CN212303089U - 一种核反应堆控制棒高精度驱动装置 - Google Patents
一种核反应堆控制棒高精度驱动装置 Download PDFInfo
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Abstract
一种核反应堆控制棒高精度驱动装置,其特征在于:滚珠丝杆副的丝杆两端通过轴承安装在底座两侧的支柱上,丝杆的左端通过联轴器与电机的输出轴相连,滚珠丝杆副的螺母顶部固定安装有电磁吸合机构;所述的支柱的顶部还安装有不锈钢制成的直线滑轨,电磁吸合机构与直线滑轨的磁性滑块相对,磁性滑块的右端与钢绳的首端相连,钢绳的末端绕过定滑轮后与核反应堆的控制棒相连;所述的电机和电磁吸合机构均与核反应堆的控制及检测装置电连接。该驱动装置能对核反应堆输出功率进行高精度、低时滞的控制和调节;并能可靠的实现事故紧急停堆,且其结构简单,加工和装配精度低,可靠性高;提高了核反应堆的运行效率,保证核反应堆的运行安全。
Description
技术领域
本实用新型涉及核反应堆控制棒的驱动装置。
背景技术
核反应堆是使原子核裂变的链式反应能够有控制地持续进行的装置。改变反应堆内的中子数,就可以改变核反应的剧烈程度,从而改变反应堆功率。控制棒是由强烈吸收中子的材料制成。它布置在堆芯内,并穿插在燃料组件中。通过控制棒的提升和下插可以改变其对中子的吸收数量和速度,进而有效的控制反应堆反应速度:当反应堆反应强烈时,将控制棒***更深,使被吸收的中子增多,链式反应减慢,反应堆功率降低;当控制棒完全***时,即可阻止裂变链式反应的进行,使反应堆停堆;反之,将控制棒向上提升,反应速度将增加,反应堆功率增大。总之,核反应堆控制棒驱动装置是核反应堆控制***和保护***的执行机构,通过它实现对控制棒的精确提升、下插、保持及快速落棒,完成反应堆的启动、调节功率、维持功率、正常停堆和事故紧急停堆;其精准、平稳和可靠性,直接影响到反应堆的输出功率精确匹配与安全运行。
现有的核反应堆控制棒驱动装置,主要有磁力提升式控制棒驱动装置,其主要构成是:传动轴的下端与控制棒相连、传动轴上轴向分布有提升、传递、保持三个电磁线圈及衔铁,传递钩爪和保持钩爪分别与传递衔铁、保持衔铁连接,传递钩爪和保持钩爪均与传动轴上的槽纹配合。
其工作过程为:
保持状态,保持线圈通电,保持衔铁带动保持钩爪伸入沟槽,使传动轴保持固定的位置;提升和传递线圈断电,传递钩爪松开。
提升动作,传递电磁线圈得电,传递钩爪伸入沟槽,抱住传动轴;保持电磁线圈断电,保持钩爪松开;提升线圈得电,提升衔铁吸引传递衔铁上升、带动传递钩爪及传动轴向上提升一个步距(10mm左右);完成一次提升动作;随后保持线圈通电,保持钩爪伸入沟槽,使传动轴保持固定的位置;提升和传递线圈断电,传递钩爪随传递衔铁回落至初始位置,控制棒恢复保持状态。
下降动作,提升电磁线圈通电,提升衔铁吸引传递磁铁带动传递钩爪上升一个步距(10mm左右),随后传递电磁线圈通电,传递钩爪伸入传动轴的沟槽中,抱住传动轴;随即保持电磁线圈断电,保持钩爪松开;然后,提升电磁线圈断电,提升衔铁不再对传递衔铁有吸力,传递衔铁、传递钩爪及其抱住的传动轴在重力作用下下降一个步距(10mm左右),完成一次下降动作;随后保持线圈通电,保持钩爪伸入沟槽,使传动轴保持固定的位置;传递线圈断电,传递钩爪松开,控制棒恢复保持状态。
紧急停堆,保持、传递、提升三个电磁线圈同时断电,保持钩爪及传递钩爪均松开;传动轴及控制棒在重力作用下,迅速下落至最低位置,吸收掉核反应堆中所有的中子,以阻止裂变链式反应的进行,从而实现紧急停堆。
该种磁力提升式控制棒驱动装置存在以下缺点:1、每种动作皆需要三组电磁线圈及磁铁、两组钩爪在时空上精确配合、不断切换;其控制方法繁琐、难度大,同时其结构复杂,配件加工和装配精度要求非常高。2、每次提升和下降的时间由磁铁吸引提升时间、钩爪动作时间确定,几乎不可调,动作时间固定、动作时间难以低于2s,时滞长,难以根据核反应堆的实际情况作出及时调整。3、每次提升和下降皆为一个步距(10mm)的阶跃有级调节,其调节精度低,不能够满足核反应堆功率的精确调节。4、传动轴和控制棒做冲击式阶跃移动,钩爪机构与传动轴上的槽纹磨损大、可靠性差。钩爪、槽纹磨损或者异物进入,均可能导致钩爪不能够有效动作,甚至引起紧急停堆时,控制棒无法快速落棒,导致无法紧急停堆,存在严重的安全隐患。5、驱动装置运行时,电磁线圈反复通电会产生电阻热,同时整个驱动装置紧邻核反应堆,核反应堆的一回路高温水的热辐射,进一步加大了电磁线圈温升,使得电磁线圈的绝缘性能变差,也使得驱动装置的可靠性差、寿命短。
实用新型内容
本实用新型的发明目的是提供一种核反应堆控制棒高精度驱动装置,该驱动装置能对核反应堆输出功率进行高精度、低时滞的控制和调节;并能可靠的实现事故紧急停堆,且其结构简单,加工和装配精度低,可靠性高;提高了核反应堆的运行效率,保证核反应堆的运行安全。
本实用新型实现其发明目的所采用的技术方案是,一种核反应堆控制棒高精度驱动装置,其特征在于:滚珠丝杆副的丝杆两端通过轴承座安装在底座上,丝杆的左端通过联轴器与电机的输出轴相连,滚珠丝杆副的螺母顶部固定安装有电磁吸合机构;所述的底座两侧设有支柱,两侧的支柱的顶部连接有不锈钢制成的直线滑轨,电磁吸合机构与直线滑轨的磁性滑块相对,磁性滑块的右端与钢绳的首端相连,钢绳的末端穿过右侧的支柱,再绕过定滑轮与核反应堆的控制棒相连;所述的电机和电磁吸合机构均与核反应堆的控制及检测装置电连接。
本实用新型的工作过程和原理是:
保持状态,控制及检测装置根据实时测出到的核反应堆的输出功率、负载、一回路水温、控制棒的位置等,得出控制棒的目标位置,如控制棒的目标位置与当前位置一致;则控制及检测装置输出保持指令,控制电机停止转动,电磁吸合机构保持带电并吸住磁性滑块,进而丝杆、螺母、电磁吸合机构磁性滑块、钢绳均保持不动,控制棒保持固定在当前位置;核反应堆的输出功率不变。
提升状态,如控制及检测装置得出控制棒的目标位置高于当前位置;则控制及检测装置根据目标位置与当前位置的距离,输出相应速度的提升指令,控制电机以指定的速度正向转动,电磁吸合机构保持带电并吸住磁性滑块,电机驱动丝杆转动,带动螺母、电磁吸合机构向左移动,进而使磁性滑块沿直线滑轨向左滑动,牵引钢绳以指定的速度进行提升移动,使得控制棒以指定的速度提升至目标位置;完成提升动作;核反应堆的输出功率迅速调节增大至目标值,提升状态结束。
下降状态,如控制及检测装置得出控制棒的目标位置低于当前位置;则控制及检测装置根据目标位置与当前位置的距离,输出相应速度的下降指令,控制电机以指定的速度反向转动,电磁吸合机构保持带电并吸住磁性滑块,电机驱动丝杆转动,带动螺母、电磁吸合机构向右移动,进而使磁性滑块沿直线滑轨向右滑动,牵引钢绳以指定的速度进行下降移动,使得控制棒以指定的速度提升至目标位置;完成下降动作;核反应堆的输出功率迅速调节减小至目标值,下降状态结束。
紧急停堆,控制及检测装置根据测出的信号,判断出核反应堆发生故障,需要紧急停堆,立即发出停堆指令,控制电磁吸合机构断电,甚至遇到地震等意外事故导致断电(此时控制及检测装置已无法工作)的时候,电磁吸合机构同样断电;磁性滑块与电磁吸合机构脱离;磁性滑块及其连接的钢绳、控制棒在重力的作用下,迅速下落至核反应堆最深处,核反应堆的输出功率迅速降为零,完成紧急停堆动作,可靠避免核反应堆事故的发生。
与现有技术相比,本实用新型的有益效果是:
一、只需控制电机的转速与转向,即可由滚珠丝杆副驱动控制棒完成提升、下降与保持的核心动作;且滚珠丝杆副螺母的移动速度与电机的转速成简单的线性关系,其控制方法极其简便。传动部件为成熟通用的滚珠丝杆副,电磁吸合机构和钢绳,其结构简单,配件加工和装配精度要求低。
二、本实用新型可以根据当前位置与目标位置的不同距离,由电机输出不同速度的正、反向转动,提升、下降速度灵活可调,从而实现对核反应堆输出功率的响应时间低于1s的低时滞及时调整。
三、电机的驱动的滚珠丝杆副的移动距离为无级、连续可调,精度可达1mm,较之现有技术的10mm调节精度,其调节精度高,能够实现对核反应堆输出功率的高精准调节。
四、滚珠丝杆副的螺母与丝杆间为滚动摩擦,其滚动面平滑、磨损小,可靠性高。控制棒通过钢绳与电磁吸合机构相连,电机、电磁吸合机构远离核反应堆的一回路高温水的热辐射,避免了电机、电磁吸合机构的热损伤;也提高了驱动装置的可靠性。从而大幅减少了驱动装置的维修频率,减少了因驱动装置维修导致的核反应堆停堆,提高了核反应堆的经济效益和社会效益。
五、控制及检测装置控制电磁吸合机构断电,或者灾害导致断电,即使控制及检测装置已无法工作,电磁吸合机构同样断电;电磁吸合机构与磁性滑块脱离;需要发生紧急下降动作的仅仅是磁性滑块及其连接的钢绳、控制棒。磁性滑块及其连接的钢绳、控制棒是在重力的作用下,只需克服磁性滑块与直线滑轨的滚动摩擦,几乎以自由落体的速度迅速下落至核反应堆最深处,完成紧急停堆;更加可靠的保证了核反应堆的安全。
进一步,本实用新型的联轴器与电机的输出轴之间还设有减速器。
这样,可进一步提高电机的输出扭矩和转动精度;更好的实现了对控制棒的高精度、高可靠控制。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。
附图说明
图1为本实用新型实施例的结构示意图。
具体实施方式
实施例
图1示出,本实用新型的一种具体实施方式是,一种核反应堆控制棒高精度驱动装置,其特征在于:滚珠丝杆副的丝杆1a两端通过轴承座10安装在底座2上,丝杆1a的左端通过联轴器9与电机3的输出轴相连,滚珠丝杆副的螺母1b顶部固定安装有电磁吸合机构4;所述的底座2两侧设有支柱2a,两侧的支柱2a的顶部连接有不锈钢制成的直线滑轨5,电磁吸合机构4与直线滑轨5的磁性滑块6相对,磁性滑块6的右端与钢绳7的首端相连,钢绳7的末端穿过右侧的支柱2a,再绕过定滑轮8与核反应堆的控制棒相连;所述的电机 3和电磁吸合机构4均与核反应堆的控制及检测装置电连接。
本例的联轴器与电机3的输出轴之间还设有减速器11。
Claims (2)
1.一种核反应堆控制棒高精度驱动装置,其特征在于:滚珠丝杆副的丝杆(1a)两端通过轴承座(10)安装在底座(2)上,丝杆(1a)的左端通过联轴器(9)与电机(3)的输出轴相连,滚珠丝杆副的螺母(1b)顶部固定安装有电磁吸合机构(4);所述的底座(2)两侧设有支柱(2a),两侧的支柱(2a)的顶部连接有不锈钢制成的直线滑轨(5),电磁吸合机构(4)与直线滑轨(5)的磁性滑块(6)相对,磁性滑块(6)的右端与钢绳(7)的首端相连,钢绳(7)的末端穿过右侧的支柱(2a),再绕过定滑轮(8)与核反应堆的控制棒相连;所述的电机(3)和电磁吸合机构(4)均与核反应堆的控制及检测装置电连接。
2.根据权利要求1所述的核反应堆控制棒高精度驱动装置,其特征在于:所述的联轴器(9)与电机(3)的输出轴之间还设有减速器(11)。
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CN202021941433.4U Active CN212303089U (zh) | 2020-09-08 | 2020-09-08 | 一种核反应堆控制棒高精度驱动装置 |
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