CN104599804A - 用于反应堆的耐高温棒位探测器线圈组件 - Google Patents

Abstract

本发明公布了用于反应堆的耐高温棒位探测器线圈组件，包括金属内筒体，在所述金属内筒体的外壁上由内到外依次设套装有初级内绝缘层、初级线圈以及初级外绝缘层，且所述初级线圈通过绕组线直接绕制在初级内绝缘层上，在所述初级外绝缘层上套设有多个环形凸起状的金属骨架，金属骨架上固定有线圈绕组，且多个金属骨架之间通过间隔骨架焊接成一个整体。本发明的线圈是在初级内绝缘层上整体绕制，同一组线圈只使用一根电磁线绕制完成，同组线圈中间并无任何的接头，进而使接头故障明显减少，整体可靠性大幅提高，有益于核电站的稳定运行。

Description

用于反应堆的耐高温棒位探测器线圈组件

技术领域

本发明涉及一种反应堆控制棒驱动系统，具体是指用于反应堆的耐高温棒位探测器线圈组件。

背景技术

压水反应堆的控制棒驱动机构（CRDM）可以提升、下插或保持控制棒在堆芯中的位置，是控制反应堆的裂变速率，实现启动、停止反应堆及堆功率的调节的关键设备。在CRDM的驱动杆行程套管外面，套装有棒位探测器，它用于探测控制棒驱动杆在堆芯中的实际位置，以实现控制棒的位置显示及自动控制，是控制棒驱动系统中的重要组成部分。

目前百万千瓦核电站的CRDM棒位探测器，其线圈组件总长约4米左右，通常有1个初级线圈和多个次级线圈（如31个）及补偿线圈（如2个）。控制棒驱动系统工作时，CRDM的驱动杆在棒位探测器线圈组件的初级线圈和次级线圈之间运行，并由电磁感应作用使次级线圈感生出信号，通过检测各组次级线圈的输出信号就能测出控制棒在堆芯的具体位置。

棒位探测器线圈组件需要在较高的环境温度中持续工作，其性能会影响到反应堆的平稳安全运行，所以要求该线圈组件必须稳定可靠、耐辐照、耐高温。以往的传统棒位探测器线圈组件因接头众多且接头焊接工艺所限，使得整体稳定性差，经常出现接头断开的故障，影响核电站平稳运行；同时由于棒位探测器的线圈骨架多采用非金属绝缘材料（如二苯醚玻璃漆布等），骨架之间不能焊接，影响了骨架联接的可靠性，并使线圈耐温等级难以提高，不能满足核电站CRDM在无风冷情况下对棒位探测器的耐高温需求。

发明内容

本发明的目的在于提供用于反应堆的耐高温棒位探测器线圈组件，可以满足CRDM无风冷的高温状态下长期稳定工作的要求，并解决现有棒位探测器因线圈接头众多以及接头焊接工艺所限导致的整体稳定性差、经常出现接头故障等问题，以保证核电站平稳运行。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

用于反应堆的耐高温棒位探测器线圈组件，包括金属内筒体，在所述金属内筒体的外壁上由内到外依次设套装有初级内绝缘层、初级线圈以及初级外绝缘层，且所述初级线圈通过绕组线直接绕制在初级内绝缘层上，在所述初级外绝缘层上套设有多个环形凸起状的金属骨架，金属骨架上固定有线圈绕组，且多个金属骨架之间通过间隔骨架焊接成一个整体。针对现有技术中，棒位探测器线圈组件的多个初级线圈以及次级线圈、补偿线圈在内筒体上的分布而造成的棒位探测器线圈组件接头众多，且棒位探测器线圈组件的接头焊接工艺有所限制，使得整体稳定性差，经常出现接头断开的故障，影响核电站平稳运行的问题，申请人经过长期研究，在金属内筒体上由内而外依次设置初级内绝缘层和初级外绝缘层，且在两层初级绝缘层之间初级线圈通过绕线组直接绕制在初级内绝缘层上，即同一组初级线圈只使用一根电磁线在金属内筒体上绕制，将现有技术中的多个初级线圈的分布变为一个整体的初级线圈，进而减少了初级线圈以及次级线圈、补偿线圈之间的接头个数，直接提高了整体的稳定性能；

并且在现有的棒位探测器线圈组件中的线圈骨架通常采用非金属材料，即二苯醚玻璃漆布，初级线圈的绕组线直接绕制在次级线圈和补偿线圈外面的二苯醚玻璃漆布骨架上，而二苯醚玻璃漆布骨架本身的耐温等级较低，通常在220℃等级左右，然而初级线圈本身距离反应堆热源较近，其实际工作温度高于220℃，因此现有的棒位探测器线圈组件的整体耐温等级较低，无法在高温环境下长期工作；本发明的初级线圈直接选用耐高温（如耐温等级400℃）的绕组线整体绕指在金属内筒体上，且通过初级内绝缘层以及初级外绝缘层的耐高温绝缘保护，使得初级线圈保持其稳定的工作状态。

在初级外绝缘层上固定有多个环形突起状的金属骨架，多个金属骨架之间通过间隔骨架焊接成一个整体。金属材质的骨架不仅可加工性好、尺寸精度高，而且便于批量化制造，成本低，耐辐照、耐潮湿性能好。次级线圈和补偿线圈的绕组逐一绕制在各金属骨架上，直接摒弃了非金属材质绝缘材料的线圈骨架，使得相邻的两个骨架支架能够焊接固定，保证了骨架的连接可靠性，在提高线圈耐温等级的同时大大延长了线圈的使用寿命。

进一步地，在所述金属内筒体的两端分别并排设置有两个金属骨架，且在所述金属骨架上固定有补偿线圈绕组。在金属内筒体的两端并排设置有两个金属骨架，金属骨架上固定的补偿线圈绕组用于对初级线圈做出工作补偿。

进一步地，所述次级线圈绕组包括由内到外依次设置的骨架绝缘层、次级线圈以及外部绝缘层。线圈绕组的主要作用是对初级线圈的工作做出补偿，且本发明在金属骨架上设置两层耐温绝缘层，即骨架绝缘层和外部绝缘层，通过该两层耐温绝缘层对次级线圈的保护，使得次级线圈对初级线圈的工作补偿更加稳定。

进一步地，所述补偿线圈绕组包括由内到外依次设置的骨架绝缘层、补偿线圈以及外部绝缘层。补偿线圈绕组的主要作用是对初级线圈的工作做出补偿，本发明在金属骨架上设置两层耐温绝缘层，即骨架绝缘层和外部绝缘层，通过该两层耐温绝缘层对次级线圈的保护，使得补偿线圈对初级线圈的工作补偿更加稳定。

进一步地，所述间隔骨架以及金属骨架沿金属内筒体的轴线方向上均开设有断流槽，且每个骨架的断流槽相互都对齐成一直线。当棒位探测器工作时，初级线圈中的电流随时间变化是，由于电磁感应，与初级线圈相邻的金属骨架以及间隔骨架上均会产生有害涡流。本发明在间隔骨架以及金属骨架沿金属内筒体的轴线方向上均开设有断流槽，且每两个断流槽都相互对齐成一直线，使得呈环形的间隔骨架以及金属骨架上的有害涡流被阻断。同时断流槽还可形成线圈引线的走线通道，并且在线圈组件加工制造时能够使耐高温浸渍漆很好地渗入到的内部的初级线圈之中去。

进一步地，所述初级内绝缘层的材质为云母或是有机硅。作为优选，由于初级线圈的位置更加靠近于热源，使得初级线圈的实际工作温度要高于补偿线圈或是次级线圈，因此将初级内绝缘层的材质选用云母或是有机硅等耐高温绝缘材料，进一步加强对初级线圈的耐高温绝缘保护，进而保障线圈整体工作时的稳定性能。

耐高温棒位探测器线圈组件线圈的制作工艺：

本发明中，高温棒位探测器线圈组件的全部金属骨架、间隔骨架均采用304不锈钢薄板事先制作成形，再逐一按照位置要求套在初级线圈外面，套设完成好之后将各金属骨架、间隔骨架的断流槽对齐成一条直线，然后在金属骨架的外缘处用焊接方式将全部骨架焊成一个整体，从而大幅提高其整体强度和抗震性能；新型耐高温棒位探测器线圈组件的次级线圈和补偿线圈是在整体骨架上一次性绕制，每一线圈组中的多个线圈采用一根电磁线一次绕完，中间并无任何接头，使接头故障大幅降低；待棒位探测器线圈组件的初级线圈、次级线圈、补偿线圈全部绕制完后，再统一进行整体浸渍高温绝缘漆和烘干固化，以形成完整的高温绝缘结构，提高并固化其电气绝缘性能，达到预定的整体强度和耐潮湿性能。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明的线圈是在初级内绝缘层上整体绕制，同一组线圈只使用一根电磁线绕制完成，同组线圈中间并无任何的接头，进而使接头故障明显减少，整体可靠性大幅提高，有益于核电站的稳定运行；

2、本发明中次级线圈和补偿线圈的金属骨架通过间隔骨架以焊接方式形成整体化的骨架结构，使线圈的整体强度、抗震性能得以明显提升；

3、本发明中的线圈骨架均采用金属材料（如非导磁不锈钢），取代了聚二苯醚玻璃漆布管等非金属材料，不仅使线圈的耐温等级提高，而且降低了制造成本；

4、本发明的不锈钢骨架上开出的断流槽，可消除金属骨架中涡流的影响，还作为线圈引线的走线槽，同时是棒位探测器线圈组件整体浸渍时高温绝缘浸渍漆渗透进入初级线圈的通道，有利于棒位探测器线圈组件整体电气性能的提高；

5、本发明的采用了新的绝缘结构，通过双层的耐高温绝缘层保护，使得线圈整体具有耐高温、耐辐射，可靠性和整体强度高的优点，使用寿命成倍提高；

6、采用本发明研制的耐高温棒位探测器，再配合耐高温CRDM线圈组件，可以实现省去反应堆顶部CRDM风冷系统的目标，将简化堆顶结构，提高反应堆的可靠性和经济性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明的端部放大图；

图3为次级线圈绕组的爆炸图；

图4为补偿线圈绕组的爆炸图；

附图中标记及相应的零部件名称：

1-金属内筒体、2-初级内绝缘层、3-初级线圈、4-初级外绝缘层、5-补偿线圈绕组、6-初级线圈绕组、7-间隔骨架、8-断流槽、9-外部绝缘层、10-次级线圈、11-骨架绝缘层、12-金属骨架、13-补偿线圈。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1至图4所示，本发明包括金属内筒体1，在所述金属内筒体1的外壁上由内到外依次设套装有初级内绝缘层2、初级线圈3以及初级外绝缘层4，且所述初级线圈3通过绕组线直接绕制在初级内绝缘层2上，在所述初级外绝缘层4上套设有多个环形凸起状的金属骨架12，金属骨架12上固定有次级线圈绕组6，且多个金属骨架12之间通过间隔骨架7焊接成一个整体；所述次级线圈绕组6包括由内到外依次设置的骨架绝缘层11、次级线圈10以及外部绝缘层9；所述补偿线圈绕组5包括由内到外依次设置的骨架绝缘层11、补偿线圈13以及外部绝缘层9。

针对现有技术中，棒位探测器线圈组件的多个初级线圈3以及次级线圈10、补偿线圈在内筒体上的分布而造成的棒位探测器线圈组件接头众多，且棒位探测器线圈组件的接头焊接工艺有所限制，使得整体稳定性差，经常出现接头断开的故障，影响核电站平稳运行的问题，申请人经过长期研究，在金属内筒体1上由内而外依次设置初级内绝缘层2和初级外绝缘层4，且在两层初级绝缘层之间初级线圈3通过绕线组直接绕制在初级内绝缘层2上，即同一组初级线圈3只使用一根电磁线在金属内筒体1上绕制，将现有技术中的多个初级线圈3的分布变为一个整体的初级线圈3，进而减少了初级线圈3以及次级线圈10、补偿线圈13之间的接头个数，直接提高了整体的稳定性能；

并且在现有的棒位探测器线圈组件中的线圈骨架通常采用非金属材料，即二苯醚玻璃漆布，初级线圈3的绕组线直接绕制在次级线圈10和补偿线圈外面的二苯醚玻璃漆布骨架上，而二苯醚玻璃漆布骨架本身的耐温等级较低，通常在220℃等级左右，然而初级线圈3本身距离反应堆热源较近，其实际工作温度高于220℃，因此现有的棒位探测器线圈组件的整体耐温等级较低，无法在高温环境下长期工作；本发明的初级线圈3直接选用耐高温（如耐温等级400℃）的绕组线整体绕指在金属内筒体1上，且通过初级内绝缘层2以及初级外绝缘层4的耐高温绝缘保护，使得初级线圈3保持其稳定的工作状态，在初级外绝缘层4上固定有多个环形突起状的金属骨架12，金属骨架12上固定有次级线圈绕组6，且多个金属骨架12之间通过间隔骨架7焊接成一个整体，次级线圈绕组6为初级线圈3在特定情况下提供补偿进而保证初级线圈3的稳定工作，由于次级线圈绕组6直接固定在金属骨架12上，直接摒弃了非金属材质绝缘材料的线圈骨架，使得相邻的两个骨架支架能够焊接固定，保证了骨架的连接可靠性，在提高线圈耐温等级的同时大大延长了线圈的使用寿命。

其中，初级线圈绕组6以及补偿线圈绕组5的主要作用是对初级线圈3的工作做出补偿，本发明在金属骨架12上设置两层耐温绝缘层，即骨架绝缘层11和外部绝缘层9，通过该两层耐温绝缘层对次级线圈10或是补偿线圈13的保护，使得次级线圈10或是补偿线圈13对初级线圈3的工作补偿更加稳定。

实施例2

如图1~3所示，本实施例在所述金属内筒体1的两端分别并排设置有两个金属骨架12，且在所述金属骨架12上固定有补偿线圈绕组5。在金属内筒体1的两端并排设置有两个金属骨架12，金属骨架12上固定的补偿线圈绕组5用于对初级线圈做出工作补偿。

实施例3

如图1~4所示，本实施例中的间隔骨架7以及金属骨架12沿金属内筒体1的轴线方向上均开设有断流槽8，且两个断流槽8相互对齐成一直线。当棒位探测器线圈组件工作时，初级线圈3中的电流随时间变化是，由于电磁感应，与初级线圈3相邻的金属骨架12以及间隔骨架7上均会产生感应电流，即为有害涡流；本发明在间隔骨架7以及金属骨架12沿金属内筒体1的轴线方向上均开设有断流槽8，且每两个断流槽8相互对齐成一直线，使得呈环形的间隔骨架7以及金属骨架12上的涡电流被阻断，减小涡电流以避免对线圈造成损伤。

作为优选，将初级内绝缘层2的材质选用云母或是有机硅等耐高温绝缘材料，进一步加强对初级线圈3的耐高温绝缘保护，进而保障线圈整体工作时的稳定性能。

耐高温棒位探测器线圈组件线圈的制作工艺：

本发明中，高温棒位探测器线圈组件的全部金属骨架12、间隔骨架7均采用304不锈钢薄板事先制作成形，再逐一按照位置要求套在初级线圈3外面，套设完成好之后将各金属骨架12、间隔骨架7的断流槽8对齐成一条直线，然后在金属骨架12的外缘处用焊接方式将全部骨架焊成一个整体，从而大幅提高其整体强度和抗震性能；新型耐高温棒位探测器线圈组件的次级线圈10和补偿线圈13是在整体骨架上一次性绕制，每一线圈组中的多个线圈采用一根电磁线一次绕完，中间并无任何接头，使接头故障大幅降低；待棒位探测器线圈组件的初级线圈3、次级线圈10、补偿线圈13全部绕制完后，再统一进行整体浸渍高温绝缘漆和烘干固化，以形成完整的高温绝缘结构，提高并固化其电气绝缘性能，达到预定的整体强度和耐潮湿性能。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.用于反应堆的耐高温棒位探测器线圈组件，包括金属内筒体（1），其特征在于：在所述金属内筒体（1）的外壁上由内到外依次套装有初级内绝缘层（2）、初级线圈（3）以及初级外绝缘层（4），且所述初级线圈（3）通过绕组线直接绕制在初级内绝缘层（2）上，在所述初级外绝缘层（4）上套设有多个环形凸起状的金属骨架（12），金属骨架（12）上固定有次级线圈绕组（6），且多个金属骨架（12）之间通过间隔骨架（7）焊接成一个整体。

2.根据权利要求1所述的用于反应堆的耐高温棒位探测器线圈组件，其特征在于：在所述金属内筒体（1）的两端分别并排设置有两个金属骨架（12），且在所述金属骨架（12）上固定有补偿线圈绕组（5）。

3.根据权利要求1或2所述的用于反应堆的耐高温棒位探测器线圈组件，其特征在于：所述次级线圈绕组（6）包括由内到外依次设置的骨架绝缘层（11）、次级线圈（10）以及外部绝缘层（9）。

4.根据权利要求2所述的用于反应堆的耐高温棒位探测器线圈组件，其特征在于：所述补偿线圈绕组（5）包括由内到外依次设置的骨架绝缘层（11）、补偿线圈（13）以及外部绝缘层（9）。

5.根据权利要求1或2所述的用于反应堆的耐高温棒位探测器线圈组件，其特征在于：所述间隔骨架（7）以及金属骨架（12）沿金属内筒体（1）的轴线方向上均开设有断流槽（8），且每两个断流槽（8）相互对齐成一直线。

6.根据权利要求1所述的用于反应堆的耐高温棒位探测器线圈组件，其特征在于：所述初级内绝缘层（2）的材质为云母或是有机硅。