CN110576944A - 自升式核发电平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自升式核发电平台，其包括主船体、桩腿、核反应堆模块、吊装模块；主船体设有月池，核反应堆模块可拆卸地固定在主船体上，并贯穿于月池中；核反应堆模块脱离与主船体固定时，在起吊装置吊装作用下，核反应堆模块相对于主船体上下移动，从而可以通过月池而进入水面以下。本发明中核反应堆模块在工作状态时是固定在主船体上，一方面能够有效地降低风浪和平台的运动对核电机组产生的影响，另一面可以将相应适配于核发电的功能模块设置在主船体上，避免水下检修作业的风险；核反应堆模块在换料或紧急状态时可通过吊装模块进入水面以下，在海水冷却作用下，可保证换料作业的完成和紧急状态的解除。

Description

自升式核发电平台

技术领域

本发明涉及海洋工程及核电领域，特别涉及一种自升式核发电平台。

背景技术

随着全世界对环境污染的容忍度越来越低，存在一定危险性的核电又引起了世人的关注。对于中国而言，除了要求煤炭的清洁利用以外，对核电的需求也存在巨大的与现有核电数量的缺口。而全世界已经发生的核泄露事故，包括1986年发生在前苏联的切尔诺贝利事故、2012年发生的日本福岛核电站事故，都使得核电站的建设慎之又慎。除此之外，核电站占地面积大，又需要大量的海水来进行冷却，而我国沿海普遍人口密度比较大，与核电站要建设在人口稀少的区域相矛盾。

鉴于以上情况，我国多家核电相关的公司和海洋工程公司投入核电平台或核电船的研发之中。相对于陆地核电站，海上核电平台或核电站具有不占用沿海宝贵的陆地资源，远离人口居住区，海水资源丰富，模块化建造建设周期短的优点。

海上核电平台常见的有漂浮式核电站，其包括船形核电站和半潜式核电站。二者均容易受风浪影响，产生横摇、纵摇、首摇和垂荡的运动响应，从而严重影响了核电机组的发电效率。同时船舶摇晃时无法满足核燃料更换的要求，从而不得不回到船厂的专用码头进行核燃料的更换，不仅影响了核电平台平稳供电的能力，而且影响了核电平台入网的能力。

为了克服漂浮式核电平台的缺点，仅可能模仿陆地核电站的工况，就有了坐底式、自升式和固定式的核电平台的设计。以上核电站均为固定式或可以移动核电站，工作状态均处于固定状态。优点是没有波浪响应的产生的晃动，对核电机组的要求类似陆地。但是，以上核电站有个共同的特点是，核反应堆均在水面以下，目的是为了紧急情况下把反应堆浸入海水中，利用大量的海水对反应堆进行冷却。

由于反应堆加热后的高温高压蒸汽要通过加隔热层的大型管道进入汽轮机房推动汽轮机才能进行发电。所以上述核电平台不得不把汽轮机厂房也布置在水面以下，随之带来的其余相关辅助设施也不得不在水面以下。然而，这些设施需要进行日常的检验、维修等，在水下增加了作业的风险。另外，在由于水下部分的设施庞大，也就意味着水下部分的舱室十分庞大，为了使其能够在水下不漂浮起来，不得不采用大量的配重，如压载铁、压载水等。水下体积庞大带来另外一个问题就是定位困难，水下部分受洋流的冲击力十分巨大，就不得不采用大量的系泊定位设备，如固定桩、钢丝绳等。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中海上核电平台易受风浪影响，核反应堆需要布置在水下，平台供电效率低，水下作业危险大的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种自升式核发电平台包括：主船体、多个桩腿、核反应堆模块、吊装模块；主船体设有上下贯通的月池；多个桩腿穿设在所述主船体上，并能够相对于所述主船体上下移动；核反应堆模块可拆卸地固定在所述主船体上，并贯穿于所述月池中；吊装模块包括起吊装置，所述起吊装置设置在所述月池的上方；在所述核反应堆模块脱离与所述主船体的固定时，所述起吊装置能够吊接所述核反应堆模块，并使所述核反应堆模块相对于所述主船体上下移动；所述核反应堆模块向下移动时，可通过所述月池而进入水面以下。

优选地，所述自升式核发电平台还包括导向模块，所述导向模块包括多根导向柱；所述导向柱的一端固定在所述主船体的下方，另一端向下延伸至海水中；多根所述导向柱沿所述月池的周向间隔地布置在所述月池的边缘。

优选地，所述导向柱的内侧面设有耐磨件，所述耐磨件用于与所述核反应堆模块接触的表面为弧形面，且与所述核反应堆模块的外轮廓一致。

优选地，所述导向柱的末端设有限位模块，所述限位模块朝向所述主船体的表面用于抵接在所述核反应堆模块的底部，以在水面以下限位所述核反应堆模块。

优选地，所述限位模块包括限位底座和限位件；所述限位底座包括至少两根交叉连接的桁架，各所述桁架均与所述导向柱固定连接；每根所述桁架朝向所述主船体的表面上均设有多个所述限位件，多个所述限位件沿所述桁架的长度方向间隔布置，所述限位件朝向所述主船体的表面用于与所述核反应堆模块的底部抵接。

优选地，所述起吊装置包括起货绞车、滑轮组件以及吊绳，所述滑轮组件包括定滑轮组和动滑轮组；所述起货绞车经所述定滑轮组与所述动滑轮组连接，所述吊绳固定在所述动滑轮组上，所述核反应堆模块上设有与所述吊绳相适配的吊耳。

优选地，所述吊装模块还包括起重支架，所述起重支架包括横梁和连接在所述横梁两端的支腿；所述横梁跨设在所述月池的上方，两所述支腿分别布置在所述月池的两侧；所述起吊装置设置在所述横梁上。

优选地，所述主船体上固定设有支撑单元，所述支撑单元包括多个支撑件，多个所述支撑件沿所述月池的周向间隔布置，所述核反应堆模块上设有与所述支撑件相适配的插孔；所述支撑件能够靠近或远离所述月池的中心，以插入所述插孔中或由所述插孔中脱出，从而使核反应堆模块固定于所述月池中或脱离与所述主船体的固定。

优选地，所述支撑单元包括多个液压缸，各所述液压缸均包括缸体和活塞杆；所述缸体固定在所述主船体上，所述活塞杆为所述支撑件，其能够朝向所述月池的中心方向直线伸缩。

优选地，各所述液压缸均通过一支撑座固定在所述主船体上，多个所述支撑座沿所述月池的周向间隔地设置在所述月池的内壁上，所述液压缸的缸体固定在所述支撑座上。

优选地，所述支撑单元设置有多组，每组支撑单元均包括多个所述支撑件，多组所述支撑单元沿所述主船体的高度方向间隔布置。

优选地，所述核反应堆模块包括壳体和设置在所述壳体内部的核反应堆，所述壳体为双层结构，所述壳体设有压载舱。

由上述技术方案可知，本发明的有益效果为：

本发明的自升式核发电平台中，核反应堆模块在工作状态时是固定在主船体上，一方面能够有效地降低风浪和平台的运动对核电机组产生的影响，另一面可以将相应适配于核发电的功能模块设置在主船体上，避免水下检修作业的风险；核反应堆模块在换料或紧急状态时可通过吊装模块进入水面以下，在海水冷却作用下，可保证换料作业的完成和紧急状态的解除。

附图说明

图1是本发明自升式核发电平台实施例的结构示意图。

图2是本发明自升式核发电平台实施例的俯视图。

图3是本发明自升式核发电平台实施例中主船体内部布置示意图。

图4是本发明自升式核发电平台实施例中支撑单元的结构示意图。

图5是本发明自升式核发电平台实施例中吊装模块的结构示意图。

图6是本发明自升式核发电平台实施例中导向模块的结构示意图。

图7是本发明自升式核发电平台实施例中导向模块的俯视图。

图8是本发明自升式核发电平台实施例中限位模块的结构示意图。

图9是本发明自升式核发电平台实施例中限位模块的俯视图。

附图标记说明如下：1、自升式核发电平台；11、主船体；111、月池；12、桩腿；121、桩靴；13、核反应堆模块；131、吊耳；14、吊装模块；141、起重支架；1411、横梁；1412、支腿；142、起吊装置；1421、起货绞车；1422、吊绳；1423、定滑轮组；1424、动滑轮组；15、汽轮机厂房；16、液压缸；161、缸体；162、活塞杆；17、支撑座；18、导向模块；181、导向柱；182、耐磨件；19、限位模块；191、限位底座；192、限位件。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

参阅图1至图3，本申请提供一种自升式核发电平台1，其包括主船体11、桩腿12、核反应堆模块13以及吊装模块14。

其中，主船体11上设有上下贯通的月池111。多个桩腿12穿设在主船体11上，并能够相对于主船体11上下移动。核反应堆模块13可拆卸地固定在主船体11上，并贯穿于月池111中。吊装模块14包括起吊装置142，起吊装置142设置在月池111的上方。在核反应堆模块13脱离与主船体11的固定时，起吊装置142能够吊起核反应堆模块13，并使该核反应堆模块13相对于主船体11上下移动。在核反应堆模块13向下移动时，可通过月池111而进入水面以下。

进一步地，主船体11为四边形的箱型结构。本实施例的主船体11的尺寸为：长65米、宽65米、高5米。在主船体11的中心位置设有月池111，月池111在高度方向上贯通主船体11，本实施例的月池111的横截面呈正方形。

在本实施例中，主船体11上除了设有自升式平台所具有的常规功能模块外，还设有汽轮机厂房15。汽轮机厂房15中设有高低压配电盘、变压器、电力控制等功能模块，以适配辅助于核反应堆模块13。将汽轮机厂房15设置在主船体11上，在水上便对上述辅助功能模块进行检修和维护，避免了水下操作的风险。

本实施例中设有四根桩腿12，且分别穿设在主船体11的四角位置。桩腿12呈圆柱形，其最大作业水深50米。桩腿12能够依靠齿轮齿条升降机构，而相对于主船体11上下移动，以使主船体11离开水面，不受波浪及洋流的影响，从而避免主船体11上核反应堆模块13的动荡，保证核电机组的发电效率。

在本实施例中，桩腿12的底部设有桩靴121。桩靴121为圆台形结构，该圆台形上部大、下部小，以便于桩腿12的入泥和拔出。桩靴121可深入海床一定深度，以将桩腿12传递的载荷转化成水平滑移力和垂向压力，从而实现力的平衡，确保主船体11上的核反应堆模块13的稳定性。

进一步地，本实施例的核反应堆模块13为罐状结构，其主体呈圆柱形，该核反应堆模块13包括壳体和设置在壳体内部的核反应堆。壳体为双层结构，其包括安全壳和保护壳。安全壳包覆在核反应堆的外部，其能够承受1Mpa以上的压力。保护壳设置在安全壳的外部，保护壳上设有水密门，用于填入核燃料和取出核废料。

如图3和图4所示，核反应堆模块13贯穿于月池111中，且通过支撑单元固定于主船体11上。本实施例的支撑单元包括多个液压缸16，每个液压缸16均通过一支撑座17固定在月池111的内壁上。各液压缸16均包括缸体161和设置在缸体161上的活塞杆162，缸体161固定在支撑座17上，活塞杆162能够朝向月池111的中心方向直线伸缩。在本实施例中，核反应堆模块13的壳体靠近底部的位置设有多个插孔，多个插孔沿核反应堆模块13的周向间隔布置，该插孔与活塞杆162相适配。

当活塞杆162朝向月池111的中心伸出而插入插孔中时，活塞杆162可在核反应堆模块13的周向形成稳定地支撑，以使核反应堆模块13固定于主船体11上。当活塞杆162朝向月池111的中心回缩时，活塞杆162可由插孔中脱出，从而解除对核反应堆模块13的支撑，使核反应堆模块13悬空于月池111中。

在本实施例中，主船体11上设有四个液压缸16，且分别布置在正方形月池111的四角位置。此种布置方式一方面能够使支撑单元在核反应堆模块13的周向形成稳定的支撑，另一方面当活塞杆162回缩至缸体161中时，可避免与核反应堆模块13发生干涉，从而使核反应堆顺利容置在月池111中。

较佳地，月池111的内壁上设有多组支撑单元，每组支撑单元均包括多个液压缸16。多组支撑单元在月池111高度方向上间隔布置，每组支撑单元均能在核反应堆模块13的周向上对其进行支撑，以进一步保证核反应堆模块13稳定地固定在主船体11上。

在另一些较优地实施例中，主船体11上设有八个液压缸16。八个液压缸16分为上下两层布置在月池111的内壁上，每层设有四个液压缸16，且分别布置在正方形月池111的四角位置。

进一步地，当活塞杆162由插孔中脱出而使核反应堆模块13悬空于月池111中时，在吊装模块14的作用下，可使核反应堆模块13相对于主船体11上下移动。

参阅图5，在本实施例中，吊装模块14包括起重支架141和起吊装置142。该起吊装置142设置在起重支架141上，且位于月池111的正上方。起重支架141包括横梁1411和垂直连接在横梁1411两端的支腿1412。两个支腿1412分别设置在月池111的两侧，以使横梁1411跨设在月池111的上方。

本实施例的起吊装置142安装在横梁1411上，该起吊装置142包括起货绞车1421、滑轮组件以及吊绳1422。起货绞车1421通过滑轮组件和吊绳1422与核反应堆模块13吊接，以使核反应堆模块13能够相对于主船体11上下移动。

具体地，滑轮组件包括定滑轮组1423和动滑轮组1424。起货绞车1421经定滑轮组1423与动滑轮组1424连接，吊绳1422安装在动滑轮组1424上，核反应堆模块13的壳体上设有与吊绳1422相适配的吊耳131。吊绳1422与吊耳131配合时，可实现起吊装置142对核反应堆模块13的吊接，在起货绞车1421的作用下，核反应堆模块13可相对于主船体11上下移动。吊绳1422和吊耳131可对应设置多组，以确保核反应堆模块13吊装过程中的平稳性。

在其他一些较优的实施例中，可以在吊绳1422与吊耳131之间设置平衡梁，以使吊装模块14的载荷更加均匀。

实际作业过程中，当支撑单元解除对核反应堆模块13的支撑时，在起吊装置142的作用下，核反应堆模块13可在高度方向上向下移动而被下放至水面以下。当核反应堆模块13位于海水中时，在海水的冷却作用下，可对核反应堆模块13进行换料操作。当换料作业完成后，又可利用起吊装置142将核反应堆模块13向上吊接至月池111中。此时，活塞杆162朝向月池111的中心伸出而对应插入核反应堆模块13上的插孔中，以在核反应堆模块13的周向形成稳定的支撑，使核反应堆模块13固定于主船体11上。

当核反应堆模块13固定于主船体11上时，起吊装置142与核反应堆模块13之间不存在力的传递，即核反应堆模块13的重力全部由支撑单元承载。此种设置可避免起货绞车1421长期处于刹车状态，同时也能够降低对起吊装置142结构强度的要求。

进一步地，如图6和图7所示，本实施例的自升式核发电平台1还包括导向模块18。该导向模块18布置在主船体11的下方，以在核反应堆模块13下放至海水中时为核反应堆模块13提供导向。

具体地，导向模块18包括多根导向柱181，导向柱181的一端固定在主船体11的下方，另一端延伸至水面以下，多根导向柱181沿月池111的周向间隔布置在月池111的边缘。在核反应堆模块13下放时，核反应堆模块13可沿着导向柱181的延伸方向而进入海水中。

在本实施例中，导向柱181为桁架结构，桁架结构能够减小风浪和洋流对导向模块18的影响。本实施例的导向柱181设有四根，且四根导向柱181呈正方形分布在主船体11的下方。导向柱181的内侧面上安装有耐磨件182，核反应堆模块13在下放时直接与耐磨件182接触，以减小摩擦力对核反应堆模块13的壳体造成的损伤。本实施例的耐磨件182通过钢板安装在导向柱181上，钢板耐与耐磨件182之间通过螺栓连接固定。

较佳地，各导向柱181上均设有多块耐磨件182，多块耐磨件182在导向柱181的高度方向上间隔布置。本实施例中耐磨件182用于与核反应堆模块13接触的表面为弧形面，且与核反应堆模块13的外轮廓一致。该耐磨件182由非金属的高分子耐磨材料制成，此种材料具有摩擦力系数小、耐海水腐蚀、易进行机加工的特点。

进一步地，参阅图8和图9，在本实施例中，自升式核发电平台1还包括限位模块19。限位模块19固定在主船体11的下方，用于将核反应堆模块13限定在相应的水深位置。

具体地，限位模块19包括限位底座191和设置在限位底座191上的限位件192。本实施例的限位底座191位于月池111的正下方，该限位底座191包括两个交叉连接的桁架，每根桁架的两端分别焊接固定在两相对设置的导向柱181的底端。限位件192设置在限位底座191朝向月池111的表面上，当核反应堆模块13的底部与限位件192接触时，限位模块19可挡住核反应堆模块13继续下移，从而使核反应堆模块13限位在水面以下指定位置。

在本实施例中，限位件192设有多个，且间隔地布置在限位底座191上。该限位件192用于与核反应堆模块13接触的表面为弧形面，且与核反应堆模块13的底部轮廓一致。本实施例的限位件192由非金属材料制成，以便于配合核反应堆模块13底部的形状。此种非金属材料的比重大于海水，以防止浸入海水时浮起；同时该非金属材料要耐海水腐蚀，通常采用硅酸盐水泥或其他组合材料。

较佳地，核反应堆模块13的保护壳为水密结构。保护壳的内部可以打压载水，以对核反应堆模块13进行配重，从而使核反应堆模块13在海水中的重量与浮力基本相等。当核反应堆模块13与限位模块19接触时，通过向保护壳打压载水，可以使限位座无需承载核反应堆模块13的重量，以降低对限位模块19结构强度的要求。

对于本实施例的自升式核发电平台1，当核反应堆模块13处工作状态时，活塞杆162对应插入核反应堆模块13上的插孔中，以支撑核反应堆模块13而使其固定在主船体11上。位于主船体11上的核反应堆模块13能够与主船体11上的其他辅助性功能模块配合作用，从而完成核能发电的整个循环。

当核反应堆模块13需要换料或处于紧急状态时，活塞杆162由核反应堆模块13上的插孔中退出，支撑单元解除对核反应堆模块13的支撑而使其与主船体11脱离。此时起货绞车1421启动，在起吊装置142的作用下，核反应堆模块13沿着导向柱181而向下进入海水中。当核反应模块移动至与限位件192接触时，限位模块19可挡住核反应堆模块13继续下移，从而使核反应堆模块13固定在相应的水深位置。在海水的冷却作用下可解除核反应堆模块13的紧急状态或进行相应的换料操作。

核反应堆模块13完成换料或紧急状态解除后，起吊装置142将核反应堆模块13向上吊接至月池111中。活塞杆162朝向月池111中心伸出，并对应地插入核反应堆模块13上的插孔中，从而将核反应堆模块13固定在主船体11上。

综上，本实施例的自升式核发电平台中，核反应堆模块在工作状态时是固定在主船体上，一方面能够有效地降低风浪和平台的运动对核电机组产生的影响，另一面可以将相应适配于核发电的功能模块设置在主船体上，避免水下检修作业的风险；核反应堆模块在换料或紧急状态时可通过吊装模块进入水面以下，在海水冷却作用下，可保证换料作业的完成和紧急状态的解除。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (12)

1.一种自升式核发电平台，其特征在于，包括：

主船体，设有上下贯通的月池；

多个桩腿，穿设在所述主船体上，并能够相对于所述主船体上下移动；

核反应堆模块，可拆卸地固定在所述主船体上，并贯穿于所述月池中；

吊装模块，包括起吊装置，所述起吊装置设置在所述月池的上方；在所述核反应堆模块脱离与所述主船体的固定时，所述起吊装置能够吊接所述核反应堆模块，并使所述核反应堆模块相对于所述主船体上下移动；所述核反应堆模块向下移动时，可通过所述月池而进入水面以下。

2.根据权利要求1所述的自升式核发电平台，其特征在于，所述自升式核发电平台还包括导向模块，所述导向模块包括多根导向柱；所述导向柱的一端固定在所述主船体的下方，另一端向下延伸至海水中；多根所述导向柱沿所述月池的周向间隔地布置在所述月池的边缘。

3.根据权利要求2所述的自升式核发电平台，其特征在于，所述导向柱的内侧面设有耐磨件，所述耐磨件用于与所述核反应堆模块接触的表面为弧形面，且与所述核反应堆模块的外轮廓一致。

4.根据权利要求2所述的自升式核发电平台，其特征在于，所述导向柱的末端设有限位模块，所述限位模块朝向所述主船体的表面用于抵接在所述核反应堆模块的底部，以在水面以下限位所述核反应堆模块。

5.根据权利要求4所述的自升式核发电平台，其特征在于，所述限位模块包括限位底座和限位件；所述限位底座包括至少两根交叉连接的桁架，各所述桁架均与所述导向柱固定连接；每根所述桁架朝向所述主船体的表面上均设有多个所述限位件，多个所述限位件沿所述桁架的长度方向间隔布置，所述限位件朝向所述主船体的表面用于与所述核反应堆模块的底部抵接。

6.根据权利要求1所述的自升式核发电平台，其特征在于，所述起吊装置包括起货绞车、滑轮组件以及吊绳，所述滑轮组件包括定滑轮组和动滑轮组；所述起货绞车经所述定滑轮组与所述动滑轮组连接，所述吊绳固定在所述动滑轮组上，所述核反应堆模块上设有与所述吊绳相适配的吊耳。

7.根据权利要求1所述的自升式核发电平台，其特征在于，所述吊装模块还包括起重支架，所述起重支架包括横梁和连接在所述横梁两端的支腿；所述横梁跨设在所述月池的上方，两所述支腿分别布置在所述月池的两侧；所述起吊装置设置在所述横梁上。

8.根据权利要求1所述的自升式核发电平台，其特征在于，所述主船体上固定设有支撑单元，所述支撑单元包括多个支撑件，多个所述支撑件沿所述月池的周向间隔布置，所述核反应堆模块上设有与所述支撑件相适配的插孔；所述支撑件能够靠近或远离所述月池的中心，以插入所述插孔中或由所述插孔中脱出，从而使核反应堆模块固定于所述月池中或脱离与所述主船体的固定。

9.根据权利要求8所述的自升式核发电平台，其特征在于，所述支撑单元包括多个液压缸，各所述液压缸均包括缸体和活塞杆；所述缸体固定在所述主船体上，所述活塞杆为所述支撑件，其能够朝向所述月池的中心方向直线伸缩。

10.根据权利要求9所述的自升式核发电平台，其特征在于，各所述液压缸均通过一支撑座固定在所述主船体上，多个所述支撑座沿所述月池的周向间隔地设置在所述月池的内壁上，所述液压缸的缸体固定在所述支撑座上。

11.根据权利要求8所述的自升式核发电平台，其特征在于，所述支撑单元设置有多组，每组支撑单元均包括多个所述支撑件，多组所述支撑单元沿所述主船体的高度方向间隔布置。

12.根据权利要求1所述的自升式核发电平台，其特征在于，所述核反应堆模块包括壳体和设置在所述壳体内部的核反应堆，所述壳体为双层结构，所述壳体设有压载舱。