CN110081119A - 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、移动凸轮、连杆和滚轮，连杆的两端分别与滚轮和内安全壳相连，移动凸轮与外安全壳沿竖向滑动配合，且移动凸轮的内表面形成导向面，滚轮止抵导向面，在连杆沿水平运动时驱动移动凸轮沿竖向相对于外安全壳滑动。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、移动凸轮、连杆和滚轮以及竖向隔震支座和竖向阻尼器的综合作用，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、移动凸轮、连杆和滚轮，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，且通过移动凸轮、连杆和滚轮，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、移动凸轮、连杆和滚轮，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，所述连杆的一端与所述滚轮相连，所述连杆的另一端与所述内安全壳相连，所述移动凸轮与所述外安全壳沿竖向滑动配合，且所述移动凸轮的内表面形成导向面，所述滚轮止抵所述导向面，在所述连接杆沿水平运动时驱动所述移动凸轮沿竖向相对于所述外安全壳滑动。

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、移动凸轮、连杆和滚轮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移动凸轮、连杆和滚轮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，所述导向面为弧形面。

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，所述导向面包括第一导向段和第二导向段，所述第一导向段与所述第二导向段圆滑连接，且所述第一导向段向靠近所述外安全壳的方向凹陷，所述第二导向段向远离所述外安全壳的方向凹陷。

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，所述连杆安装于所述内安全壳的外壁，且与所述内安全壳的上部相连。

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，所述外安全壳的内壁设有沿竖向的滑槽，所述移动凸轮安装于所述滑槽。

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，所述移动凸轮设有第二位移传感器和第二温度传感器。

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，所述移动凸轮、所述连杆和所述滚轮均为多个，其中，每个所述连杆都有与其对应的所述移动凸轮和所述滚轮，多个连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，所述连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，所述连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是图1在B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；

第二位移传感器32；第二温度传感器34；

移动凸轮5；导向面51；第一导向段511；第二导向段512；连接杆52；滚轮53；第一位移传感器31；第一温度传感器33。

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、移动凸轮5、连接杆52和滚轮53。连接杆52的一端与滚轮53相连，连接杆52的另一端与内安全壳22相连，移动凸轮5与外安全壳12沿竖向滑动配合，且移动凸轮5的内表面形成导向面51，滚轮53止抵导向面51，在连接杆52沿水平运动时驱动移动凸轮5沿竖向相对于外安全壳12滑动。

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之间布置移动凸轮5、连接杆52和滚轮53，移动凸轮5、连接杆52和滚轮53均为多个，其中，每个连接杆52都有与其对应的移动凸轮5和滚轮53，多个连接杆52沿内安全壳11的周向间隔开布置，其中，移动凸轮5设有第二位移传感器32和第二温度传感器34。

内安全壳11相对地基400沿水平方向移动时会带动连接杆52和滚轮53沿水平方向移动，移动凸轮5的内表面形成导向面51，滚轮53止抵导向面51，连接杆52沿水平方向移动，滚轮53与导向面51滑动配合，可以使移动凸轮5沿竖向移动，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的水平移动转化为移动凸轮5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。第二位移传感器32和第二温度传感器34用于对移动凸轮5的位移和环境温度进行实时监控。

在一些实施例中，导向面51为弧形面，弧形的导向面51便于滚轮53与其配合，且连接杆52通过滚轮53将力传递到移动凸轮5较方便，如图2所示，导向面51包括第一导向段511和第二导向段512，第一导向段511与第二导向段512圆滑连接，且第一导向段511向靠近外安全壳12的方向凹陷，第二导向段512向远离外安全壳12的方向凹陷，由此，导向面51的各处与连接杆52及滚轮53的距离都不同，且导向面51相对平滑，当内安全壳11与外安全壳12的相对位置不同时，都可以使滚轮53止抵在导向面51，从而实现将内安全壳11的横向移动转化为移动凸轮5的竖向移动，且两个凹陷方向不同的导向段的设置，将使导向面51的斜率较大，从而可以提升位移转化效率，即连接杆52沿水平方向移动较小距离即可转化为移动凸轮5的较大的竖向位移。

移动凸轮5安装于滑槽121，由此，可以通过滑槽121与移动凸轮5的配合实现移动凸轮5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，进而提升移动凸轮5、连接杆52和滚轮53的性能。可以在滑槽121与移动凸轮5的接触面设防滑花纹，或者在滑槽121与移动凸轮5的接触面设防滑涂层等途径增强滑槽121与移动凸轮5间的滑动摩擦力，从而实现移动凸轮5与外安全壳12的滑动阻尼配合。

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200200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200200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，连接杆52与壳本体111的上端相连，在发生地震时，连接杆52与壳本体111的上端相连，从而使连接杆52、滚轮53和移动凸轮5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，连接杆52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，连接杆52与调谐质量阻尼器112相连，从而使连接杆52、滚轮53和移动凸轮5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、移动凸轮、连接杆和滚轮，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，所述连接杆的一端与所述滚轮相连，所述连接杆的另一端与所述内安全壳相连，所述移动凸轮与所述外安全壳沿竖向滑动配合，且所述移动凸轮的内表面形成导向面，所述滚轮止抵所述导向面，在所述连接杆沿水平运动时驱动所述移动凸轮沿竖向相对于所述外安全壳滑动。

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。

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，所述导向面为弧形面。

4.根据权利要求3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，所述导向面包括第一导向段和第二导向段，所述第一导向段与所述第二导向段圆滑连接，且所述第一导向段向靠近所述外安全壳的方向凹陷，所述第二导向段向远离所述外安全壳的方向凹陷。

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，所述连接杆安装于所述内安全壳的外壁，且与所述内安全壳的上部相连。

6.根据权利要求1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，所述移动凸轮安装于所述滑槽。

7.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，所述移动凸轮设有第二位移传感器和第二温度传感器。

8.根据权利要求1-7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，所述移动凸轮、所述连接杆和所述滚轮均为多个，其中，每个所述连接杆都有与其对应的所述移动凸轮和所述滚轮，多个所述连接杆沿所述内安全壳的周向间隔开布置。

9.根据权利要求1-7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，所述连接杆与所述壳本体的上端相连。

10.根据权利要求1-7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，所述连接杆与所述调谐质量阻尼器相连。