CN110106921B - 双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构，包括：内安全壳、外安全壳、堆芯支撑结构、堆芯结构、水平隔震支座、竖向隔震支座、竖向阻尼器、第一液压缸、第二液压缸和阻尼滑块，阻尼滑块与外安全壳沿竖向滑动阻尼配合，且阻尼滑块安装于外安全壳的外壁，第二液压缸安装于外安全壳的外壁，第一液压缸与第二液压缸相连，在第一活塞杆沿水平运动时第二活塞杆驱动阻尼滑块沿竖向相对外安全壳滑动。根据本发明的用于双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构，通过各部分的综合作用，产生三维的减震效果，可以实现了满足核电站特殊抗震安全要求，显著地提高了核电站结构的抗震安全性。

Description

双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构

技术领域

本发明属于双层安全壳核电站减震技术领域，具体而言，涉及一种用于双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构。本发明属于被动控制减震系统，符合动力学和机械原理，提高了相关结构及其设备的抗震安全性。

背景技术

近年来，我国核电站建设水平不断提高，已经逐步发展到世界前列。由于核电站安全的重要性以及发生事故高昂的代价，要求我们综合各方面技术提高核电站基础建设的安全性，每个因素都至关重要缺一不可，特别是抗震安全性。最近严重的日本311地震时的福岛核电站事故，多地甚至是大洋彼岸的美国都报告了检测出受福岛事故污染的案例，福岛事故再一次把核电地震安全问题推到世界公众面前。

目前我国较先进的一批核电站项目均采用了双层安全壳的设计理念，采用双层安全壳，内层确保反应堆发生事故的情况下放射性物质不能外泄，外层抵抗外部撞击的损害，可以抵御类似商用大飞机的撞击，厂区也可以抵御相当于日本福岛核事故中的地震震级，但由于地震的随机性，仍要采用先进的技术减小核电站的地震响应。

核电在结构位于同一场地，并且结构尺寸与地震相比属于小尺寸构件，可以假定核电站不用考虑地震空间差异性，将地震动分解为水平和竖向地震动，在水平和竖向地震动中，由此，地震容易对反应堆造成较严重的伤害。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种抗震性好，减震效果稳定，且可以有效将水平震动转化为竖向震动的用于双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构。

根据本发明的用于双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构，通过设置水平隔震支座、第一液压缸、第二液压缸和阻尼滑块，使内安全壳相对地基沿水平方向位移以减弱、减小了地震作用力，且通过第一液压缸、第二液压缸和阻尼滑块配合，将内安全壳的水平移动转化为竖向移动，可以通过该竖直移动形成竖向摩擦阻尼力，提供了内外壳结构的竖向阻尼，减小了内安全壳及其内部结构的竖向震动，减缓内安全壳的水平位移，使用于双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构从水平两个方向和竖向一个方向产生三维的减震效果，可以实现了满足核电站特殊抗震安全要求，显著地提高了核电站结构的抗震安全性。

根据本发明的用于双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构，包括：内安全壳、外安全壳、堆芯支撑结构、堆芯结构、水平隔震支座、竖向隔震支座、竖向阻尼器、第一液压缸、第二液压缸和阻尼滑块，所述外安全壳与地面固定连接，所述内安全壳与地基通过所述水平隔震支座连接，所述堆芯结构的承重构件与所述内安全壳的底板通过所述竖向隔震支座连接，所述堆芯结构的承重构件与所述内安全壳的侧壁通过所述竖向阻尼器连接，所述阻尼滑块与所述外安全壳沿竖向滑动阻尼配合，且所述阻尼滑块安装于所述外安全壳的外壁，所述第二液压缸安装于所述外安全壳的外壁，所述第一液压缸与所述第二液压缸相连，所述第一液压缸的第一活塞与所述第一液压缸的第一活塞杆的第一端相连，所述第一活塞杆的第二端与所述内安全壳相连，所述第二液压缸的第二活塞杆的第一端与所述第二液压缸的第二活塞相连，所述第二活塞杆的第二端与所述阻尼滑块相连，且在所述第一活塞杆沿水平运动时所述第二活塞杆驱动所述阻尼滑块沿竖向相对所述外安全壳滑动。

根据本发明的用于双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构，通过设置水平隔震支座、第一液压缸、第二液压缸和阻尼滑块以及竖向隔震支座和竖向阻尼器，使用于双层安全壳核电站基础隔震与第一液压缸、第二液压缸和阻尼滑块竖向减震组合的三维减震结构用于双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构从水平两个方向和竖向一个方向产生三维的减震效果，可以实现了满足核电站特殊抗震安全要求，显著地提高了核电站结构的抗震安全性。

根据本发明一个实施例的用于双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构，所述水平隔震支座采用叠层橡胶支座，且所述水平隔震支座的水平刚度远小于竖直刚度，所述竖向隔震支座安装于所述内安全壳的底板与所述堆芯结构的承重构件之间，所述竖向隔震支座的水平刚度大于竖直刚度，所述竖向阻尼器安装于所述堆芯结构的支撑构件与所述内安全壳的侧壁之间。

根据本发明一个实施例的用于双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构，所述第一活塞杆与所述内安全壳的外壁的上部相连。

根据本发明一个实施例的用于双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构，所述第一活塞杆沿横向延伸，且所述第一活塞杆的内端与所述内安全壳的外壁相连，所述第一活塞杆的外端与所述第一活塞相连且与所述外安全壳的内壁间隔开，所述第二活塞杆沿竖向延伸。

根据本发明一个实施例的用于双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构，所述第一活塞将所述第一液压缸的腔体分隔出第一有杆腔和第一无杆腔，所述第二活塞将所述第二液压缸的腔体分隔出第二有杆腔和第二无杆腔，所述第一无杆腔与所述第二无杆腔相连，所述第一有杆腔与所述第二有杆腔相连，所述第一无杆腔与所述第二无杆腔间连接有第一换向阀，所述第一有杆腔与所述第二有杆腔间连接有第二换向阀和第三换向阀。

根据本发明一个实施例的用于双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构，所述阻尼滑块设有位移传感器和温度传感器。

根据本发明一个实施例的用于双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构，所述外安全壳的内壁设有沿竖向的滑槽，所述阻尼滑块安装于所述滑槽。

根据本发明一个实施例的用于双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构，所述第一液压缸、所述第二液压缸和所述阻尼滑块均为多个，其中，每个所述第一液压缸都有与其对应的所述第二液压缸和所述阻尼滑块，多个所述第一活塞杆沿所述内安全壳的周向间隔开布置。

根据本发明一个实施例的用于双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构，所述内安全壳包括壳本体，所述第一活塞杆与所述壳本体的上端相连。

根据本发明一个实施例的用于双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构，所述内安全壳包括壳本体和调谐质量阻尼器，所述调谐质量阻尼器安装于所述壳本体的顶端，所述第一活塞杆与所述调谐质量阻尼器相连。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的用于双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构的结构示意图；

图2是根据本发明的实施例的位移转向装置(图1在E处的局部放大图)。

图3是根据本发明的另一个实施例的用于双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构的结构示意图。

附图标记：

用于双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构100；堆芯支撑结构200；堆芯结构300；地基400；

内安全壳11；壳本体111；调谐质量阻尼器112；外安全壳12；滑槽121；内安全壳底板13；

水平隔震支座21；竖向隔震支座22；竖向阻尼器23；阻尼滑块24；

第一液压缸71；第一活塞711；第一活塞杆712；第二液压缸72；第二活塞721；第二活塞杆722；第一换向阀73；第二换向阀74；位移传感器32；温度传感器34。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了满足核电站结构和设备不允许出现地震破坏的要求，根据地震动三维震动(水平两个方向，竖向一个方向)的实际情况，发挥双层安全壳(外安全壳12、内安全壳11)的核电站的结构特性，本发明提出一种用于双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构100。下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的用于双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构100。

如图1-图3所示，根据本发明一个实施例的用于双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构100包括：内安全壳11、外安全壳12、水平隔震支座21、竖向隔震支座22、竖向阻尼器23、第一液压缸71、第二液压缸72和阻尼滑块24。

如图1、图3所示，外安全壳12采用固接方式与地基400连接，外安全壳12罩设于内安全壳11，内安全壳11舍弃了传统的固接方式，安装于水平隔震支座21上，水平隔震支座21采用橡胶隔震支座设置为隔震层，采用水平隔震支座21安装于地基400，且水平隔震支座21的水平刚度小于竖直刚度，以使内安全壳11与地基400的水平连接的刚度较小，使内安全壳11在地震时可以相对地基400水平方向移动，并形成内安全壳11与外安全壳12之间较大的水平相对位移。由于外安全壳12结构的结构刚度大，因而其地震水平位移小，而内安全壳11结构的结构刚度小，其地震水平位移大，因而内安全壳11和外安全壳12可以产生较大的水平位移差。具体地，内安全壳11及其内部结构采用水平隔震支座21进行基础隔震，隔离水平地震动向核电站结构和设备的传送能量。

具体地，水平隔震支座21可以使内安全壳11相对地基400沿水平方向震动的形式分散、减弱、疏导地震作用力，此时，水平隔震支座21的地震响应主要集中在基础隔震层，可以实现了隔离水平地震动，减小了内安全壳11及其内部结构的水平地震动。

如图1-图3所示，在内安全壳11和外安全壳12处分别布置第一液压缸71、第二液压缸72和阻尼滑块24，第一液压缸71、第二液压缸72和阻尼滑块24均为多个，其中，每个第一液压缸71都有与其对应的第二液压缸72和阻尼滑块24，多个第一活塞杆712沿内安全壳11的周向间隔开布置。

阻尼滑块24与外安全壳12沿竖向滑动阻尼配合，且阻尼滑块24安装于外安全壳12的外壁，第二液压缸72安装于外安全壳12的外壁，第一液压缸71与第二液压缸72相连，第一液压缸71的第一活塞711与第一液压缸71的第一活塞杆712的第一端相连，第一活塞杆712的第二端与内安全壳11相连，第二液压缸72的第二活塞杆722的第一端与第二液压缸72的第二活塞721相连，第二活塞杆722的第二端与阻尼滑块24相连，且在第一活塞杆712沿水平运动时第二活塞杆722驱动阻尼滑块24沿竖向相对外安全壳12滑动。

内安全壳11相对地基400沿水平方向移动时会带动第一活塞杆712沿水平方向移动，进而使第一活塞杆712推动第一活塞711，使第一液压缸71将内安全壳11沿横向的水平力转化为液压力并传递到第二液压缸72，并由第二活塞杆722传递到阻尼滑块24，使阻尼滑块24沿竖向滑动，通过该竖向移动形成竖向摩擦阻尼力，进而完成将内安全壳11的水平移动转化为阻尼滑块24的竖向移动，即将内安全壳11的水平移动转化为外安全壳12的竖向阻尼，减小了内安全壳11及其内部结构的竖向震动。

阻尼滑块24安装于外安全壳12的外壁，第二液压缸72安装于外安全壳12的外壁，阻尼滑块24和第二液压缸72安装于外安全壳12的外壁可以使阻尼滑块24的布置不妨碍外安全壳12内的其他部件的布置，且使第二液压缸72距离第一液压缸71较远，可以提供更大的阻尼效果。

阻尼滑块24安装于滑槽121，由此，可以通过滑槽121与阻尼滑块24的配合实现阻尼滑块24相对外安全壳12的滑动配合，且该种配合结构简单，可靠性高，进而提升阻尼滑块24滑动的可靠性。可以在滑槽121与阻尼滑块24的接触面设防滑花纹，或者在滑槽121与阻尼滑块24的接触面设防滑涂层等途径增强滑槽121与阻尼滑块24间的滑动摩擦力，从而实现阻尼滑块24与外安全壳12的滑动阻尼配合。

在一些实施例中，如图2所示，第一活塞711将第一液压缸71的腔体分隔出第一有杆腔和第一无杆腔，第二活塞721将第二液压缸72的腔体分隔出第二有杆腔和第二无杆腔，第一无杆腔与第二无杆腔相连，第一有杆腔与第二有杆腔相连，第一无杆腔与第二无杆腔间连接有第一换向阀73，第一有杆腔与第二有杆腔间连接有第二换向阀74和第三换向阀75。

在一些示例中，还包括供油油路，供油油路连接在第二换向阀74与第三换向阀75之间，供油油路包括液压油箱和液压泵，液压油箱与驱动油路间连接有节流阀，液压油箱内还设有散热器，散热器上设有第一温度传感器33，阻尼滑块24设有位移传感器和第二温度传感器34。

内安全壳11因地震而产生水平晃动(水平位移)将通过第一活塞杆712传递到第一活塞711，第一活塞711对第一液压缸71的第一无杆腔中的液压油做功，从而将内安全壳11经第一活塞杆712传递到第一活塞711的水平移动(即机械能)转化为液压油的液压能；第一液压缸71的第一无杆腔中的液压油通过液压油管和第一换向阀73进入第二液压缸72的第二无杆腔，从而将第一液压缸71的第一无杆腔中液压能传递到第二液压缸72的第二无杆腔中；第二液压缸72(8)的第二无杆腔中液压能对第二活塞721做功(即将液压能转化为机械能)，然后第二活塞721推动第二活塞杆722做竖直运动；第二活塞杆722与阻尼滑块24连接，从而第二活塞杆722将推动阻尼滑块24做竖直运动，从而将内安全壳11因地震而产生水平晃动(水平位移)经过第一活塞杆712、第一活塞711、第二活塞721、第二活塞杆722转化为阻尼滑块24的竖直运动；阻尼滑块24安置在滑槽121中，滑槽121固定在外安全壳12上；在散热器上装置第一温度传感器33，在阻尼滑块24上装置第二位移传感器32和第二温度传感器34，从而对整个过程的油箱的温度、阻尼滑块24处的温度和阻尼滑块24的位移进行时时监控。

如图1、图3所示，用于双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构100还包括：内安全壳底板13、竖向隔震支座22和竖向阻尼器23。

内安全壳底板13的设置实现将内安全壳11安装在水平隔震支座21上，竖向隔震支座22的水平刚度大于竖直刚度，从而实现内安全壳11的竖向隔震，从而进一步减小内安全壳11的竖向震动；竖向阻尼器23可以防止堆芯支撑结构200与内安全壳11之间发生水平方向的相对位移而出现的磕碰等，对地震反应进行限制，进而起到保护与堆芯支撑结构200相连的堆芯结构300作用。

在一些实施例中，如图1所示，内安全壳11包括壳本体111，第一活塞杆712与壳本体111的上端相连，在发生地震时，第一活塞杆712与壳本体111的上端相连，从而使第一液压缸71、第二液压缸72和阻尼滑块24配合以吸收内安全壳11的水平振动，进而减轻内安全壳11的水平振动。

在另一些实施例中，如图3所示，内安全壳11包括壳本体111和调谐质量阻尼器112，调谐质量阻尼器112安装于壳本体111的顶端，第一活塞杆712与调谐质量阻尼器112相连，在发生地震时，调谐阻尼器可以提供一个频率几乎相等，与结构运动方向相反的力，来部分抵消外界激励引起的结构响应，由此，调谐阻尼器可以通过自身相对内安全壳11提供相反方向的力，抵消部分内安全壳11的水平位移，第一活塞杆712与调谐质量阻尼器112相连，从而使第一液压缸71、第二液压缸72和阻尼滑块24配合来吸收调谐质量阻尼器112的水平振动，进而减轻内安全壳11的水平振动。

在一些示例中，调谐质量阻尼器112可以为水箱，水箱内装有水，当发生地震时，水会由于内安全壳11的水平方向的振动在水箱内晃动，但由于水的惯性，水箱内的水可以提供一个与内安全壳11水平移动频率几乎相等，与内安全壳11运动方向相反的力，从而抵消部分内安全壳11受到的震动力。

根据上述说明，最终形成了使用于双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构100，从水平两个方向和竖向一个方向的减震设置实现了三维的减震效果，可以实现了满足核电站特殊抗震安全要求，显著地提高了核电站结构的抗震安全性。

Claims (10)

1.双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构，其特征在于，包括：内安全壳、外安全壳、堆芯支撑结构、堆芯结构、水平隔震支座、竖向隔震支座、竖向阻尼器、第一液压缸、第二液压缸和阻尼滑块，所述外安全壳与地面固定连接，所述内安全壳与地基通过所述水平隔震支座连接，所述堆芯支撑结构与所述内安全壳的底板通过所述竖向隔震支座连接，所述堆芯支撑结构与所述内安全壳的侧壁通过所述竖向阻尼器连接，所述阻尼滑块与所述外安全壳沿竖向滑动阻尼配合，且所述阻尼滑块安装于所述外安全壳的外壁，所述第二液压缸安装于所述外安全壳的外壁，所述第一液压缸与所述第二液压缸相连，所述第一液压缸的第一活塞与所述第一液压缸的第一活塞杆的第一端相连，所述第一活塞杆的第二端与所述内安全壳相连，所述第二液压缸的第二活塞杆的第一端与所述第二液压缸的第二活塞相连，所述第二活塞杆的第二端与所述阻尼滑块相连，且在所述第一活塞杆沿水平运动时所述第二活塞杆驱动所述阻尼滑块沿竖向相对所述外安全壳滑动。

2.根据权利要求1所述的双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构，其特征在于，所述水平隔震支座采用叠层橡胶支座，且所述水平隔震支座的水平刚度小于竖直刚度，所述竖向隔震支座安装于所述内安全壳的底板与所述堆芯支撑结构之间，所述竖向隔震支座的水平刚度大于竖直刚度，所述竖向阻尼器安装于所述堆芯支撑结构与所述内安全壳的侧壁之间。

3.根据权利要求1所述的双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构，其特征在于，所述第一活塞杆与所述内安全壳的外壁的上部相连。

4.根据权利要求1所述的双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构，其特征在于，所述第一活塞杆沿横向延伸，且所述第一活塞杆的内端与所述内安全壳的外壁相连，所述第一活塞杆的外端与所述第一活塞相连且与所述外安全壳的内壁间隔开，所述第二活塞杆沿竖向延伸。

5.根据权利要求1所述的双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构，其特征在于，所述第一活塞将所述第一液压缸的腔体分隔出第一有杆腔和第一无杆腔，所述第二活塞将所述第二液压缸的腔体分隔出第二有杆腔和第二无杆腔，所述第一无杆腔与所述第二无杆腔相连，所述第一有杆腔与所述第二有杆腔相连，所述第一无杆腔与所述第二无杆腔间连接有第一换向阀，所述第一有杆腔与所述第二有杆腔间连接有第二换向阀和第三换向阀。

6.根据权利要求1所述的双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构，其特征在于，所述阻尼滑块设有位移传感器和温度传感器。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构，其特征在于，所述外安全壳的内壁设有沿竖向的滑槽，所述阻尼滑块安装于所述滑槽。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构，其特征在于，所述第一液压缸、所述第二液压缸和所述阻尼滑块均为多个，其中，每个所述第一液压缸都有与其对应的所述第二液压缸和所述阻尼滑块，多个所述第一活塞杆沿所述内安全壳的周向间隔开布置。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构，其特征在于，所述内安全壳包括壳本体，所述第一活塞杆与所述壳本体的上端相连。

10.根据权利要求1-6中任一项所述的双层安全壳核电站的基础隔震与三维减震结构，其特征在于，所述内安全壳包括壳本体和调谐质量阻尼器，所述调谐质量阻尼器安装于所述壳本体的顶端，所述第一活塞杆与所述调谐质量阻尼器相连。

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