基于多功能水舱的船舶核动力堆舱屏蔽结构及其设计方法

技术领域

本发明涉及船舶核动力辐射防护技术领域，尤其涉及一种基于多功能水舱的船舶核动力堆舱屏蔽结构及基设计方法。

背景技术

船舶核动力系统具有功率密度高、续航力极大、运行稳定等明显优点，其在运行及维护过程中不可避免的产生放射性。为确保人员的生命健康及辐射安全、保证舱室的核辐射环境处于合理可行尽量低的水平，需在反应堆及一回路周边设置堆舱屏蔽。船舶核动力辐射屏蔽设计不仅需保证人员辐射安全，还需在船舶核动力总体允许的重量、空间条件下进行屏蔽优化设计，从而实现与总体相匹配的堆舱屏蔽优化方案。

目前，船舶核动力一般采用堆舱周边设置混凝土、铅及聚乙烯复合材料等结构形式的堆舱屏蔽方案。堆舱屏蔽主要用于正常工况下对反应堆及一回路产生的中子及γ射线进行屏蔽，其屏蔽重量大，占总屏蔽重量的约80%，是决定屏蔽重量的主要因素。这么大重量的堆舱屏蔽，会增加船体重量。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于多功能水舱的船舶核动力堆舱屏蔽结构及其设计方法，旨在能够在保证人员辐射安全的同时减少船舶核动力堆舱屏蔽重量，并满足船舶核动力及其他等系统用水需求。

为实现上述目的，本发明提供一种基于多功能水舱的船舶核动力堆舱屏蔽结构，包括密封设置的堆舱结构、以及与所述堆舱结构共型设置的水舱结构，水舱内部设置屏蔽结构并填充有水二者共同起到屏蔽作用，水舱的外部设置有辐射探测器。

优选地，所述堆舱结构内部也设置有屏蔽结构。

优选地，所述水舱与堆舱结构共用一侧壁或一顶壁。

优选地，所述水舱的内侧壁涂覆有防腐层。

优选地，所述水舱设置有出水口，出水口上安装有出水管道。

优选地，所述的基于多功能水舱的船舶核动力堆舱屏蔽结构还包括与所述辐射探测器电连接的报警器。

优选地，所述堆舱结构采用合金钢制成。

优选地，所述水舱采用合金钢制成。

本发明进一步提出一种基于上述的基于多功能水舱的船舶核动力堆舱屏蔽结构的设计方法，包括以下步骤：

根据船舶核动力装置的用水需求、事故条件下放射性包容的需求，初步进行水舱的容积、布置需求、承压以及密封性设计；

根据水舱的容积、布置需求、承压以及密封性设计，开展结构强度计算，设计堆舱和水舱的壁厚以及尺寸；

根据堆舱内部放射性源项分布及堆舱内设备管道布置，进行放射性源项、堆舱内设备管道和结构的建模，完成堆舱内的辐射场强度分布计算及分析；

根据堆舱内的辐射场强度分布，结合屏蔽材料的性能，设计屏蔽结构的组合、厚度以及布置方案；

根据堆舱内放射源项分布、堆舱内设备管道布置、堆舱结构、水舱结构和屏蔽装置的初步设计方案，进行放射性源项、堆舱设备管道结构、水舱结构和屏蔽装置的辐射输运计算和建模，完成堆舱和水舱结构结构以及屏蔽装置的强度计算，并根据计算结果进行方案迭代，得到堆舱结构、水舱结构和屏蔽结构的最终方案。

本发明提出的基于多功能水舱的船舶核动力堆舱屏蔽结构，利用在堆舱设置多功能水舱，在满足船舶核动力及其他等系统用水需求、同时兼做屏蔽功能，形成堆舱屏蔽方案，能较好的对具有高辐射强度的反应堆及一回路进行辐射屏蔽，可在为优化舰船核动力辐射屏蔽重量、节约舰船核动力总体资源、保证运行与人员辐射安全等提供支撑，可用于舰船核动力的堆舱辐射屏蔽设计中。本基于多功能水舱的船舶核动力堆舱屏蔽结构具有结构简单、容易实现以及工作稳定可靠的优点。

附图说明

图1为本发明基于多功能水舱的船舶核动力堆舱屏蔽结构第一实施例的结构示意图；

图2为本发明基于多功能水舱的船舶核动力堆舱屏蔽结构第二实施例的结构示意图。

图中，1-堆舱侧部屏蔽，2-堆舱顶部屏蔽，3-水舱，4-反应堆及回路系统，5-辐射探测器。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，并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，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明提出一种基于多功能水舱的船舶核动力堆舱屏蔽结构。

参照图1，本发明提出的基于多功能水舱的船舶核动力堆舱屏蔽结构的第一实施例中，基于多功能水舱的船舶核动力堆舱屏蔽结构包括密封设置的堆舱结构以及与堆舱结构共型设置的水舱3，水舱3内部设置屏蔽结构并填充有水二者共同起到屏蔽作用（水舱3通过水和屏蔽结构来共同起到屏蔽作用），水舱3的外部设置有辐射探测器5。屏蔽结构采用现有技术中常见结构，因此，本发明在此不再赘述。

辐射探测器5可设置多个。考虑到水是一种优良的中子屏蔽材料，同时对γ射线有一定的屏蔽效果，因此，设置水舱3满足船舶核动力及其他系统的用水需求，同时兼做屏蔽功能。堆舱结构包括堆舱侧部屏蔽1和堆舱顶部屏蔽2，即侧壁和顶壁。进一步地，堆舱结构内部也设置有屏蔽结构。

本实施例中，水舱3与堆舱结构共用一侧壁。共用侧壁的堆舱结构这一侧壁相对于其它侧壁，其厚度可稍薄一点。水舱3中的水在满足核动力及其他等系统用水需求、同时兼做屏蔽功能

进一步地，水舱3的内侧壁涂覆有防腐层。防腐层可采用油漆制成。

进一步地，水舱3设置有出水口，出水口上安装有出水管道。当船舶上用水时，可通过出水管道出水，以满足船舶用水需求。

进一步地，本基于多功能水舱的船舶核动力堆舱屏蔽结构还包括与辐射探测器5电连接的报警器。辐射探测器5对水舱3外辐射剂量进行实时准确监测，发生超剂量时报警器及时报警，便于船员及时采取辐射防护措施。

本实施例中，堆舱结构采用高强度合金钢制成。水舱3采用高强度合金钢制成。

水舱3设置的范围及尺寸需根据堆舱结构、用水需求及屏蔽需求等多种因素综合确定。堆舱结构的侧部屏蔽及顶部屏蔽的屏蔽材料分多层、多块敷设在堆舱结构的方格中，堆舱屏蔽敷设完成后采用角钢等进行固定。

本发明提出的基于多功能水舱的船舶核动力堆舱屏蔽结构，利用在堆舱设置多功能水舱3，在满足船舶核动力及其他等系统用水需求、同时兼做屏蔽功能，形成堆舱屏蔽方案，能较好的对具有高辐射强度的反应堆及一回路进行辐射屏蔽，可在为优化舰船核动力辐射屏蔽重量、节约舰船核动力总体资源、保证运行与人员辐射安全等提供支撑，可用于舰船核动力的堆舱辐射屏蔽设计中。本基于多功能水舱的船舶核动力堆舱屏蔽结构具有结构简单、容易实现以及工作稳定可靠的优点。

参照图2，本发明提出的基于多功能水舱的船舶核动力堆舱屏蔽结构的第二实施例中，本实施例以上述第一实施例不同的是，本实施例中，水舱3与堆舱结构共用一顶壁。

本发明进一步提出一种基于多功能水舱的船舶核动力堆舱屏蔽结构的设计方法。

本优选实施例中，一种基于上述基于多功能水舱的船舶核动力堆舱屏蔽结构的设计方法，包括以下步骤：

步骤S1，根据船舶核动力装置的用水需求、事故条件下放射性包容的需求，初步进行水舱的容积、布置需求、承压以及密封性设计；

步骤S2，根据水舱的容积、布置需求、承压以及密封性设计，开展结构强度计算，设计堆舱和水舱的壁厚以及尺寸；

步骤S3，根据堆舱内部放射性源项分布及堆舱内设备管道布置，进行放射性源项、堆舱内设备管道和结构的建模，完成堆舱内的辐射场强度分布计算及分析；

步骤S4，根据堆舱内的辐射场强度分布，结合屏蔽材料的性能，设计屏蔽装置的厚度以及布置方案；

步骤S5，根据堆舱内放射源项分布、堆舱内设备管道布置、堆舱结构、水舱结构和屏蔽装置的初步设计方案，进行放射性源项、堆舱设备管道结构、水舱结构和屏蔽装置的辐射输运计算和建模，完成堆舱和水舱结构结构以及屏蔽装置的强度计算，并根据计算结果进行方案迭代，得到堆舱结构、水舱结构和屏蔽装置的最终方案。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。