一种安全壳、核反应堆安全装置的制作方法

1.本实用新型涉及核电结构工程技术领域，尤其涉及一种安全壳、核反应堆安全装置。


背景技术：

2.安全壳是容纳反应堆压力容器以及其他系统的结构，需要保证其内部与外部环境隔离以及能够承担失水事故时的压力，同时还要能够抵御商用飞机的撞击以及地震、龙卷风等外部灾害。
3.目前，国内外对安全壳主流的设计方案是采用双层壳的结构，内壳以保证其内部与外部环境隔离以及能够承担失水事故时的压力，外壳以保证能够抵御商用飞机的撞击以及地震、龙卷风等外部灾害。但是双层壳的结构导致建设成本较高。


技术实现要素：

4.本实用新型实施例提供一种安全壳、核反应堆安全装置，以解决现有技术中安全壳建设成本较高的问题。
5.第一方面，本实用新型实施例提供了一种安全壳，包括壳体，所述壳体内具有容置腔，所述容置腔内设置有内衬里、预应力钢束和第一钢筋，所述内衬里、所述预应力钢束和所述第一钢筋依次间隔设置。
6.可选的，所述内衬里贴合所述壳体的内表面设置；所述第一钢筋靠近所述壳体的外表面设置。
7.可选的，所述预应力钢束包括朝第一方向设置的第一钢束和朝第二方向设置的第二钢束，所述第一方向与所述第二方向相交。
8.可选的，所述容置腔内还设置有第二钢筋，所述第二钢筋设置在所述第一钢束与所述第二钢束之间。
9.可选的，所述容置腔内还设置有第三钢筋，所述第三钢筋设置在所述内衬里与所述预应力钢束之间。
10.可选的，所述容置腔内通过混凝土填充。
11.可选的，所述安全壳包括第一壳体部和第二壳体部，所述第一壳体部和所述第二壳体部均包括所述容置腔。
12.可选的，所述第一壳体部为筒身结构，所述第二壳体部为穹顶结构。
13.第二方面，本实用新型实施例提供了一种核反应堆安全装置，包括如第一方面所述的安全壳。
14.这样，本实用新型实施例中，通过在容置腔中依次间隔设置内衬里、预应力钢束和第一钢筋，使得内衬里能够提供对壳体内部的密封性；第一钢筋能够抵御壳体外部的撞击，以及承载壳体外部的安全装置；预应力钢束在壳体中形成预压应力以增强壳体在受到内部和/或外部作用时壳体的抗拉承载能力，从而满足了安全壳的设计要求，同时达到降低建设
成本的目的。
15.另外，当包括第三钢筋时，通过在容置腔中依次间隔设置内衬里、第三钢筋、预应力钢束和第一钢筋，且容置腔内填充混凝土，使得内衬里能够提供对壳体内部的密封性；第三钢筋和第一钢筋能够抵御壳体外部的撞击，以及承载壳体外部的安全装置；预应力钢束在壳体的混凝土中形成预压应力以增强壳体在受到内部和/或外部作用时壳体混凝土的抗拉承载能力，从而满足了安全壳的设计要求，同时达到降低建设成本的目的。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本实用新型实施例提供的安全壳的结构示意图之一；
18.图2是本实用新型实施例提供的安全壳的结构示意图之二；
19.图3是图2中沿a
‑
a线的剖视图；
20.图4是图2中沿b
‑
b线的剖视图；
21.图5是本实用新型实施例提供的内衬里的结构示意图；
22.图6是本实用新型实施例提供的核反应堆安全装置设计方法的流程图。
具体实施方式
23.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
24.本实用新型的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的结构在适当情况下可以互换，以便本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
25.请参阅图1，图1是本实用新型实施例提供的安全壳的结构示意图之一。如图1所示，本实用新型实施例提供的一种安全壳，包括壳体，壳体内具有容置腔100，容置腔100内设置有内衬里101、预应力钢束102和第一钢筋103，内衬里101、预应力钢束102和第一钢筋103依次间隔设置。
26.本实施方式中，容置腔100可以设置成预应力钢筋混凝土，安全壳通过壳体内表面至壳体外表面之间形成的容置腔100实现安全壳内部与外界的隔离。具体是通过在容置腔100中依次间隔设置内衬里101、预应力钢束102和第一钢筋103，使得内衬里101能够提供对壳体内部的密封性；第一钢筋103能够抵御壳体外部的撞击，以及承载壳体外部的安全装置；预应力钢束102在壳体中形成预压应力以增强壳体在受到内部和/或外部作用时的抗拉
承载能力，从而满足了安全壳的设计要求，同时达到降低建设成本的目的。
27.进一步的，容置腔100内还设置有第三钢筋105，通过在容置腔100中依次间隔设置内衬里101、第三钢筋105、预应力钢束102和第一钢筋103，且容置腔100内填充混凝土，使得内衬里101能够提供对壳体内部的密封性；第三钢筋105和第一钢筋103能够抵御壳体外部的撞击，以及承载壳体外部的安全装置；预应力钢束102在壳体的混凝土中形成预压应力以增强壳体在受到内部和/或外部作用时壳体混凝土的抗拉承载能力，从而满足了安全壳的设计要求，同时达到降低建设成本的目的。
28.具体的，根据安全壳的设计要求，通过有限元仿真分析，进而选取安全壳的设计目标参数，比如，内衬里101根据实际分析结果可以选用6毫米的钢板，以确保内衬里101能够承受在发生事故时壳体内部产生的高温高压，保证密封性以防止壳体内部的有害物质泄漏。可选的，内衬里101可以是贴合壳体的内表面设置，第三钢筋105可以是靠近壳体的内表面设置，第一钢筋103可以是靠近壳体的外表面设置。压水堆的反应需要将水温加热到300多度，这就需要进行加压处理，一旦安全壳发生失水事故，壳体内部形成高温高压的环境，壳体内部气压大于外部大气压，有害物质容易向外泄漏。通过将内衬里101与壳体的内表面贴合设置，以增强密封性，使得内衬里101包容有害物质，避免泄漏。在受到恐怖袭击或突发灾害，比如大型商用飞机撞击、地震、龙卷风等，通过在靠近壳体的外表面设置第一钢筋103、在靠近壳体的内表面设置第三钢筋105，第一钢筋103、第三钢筋105和混凝土的结合，提高了壳体的抗外部灾害的承载能力。第一钢筋103和第三钢筋105可以是由纵横交错布置的2组普通钢筋构成的网状结构，使得第一钢筋103覆盖壳体的外表面，第三钢筋105覆盖在壳体的内表面。如图1所示，还可以在壳体的外表面设置2层第一钢筋103，在壳体的内表面设置2层第三钢筋105，并浇筑混凝土，通过2层第一钢筋103、2层第三钢筋105和混凝土对壳体的支撑，增强了结构的强度，以抵御壳体外部的荷载，以及能够承载壳体外部的安全装置，比如非能动补水系统的水箱，从而保证壳体的整体稳定性。
29.进一步，如图1所示，在第三钢筋105和第一钢筋103之间设置预应力钢束102，预应力钢束102可以是设置在壳体的中性面上，以增强壳体混凝土的抗拉承载能力。在发生严重的失水事故或遭到更强的外部破坏时，通过混凝土包裹的第三钢筋105和第一钢筋103依然难以抵抗，会造成壳体混凝土产生裂缝。这时，通过预应力钢束102产生的预压应力以抵抗壳体发生变形时混凝土产生的拉应力，从而增强壳体混凝土的抗拉承载能力。满足了安全壳的设计要求，同时达到降低建设成本的目的。
30.可选的，预应力钢束102包括朝第一方向设置的第一钢束1021和朝第二方向设置的第二钢束1022，第一方向与第二方向相交。
31.本实施方式中，第一钢束1021可以是由多根预应力钢绞线拧成的钢束，在第一方向上可以是每间隔50至80厘米设置一束第一钢束1021，使得多束第一钢束1021在第一方向上环绕壳体；第二钢束1022与第一钢束1021可以是具有相同的结构，在第二方向上可以是每间隔50至80厘米设置一束第二钢束1022，使得多束第二钢束1022在第二方向上环绕壳体，同时第一方向与第二方向可以是正交，以使得第一钢束1021和第二钢束1022构成的网状结构，更好的增强了预应力钢束102对壳体混凝土的预压应力。需要说明的是，第一钢束1021和第二钢束1022的数量及间隔根据壳体的体积来设置，使得第一钢束1021和第二钢束1022能够构成网状结构，以抵消或减小外载荷作用在壳体混凝土上的拉应力，避免混凝土
产生开裂。满足了安全壳的设计要求，同时达到降低建设成本的目的。
32.可选的，容置腔100内还设置有第二钢筋104，第二钢筋104设置在第一钢束1021与第二钢束1022之间。
33.本实施方式中，第二钢筋104可以是与第一钢筋103具有相同的结构，在第一钢束1021与第二钢束1022之间可以设置1层第二钢筋104，使得第二钢筋104对预应力钢束102进行支撑，以增强预应力钢束102的可建造性。
34.相较于现有安全壳采用双层的结构设计，本实用新型上述提供的实施例中采用的实施方式满足了安全壳的设计要求，同时达到降低建设成本的目的。
35.请参阅图2至图5。可选的，安全壳包括第一壳体部201和第二壳体部202，第一壳体部201和第二壳体部202均包括容置腔100。
36.本实施方式中，可选的，第一壳体部201可以是筒身结构，第二壳体部202可以是穹顶结构。第一壳体部201的第一端与地基相连，以固定并承载安全壳；第一壳体部201和第二壳体部202的连接处还设置有水箱203，通过水箱203进一步对第一壳体部201和第二壳体部202的连接处进行防护，在发生事故时水箱203可以作为一道保护屏障。同时，水箱203设置于安全壳的外侧，在满足安全壳设计要求的同时达到降低建设成本的目的。
37.如图5所示，第一壳体部201和第二壳体部202均包括内衬里101，内衬里101可以是贴合第一壳体部201和第二壳体部202的内表面设置，以保证密封性从而防止安全壳内部的有害物质泄漏。第一壳体部201和第二壳体部202均包括预应力钢束102，通过将预应力钢束102设置成由第一钢束1021和第二钢束1022构成的网状结构，以抵消或减小外载荷作用在壳体混凝土上的拉应力，避免壳体混凝土产生开裂。第一壳体部201、第二壳体部202以及水箱203均包括第一钢筋103，可以是通过在靠近第一壳体部201、第二壳体部202以及水箱203的外表面设置第一钢筋103，其中，第一钢筋103可以是由纵横交错布置的2组普通钢筋构成的网状结构，使得第一钢筋103覆盖第一壳体部201、第二壳体部202以及水箱203的外侧。第一壳体部201、第二壳体部202以及水箱203的内表面还可以布置同样的网状结构。从而增强安全壳的抵抗外部荷载的能力，满足了安全壳的设计要求，同时达到降低建设成本的目的。
38.本实用新型实施例还提供了一种核反应堆安全装置，包括上述的安全壳。由于本实用新型实施例提供的一种核反应堆安全装置包括了上述安全壳，因此具有与上述安全壳相同的有益技术效果，而安全壳的结构可以参见上述实施例中的相应描述，具体在此不再赘述。
39.请参阅图6，图6是本实用新型实施例提供的核反应堆安全装置设计方法的流程图。如图6所示，本实用新型实施例还提供了一种核反应堆安全装置设计方法，应用于上述核反应堆安全装置，所述方法包括：
40.步骤601、获取安全壳设计参数。
41.该步骤中，根据第三代核技术的要求，确定安全壳的设计参数，包括安全壳的尺寸和非能动补水系统的水箱参数，水箱的重量是千吨级的，一旦发生紧急情况，不需要交流电源和应急发电机，仅利用地球引力、物质重力等自然现象就可驱动核电厂的安全系统，巧妙地冷却反应堆堆芯，带走堆芯余热，并对安全壳内部实施热交换，从而恢复核电站的安全状态。
42.步骤602、基于所述设计参数构建仿真模型，并求得目标参数。
43.该步骤中，借助计算机辅助设计软件，比如ansys、abaqus等有限元分析软件，构建仿真模型，进行结构分析、流体分析以及耦合分析等，并求得目标参数。
44.步骤603、根据所述目标参数设计设置内衬里、第三钢筋、预应力钢束和第一钢筋的分布参数。
45.该步骤中，根据上一步骤中求得的目标参数，对内衬里、第三钢筋、预应力钢束和第一钢筋的分布参数进行优化设计，其中，所述分布参数包括：
46.内衬里的材料和料厚；
47.第三钢筋的数量和位置；
48.预应力钢束的数量和位置；
49.第一钢筋的数量和位置。
50.具体的，比如，根据实际分析结果的目标参数，内衬里可以选用6毫米的钢板，以确保内衬里能够承受在发生事故时壳体内部产生的高温高压，保证密封性以防止壳体内部的有害物质泄漏。根据实际分析结果的目标参数，预应力钢束可以设置在安全壳的中性面上，且预应力钢束包括朝第一方向设置的第一钢束和朝第二方向设置的第二钢束，第一方向与第二方向相交。其中，第一钢束可以是由多根预应力钢绞线拧成的钢束，在第一方向上可以是每间隔50至80厘米设置一束第一钢束，使得多束第一钢束在第一方向上环绕壳体；第二钢束与第一钢束可以是具有相同的结构，在第二方向上可以是每间隔50至80厘米设置一束第二钢束，使得多束第二钢束在第二方向上环绕壳体，同时第一方向与第二方向可以是正交，以使得第一钢束和第二钢束构成的网状结构，更好的增强了预应力钢束对壳体混凝土的预压应力。需要说明的是，第一钢束和第二钢束的数量及间隔根据分析结果来设置，通过将预应力钢束设置成由第一钢束和第二钢束构成的网状结构，以抵消或减小外载荷作用在壳体混凝土上的拉应力，避免产生开裂。根据实际分析结果的目标参数，第一钢筋可以是设置在壳体的外表面的，在壳体的外表面设置2层第一钢筋，第三钢筋可以是设置在壳体的内表面的，在壳体的内表面设置2层第三钢筋，并浇筑混凝土，通过2层第一钢筋、2层第三钢筋和混凝土的支撑作用，增强了壳体结构的强度，以抵御壳体外部的撞击，以及能够承载壳体外部的安全装置，保证壳体的整体稳定性。从而，通过上述核反应堆安全装置设计方法能够满足安全壳的设计要求，同时达到降低建设成本的目的。
51.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
52.上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本实用新型的保护之内。