本發(fā)明屬于核電領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種核電廠抗震輔助給水箱及其設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
：輔助給水箱是在役核電廠中作為核輔助給水系統(tǒng)中的備用儲(chǔ)水裝置，主要用在蒸汽發(fā)生器供水功能喪失的緊急情況下為系統(tǒng)提供足夠補(bǔ)水，輔助給水系統(tǒng)運(yùn)行，導(dǎo)出余熱，避免或者緩解事故后果，保證核電廠運(yùn)行安全性。常見(jiàn)的輔助給水箱通常為大型的常壓立式薄壁圓筒形容器，一般直接安裝在廠房的地面或一定標(biāo)高的樓板上。核電廠正常運(yùn)行期間，輔助給水箱內(nèi)部水裝量占有效容積的90％以上，如果發(fā)生地震等突發(fā)情況，將造成明顯的液晃效應(yīng)，對(duì)輔助給水箱筒體產(chǎn)生巨大沖擊力。安裝樓層越高，地震劇烈程度越大，對(duì)輔助給水箱筒體產(chǎn)生的沖擊力越大，對(duì)輔助給水箱筒體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性的影響也越大，當(dāng)廠址地震激勵(lì)變大時(shí)，可能導(dǎo)致設(shè)備抗震能力裕量不足，影響核電廠的安全運(yùn)行。請(qǐng)參閱圖1所示，目前，在役百萬(wàn)千萬(wàn)級(jí)核電廠的輔助給水箱主要由底板10、筒體20、封頭30、接管(未示出)、人孔(未示出)等部件組成。筒體20外直徑為9.7m，總高度為14.566m，由5層圓柱筒段組成，自下而上厚度逐漸減薄，呈階梯狀分布，各層高度和厚度如表1所示。核電廠正常運(yùn)行期間，輔助給水箱水裝量為1000立方米，液面高度為13.54m。輔助給水箱通過(guò)34顆m68的地腳螺栓垂直安裝在標(biāo)高+0.2m的廠房樓板上。表1現(xiàn)有輔助給水箱筒體各層設(shè)計(jì)參數(shù)由于輔助給水箱內(nèi)部水裝量占有效容積的90％以上，地震作用產(chǎn)生的液晃效應(yīng)在很大程度上降低了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度安全和穩(wěn)定性，特別是影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。地震發(fā)生時(shí)，輔助給水箱實(shí)際受到的地震載荷從地面以下-7.0m的基巖位置傳遞上來(lái)，到達(dá)+0.2m的安裝位置，已經(jīng)具有明顯的放大效應(yīng)，地震加速度峰值數(shù)據(jù)放大近2倍。這種放大的地震載荷作用在輔助給水箱上時(shí)，會(huì)導(dǎo)致水箱中的液晃效應(yīng)顯著增強(qiáng)，對(duì)輔助給水箱筒體壁面產(chǎn)生巨大沖擊力，而筒體下部受到的沖擊影響尤為劇烈，可能影響輔助給水箱的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。有鑒于此，確有必要提供一種核電廠抗震輔助給水箱，通過(guò)改善在役核電廠中輔助給水箱的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度，提高輔助給水箱在地震作用下的抗震能力，達(dá)到增強(qiáng)核電廠運(yùn)行安全性的目的。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于：提供一種核電廠抗震輔助給水箱，通過(guò)改善在役核電廠中輔助給水箱的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度，提高輔助給水箱在地震作用下的抗震能力，達(dá)到增強(qiáng)核電廠運(yùn)行安全性的目的。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種核電廠抗震輔助給水箱，包括：底板、與底板焊接的筒體，筒體內(nèi)壁圓周上設(shè)置有豎直筋板，豎直筋板與筒體內(nèi)壁和底板固定連接，并沿筒體內(nèi)壁從下往上布置。作為本發(fā)明核電廠抗震輔助給水箱的一種改進(jìn)，所述豎直筋板均勻布置在筒體內(nèi)壁圓周上，數(shù)目為20～40條，角度間隔為9～15°。作為本發(fā)明核電廠抗震輔助給水箱的一種改進(jìn)，所述豎直筋板非均勻布置在筒體內(nèi)壁圓周上，數(shù)目為20～40條，角度間隔為9～15°。作為本發(fā)明核電廠抗震輔助給水箱的一種改進(jìn)，所述豎直筋板與筒體內(nèi)壁和底板通過(guò)焊接連接，所述焊接方式為單面或雙面間斷角焊，焊縫間距為50～100mm，所述豎直筋板與筒體焊接后形成的焊縫與筒體自身的縱向和環(huán)向焊縫之間各相隔20～50mm。作為本發(fā)明核電廠抗震輔助給水箱的一種改進(jìn)，所述豎直筋板高度為筒體高度的1/3～2/3。作為本發(fā)明核電廠抗震輔助給水箱的一種改進(jìn)，所述豎直筋板由高度、寬度、厚度相同或不同的鋼板焊接而成，所述焊接方式為雙面角焊。作為本發(fā)明核電廠抗震輔助給水箱的一種改進(jìn)，所述鋼板上下兩端各至少設(shè)置有1個(gè)直徑為30～60mm的小孔，鋼板材料與筒體材料相同。作為本發(fā)明核電廠抗震輔助給水箱的一種改進(jìn)，所述焊接為手工電弧焊或二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊。本發(fā)明還提供了一種核電廠抗震輔助給水箱的設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：1)設(shè)計(jì)輔助給水箱；2)在輔助給水箱筒體內(nèi)壁焊接豎直筋板；3)對(duì)焊縫進(jìn)行100％磁粉檢驗(yàn)；4)對(duì)筒體內(nèi)部進(jìn)行噴砂防銹處理。作為本發(fā)明核電廠抗震輔助給水箱的設(shè)計(jì)方法的一種改進(jìn)，還包括建立有限元計(jì)算模型，對(duì)核電廠抗震輔助給水箱進(jìn)行抗震分析和驗(yàn)證。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明核電廠抗震輔助給水箱在現(xiàn)有輔助給水箱技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)輔助給水箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1)通過(guò)在筒體內(nèi)壁安裝豎直筋板，各工況筒體壁面的軸向壓應(yīng)力值明顯降低；2)彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)方案的設(shè)計(jì)缺陷，能夠明顯提升設(shè)備的抗震能力，增強(qiáng)核電廠運(yùn)行安全性；3)該方案簡(jiǎn)單方便，可操作性強(qiáng)，施工經(jīng)濟(jì)成本低。附圖說(shuō)明下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明核電廠抗震輔助給水箱及設(shè)計(jì)方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，其中：圖1為核電廠現(xiàn)有輔助給水箱簡(jiǎn)圖。圖2為核電廠現(xiàn)有輔助給水箱未安裝豎直筋板前的計(jì)算模型圖。圖3為本發(fā)明核電廠抗震輔助給水箱計(jì)算模型圖。圖4為本發(fā)明核電廠抗震輔助給水箱的示意圖。圖5為本發(fā)明豎直筋板方位布置的示意圖。圖6為本發(fā)明豎直筋板的示意圖。圖7為本發(fā)明豎直筋板與筒體焊接方式的示意圖。具體實(shí)施方式為了使本發(fā)明的發(fā)明目的、技術(shù)方案及其技術(shù)效果更加清晰，以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，本說(shuō)明書中描述的具體實(shí)施方式僅僅是為了解釋本發(fā)明，并非為了限定本發(fā)明。請(qǐng)參閱圖3至圖7所示，本發(fā)明核電廠抗震輔助給水箱包括：底板10、與底板10焊接的筒體20，筒體20內(nèi)壁圓周上設(shè)置有豎直筋板60，豎直筋板60與筒體20內(nèi)壁和底板10固定連接，并沿筒體20從下往上布置。底板10為具有一定剛性強(qiáng)度的鋼板，固定在地面或固定支架結(jié)構(gòu)上。筒體20為圓柱形結(jié)構(gòu)，筒體20上開設(shè)有人孔(未示出)和接管(未示出)，頂部設(shè)置有用于密封筒體20的封頭30，筒體20外部還設(shè)置有爬梯(未示出)和平臺(tái)(未示出)。請(qǐng)參閱圖2所示，結(jié)合核電廠現(xiàn)有輔助給水箱結(jié)構(gòu)和安裝位置，建立有限元計(jì)算模型，對(duì)輔助給水箱進(jìn)行抗震分析和驗(yàn)證，輔助給水箱結(jié)構(gòu)采用殼體單元模擬，依據(jù)asce-4-98，輔助給水箱中的水分為上下兩部分：下面部分為沖擊水，計(jì)算時(shí)將其質(zhì)量等效分布到對(duì)應(yīng)的筒體上；上面部分為晃動(dòng)水，采用質(zhì)量彈簧模型進(jìn)行模擬。計(jì)算中考慮了地震載荷和液晃效應(yīng)，穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果如表2所示。通過(guò)模擬計(jì)算結(jié)果可知，核電廠現(xiàn)有輔助給水箱設(shè)計(jì)工況和事故工況下第1、2層筒壁的軸向壓應(yīng)力值都較大，當(dāng)輔助給水箱受到較大沖擊時(shí)，會(huì)影響輔助給水箱的穩(wěn)定性。請(qǐng)參閱圖3所示，由于未安裝豎直筋板的輔助給水箱各工況第1、2層筒壁的軸向壓應(yīng)力值較大，影響輔助給水箱的穩(wěn)定性，特別是當(dāng)輔助給水箱因?yàn)閺?qiáng)震發(fā)生破壞時(shí)，會(huì)影響核電廠的安全運(yùn)行。因此，在現(xiàn)有核電廠輔助給水箱的基礎(chǔ)上，通過(guò)建立有限元計(jì)算模型，對(duì)輔助給水箱筒體20結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終通過(guò)對(duì)輔助給水箱進(jìn)行抗震分析和驗(yàn)證，在輔助給水箱筒體20內(nèi)壁設(shè)置豎直筋板60，能達(dá)到設(shè)計(jì)優(yōu)化的效果。穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果如表2所示，通過(guò)模擬計(jì)算結(jié)果可知，通過(guò)對(duì)核電廠輔助給水箱筒體20內(nèi)壁圓周上設(shè)置豎直筋板60，能夠顯著降低輔助給水箱各工況下筒體第1、2層筒壁的軸向壓應(yīng)力值，提高輔助給水箱的抗震性能。表2輔助給水箱優(yōu)化設(shè)計(jì)前后穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果請(qǐng)參閱圖4至圖7所示，在核電廠現(xiàn)有輔助給水箱筒體20內(nèi)壁圓周上安裝若干豎直筋板60，安裝后豎直筋板60的高度為筒體20高度的1/3～2/3。在圖示實(shí)施方式中，由于筒體20各層筒段厚度自下而上逐漸減薄，基本上是均勻過(guò)渡，豎直筋板60由3塊高度、寬度、厚度不同的鋼板62,64,66采用雙面角焊、手工電弧焊的方式焊接而成，鋼板62,64,66的規(guī)格請(qǐng)參閱表3所示。為便于焊接，鋼板62,64,66材料與筒體20的材料相同，每塊鋼板62,64,66上下兩端各設(shè)置有1個(gè)直徑為30～60mm的小孔602，在圖示實(shí)施方式中，小孔602的直徑為30mm，便于鋼板62,64,66焊接過(guò)程中吊裝使用。在本發(fā)明的其他實(shí)施方式中，如果筒體20筒壁的厚度上下一致，豎直筋板60可由高度、寬度、厚度相同的鋼板采用雙面角焊、手工電弧焊的方式焊接而成。豎直筋板60與筒體20內(nèi)壁和底板10通過(guò)手工電弧焊、雙面間斷角焊的方式焊接連接，焊縫間距為50～100mm。在圖示實(shí)施方式中，鋼板62與筒體20的第1層圓柱筒段21焊接，焊縫長(zhǎng)度為100mm，焊縫間距為100mm，焊縫段數(shù)為15段，焊腳尺寸為16mm；鋼板64與第2層圓柱筒段23焊接，焊縫長(zhǎng)度為100mm，焊縫間距為100mm，焊縫段數(shù)為15段，焊腳尺寸為12mm；鋼板66與第3層圓柱筒段25焊接，焊縫長(zhǎng)度為50mm，焊縫間距為50mm，焊縫段數(shù)為30段，焊腳尺寸為5mm。采用間斷角焊不僅提高了焊接速度，避免了焊縫集中對(duì)筒體20內(nèi)壁的損傷，同時(shí)可以最大程度降低殘余應(yīng)力的影響。而且，豎直筋板60的焊縫應(yīng)避開原設(shè)備筒體20上的縱向和環(huán)向焊縫，筒體20縱向和環(huán)向焊縫各20～50mm范圍內(nèi)，豎直筋板60與筒體20不焊接，避免焊縫集中對(duì)筒體20內(nèi)壁造成損傷，在圖示實(shí)施方式中，筒體20縱向和環(huán)向焊縫各20mm范圍內(nèi)，豎直筋板60與筒體20不焊接。在本發(fā)明的其他實(shí)施方式中，焊縫長(zhǎng)度、焊縫間距、焊縫段數(shù)、焊腳尺寸可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)本發(fā)明核電廠抗震輔助給水箱的一種實(shí)施方式，鋼板62與第1層圓柱筒段21高度一致，鋼板64與第2層圓柱筒段23高度一致，鋼板66由于豎直筋板60高度的緣故，與第3層圓柱筒段25高度不相同。3塊鋼板62,64,66焊接在筒體20內(nèi)壁后，其寬度與筒體20的厚度之和相等，都為316mm，即3塊鋼板通過(guò)焊接形成豎直筋板60后豎直方向處于同一平面。由于筒體20每一層圓柱筒段受到的軸向壓應(yīng)力值不同，為便于安裝和節(jié)約材料，鋼板的厚度可以從下往上逐漸減小。表3鋼板尺寸參數(shù)鋼板編號(hào)高度×寬度×厚度(mm)鋼板623000×300×38鋼板643000×304×20鋼板662376×306×7但是在本發(fā)明的其他實(shí)施方式中，鋼板62,64,66規(guī)格并不受此限制，可根據(jù)輔助給水箱的具體規(guī)格和人孔大小進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。如果筒體20不是由多層圓柱筒段組成，而是為一體結(jié)構(gòu)，則豎直筋板60可選用整段結(jié)構(gòu)，也可選用多段鋼板進(jìn)行焊接連接形成。特別地，如果輔助給水箱由多層圓柱筒段通過(guò)焊接連接而成，鋼板的高度盡可能與每一層的高度一致。此外，如果筒體20每一層的筒段過(guò)高，而為了考慮到鋼板的重量和人孔的大小，滿足安裝的需要，鋼板的高度也可與筒段的高度不一致，一層筒段的高度可為多塊鋼板焊接連接后的高度，或一塊鋼板的高度可為多層筒段的高度，筒段高度與鋼板高度沒(méi)有明確限制。請(qǐng)參閱圖5所示，豎直筋板60通常情況下在筒體20內(nèi)壁的圓周上均勻分布，在布置過(guò)程中，豎直筋板60的布置為避開筒體20上的人孔，在筒體20內(nèi)壁圓周上的分布方位以設(shè)備人孔為參照進(jìn)行布置。豎直筋板60的數(shù)目為20～40條，角度間隔為9～15°。豎直筋板60也可采用非均勻布置的方式焊接在筒體20內(nèi)壁的圓周上，具體以筒體20本身的結(jié)構(gòu)而定。特別地，豎直筋板60在輔助給水箱接管(未示出)附近采用非均勻布置，在其他方向采用均勻布置，圓周方向上的分布方位以人孔(未示出)為參照進(jìn)行布置，在圖示實(shí)施方式中，筒體20內(nèi)壁圓周上設(shè)置焊接有32條豎直筋板60，為避開筒體20上的接管(未示出)，方位角64.25°、77.25°、87.75°位置處的豎直筋板60為非均勻布置，其余豎直筋板60在圓周方向上為均勻分布，角度間隔為11.25°。當(dāng)筒體20內(nèi)壁圓周方向上布置24條豎直筋板60時(shí)，方位角79.5°位置處的豎直筋板60為非均勻布置，其他豎直筋板60在筒體20內(nèi)壁圓周方向上均勻分布，角度間隔為15°。當(dāng)筒體20內(nèi)壁圓周方向上布置40條豎直筋板60時(shí)，豎直筋板60在筒體20內(nèi)壁圓周方向上全部均勻分布，角度間隔為9°。在本發(fā)明的其他實(shí)施方式中，如果不考慮避開人孔，則在筒體20內(nèi)壁圓周方向上的分布方位可以不以設(shè)備人孔為參照進(jìn)行布置，則相應(yīng)的接管附近的方位角也就不同，而且，在以設(shè)備人孔為參照進(jìn)行布置時(shí)，方位角也可根據(jù)接管位置不同設(shè)置不同的角度。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明在輔助給水箱筒體20內(nèi)壁增加設(shè)置豎直筋板60包括在現(xiàn)有輔助給水箱筒體20內(nèi)壁增加設(shè)置豎直筋板60，也包括在新建的輔助給水箱或儲(chǔ)罐筒體20內(nèi)壁增加設(shè)置豎直筋板60。本發(fā)明核電廠抗震輔助給水箱設(shè)計(jì)過(guò)程如下：在現(xiàn)有核電廠輔助給水箱的基礎(chǔ)上，建立與實(shí)際結(jié)構(gòu)一致的有限元計(jì)算模型，對(duì)輔助給水箱進(jìn)行抗震分析和驗(yàn)證，輔助給水箱結(jié)構(gòu)采用殼體單元模擬，依據(jù)asce-4-98，輔助給水箱中的水分為上下兩部分：下面部分為沖擊水，計(jì)算時(shí)將其質(zhì)量等效分布到對(duì)應(yīng)的筒體上；上面部分為晃動(dòng)水，采用質(zhì)量彈簧模型進(jìn)行模擬。計(jì)算中考慮了地震載荷和液晃效應(yīng)，得到在地震作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)；將得到的結(jié)構(gòu)在地震作用下的應(yīng)力響應(yīng)用于結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計(jì)。在核電廠檢修期間，將輔助給水箱內(nèi)的水全部排出，通過(guò)人孔將帶有吊裝小孔602的鋼板62,64,66運(yùn)入筒體20內(nèi)，并根據(jù)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證結(jié)果在筒體20內(nèi)壁圓周上焊接鋼板62,64,66，然后將鋼板62底部與底板10焊接固定。鋼板62,64,66之間通過(guò)手工電弧焊的雙面角焊方式進(jìn)行焊接連接，鋼板62,64,66與筒體20內(nèi)壁之間通過(guò)手工電弧焊的雙面間斷角焊的方式進(jìn)行焊接連接，焊縫間距為50～100mm，鋼板62與底板10之間也通過(guò)手工電弧焊的雙面間斷角焊的方式進(jìn)行焊接連接，焊縫間距為50～100mm。鋼板焊接形成豎直筋板60的焊縫避開原設(shè)備筒體20上的縱向和環(huán)向焊縫，原筒體20縱向和環(huán)向焊縫各20mm范圍內(nèi)，豎直筋板60與筒體20不焊接。豎直筋板60的布置為避開人孔，在筒體20內(nèi)壁圓周方向上的分布方位以設(shè)備人孔為參照進(jìn)行布置。通過(guò)鋼板62,64,66焊接形成的豎直筋板60的數(shù)目為32條，角度間隔為11.25°。由于接管的緣故，在方位角64.25°、77.25°、87.75°位置處的豎直筋板60為非均勻布置，其他豎直筋板60在圓周方向上均勻分布。為提高輔助給水箱的抗震性能，也可對(duì)新建的輔助給水箱筒體20內(nèi)壁按照本方法增加設(shè)置豎直筋板60，豎直筋板60可以在現(xiàn)場(chǎng)輔助給水箱安裝完畢后通過(guò)人孔運(yùn)入筒體20內(nèi)部進(jìn)行焊接安裝，也可在現(xiàn)場(chǎng)安裝輔助給水箱期間直接在筒體20內(nèi)壁焊接安裝豎直筋板60。豎直筋板60與筒體20內(nèi)壁焊接后對(duì)角焊縫進(jìn)行100％磁粉檢驗(yàn)，并對(duì)筒體20內(nèi)部進(jìn)行噴砂防銹處理，然后將輔助給水箱儲(chǔ)水投入使用。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明核電廠抗震輔助給水箱在現(xiàn)有輔助給水箱技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)輔助給水箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1)通過(guò)在筒體20內(nèi)壁安裝豎直筋板60，各工況筒體20壁面的軸向壓應(yīng)力值明顯降低；2)彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)方案的設(shè)計(jì)缺陷，能夠明顯提升設(shè)備的抗震能力，增強(qiáng)核電廠運(yùn)行安全性；3)該方案簡(jiǎn)單方便，可操作性強(qiáng)，施工經(jīng)濟(jì)成本低。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，在本發(fā)明的其他實(shí)施方式中，輔助給水箱的安裝位置、筒體20由多少層圓柱筒段構(gòu)成以及筒體20各層的規(guī)格并不受此限制，任何與本發(fā)明豎直筋板60設(shè)計(jì)方式相同或相似的輔助給水箱或儲(chǔ)罐都屬于本發(fā)明保護(hù)的范疇。本發(fā)明核電廠抗震輔助給水箱的設(shè)計(jì)方式也適用于石油化工、常規(guī)電廠、船舶、水處理、食品等民用工業(yè)的儲(chǔ)罐，儲(chǔ)存的液體可以為水、石油化工產(chǎn)品、化學(xué)試劑等。根據(jù)上述原理，本發(fā)明還可以對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兏托薷?。因此，本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。此外，盡管本說(shuō)明書中使用了一些特定的術(shù)語(yǔ)，但這些術(shù)語(yǔ)只是為了方便說(shuō)明，并不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成任何限制。當(dāng)前第1頁(yè)12