CN102568620A - 一种反应堆控制棒驱动机构 - Google Patents

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周涛
洪德训
张蕾
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Abstract

本发明公开了属于核电站安全设备技术领域的一种反应堆控制棒驱动机构。循环供电控制器和自限温电热带分别安装在提升线圈、传递线圈和夹持线圈的引出线上，提升线圈环套提升磁极，传递线圈环套传递磁极，夹持线圈环套夹持磁极，传递磁极位于传递销爪上方，夹持磁极位于夹持销爪上方。本发明的控制棒驱动机构不需要靠传递停堆控制信号的方式来停堆，温度本身就是直接的停堆控制信号，省去了控制系统需要将温度信号转换为电信号的环节，克服停堆控制信号可能传递错误的可能性，具有响应快和可靠性高的特点。

Description

一种反应堆控制棒驱动机构
技术领域
本发明属于核电站安全设备技术领域，具体涉及一种基于自限温电热带原理的反应堆控制棒驱动机构。
背景技术
控制棒驱动机构是一种步进式的提升机构，用来使控制棒组件在堆芯内提起、插入或保持在适当的位置，以实现反应性的控制。每个控制棒组件都是由单独的控制棒驱动机构操作，它们位于压力容器上方。反应堆控制和保护系统的指令，经过控制棒驱动机构传达到控制棒组件，以保证反应堆的启动、功率调节、功率保持、正常停堆和严重事故停堆等功能的实现，肩负着确保反应堆安全的重要使命。
正常运行停堆工况时，通过循环供电控制器控制电机，使得控制棒插入堆内，实现停堆。严重事故带电停堆工况时，也是通过循环供电控制器控制电机，使得控制棒迅速插入堆内，实现停堆。严重事故断电停堆工况时，控制棒驱动机构的销爪组件的三个磁极线圈失去控制电流，各个磁极间的作用力不再存在，销爪不再与驱动杆齿槽啮合，控制棒靠重力落入堆芯。控制棒从最高位置落到最低位置最长时间需要约3s；实际过程中，从得到停堆信号到控制棒插入堆芯的紧急停堆时间不超过2s。如磁力提升式控制棒驱动机构，当停堆信号输入时，分配器使磁阻马达的供电中断，控制棒在自身重量和弹簧的双重作用下，迅速插入堆芯，实现紧急停堆。其他的控制棒驱动机构有滚珠螺母丝杠和齿轮齿条的控制棒驱动机构。信号是目前控制棒运动的重要控制手段，且信号的传输需要时间。目前，我国二代核电均采用磁力提升式，而三代核电也与二代核电采用的控制棒提升机构类似。
在核电站需要停堆时，尤其是出现严重事故时，使得控制棒能够落下并且迅速插入堆芯是非常重要的。而一旦由于某些原因，如控制系统出现故障或停堆控制信号无法正确传达到控制棒驱动机构，那么就会使得控制棒无法落下，而可能引发严重的后果。基于自限温电热带原理的反应堆控制棒驱动机构不同于传统控制棒驱动机构的设计，在此设计中具有一套温度控制机构，使之更加符合核电站安全设计原则，更加完善和可靠。
自限温电热带是一种很复杂的高分子复合物，由多种材料和导电介质复合而成，经过特定的化学变化和物理处理之后挤出成型。材料内部半导体通道数量的变化-电阻发生惊人的正温度系数(简称PTC效应)：当环境温度升高时，高分子复合物微分子膨胀，炭粒渐渐分开，引起电路中断，电阻上升，电流减小；当环境温度降低时，高分子复合物微分子收缩，炭粒渐渐拉近，引起电路通畅，电阻减小，电流增大。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于电加热带原理的反应堆控制棒驱动机构。
一种反应堆控制棒驱动机构，反应堆的压力容器顶盖上的管座与带有螺纹连结的承压壳体作密封焊接，驱动杆1和销爪组件装在承压壳体之内，电磁线圈和循环供电控制器6装在承压壳体之外，销爪组件由提升磁极7、传递磁极8、传递销爪9、夹持磁极10和夹持销爪11构成；电磁线圈由自限温电热带5、提升线圈2、传递线圈3和夹持线圈4构成；循环供电控制器6和自限温电热带5分别安装在提升线圈2、传递线圈3和夹持线圈4的引出线上，提升线圈2环套提升磁极7，传递线圈3环套传递磁极8，夹持线圈4环套夹持磁极10，传递磁极8位于传递销爪9上方，夹持磁极10位于夹持销爪11上方。
所述自限温电热带具有正温度系数的变化特性。
当严重事故停堆时，自限温电热带5根据堆内温度变化发生PTC效应，提升线圈2、传递线圈3和夹持线圈4电流减小，提升磁极7、传递磁极8和夹持磁极10的磁力作用减小，使得夹持销爪9和传递销爪11对驱动杆不再有啮合作用，实现控制棒自动落下停堆。
本发明的有益效果：本发明的控制棒驱动机构是基于传统的控制棒驱动机构的设计，在利用其原来控制棒驱动机构的提起、插入或保持适当位置的机械功能的同时，不需要靠传递停堆控制信号的方式来停堆，温度本身就是直接的停堆控制信号，省去了以往的控制系统需要将温度信号转换为电信号的环节，以及克服了停堆控制信号可能传递错误的可能性，具有响应快和可靠性高的特点。
附图说明
图1为本发明反应堆控制棒驱动机构示意图。
图中，1-驱动杆、2-提升线圈、3-传递线圈、4-夹持线圈、5-自限温电热带、6-循环供电控制器、7-提升磁极、8-传递磁极、9-传递销爪、10-夹持磁极、11-夹持销爪。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种反应堆控制棒驱动机构(如图1所示)，反应堆的压力容器顶盖上的管座与带有螺纹连结的承压壳体作密封焊接，驱动杆1和销爪组件装在承压壳体之内，电磁线圈和循环供电控制器6装在承压壳体之外，销爪组件由提升磁极7、传递磁极8、传递销爪9、夹持磁极10和夹持销爪11构成；电磁线圈由自限温电热带5、提升线圈2、传递线圈3和夹持线圈4构成；循环供电控制器6和自限温电热带5分别安装在提升线圈2、传递线圈3和夹持线圈4的引出线上，提升线圈2环套提升磁极7，传递线圈3环套传递磁极8，夹持线圈4环套夹持磁极10，传递磁极8位于传递销爪9上方，夹持磁极10位于夹持销爪11上方；自限温电热带具有正温度系数的变化特性。
正常运行和正常停堆时，自限温电热带的作用不会发挥出来，而采用循环供电控制器6，进行控制棒提起、插入、保持原位和落入堆芯的操作；而严重事故工况时，堆内温度升高，电阻升高控制电流以实现驱动杆落下停堆。具体实施过程如下：
正常运行停堆工况时，堆内温度不会突升，自限温电热带不会发生PTC效应，其作用与一般的导线无异，可以正常的传导控制信号和电流。循环供电控制器按设计程序对提升线圈2、传递线圈3、夹持线圈(4)进行通电激磁和断电去磁，从而使销爪机构投入工作状态，并使驱动杆部件带动控制棒组件处于提升、插入、保持或掉入。
当严重事故工况时，反应堆内温度升高。自限温电热带5发生电阻正温度系数变化。自限温电热带内电流几乎为零，所以提升线圈2、传递线圈3、夹持线圈4的控制电流和信号也几乎没有，提升磁极7、传递磁极8和夹持磁极11不再有磁力作用，销爪组件的夹持销爪10和传递销爪12都对驱动杆1没有控制作用，驱动杆部件失去夹持力，于是杆、棒组合件在重力作用下自由落下，使控制棒组件迅速插入堆芯，即可使得控制棒落下，使得反应堆停堆。事故后，温度恢复正常，自限温电热带内电流恢复正常，可以利用正常电流控制模式，恢复反应堆控制棒驱动机构正常运行。

Claims (2)

1.一种反应堆控制棒驱动机构，反应堆的压力容器顶盖上的管座与带有螺纹连结的承压壳体作密封焊接，驱动杆(1)和销爪组件装在承压壳体之内，电磁线圈和循环供电控制器(6)装在承压壳体之外，其特征在于，销爪组件由提升磁极(7)、传递磁极(8)、传递销爪(9)、夹持磁极(10)和夹持销爪(11)构成；电磁线圈由自限温电热带(5)、提升线圈(2)、传递线圈(3)和夹持线圈(4)构成；循环供电控制器(6)和自限温电热带(5)分别安装在提升线圈(2)、传递线圈(3)和夹持线圈(4)的引出线上，提升线圈(2)环套提升磁极(7)，传递线圈(3)环套传递磁极(8)，夹持线圈(4)环套夹持磁极(10)，传递磁极(8)位于传递销爪(9)上方，夹持磁极(10)位于夹持销爪(11)上方。
2.根据权利要求1所述一种反应堆控制棒驱动机构，其特征在于，所述自限温电热带具有正温度系数的变化特性。
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