CN1025087C - 用于反应堆控制棒传动的对孔式水力步进缸 - Google Patents

Abstract

本发明为用于轻水动力核反应堆控制棒传动机构的对孔式水力步进缸。特征为固定的缸体和运动的活塞，采用流体动压原理。通过流量控制进行传动的一种水力步进装置。本发明具有固有安全性简化了反应堆堆芯的结构，降低了制造、安装的精度，改善了堆芯的物理热工性能，减少核燃料的初装量。易于推广到所有类型的轻水核动力堆上。(压水堆、沸水堆、壳式供热堆、池式供热堆)

Description

本发明属于核反应堆领域，尤其涉及用于轻水动力核反应堆控制棒传动机构的对孔式水力步进缸。

它基于中国专利CN85100042-反应堆控制棒用对孔式水力步缸。这是一种外套运动的动压传动缸，它已成功地用于低温供热堆。但这种水力步进缸只适合于把传动缸组件设置入堆芯结构的条件下（主要是沸水堆和低温供热堆），而对压水堆棒束式的控制棒，则限于结构难于实现。另外这种水力步进缸采用的对孔式方案，要求控制棒翼板与节流孔的方位不变，否则将会影响缸体的水力学特性。而保持节流孔方位不变，在工艺上也有一定的困难。再有整个缸体与堆芯成为一体为刚性结构，对于缸体的制造、安装精度和堆芯元件盒的制造及定位精度都有很严格的要求，也给制造、装配增加很大的难度。同时传动机构进入反应堆堆芯、也会给堆的物理、热工设计带来一定的困难，从而影响整个堆的结构设计。

本发明的目的在于提供一种把传动缸设于反应堆堆芯以外的，对于节流孔方位安装精度不敏感的，有一定自位性能的，外套固定的对孔式水力步进缸。本发明具有固有安全特性，且使反应堆堆芯结构简化，并改善其物理热工、水力学性能，使得水力步进缸易于推广应用到所有类型的轻水核动力堆上去。（包括压水堆、沸水堆、壳式供热堆、池式供热堆等）

本发明对孔式水力步进缸主要特征是：由设置在反应堆堆芯以上的固定的缸体和运动的活塞组成。缸体分为两段，上段为传动缸，下段为密封缸，中间有一段节流孔，孔的数目大于2，孔沿周围均布，活塞杆与下部的密封杆采用有自位功能的连接，活塞与传动缸、密封杆与密封缸的下密封为迷宫式密封，活塞杆与密封缸的上密封为间隙密封。活塞杆为中空结构，其外表面上有数目等于步数的槽，相邻的槽的间距为步距，槽内有两个以上直径小于槽宽的孔，孔沿周围均布。密封杆的长度应大于总行程加活塞杆下密封的长度。

对孔式步进缸应设置在反应堆堆芯以上，下端与控制棒相联，控制棒可以是集束式（压水堆），也可以是十字形的（沸水堆）。反应堆冷却剂水从压力壳中抽出，经过泵加压后，通过由电磁阀组成的控制单元，注入水力步进缸的进口。控制单元的原理是通过流量控制单元产生保持流量来保持控制棒位置，产生脉冲流量实现步进式运动，当控制阀断电时，或系统停泵后，控制棒可以紧急降落。说明书附图：

图1为本发明对孔式水力步进缸结构示意图;

图2为控制单元原理图;

图3流量特性图;

[1]缸体、[2]活塞、[3]活塞杆、[4]密封杆、[5]换能器、[6]进水口、[7]槽、[8]、[9]节流孔、[10]进水孔、[11]执行缸、[12]密封缸、[13]泵、[14]、[15]电磁阀、[16]脉冲注入阀、[17]、[18]节流阀。

结合附图进一步详细描述本发明方案是如何实现的：

本发明由固定的缸体[1]和运动的活塞[2]组成，与活塞[2]相连的中空的活塞杆[3]两端封闭，杆的上部开有与内腔相通的进水孔[10]，进水孔[10]以下，外表面上有数目等于步数的槽[7]，槽距等于步距。槽[7]内开有二个以上直径小于槽宽的孔[8]（常为4-8孔），孔沿周围均布。缸体中部有一排直径小于槽宽的孔[9]，孔[9]的数量大于2，且沿圆周均布。缸体的进水口[6]在其上部，上部缸体为执行缸[11];缸体[1]的下部为密封缸[12];执行缸[11]的内径与活塞[2]外径相配合，缸体[1]下端的密封与活塞杆[3]相连的密封杆[4]相配合。活塞[2]、活塞杆[3]、密封杆[4]之间为有自位功能的 连接，如球铰相连。

水从缸体进水口[6]进入执行缸[11]活塞下部，通过活塞杆[3]的进水孔[10]，进入活塞杆内腔，再从活塞杆上的节流孔[8]进入槽[7];然后从槽[7]进入缸体上的节流孔[9]喷出。节流孔[9]与槽[7]重合的状态决定了喷出的流量。其流量特性如图3所示，在平衡状态下，当达到Q₀时，内压力产生的推力与运动部分的重量相平衡，这时为最小流量;随着流量的增大，节流孔[9]与槽[7]重合部分增大，当节流孔[9]完全进入槽[7]中时，流量达到最大平衡流量，以Q₁表示。这时活塞[2]高度变化一个孔的直径。水力步进缸的工作状态分为以下三种状态：

1.保持状态：电磁阀[14]打开、电磁阀[15]关闭。来自泵[13]的高压水，经节流阀[17]，产生保持流量Q_K，且满足Q₀＜Q_K＜Q₁。则活塞[2]被锁定在给定位置上。

2.提升状态：电磁阀[14]通电关闭，脉冲注入阀[16]充水至给定时间，这时电磁阀[15]仍为关闭状态。然后电磁阀[14]突然打开。脉冲注入阀产生流量脉冲，推动活塞[2]，使活塞[2]向上运动一步。

3.下降状态：电磁阀[14]处于打开状态。电磁阀[15]打开一个时间间隔，执行缸内压力下降，缸内推力平衡不了运动件的重量，至使活塞[2]在重力作用下下降，通过时间间隔的控制可以实现步降或连续下降。下降速度由节流阀[18]进行调节。

本发明可以在反应堆堆芯外拖动控制棒。且有以下优点：

①以槽孔结构解决了对孔的方向性问题。

②采用自位式连接，使得缸体与活塞可以具有自位性，降低了缸体与活塞的制造精度。

③简化了反应堆的结构，改善堆芯的物理、热工性能，进而减少核燃料的初装量。对于反应堆的总体结构产生有利的影响。

④缸体、及传动组件可以检修。

⑤提高了注水管的高度，彻底解决了因管道断裂而使反应堆失水的安全问题。

⑥在执行缸的顶部安装超声波位置指示器的换能器[5]，可以避免由于堆内介质状态变化出现游离气泡而对超声波换能器的工作产生不良影响。

实施例：

将本装置设于反应堆堆芯以上2.5米的高度处，通过密封杆[4]与控制棒吸收元件相联。吸收元件是棒束式，传动系统参数如下：

步距50毫米

行程2500毫米

步数50步

提升重量100公斤

保持流量2～2.5立方米/小时

泵扬程90米

水力步进缸由固定的缸体[1]和运动的活塞[2]组成。固定的缸体内径为68毫米，与活塞[2]相连的中空的活塞杆[3]两端封闭，杆的上部开有与内腔相通的进水口，进水口以下，外表面上刻有50个槽。槽宽20毫米，槽距为50毫米，槽内开有8个直径为4毫米的孔，且沿圆周均布。缸体进水口在上部，上部的缸体为执行缸，缸体的下部为密封缸，缸体中部有4个φ3.5的节流孔，执行缸的内径与活塞外径相配合，下端的密封与密封杆相配合。活塞、活塞杆、密封杆之间为球铰相连。密封形式为迷宫密封。

Claims (1)

1、一种包括中空活塞和缸体的水力步进缸，在缸体上设有节流孔，节流孔分布在与缸体轴线垂直的同一平面上，并沿圆周均布，活塞与缸体之间设有间隙和迷宫式密封，其特征在于：

(1)活塞杆与活塞相连，其外表面上有数目等于步数的槽，相邻的槽的间距为步矩，槽内开有二个以上直径小于槽宽的孔，孔沿圆周均布，

(2)缸体分为两段，上段为传动缸，下段为密封缸，中间有一排直径小于上述槽宽的节流孔，孔的数目大于2，

(3)活塞与传动缸，活塞杆与密封缸的下密封为迷宫式密封，活塞杆与密封缸的上密封为间隙为间隙式密封。

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