CN101178946A - 步进式磁力提升型反应堆控制棒驱动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种步进式磁力提升型反应堆控制棒驱动机构，包括棒位探测器组件、线圈组件、耐压壳组件、钩爪组件、驱动杆组件及隔热套组件等部件。整个机构直接竖直安装在反应堆压力容器的顶盖上。其中耐压壳组件由吊装接头、行程套管和密封壳组成。耐压壳组件的行程套管为整体式上端堵死的盲管，密封壳为反应堆压力容器顶盖上的驱动机构管座与密封壳构成的一体化结构。钩爪组件由两个相同的钩爪齿并排而成，两个钩爪齿之间的距离与驱动杆组件的齿间距相等，两个钩爪齿之间的沟底两边为过渡圆弧状。本发明极大地降低了反应堆控制棒驱动机构耐压壳发生泄漏的可能性，大大提高了反应堆控制棒驱动机构的耐磨性、可靠性和使用寿命。

Description

步进式磁力提升型反应堆控制棒驱动机构
技术领域
本发明属于压水堆核电站的反应堆控制棒驱动机构，具体是步进式磁力提升型反应堆控制棒驱动机构。
背景技术
反应堆控制棒驱动机构是反应堆控制和保护系统的伺服机构，它是反应堆控制系统和保护系统的执行机构，具有按照指令带动控制棒组件在堆芯内上、下运动，保持控制棒组件在指定高度或断电落棒，以完成调节反应堆反应性或事故安全停堆的功能；控制棒驱动机构通过对控制棒的提升、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、停堆和事故状态下的安全停堆，其安全性和可靠性直接影响到反应堆的安全与运行。
目前，核动力反应堆及压水堆核电站反应堆所采用的控制棒驱动机构主要有三种类型：
·磁阻马达-分裂转子导向丝杠型控制棒驱动机构。
·磁力提升式控制棒驱动机构。
·齿轮齿条式控制棒驱动机构。
与其它结构形式的驱动机构相比，由于磁力提升型驱动机构具有结构简单，加工容易，拆装方便，同时具有提升力大，寿命长的特点。所以，磁力提升型驱动机构通常用于压水堆核电站。常用的磁力提升型驱动机构的结构包括棒位探测器组件、线圈组件、耐压壳组件、钩爪组件、驱动杆组件及隔热套组件等部件。其中，耐压壳组件和钩爪组件是反应堆控制棒驱动机构中最重要的部件。但是，现有的磁力提升型驱动机构具有以下缺陷：1.由于耐压壳组件上有三道小Ω密封焊缝，焊缝位置分别在密封壳与压力容器顶盖上的驱动机构管座之间(下部位置)，密封壳与行程套管之间(中部位置)以及行程套管与端塞之间(上部位置)。从目前反应堆控制棒驱动机构的运行经验来看，耐压壳小Ω密封焊缝发生泄漏的情况比较多，并且绝大部分泄漏发生在密封壳与压力容器顶盖上的驱动机构管座之间的小Ω焊缝位置。2.由于控制棒驱动机构通常采用单齿钩爪或四齿钩爪，单齿钩爪式驱动机构具有不耐磨、寿命短、可靠度低及抗冲击性能差的缺点；四齿钩爪式驱动机构尽管克服了单齿钩爪式驱动机构的不耐磨、寿命短和抗冲击性能差的缺陷，但其钩爪机构仍然采用是曲柄滑块机构，只是其曲柄(不是钩爪)是由一套平行四杆机构(其连杆即是钩爪)组成，故具有结构复杂、体积大、可靠度低及平行四杆机构的平行度难以保证的缺点。
为了提高反应堆系统的安全性、可靠性，须对反应堆控制棒驱动机构的结构进行改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可提高反应堆系统安全性、可靠性，提高反应堆控制棒驱动机构耐磨性和使用寿命的步进式磁力提升型反应堆控制棒驱动机构。
本发明的技术方案如下：
一种步进式磁力提升型反应堆控制棒驱动机构，包括耐压壳组件、套装在耐压壳组件上的棒位探测器组件、套装在耐压壳组件外面的线圈组件、挂在耐压壳组件中部的钩爪组件、安装在耐压壳组件里面，并穿过钩爪组件和隔热套组件的驱动杆组件，隔热套组件挂在耐压壳组件的下端；耐压壳组件的密封壳上具有凹槽，钢丝将磁通环捆绑在密封壳的凹槽内；其特征在于：所述的耐压壳组件按轴向分为三段，由吊装接头、行程套管和密封壳组成；吊装接头与行程套管之间采用螺纹连接，并用连接件紧固；行程套管与密封壳之间采用螺纹连接，并用小“Ω”密封环焊接；所述的钩爪组件由提升磁极、提升衔铁、移动衔铁、双齿钩爪、保持磁极、保持衔铁和套管轴组成；提升磁极通过螺纹联接在套管轴的左端，并用紧定螺钉固定；提升衔铁、移动衔铁、双齿钩爪、保持磁极和保持衔铁从左到右依次套装在套管轴上。
其附加特征是：
所述的耐压壳组件的密封壳为反应堆压力容器顶盖上的驱动机构管座与密封壳构成的一体化结构；行程套管为整体式上端堵死的盲管结构，其与密封壳之间所用的连接件为紧定螺钉。
所述的钩爪组件的双齿钩爪由两个同样的钩爪齿并排而成；双齿钩爪的两个钩爪齿之间的齿距与驱动杆组件的齿间距相等。
所述的钩爪组件的钩爪齿为环状齿沟；
所述的钩爪组件的钩爪齿为环状；
所述的齿沟的两边为过渡圆弧状。
本发明的优点在于：与现有技术相比，1.由于将原驱动机构密封壳与反应堆压力容器顶盖上的驱动机构管座设计成一体化结构，取消了原密封壳与反应堆压力容器顶盖上的驱动机构管座之间的小Ω密封焊接结构，完全消除了该位置发生泄漏的可能性；2.由于取消了原驱动杆行程套管与端塞之间的小Ω密封焊接结构，将原驱动杆行程套管设计成上端堵死的盲管结构，消除了原驱动杆行程套管与端塞之间的小Ω密封焊缝泄漏的可能性；3.由于将原控制棒驱动机构耐压壳上的三道小Ω密封焊缝改为只有驱动杆行程套管与密封壳之间的螺纹连接和一道小Ω密封焊缝，不但保证了安装在耐压壳组件内部的钩爪组件的可维修性，而且极大地降低了耐压壳发生泄漏的可能性，大大提高了耐压壳的安全性和可靠性；4.由于采用双齿钩爪结构，改善了钩爪的受力状态，使反应堆控制棒驱动机构不仅具有良好的抗冲击性能，而且抓杆牢靠，不易出现打滑、抓不住驱动杆的情况，由于双齿同时或交替与驱动杆作用，且齿面堆焊耐磨材料，使齿面的平均磨损速率小，从而使钩齿断裂的几率大大降低，可使钩爪的峰值应力降低13％，磨损寿命提高42％，大大提高了驱动机构的耐磨性、可靠性和使用寿命。
附图说明
图1是本发明的控制棒驱动机构的结构示意图。
图2是控制棒驱动机构耐压壳组件的结构示意图。
图3是控制棒驱动机构钩爪组件的结构示意图。
图4是钩爪组件的双齿钩爪的结构示意图。
图中：1.棒位探测器组件  2.线圈组件  3.耐压壳组件  4.钩爪组件5.驱动杆组件  6.隔热套组件  7.吊装接头  8.连接件  9.行程套管10.钢丝  11～13.磁通环  14.密封壳  15.小“Ω”密封环  16.提升磁极17.提升衔铁  18.移动衔铁  19.双齿钩爪  20.保持磁极  21.保持衔铁22.套管轴  23.钩爪齿  24.齿距  25.齿沟
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
如图1所示，本发明的步进式磁力提升型反应堆控制棒驱动机构由棒位探测器组件1、线圈组件2、耐压壳组件3、钩爪组件4、驱动杆组件5和隔热套组件6组成。整个机构直接竖直安装在反应堆压力容器的顶盖上。棒位探测器组件1套装在耐压壳组件3的行程套管9上，在驱动机构运行时，可以给出驱动杆的实际位置信号，在全行程落棒时，可以测量出控制棒的落棒时间；线圈组件2套装在耐压壳组件3的密封壳14外面，其产生的电磁吸力为驱动机构的运行提供动力源；钩爪组件4挂在耐压壳组件3的上端，其下端靠定位螺母实现径向定位；钩爪组件4由线圈组件2产生的电磁吸力驱动，以实现其对驱动杆组件5的抓持；驱动杆组件5安装在耐压壳组件3的里面，穿过钩爪组件4和隔热套组件6；行程套管9为驱动杆组件5提供上下运动的空间；隔热套组件6挂在耐压壳组件3的下端，减少驱动杆与管座之间的水隙，使得机构内上、下对流传热减少，同时降低密封壳14下段的温度，其下部有导向罩，为安装驱动杆进入驱动机构提供导向。
如图2所示，本发明的耐压壳组件按其轴向可以分为三段：由吊装接头7、行程套管9和密封壳14组成。行程套管9为整体式上端堵死的盲管结构；密封壳14为反应堆压力容器顶盖上的驱动机构管座与密封壳构成的一体化结构；吊装接头7与行程套管9之间采用螺纹连接，并用连接件8固定，连接件8为紧定螺钉；行程套管9与密封壳14之间采用螺纹连接，并用小“Ω”密封环15焊接，实现密封和防松；磁通环11～13具有4个，每个磁通环分别由两个半环组成；钢丝10将每个磁通环11～13的两个半环对称地捆绑在密封壳14外圆的凹槽内。
如图3、图4所示，本发明的钩爪组件4是驱动机构的动作部件，由提升磁极16、提升衔铁17、移动衔铁18、保持磁极20、保持衔铁21和套管轴22组成。提升磁极16通过螺纹联接在套管轴22的最左端，并用紧定螺钉固定；提升衔铁17、移动衔铁18、保持磁极20和保持衔铁21从左到右依次套装在套管轴22上。当提升衔铁17或保持磁极20被磁化时，移动衔铁18或保持衔铁21就被吸合，从而带动其双齿钩爪19抓住驱动杆组件5；当只有移动衔铁18的钩爪抓住驱动杆组件5，同时提升磁极16被磁化时，则提升衔铁17就被吸合，从而实现对驱动杆组件5的提升。钩爪组件4的双齿钩爪19由两个同样的钩爪齿23并排而成，两个钩爪齿23之间的齿距24与驱动杆组件5的齿间距相等，以保证钩爪齿23与驱动杆组件5的环形齿之间的正确啮合，两个钩爪齿23之间的齿沟25两边为过渡圆弧状，以减小该处的应力集中程度，从而极大地降低钩爪齿23发生断裂的可能性。由于双齿同时或交替与驱动杆作用，且齿面堆焊耐磨材料，使齿面的平均磨损速率小，从而使钩齿断裂的几率大大降低，可使钩爪的峰值应力降低13％，磨损寿命提高42％。

Claims (4)

1.一种步进式磁力提升型反应堆控制棒驱动机构，包括耐压壳组件(3)、套装在耐压壳组件(3)上的棒位探测器组件(1)、套装在耐压壳组件(3)外面的线圈组件(2)、挂在耐压壳组件(3)中部的钩爪组件(4)、安装在耐压壳组件(3)里面，并穿过钩爪组件(4)和隔热套组件(6)的驱动杆组件(5)，隔热套组件(6)挂在耐压壳组件(3)的下端；耐压壳组件(3)的密封壳(14)上具有凹槽，钢丝(10)将磁通环(11～13)捆绑在密封壳(14)的凹槽内；其特征在于：所述的耐压壳组件(3)按轴向分为三段，由吊装接头(7)、行程套管(9)和密封壳(14)组成；吊装接头(7)与行程套管(9)之间采用螺纹连接，并用连接件(8)紧固；行程套管(9)与密封壳(14)之间采用螺纹连接，并用小“Ω”密封环(15)焊接；所述的钩爪组件(4)由提升磁极(16)、提升衔铁(17)、移动衔铁(18)、双齿钩爪(19)、保持磁极(20)、保持衔铁(21)和套管轴(22)组成；提升磁极(16)通过螺纹联接在套管轴(22)的左端，并用紧定螺钉固定；提升衔铁(17)、移动衔铁(18)、双齿钩爪(19)、保持磁极(20)和保持衔铁(21)从左到右依次套装在套管轴(22)上。
2.按照权利要求1所述的步进式磁力提升型反应堆控制棒驱动机构，其特征在于：所述的耐压壳组件(3)的密封壳(14)为反应堆压力容器顶盖上的驱动机构管座与密封壳构成的一体化结构；行程套管(9)为整体式上端堵死的盲管结构，其与密封壳(14)之间所用的连接件(8)为紧定螺钉。
3.按照权利要求1所述的步进式磁力提升型反应堆控制棒驱动机构，其特征在于：所述的钩爪组件(4)的双齿钩爪(19)由两个同样的钩爪齿(23)并排而成；双齿钩爪(19)的两个钩爪齿(23)之间的齿距(24)与驱动杆组件(5)的齿间距相等。
4.按照权利要求3所述的步进式磁力提升型反应堆控制棒驱动机构，其特征在于：所述的钩爪组件(4)的钩爪齿(23)为环状；齿沟(25)的两边为过渡圆弧状。
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