本發(fā)明本屬于核電工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種核電廠鋼筋混凝土安全殼防爆泄壓裝置。

背景技術(shù)：

核能作為穩(wěn)定、清潔的能源，近幾十年得到了飛速的發(fā)展。我國《核電中長期發(fā)展規(guī)劃(2011-2020年)》及《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃(2014-2020)》提出，到2020年，核電裝機容量達到5800萬千瓦。當前我國在建核電機組規(guī)模居世界首位，約占世界在建規(guī)模的40％以上，是世界上核電發(fā)展最快的國家。但是，核電廠的安全運行仍然是核電發(fā)展中重點關(guān)注的內(nèi)容，2011年福島核事故表明，加強核電廠的縱深防御，尤其是極端外部事件的設(shè)防要求，通過多層防御，預(yù)防和緩解極端外部事件導(dǎo)致的嚴重事故對保障核電廠的安全至關(guān)重要。

核電廠中的安全殼是壓水堆最外圍的建筑，安全殼是由鋼筋混凝土或是預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土建造，用來控制和限制放射性物質(zhì)從反應(yīng)堆擴散出去，保護公眾免遭放射性物質(zhì)的傷害，同時抵御外來物的襲擊，具有承受內(nèi)壓并不出現(xiàn)裂縫，被譽為核電廠的最后一道防線。安全殼多數(shù)都設(shè)計成由橢球形或半球形彎頂、圓柱形筒壁和底板組成的形狀。2011福島核事故是由內(nèi)部爆炸引起的核電廠房破壞，造成核物質(zhì)泄漏。雖然，目前在建的核電廠的安全性很高，能承受一般的外來物和地震的侵襲。但是，核電廠安全殼內(nèi)部一旦發(fā)生氫氣爆炸，安全殼承受爆炸和內(nèi)部壓力突然升高，內(nèi)部壓力無法及時釋放導(dǎo)致安全殼開裂破壞，造成放射性物質(zhì)的泄露，其后果不堪設(shè)想。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服和避免現(xiàn)有核電廠安全殼發(fā)生內(nèi)部爆炸高壓力無法釋放的不足，本發(fā)明提出一種核電廠鋼筋混凝土安全殼防爆泄壓裝置，本裝置能夠有效地防止氫氣在安全殼內(nèi)部累積，阻止了氫氣濃度過高引起爆燃或爆炸而威脅安全殼的安全事故發(fā)生。本發(fā)明中的防爆泄壓裝置原理簡單、制作方便、密封性好、安全可靠，有效地提升了核電廠安全殼的抗爆性能，減少放射性物質(zhì)的泄露。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種核電廠鋼筋混凝土安全殼防爆泄壓裝置，本裝置包括如下組成部分：

活塞，所述活塞固定封堵在安全殼頂部的泄壓口處，且所述活塞為橡膠材質(zhì)；

保護罩，所述保護罩封蓋在所述活塞的外側(cè)，且所述保護罩與所述安全殼牢固的連接在一起；

安全氣囊，所述安全氣囊用于吸收存儲當活塞破裂或受壓彈出時由所述泄壓口噴出的放射性氣體；所述安全氣囊包覆在所述泄壓口的周側(cè)，或者所述安全氣囊設(shè)置在所述保護罩上；當所述安全氣囊設(shè)置在所述保護罩上時，所述保護罩與所述安全殼之間圍成封閉的空間，且連接所述保護罩與所述安全氣囊之間的通道上設(shè)置有切斷閥門。

優(yōu)選的，所述活塞由直徑較大的封蓋段和直徑較小的封堵段構(gòu)成，所述封堵段插設(shè)在所述泄壓口處；所述活塞通過鎖銷結(jié)構(gòu)鎖定在所述泄壓口處。

優(yōu)選的，所述鎖銷結(jié)構(gòu)包括均布在封堵段的周側(cè)的多個插孔，所述插孔的孔軸線沿封堵段的徑向延伸設(shè)置；所述泄壓口處的管身上設(shè)置有與所述插孔相適配的通孔；所述鎖銷結(jié)構(gòu)還包括銷軸，所述銷軸依次穿過通孔和插孔而將所述活塞緊緊地固定在所述泄壓口處；所述銷軸的許用剪切應(yīng)力值小于安全殼的破壞應(yīng)力值，且銷軸的許用剪切應(yīng)力值大于1.15倍設(shè)計內(nèi)壓作用下活塞側(cè)向承受的剪力值。

優(yōu)選的，所述封堵段上套設(shè)有彈性密封圈，所述密封圈的外側(cè)設(shè)置有用于增強密封功能的螺紋狀的褶皺；所述密封圈上設(shè)置有用于供所述銷軸穿過的孔。

優(yōu)選的，所述封堵段的下側(cè)設(shè)置有壓力傳感器，所述壓力傳感器與外界計算機通信連接。

優(yōu)選的，所述保護罩為輕質(zhì)高強鋁合金材質(zhì)，且保護罩上設(shè)有用于增強結(jié)構(gòu)強度的框架柱，所述保護罩上設(shè)有防火涂層和防腐涂層。

優(yōu)選的，所述安全氣囊上設(shè)置有若干加強帶，所述加強帶沿著環(huán)向和豎向布置在安全氣囊的表面并形成整體狀的加強箍。

優(yōu)選的，當所述安全氣囊設(shè)置在所述保護罩上時，所述安全氣囊設(shè)置在保護罩的外側(cè)，且安全氣囊通過管道與所述保護罩的排出口相連接，所述切斷閥門設(shè)置在所述管道上；所述切斷閥門與所述安全氣囊之間的連接管段上還設(shè)有與抽氣設(shè)備相連接的排氣管，所述排氣管上設(shè)有排氣閥門。

優(yōu)選的，每一個安全氣囊以及與其相連的連接管段、排氣管、排氣閥門共同構(gòu)成一個安全泄壓單元，所述安全泄壓單元設(shè)置有多個，且所有安全泄壓單元均單獨或共同設(shè)置在防護結(jié)構(gòu)中。

優(yōu)選的，本裝置還在泄壓口處設(shè)置有用于分隔活塞和安全殼內(nèi)腔的防護網(wǎng)，所述防護網(wǎng)包括用于將防護網(wǎng)與安全殼穹頂固定連接的連接孔，還包括橫設(shè)在泄壓口中的網(wǎng)格狀的格柵。

本發(fā)明的有益效果在于：

1)目前核電廠設(shè)防標準要求核電廠可以抵御一般爆炸荷載和飛機撞擊的侵襲，但對于核電廠鋼筋混凝土安全殼內(nèi)部發(fā)生爆炸的超設(shè)計事件未給出具體要求。盡管核電廠安全殼內(nèi)部一般不發(fā)生爆炸，但是，由于人為因素和自然災(zāi)害的不可預(yù)測和不確定性，核電廠安全殼不能完全保證不發(fā)生內(nèi)部爆炸事件，如福島核事故。

針對上述問題，本發(fā)明設(shè)計了一種核電廠鋼筋混凝土安全殼防爆泄壓裝置，本裝置為由活塞、銷軸、安全氣囊、保護罩、密封圈、防護網(wǎng)和壓力傳感器構(gòu)成的組合體，具有工作原理簡單、安全有效、密封性好、可更換、不泄露放射性物質(zhì)等優(yōu)點。本發(fā)明解決了核電廠鋼筋混凝土安全殼在發(fā)生內(nèi)部爆炸或是高內(nèi)壓時的壓力釋放難題，避免安全殼發(fā)生整體破壞而可能造成的嚴重的核泄漏，為核電廠的安全運行提供了可靠的、易拆卸、可更換的泄壓裝置，可廣泛地應(yīng)用于傳統(tǒng)的壓水堆核電廠的設(shè)計中，具有廣闊的市場前景。

2)本發(fā)明中的安全氣囊采用耐候高性能橡膠制成，可以承受一般氣體迅速膨脹產(chǎn)生的壓力，且與泄壓口連接緊密，具有良好的密封性。本發(fā)明中的安全氣囊可以收集放射性物質(zhì)，從而有效地避免了發(fā)生核泄漏的風(fēng)險。

3)本發(fā)明在活塞封堵段的外部設(shè)置耐候高性能橡膠制成的密封圈，這種密封圈可以有效地增強活塞與泄壓口的咬合力，從而大大提高了活塞和泄壓口的密封性和耐久性。

4)本發(fā)明中的活塞通過鎖銷結(jié)構(gòu)固定在泄壓口處，具體的，本裝置沿活塞和泄壓口的環(huán)向均勻的布設(shè)有若干個銷軸，銷軸自外向內(nèi)依次穿過泄壓口的管壁和活塞，從而將活塞牢固的固定在泄壓口處。本發(fā)明一方面將銷軸的許用應(yīng)力值設(shè)計為能夠抵抗大于1.15倍設(shè)計內(nèi)壓作用下活塞側(cè)向承受的剪力，避免在超設(shè)計內(nèi)壓作用下活塞的自動開啟，增強了泄壓系統(tǒng)的安全性和可靠性，另一方面將銷軸的許用剪切應(yīng)力值設(shè)計為小于安全殼的破壞應(yīng)力值，從而當安全殼內(nèi)部發(fā)生爆炸或是內(nèi)壓突然升高，超出臨界壓力后，銷軸所承受的剪切應(yīng)力達到許用值后自動斷裂，確?；钊軌蚣皶r開啟，實現(xiàn)防爆泄壓功能。

5)本發(fā)明在活塞的底部安裝有壓力傳感器，壓力傳感器通過有線或無線連接到外部的計算機系統(tǒng)，此壓力傳感器用于監(jiān)測安全殼內(nèi)部壓力的變化，為整個防爆泄壓裝置實現(xiàn)預(yù)警作用。

6)本發(fā)明中的保護罩采用耐久性好的輕質(zhì)鋁合金板制成，保護罩內(nèi)部無尖角，其表面涂刷防火涂料和防腐涂料，保護安全氣囊不受外界環(huán)境的侵蝕和腐蝕作用，且可更換。

7)本發(fā)明中的安全氣囊有兩種位置可以選擇，其中一個位置是設(shè)置為包覆在泄壓口的外側(cè)，當然，此時安全氣囊也將活塞包覆在其中，則當安全殼內(nèi)部發(fā)生爆炸或是內(nèi)壓突然升高導(dǎo)致活塞開啟后，由泄壓口噴出的氣體則進入安全氣囊，收集后留待后置處理；另一個位置設(shè)置在保護罩的外側(cè)，此時安全氣囊通過連接管道與防護罩連接固定，連接管道上設(shè)置有切斷閥門，同時連接管道上還與排氣管道相連接。

當安全氣囊設(shè)置在第二種位置處時，此時防護罩主要起過渡作用，即當高壓氣體由泄壓口進入防護罩圍成的空腔時，驟然變大的空間起到了緩沖作用，緩沖后的氣體經(jīng)由連接管道進入安全氣囊；由于安全氣囊設(shè)置在防護罩的外側(cè)，因此安全氣囊可以布設(shè)為多個，而多個安全氣囊顯然能夠容納更多的噴出氣體，從而進一步提升了防爆泄壓裝置的安全性和可靠性。

切斷閥門的設(shè)置可以使安全氣囊能夠方便的封口和轉(zhuǎn)移，為安全氣囊的拆除和轉(zhuǎn)運提供了方便。

排氣管道的作用則在于，如果不方便移動安全氣囊，則可以通過排氣管道將安全氣囊以及防護罩中的放射性氣體排走，進一步提高了本防爆泄壓裝置的便利性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中核電廠安全殼與防爆泄壓裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明中核電廠安全殼與防爆泄壓裝置的一種結(jié)構(gòu)的局部示意圖。

圖3、4是本發(fā)明中核電廠安全殼與防爆泄壓裝置的另一種結(jié)構(gòu)的局部示意圖。

圖5是核電廠安全殼的泄壓口結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6、7是活塞的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是密封圈的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9是安全氣囊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10是保護罩的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11是防護網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖12是安全氣囊與防護罩的連接結(jié)構(gòu)放大圖。

圖中的標記含義如下：

10-安全殼11-泄壓口12-通孔

20-活塞21-封蓋段22-封堵段221-插孔

30-安全氣囊31-加強帶

40-防護罩50-銷軸60-壓力傳感器70-密封圈71-孔

80-防護網(wǎng)81-連接孔82-格柵

90-計算機

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

如圖1～4所示，一種核電廠鋼筋混凝土安全殼防爆泄壓裝置，下面對本裝置的組成部分進行分別說明：

泄壓口11，如圖5所示，泄壓口11設(shè)置在安全殼10的頂部，所述的安全殼10的主體結(jié)構(gòu)由鋼筋混凝土制成，安全殼10的內(nèi)徑大小為40m左右，泄壓口11的孔洞大小可以為2～3m。所述泄壓口11處為銷軸50預(yù)留的四個通孔12的直徑可以為5cm左右，通孔12的設(shè)置位置可以在高于安全殼頂部0.5m左右處設(shè)置。

活塞20，所述活塞20固定封堵在安全殼10頂部的泄壓口11處，且所述活塞20由高強度高韌性的耐性橡膠制成。如圖6、7所示，所述活塞20由直徑較大的封蓋段21和直徑較小的封堵段22構(gòu)成，所述封堵段22插設(shè)在所述泄壓口11處；所述活塞20通過鎖銷結(jié)構(gòu)鎖定在所述泄壓口11處。

如圖6、7所示，所述封堵段22的周側(cè)沿環(huán)向均勻地布設(shè)有四個插孔221，四個插孔221處于同一水平面上，且所述插孔221的孔軸線沿封堵段22的徑向延伸設(shè)置。先在活塞20的封堵段22上套上密封圈70，然后將所述活塞20通過吊裝安裝到安全殼10的泄壓口11處時，所述活塞20的封堵段22插入泄壓口11處，活塞20的封蓋段21壓蓋在泄壓口11的上部。使泄壓口11上的通孔12與封堵段22上的插孔221彼此對齊，然后將銷軸50依次穿過泄壓口11上的通孔12、密封圈上的孔和封堵段22上的插孔221而將所述活塞20緊緊地固定在所述泄壓口11處。所述插孔221、通孔12以及銷軸50共同構(gòu)成將活塞20固定安裝的鎖銷結(jié)構(gòu)。

所述銷軸50材質(zhì)可以采用高新能塑料，如gprf等。所述銷軸50的直徑可以通過核島廠房安全殼的大小及設(shè)計內(nèi)壓的大小調(diào)整。銷軸50的許用剪切應(yīng)力值小于安全殼10的破壞應(yīng)力值，且銷軸50的許用剪切應(yīng)力值大于1.15倍設(shè)計內(nèi)壓作用下活塞20側(cè)向承受的剪力值。從而銷軸50一方面可以承壓一定的內(nèi)壓力而避免在超設(shè)計內(nèi)壓作用下自動開啟，以有效地增強泄壓裝置的安全性和可靠性，另一方面當安全殼內(nèi)部發(fā)生爆炸或是內(nèi)壓突然升高而超出臨界壓力后，銷軸所承受的剪切應(yīng)力達到許用值后自動斷裂，確?；钊軌蚣皶r開啟，實現(xiàn)防爆泄壓功能。所述銷軸50伸入到活塞內(nèi)部的長度可以為40cm～50cm。

如圖8所示，所述封堵段22上套設(shè)有彈性密封圈70，所述密封圈70的外側(cè)設(shè)置有用于增強密封功能的螺紋狀的褶皺；所述密封圈70由高韌性耐候橡膠制成，其主要作用是密封活塞20和泄壓口11之間的縫隙，確?；钊?0的密封性和耐久性。

如圖1～4所示，所述封堵段22的下側(cè)設(shè)置有壓力傳感器60，所述壓力傳感器60與外界計算機90通信連接。所述壓力傳感器60用來隨時監(jiān)測安全殼內(nèi)部壓力的大小，當安全殼10的內(nèi)部壓力達到1.15倍設(shè)計內(nèi)壓時在外界計算機90上發(fā)出報警，起到預(yù)警作用。

如圖1～4所示，本裝置還在泄壓口11處設(shè)置有用于分隔活塞20和安全殼10內(nèi)腔的防護網(wǎng)80，防護網(wǎng)的具體結(jié)構(gòu)如圖11所示，所述防護網(wǎng)8包括用于將防護網(wǎng)8與安全殼10穹頂固定連接的連接孔81，還包括橫設(shè)在泄壓口11中的網(wǎng)格狀的格柵82。防護網(wǎng)80由高強度的gfrp材料或塑料制成，起到對活塞20的保護作用。

如圖1～4、10所示，所述保護罩40封蓋在所述活塞20的外側(cè)，且所述保護罩40與所述安全殼10牢固的連接在一起。所述保護罩40由輕質(zhì)高強的鋁合金制成，并設(shè)有龍骨框架即框架柱，內(nèi)部設(shè)置軟體內(nèi)膜，呈立方體空間，當安全氣囊30設(shè)置在保護罩內(nèi)部時，保護罩40的空間應(yīng)當可以容納安全氣囊30完全膨脹的體積。所述防護罩40上噴涂防火材料和防腐材料，其角部采用倒角的方式，避免有尖銳的凸起刺穿膨脹的安全氣囊30。所述防護罩40用于在各種外部環(huán)境(如雨雪，強風(fēng)天氣)下的防護，避免安全氣囊30的毀壞，實現(xiàn)對安全氣囊30的全天候以及全方位的防護；所述防護罩40還應(yīng)設(shè)立進出的通道以便于對泄壓裝置的檢查，且可以在服役期間進行更換。

如圖1～4、9所示，所述安全氣囊30用于吸收存儲當活塞20破裂或受壓彈出時由所述泄壓口11噴出的放射性氣體；所述安全氣囊30包覆在所述泄壓口11的周側(cè)，或者所述安全氣囊30設(shè)置在所述保護罩40上。

如圖9所示，所述安全氣囊30由高韌性耐候橡膠組成，安全氣囊30的囊體上布置有多條加強帶31，所述加強帶31沿著環(huán)向和豎向布置在安全氣囊30的表面并形成整體狀的加強箍。安全氣囊30用于活塞22開啟時收集泄漏的放射性物質(zhì)等。所述安全氣囊30與安全殼泄壓口11之間的連接處應(yīng)固定緊密，或者所述安全氣囊30與保護罩40之間的連接處應(yīng)固定緊密，以達到密封的效果。

所述安全氣囊30有兩種安裝位置可以選擇，第一個安裝位置是設(shè)置為包覆在泄壓口的外側(cè)。如圖1、2所示，當然，此時安全氣囊30將活塞22包覆在其中，則當安全殼10內(nèi)部發(fā)生爆炸或是內(nèi)壓突然升高導(dǎo)致活塞20開啟后，由泄壓口11噴出的氣體則進入安全氣囊30，收集后留待后置處理。

第二個安裝位置是設(shè)置在保護罩40的外側(cè)，如圖3、4所示，當所述安全氣囊30設(shè)置在所述保護罩40上時，所述保護罩40與所述安全殼10之間圍成封閉的空間，以防止放射性物質(zhì)的逸出。所述安全氣囊30設(shè)置在保護罩40的外側(cè)，如圖12所示，安全氣囊30通過管道與所述保護罩40的排出口相連接，所述切斷閥門41設(shè)置在所述管道上；所述切斷閥門41與所述安全氣囊30之間的連接管段32上還設(shè)有與抽氣設(shè)備相連接的排氣管33，所述排氣管33上設(shè)有排氣閥門34。所述排氣管33與抽氣設(shè)備相連接。

當安全氣囊30設(shè)置在所述保護罩40上時，此時防護罩40主要起存儲和過渡作用，即當高壓氣體由泄壓口11進入防護罩40圍成的空腔時，驟然變大的空間起到了緩沖作用，緩沖后的氣體經(jīng)由連接管道進入安全氣囊30；由于安全氣囊30設(shè)置在防護罩40的外側(cè)，因此安全氣囊可以布設(shè)為多個，而多個安全氣囊30顯然能夠容納更多的噴出氣體，從而進一步提升了防爆泄壓裝置的安全性和可靠性。

切斷閥門41的設(shè)置可以使安全氣囊能夠方便的封口和轉(zhuǎn)移，為安全氣囊的拆除和轉(zhuǎn)運提供了方便。

排氣管道33的作用則在于：如果不方便移動安全氣囊30，則可以通過排氣管道33將安全氣囊30以及防護罩40中的放射性氣體排走，進一步提高了本防爆泄壓裝置的便利性。

如圖4、12所示，每一個安全氣囊30以及與其相連的連接管段32、排氣管33、排氣閥門34共同構(gòu)成一個安全泄壓單元，所述安全泄壓單元設(shè)置有多個，且所有安全泄壓單元均單獨或共同設(shè)置在防護結(jié)構(gòu)中，所述防護結(jié)構(gòu)對安全泄壓單元同樣起到全天候以及全方位的保護作用。

下面結(jié)合附圖1、2對本發(fā)明的具體工作過程做進一步詳細描述。

第一步，先將密封圈70套入活塞20的封堵段22上，將壓力傳感器60安裝在封堵段22的下部，壓力傳感器60通過有線或無線的方式連接到外界的計算機90。通過吊具將連接好的活塞20吊裝到位，將活塞20和密封圈70裝入泄壓口11內(nèi)，外界施加壓力將活塞20的封堵段22完全插入泄壓口11內(nèi)，并調(diào)整泄壓口11處的通孔12和封堵段22上的插孔221的位置對應(yīng)，保證活塞20的密封性；四個銷軸5插入從四個方向由泄壓口11的管壁插入活塞20的封堵段22中，將活塞20安裝固定。安裝完成后，檢查活塞20的氣密性，確保氣密性完好。

第二步，將安全氣囊30吊裝到位，包住泄壓口11，將安全氣囊30邊緣和泄壓口11的外肩牢固連接，并將安全氣囊30的加強帶31和泄壓口11的耳板連接牢固，保持良好的氣密性的同時，保證安全氣囊30可以承受內(nèi)部氣體釋放帶來的沖擊壓力，實現(xiàn)放射性氣體的收集。

第三步，將保護罩40吊裝到位并套住安全氣囊30，所述保護罩40的下部與混凝土安全殼10的上部連接牢固，可以抵御外部風(fēng)、雨、雪和一般外來荷載的侵蝕，實現(xiàn)保護安全氣囊30的目的。

第四步，待保護罩40安裝好后，通過升降機或是吊車將防護網(wǎng)80安裝在泄壓口11的卡口內(nèi)，通過螺栓和連接孔81固定，保護活塞20免遭破壞。

第五步，當安全殼內(nèi)部發(fā)生爆炸或是內(nèi)壓突然升高，超出臨界壓力后，壓力傳感器60將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳到計算機10，并發(fā)生預(yù)警。之后，固定活塞20的銷軸50的剪切應(yīng)力達到許用值后自動斷裂，活塞20開啟，安全殼10的內(nèi)部高壓或放射性氣體釋放到安全氣囊30中，安全氣囊30將放射性氣體收集在一起，專業(yè)人員將收集的放射性氣體進行處理，避免了放射性物質(zhì)的泄露。