CN1256497A - 全封闭可动线圈电磁铁控制棒驱动机构 - Google Patents
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Abstract
本发明属核反应堆技术领域,包括上、下支承组件,固定于该上、下支承组件之间的密封筒、导向杆和滚珠丝杠,置于下支承组件下方并与该滚珠丝杠相连的步进电机及连于该电机另一端的旋转编码器。螺母支承组件装在导向杆上,连杆置于密封筒内,衔铁下部置有缓冲器,终点开关固定于密封筒外衔铁终点处,密封筒上端置有一截断阀。本发明可提高控制反应堆的反应性的精确度,方便地进行换料及其他操作,提高***可靠性,降低成本和制造难度。
Description
本发明属于核反应堆技术领域,特别涉及核反应堆的控制棒驱动机构设计。
控制棒驱动机构是用来使棒束控制组件(控制棒)处在堆芯内适当位置。控制棒驱动机构能够按照指令提升或下插控制棒组件,或使之保持在某一固定位置上,从而分别完成反应堆启动、调节功率和维持功率的功能。如使机构断电,控制棒则凭借重力落入堆芯,从而实现紧急停堆。每个棒束控制组件都由自己单独的控制棒驱动机构操作。
目前压水堆普遍使用的控制棒驱动机构是磁力提升装置。其结构及原理如图1、图2所示。处于压力罩9内的所有部件,如可动夹持销爪4、固定夹持销爪7和驱动轴8等,都暴露于反应堆冷却剂中,控制棒的***或抽出是这样完成的:按顺序给三个固定位置上的提升线圈2、可动夹持线圈3、固定夹持线圈6通电或断电,线圈产生的磁场穿过压力罩分别作用在提升磁极1、可动磁极10、固定磁极5及相应的衔铁上,衔铁驱动可动销爪4或固定销爪7啮合或释放,使带有沟槽的驱动轴8作步进式的上下运动,从而带动控制棒运动。每完成一次循环,控制棒可提升或***一步。以大亚湾核电站900Mwe压水堆为例,其控制棒驱动机构的提升和下插速度为1143mm/min,步距为15.9mm。对于某些以实验为目的反应堆,需要更精确地控制其反应性,这样的步距就显得太大了。而由于上述磁力提升装置原理上的限制,进一步大幅度地减小步距已是不可能的。
本发明的目的是为了克服上述已有技术的不足之处,研制了一种全封闭可动线圈电磁铁控制棒驱动机构。它不但使控制棒的提升和下插动作成为几乎连续的,可大大提高控制反应堆的反应性的精确度,而且具有可方便地进行换料及其他操作,提高***的可靠性,降低成本和制造难度的诸多优点。
本发明设计的全封闭可动线圈电磁铁控制棒驱动机构,包括上、下支承组件,固定于该上、下支承组件之间的密封筒、导向杆和滚珠丝杠,置于下支承组件下方并与该滚珠丝杠相连的步进电机及连于该电机另一端的旋转编码器;安装在该导向杆上的螺母支承组件,该螺母支承组件一侧支承连接滚珠螺母,另一侧与套于密封筒外的动线圈组件相连;一连杆置于所说的密封筒内,该连杆的上端与反应堆控制棒刚性连接,其下端与衔铁相连;衔铁下部设置有缓冲器;终点开关固定于密封筒外衔铁上下行程终点处;该密封筒上端的适当位置还设置有一截断阀。
本发明所说的截断阀,它包括由螺杆、四连杆—滑块机构和由它们驱动的在壳体导轨上移动的上下两组密封头组成的阀体和一个从外部封焊的实现对外的全封闭的波纹管。
本发明的主要特点是:
(1)本发明使控制棒的提升和下插动作成为几乎连续的,可大大提高控制反应堆的反应性的精确度。这样解决了已有技术步距太大的缺点。
(2)从反应堆池壳底部向上推动控制棒,即采取自下向上的传动的方案,以保证反应堆从上部可以方便地进行换料及其他操作。
(3)驱动机构采用全封闭的可动线圈电磁铁传动。该传动可以保证主回路边界的完整性,这一点与已有技术是相同的。但是,已有技术在封闭的压力罩内,有着相当复杂的结构,如磁极、衔铁、销爪、驱动轴以及各种弹簧、销子等等,以上所有零件都在主回路边界以内,因此对这些零件的制造要求都相当高,任何零件的失效都会导致严重的后果,维修的成本也非常高。本发明密封筒内只有衔铁、连杆、缓冲器,大大简化了主回路边界以内的结构。驱动机构的主要部分部处于主回路边界以外,因此可以使用常规的技术、材料和设备,提高了***的可靠性,大幅度地降低了成本和制造难度,维修成本也明显降低了。
附图简要说明
图1是已有技术结构示意图。
图2是已有技术工作原理图。
图3是本发明的控制棒驱动机构实施例构造示意图。
图4是图3中截止阀的结构放大示意图。
图5是图4中D-D截面剖示图。
图6是图3中A处结构放大示意图。
本发明设计出一种全封闭可动线圈电磁铁控制棒驱动机构实施例,其结构如图3-图6所示,结合附图详细说明如下:
本实施例的总体结构如图3所示。图中,位于整个机构最下部的是旋转编码器01,它与位于其上部的步进电机02的驱动轴相联,以此来记录步进电机的转速及转角;步进电机的驱动轴驱动其上部的滚珠丝杠04转动,因而带动滚珠螺母05作上下运动;滚珠螺母与螺母支承组件06相连,螺母支承组件进一步带动动线圈组件08作上下运动,动线圈组件中的电磁线圈通电后产生的磁场穿透密封筒13作用于衔铁07上,电磁力带动衔铁上下运动,如图6所示;动支承组件10与螺母支承组件06共同支承着动线圈组件08沿着导向杆09运动;衔铁07的上端是连杆11,连杆的上端与反应堆控制棒刚性连接。整个机构由上支承组件12与下支承组件03共同支承。当衔铁到达上下极限位置时,安装在极限位置处的终点开关15会给出控制信号,使衔铁位置不至于超越界限,终点开关有标准产品可以选择。当紧急停堆时,衔铁则落到其下部的缓冲器16上。当控制棒驱动机构需要检修或反应堆需要换料时,位于上部的截断阀14将被锁紧。
整个装置最关键部分有三个机构:
1)位于下部的步进电机驱动机构02。在此,步进电机被首次应用于反应堆控制棒驱动机构中。利用步进电机的精密控制特性,即步进电机总的位移量严格等于输入的指令脉冲数,其平均转速严格正比于输入指令脉冲的频率;同时在其工作频段内,可以从一种运动状态稳定地转换到另一种运动状态——正是基于以上特性,反应堆控制棒才得以实现按指令以预定的速度提升或下插预定的距离,从而实现对反应堆反应性的精密控制。步进电机引入驱动机构后,省去了传统的减速机和制动器,简化了机构,节省了空间,对控制棒驱动机构的简化十分重要。
2)可动的线圈组件08。由步进电机带动滚珠丝杠转动,因而使得滚珠螺母拖动电磁线圈上下移动,线圈的运动又进一步带动位于其内部的衔铁同步地运动,完成整个的传动链。
3)位于整个装置上部的截断阀14,如图4、图5所示。在反应堆正常运行时对外***漏,在需要对控制棒驱动机构进行检修的时候,截断阀既要保证主回路冷却水***漏,又要将位于其内部的连杆卡死。截断阀包括由螺杆、四连杆-滑块机构和由它们驱动的在导轨上移动的上下两组密封头。全部机构由阀体和一个波纹管实现对外的全封闭。这一功能是这样实现的:转动阀门手柄17,其上的螺杆带动平行四边形机构18,进而带动在阀体导轨上运动的滑块19,滑块带动密封头20将连杆卡住并同时将主回路封闭,密封头20的密封面上设有密封垫,以实现对连杆的密封。在螺杆与外壳21之间,封焊着一个波纹管22。这样,整个机构就被外壳和波纹管全封闭起来。
本实施例的工作原理为:电磁铁衔铁处于与池壳密封相连的密封筒内,电磁线圈处于密封筒外。当电磁线圈通电,线圈产生的磁场穿过密封筒作用于衔铁上,衔铁与线圈保持相对固定的位置关系。这时的线圈与已有的磁力提升装置的不同,它是可动的。线圈运动带动衔铁,衔铁通过连杆从下端与控制棒(位于连杆上端,图中未标出)刚性相连,推动控制棒上下运动,控制反应堆。当电磁线圈断电时,包括控制棒,连杆,衔铁的运动组件,将在重力作用下下落,直至控制棒落入堆芯。衔铁则落到下部缓冲器上。
电磁线圈是由它的驱动***来驱动的。驱动***的动力源是一台步进电机,步进电机直接转动滚珠丝杠,滚珠丝杠的螺母拖动被支承在支架上的线圈上下运动。
控制棒的位置指示包括两个部分:连续棒位指示和控制棒上下极限位置指示。连续棒位指示信号是由与步进电机轴刚性相连的旋转编码器给出。而上下极限位置指示信号是由安装在衔铁上下极限位置附近处于密封筒外的终点开关发出。
在密封筒的上端设置了截断阀。该阀可以在连杆通过阀的状态下,截断与主回路相通的通道,同时将连杆卡死。该阀主要用于在进行堆芯检修或换料等操作时,将连杆卡死;在对驱动***检修,需要打开密封筒的情况下,用它基本截断与主回路相通的通道,防止主回路的冷却水的大量流失。截断阀包括由螺杆、四连杆—滑块机构和由它们驱动的在壳体导轨上移动的上下两组密封头。全部机构由阀体和一个波纹管实现对外的全封闭。
本实施例的主要设计参数:
控制棒移动速度: 正常:1毫米/秒 快速:1.6毫米/秒
紧急停堆: 0.9秒通过堆芯高度
堆芯高度: 750毫米
控制棒驱动机构设计行程: 900毫米
运动部件总重: 323N(水中282N)
控制棒驱动机构的最大提升力: ≥700牛顿
电磁线圈输入电压: 50伏 直流
本实施例的工作过程为:
(1)在正常工况下,步进电机转动丝杠,丝杠推动电磁线圈,线圈通过衔铁推动控制棒组件。控制棒组件的移动速度为1mm/s和1.6mm/s。当电机一相断电时,则其处于保持状态,控制棒将保持在给定的位置上。控制棒的连续位置信号(绝对数字量),由与丝杠直接相联的旋转编码器给出。控制棒到达上下极限位置时,安装在密封筒外的终点开关将会动作,给出断通的信号。
(2)紧急停堆:在紧急的情况下,电磁铁断电,控制棒组件在重力作用下,迅速落入堆芯。然后,步进电机断电,因为滚动丝杠并不自锁,所以在重力作用下,也会滑落至终点。这时,即使电磁铁不断电,控制棒组件也会随线圈一起缓缓落入堆芯。控制棒组件紧急落入堆芯的速度为使其能在0.9秒内通过堆芯高度为准。
(3)启动:控制棒驱动机构的启动,只有在控制棒组件落入堆芯后,可动线圈回到下极限位置,衔铁和线圈完全对正的条件下,才能开始。
Claims (2)
1、一种全封闭可动线圈电磁铁控制棒驱动机构,其特征在于,包括上、下支承组件,固定于该上、下支承组件之间的密封筒、导向杆和滚珠丝杠,置于下支承组件下方并与该滚珠丝杠相连的步进电机及连于该电机另一端的旋转编码器;安装在该导向杆上的螺母支承组件,该螺母支承组件一侧支承连接滚珠螺母,另一侧与套于密封筒外的动线圈组件相连;一连杆置于所说的密封筒内,该连杆的上端与反应堆控制棒刚性连接,其下端与衔铁相连;衔铁下部设置有缓冲器:终点开关固定于密封筒外衔铁上下行程终点处;该密封筒上端的适当位置还设置有一截断阀。
2、如权利要求1所述的用于全封闭可动线圈电磁铁控制棒驱动机构,其特征在于,所说的截断阀,它包括由螺杆、四连杆—滑块机构和由它们驱动的在壳体导轨上移动的上下两组密封头组成的阀体和一个从外部封焊的实现对外的全封闭的波纹管。
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |