本发明涉及一种核电领域的安全相关结构形式的设计，具体涉及一种带分段独立水箱的非能动双层安全壳。
背景技术：
安全壳/屏蔽厂房是核电厂最重要的构筑物，其主要功能是在假想的设计基准事故后，承受内压，包容气载放射性释放物，并在正常运行期间为反应堆堆芯和冷却剂系统提供屏障。同时，安全壳/屏蔽厂房也是反应堆的热力边界，具有将设计基准事故后产生的热量排入大气、防止超压的功能。
目前较为流行的安全壳/屏蔽厂房的类型主要包括带钢衬里的预应力混凝土安全壳、由预应力混凝土安全壳和普通混凝土安全壳组成的双层安全壳和由钢安全壳与钢筋/预应力钢筋混凝土屏蔽厂房共同组成的双层安全壳。我国的秦山一期便是采用自主设计的带钢衬里的预应力混凝土安全壳。采用法国技术的 EPR核电厂和采用俄罗斯技术的VVER核电厂采用了由预应力混凝土安全壳和普通混凝土安全壳组成的双层安全壳。而目前正在大批量兴建的AP1000核电厂，则是采用由钢安全壳与钢筋混凝土屏蔽厂房共同组成的双层安全壳，该安全壳采用了非能动技术，具有更高的可靠性。
AP1000核电厂在基准事故下的安全壳非能动冷却，是通过屏蔽厂房顶部的非能动安全壳冷却水箱所储水的喷淋来进行的。相比以往的安全壳/屏蔽厂房，在热力学性能上，这是一个显著的进步。日本福岛核电危机之所以恶化，便是因为在极端工况下能动冷却失效。但是AP1000核电厂也存在一定的问题：将如此巨大的水箱置于屏蔽厂房的顶部，显然对结构的抗震是不利的。而喷淋系统本身能否在事故状态下顺利开启，也将大大影响系统的可靠性。
中国发明专利03143620.X提出了一种新型的沸水反应堆安全壳，该专利对安全壳内部结构进行了调整，具有一定的创新性。但未对安全壳本身做出重大改进，在余热排出和防止超压方面，未有显著进步。
技术实现要素：
本发明针对现有技术的不足，提出一种带分段独立水箱的非能动双层安全壳。
带分段独立水箱的非能动双层安全壳包括钢安全壳、侧向冷却水，安全壳内部结构、外侧板、底板、顶板、上部冷却水箱、上部冷却水、下部进气孔、上部排气孔，侧向水箱，空气导流板及流量分配盘；其中，所述底板坐落于地基上；所述钢安全壳坐落于底板上，二者通过钢安全壳底封头相连；所述安全壳内部结构位于钢安全壳内；所述外侧板坐落于底板上，二者通过插筋相连；所述上部冷却水箱坐落于顶板上；所述上部冷却水储存于上部冷却水箱中；所述侧向冷却水储存于钢安全壳侧向水箱中；所述下部进气孔和上部排气孔位于外侧板上。
优选地，所述钢安全壳为两端带有椭球形封头的圆柱筒，由钢安全壳主体、底封头、顶封头组成，所有部分材质均为特种锅炉钢。
优选地，所述钢安全壳主体为钢安全壳筒体，同时作为水箱的内侧边。
优选地，所述顶封头由底封头隔板，蓄水板、顶封头顶板组成。
优选地，所述侧向冷却水是注入水箱中的冷却用淡水。
优选地，所述安全壳内部结构是指坐落于钢安全壳内的各种结构和设备。
优选地，所述外侧板是内部带有钢衬里、施加了环向预应力、具有较强结构承载能力和辐射屏蔽能力的圆筒状结构。
优选地，所述底板作为双层安全壳的基础承载上部结构，并防止事故工况下放射性物质向地下扩散。
优选地，所述顶板作为钢安全壳上侧的屏蔽，并支撑上部冷却水箱。
优选地，所述上部冷却水箱支撑于顶板上，用于储存上部冷却水。
优选地，所述上部冷却水，位于上部冷却水箱内，用于事故工况下的非能动冷却。
优选地，所述侧向水箱，沿安全壳主体环向布置的存储侧向冷却水的箱体。
优选地，所述下部进气孔，事故工况下用于导入冷空气。
优选地，所述上部排气孔，事故工况下用于排出热空气。
优选地，所述空气导流板，事故工况下用于引导空气的流向。
优选地，所述流量分配盘，事故工况下用于分配上部冷却水。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的带分段独立水箱的非能动双层安全壳，利用水和空气的固有物理特性，采用对流散热的原理，具有良好的余热排出性能，在事故工况下无需外接能源的支持。
2、本发明提供的带分段独立水箱的非能动双层安全壳，与AP1000的非能动冷却相比，增加了侧向水箱来辅助冷却，大大提高了事故工况下安全壳的冷却性能，提高了事故工况下的核电站生存能力。
3、本发明提供的带分段独立水箱的非能动双层安全壳，可以大大提高安全壳的结构性能，使钢安全壳的结构形式更加合理，使钢安全壳刚度得以较大提高，提高了钢安全壳的抗震性能。
4、本发明提供的带分段独立水箱的非能动双层安全壳，相较于普通的安全壳/屏蔽厂房，通过专设的安全系统进行余热排出，而这些安全系统是需要动力驱动的，在事故工况下，安全系统自身的可靠性存在很大问题，能够通过水的热对流的固有物理特性进行余热排出，可靠性更高。
5、本发明提供的带分段独立水箱的非能动双层安全壳，相较于AP1000的安全壳/屏蔽厂房通过屏蔽厂房顶部的非能动安全壳冷却水箱所储存的水的喷淋来进行余热排出，使用上部冷却水箱和侧向水箱，蓄水量更大，即使在事故工况下上部冷却水箱阀门无法打开，也可以通过侧向冷却水的蒸发实现一定程度的非能动冷却。同时也避免了由于安全壳本体表面的平整度和各种支撑对水流影响的不确定和冷却不均匀现象。
6、本发明提供的带分段独立水箱的非能动双层安全壳，水箱的径向和竖向分成多个水箱独立运行，降低了个别水箱失效对冷却效果的影响。
7、本发明提供的带分段独立水箱的非能动双层安全壳，水箱上下共分成多排，可根据实际需要进行细分，有效避免过大水压力对安全壳本体的影响。
8、本发明提供的带分段独立水箱的非能动双层安全壳，采用外侧补水，通过管道出口控制有效控制进水量。
附图说明
图1为本发明提供的带分段独立水箱的非能动双层安全壳纵剖面图。
图2为钢安全壳纵剖面图。
图3为钢安全壳主体横截面图。
图4为钢安全壳顶封头俯视图。
图5为钢安全壳侧向水箱纵向剖面图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明包括：钢安全壳1、侧向冷却水2，安全壳内部结构3、外侧板4、底板5、顶板6、上部冷却水箱7、上部冷却水8、下部进气孔9、上部排气孔10、侧向水箱11、空气导流板12、流量分配盘13。
连接方法为：底板5坐落于地基上；钢安全壳1坐落于底板5上，二者通过钢安全壳底封头16相连；安全壳内部结构3位于钢安全壳1内；外侧板4坐落于底板5上，二者通过插筋相连；上部冷却水箱7坐落于顶板6上；上部冷却水8储存于上部冷却水箱7中；侧向冷却水2储存于钢安全壳侧向水箱11中；下部进气孔9和上部排气孔10位于外侧板4上。
所述钢安全壳1，由钢安全壳主体14、顶封头15、底封头16组成。
所述钢安全壳主体14，由环向和竖向的独立水箱11组成。钢安全壳外侧壁所用钢材厚度约为2cm，内侧壁用钢材厚度约为5.2cm。
所述水箱11，在环向沿钢安全壳环向均匀分布，之间利用隔板17隔开。在竖向共分成多段，上下每段之间通过钢框架23和钢板17隔开。水箱内部进行防腐蚀处理，以防止水箱的锈蚀。每一列水箱侧边设置上下贯通的管道18，用于水箱的补水。每个水箱的侧边沿环向开长弧形溢流孔24用于多余水溢出，同时在事故工况开始蒸发时，保证水蒸气的排出。
所述顶封头15，由底封头隔板21，蓄水板20、顶封头顶板22组成。
所述外侧板4，其内径比钢安全壳1的直径大，之间留有足够的操作空间。
所述上部冷却水箱7，支撑于顶板6上，采用内侧有不锈钢覆面的钢筋混凝土结构。
所述上下贯通的管道18，沿每一列水箱的侧边贯通设置，在每个水箱的溢流孔24处，设置进水管，用于对水箱的补水。管道采用小直径的水管，在每层水箱的进水管设置流量控制装置，根据蒸发量设置进水量。
所述溢流孔24，在每一水箱上部外侧部位开孔，开孔沿着环向、长弧形孔。底层水箱水位达到开孔位置时，开始排水。同时在事故工况开始蒸发时，保证水蒸气的排出。
所述排水口25，在每层水箱底部，与水箱连通，具有开闭装置。为检修等需要排空水箱中的水。
本实施例执行时，先布置底板5的钢筋和模板，将钢安全壳1的底封头16 与底板5的钢筋牢固连接，随后浇注底板混凝土。之后再按本发明中各部件的连接关系，分层逐步建造。
当本发明建造完成后，在上部冷却水箱8和钢安全壳侧向水箱11中注入冷却水。在事故工况下，上部冷却水箱中的水进入安全壳顶部，然后沿着底封头向四周流动，进入侧向水箱，并通过侧向的竖直管道对各层水箱进行补水。同时侧向水箱的中水开始对安全壳进行冷却，水被蒸发，通过水的蒸发和空气流动将余热排出，保证整个核电站的安全壳性。即使上部冷却水箱出现问题而无法喷淋冷却水，只依靠侧向冷却水的自动蒸发也可以在很大程度上起到排出余热的作用。
当本发明具体使用时：
按前述连接顺序建造完成后，向安全壳主体最上部一层的环形水箱和上部冷却水箱注水。在事故工况下，上部冷却水箱阀门开启，上部冷却水通过流量分配盘均匀分布在钢安全壳顶封头上，对顶封头进行冷却，同时，侧向水箱也开始蒸发，生成水蒸气。侧向水箱的水蒸气将通过竖向水箱的侧向开口排到安全壳和外侧板之间。在空气导流板引导下，冷空气从下部引入，带走安全壳和外侧板之间水蒸气，水蒸气从上部排气孔和上部冷却水箱间的空隙排出，并带走余热。同时顶封头未蒸发的水流到侧向水箱，对侧向水箱进行补水，上侧水箱水满，通过水箱侧管道向下边各级水箱输送，自流式进入下面各层水箱，同时通过控制出水管，根据不同水箱的蒸发量控制相应的补水量。每层水箱均有侧向开口，多余水由开口溢出。通过水和空气的固有物理特性，本发明可以快速将事故工况下生成的余热排入大气中，从而减少熔芯等特大事故发生的概率。同时设置抽水管，方便维修排水。
与现有技术相比，本实施例具有以下有益效果：
1、本发明提供的带分段独立水箱的非能动双层安全壳，利用水和空气的固有物理特性，采用对流散热的原理，具有良好的余热排出性能，在事故工况下无需外接能源的支持。
2、本发明提供的带分段独立水箱的非能动双层安全壳，与AP1000的非能动冷却相比，增加了侧向水箱来辅助冷却，大大提高了事故工况下安全壳的冷却性能，提高了事故工况下的核电站生存能力。
3、本发明提供的带分段独立水箱的非能动双层安全壳，可以大大提高安全壳的结构性能，使钢安全壳的结构形式更加合理，使钢安全壳刚度得以较大提高，提高了钢安全壳的抗震性能。
4、本发明提供的带分段独立水箱的非能动双层安全壳，相较于普通的安全壳/屏蔽厂房，通过专设的安全系统进行余热排出，而这些安全系统是需要动力驱动的，在事故工况下，安全系统自身的可靠性存在很大问题，能够通过水的热对流的固有物理特性进行余热排出，可靠性更高。
5、本发明提供的带分段独立水箱的非能动双层安全壳，相较于AP1000的安全壳/屏蔽厂房通过屏蔽厂房顶部的非能动安全壳冷却水箱所储存的水的喷淋来进行余热排出，使用上部冷却水箱和侧向水箱，蓄水量更大，即使在事故工况下上部冷却水箱阀门无法打开，也可以通过侧向冷却水的蒸发实现一定程度的非能动冷却。同时也避免了由于安全壳本体表面的平整度和各种支撑对水流影响的不确定和冷却不均匀现象。
6、本发明提供的带分段独立水箱的非能动双层安全壳，水箱的径向和竖向分成多个水箱独立运行，降低了个别水箱失效对冷却效果的影响。
7、本发明提供的带分段独立水箱的非能动双层安全壳，水箱上下共分成多排，可根据实际需要进行细分，有效避免过大水压力对安全壳本体的影响。
8、本发明提供的带分段独立水箱的非能动双层安全壳，采用外侧补水，通过管道出口控制有效控制进水量。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。