CN101510452B

CN101510452B - 连续移动式核反应堆控制棒水力驱动装置

Info

Publication number: CN101510452B
Application number: CN2009100715183A
Authority: CN
Inventors: 韩伟实; 贺克羽; 韩旭
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2009-03-11
Filing date: 2009-03-11
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2029-03-11
Also published as: CN101510452A

Abstract

本发明提供的是一种连续移动式核反应堆控制棒水力驱动装置，包括驱动缸筒、内套筒、滑槽套、下端盖、活塞、空心活塞杆、伺服管、丝杠、止窜组件和动力源(电机和水泵)；它以反应堆压力容器内的冷却剂(水)为工质，经水泵加压后，沿其内所形成的流动通道流动；借助电机和螺纹传动副移动伺服管，改变伺服管端面与空心活塞杆的内底面之间所形成的可变节流口的宽度，进而改变活塞两侧的压力并拖动与空心活塞杆外端固连的控制棒移动。其有益效果在于：因无电磁驱动所需的电子器件，对工作环境要求不高；能实现控制棒的连续运动；驱动装置结构简单、加工方便；易于操作和程序化控制；对工作水的压力和流量的变化范围限定较宽，安全稳定性好。

Description

连续移动式核反应堆控制棒水力驱动装置

(一)技术领域

本发明涉及的是一种用于核反应功率的控制和启、停核反应堆的反应堆控制棒水力驱动装置。

(二)背景技术

置于核反应堆压力容器内部(内置式)或外部(外置式)的控制棒及其驱动装置的功能是根据控制系统和安全保护系统的指令驱动控制棒在堆芯内保持、提升、插入或快速落棒；换言之，控制棒及其驱动装置担负着反应堆启动、功率调节、停堆或在事故状态下快速停堆等重要任务，是确保反应堆安全可控的重要部件。常见的控制棒驱动方式有机械驱动、磁力提升、电机驱动和液压驱动等。

压水堆核电站的控制棒驱动机构普遍采用外置磁力提升式，它具有机构简单、加工容易、提升力大、准确性高、拆装和维修方便等优点。但是，它的提升和下插动作是不连续的，也不可微调，而是以一定的设计步距阶跃运动；主要执行机构都是电子器件，一旦发生故障，容易出现控制棒卡死，无法停堆等严重事故；此外，外置式驱动的最大缺点是传动线长，增加反应堆总体高度和存在弹棒隐患。

″水力驱动控制棒静态特性理论分析″(清华大学核研院，薄涵亮，郑文祥，董铎，王大中；核科学与工程，2001.21(3)，第228～231页)和″水力控制棒驱动系统的步进过程基本理论模型″(清华大学核研院，郑艳华，薄涵亮，董铎，核动力工程，2002.23(3)，第54～59页)论文中公开了一种新型反应堆控制棒水力驱动系统，其主要结构包括循环泵、组合阀、步进缸；其中，组合阀由上升电磁阀、下降电磁阀、脉冲缸、保持流量阻力节、下降阻力节、回零阻力节组成；步进缸包括外套、内套和中子吸收体(即本申请文件中的控制棒，下同)，且内套固定不动，外套及固结其上的吸收体可沿内套上下移动；反应堆冷却剂经泵加压，经过组合阀注入步进缸，通过控制注入步进缸内的流量恒定或脉冲变化，使水力步进缸带动中子吸收体保持于某一确定位置或作步进式运动，从而控制反应堆的运行。其不足之处在于，控制棒的移动是步进的而不是连续的；对流量控制具有很高的要求。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种对工作环境要求不高，能实现控制棒的连续运动，结构简单、加工方便，易于操作和程序化控制，对工作水的压力和流量的变化范围限定较宽，安全稳定性好的连续移动式核反应堆控制棒水力驱动装置。

本发明的目的是这样实现的：

包括驱动缸筒、内套筒、滑槽套、下端盖、活塞、空心活塞杆、伺服管、丝杠和止窜组件；活塞和空心活塞杆为一体结构且与驱动缸筒同轴线插装；插装在空心活塞杆内的内套筒是一个带有端部法兰盘的筒体且部分外壁加工有平面；压装在内套筒里的滑槽套是一个下端带有内、外凸缘的筒体，且沿滑槽套壁的母线加工有两条轴对称的滑槽；插装在滑槽套内且与所述内凸缘周边滑动配合的伺服管的下端加工有较大的内倒角，上端的内径缩小且加工有内螺纹；内螺纹之下加工有2～4个用作工质水流动通道的横向透孔，而该端位于所述滑槽内的外壁上用螺钉固装一对滑键；上部带有止窜外凸缘的丝杠旋入伺服管上端的内螺纹中；分装在驱动缸筒两端且同轴线的缓冲腔盖、内套筒法兰盘和下端盖由长螺栓紧固成一体；空心活塞杆下端穿过下端盖的中心透孔；丝杠上端的止窜外凸缘位于缓冲腔盖的外侧，并借助止窜组件定位；沿活塞轴向加工有2～4个固定节流孔；驱动缸筒下端壁上加工有工质水的入口；缓冲腔盖借助凹陷部分与内套筒法兰盘的上端面之间形成一个缓冲腔，且其壁上加工有工质水的出口。

空心活塞杆下端带有控制棒悬挂机构。

本发明的连续移动式核反应堆控制棒水力驱动装置，以反应堆压力容器内的冷却剂(水)为工质，经循环水泵加压后，沿其内所形成的流动通道流动；基于伺服管调控原理，借助电机和螺纹传动副移动伺服管，改变伺服管端面与空心活塞杆的内底面之间的间隙(即可变节流口)，进而改变活塞两侧的压力并拖动与空心活塞杆外端固连的控制棒移动；换言之，控制伺服管的升、降、停即能实现控制棒在各种工作状态之间的转换。其有益效果在于：因无电磁驱动所需的电子器件，对工作环境要求不高；能实现控制棒的连续运动；驱动装置结构简单、加工方便；易于操作和程序化控制；对工作水的压力和流量的变化范围限定较宽，安全稳定性好。

使用本发明时，整个驱动装置借助支架固装在反应堆压力容器的内部(即为内置式)并浸没在冷却液(水)中，丝杠上端与电机固连；根据驱动装置设计能力的大小，将待插入反应堆堆芯内的数根控制棒悬挂在空心活塞杆下端；置于反应堆压力容器外部的水泵抽取反应堆压力容器内的冷却水并借助管道和驱动缸筒上的入口泵入本驱动装置；驱动缸筒上的出口直接与反应堆压力容器内的冷却水相通。

本发明的工作原理是：启动水泵使工质水沿上述流体通道流动；启动电机，并借助螺纹传动副改变伺服管下端面与空心活塞杆内底面之间的间隙(即改变可变节流口的宽度)，能够改变活塞两侧的压差，进而使与空心活塞杆下端固连的控制棒保持在某一确定位置或作升降运动；当伺服管向上移动，可变节流口的节流作用减弱，活塞上表面和空心活塞杆内底面上的水压力减小，而活塞下表面上的水压力几乎不变，一体化的活塞和空心活塞杆带动控制棒组件向上运动；反之，当伺服管向下移动，可变节流口的节流作用增强，活塞上表面和空心活塞杆内底面上的水压力增大，活塞向下运动；当伺服管保持在某一确定位置上，一体化的活塞和空心活塞杆会自动调整可变节流口的宽度，达到平衡状态，停止运动。

在流量保持不变，活塞(连同空心活塞杆和控制棒，以下同)处于平衡状态时，如果活塞受到扰动偏离平衡位置，由于可变节流口的阻力系数与伺服管端面和空心活塞杆内底面之间的间隙存在一一对应的关系，活塞上侧的压力也会随之发生相应变化，活塞两侧的压差变化将使其很快回到平衡位置，因此具有水力自锁功能。

本发明工作原理的基本特征在于：使控制棒运动的力是有压工质水作用于活塞上的压力和外阻力，而非伺服管(伺服管端面与空心活塞杆内底面之间能自动保持小于0.3毫米的固定间隙)；换言之，只要调整可变节流口的宽度，即可使控制棒运动，而移动伺服管本身的能耗较低。

(四)附图说明

图1是本发明的连续移动式核反应堆控制棒水力驱动装置的结构示意图；

图2是连续移动式核反应堆控制棒水力驱动装置的安装以及工质水循环示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1，连续移动式核反应堆控制棒水力驱动装置的具体组成包括驱动缸筒1、内套筒2、滑槽套3、下端盖5、活塞6、空心活塞杆7、伺服管8、丝杠9和止窜组件10、缓冲腔盖11及其动力源(电机17和水泵18(参见图2))；其中，一体化的活塞6和空心活塞杆7与驱动缸筒1同轴线地插装；插装在空心活塞杆7内的内套筒2是一个带有端部法兰盘的筒体且部分外壁加工成平面，以便既能借助其外壁上的圆弧面与空心活塞杆7滑动配合，又能使其外壁上的平面与空心活塞杆7的内壁之间形成供工质水流动的通道；压装在内套筒2里的滑槽套3是一个下端带有内、外凸缘的筒体(其中，外凸缘用作压装止口；内凸缘用于形成滑槽套3外壁与下述的伺服管8内壁之间的工质水流动通道)，且沿滑槽套3壁的母线加工出两条轴对称的滑槽；插装在滑槽套3内且与所述内凸缘周边滑动配合的伺服管8的下端加工有较大的内倒角，上端的内径缩小且加工有内螺纹，以便在伺服管8与丝杠9之间的形成工质水的流动通道；所述的内螺纹之下加工出2～4个用作工质水流动通道的横向透孔，而该端位于所述滑槽内的外壁上用螺钉固装一对滑键，以确保伺服管8在滑槽套3内无转动地滑动；上部带有止窜外凸缘的丝杠9旋入伺服管8上端的内螺纹中，组成一对螺纹传动副；分装在驱动缸筒1两端且同轴线的缓冲腔盖11、内套筒2的法兰盘和下端盖5借助长螺栓紧固成一体；带有控制棒悬挂机构的空心活塞杆7的下端穿过下端盖5的中心透孔；丝杠9上端的止窜外凸缘位于缓冲腔盖11的外侧，并借助止窜组件10定位，以确保丝杠9无轴向移动地转动。

为了形成工质水的流动通道，沿活塞6轴向加工出2～4个固定节流孔12；驱动缸筒1下端壁上加工出工质水的入口14；缓冲腔盖11借助凹陷部分与内套筒2法兰盘的上端面之间形成一个缓冲腔16，且其壁上加工有工质水的出口15。于是，所形成的工质水的流动通道是：驱动缸筒上的入口14→驱动缸筒1、活塞6、空心活塞杆7、下端盖5之间的空间→活塞6上的固定节流孔12→驱动缸筒1、活塞6、内套筒2之间的空间→内套筒2外壁上的平面与空心活塞杆7内壁之间的间隙→伺服管8端面与空心活塞杆7的内底面之间的间隙(可变节流口13)→伺服管8上部所述的透孔→伺服管8与滑槽套3之间的间隙→丝杠9与滑槽套3之间的空间→缓冲腔16→缓冲腔16壁上的出口15。

如图2所示，使用本发明时，整个驱动装置借助支架(图中略)固装在反应堆压力容器00的内部(即为内置式)并浸没在冷却液(水)03中，丝杠9上端与电机17固连；根据驱动装置设计能力的大小，将待插入反应堆堆芯02内的数根控制棒01(图中仅画1根)悬挂在空心活塞杆7下端；置于反应堆压力容器00外部的水泵18抽取反应堆压力容器00内的冷却水03并借助管道和驱动缸筒上的入口14泵入本驱动装置；缓冲腔16壁上的出口15直接与反应堆压力容器00内的冷却水03相通。

Claims

1.一种连续移动式核反应堆控制棒水力驱动装置，其特征是：包括驱动缸筒、内套筒、滑槽套、下端盖、活塞、空心活塞杆、伺服管、丝杠和止窜组件；活塞和空心活塞杆为一体结构且与驱动缸筒同轴线插装；插装在空心活塞杆内的内套筒是一个带有端部法兰盘的筒体且部分外壁加工有平面；压装在内套筒里的滑槽套是一个下端带有内、外凸缘的筒体，且沿滑槽套壁的母线加工有两条轴对称的滑槽；插装在滑槽套内且与所述内凸缘周边滑动配合的伺服管的下端加工有较大的内倒角，上端的内径缩小且加工有内螺纹；伺服管上端的内螺纹之下加工有2～4个用作工质水流动通道的横向透孔，伺服管上端与所述滑槽相对应的外壁上用螺钉固装一对滑键；上部带有止窜外凸缘的丝杠旋入伺服管上端的内螺纹中；分装在驱动缸筒两端且同轴线的缓冲腔盖、内套筒法兰盘和下端盖由长螺栓紧固成一体；带有控制棒悬挂机构的空心活塞杆下端穿过下端盖的中心透孔；丝杠上端的止窜外凸缘位于缓冲腔盖的外侧，并借助止窜组件定位；所述活塞上沿活塞轴向加工有2～4个固定节流孔；驱动缸筒下端壁上加工有工质水的入口；缓冲腔盖借助凹陷部分与内套筒法兰盘的上端面之间形成一个缓冲腔，且其壁上加工有工质水的出口。