水面核动力船舶反应堆舱总体布置结构的制作方法

本发明涉及水面核动力船舶领域，具体地指一种水面核动力船舶反应堆舱总体布置结构。

背景技术：

当前，我国水面舰船以及民用船舶以柴油动力为主，随着极地资源开发和远洋贸易运输的深入，柴油动力不仅污染严重而且还极大的增加了运行成本，整体上严重的削弱了我国在海洋上的竞争力。此外，我国内陆区域电力、水资源和热能的需求极大，土地和水等资源开发紧张，因此我国提出了加快在海洋上开发建造新的工业平台和海洋核电站等设施，以缓解当前的资源困境。

为了加快海洋资源开发、保护海洋环境、提高效率，水面核动力船舶的设计和建造的呼声越来越远高。水面核动力船舶中反应堆舱承载了核安全和船安全等双重安全因素，同时也是决定船舶各项具体目标功能的关键所在。其设计关系到船舶的总体主尺度和船舶的总体吨位，对船舶的整体性能的影响是巨大的。

当前我国还未实现水面核动力船舶的设计和建造，水面核动力船舶一直在开展相关研究和试验。国外美国和俄罗斯等国家在核动力船舶开发方面起步较早，产生了如核动力破冰船和核动力商船等等水面核动力船舶。国外核动力船舶的反应堆舱布置在船的首部或者尾部，其主要设计思想为核动力装置区域与其他非核部分的限界面尽量少，以此减少反应堆舱屏蔽设施和辐射危险的扩散。但是这样的布置存在一系列的缺点，如下：

第一、存在全船重量平衡困难，需要增加压载水舱室的容积以平衡船舶首尾倾斜，从而增加了船舶的总吨位和相关调整压载平衡的泵的设备参数，增加了建造和设备成本；

第二、不利于船舶的结构安全，反应堆舱设备重量重，800多吨到上千吨，布置在船舶尾部的话，船舶龙骨的总纵承受拉力，弯矩较大，弯曲应力大，对船舶龙骨的总纵强度要求极高，需要对船舶总纵结构加强设计，增加了船舶的总量和建造成本。

第三、首部或者尾部倾斜大，船舶整体的浮态不好，稳性稍差，不利于船舶水中安全；

第四、首部或者尾部遭受到碰撞风险较大，一旦反应堆舱遭受撞击容易造成放射性物质流出或者核安全设备失效，从而影响海域的遭受核污染和发生和安全事故，整体上不利于核设施安全。

技术实现要素：

本发明目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种水面核动力船舶反应堆舱总体布置结构，该结构中，反应堆舱布置在船的中部，有效的解决了水面核动力船舶反应堆舱布置在首部或者尾部存在的倾斜大、浮态不好、压载水多、总纵强度性能不好和艉部碰撞风险较大的影响船安全和核安全的问题。

实现本发明目的采用的技术方案是：一种水面核动力船舶反应堆舱总体布置结构，包括反应堆舱，所述反应堆舱设于船舶的中部。

进一步地，所述反应堆舱包括核燃料装卸舱、乏燃料贮存舱、安全壳舱、核辅机械舱和核三废处理舱，上述五个舱室设于船舶舱底空舱上和两个舷侧空舱之内。

在上述技术方案中，所述核燃料装卸舱的舱内设置新燃料贮存区和检修区；所述核燃料装卸舱还设有乏燃料水舱内的机械设备检修口和安全壳内机械设备检修口以及反应堆换料口。

在上述技术方案中，所述乏燃料贮存舱用于存放使用过的堆芯燃料件的乏燃料水池的安装，该舱室设置有顶端过渡舱、屏蔽水舱以及用于乏燃料水池的设备安装的空间，乏燃料贮存舱内还设置楼梯和紧急竖梯供上下。

在上述技术方案中，所述安全壳舱设置有安全壳、抑压水箱、安注水源贮存舱、屏蔽水舱以及舷侧空舱。

进一步地，所述安全壳设置为两个，安全壳呈方形结构，沿船宽方向并排布置，安全壳之间通过各自的墙壁隔离，并保持一定的距离形成空舱部分。

更进一步地，在安全壳舱室外壁四周设置一圈屏蔽层，底部和顶部屏蔽依靠屏蔽水舱里的水进行屏蔽；每个安全壳内部3个侧面设置有3个抑压水箱，该抑压水箱为方形结构。

更进一步地，所述安全壳内从下至上布置有三层甲板，分别放置一回路系统机械设备；从下至上，安全壳内第一层甲板起到顶部的屏蔽水舱的高度方向上，沿着安全壳两侧面设置有安注水源贮存舱，所述安注水源贮存舱为方形结构，布置在安全壳外侧，船舶外板空舱内侧。

在上述技术方案中，所述核辅机械舱紧邻安全壳，布置在安全壳的上风向，船舶舱底空舱上部，其两侧为空舱；所述核辅机械舱包括仪表间、取样间、实验室、核辅机械设备间和海水箱，所述海水箱采取高低位设置。

进一步地，所述核三废处理舱紧邻安全壳，布置在安全壳的上风向，位于核辅机械舱的上部布置；所述核三废处理舱从下至上依次包括设置的废液处理间、工艺废液储存间、核废物处理及储存间、洗消间、负压和堆舱空调机间、废气处理间和排气集管。

与现有技术中将反应堆舱布置在首部或者尾部的结构相比，本发明具有如下优点：

一、本发明结构对船舶总纵强度附加的弯曲较小，总纵承受的压应力，因此总纵强度设计不用特别加强，可以有效的减少结构重量，降低造价，减小船舶吃水，保证了船舶安全。

二、本发明结构中，反应堆舱在中部，浮态稳定，使得船舶首尾倾斜较小，本发明只需要少量的调整反应堆舱左右两侧的压载水舱即可平衡且压载水舱室的容积变小，从而对压载泵的性能要求变低，降低了设备造价。

三、本发明结构能够有效的减少了被撞击的方向，减少了撞击破坏的风险。

四、本发明结构便于设置检修吊装通道，维修性好，空间利用率高，结构与二次屏蔽工艺性好。

五、本发明结构有利于换料、放射性废物、机舱的控制和管理，对外输送能源如电力或者淡水等流程合理。

附图说明

图1为本发明水面核动力船舶反应堆舱总体布置结构的示意图。

图2为负压和堆舱空调机间的位置结构示意图。

图3为核燃料装卸舱的位置结构示意图。

图4为核废物处理及储存间的位置结构示意图。

图5为工艺废液储存间的位置结构示意图。

图6为废液处理间的位置结构示意图。

图7为核辅机械舱的位置结构示意图。

图8为废气处理间的位置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明水面核动力船舶反应堆舱总体布置结构包括反应堆舱，涉及的核动力船舶反应堆舱布置在船的中部，使得船的重量中心在中轴线上，可实现船安全和核安全。同时该布置可以全面的降低总吨位以及建造成本，提高船舶的性能。

本发明为水面核动力船舶反应堆舱总体布置，船舶的断面形状为方形，主要由核燃料装卸舱1、乏燃料舱2、安全壳舱3、核辅机械舱4、核三废处理舱5组成。上述五部分舱室在船舶舱底空舱上和两个舷侧空舱之内进行生根布置，总体布置设计立面图如图1所示。各舱室的结构及位置说明如下：

核燃料装卸舱1用于装卸和存放新旧核燃料以及对安全壳内机械设备进行装卸，舱内设置新燃料贮存区、检修区，具体布置图见图1和图2所示。舱内设置乏燃料水舱内的机械设备检修口和安全壳内机械设备检修口以及反应堆换料口。

乏燃料贮存舱2用于存放使用过的堆芯燃料件的乏燃料水池的安装，该舱室设置有顶端过渡舱、屏蔽水舱以及用乏燃料水池的设备安装的空间，具体布置图见图1、图4和图7所示，本舱内设置楼梯和紧急竖梯供上下。

安全壳舱3用于安装反应堆、主泵、蒸发器以及稳压器等等相关的机械设备。设置有安全壳、抑压水箱、安注水源贮存舱、屏蔽水舱以及舷侧空舱以及屏蔽材料组成。具体地，本实施例中，安全壳设置为两个，每个安全壳为方形结构，沿船宽方向并排布置，安全壳之间通过各自的墙壁隔离，并保持一定的距离，形成空舱部分。方形安全壳设计和双向并排布置具有以下优点：

1)内部空间大、规整，安注箱可放置在安全壳舱内。

2)内部可放置抑压系统，减小安全壳内峰值压力。

3)双堆可横向并排，占用堆舱空间小并且可以有效较少船舶型长。

4)各层平台剩余空间大，吊装及维修方便。

由于安全壳内属于放射性物质浓度极高，属于辐射红区，因此为了减少放射性物质射线的危害，在安全壳舱室外壁四周设置一圈屏蔽层，底部和顶部屏蔽依靠屏蔽水舱里的水进行屏蔽。如图1、图6和图7所示，每个安全壳内部3个侧面设置有3个抑压水箱，该抑压水箱为方形结构，用于紧急情况下执行核安全功能的控制安全壳压力。但是在正常工况下，该抑压水箱可以用于辐射屏蔽的作用。

安全壳内从小至上布置有三层甲板，分别放置一回路系统机械设备。从下至上，安全壳内第一层甲板起到顶部的屏蔽水舱的高度方向上，沿着安全壳两侧面设置有安注水源贮存舱，用于一回路管路破裂紧急补充水源。安注水源贮存舱为方形结构，布置在安全壳外侧，船舶外板空舱内侧。如图1、图4和图5所示。

核辅机械舱4紧邻安全壳，布置在安全壳的上风向，以避免安全壳的高放射性物质污染其他该舱室。船舶舱底空舱上部，其两侧为空舱，主要由仪表间、取样间、实验室以及核辅机械设备间组成，在辅以楼梯和竖梯等部分。核辅机械舱4设置有海水箱，海水箱采取高低位设置，用于取机械设备取海水使用，如图1和图7所示。

核三废处理舱5组成紧邻安全壳，布置在安全壳的上风向，以避免安全壳的高放射性物质污染其他该舱室。在核辅机械舱4的上部布置。由废液处理间、工艺废液储存间、核废物处理及储存间、洗消间、负压和堆舱空调机间、废气处理间以及排气集管组成。核三废处理舱5主要用于核动力船舶核废液体、核废固体以及核废气体的处理。按照上层部分处理废气，中间层处理费固体，最下层处理废液的原则进行舱室布置，如图1所示。每一层的结构和功能为：废液处理间为从下至上的第一层，用于处理安全壳内排出的化学反应产生的中浓度的放射性废液，如图6所示。工艺废液储存间为从下至上的第二层，用于处理安全壳内排出的反应堆和一回路系统产生的高浓度放射性废液。船舶左右两侧设置工艺废液储存间，该舱室设置屏蔽层，如图5所示。核废物处理及储存间为从下至上的第三层，用于处理检修和运行期间产生的放射性固体废物，如图4所示。洗消间为从下至上的第四层，用于人员进出安全壳期间的放射性物质去污。主要由去污间、分拣间、新滤芯存放间、更衣室、储物间以及剂量管理室组成，如图3所示。负压和堆舱空调机间为从下至上的第五层，用于制造安全壳内负压以及设备恒温的机械设备安装处所，如图2所示。废气处理间为从下至上的第六层，用于核放射性废气处理的机械设备布置，如图8所示。排气集管在废气处理间的顶部，为方形结构，用于核燃料装卸舱1、乏燃料舱2、安全壳舱3、核辅机械舱4和核三废处理舱5舱室内的气体的排放，如图1所示。

本发明结构将反应堆舱布置在船的中部即中部承重最重，能够确保船的重量中心在中轴线上，即可实现船的稳定浮态，不发生倾斜(纵倾和横倾)，对船舶压载的需求要求降低，不会造成额外压载水的大幅度增加去平衡尾部布置的重量。此外中间布置使得船舶总纵龙骨收到的弯曲应力最小，这对于大大降低结构对强度的需求，能够有效的减轻船舶的重量。此外，各舱室的位置结构能够满足水面核动力船舶的船安全、核安全、总吨位以及建造成本的要求。