CN103329209A - 提高了耐热性的控制棒驱动装置用线圈组件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种通过改善控制棒驱动装置用线圈的耐热特性而提高寿命，从而在自动负荷跟踪运行中显著减少控制棒驱动装置的连续运行所导致的线圈劣化及控制棒跌落的可能性，由此能够提高核电站的安全性和经济性的控制棒驱动装置用线圈组件及其制造方法。为此，根据本发明的提高了耐热性的控制棒驱动装置用线圈组件包括：被覆缠线（110），由线圈缠线（111）和包覆其外周面的聚醚醚酮涂覆层（112）构成，且被缠绕多圈；线圈涂覆层（130），通过在缠绕多圈的所述被覆缠线（110）之间的孔隙中充填清漆而形成；绝缘胶带层（120），包覆被所述线圈涂覆层（130）所绝缘的所述被覆缠线（110）缠线层的外侧面；硅胶成型件（140），包覆所述绝缘胶带层（120）的外侧面。

Description

提高了耐热性的控制棒驱动装置用线圈组件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种在核电站运行中所使用的控制棒驱动装置用线圈组件及其制造方法，尤其涉及一种通过提高线圈的耐热性及导热性而减少线圈的劣化可能性，从而显著减少在自动负荷跟踪运行中控制棒驱动装置的连续工作导致的线圈劣化及控制棒跌落的可能性，由此可以提高核电站的稳定性及经济性的提高了耐热性的控制棒驱动装置用线圈组件及其制造方法。
背景技术
核反应堆是一种通过调节核燃料发生核裂变时因质量亏损而瞬间释放的巨大能量使其缓慢释放以实现核能在生活中的应用的装置。
图1为概略性地表示出现有技术中的核反应堆及控制棒驱动装置的剖面图。
核反应堆1内部收容有核燃料组件2，核反应堆1的上部设置有：形成为组件的控制棒3，通过控制被吸收于核燃料中的中子数而调节核燃料的燃烧；多个控制棒驱动装置贴附用喷嘴4；以及多个由控制棒驱动马达构成的控制棒驱动装置（Control Element Drive Mechanism,CEDM）5。所述控制棒3为通过控制棒驱动装置5而在竖直方向上被上下驱动。
所述控制棒驱动装置为通过4个控制棒驱动线圈（即上部提升线圈(UL：Upper Lift Coil)、上部夹紧线圈(UG：Upper Gripper Coil)、下部提升线圈(LL：Lower Lift Coil)、下部夹紧线圈(LG：Lower Gripper Coil)）中传输的电流信号而被驱动，并利用提供给控制棒驱动线圈的线缆的电能所产生的电磁力而控制马达的驱动，从而控制控制棒在竖直方向上的升降运动。
用于所述控制棒驱动装置中的控制棒驱动线圈要求具有耐热性，以防止自动负荷跟踪运行中因控制棒驱动装置的连续运行而导致劣化，然而在现有技术中是在线圈缠线上包覆搪瓷（enamel）系绝缘材料而使用，因此在高于220℃的温度下将出现线圈的劣化而导致停止发电，从而在重新运行之前不得不中断电力生产，并且存在线圈的劣化及烧损所致的漏电引起绝缘破坏而使控制棒跌落等安全性和可靠性的问题。
发明内容
技术问题
本发明是为了解决如上所述的问题而提出的，其目的在于提供一种通过改善控制棒驱动装置用线圈的耐热特性而提高寿命，从而在自动负荷跟踪运行中显著减少因控制棒驱动装置的连续运行所导致的线圈劣化及控制棒跌落的可能性，由此可以提高核电站的安全性和经济性的控制棒驱动装置用线圈组件及其制造方法。
技术方案
为了实现如上所述的目的，本发明的提高了耐热性的控制棒驱动装置用线圈组件包括：被覆缠线110，由线圈缠线111和包覆所述线圈缠线111外周面的聚醚醚酮（PEEK：Polyether Ether Ketone）涂覆层112构成，且被缠绕多圈；线圈涂覆层130，通过在缠绕多圈的所述被覆缠线110之间的孔隙中充填清漆而形成；绝缘胶带层120，包覆被所述线圈涂覆层130所绝缘的所述被覆缠线110缠线层的外侧面；硅胶成型件140，包覆所述绝缘胶带层120的外侧面。
其特征在于，所述线圈缠线111为没有拼接的铜丝。
并且，其特征在于，所述线圈缠线111的两端为通过钎焊接合于电源供应线缆621的引线上。
本发明中的提高了耐热性的控制棒驱动装置用线圈组件的制造方法包括如下步骤：在线圈缠线111的外周面上形成聚醚醚酮（PEEK：Polyether EtherKetone）涂覆层112而制作被覆缠线110；将所述被覆缠线110缠绕多圈而形成缠线层，并将所述线圈缠线111的两端接合于电源供应线缆621的引线上；在所述缠线层周围形成绝缘胶带层120；在缠绕多圈的所述被覆缠线110之间的孔隙中充填清漆而形成线圈涂覆层130；在烘干炉中烘干所述线圈涂覆层130；在所述烘干完毕的产物的外周面上成型硅胶成型件140。
其特征在于，形成所述线圈涂覆层的步骤为通过真空浸泡法而执行。
有益效果
根据基于本发明的提高了耐热性的控制棒驱动装置用线圈组件及其制造方法，通过在线圈缠线的外周面上包覆耐热性等化学特性及机械特性良好的聚醚醚酮（PEEK）涂覆层而制作被覆缠线，并通过真空浸泡法向缠绕多圈的被覆缠线之间的孔隙中充填清漆而形成线圈涂覆层之后在其外周面上用硅胶成型件进行密封处理而制造线圈组件，从而比起现有技术中的控制棒驱动装置用线圈提高了耐热性和寿命，于是在自动负荷跟踪运行中显著减少因控制棒驱动装置的连续运行所导致的线圈劣化及控制棒跌落的可能性，由此可以提高核电站的安全性、可靠性和经济性。
附图说明
图1为概略性地表示现有技术中的核反应堆及控制棒驱动装置的剖面图。
图2为表示适用本发明的控制棒驱动装置的整体装配状态的剖面图。
图3的（a）为根据本发明的提高了耐热性的控制棒驱动装置用线圈组件的平面图，图3的（b）为根据本发明的提高了耐热性的控制棒驱动装置用线圈组件的A-A部分的剖面图。
图4为表示根据本发明的提高了耐热性的控制棒驱动装置用线圈组件结合于线圈壳的状态的剖面图。
图5为表示根据本发明的提高了耐热性的控制棒驱动装置用线圈组件的制造方法的顺序图。
符号说明：
1：核反应堆           2：核燃料组件
3：控制棒             4：控制棒驱动装置贴附用喷嘴
5：控制棒驱动装置     100、100-1、100-2、100-3、100-4：线圈组件
110：被覆缠线         111：线圈缠线
112：聚醚醚酮涂覆层   120：绝缘胶带层
130：线圈涂覆层       140：硅胶成型件（silicone molding）
210、220、230、240：线圈壳    211、221、231、241：引线连接部
310：第一控制棒驱动线圈部     320：第二控制棒驱动线圈部
330：第三控制棒驱动线圈部     340：第四控制棒驱动线圈部
410：上部板                       420：下部板
430、440、460、470：连接盘        450：壳连接部件
431、441、461、471：固定联接器（retainer Coupling）
500：马达壳
610：线缆箱                       620：线缆组件
621：电源供应线缆                 622：连接器
710：冷却导流罩                   720：上部导流罩
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明优选实施例的构成及作用。
图2为表示适用本发明的控制棒驱动装置的整体装配状态的剖面图，图3的（a）为根据本发明的提高了耐热性的控制棒驱动装置用线圈组件的平面图，图3的（b）为根据本发明的提高了耐热性的控制棒驱动装置用线圈组件的A-A部分的剖面图，图4为表示根据本发明的提高了耐热性的控制棒驱动装置用线圈组件结合于线圈壳的状态的剖面图。
参照图2，适用本发明的控制棒驱动装置包括：线圈组件100（100-1，100-2，100-3，100-4）；第一至第四的4个控制棒驱动线圈部310、320、330、340，由线圈壳210、220、230、240构成，该线圈壳210、220、230、240内周面上安装有所述线圈组件100，且起到所述线圈组件100通电时被激发的电磁场的通道作用。第一控制棒驱动线圈部310的上部和第四控制棒驱动线圈部340的下部分别结合有在中央处形成有马达壳500所能贯通的孔的上部板410和下部板420。
所述上部板410在对线圈组件100通电时起到作为电磁场通道的作用，同时还起到作为第一线圈壳210的上部的盖体的作用，且形成有螺丝攻（screwtap），以用于抬升线圈壳组件210、220、230、240。
在对线圈组件100通电时，所述下部板420起到作为电磁场通道的作用的同时，还起到作为第四线圈壳240下部的盖体的作用，并且在装配于马达壳500时起到支撑整个控制棒驱动线圈部310、320、330、340的作用。
安装于所述线圈壳210、220、230、240的内周面上的线圈组件100的内侧结合有马达壳500。所述马达壳500的内部安装有作为控制棒驱动装置的马达组件（未图示），所述马达壳500被设计为能够承受核反应堆的压力，并起到使结合于外部的线圈组件100的电磁场通过的作用。
所述线圈壳210、220、230、240的一侧形成有用于使线圈组件（100-1、100-2、100-3、100-4）中的各线圈两端与电源供应线缆621的引线接合的引线连接部211、221、231、241，而所述电源供应线缆621的引线与线圈组件（100-1、100-2、100-3、100-4）中的各线圈两端电连接于线缆箱610内部的接入端子上。
优选地，通过钎焊实现所述线圈组件（100-1、100-2、100-3、100-4）中的各线圈两端与电源供应线缆621的引线之间的接合，以使阻抗达到最小化。
所述电源供应线缆621与结合于另一侧末端上的连接器622构成用于对线圈供应电源的线缆组件620。
并且，线圈壳210、220、230、240的周围具有用于引导冷却空气沿着内部均匀地流动以吸收由线圈组件100产生的热量的冷却导流罩710，而线圈壳210的上部具有上部导流罩720，其内部安装有控制棒位置指示器（未图示），所述上部导流罩720与线圈壳210结合而用于抬升控制棒驱动装置。
在此，虽然所述马达壳500、冷却导流罩710、以及上部导流罩720不是控制棒驱动装置的构成要素，然而为了有助于理解本发明而一并进行了图示和说明。
参照图3，所述控制棒驱动用线圈组件100包括：线圈缠线111；被覆缠线110，由包覆该线圈缠线111的外周面的聚醚醚酮（PEEK：Polyether EtherKetone）涂覆层112形成，且被缠绕多圈；线圈涂覆层130，向缠绕多圈的所述被覆缠线110之间的孔隙中充填清漆（varnish）而形成；绝缘胶带层120，包覆着因所述线圈涂覆层130而绝缘的被覆缠线110的缠线层的外侧面；硅胶成型件140，包覆所述绝缘胶带层120的外侧面，并予以密封。
优选地，用缠线当中没有拼接（splice）的铜丝构成所述线圈缠线111，以使耐热性比现有技术中的控制用驱动装置用线圈有所提高。
包覆所述线圈缠线111的外周面的聚醚醚酮（PEEK）涂覆层112的连续使用允许温度为260℃左右，高于现有技术中的搪瓷系绝缘材料的连续使用允许温度220℃，因此具有可大幅度提高线圈耐热性的优点。
并且，所述聚醚醚酮（PEEK）为可溶解成型的结晶型树脂，不仅具有高耐热性，而且抗疲劳性、耐化学性、耐辐射性、非易燃性（不产生腐蚀性气体，且产生的烟量少的特性）等化学特性优良，而且具有刚性和伸长率大、耐冲击性强、在高温下强度很高、以及即使长时间使用也能维持原来的抗拉强度等优良的机械特性。
在本发明中通过将聚醚醚酮（PEEK）涂覆层112覆盖于由没有拼接的铜丝构成的线圈缠线111的外侧面而形成被覆缠线110，从而可以预先防止在核反应堆的特殊高温环境下工作的线圈组件100的劣化所导致的损坏。
所述绝缘胶带层120作为一种耐热性玻璃纤维织物，一方面通过包覆被覆缠线110的缠线层的外侧面而固定缠线层的形态，另一方面起到提高涂覆于其外侧的硅胶成型件140的粘结力的作用。
通过真空浸泡法形成填充有所述清漆的线圈涂覆层130。在此，真空浸泡法是指将因绝缘胶带层120而形态得到固定的被覆缠线110的缠线层浸泡于装有浸泡用清漆溶液的桶中，并放入真空室内施加真空，于是在真空作用下存在于被覆缠线110之间的孔隙中的空气和水分向外部逸出的同时，清漆溶液渗入所述孔隙中的方法。
随着所述线圈涂覆层130的形成，被覆缠线110之间的孔隙中的杂质或空气将被除去，从而可以改善放热效果，并且在线圈涂覆层130完成干燥固化之后可以维持线圈组件100的形状。
所述硅胶成型件140是一种在线圈涂覆层130干燥固化之后完全包覆其外侧面周围的耐热性橡胶包装材料，起到防止来自外界的湿气、灰尘、空气等异物的渗透的作用。
参照图4，如上所述地构成的线圈组件100由以相同结构形成的第一至第四的4个线圈组件100-1、100-2、100-3、100-4制作，且被分别安装于第一至第四线圈壳210、220、230、240的内部而构成第一至第四控制棒驱动线圈部310、320、330、340，并通过控制部（未图示）中的程序而在所述第一至第四控制棒驱动线圈部310、320、330、340中依次施加电流以形成电磁场，从而使控制棒驱动装置（马达组件）工作。
上述四个线圈壳210、220、230、240为通过设置于这些线圈壳之间的连接盘430、440、460、470而得到连接，并在第二线圈壳220与第三线圈壳230之间结合有用于维持间距的壳连接部件450。
并且，通过分别配备于所述连接盘430、440、460、470的外侧面上的固定联接器431、441、461、471而使第一线圈壳210、第二线圈壳220、壳连接部件450、第三线圈壳230、以及第四线圈壳240得到连结固定。
图5为表示根据本发明的提高了耐热性的控制棒驱动装置用线圈组件的制造方法的顺序图。
本发明的提高了耐热性的控制棒驱动装置用线圈组件的制造方法包括如下步骤：在线圈缠线111的外周面上形成聚醚醚酮（PEEK：Polyether EtherKetone）涂覆层112而制作被覆缠线110；将所述被覆缠线110缠绕多圈而形成缠线层，并将所述被覆缠线110的两端接合于连接在电源供应线缆621上的两条引线上；在所述被覆缠线110的缠线层周围形成绝缘胶带层120；在上述被缠绕多圈的被覆缠线110之间的孔隙中充填清漆而形成线圈涂覆层130；在烘干炉中烘干所述线圈涂覆层130；在所述烘干完毕的产物的外周面上成型硅胶成型件140。
在此，优选地，将所述被覆缠线110的两端接合于连接在电源供应线缆621上的两条引线上的步骤为通过钎焊而执行，以使接合面上的阻抗最小化，而形成所述线圈涂覆层130的步骤为通过真空浸泡法而执行。
如上所述，根据基于本发明的提高了耐热性的控制棒驱动装置用线圈组件及其制造方法时，可提高线圈组件的耐热特性，并可以通过利用真空浸泡法而提高被覆缠线之间的绝缘特性，因此可以防止由线圈劣化或烧损（控制棒驱动装置工作中由于通电引起的发热及绝缘损坏所致）导致的控制棒跌落的事故。

Claims (5)

1.一种提高了耐热性的控制棒驱动装置用线圈组件，包括：
被覆缠线（110），由线圈缠线（111）和包覆所述线圈缠线（111）外周面的聚醚醚酮涂覆层（112）构成，且被缠绕多圈；
线圈涂覆层（130），通过在缠绕多圈的所述被覆缠线（110）之间的孔隙中充填清漆而形成；
绝缘胶带层（120），包覆被所述线圈涂覆层（130）所绝缘的所述被覆缠线（110）缠线层的外侧面；
硅胶成型件（140），包覆所述绝缘胶带层（120）的外侧面。
2.如权利要求1所述的提高了耐热性的控制棒驱动装置用线圈组件，其特征在于，所述线圈缠线（111）为没有拼接的铜丝。
3.如权利要求1或2所述的提高了耐热性的控制棒驱动装置用线圈组件，其特征在于，所述线圈缠线（111）的两端为通过钎焊接合于电源供应线缆（621）的引线上。
4.一种提高了耐热性的控制棒驱动装置用线圈组件的制造方法，包括如下步骤：
在线圈缠线（111）的外周面上形成聚醚醚酮涂覆层（112）而制作被覆缠线（110）；
将所述被覆缠线（110）缠绕多圈而形成缠线层，并将所述线圈缠线（111）的两端接合于电源供应线缆（621）的引线上；
在所述缠线层周围形成绝缘胶带层（120）；
在缠绕多圈的所述被覆缠线（110）之间的孔隙中充填清漆而形成线圈涂覆层（130）；
在烘干炉中烘干所述线圈涂覆层（130）；
在所述烘干完毕的产物的外周面上成型硅胶成型件（140）。
5.如权利要求4所述的提高了耐热性的控制棒驱动装置用线圈组件的制造方法，其特征在于，形成所述线圈涂覆层的步骤为通过真空浸泡法而执行。
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