можно разделить на несколько этапов, соблюдение которых позволит вам последовательно и без лишних затрат воплотить свои задумки и удивить окружающих своим талантом. И так, приступаем:
- Первый этап или подготовка. Здесь необходимо выполнить на бумаге эскиз будущих декоративных площадок, дорожек и других задуманных элементов ландшафта.
- На втором этапе с помощью рулетки, колышков и веревок производим разметку расположения будущих объектов строительства в строгом соответствии с разработанным эскизом, ну или при необходимости вносим коррективы в план благоустройства вашей территории.
- На третьем этапе, после того как все границы определенны и очерчены, расставлены все колышки и натянуты все веревки приступаем непосредственно к реализации плана. Под всеми будущими дорожками и площадками с помощью лопаты убираем плодородный слой земли, который, как правило, бывает не более 15 см. Это избавит вас на определенный срок от сорняков и травы. Полученный грунт можно просто равномерно раскидать по существующим газонам либо где-нибудь сохранить для будущих клумб.
- На следующем этапе на дно получившихся траншей и углублений засыпаем и тщательно трамбуем крупный гравий или щебенку, также можно использовать твердый строительный мусор из обломков кирпичей и бетона. Объем заполнения должен быть примерно от половины до двух третьих глубины выкопанного углубления. После трамбовки для повышения прочности проливаем получившиеся основание водой. Не рекомендуется для устройства оснований дорожек и площадок просыпать их глиной, стоит исключить возможность скопления больших масс воды во время дождя или обильного таянья снега.
- Далее, на подготовленное основание насыпается слой купленного или приготовленного декоративного гравия. Обязательно при засыпке дорожек используйте гравий или гальку различных цветов, что намного разнообразит общий вид ландшафта. А также необходимо произвести выравнивание и умеренную трамбовку выполненных поверхностей.
- Финальным завершением станет обязательное дизайнерское оформление всего ландшафтного дизайна. Здесь можно использовать различные камни, клумбы и другие декоративные мелочи или авторские подделки.
Все теперь можно насладиться итогами своего труда и порадоваться за красивое оформление прилегающей территории вашего загородного дама.
А в заключение предлагаем просмотреть видео с оригинальными идеями оформления дорожек из гальки:
Плотность строительного щебня
Одна из основных характеристик щебня — плотность. И неудивительно, ведь именно от нее зависит прочность строительного материала, а значит, и конструкций, для которых его используют. При расчете следует учитывать, что если камни лежат насыпом, то их вес в условном кубе будет отличаться приблизительно в два раза.
Удельная плотность
Рассчитывая пропорции для приготовления бетонной смеси необходимо знать насыпную плотность щебня, так как соотношения компонентов берутся в объемном выражении на м3. Этот показатель будет разниться даже для одного литотипа пород, рассеянного при этом на разные фракции.
Таким образом, чем мельче зерна гравия, тем плотнее они укладываются, а значит, возрастает и насыпная плотность (еще ее называют кажущейся либо удельной). Кроме того, следует также учитывать и тот факт, что между крупными камнями воздушных зазоров больше, следовательно, 1 м3 стройматериала будет весить меньше. Это не самый удачный вариант для приготовления бетона, ведь все эти «карманы» или пустоты придется заполнять песком либо более дорогим материалом – цементом. Между тем, для устройства подушки под бетон или дорожное покрытие использование крупных фракций щебня себя оправдывает.
Знание удельной плотности стройматериала также помогает при необходимости организовать его транспортировку или хранение. Причем узнать данную величину несложно, если вы располагаете емкостью, объем которой заранее определен. Также понадобятся весы достаточной грузоподъемности. Щебень достаточно засыпать в емкость и взвесить. Результаты за минусом тары, разделенные на ее объем – это и есть искомая величина, выраженная в т/м3 или в кг/м3.
Истинная плотность
Истинная плотность представляет собой среднюю плотность зерен щебня. Этот показатель должен быть как можно выше, ведь он неразрывно связан с остальными прочностными характеристиками заполнителя. Однако повлиять на данный показатель нельзя, так как истинная плотность зависит от типа породы. Не получится и самостоятельно рассчитать его — это можно сделать только в лабораторных условиях. Поэтому потребителю остается только полагаться на собственный правильный выбор и приобретать щебень подходящего происхождения.
Сравнение показателей
Как мы знаем, щебень производят из нескольких видов пород. Какие-то из них являются более доступными, и отыскать их на рынке не представляет сложности.
Используя щебень в строительных работах, следует помнить, что насыпная плотность фракционного заполнителя незначительно изменяется в зависимости от степени его трамбовки. Так, например, хорошо уплотненный щебень фракции 40-70 мм может иметь такой же вес в т/м3, что и рыхлый фракции 20-40. Данная особенность этого стройматериала вызывает немало вопросов при его приемке после доставки на стройплощадку. Согласно ГОСТу коэффициент уплотнения является равным 1,1. Однако при составлении договора возможны варианты его пересмотра в сторону уменьшения. В этом случае щебень еще в кузове грузовика следует обмерить и умножить на заранее оговоренный с поставщиком коэффициент. Если результат соответствует оплаченному объему либо немного превышает его, то претензии к продавцу, понятное дело, отсутствуют.
Основные характеристики
Как правило, щебень изготавливается из пород, имеющих достаточно высокую зернистость на сколе. После дробления таких пород получают каменную крошку разной величины с шероховатой поверхностью и неровными краями. Данная особенность обеспечивает надежную сцепку с цементом, что гарантирует монолитность будущего бетона. Форму зерен, которая отвечает за адгезию, принято называть лещадностью щебня. Данный показатель выражается в процентах. Низкий показатель лещадности свидетельствует о том, что в породе содержится большое количество «цепких» зерен-пластин и иголок. Однако и высокая лещадность, которая означает, что в смеси преобладают зерна кубовидной формы, тоже востребована. Данный материал хорошо поддается трамбовке и уплотнению, а значит, его можно с успехом использовать при засыпке подушки для фундамента и работе с битумными составами.
Кроме плотности и прочности щебень имеет и другие важные характеристики, отражающие его способность к влагопоглощению и морозоустойчивость.
Наиболее распространенные виды пород
Приведем наиболее распространенные виды пород, из которых, как правило, изготавливают щебень. На первом месте по частоте использования и популярности находится гранит. Щебень, получаемый из этой породы, – очень крепкий вплоть до марки М1400. Это дает возможность использовать его для производства тяжелых бетонов, к прочности которых предъявляются высокие требования. Гранит имеет очень низкую степень влагопоглощения, которая в массовом отношении не превышает 0,2%. Таким образом, морозостойкость гранитного щебня достаточно высока – около 400 циклов. Гранитный щебень по праву считается самым лучшим, и соответственно и самым дорогим.
На втором месте пород для производства щебня находится известняк. Понятное дело, по своим характеристикам он гораздо слабее гранита, однако при этом его плотность составляет 2,7-2,9 т/м3. Такой высокий показатель плотности обеспечивает содержание доломита, кварца, других особо прочных минералов в известняковых породах. Однако общая крепость из-за более слабых связок между компонентами не поднимается выше М800. Морозостойкость составляет не больше 150 циклов, ввиду того, что известняк поглощает около 2,5% влаги. Эти особенности следует учитывать при расчете количества воды для раствора. Боле того, такие характеристики делают применение этой породы для строительства в северных районах невозможным. Во всех остальных районах, преимущественно, используют только известняковый щебень 20-40 мм.
На третьем месте находится гравий. Он имеет близкие с гранитом характеристики, правда, немного уступает ему в прочности (М1200), а его стойкость к замораживанию/оттаиванию составляет 350 циклов. При этом и цена данного стройматериала относительно невелика, так как в РФ функционирует множество карьеров, где в достаточном количестве добывается гравий. Отметим, что при выполнении бетонных работ следует отдать предпочтение горному гравию, так как речной не даст должного сцепления с цементным раствором.
На четвертом месте по популярности находится шлаковый щебень. Он имеет достаточно большие разбежности в характеристиках, так как делится на несколько видов. Однако в целом марки этого материала вызывают уважение – от М800 до М1200. Плотность щебня, полученного из шлака, варьируется в пределах 2700-2950 кг/м3, однако в некоторых конструкциях это скорее минус, чем плюс. Процент влагопоглощения у шлака велик и составляет 1,5%. Однако из-за того, что производство шлакового щебня является, по сути, вторичной переработкой отходов металлургического производства, его цена является очень маленькой. Таким образом, и себестоимость бетонных изделий с заполнителем из шлакового щебня снижается примерно на 20%.
Приобретая строительный щебень, достаточно ознакомиться с паспортом на продукцию, чтобы узнать точную плотность и прочие характеристики данного материала.
В.В. Охотин
Вениамин Васильевич Охотин
Выдающийся русский ученый, один из основоположников отечественного и мирового грунтоведения. После окончания Нижегородской духовной семинарии (1910) блестяще окончил Варшавский университет и защитил магистерскую диссертацию: «Твердость и пластичность черноземов в связи с их химическим составом» на ученую степень кандидата естествознания (1914). Был рекомендован продолжить образование во Фрайбергской горной академии, но учебе помешала Первая мировая война.
В.В.Охотин активный участник Перовой мировой войны и гражданской войны, где в сначала в должности штабс-капитана воевал начальником штаба 1 Воздухоплавательной армии на Северном фронте, затем начальником мастерских в воздухоплавательной части Красной Армии, оборонявшей Петроград. После демобилизации в 1921 г поступил на должность ассистента кафедры почвоведения Петроградского сельскохозяйственного института, работая под руководством проф. Н.И.Прохорова и академика К.Д.Глинки. Здесь в почвенной лаборатории в 1922 году впервые в России начал систематическое изучение физико-механических грунтов в дорожных целях, которые продолжил в 1923-1930 гг. в Дорбюро ГУМЕС.
В 1929/1930 году совместно с П.А.Земятченским организует на геологическом факультете Ленинградского государственного университета первую в мире кафедру грунтоведения. С 1933 и до своей смерти в 1954 ее бессменный заведующий.
Перу В.В. Охотина принадлежит 47 работ, многие из которых послужили началом новых направлений в грунтоведении и вошли в «золотой фонд» отечественной и мировой науки.
Основные труды: «Методы и указания по исследованию грунтов для дорожного дела» (1928), «Классификация частиц грунтов» (1932), «Дорожное почвоведение и механика грунтов» (1934), «Физические и механические свойства грунтов в зависимости от их минералогического состава и степени дисперсности» (1937). Им написан учебник «Грунтоведение» (1940) первое систематическое описание физико-механических свойств грунтов.
Вениамин Васильевич успешно работал в области разработки методики полевых почвенно-грунтовых исследований в дорожных целях, в области создания и усовершенствования методики определения гранулометрического состава и физико-механических свойств грунтов. Им разработаны гранулометрические классификации грунтов и грунтовых частиц, а также дорожная классификация грунтов, изучено влияние отдельных факторов (степени дисперсности, минералогического состава, состава поглощенных оснований) на свойства грунтов. Важнейшее значение имели его пионерские работы в области технической мелиорации грунтов.
Вклад Вениамина Васильевича Охотина в грунтоведение огромен и бесспорен.
Память о нем всегда будет жить в его работах.
Классификация грунтов и пород по буримости для вращательного механического бурения скважин
Категория 1
Торф и растительный слой без корней. Рыхлые: лесс, пески (не плывуны), супеси без гальки и щебня. Ил влажный и иловатые грунты. Суглинки лессовидные. Трепел. Мел слабый.
Категория 2
Торф и растительный слой с корнями с небольшой примесью мелкой (до 3 см) гальки или щебня. Пески плотные. Суглинок плотный. Лесс. Мергель рыхлый. Плывуны. Лед. Глины средней плотности. Мел. Диатомит. Каменная соль (галит). Железная руда охристая.
Категория 3
Суглинки и супеси с примесью свыше 20% мелкой (до 3 см) гальки и щебня. Лесс плотный. Дресва. Глины: с частыми прослоями (до 5 см) слабосцементированных песчаников и мергелей, плотные мергелистые, загипсованные, песчанистые. Алевролиты глинистые слабосцементированные. Песчаники слабосцементированные глинистым и известковистым цементом. Мергель. Известняк-ракушечник. Мел плотный. Магнезит. Гипс тонкокристаллический выветрелый. Каменный уголь слабый. Сланцы: тальковые, разрушенные, всех разновидностей. Марганцевая руда. Железная руда окисленная, рыхлая. Бокситы глинистые.
Категория 4
Галечник, состоящий из мелких галек осадочных пород. Мерзлые водоносные пески, ил, торф. Алевролиты плотные глинистые. Песчаники глинистые. Мергель плотный.Неплотные: известняки и доломиты. Магнезит плотный. Пористые: известняки, туфы. Опоки глинистые. Гипс кристаллический. Ангидрид. Калийные соли. Каменный уголь средней твердости.Бурый уголь крепкий. Каолин первичный. Сланцы: глинистые, песчано-глинистые, горючие, углистые, алевролитовые. Аппатит кристаллический. Мартитовые и им подобные руды сильно выветрелые. Железная руда мягкая вязкая. Бокситы.
Категория 5
Галечно-щебенистые грунты. Мерзлые: песок крупнозернистый, дресва, ил, глины песчанистые. Песчаники на известковистом и железистом цементе. Алевролиты. Аргиллиты. Глины аргиллитоподобные, весьма плотные. Конгломерат осадочных пород на песчано-глинистом или другом пористом цементе. Известняки. Мрамор. Доломиты мергелистые. Ангидрид весьма плотный.
Опоки пористые выветрелые. Каменный уголь твердый. Антрацит, фосфориты желваковые. Сланцы глинистые, хлоритовые. Мартитовые и им подобные руды неплотные.
Категория 6
Глины плотные мерзлые. Глины плотные с прослоями доломита и сидеритов. Конгломерат осадочных пород на известковистом цементе. Песчаники: полевошпатовые, кварцево-известковистые.Алевролиты с включением кварца. Известняки: плотные доломитизированные, скарнированные. Доломиты плотные, опоки. Сланцы окварцованные. Аргиллиты слабо окремненные. Тальково-карбонатные породы. Аппатиты. Колчедан сыпучий. Бурые железняки ноздреватые. Гематито-мартитовые руды. Сидериты.
Категория 7
Аргиллиты окремненные. Галечник изверженных и метаморфических пород (речник). Щебень мелкий без валунов.
Конгломераты с галькой (до 50%) изверженных пород на песчано-глинистом цементе. Конгломераты осадочных пород на кремнистом цементе. Песчаники кварцевые. Доломиты весьма плотные. Окварцованные: полево-шпатовые песчаники, известняки.
Опоки крепкие, плотные.
Крупно- и среднезернистые, затронутые выветриванием: граниты, сиениты, диориты, габбро и другие изверженные породы.
Бурые железняки ноздреватые пористые. Хромиты. Сульфидные руды. Мартито-сидеритовые и гематитовые руды. Амфибол-магнетитовые руды.
Категория 8
Аргиллиты кремнистые.
Конгломераты изверженных пород на известковистом цементе. Доломиты окварцованные. Окремненные: известняки и доломиты. Фосфориты плотные пластовые. Сланцы окремненные. Гнейсы. Мелкозернистые, затронутые выветриванием: граниты, сиениты, габбро.
Кварцево-карбонатные и кварцево-баритовые породы. Бурые железняки пористые. Гидрогематитовые руды плотные. Кварциты: гематитовые, магнетитовые. Колчедан плотный. Бокситы диаспоровые.
Категория 9
Базальты. Конгломераты изверженных пород на кремнистом цементе. Известняки карстовые. Кремнистые: песчаники, известняки. Доломиты кремнистые. Фосфориты пластовые окремненные.
Сланцы кремнистые. Кварциты: магнетитовые и гематитовые. Роговики. Альбитофиры и кератофиры. Трахиты. Порфиры окварцованные. Диабазы тонкокристаллические. Туфы окремненные, ороговикованные.
Крупно- и среднезернистые: граниты, гранито-гнейсы, гранодиориты. Сиениты. Габбро-нориты. Пегматиты. Окварцованные: амфиболит, колчедан. Кварцево-турмалиновые породы, не затронутые выветриванием. Бурые железняки плотные. Кварцы со значительным количеством колчедана. Бариты плотные.
Категория 10
Валунно-галечные отложения изверженных и метаморфизованных пород.
Песчаники кварцевые сливные. Джеспилиты, затронутые выветриванием, фосфатно-кремнистые породы.
Кварциты неравномерно-зернистые. Кварцевые: альбитофиры и кератофиры. Мелкозернистые: граниты, гранито-гнейсы и гранодиориты.
Микрограниты. Пегматиты плотные, сильно кварцевые. Магнетитовые и мартитовые руды, плотные с прослойками роговиков. Бурые железняки окремненные. Кварц жильный. Порфириты сильно окварцованные и ороговикованные.
Категория 11
Альбитофиры тонкозернистые, ороговикованные. Джеспилиты, не затронутые выветриванием.Сланцы яшмовидные кремнистые. Кварциты. Роговики железистые очень твердые. Кварц плотный. Корундовые породы. Джеспилиты гематито-мартитовые и гематито-магнетитовые.
Категория 12
Совершенно не затронутые выветриванием монолитносливные: джеспилиты, кремень, яшмы, роговики, кварциты, эгериновые и корундовые породы.
Возникли вопросы?
Заполните форму обратной связи, наши менеджеры свяжутся с вами!
Типы грунта и расчет фундамента для дома
Вам кажется, что речь пойдёт о фундаменте? Действительно, толкование слова «основание» подразумевает опорную часть чего-либо. То есть то, на что опираются. Но сегодня мы будем говорить об источнике: на чём строится дом, — грунт, принимающий нагрузку всего сооружения.
Почему возникла такая необходимость? Потому что характеристика грунта во многом определяет конструкцию фундамента. Если фундаменты устанавливаются на природных грунтах, то такое основание считается естественным. Безусловно, грунт для будущего здания должен быть очень прочным. Мы рассмотрим типы грунтов, которые применяются в качестве основания для строительства брусовых домов.
Типы грунтов
Скальные грунты. Эти типы наиболее надёжны. Они не поддаются проседанию, размыванию и вспучиванию. Такие грунты залегают сплошным массивом. На них фундамент не заглубляют.
Крупнообломочные грунты. В состав таких грунтов входит более 50% крупного песка. Их два вида: галечниковый (щебенистый) — частицы 12 мм; гравийный (дрясвеный) — частицы 3 мм. Это не сжимаемые грунты. Заглубления более 0,5 м не требуется.
Песчаные грунты. При высыхании такие грунты сыпучие, а при увлажнении не пластичны. По массе, частиц 2 мм, содержится более 50%. Они подразделяются на плотные, средние и рыхлые. Эти показатели нужно учитывать при расчёте несущей способности грунта. Под нагрузкой песчаные грунты уплотняются. Но это тоже зависит от размера частиц, входящих в состав грунта. Средне крупные пески деформации подвергаются не значительно и на увлажнение реагируют слабо. Мелкие, увлажняясь, не способны выдерживать нагрузки.
Суглинки и супесь. Такие грунты составляют промежуток между песчаными и глинистыми. Если содержание глины от 30% — это суглинки, если до 30% — это супесь.
Лёссы и лёссовидные грунты имеют весьма прочные структурные связи, но при намокании связи разрушаются и грунт может значительно просесть.
Торф состоит из смеси глинистых и песчаных грунтов с большим количеством растительных остатков. Такой грунт очень подвержен сжатию. Из-за высокого содержания растительных остатков, в нём развивается агрессивная бактериальная среда, которая со временем разрушит фундамент.
Простые методы самостоятельного определения грунтов
Можно проверить растиранием между ладоней. Если скатывается в шнур, не растрескивается, сгибается — это глина.
При увлажнении пластичность слабая; просматриваются частички песка; при скатывании шнура не образуется; сдавливается в лепёшку — это суглинок.
Пластичность очень низкая; от удара рассыпается, в шнур скатать не возможно — это супесь.
Очень похожа на крупную пыль; песчинки не просматриваются — это пылеватый песок.
Можно различить зёрна с пшено — это мелкий песок.
Больше половины зёрен размером от 10 мм; края зёрен округлые — это гравий.
Зёрна размером 10-12 мм, края острые — это дресва.
Более 50% зёрен превышают размер 25 мм, имеют округлую форму — это галька.
Зёрна размером 35 мм, острой формы, — это щебень.
К не связным грунтам относят пески, гравий и галечник. На таких грунтах применяют насыпь.
Расчёт глубины заложения фундаментов
Условия глубины заложения фундаментов зависят от:
- типа конструкции и его особенностей
- величины и характера нагрузки, действующих на фундамент
- геологических и гидрологических условий грунта, на котором размещается здание
- возможности вспучивания при промерзании и усадки при намокании
На всех грунтах глубину заложения фундамента рекомендуют 0,5 м. Это же относится к конструкциям, подразумевающим наличие подвалов.
Глубину можно расчитать по формуле: Hп = (h2+h3) (Vп+Vб)/ Vгр
Пример расчёта
Hп = (15+20) (1,7+2,3)/ 1,64 = 85 см.
где h2 — высота отсыпки под пол 15 см из песка объёмом Vп =1,7 т/м3;
h3 — бетонный пол 20 см, объём бетонаVб = 2,3 т/м3.
Объём супеси Vгр = 1,64 т/м3.
Нужно учитывать, что супеси и мелкие пески промерзают на 20%.
Расчёт глубины промерзания
H = mt * Hн
де mt – коэффициент теплового режима здания, влияющий на промерзание грунта у наружных стен; Hн — нормативная глубина промерзания.
При условии регулярного отопления здания, если температура воздуха в зданиине не ниже 10 градусов, коэффициент mt составит:
— грунт — 0,6
— лаги у грунта — 0,7
— балки — 0,8
Все здания с неотапливаемым подполом будут иметь коэффициент равный 1.
При теплозащите, глубина промерзания определяется специальным расчётом. Необходима консультация специалиста.
Идеальными будут условия, при глубине промерзания выше грунтовых вод.
Большие осложнения возникают при промерзании грунта значительно ниже грунтовых вод и не одинаковой равномерности грунта по строению. Тогда вспучивание при промерзании будет неодинаковым, изменится подъём фундамента и произойдёт его перекос. Появятся трещины во всём фундаменте и в стенах сооружения.
Понятно, что задуматься о том, где, какой и как заложить фундамент, необходимо, пока вы просто обозреваете просторы своего участка и стоите на твёрдой земле.
Наша компания осуществялет строительство фундаментов для домов и бань быстро и качественно.
Все работы производятся опытными мастерами в соответствии в ГОСТ и СНиП.
плотность заполнителя кг м3
Плотность бетона кг м3 таблица
Плотность железобетона кг м3 таблица В строительстве наряду с обычным, даже прочным бетоном, применяются железобетонные (ЖБИ) изделия и конструкции, которые обладают повышенной прочностью.
Get Priceнасыпная плотность дробилки песка и заполнителя
плотность 4 20мм заполнителя. Плотность бетона кг/м3 таблица и способы определения. 3. Плотность заполнителя – увеличивает массу 1 куба. Например, сталебетон, получаемый на металлической .
Get PriceПеревести г/см3 в кг/м3 онлайн калькулятор
Плотность — это физическая величина, определяемая как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму. 1 г/см3 = 1000 кг/м3 (1 грамм на кубический сантиметр = 1000 килограмм на кубический метр)
Get Priceнасыпная плотность дробилки песка и заполнителя
Плотность ще.я кг на м3 таблицы. Для ще.я из шлаков, который применяется в качестве заполнителя при замесе бетона, существует пять марок прочности: М1200 (плотность 11001200 кг/м3), М1000 (плотность – 9001000 кг/м3), М800, М600 и ниже.
Get PriceПлотность бетона кг/м3 таблица и способы определения
Плотность заполнителя – увеличивает массу 1 куба. Например, сталебетон, получаемый на металлической стружке. . (кг/м3) в сухом состоянии (d): Легкие – d800~d2000. Тяжелые – d2000~d2500. Особо легкие .
Get Priceкакова плотность заполнителя базальта
Плотность бетона: как определить. Последний отбирается в соответствии с требованиями технической документации. Насыпная плотность крупного заполнителя
Get PriceПлотность раствора цементно песчаного. Песчано
Например, 1 м3 песка с зернами диаметром 1 мм весит около 1400 кг, а из смеси зерен 0,15—5 мм весит уже 1600—1700 кг.А если учесть, что песок – это не единственный вид заполнителя, то можно сделать .
Get PriceКрупность заполнителя бетона
Перлитовый песок — особо легкий вид мелкого заполнителя: его насыпная плотность от 75 до 200 кг/м3. Крупными заполнителями в тяжелом бетоне
Get PriceПеревести кг в м3 (килограммы в метры кубические) онлайн .
Плотность бензина — 750 кг/м3 Плотность дизельного топлива — 830.860 кг/м3 Перечень основных материалов и их плотности представлены в этой таблице. Плотность материалов имеет свойство меняться .
Get PriceПлотность минеральной ваты в кг м3 — Про Тепло Про уют
Тоже имеет повышенную плотность (200 кг/м3), жесткость и используется в тех же ситуациях, как и предыдущая. Есть одно преимущество перед ранее названной — ПЖ-200 служит дополнительной защитой .
Get PriceОнлайн калькулятор расчета и подбора состава бетона .
Расчет и подбор состава и пропорций тяжелых бетонов в кубометрах для фундаментов, заливки полов и производства строительных материалов из бетона.
Get Priceплотность крупного заполнителя 6 мм
Средняя плотность крупного заполнителя должна быть в пределах от 2000 до 3000 кг/м3 включительно. 4.7.6 Щебень из дробленого бетона и железобетона не следует применять в бетонах класса по
Get Priceплотность 19 каменного заполнителя
плотность 19 каменного заполнителя; add to cart. плотность 19 каменного заполнителя .
Get Priceнасыпная плотность дробилки песка и заполнителя
плотность 4 20мм заполнителя. Плотность бетона кг/м3 таблица и способы определения. 3. Плотность заполнителя – увеличивает массу 1 куба. Например, сталебетон, получаемый на металлической .
Get Priceнасыпная плотность дробилки песка и заполнителя
Плотность ще.я кг на м3 таблицы. Для ще.я из шлаков, который применяется в качестве заполнителя при замесе бетона, существует пять марок прочности: М1200 (плотность 11001200 кг/м3), М1000 (плотность – 9001000 кг/м3), М800, М600 и ниже.
Get PriceОнлайн калькулятор расчета и подбора состава бетона .
Расчет и подбор состава и пропорций тяжелых бетонов в кубометрах для фундаментов, заливки полов и производства строительных материалов из бетона.
Get Priceудельный вес заполнителя 40 мм
удельный вес 10 мм заполнителяТаблица 2 Сколько удельный вес керамзита фракции 5-10 мм .
Get PriceПлотность цементобетона т м3 — Строительный журнал
Плотность бетона всех марок. Плотность бетона кг/м3 — таблица, классификация, виды! Существует несколько классификаций бетона, основная из которых классификация по
Get PriceКрупность заполнителя бетона
Перлитовый песок — особо легкий вид мелкого заполнителя: его насыпная плотность от 75 до 200 кг/м3. Крупными заполнителями в тяжелом бетоне
Get PriceУтеплитель плотностью 80-90 кг/м3
Утеплитель Изомин Венти 80 от фуры 1000*500*100мм 2.00м2 0.200м3
Get PriceТаблица плотности. Плотность — таблица (в т.ч. насыпная .
Плотность воды 996-1010 кг/м 3 в зависимости от давления. Сжимаемость воды в диапазоне давлений 1-200 бар, в диапазоне температур 0-30°С.
Get PriceНейтральное по жесткости ядро матраса средней плотности
Минимальная плотность пены — 16 кг/м3, максимальная и чрезвычайно редкая — 80 кг/м3, максимальная классическая — 60 кг/м3, плотнее на сегодняшний день не заливает пены практически никто.
Get PriceПлотность золота: удельный вес и характеристики
Плотность золота 999, 750, 585 и 350 пробы. Единицы измерения, удельный вес, масса и способы определения чистоты металла в различных сплавах. Значение понятия «карат».
Get PriceРасход цемента на 1 м3 раствора для разных работ (примеры)
Рассчитать затраты песка на стяжку нужного объема. Согласно таблице пропорции Ц:П равны 1:3, объем песка равен 0,53*0,75 = 0,4 м3. Зная плотность заполнителя (1600 кг/м3), легко узнать массу: 0,4*1600 = 640 кг.
Get PriceПлотность песка — насыпная плотность кг на м3
Плотность песка, кг/м3, зависит от следующих критериев: Модуля крупности , то есть — величины зерна: мелкозернистые фракции песка плотнее,
Get PriceСостав и общие характеристики стали: плотность кг см3 .
Несмотря на свою плотность (удельный вес стали кг м3 составляет 7850, то есть масса стали объемом 1 м³ равна 7850 килограмм, для сравнения плотность алюминия 2700 кг/м3) она используется во всех .
Get PriceПлотность песка — насыпная плотность кг на м3
Плотность песка, кг/м3, зависит от следующих критериев: Модуля крупности , то есть — величины зерна: мелкозернистые фракции песка плотнее,
Get PriceПлотность асфальтобетона (удельный вес) на 1 м3
Удельный вес и плотность асфальтобетона в 1 м3. Асфальтовое покрытие состоит из множества компонентов, основным из которых является щебень.
Get PriceПлотность керамзитобетона кг на м3, плюсы и минусы
Плотность блоков варьируется в пределах 700-1200 кг/м3, керамзитобетон марок демонстрирует прочность на сжатие в пределах от 35 до 100 кг/см2.
Get PriceПлотность бетона кг м3 таблица: классификация и таблица
Таблица плотности бетона кг м3 содержит характеристики различных видов смеси, эти данные будут полезны при возведении зданий и сооружений.
Get PriceУдельный вес 1 м3 бетона: таблица, на что влияет .
У них пространство между зернами заполнителя полностью занимают затвердевшие частицы вяжущего компонента и небольшое количество вовлеченного внутрь них воздуха. Поризованные (700-1400 кг/м3).
Get PriceСостав и общие характеристики стали: плотность кг см3 .
Несмотря на свою плотность (удельный вес стали кг м3 составляет 7850, то есть масса стали объемом 1 м³ равна 7850 килограмм, для сравнения плотность алюминия 2700 кг/м3) она используется во всех .
Get PriceПлотность ще.я кг м3 таблица: удельный вес отсева
Плотность гранитного ще.я измеряется в кг м3. Сегодня его считают наиболее популярным, при достижении значения плотности 1300-1700 кг/м3. Материал
Get PriceПлотность утеплителя: варианты от 50-80 до 100-150 кг м3 .
Интересно, что стандартные показатели составляют 200–400 кг/м3, а облегченная версия имеет плотность 100–200 кг/м3.
Get PriceБазальтовый утеплитель плотность 35 кг/м3 цена завода .
Утеплитель плотность 170 кг/м3. Утеплитель плотность 175 кг/м3. Утеплитель плотность 180 кг/м3. Утеплитель плотность 190 кг/м3.
Get PriceПлотность минеральной ваты в кг на м³ 👉 расчет показателя .
Расскажем о плотности минеральной ваты в кг на м³ ⚒️, важности показателя, учете этого критерия при выборе утеплителя, правилах выбора плотность ваты
Get PriceПлотность в градусах API — Википедия
По определению, относительная плотность равняется плотности вещества, деленной на плотность воды (плотность воды равняется 1000 кг/м 3). Так если плотность в градусах api больше 10, то нефть .
Get PriceПлотность бетона (кг/м3): что это такое и таблицы
Плотность бетона – это величина, которая определяется отношением массы вещества к занимаемому им объему и выражается в кг/м3, /м3 или г/см3. Для удельного
Get PriceПлотность керосина. Как определить плотность керосина .
Плотность керосина – от чего зависит показатель, на что он влияет. Плотность керосина кг/м3 при разной температуре. Как можно определить плотность керосина. Какова плотность керосина при разных условиях
Get PriceКак определить плотность камня
Обновлено 13 декабря 2020 г.
Карен Дж. Блаттлер
Камни бывают разных форм, размеров и составов. Осадочные, магматические и метаморфические породы связаны друг с другом как разные стадии горного цикла. Отличие одного типа камня от другого иногда зависит от незначительных различий в характеристиках. Плотность в сочетании с наблюдениями и дополнительными тестами помогает идентифицировать и отличать одну породу от другой.Поскольку плотность измеряет отношение массы к объему, расчет плотности требует точного измерения массы и объема.
Для определения плотности породы необходимо измерить массу породы в граммах и объем в кубических сантиметрах. Эти значения вписываются в уравнение:
D = \ frac {m} {V}
где D означает плотность, m представляет массу, а V представляет объем. Вставьте значения и решите плотность. Как правило, измерения объема используют замещение воды, используя соотношение, согласно которому один миллилитр воды занимает один кубический сантиметр пространства.
Выбор образцов
Породы варьируются от набора кристаллов одного минерала до смесей различных минералов. Все минералы могут быть микроскопическими, полностью макроскопическими или представлять собой смесь микроскопических и макроскопических кристаллов. Минералы могут быть распределены равномерно по всей породе или располагаться слоями или группами. Для точности исследуемый образец должен включать все минералы породы. Также на образце не должно быть выветренной поверхности. Процесс выветривания изменяет исходную минералогию, что также меняет плотность.Таким образом, для точного измерения общей плотности выбранный образец породы должен представлять все минералы в том же соотношении, что и более крупный массив. Обычно геологи выбирают образец руки, образец камня размером с кулак или бейсбольный мяч. Очень маленький образец породы может не отражать минералогию всей горной массы, в то время как очень большой образец затрудняет возможность точного измерения массы или объема, либо того и другого.
Измерение массы
Понятия массы и веса многих сбивают с толку.Масса измеряет количество вещества в объекте, а вес измеряет силу тяжести на массе. Путаница возникает из-за того, что на Земле гравитационное притяжение равно 1, поэтому масса и вес различаются лишь незначительно, в зависимости от высоты и лежащих под ними массивных пород.
Для точного измерения массы необходимы весы. Электронные весы, трехлучевые весы или другие весы для весов измеряют массу. Базовые весы, такие как весы для ванной, обычно не обеспечивают точности, необходимой для определения массы.Каждая шкала масс имеет определенные направления, но общая методика устанавливает балансировку на ноль, кладет камень на чашу, уравновешивает шкалу, а затем непосредственно считывает массу образца. При измерении массы записывайте единицы измерения в граммах.
Измерение объема
Объем, попросту говоря, измеряет пространство, которое занимает объект. Для определения объема правильных геометрических фигур, таких как сферы, кубы и коробки, используется установленная формула. К сожалению, камни редко бывают геометрической формы.Поэтому для поиска объема требуется особая техника. Архимед открыл вытеснение воды, и чтобы найти объем с помощью вытеснения воды, нужно немного подумать и немного сообразить. Также помните, что один кубический сантиметр воды равен одному миллилитру воды.
Вытеснение воды означает, что объект, помещенный в воду, вытесняет объем воды, равный объему объекта. Например, объект объемом 5 кубических сантиметров, погруженный в емкость с водой, вытеснит 5 миллилитров воды.Если емкость имеет размеры, первоначальное показание 10 миллилитров воды изменится на 15 миллилитров после того, как объект объемом 5 кубических сантиметров будет погружен в воду.
Для определения объема путем вытеснения воды необходимо поместить образец породы в контейнер с отметками измеренного объема, например мерный стакан. Перед добавлением камня налейте в чашу достаточно воды, чтобы камень полностью погрузился в воду. Измерьте объем воды. Добавьте камень, убедившись, что к нему не прилипли пузыри.Отмерьте получившийся объем воды. Вычтите начальный объем только воды из конечного объема воды и породы, чтобы найти объем породы. Итак, если начальный объем воды составляет 30 миллилитров, а конечный объем воды и породы составляет 45 миллилитров, объем одной только породы составляет 45-30 = 15 миллилитров или 15 кубических сантиметров. Конечно, числа в природе, как и камень, скорее всего, не будут четными числами.
Если камень не подходит для мерной чашки, используйте емкость, достаточно большую, чтобы погрузить камень в воду.Поставьте емкость в лоток. Наполните емкость полностью водой. Осторожно, без волн и брызг, погрузите камень в воду. Вся вода, пролитая из контейнера, должна собираться в нижележащий лоток. Очень осторожно снимите емкость с лотка, не проливая на лоток больше воды. Измерьте намеренно пролитую воду в лотке, чтобы определить объем камня. Количество воды, вытесненной из контейнера камнем и захваченной в лотке, равно объему камня.
Расчет плотности
Для расчета плотности по массе и объему требуется простая формула: плотность равна массе, деленной на объем. Таким образом, если измеренная масса горной породы равна 984,2 грамма, а измеренный объем равен 382,9 миллилитрам, использование формулы дает уравнение:
D = \ frac {984.2} {382.9} = 2,57
, показывающее, что плотность образца равна 2,57 грамма на кубический сантиметр.
Плотность заложения песчано-гравийных и галечных грунтов в плотинах
Чернилов А.Г., Урунич В.М. Определение плотности заложения грунтов в земляных дамбах // Энергетика. Строит., № 6 (1979).
Вуцель В.И., Биянов Г.Ф., Урунич В.М. Уплотняющая способность виброкатков и уплотняемость крупно-обломочных грунтов // Энергетика. Строит., № 6 (1970).
С.Я. Лащенов В.А., Ройко Н.Ф. Уплотнение грунтов при сооружении Нурекской плотины и организация геотехнического контроля // Гидротехника.Строит, №11 (1979).
Урунич В.М. Плотность и уплотняемость галечных грунтов // Энергетика. Строит., № 2 (1981).
Ю. Северард К., Корниенко И. В. Опыт использования вибрационного качения при строительстве Нурекской плотины // Энергетика. Строит., № 2 (1981).
Вуцель В. И. Плотность и прочность земляных дамб // Гидротех. Строит., № 9 (1976).
С.В. Борткевич, В.И. Вуцель, А.Г.Чернилов А.В., Ройко Н.Ф. Контроль качества уплотняющих грунтов при строительстве высоких плотин // Гидротехника. Строит., № 5 (1981).
К. Ли и А. Сингх, «Относительная плотность и относительное уплотнение», Proc. Являюсь. Soc. Civil Eng., 97 , № M7, 1049–1052, июль (1971).
Google ученый
Ничипорович А.А. Земляные плотины, Стройиздат, Москва (1973).
Google ученый
W. G. Holz, Почва как инженерный материал, Бюро мелиорации, Отчет N17A, Водные ресурсы. Техническая публикация (1972 г.).
Руководство инженера. Земляные и каменные дамбы. Департамент армии США, Вашингтон (1971 г.).
известь-физико-химический-v2
% PDF-1.6 % 1 0 obj > / OCGs [10 0 R 11 0 R 12 0 R] >> / Страницы 3 0 R / StructTreeRoot 78 0 R / Тип / Каталог >> эндобдж 77 0 объект > / Шрифт >>> / Поля [] >> эндобдж 2 0 obj > поток 2010-06-23T13: 10: 06-04: 002010-06-20T21: 18: 34-04: 002010-06-23T13: 10: 06-04: 00Adobe Illustrator CS4
Плотность обычных горных пород и минералов
Плотность — это мера массы вещества на единицу измерения.Например, плотность куба железа в один дюйм намного больше, чем у куба хлопка толщиной в один дюйм. В большинстве случаев более плотные предметы также тяжелее.
Плотность горных пород и минералов обычно выражается как удельный вес, который представляет собой плотность породы относительно плотности воды. Это не так сложно, как вы думаете, потому что плотность воды составляет 1 грамм на кубический сантиметр или 1 г / см 3 . Следовательно, эти числа переводятся непосредственно в г / см 3 или тонны на кубический метр (т / м 3 ).
Плотность горных пород, конечно, пригодится инженерам. Они также необходимы геофизикам, которые должны моделировать породы земной коры для расчета местной гравитации.
Плотность минералов
Как правило, неметаллические минералы имеют низкую плотность, тогда как металлические минералы имеют высокую плотность. Большинство основных породообразующих минералов в земной коре, таких как кварц, полевой шпат и кальцит, имеют очень похожие плотности (около 2,6–3,0 г / см 3 ).Некоторые из самых тяжелых металлических минералов, такие как иридий и платина, могут иметь плотность до 20.
Плотность горных пород
Плотность горных пород очень чувствительна к минералам, которые составляют определенный тип горных пород. Осадочные породы (и гранит), богатые кварцем и полевым шпатом, обычно менее плотны, чем вулканические породы. И если вы знаете свою петрологию извержений, вы увидите, что чем более мафитная (богатая магнием и железом) порода, тем больше ее плотность.
Камень | Плотность |
---|---|
Андезит | 2.5–2,8 |
Базальт | 2,8–3,0 |
Уголь | 1,1–1,4 |
Диабаз | 2,6–3,0 |
Диорит | 2,8–3,0 |
Доломит | 2,8–2,9 |
Габбро | 2,7–3,3 |
Гнейс | 2,6–2,9 |
Гранит | 2,6–2,7 |
Гипс | 2.3–2,8 |
Известняк | 2,3–2,7 |
Мрамор | 2,4–2,7 |
Слюдяной сланец | 2,5–2,9 |
Перидотит | 3,1–3,4 |
Кварцит | 2,6–2,8 |
Риолит | 2,4–2,6 |
Соль каменная | 2,5–2,6 |
Песчаник | 2,2–2,8 |
Сланец | 2.4–2,8 |
шифер | 2,7–2,8 |
Как видите, камни одного типа могут иметь разную плотность. Отчасти это связано с тем, что разные породы одного и того же типа содержат разные пропорции минералов. Например, гранит может иметь содержание кварца от 20% до 60%.
Пористость и плотность
Этот диапазон плотностей также можно отнести к пористости породы (количество открытого пространства между зернами минералов).Он измеряется либо в виде десятичной дроби от 0 до 1, либо в процентах. В кристаллических породах, таких как гранит, которые имеют плотные, взаимосвязанные минеральные зерна, пористость обычно довольно низкая (менее 1 процента). На другом конце спектра находится песчаник с отдельными крупными песчинками. Его пористость может достигать от 10 до 35 процентов.
Пористость песчаника имеет особое значение в нефтяной геологии. Многие люди думают о нефтяных резервуарах как о резервуарах или озерах нефти под землей, подобных замкнутому водоносному горизонту, содержащему воду, но это неверно.Коллекторы вместо этого расположены в пористом и проницаемом песчанике, где порода ведет себя как губка, удерживая нефть между своими поровыми пространствами.
Смотри: Типы магматических пород
Патент США на галечный ядерный реактор с жидкостным охлаждением высокой плотности мощности Патент (Патент № 8744036 от 3 июня 2014 г.)
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА СООТВЕТСТВУЮЩИЕ ПРИЛОЖЕНИЯЭта заявка испрашивает приоритет и является 35 U.S.C. §111 (a) продолжение международной заявки PCT под номером PCT / US2008 / 083234, поданной нояб.12, 2008, полностью включенной в настоящий документ посредством ссылки, в которой испрашивается приоритет предварительной заявки на патент США сер. № 60/987 222, поданной 12 ноября 2007 г., полностью включенной в настоящий документ посредством ссылки.
ЗАЯВЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНО СПОНСИРУЕМЫХ ФЕДЕРАМИ ИССЛЕДОВАНИЙ ИЛИ РАЗРАБОТКИЭто изобретение было сделано при поддержке правительства со стороны Инициативы исследования ядерной энергии DOE-NE, контракт № DE-FC07-05ID14669. Правительство имеет определенные права на это изобретение.
Эта заявка также связана с международной публикацией РСТ №WO 2009/097037, опубликованная 6 августа 2009 г., полностью включена в настоящий документ посредством ссылки.
ВКЛЮЧЕНИЕ ПО СПРАВКЕ МАТЕРИАЛА, ПРЕДСТАВЛЕННОГО НА КОМПАКТ-ДИСКЕНеприменимо
УВЕДОМЛЕНИЕ О МАТЕРИАЛЕ, ПОДЛЕЖАЩИМ ЗАЩИТЕ АВТОРСКИХ ПРАВЧасть материала в этом патентном документе подлежит защите авторских прав в соответствии с законами США об авторских правах Штаты и других стран. Владелец авторских прав не возражает против факсимильного воспроизведения кем-либо патентного документа или раскрытия патента, как это указано в общедоступных файлах или записях Управления США по патентам и товарным знакам, но в остальном сохраняет за собой все авторские права.Владелец авторских прав настоящим не отказывается от своих прав на сохранение этого патентного документа в секрете, включая, помимо прочего, свои права в соответствии с 37 C.F.R. §1.14.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ1. Область изобретения
Настоящее изобретение в основном относится к конструкции ядерного реактора, и более конкретно к высокотемпературному ядерному реактору с жидкостным фторидно-солевым охлаждением, использующему каменное топливо, обеспечивающее высокую удельную мощность.
2. Описание предшествующего уровня техники
В современных высокотемпературных реакторах, таких как модульный реактор с шаровидным слоем (PBMR), в качестве хладагента используется гелий.Высокотемпературные реакторы (HTR) с гелиевым охлаждением с призматическим и галечным топливом были тщательно изучены и разработаны и хорошо известны в данной области. Аналогичным образом расплавленные фторидные соли были разработаны в 1950-х годах в качестве растворителей для ядерных реакторов на жидком топливе. Совсем недавно были предложены реакторы, использующие чистую жидкую фторидную соль в качестве теплоносителя и твердое призматическое или галечное топливо аналогичного типа, что и для HTR с гелиевым охлаждением.
Каждая из следующих публикаций, которые предоставляют дополнительную справочную информацию и включены в настоящий документ посредством ссылки целиком:
- P.Бардет, Дж. Я. Ан, Дж. Т. Франклин, Д. Хуанг, К. Ли, М. Тулуза и П. Ф. Петерсон, «Эксперимент по рециркуляции гальки (PREX) для AHTR», представлен в Global 2007, Бойсе, штат Айленд, 9 сентября. 13, 2007.
- М. Фратони, Ф. Кениг, Э. Гринспен и П. Ф. Петерсон, «Нейтронный анализ и анализ истощения PB-AHTR», Global 2007, Бойсе, штат Иллинойс, 9–13 сентября 2007 г.
- А. Гриво, Ф. Фардин, Х. Чжао и П. Ф. Петерсон, «Переходный тепловой отклик PB-AHTR на потерю принудительного охлаждения», Global 2007, Бойсе, Id., 9-13 сентября 2007 г.
- П. Барде, Э. Блэндфорд, М. Фратони, А. Никилль, Э. Гринспен и П. Ф. Петерсон, «Проектирование, анализ и разработка модульного PB-AHTR», 2008 г. Международный конгресс по достижениям в области атомных электростанций (ICAPP ’08), Анахайм, Калифорния, 8–12 июня 2008 г.
- ED Blandford и PF Peterson, Новая конструкция плавучей стержневой заглушки для пассивного контроля реактивности PB- AHTR », 4-е Международное тематическое совещание по технологии высокотемпературных реакторов, Вашингтон, округ Колумбия.C., 28 сентября — окт. 1, 2008.
- RC Robertson, 6/71 «Исследование концептуального проекта реактора-размножителя с одной жидкой жидкостью и расплавом солей», Глава 3, «Первичная система реактора», ORNL-4541, июнь 1971.
- CW Forsberg, П. Пикард и П. Ф. Петерсон, «Усовершенствованный высокотемпературный реактор с жидкостным охлаждением для производства водорода и электроэнергии», Nuclear Technology, 144, стр. 289-302 (2003).
- S. J. de Zwann, B. Boer, D. Lathouwers и J. L. Kloosterman, «Статическая конструкция реактора с шаровидным слоем, охлаждаемого жидкостью и солью (LSPBR)», Annals of Nuclear Energy 34 (2007) 83-92.
- Таллэксон, Дж. Р., «Тепловой перенос остаточного тепла в теплообменниках MSBR», ORNL-TM-3145, 3/71.
- МакВертер, Дж. Р., «Основы проектирования экспериментов по разведению расплавленных солей», ORNL-TM-3177, стр. 26, 11/70.
Практическая реализация высокотемпературного реактора с жидкостно-солевым охлаждением может принести значительные выгоды для ядерной энергетики за счет обеспечения превосходной пассивной безопасности и высокой эффективности преобразования энергии реакторов с гелиевым охлаждением, но при более компактных размерах и высокой удельной мощности , реактор низкого давления.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯНастоящее изобретение относится к новой конструкции усовершенствованного высокотемпературного реактора с модульным шаровым слоем (PB-AHTR), которая обеспечивает высокую удельную мощность при значительно уменьшенных размерах и стоимости реактора.
Один аспект изобретения включает использование большого количества параллельных проточных каналов, заполненных галькой, в сменных блоках графитового отражателя. Другой аспект изобретения включает использование гальки меньшего диаметра, чем используемые в реакторах с гелиевым слоем, охлаждаемых гелием, для увеличения площади поверхности теплопередачи и снижения температуры топлива.Еще одним аспектом изобретения является способ введения и удаления гальки из активной зоны реактора, так что галька может многократно рециркулировать через активную зону, а истощенная галька заменяется свежей галькой для поддержания реакционной способности активной зоны.
Преимущества использования конфигурации канал-активная зона включают: (1) значительное снижение объемной доли соли в активной зоне, улучшение реактивности и выгорание разряда; (2) замедление нейтронов графитом отражателя, позволяющее увеличить содержание тяжелых металлов в гальке и уменьшить количество гальки, требующих изготовления, и объем отработавшего топлива; (3) способность рециркулировать гальки с высоким выгоранием в центр активной зоны для выравнивания распределения мощности в активной зоне; (4) улучшенная реакция галечного керна на сейсмические нагрузки; и (5) возможность обеспечить места в центральной области активной зоны с высоким магнитным потоком для вставки управляющих и предохранительных стержней.
Другой аспект изобретения включает конструкцию галечного топлива и регулирование реактивности для ядерного реактора с гальковыми каналами с жидкостным охлаждением.
В одном варианте осуществления каменное топливо имеет инертное графитовое ядро, окруженное кольцевой областью топлива с частицами топлива, с защитным графитовым покрытием на внешней стороне камешка. Использование инертного графитового сердечника с кольцевой областью топлива значительно снижает температуру топлива по сравнению с обычным однородным распределением топлива в топливной гальке, что дает преимущества в реакции реактора на переходные процессы ожидаемого переходного процесса без аварийного останова (ATWS).Регулировка плотности ядра позволяет контролировать плотность гальки и плавучесть в жидком хладагенте.
В другом варианте осуществления в реакторе используются элементы управления и останова, которые обладают нейтральной плавучестью в соли при температуре несколько выше нормальной температуры на входе в активную зону и ниже нормальной температуры на выходе из активной зоны. Поток через канал управления может поступать из впускной камеры активной зоны или из промежуточного места в активной зоне, так что при переходных процессах, когда первичные насосы останавливаются или температура теплоносителя, поступающего в канал управления, поднимается выше расчетной температуры, элементы опускаются в каналы и вокруг ядра без внешней активации.Эти элементы управления могут быть изготовлены из комбинации графита (плотность 1,7 г / куб.см или меньше) и карбида бора (плотность 2,5 г / куб.см) в соответствующей пропорции для обеспечения нейтральной плавучести жидкого хладагента (номинально 0,1967 г / куб. при 640 ° С). Плавучий элемент или элементы могут иметь различные формы, включая цилиндры, сферы и крестообразные формы, или их комбинации. Оптимальная геометрия может состоять из одного вертикального элемента с крестообразным поперечным сечением в центре и цилиндрическими поперечными сечениями на его концах, причем размеры выбраны так, чтобы (1) оптимизировать площадь поперечного сечения для максимизации конечной скорости падения за счет баланса плавучести силы (увеличенная площадь поперечного сечения) и силы сопротивления (уменьшение площади поперечного сечения и периметра), (2) максимизируют эффективность поглощения нейтронов в центральной области элемента (крестообразная геометрия), (3) облегчают активное введение элемента с помощью управляющий стержень, активируемый извне, прикладывающий силу к верхней части элемента, и (4) облегчают пассивную остановку элемента при достижении нижней части канала (например, с цилиндрической секцией, входящей в рывок в нижней части канала) .
В другом варианте осуществления изобретения в реакторе используется топливная галька с плотностью ниже плотности жидкого теплоносителя, а желоб для выгрузки топлива расположен так, чтобы удалять камешки над активной зоной, а не под активной зоной, как это делается с обычным гелием. -охлаждаемые реакторы с галечным слоем. Эта конфигурация использует преимущество того факта, что легче изготавливать камешки, которые менее плотны, чем соль, чем более плотные, и что предпочтительнее располагать устройство для выгрузки топлива над активной зоной для конфигурации реактора бассейнового типа.
В другом варианте осуществления в реакторе используется вода с пластиковыми сферами, изготовленными из такого материала, как полиэтилен, в масштабе приблизительно 50% от прототипного масштаба, для получения экспериментальных данных по движению гальки, которые будут использоваться при лицензировании гальки с жидкостным охлаждением. реакторы. Этот метод экспериментальной проверки для лицензирования имеет более низкую стоимость, чем использование экспериментов с прототипом высокотемпературной соли и гальки.
Другой аспект изобретения заключается в создании способа рециркуляции камешков топлива в активной зоне высокотемпературного реактора с жидкостно-солевым охлаждением для обеспечения возможности перезагрузки топлива.
Другой аспект изобретения состоит в том, чтобы изготавливать гальки, которые обладают положительной плавучестью в охлаждающей жидкости и имеют пониженную запасенную энергию.
Другой аспект изобретения заключается в обеспечении способа пассивной или активной вставки нейтронных элементов управления в центральную область активной зоны для управления мощностью реактора.
Другой аспект изобретения заключается в обеспечении способа увеличения замедления нейтронов в активной зоне и обеспечения более высокой загрузки гальки тяжелым металлом.
Другой аспект изобретения состоит в том, чтобы предоставить способ предотвращения попадания покровного газа в активную зону, если первичный запас соли снижается.
Другой аспект изобретения состоит в том, чтобы предоставить способ соединения конструкции радиального отражателя из графита с корпусом реактора, который поддерживает конструкцию при сжатии, и предоставить способ поддержки конструкции отражателя во время первоначальной сборки, нагрева и заполнения сосуд реактора с солью.
Дополнительные аспекты изобретения будут раскрыты в следующих частях описания, в которых подробное описание предназначено для полного раскрытия предпочтительных вариантов осуществления изобретения без наложения на них ограничений.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ НЕСКОЛЬКИХ ВИДОВ ЧЕРТЕЖЕЙИзобретение будет более полно понято со ссылкой на следующие чертежи, которые предназначены только для иллюстративных целей:
Фиг. 1 представляет собой схематический вид сбоку в вертикальном разрезе одного из вариантов высокотемпературного галечного реактора, охлаждаемого жидкой фторидной солью, в соответствии с аспектом настоящего изобретения.
РИС. 2 — схематический вид сверху реактора, показанного на фиг. 1 на отметке галечных каналов.
РИС. 3 — схематический вид сверху реактора, показанного на фиг. 1 на возвышении камеры выхода теплоносителя над активной зоной реактора.
РИС. 4 — подробный схематический вертикальный вид варианта осуществления узла канала с галькой (PCA) согласно настоящему изобретению.
РИС. С 5А по фиг. 5F — схематические виды в разрезе PCA, показанного на фиг. 4 по строкам 5 A- 5 A, 5 B- 5 B, 5 C- 5 C, 5 D- 5 D, 5 E- 5 E и 5 F- 5 F соответственно.
РИС. 6 представляет собой схематический вертикальный вид варианта осуществления канала предохранительного элемента канала отключающего элемента согласно настоящему изобретению, показывающий цилиндрические элементы управления с нейтральной плавучестью.
РИС. 7 представляет собой схематический вид в вертикальном разрезе альтернативного варианта осуществления канала отключающего элемента в соответствии с настоящим изобретением, показывающий крестообразный элемент останова с нейтральной плавучестью.
РИС. 8 — схематический вид сверху элемента канала останова, показанного на фиг.7, если смотреть с верхнего конца рисунка.
РИС. 9 — схематический вид в поперечном разрезе варианта кольцевой гальки в соответствии с настоящим изобретением.
РИС. 10-12 иллюстрируют примерные размеры, связанные с вариантом осуществления реактора, показанным на фиг. С 1 по фиг. 5.
РИС. 13 представляет собой схематический вид модели RELAP5-3D 1/12 сектора ядра PB-AHTR согласно настоящему изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВведениеВ качестве примера, но не ограничения, изобретение относится к компактному, модульному высокотемпературному реактору усовершенствованного типа с галечным слоем, охлаждаемому жидкой солью (PB-AHTR).В реакторе предпочтительно используется кольцевая топливная галька, содержащая инертное графитовое центральное ядро, область топливных частиц TRISO и внешнюю графитовую оболочку, со средней плотностью гальки ниже, чем плотность жидкой соли, поэтому гальки плавают. Гальки вводятся в охлаждающую жидкость, поступающую в реактор, и переносятся в нижнюю часть активной зоны реактора, где они образуют слой гальки внутри множества вертикальных каналов внутри сменных узлов галцевых каналов (PCA). Галька удаляется через сливные желоба, расположенные в верхней части каждого PCA.Каждый PCA также включает в себя каналы для ввода элементов нейтронного контроля и останова, а также каналы для ввода картографирования потока в активной зоне и других приборов. PCA окружены постоянным радиальным отражателем из графита для защиты стенки корпуса реактора от нейтронов. Вертикальные нагрузки плавучести и давления передаются на металлический корпус реактора в верхней части отражателя. При монтаже радиального отражателя и нагрева и заполнения емкости реактора, графитовые блоки удерживаются при сжатии металлических стяжек, простирающихся от верхней части реактора к металлическому отражателю кольцу поддержки ниже отражателя.В реакторе используются консольные центробежные первичные насосы с антисифонным отверстием на всасывающих трубах насоса для предотвращения попадания покровного газа в случае уменьшения первичного запаса соли.
В одном выгодном варианте осуществления реактор имеет номинальную выходную мощность 900 МВт тепл и использует температуру на входе / выходе из активной зоны 600 ° C / 704 ° C, что позволяет использовать для строительства доступные в настоящее время и сертифицированные согласно нормам материалы. . Реактор отдает тепло при средней температуре 652 ° C, той же средней температуре, что и General Atomics GT-MHR (температура на входе / выходе из активной зоны 450 ° C./ 850 ° C), и, таким образом, достигается такая же эффективность преобразования энергии ~ 46%. Естественная циркуляция жидкого теплоносителя обеспечивает высокоэффективную тепловую связь топлива с большой массой графитового материала отражателя, поэтому пиковое повышение температуры на выходе из активной зоны составляет менее 30 ° C при потере переходных режимов принудительного охлаждения. Модульная конструкция обеспечивает номинальную среднюю удельную мощность активной зоны от 20 МВт / м 3 до 30 МВт / м 3 по сравнению с 4,8 МВт / м 3 для PBMR и 6.5 МВт / м 3 для ГТ-МГР, охлаждаемых гелием высокого давления. Высокая удельная мощность достигается за счет эффективной теплопередачи, обеспечиваемой теплоносителем, а также за счет новой конфигурации сердечника с каналом из гальки и использования гальки меньшего размера (диаметром 3 см). Конструкция уменьшает объем отработавшего топлива до менее чем половины объема обычного PBMR с гелиевым охлаждением.
Наша недавняя работа PB-AHTR показала, что возможны высокие удельные мощности по сравнению с типичным максимальным значением 6,5 МВт / м 3 для модульных реакторов с гелиевым охлаждением.В этой работе, в которой изучалась большая цилиндрическая конфигурация керна, методы рециркуляции гальки были проверены экспериментально (П. Барде, Дж. Я. Ан, Дж. Т. Франклин, Д. Хуанг, К. Ли, М. Тулуза и П. Ф. Петерсон, «Эксперимент по рециркуляции гальки ( PREX) для AHTR », представленный в Global 2007, Бойсе, штат Иллинойс, 9-13 сентября 2007 г.), нейтронно-физическое моделирование продемонстрировало, что отрицательная реактивность пустот может быть достигнута путем увеличения содержания тяжелых металлов в гальке (M. Fratoni, Ф. Кениг, Э. Гринспен, П.Ф. Петерсон, «Нейтронный анализ и анализ истощения PB-AHTR», Global 2007, Бойсе, Айдахо, 9-13 сентября 2007 г.) и моделирование RELAP5-3D показало, что повышение температуры на выходе из активной зоны во время потери переходного процесса принудительного охлаждения (LOFC) было довольно мало (А. Гриво, Ф. Фардин, Х. Чжао и П. Ф. Петерсон, «Переходный тепловой отклик PB-AHTR на потерю принудительного охлаждения», Global 2007, Boise, Id. , 9-13 сентября 2007 г.). Эти исследования привели к выводу, что PB-AHTR может достигать удельной мощности от 15 МВт / м 3 до 30 МВт / м 3 , и что уменьшенная утечка из активной зоны позволяет на 20% увеличить выгорание при разряде. вверх, для того же начального обогащения, по сравнению с кольцевой конструкцией активной зоны MHR.
Примерные варианты осуществления изобретенияТеперь будут описаны практические варианты осуществления высокотемпературного реактора с жидкостно-солевым охлаждением согласно настоящему изобретению. Выгодно то, что реактор использует новую конструкцию с использованием галечного топлива в форме бассейна, что обеспечивает высокую искробезопасность. Конструкция обеспечивает несколько важных улучшений по сравнению с существующим уровнем техники, включая, но не ограничиваясь, (i) обеспечение метода рециркуляции камешков топлива в активной зоне реактора для обеспечения возможности перегрузки топлива; (ii) обеспечение способа изготовления гальки, плавучей в теплоносителе и с уменьшенной запасенной энергией; (iii) обеспечение способа пассивной или активной вставки элементов управления в центральную область активной зоны для управления мощностью реактора; (iv) обеспечение способа увеличения замедления нейтронов в активной зоне и обеспечения более высокой загрузки гальки тяжелыми металлами; и (v) обеспечение способа предотвращения попадания покровного газа в активную зону при принудительной циркуляции, если первичный запас соли снижается.В каждом из этих аспектов конструкция существенно отличается от существующего уровня техники для гелиевых реакторов с шаровидным слоем и других конструкций реакторов.
Пример 1 Обобщенный вариант реактора на галечном топливеСсылаясь на фиг. С 1 по фиг. На фиг.5 показан обобщенный вариант высокотемпературного модульного высокотемпературного реактора с галечным слоем 10 в соответствии с настоящим изобретением. Этот примерный реактор включает корпус реактора , 12, с внешним графитовым радиальным отражателем , 14, и активную зону, образованную одним или несколькими сменными узлами каналов с графитовой галькой (PCA) 16 (вариант осуществления, показанный на фиг.С 1 по фиг. 5 имеет семь ППС). Активная зона реактора образована топливными камешками, расположенными в одном или нескольких каналах 18 , а также в верхних камерах 20 и нижних камерах 22 , расположенных в каждом PCA. Топливные камешки рециркулируют из активной зоны с помощью спускных лотков 24 и машин для выгрузки топлива 26 , расположенных в каждом PCA. Рециркулирующие камешки проверяются на предмет выгорания и либо заменяются, либо повторно вводятся в поток охлаждающей жидкости, входящий в каждую из нижних впускных камер PCA 28 .
Галечный сердечник охлаждается жидкой фторидной солью, циркулирующей вертикально вверх по каналам для гальки , 18, , во множество выходных полостей 30 , которые собирают поток охлаждающей жидкости в одну или несколько горячих ветвей, направляя поток в одну или несколько рабочие колеса первичного насоса 32 . При нормальной работе уровень охлаждающей жидкости 34 остается выше крыльчатки (крыльев) насоса. При аварии с потерей теплоносителя, когда первичный насос (-ы) продолжают работать, перекачка пассивно останавливается антисифонным вентиляционным отверстием 36 , поддерживая общий запас теплоносителя выше минимального дефектного уровня, необходимого для отвода остаточного тепла.Остаточное тепло отводится естественной циркуляцией теплопередачи к множеству дополнительных охлаждающих теплообменников прямого реактора , 38, .
Управление реактивностью для мощности выполняется путем регулирования скорости впрыска свежего камешка топлива и путем управления положением множества регулирующих стержней, расположенных в вертикальных каналах 40 по периферии активной зоны реактора. Управление реактивностью для останова осуществляется путем вставки множества отключающих стержней, расположенных в вертикальных каналах , 42, в средней части активной зоны реактора.
Графитовые блоки внешнего радиального отражателя 14 обладают положительной плавучестью в солевом теплоносителе при нормальных высокотемпературных рабочих условиях, но должны быть установлены в реакторе в условиях комнатной температуры без солевого теплоносителя. Для первоначальной установки этих блоков отражателя 14 в холодном корпусе реактора множество стяжек 44 удерживают подъемную пластину 46 , которая, в свою очередь, несет вес блоков отражателя 14 и удерживает стопку блоков к верхней прижимной конструкции 47 .Система натяжения стяжных стержней поддерживает постоянное усилие во время нагрева корпуса реактора, корректируя дифференциальное тепловое расширение между графитовыми блоками и корпусом. Подъемная пластина затем удерживает блоки на месте, когда в емкость добавляется охлаждающая жидкость из расплавленной соли, и затем блоки всплывают вверх по верхней прижимной конструкции 48 , которая передает подъемные силы в корпус реактора 12 .
РИС. 6 показан вертикальный разрез одного из каналов , 42, стержня останова на фиг.С 1 по фиг. 5. Здесь канал , 42, показан с выталкивающим приводом отключающего стержня, который содержит один или несколько цилиндрических нейтрально плавучих элементов управления 50 , содержащих материал, поглощающий нейтроны, например карбид бора или другой нейтронный яд. Элементы управления 50 предпочтительно содержат смесь графита высокой плотности, графита низкой плотности и нейтронного яда, что приводит к средней плотности, так что элементы обладают нейтральной плавучестью при температуре теплоносителя выше нормальной температуры на входе в активную зону и ниже нормальной температуры активной зоны. температура на выходе.При нормальной работе реактора на мощности часть входящего потока в активную зону проходит через канал останова, поддерживая температуру в канале на достаточно низком уровне, при котором элементы всплывают из активной зоны. При переходных процессах и авариях, когда эта температура повышается, элементы погружаются в активную зону, обеспечивая пассивное отключение. Обводной поток, входящий в канал, может проходить через жидкостный диод, так что более горячий хладагент входит в канал быстрее после потери принудительной циркуляции. Принудительное включение отключающих элементов происходит после сигнала SCRAM, который заставляет тяжелый активирующий стержень 52 опускаться под действием силы тяжести и вдавливать отключающие элементы в активную зону.Цилиндрическое отверстие 54 вдоль центра стержня активации 52 обеспечивает доступ лазерному лучу дальномера для независимого измерения положения элементов управления.
РИС. 7 показано вертикальное поперечное сечение одного из каналов , 42, отключающей штанги, занятого альтернативным вариантом выполнения плавучей срабатывания отключающего элемента. Обращаясь также к фиг. 8, в этом варианте осуществления элемент имеет цилиндрическую верхнюю секцию 56 и нижнюю секцию 58 , причем центральная секция 60 имеет крестообразную геометрию, чтобы максимизировать нейтронную реактивность стержня при минимальном коэффициенте сопротивления стержня.Распределение массы в элементе регулируется таким образом, чтобы центр масс находился ниже центра плавучести для стабилизации стержня в вертикальном положении. В этом варианте осуществления принудительное введение обеспечивается активирующим элементом , 62, , который имеет цилиндрическое отверстие по центру, которое обеспечивает доступ лазерному лучу определения дальности для независимого измерения положения отключающего элемента. Также в этом варианте осуществления движение элемента замедляется, а кинетическая энергия рассеивается гидравлическим демпфирующим каналом , 64, .При входе в демпфирующий канал цилиндрический нижний конец элемента , 58, заставляет охлаждающую жидкость течь через кольцевой ребристый зазор между демпфирующим каналом и стержнем, рассеивая кинетическую энергию. Кроме того, байпасный поток охлаждающей жидкости входит в канал через отверстие , 66, , расположенное над демпфирующим каналом.
Пример 2 Обобщенная конструкция сферической топливной галькиРИС. 9 показано поперечное сечение сферической топливной гальки согласно аспекту настоящего изобретения.Топливо, предпочтительно состоящее из смеси топливных частиц TRISO и теплопроводящего графитового связующего высокой плотности, содержится в кольцевой области 102 и защищено инертным внешним покрытием высокой плотности из графита 104 . Центральное ядро гальки 106 представляет собой графитовое ядро низкой плотности. Плотность этого ядра выбирается, чтобы отрегулировать среднюю плотность топливной гальки до значения, обеспечивающего оптимальную выталкивающую силу. В частности, плотность центрального ядра может быть выбрана так, чтобы отношение средней плотности гальки к плотности охлаждающей жидкости было таким же, как отношение плотности полиэтилена и плотности воды, которое может использоваться для масштабирования гидродинамические эксперименты по проверке движения гальки в активной зоне реактора.
Пример 3 Параметры типовой конструкции реактораСсылаясь также на фиг. С 10 по фиг. 12 показан примерный корпус модульного реактора PB-AHTR мощностью 900 МВт, который имеет высоту 10,5 м и диаметр 6,0 м. ИНЖИР. 10 представлен пример вертикальных размеров нескольких секций корпуса реактора, как показано. Можно видеть, что в этом варианте осуществления верхняя структура отражателя имеет высоту 200 3,60 м, область канала сердечника имеет высоту 202 , равную 2.20 м, а нижняя структура отражателя имеет высоту 204 1,50 м. Также видно, что эффективная высота DHX 206 составляет 2,00 м, а эффективная высота активной зоны 208 составляет 3,20 м.
РИС. 11 представлен пример вертикальных размеров нескольких секций PCA. ИНЖИР. 11 также показаны дополнительные детали конструкции PCA, такие как расположение распределительных камер DHX 300 , стояков φ 0,10 м 302 , желобов для выгрузки топлива 304 , отверстий для перетока 306 , камер для сбора на выходе из активной зоны 308 , выходные каналы для потока охлаждающей жидкости 310 , верхние камерные камеры керна 312 , галечные каналы 314 , нижняя часть галечных пластов 316 , нижние камерные камеры активной зоны 318 и входные отверстия для охлаждающей жидкости холодные ноги.В этом варианте осуществления все углы , 322, изогнуты для потока гальки, а все углы , 324, имеют радиус 0,025 м. Обращаясь также к фиг. С 12А по фиг. 12F показаны дополнительные примерные размеры. Также показано на фиг. С 12А по фиг. 12F представляет собой канал стержня останова 42 диаметром 0,198 м (фиг. 12C), 756 отверстия для охлаждающей жидкости 326 диаметром 0,015 м с шагом треугольника 0,025 м (фиг. 12D), φ 0,30 м. выпускные отверстия 328 (РИС.12E), сборные камеры 30 (фиг. 12E), отверстия для перетока φ 0,15 м 330 (фиг. 12E), отверстия для перетока φ 0,20 м 332 (фиг. 12E) и 0,15 м φ соединяющие поперечные каналы 334 (фиг. 12F).
В примерной конфигурации активной зоны реактора, показанной на фиг. 2, имеется семь узлов шестиугольных галечных каналов 16 : 1,25 м в поперечнике (от плоского до плоского), с галечными топливными каналами диаметром 0,198 м на расстоянии 0,250 м от центра к центру.Объемная доля галечных топливных каналов составляет ˜44%, а эффективная высота активной зоны — 3,2 м. В конфигурации выходной камеры, показанной на фиг. 3 , обратите внимание, что радиальный поток проходит через несколько сборных камер для достижения эффективного перемешивания. DHX 336 , холодные колена 338 и выпускные каналы для выхода активной зоны 340 (0,2 м × 0,5 м) также можно увидеть на этих рисунках.
В проиллюстрированном варианте осуществления активная зона реактора содержит множество сменных узлов галечных каналов (PCA) 16 , подробно показанных на фиг.4 и фиг. 5. В отличие от предшествующего уровня техники, в конструкции высокотемпературного реактора (HTR) с жидкостным охлаждением по настоящему изобретению в охлаждающую жидкость, входящую в PCA, впрыскиваются камешки. В частности, (i) галька впрыскивается в поток охлаждающей жидкости, входящий в нижнюю часть каждого PCA, и переносится на дно слоя гальки в PCA; (ii) галька удаляется с помощью желоба для выгрузки топлива, расположенного в верхней части каждого PCA; и (iii) галька течет вверх через один или несколько галечных каналов в каждом PCA, при этом в примерной конструкции используется 18 галечных каналов.
Примерный корпус реактора, показанный на фиг. 1 и фиг. 10 имеет внешний радиальный графитовый отражатель, окружающий PCA, который обеспечивает защиту корпуса реактора от нейтронов. Поскольку графитовые блоки обладают положительной плавучестью в соли и имеют коэффициент теплового расширения, отличный от материала корпуса, в приведенном в качестве примера реакторе блоки соединены с корпусом реактора в верхней части корпуса с помощью верхней прижимной конструкции, так что плавучесть естественным образом сжимать блоки, в отличие от традиционных реакторов с гелиевым охлаждением, где соединение находится на дне резервуара, а силы тяжести сжимают блоки.Кроме того, в данном примере реактора металла предусмотрены соединительные тяги, проходящая от верхней части реактора к металлическому опорному кольцу, расположеннымы под радиальным отражателем. Во время первоначальной сборки радиального отражателя и последующего нагрева и заполнения корпуса реактора солью эти стяжные шпильки используются для поддержания сжатия отражателя, поскольку корпус подвергается тепловому расширению и заполняется расплавленным солевым теплоносителем.
Реактор, показанный на фиг. 1 и фиг. 10 имеет один или несколько первичных центробежных насосов с консольными консольными валами и чашами уплотнения.Размещение крыльчаток насоса на большой высоте в первичном контуре ограничивает потерю первичного запаса соли, которая может произойти из-за утечки, если первичные насосы продолжат работу и поддерживают давление в месте утечки выше внешнего давления. Кроме того, реактор, показанный на фиг. 1 и фиг. 10 имеет антисифонную вентиляционную линию, расположенную на возвышении ниже крыльчатки первичного насоса, которая быстро нагнетает покровный газ в первичный насос, если первичный запас соли падает до уровня вентиляционной линии, разрушая сифон и предотвращая проглатывание первичного насоса. газа с более низким расходом, таким образом, работая в режиме двухфазного потока и впрыскивая покровный газ в первичный контур.
Пример 4 Сферическая топливная галькаВ предпочтительном варианте реализации галька изготавливается с использованием комбинации топливных частиц TRISO и графита нормальной и пониженной плотности, так что средняя плотность гальки ниже, чем плотность соли, и галька имеет положительная плавучесть. В одном варианте осуществления примерной гальки, показанной на фиг. 9, ядро имеет диаметр примерно 1,98 см, кольцевая область, окружающая ядро, имеет толщину примерно 0,52 см, а внешнее покрытие составляет примерно 0.Толщина 5 см. Регулировка плотности графита в этом ядре позволяет уменьшить плотность гальки для обеспечения достаточной плавучести, а также уменьшает длину термодиффузии и температуру средней линии гальки, чтобы уменьшить запасенную в гальке энергию.
Пример 5 Дизайн PCAСнова обратимся к фиг. 4 и фиг. 5, каждый PCA может иметь несколько каналов для гальки, расположенных между верхней и нижней камерой для гальки. Эти галечные каналы вводят дополнительный графит в центр активной зоны реактора, обеспечивая дополнительное замедление нейтронов и уменьшая среднюю объемную долю соли и ее вклад в паразитное поглощение нейтронов.Эти галечные каналы также передают горизонтальные ускоряющие силы через галечный слой в случае сейсмического движения, уменьшая движение гальки относительно корпуса реактора и возможность изменения реактивности из-за расширения или сжатия галечного слоя.
PCA изготавливается из взаимосвязанных шестиугольных или почти шестиугольных графитовых блоков. Чтобы заменить PCA, реактор может сначала выгрузить топливо путем замены топливных сфер инертными графитовыми сферами. После выгрузки топлива металлические соединительные стержни вставляются через верхнюю крышку PCA вниз через графитовые блоки к металлической нижней пластине, где стержни соединяются с помощью фиксирующего механизма, подобного тому, который был разработан ранее для MSBR.Затем PCA можно поднять из реактора в передаточную емкость для охлаждения, удаления графита и восстановления, а также вставить замену PCA.
Каждый PCA также предпочтительно включает в себя каналы для ввода карт нейтронного потока и других инструментов, каналы для вставки временных металлических стяжек для удаления и замены PCA и каналы для ввода элементов нейтронного контроля. Эти цилиндрические (или сферические) элементы управления, показанные на фиг. 6 и фиг. 7 / РИС.8, содержат смесь графита и карбида бора или другого нейтронного яда в пропорциях, обеспечивающих нейтральную плавучесть регулирующего элемента в соли при температуре, промежуточной между нормальной температурой на входе в активную зону и нормальной температурой на выходе из активной зоны. В режиме принудительной циркуляции байпасный поток из входа в активную зону или из промежуточного местоположения поддерживает температуру соли в канале ниже температуры нейтральной плавучести, поэтому элементы плавают и остаются вне активной зоны. В условиях, когда прекращается принудительная циркуляция или прекращается промежуточный отвод тепла, нагретая соль попадает в канал, и элементы пассивно опускаются, когда эта температура превышает температуру нейтральной плавучести.В зависимости от конструкции зазора вокруг элементов, дополнительные гидродинамические силы могут быть приложены к элементам за счет байпасного потока, который может быть оптимизирован для дальнейшего управления пассивным откликом элемента. Регулирующий стержень с высокой плотностью расположения элементов, расположенный над элементами, обеспечивает активную вставку элементов после сигнала аварийного останова. Лазерный луч или другой инструмент используется для измерения вертикального положения элементов управления.
Пример 6 Проектирование и анализ модульного PB-AHTRВ реакторе с гелиевым слоем, охлаждаемом гелием, диаметр гальки ограничен минимум примерно 6 см для достижения приемлемо низких потерь давления и мощности рециркуляции.Поскольку жидкие соли обладают очень высокой объемной теплоемкостью, мощность откачки намного меньше. Таким образом, основываясь на более ранних результатах PB-AHTR, в типичном модульном PB-AHTR достигается более высокая удельная мощность без увеличения запасенной энергии топлива за счет использования более мелких камешков (3 см в диаметре). Уменьшение диаметра гальки в два раза удваивает площадь поверхности гальки на единицу объема и вдвое уменьшает масштаб длины теплопроводности в гальке, позволяя увеличить плотность мощности в 4 раза при той же разнице температур от поверхности до центр гальки и, следовательно, та же запасенная энергия.Кроме того, мы считаем желательным, чтобы галька текла внутри ряда отдельных каналов, внутри набора графитовых блоков отражателя, называемого PCA, как показано на фиг. С 1 по фиг. 5 и фиг. С 10 по фиг. 12.
Эта конфигурация с использованием PCA имеет ряд потенциальных преимуществ по сравнению с большим однородным керном из гальки, который был изучен ранее. Преимущества модульной конструкции с галькой, расположенной в большом количестве отдельных каналов, включают, например:
(a) Умеренность, обеспечиваемая структурой PCA, позволяет еще больше увеличить нагрузку на гальку тяжелым металлом, уменьшая количество гальки, требующих изготовление и объем отработавшего топлива.
(b) Пустотная доля теплоносителя в активной зоне уменьшается примерно в два раза, что снижает паразитное поглощение нейтронов теплоносителем и увеличивает выгорание разряда.
(c) Гетерогенная конфигурация активной зоны, в которой нейтроны частично замедляются в отражателях, снижает резонансное поглощение нейтронов и увеличивает выгорание разряда. Однако увеличенная площадь внешней поверхности активной зоны увеличивает утечку нейтронов во внешний радиальный отражатель, уменьшая общее увеличение выгорания разряда.
(d) Многоканальная конфигурация обеспечивает простой подход к двухзонному керну, где галька, выбрасываемая из сборок с шестью галечными каналами (PCA) во внешней зоне, затем циркулирует в одном PCA во внутренней зоне для движения галька сгорает на более высоком уровне, выравнивая распределение мощности в активной зоне. В другом варианте осуществления можно использовать еще большее количество PCA для создания дополнительных радиальных зон и увеличения мощности реактора, например, три зоны с девятнадцатью PCA.
(e) Твердые отражатели служат для вставки элементов управления.Пассивное резервное отключение может быть обеспечено нейтрально плавучими элементами отключения, которые опускаются в активную зону, когда температура теплоносителя в канале элемента управления превышает нормальное значение. Элементы управления могут быть изготовлены из смеси графита (1700 кг / м 3 ) и карбид бора (2500 кг / м 3 ) для получения желаемой плотности.
(g) Конфигурация канала решает вопрос движения и расширения или уплотнения галечного пласта при сейсмической нагрузке (хотя PB-AHTR является сейсмически изолированной установкой).Его проще спроектировать и выдержать сейсмическую нагрузку, чем твердый центральный отражатель PBMR с гелиевым охлаждением, который не имеет горизонтальной опоры.
В конструкции, показанной на фиг. С 1 по фиг. 5 и фиг. С 10 по фиг. 12, средняя плотность мощности ядра составляет номинально 30 МВт / м 3 , а средняя плотность мощности галечного канала составляет 60 МВт / м 3 . В результате получается модульный PB-AHTR с корпусом реактора диаметром 6,0 м и высотой 10,5 м, который легче транспортировать на строительную площадку и который работает при атмосферном давлении.Это можно сравнить с корпусом реактора диаметром 9 м и высотой 31 м для GT-MHR мощностью 600 МВт, который работает при 7 МПа. Даже если учесть, что температура на выходе из ядра модульного PB-AHTR составляет 704 ° C, что позволяет использовать доступные материалы, соответствующие требованиям кодекса ASME, он достигает аналогичной 46% -ной термодинамической эффективности при преобразовании энергии, поскольку средняя температура отдаваемого тепла составляет 652 ° C. ., такая же, как средняя температура, обеспечиваемая GT-MHR.
Сочетание значительно уменьшенного размера реактора (в 9 раз меньше объема корпуса реактора, чем у GT-MHR), высокой эффективности преобразования мощности (равной GT-MHR) и эффективного использования урана (на 20-40% больше, чем у обычного легкого водяной реактор) предполагают, что модульный PB-AHTR мог бы иметь отличную экономику.
В таблице 1 представлены результаты анализа, показывающие, что потери давления больше для модульного PB-AHTR мощностью 600 МВт (который впоследствии был повышен до 900 МВт тепл.), Увеличившись с 0,73 бар для большой активной зоны и конструкции с крупной галькой до 3,2 до 4,3. брус из модульных конструкций с галькой диаметром 4,0 или 3,0 см. Однако требуемая мощность откачки все еще довольно мала по сравнению с мощностью циркуляции, необходимой для модульного гелиевого реактора, и аналогична мощности откачки, необходимой для реакторов с водой под давлением.
Модульный PB-AHTR мощностью 900 МВт представляет собой удобную выходную мощность для начальной коммерциализации, и он достаточно мал, чтобы быть привлекательным для приложений когенерации для производства электроэнергии и технологического пара для производства битуминозных песков и тяжелой нефти, сжижения угля или этанола. перегонка. Кроме того, поскольку активная зона состоит из семи элементов галечного канала, пилотная установка AHTR (APP) может использовать один полномасштабный элемент канала полной высоты, работающий на 110 МВт, и воспроизводить все установившиеся и переходные явления для полномасштабный завод.Благодаря своему превосходному экономическому потенциалу, совместимости с топливным циклом из низкообогащенного урана и пассивной безопасности, модульная установка мощностью 900 МВт и пилотная установка мощностью 110 МВт PB-AHTR также квалифицируются как кандидат в конкуренты реакторам PBMR и Iris в качестве небольших экспортных реакторов. реактор.
Пример 7 Тепловая гидравлика модульного PB-AHTRRELAP5-3D использовался для оценки реакции модульного PB-AHTR на переходные процессы принудительного охлаждения (LOFC) и ожидаемого переходного процесса без сбоя (ATWS) (M.Фратони, Ф. Кениг, Э. Гринспен и П. Ф. Петерсон, «Нейтронный анализ и анализ истощения PB-AHTR», Global 2007, Бойсе, штат Айдахо, 9-13 сентября 2007 г.). В модульном ядре отдельные галечные каналы могут быть смоделированы как отдельные проточные каналы, соединенные тепловыми структурами. ИНЖИР. 13 показывает 1/12 секторную модель RELAP5-3D для ядра PB-AHTR.
Реактор был смоделирован как имеющий узел внутреннего канала Pebble (PCA), состоящий из 1/12 центрального PCA, и внешний PCA, состоящий из 1/2 одного из 6 внешних PCA.
Внутренний PCA состоял из 4 галечных каналов с общими впускной и выпускной пленумами. Четыре галечных канала состояли из одного канала 1/12 (№1) и трех каналов ½ (№2, №3, №4). Каждый канал термически сообщается со своими соседними каналами через графитовый отражатель PCA. Каналы №3 и №4 сообщаются с байпасным потоком в зазоре между внутренним и внешним PCA.
Внешний PCA состоял из трех ½ каналов (№5, №9 и №15) и семи полных каналов (№7, №8, №10, №11, №12, №13, №14).Расположение предохранительной штанги (# 6) было смоделировано как состоящее из ½ галечного канала и 2 пустых каналов для вставки предохранительной штанги. Внешние галечные каналы (№ 11, № 13, № 14, № 15) термически сообщаются с материалом отражателя и пропускают поток в зазоре между внешним PCA и внешним отражателем. Два из галечных каналов (№8, №11) и место расположения канала предохранительной штанги (№6) сообщаются с байпасным потоком в зазоре между внешним PCA и соседним с ним внешним PCA.
Пример 8 Modular PB-AHTR NeutronicsВ модульном PB-AHTR камешки движутся внутри галечных каналов, и эти узлы графитовых галечных каналов обеспечивают дополнительное замедление нейтронов.Двумя наиболее важными масштабными факторами, влияющими на перенос нейтронов в модульной активной зоне, являются возраст нейтронов деления в графите и длина свободного пробега (mfp) тепловых нейтронов в гальках. Последнее является сильной функцией загрузки тяжелого металла (ТМ) (фракции упаковки).
Возраст графита (до 1 эВ) 368 см 2 . Это означает, что среднее расстояние (прямая линия), которое нейтрон деления проходит в графите, пока его энергия не станет ниже 1 эВ, составляет [SQRT (6 * Age)] ~ 47 см. Для сравнения, в воде 12.7 см и в тяжелой воде 28 см.
Модульный PB-AHTR с точки зрения неоднородности в чем-то похож на активную зону типа CANDU с тяжеловодным замедлителем вне топливных каналов. Эта неоднородность обеспечивает резонансное самоэкранирование, которое помогает увеличить достижимое выгорание при разряде топлива. Но в ПБ-АХТР в топливном канале (галька) больше замедления. Это дополнительное замедление усложняет оценку того, насколько макроэкранирование может быть достигнуто в модульном AHTR без выполнения подробных нейтронно-физических расчетов.
Первую оценку диаметра канала для модульного AHTR можно получить, потребовав, чтобы его диаметр был сопоставим с диаметром топливного кластера CANDU при измерении в терминах средней длины свободного пробега (MFP) тепловых нейтронов. Это будет зависеть от фракции упаковки.
Типичные пучки твэлов CANDU имеют диаметр 10 см на квадратной решетке 28,6 см. Типичная модульная конструкция PB-AHTR имеет галечные каналы диаметром 19,8 см на гексагональной решетке (приблизительно) 25 см.Этот диаметр галечного канала очень близок к тому, который можно было бы рекомендовать на основе масштабирования MFP ((10 см) (47 см / 28 см)) = 16,8 см. Но объем замедлителя вне галечных каналов намного меньше, чем для топливных каналов в CANDU. Это необходимо из-за ограничений на удельную мощность, потерю давления и нагрузку ТМ, которые могут быть достигнуты в каналах из гальки. Более близкое расположение галечных каналов также должно способствовать снижению утечки нейтронов по периферии активной зоны реактора.
В примерной конструкции каналы из гальки занимают примерно 50% объема керна, поэтому модульный сердечник состоит примерно из 30% гальки, 20% соли и 50% графита в сборе каналов по объему, по сравнению с 60% гальки и 40% по объему. % соли для получения однородной сердцевины из гальки.Чтобы сохранить такое же соотношение ТМ и замедлителя, необходимо увеличить количество ТМ в гальке примерно вдвое. Это разумно. Для обычного галечного керна с соленым охлаждением оптимальное соотношение углерода и тяжелых металлов составляет C / HM = 363 (Таблица IX, M. Fratoni, F. Koenig, E. Greenspan и PF Peterson, «Neutronic and Depletion Analysis of PB-AHTR» , ”Global 2007, Бойсе, штат Иллинойс, 9–13 сентября 2007 г.). Соответствующий коэффициент упаковки ядра составляет 12,5% для однородной гальки или 25% для кольцевой гальки. Для поддержания того же соотношения ТМ и замедлителя коэффициент упаковки в модульном PB-AHTR должен быть увеличен вдвое, до 50% для кольцевой конфигурации из гальки, что, в свою очередь, уменьшит вдвое объем отработавшего топлива.Чаще рекомендуется коэффициент упаковки 40%, поэтому диаметр внутреннего ядра может быть уменьшен. Диаметр ядра, мощность частиц и обогащение урана также являются ключевыми параметрами, которые оптимизируются при детальном проектировании топлива.
Резонансное самоэкранирование на уровне ядра имеет преимущества для выгорания разряда. Для активной зоны с галечным слоем с гомогенным солевым охлаждением максимальное выгорание при разряде с 129 ГВт · сут / тТМ для топливного сердечника диаметром 425 мкм снижается до 119 ГВт · сут / тТМ для топлива с ядрами 225 мкм (ФИГ.4, Fratoni, F. Koenig, E. Greenspan и P. F. Peterson, «Neutronic and Depletion Analysis PB-AHTR», Global 2007, Boise, ID, 9-13 сентября 2007 г.). Неоднородная сердцевина модульного PB-AHTR с более высокой загрузкой ТМ в гальке должна обеспечивать некоторую дополнительную резонансную самоэкранировку, которая может иметь дополнительный положительный эффект на выгорание разряда и использование топлива. Не менее важно сокращение на 50% объемной доли активной зоны, занятой солью, что примерно вдвое снизит паразитное поглощение нейтронов в соли.С другой стороны, модульный PB-AHTR будет иметь более высокую утечку нейтронов из-за меньшего размера и большей площади поверхности его активной зоны. Необходим подробный анализ, чтобы определить чистое влияние на выгорание при сбросе топлива.
Пример 9 Конструкция корпуса модульного реактора PB-AHTRБазовый модульный корпус реактора PB-AHTR изготовлен из сплава 800H с внутренней неструктурной оболочкой из хастеллоя N для обеспечения высокой коррозионной стойкости. Примерный сосуд по фиг.10 имеет внешний диаметр D = 6,0 м, а максимальный уровень соли в сосуде высотой 10,5 м составляет 10,0 м.
Для оценки необходимой толщины сосуда допустимое напряжение определяется по следующей логике. Нормальной рабочей температурой резервуара является температура на входе в активную зону, 600 ° C.Для консервативного подхода к учету гамма-нагрева, установившаяся рабочая температура резервуара принимается равной 650 ° C, и резервуар должен работать с достаточно низким напряжением, чтобы избежать значительной ползучести в течение всего срока службы судна (60 лет).При переходных режимах LOFC и авариях ATWS судно может достигать более высоких температур в течение ограниченных периодов времени. В этих условиях требуется поддерживать напряжения ниже предела текучести, одновременно проверяя, что деформация ползучести будет небольшой в течение ожидаемой продолжительности таких переходных процессов. При переходных режимах LOFC и ATWS насосы не работают, поэтому давление в резервуаре возникает только из-за гидростатических нагрузок.
Ссылаясь на таблицу 2, предел текучести 70 МПа был выбран как репрезентативный в диапазоне температур от 850 ° C.до 900 ° C, где могут достигаться переходные процессы ATWS. Ожидается, что переходные процессы LOFC будут иметь гораздо более низкие пиковые температуры (ниже 750 ° C). При 650 ° C напряжение, необходимое для обеспечения скорости ползучести 0,00001 процента в час, составляет 90 МПа. При таком уровне напряжения требуется 11,4 года для обеспечения 1% деформации. С учетом предела текучести и ползучести указывается максимальный уровень напряжения 70 МПа. Для консервативности принят коэффициент запаса прочности 2, а средняя толщина сосуда оценивается для уровня напряжений 35 МПа.
Для стабильной работы на полной мощности давление P в резервуаре устанавливается за счет комбинации гидростатического давления (190 кПа) и потери давления от впускной камеры активной зоны до всасывания первичного насоса (530 кПа). Для достижения главного напряжения σ p = (σ 1 2 σ 2 2 ) 1/2 = 35 МПа, требуется толщина стенки емкости t = 7 см, чтобы выдержать кольцевое напряжение σ 1 = PD / 2 t = 31,0 МПа и осевое напряжение σ 2 = PD / 4 t = 15.5 МПа. Эту толщину сосуда можно сравнить с толщиной 5 см сосуда S-PRISM, который составляет 9,0 м в диаметре и 20 м в высоту. Общая масса корпуса реактора PB-AHTR, не включая верхний фланец, составляет примерно 120 метрических тонн.
Хотя приведенное выше описание содержит много деталей, их не следует рассматривать как ограничение объема изобретения, а просто как предоставление иллюстраций некоторых из предпочтительных в настоящее время вариантов осуществления этого изобретения.
Например, настоящее изобретение не ограничивается использованием топливных элементов из гальки.В качестве альтернативы PCA могут быть загружены тепловыделяющими элементами с различной геометрией и плотностными характеристиками, при этом тепловыделяющие элементы могут или не могут быть плавучими в солевом теплоносителе. Если используются иные, чем галечные топливные элементы, PCA, описанные здесь, в более общем смысле будут называться сборками топливных каналов (FCA). Специалисты в данной области техники поймут, что различные топливные конфигурации могут потребовать модификаций PCA / FCA, которые не выходят за рамки описанного здесь изобретения.Например, в случае штыревого топлива FCA будет иметь каналы, простирающиеся по всей его длине, а топливная сборка может включать графитовую пробку над ним для заполнения верхней части.
Следовательно, будет принято во внимание, что объем настоящего изобретения полностью охватывает другие варианты осуществления, которые могут стать очевидными для специалистов в данной области, и что объем настоящего изобретения, соответственно, не должен ограничиваться ничем иным, кроме прилагаемой формулы изобретения. , в котором ссылка на элемент в единственном числе не означает «один и только один», если явно не указано иное, а скорее «один или несколько».Все структурные, химические и функциональные эквиваленты элементов описанного выше предпочтительного варианта осуществления, которые известны рядовому специалисту в данной области техники, явно включены сюда посредством ссылки и предназначены для охвата настоящей формулой изобретения. Более того, нет необходимости, чтобы устройство или способ решали все и все проблемы, которые должны быть решены настоящим изобретением, поскольку они охватываются настоящей формулой изобретения. Кроме того, ни один элемент, компонент или этап метода в настоящем раскрытии не предназначен для публичного использования, независимо от того, указан ли элемент, компонент или этап метода явно в формуле изобретения.Никакой элемент формулы изобретения в данном документе не должен толковаться в соответствии с положениями 35 U.S.C. 112, шестой абзац, за исключением случаев, когда в элементе явно используется фраза «означает для».