本发明涉及核工程领域，具体地涉及核反应堆非能动平衡系统及核反应堆非能动平衡方法。
背景技术：
海洋环境对海上核反应堆平台及装置会造成摇摆、倾斜和升沉等影响，尤其是海洋环境对核反应堆装置造成的倾斜容易导致核反应堆堆芯事故，对核动力装置的安全运行带来很大的考验，限制了海上核动力装置的应用与发展。现有的海上核动力装置对倾斜角度设置了明确要求，限制了装置允许的倾斜角度。
技术实现要素：
本发明旨在提供一种核反应堆非能动平衡系统，以解决海洋环境造成的核反应堆装置的倾斜问题。为此，本发明采用的具体技术方案如下：
核反应堆非能动平衡系统，包括：
核电装置，具有核反应堆；
平衡结构，所述核电装置固定于所述平衡结构内；
支撑机构，其通过活动铰连接并支撑所述平衡结构；
活动铰，其以相对于所述支撑机构自动转动的方式与所述支撑机构铰接，并且所述活动铰的底部连接所述平衡结构顶部。
该核反应堆非能动平衡系统无需外力即可实现核反应堆处于平衡状态，以防止海洋环境造成的核反应堆装置的倾斜甚至倾覆。
进一步地，所述平衡结构在所述核电装置重力的作用下转动活动铰，以使核反应堆处于竖直或接近竖直状态。核电装置包括核反应堆、蒸汽发生器、防护壳、汽轮机、发电设备、循环泵、管道等组件。核电装置的重心位置应与核反应堆的重心位置靠近或重合，以尽可能地减少核反应堆在平衡状态下的倾斜角度。优选地，所述核反应堆的倾斜角度小于30度。
进一步地，所述核电装置为压水堆核电装置或熔盐堆核电装置。
进一步地，所述活动铰的底部通过连接件与所述平衡结构连接，所述连接件的形式选自由柔性链或刚性杆组成的组。
进一步地，所述活动铰为万向铰。该万向铰可以使平衡结构在水平方向上自由运动。
进一步地，所述平衡结构的重心位于所述支撑机构的重心以下。平衡结构保持较低的重心，能够维持较佳的稳定性。
由于海上核电平台容易受到风浪的影响，以及海上核电平台也可能会处于行进状态，平衡结构容易在水平方向发生摇摆位移，使得核反应堆处于震动状态。为解决这一问题，该核反应堆非能动平衡系统还包括重物，其柔性连接到所述平衡结构的底部。重物在自身惯性的作用下起到减少平衡结构摇摆幅度的作用，进一步地减少核反应堆的倾斜角度。重物也可以抵消平衡结构摇摆所产生的动能，起到稳定作用。此外，重物还可以抵消一部分由外界震动产生的能量，以维持支撑结构的稳定性。
本发明还提供核反应堆非能动平衡方法，包括：支撑机构通过活动铰连接并支撑所述平衡结构；将具有核反应堆的核电装置固定于所述平衡结构内；该平衡结构在所述核反应堆重力的作用下转动活动铰，以使反应堆堆芯处于重力竖直状态。进一步地，该方法还包括在平衡结构的底部柔性连接重物。
本发明采用上述技术方案，具有的有益效果如下：
核反应堆非能动平衡系统及核反应堆非能动平衡方法，依靠核电装置自身的重力维持水平，不需要额外提供能量，满足先进核反应堆装置的非能动设计的要求。该系统的平衡结构的重心位于所述支撑机构的重心以下，能够维持较佳的稳定性。此外，该核反应堆非能动平衡系统还可以包括重物，其柔性连接到所述平衡结构的底部。重物在自身惯性的作用下起到减少平衡结构摇摆幅度的作用，并且可以抵消平衡结构摇摆所产生的动能，起到稳定作用。核反应堆非能动平衡系统还可以抵消一部分由外界震动产生的能量，以维持支撑机构(如海上平台、船舶等)的稳定性。
附图说明
图1是根据本发明实施例一的核反应堆非能动平衡系统结构示意图。
图2是根据本发明实施例一的压水堆核电装置示意图。
图3是根据本发明实施例二的核反应堆非能动平衡系统结构示意图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
实施例一：
如图1，核反应堆非能动平衡系统，包括：核电装置1，具有核反应堆11；平衡结构2，核电装置1固定于所述平衡结构2内；支撑机构3，其通过活动铰4连接并支撑平衡结构2；活动铰4，其以可以相对于支撑机构3自动转动的方式与支撑机构3铰接，并且活动铰4的底部连接平衡结构2顶部。该核反应堆非能动平衡系统无需外力即可实现核反应堆11处于平衡状态，以防止海洋环境造成的核反应堆11装置的倾斜甚至倾覆。该平衡结构2在核电装置1重力的作用下转动活动铰4，以使核反应堆11处于竖直或接近竖直状态。活动铰4的底部通过连接件5与平衡结构2连接，连接件5的形式选自由柔性链或刚性杆组成的组。活动铰4可以为万向铰。该万向铰可以使平衡结构2在水平方向上自由运动。平衡结构2的重心位于支撑机构3的重心以下。平衡结构2保持较低的重心，能够维持较佳的稳定性。
小型核反应堆的重量一般为数吨至数十吨，当海上平台所受风浪过大，而使得支撑机构3的整体结构发生倾斜时，在核电装置1重力作用下平衡结构2绕着活动铰4自动转动而恢复平衡，使核反应堆11处于重力竖直位置。若小型核反应堆设置在海上平台或舰船上，支撑机构3也可以是固定在平台或船体上的支撑点，如用于支撑活动铰4的支撑杆或支撑点。该平衡结构2的重心位于所述支撑机构3的重心以下。平衡结构2保持较低的重心，能够维持较佳的稳定性。
图2所示的核电装置1为压水堆核电装置。核电装置1包括核反应堆11、蒸汽发生器13、防护壳10、汽轮机14、发电机15、主循环泵19、管道等组件。该核电装置1直接向外输出电力。核电装置1各组件及其连接方式如图2所示。核电装置1中用铀制成的核燃料在反应堆11内进行裂变并释放出大量热能；高压下的循环冷却水把热能带出，经过稳压器12后在蒸汽发生器13内生成蒸汽；高温高压的蒸汽推动汽轮机14，进而推动发电机15旋转。核电装置1至少包括二个回路。一回路：反应堆11堆芯因核燃料裂变产生巨大的热能，由主循环泵19泵入核反应堆11堆芯的水被加热成327度、155个大气压的高温高压水，高温高压水流经蒸汽发生器13内的传热u型管，通过管壁将热能传递给u型管外的二回路冷却水，释放热量后又被主循环泵19送回堆芯重新加热再进入蒸汽发生器13。水这样不断地在密闭的回路内循环，被称为一回路。二回路：蒸汽发生器u型管外的二回路水受热从而变成蒸汽，推动汽轮机14和发电机15做功，把热能转化为电力：做完功后的蒸汽进入凝汽器16冷却，凝结成水后在凝结水泵17的作用下经过给水加热器18返回蒸汽发生器13，重新加热成蒸汽。这样的汽水循环过程，被称为二回路。此外，核电装置1还可以包括三回路，即使用海水或淡水在冷凝器中冷却二回路的蒸汽使之变回冷凝水，从而形成三回路。
可以理解的是，除了压水堆核电装置，该核电装置可以为其他类型的核电装置，如熔盐堆核电装置，本发明对此不作具体限制。核电装置1的重心位置应与核反应堆11的重心位置靠近或重合，以尽可能地减少核反应堆11在平衡状态下的倾斜角度。核反应堆11的倾斜角度应当小于30度。
本发明所提供的核反应堆非能动平衡系统有效地解决了海上核反应堆易发生倾斜的问题，本发明的非能动平衡系统可以优化海上核电平台的倾斜度控制体系，加强海上核电平台使用中的安全性和稳定性，经过本发明优化的海上核电平台系统的经济效益将更加明显。
实施例二：
由于海上核电平台容易受到风浪的影响，以及海上核电平台也可能会处于行进状态，平衡结构2容易在水平方向发生摇摆位移，使得核反应堆1处于震动状态。进一步地，如图3所示，实施例二在实施例一的核反应堆非能动平衡系统基础上增设了重物6，该重物为一实心铁球，实心铁球的质量小于核电系统的质量。重物6柔性连接到平衡结构2的底部。重物6在自身惯性的作用下起到减少平衡结构2摇摆幅度的作用，进一步地减少核反应堆1的倾斜角度。此外，重物6也可以抵消平衡结构2摇摆所产生的动能，起到稳定作用。在图3中重物6与平衡结构2之间的柔性连接件7为包括有链或绳的连接件。可以理解的是，除了链或绳，柔性连接件也可以为其他类型的连接件，如高强度弹簧，本发明对此不作具体限制。除了抵消平衡结构2水平方向上的摆动或震动，高强度弹簧还可以抵消或部分抵消平衡结构2在垂直方向上的震动。本发明的核反应堆非能动平衡系统除了能在无需外力即可实现核反应堆处于平衡状态，还可以对支撑机构3以及具有该支撑机构的海上平台或船舶起到稳定作用。
本发明的核反应堆非能动平衡系统，其设备简单、施工简便。在海上作业区域，本发明可以有效保证核反应堆的倾斜度要求。由于本发明的非能动平衡系统在设计中允许海上平台的支撑机构3发生倾斜，从而使得整个海上核电系统的造价将大大减少。同时本发明能够提高核反应堆使用的稳定性和安全性，尤其是在用于建设海上核电平台中，施工简单、工期短，能有效节约结构成本，经济效益明显。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。