CN103458665A - 一种控制棒驱动机构的电磁线圈冷却装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种控制棒驱动机构的电磁线圈冷却装置及方法，属于核反应堆控制棒领域。实验堆现有的控制棒驱动机构电磁线圈使用热量完全依靠自然传导的静态冷却方式，平衡温度过高，长期运行会缩短线圈寿命、影响驱动机构系统刚度。本发明所述的装置包括油冷线圈组件，与油冷线圈组件一端连接的换热器，及与换热器连接的磁力泵，磁力泵的另一端与油冷线圈组件的另一端连接，构成油冷却回路。本发明先将电磁线圈产生的热量通过α防火油动态循环带出线圈，再将热α防火油经过换热器进行冷却，经冷却后的α防火油由磁力泵打入电磁线圈内。本发明可以快速高效地将电磁线圈工作产生的热量带出线圈套筒冷却线圈，有效延长电磁线圈工作寿命，保证驱动机构系统刚度。

Description

一种控制棒驱动机构的电磁线圈冷却装置及方法
技术领域
本发明属于核反应堆控制棒领域，具体涉及一种控制棒驱动机构的电磁线圈冷却装置及方法。
背景技术
控制棒是采用热中子强吸收材料、用来控制反应性的可移动部件。通过调节其插入堆芯的深度，可简便、快捷地实施启动、停堆和功率调整。
控制棒驱动机构是实验堆重要安全部件之一，是带动控制棒组件在堆芯内上下移动或保持在某一高度的部件。有磁阻电机驱动机构、磁力提升驱动机构和水力传动机构等几种形式，都具有全密封、快速落棒可靠等特点。控制棒驱动机构中的电磁线圈通电后产生磁力带动密封套筒内衔铁组件由步进电机驱动完成上下运动。目前电磁线圈使用的冷却方式为静态油冷，在线圈套筒内充入α防火油，依靠α防火油将线圈通电时产生的热量传出，α防火油在线圈套筒中处于静止状态，热量完全依靠自然传导，在稳定运行后达到平衡温度100℃左右，该温度下长期运行会缩短线圈寿命、影响驱动机构系统刚度。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种控制棒驱动机构的电磁线圈冷却装置及方法。该装置及方法能够将电磁线圈产生的热量通过α防火油动态循环带出线圈，降低电磁线圈稳定运行时最高平衡温度。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是： 
一种控制棒驱动机构的电磁线圈冷却装置，其特征在于：该装置包括油冷线圈组件，与油冷线圈组件一端连接的换热器，及与换热器连接的磁力泵，磁力泵的另一端与油冷线圈组件的另一端连接，构成油冷却回路。
进一步，所述油冷线圈组件包括线圈套筒和线圈骨架，线圈骨架置于内侧，铜线绕制于线圈骨架之上构成线圈，线圈套筒套于线圈外侧，作为线圈的保护套。
进一步，所述线圈组件中的线圈与冷却主管路通过波纹管连接，波纹管可随线圈上下运动。
进一步，所述骨架内侧设有流道，冷却油由骨架端头的流道入口流入骨架内侧，然后从另一端头流出将热量带出，每一个线圈组件都有单独的流道，从一端流入另一端流出后，进入油冷却回路然后进入换热器进行冷却。
进一步，在所述换热器与磁力泵之间还串联有稳压油罐。
进一步，所述油冷却回路上设有阀门。
进一步，所述油冷却回路上设有温度传感器、流量传感器和压力传感器。
进一步，所述所述的油冷线圈组件为三个，每个油冷线圈组件包括两组线圈。
进一步，所述换热器为风冷换热器。
进一步，该装置还设有可编程逻辑控制器，用于油冷却回路在运行时对回路流量、压力、各个线圈温度、冷却器前后温度、温差、 稳压油罐液位、压力等参数进行实时监测。
一种控制棒驱动机构的电磁线圈冷却装置及方法，包括以下步骤：
先将电磁线圈产生的热量通过α防火油动态循环带出线圈，再将热α防火油经过换热器进行冷却，经冷却后的α防火油由磁力泵打入电磁线圈内，形成循环的油冷却回路。
进一步，在所述的油冷却回路运行时，对油冷却回路中的流量、压力、各个线圈温度、冷却器前后温度、温差、 稳压油罐液位、压力进行实时监测，各监测点将采集到的实时数据上传至可编程逻辑控制器对系统状态进行监测。
本发明的效果在于： 采用本发明所述的装置及方法，将电磁线圈产生的热量通过α防火油动态循环带出线圈，在循环回路中热α防火油经过风冷换热器冷却，经冷却后的α防火油由磁力泵打入电磁线圈内，形成强迫循环，从而快速高效地将电磁线圈工作产生的热量带出线圈套筒冷却线圈，以延长线圈使用寿命和保证驱动机构系统刚度。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中所述装置的示意图；
图2是采用图1所示装置的一组线圈组件中冷却油走向示意图；
图3是本发明具体实施方式中的线圈组件的内部结构及流道设计示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。 
如图1所示，一种控制棒驱动机构的电磁线圈冷却装置，该装置包括油冷线圈组件，与油冷线圈组件一端连接的换热器，及与换热器连接的磁力泵，磁力泵的另一端与油冷线圈组件的另一端连接，构成油冷却回路。 
本实施例中，所述的线圈组件共有3个，每个线圈组件由2组线圈组成，这样的设计可增大线圈与冷却油接触的表面积，提高冷却能力。冷却主管路与线圈采用波纹管连接，波纹管可随线圈上下运动。
本实施例中，油冷却回路主要包括油冷线圈组件1（包括线圈套筒及线圈骨架）、波纹管6、稳压油罐4、风冷换热器2、磁力泵3、PLC5、管道及阀门、温度流量压力等传感器。其中，稳压油罐用于平衡油冷却回路系统压力，风冷换热器用于冷却从线圈组件内流出的α防火油，磁力泵用于将α防火油注入线圈内提供动力，温度流量压力等传感器用于对油冷却回路温度流量压力等参数进行监测。
图1中，Tc1，Tc2，Tc3分别为线圈1、线圈2、线圈3的内部温度传感器，Tc1，Tc2，Tc3用于采集线圈1、线圈2、线圈3的内部温度，T1为线圈组件出口冷却油温度传感器，用于采集线圈组件出口温度，T2为风冷换热器出口冷却油温度传感器，用于采集风冷换热器出口冷却油温度，T3为线圈组件进口冷却油温度传感器，用于采集线圈组件进口冷却油温度，L为稳压罐液位传感器，用于采集稳压罐液位，P为稳压罐压力传感器，用于采集稳压罐压力，F为回路流量传感器，用于采集回路流量。各传感器将采集到的数据上传至PLC对回路各参数进行实时监测。
如图2所示，图2为一组线圈组件中冷却油走向示意图，在图中箭头指示方向为α防火油在线圈组件中的流道，其他两组线圈中冷却油走向与图2一致。
如图3所示，图3为线圈组件内部结构图及流道图，油冷线圈组件包括线圈套筒31、一号线圈组件32、二号线圈组件33、三号线圈组件34、上端头35、下端头36、线圈骨架37、阻磁环38、流道39、线圈310。在线圈骨架37上开槽，冷却油沿着槽按图3中黑色实线流过线圈内部，将热量带出。线圈套筒31套于线圈外侧，作为线圈的保护套，图中箭头指向为冷却油流经方向。由于线圈的发热主要集中在线圈骨架37最里侧，所以将冷却油的流道设计在线圈骨架37内侧，在线圈骨架37内侧开有凹槽作为冷却油的流道39，冷却油由线圈骨架37端头的流道入口流入线圈骨架内侧，沿着流道39然后从另一端头流出将热量带出。每一个线圈组件都有单独的流道，从一端流入另一端流出后，进入主回路然后进入风冷冷却器进行冷却。
一种控制棒驱动机构的电磁线圈冷却装置及方法，包括以下步骤：
将电磁线圈产生的热量通过α防火油动态循环带出线圈，再将热α防火油经过风冷器冷却，经冷却后的α防火油由磁力泵打入电磁线圈内，形成强迫循环，从而快速高效地将电磁线圈工作产生的热量带出线圈套筒冷却线圈，可有效延长电磁线圈工作寿命，保证驱动机构系统刚度。
本实施例中，油冷却回路在运行时需对回路流量、压力，各个线圈温度，冷却器前后温度、温差， 稳压油罐液位、压力等参数进行实时监测，各测点将采集到的实时数据上传至PLC（ Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）对系统状态进行监测。PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。本发明所述的装置及方法并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (12)

1.一种控制棒驱动机构的电磁线圈冷却装置，其特征在于：该装置包括油冷线圈组件，与油冷线圈组件一端连接的换热器，及与换热器连接的磁力泵，磁力泵的另一端与油冷线圈组件的另一端连接，构成油冷却回路。
2.如权利要求1所述的一种控制棒驱动机构的电磁线圈冷却装置，其特征在于：所述油冷线圈组件包括线圈套筒和线圈骨架，线圈骨架置于内侧，铜线绕制于线圈骨架之上构成线圈，线圈套筒套于线圈外侧，作为线圈的保护套。
3.如权利要求2所述的一种控制棒驱动机构的电磁线圈冷却装置，其特征在于：所述线圈组件中的线圈与冷却主管路通过波纹管连接，波纹管可随线圈上下运动。
4.如权利要求2所述的一种控制棒驱动机构的电磁线圈冷却装置，其特征在于：所述骨架内侧设有流道，冷却油由骨架端头的流道入口流入骨架内侧，然后从另一端头流出将热量带出，每一个线圈组件都有单独的流道，从一端流入另一端流出后，进入油冷却回路然后进入换热器进行冷却。
5.如权利要求1至4任一所述的一种控制棒驱动机构的电磁线圈冷却装置，其特征在于：在所述换热器与磁力泵之间还串联有稳压油罐。
6.如权利要求1至4任一所述的一种控制棒驱动机构的电磁线圈冷却装置，其特征在于：所述油冷却回路上设有阀门。
7.如权利要求1至4任一所述的一种控制棒驱动机构的电磁线圈冷却装置，其特征在于：所述油冷却回路上设有温度传感器、流量传感器和压力传感器。
8.如权利要求4所述的一种控制棒驱动机构的电磁线圈冷却装置，其特征在于：所述的油冷线圈组件为三个，每个油冷线圈组件包括两组线圈。
9.如权利要求1至4任一所述的一种控制棒驱动机构的电磁线圈冷却装置，其特征在于：所述换热器为风冷换热器。
10.如权利要求1至4任一所述的一种控制棒驱动机构的电磁线圈冷却装置，其特征在于：该装置还设有可编程逻辑控制器，用于油冷却回路在运行时对回路流量、压力、各个线圈温度、冷却器前后温度、温差、 稳压油罐液位、压力参数进行实时监测。
11.一种控制棒驱动机构的电磁线圈冷却方法，包括以下步骤：
先将电磁线圈产生的热量通过α防火油动态循环带出线圈，再将热α防火油经过换热器进行冷却，经冷却后的α防火油由磁力泵打入电磁线圈内，形成循环的油冷却回路。
12.如权利要求11所述的一种控制棒驱动机构的电磁线圈冷却方法，其特征在于：在所述的油冷却回路运行时，对油冷却回路中的流量、压力、各个线圈温度、冷却器前后温度、温差、 稳压油罐液位、压力进行实时监测，各监测点将采集到的实时数据上传至可编程逻辑控制器对系统状态进行监测。
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