CN105723466A - 一种核反应堆应急安全棒的驱动 - Google Patents

一种核反应堆应急安全棒的驱动 Download PDF

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Abstract

本发明涉及核技术，尤其涉及一种核反应堆的控制保护系统。核反应堆的应急安全棒的驱动包括电传动装置、减速装置及齿条齿轮机构。电传动装置包括安装在电传动装置壳体内并带有电动机转子位置传感器的非接触式永磁电动机，用于改变电传动装置旋转频率的减速装置。沿着齿条齿轮机构的轴线安装有齿条以使得与其连接的控制保护系统的吸收棒进行往复移动。在齿条齿轮机构的内轴上安装有联动齿轮电磁离合器，所述联动齿轮电磁离合器具有非接触式电源，能实现半离合器的刚性同步的力学耦合，同时所述驱动包含逆向运动的离合器，齿条复位弹簧及齿条位置传感器。本发明能缩短向核反应堆堆芯引入负反应性的时间。

Description

一种核反应堆应急安全棒的驱动
发明所涉及的技术领域
本发明涉及核技术，尤其涉及一种在紧急引入负反应性状态下的快中子核反应堆运行方法及一种核反应堆控制保护系统(СУЗ)。
背景技术
第一回路中为液态金属(铅铋共熔合金)冷却剂及第二回路中为工作介质(水-蒸汽)的双回路反应堆装置被用于将核能转换成饱和蒸汽的热能。
应急保护驱动是一种用于实现安全功能的控制保护系统装置，即通过向反应堆装置堆芯中快速引入控制元件-应急安全棒来快速自动和远程手动终止反应堆装置堆芯(РУ)中的核裂变反应。
在目前的反应堆控制保护系统中对传动机构的特征提出了很高的要求，其特征包括控制棒引入到堆芯的速度及执行应急保护功能的可靠性，即准确无误地将控制棒引入到堆芯。
已知一种БН-350反应堆紧急停堆元件的传动机构(МитенковФ.М.等人著，一种钠冷快中子反应堆控制保护元件的传动机构，核科学技术出版社，1980,51-58页)。该机构由伺服传动机构和密封支架两个独立的组件构成，所述密封支架装有杆和齿轮齿条机构。所述装有杆的支架固定在反应堆中心柱沉箱管的法兰上。所述支架由支架本身和带有端头和夹紧装置的杆组成。在所述支架的下方具有一个导杆，在其上方有一个减震弹簧。联结杆和最下一节的套管穿过杆的内部，所述套管通过槽与控制夹紧装置的凸轮连接。
所述齿轮齿条机构包含齿条配对，导辊，加速弹簧和装有感应式限位开关的罩。
伺服传动机构为一个独立的安装组件，其安装在支撑板的支座上。伺服传动机构的减速装置的输出轴通过齿形联轴器与齿轮齿条机构的输入轴连接。伺服传动机构由直流电动机，两级涡轮减速装置，电磁体，位置传感器，带有控制杆的锥形摩擦离合器和开合螺母组成。电动机的轴通过十字滑块联轴器与减速装置的输入轴连接。
在十字滑块联轴器、直齿轮和蜗轮的作用下，将电动机的旋转通过滚珠花键传送到摩擦离合器的驱动联轴节。在电磁体接通的情况下，将运动传递给驱动连轴节并通过两个直齿轮传递给输出轴。电磁体通过轭、杠杆和装有弹簧和止推轴承的横臂在摩擦离合器上产生必要的联结力矩。通过连接的齿形联轴器将伺服传动机构的运动传递给密封组件的轴，之后传递给齿条配对，所述齿条配对能将旋转运动转换成装有带夹紧装置和反应堆紧急停堆元件的杆的往复运动。
但该传动机构的结构有一系列缺点。该机构是由两个具有复杂运动的组件构成，而且电机是异步的，是无法调控的。通过装有独立电磁体的摩擦离合器进行联结。落入润滑油及例如因摩擦面磨损而产生的异物时会降低摩擦离合器联结的可靠性。该机构的制造工艺复杂而且尺寸较大。
还已知一种БН-600反应堆紧急停堆元件的传动机构(МитенковФ.М.等人著，一种钠冷快中子反应堆控制保护元件的传动机构，核科学技术出版社，1980,62-71页)。像调节部件的传动机构系统这样的运动系统由两个运动链组成：杆的伺服传动机构和夹紧装置的伺服传动机构。第一个运动链是由电传动装置、上部、中部和下部减速装置、扭力轴、电磁离合器、超越离合器、齿条配对、带夹紧装置的杆、位置传感器、加速和减震弹簧组成。
在夹紧装置伺服传动机构的运动链中包括电动机、两级涡轮减速装置、转轴套、脉冲传感器、带凸轮的空心轴和控制杆。
БН-600反应堆紧急停堆元件的传动机构在结构上与БН-350反应堆紧急停堆元件的传动机构相近。虽然成功缩小了结构尺寸，但其运动变得更加复杂。复杂的运动将会降低传动机构的可靠性。
除此之外，使用非接触式电磁离合器替代摩擦磁性离合器会产生电磁场，并当增加凹形转子上的阻力矩时凹形转子的齿相对于凸形转子的齿会有一定角度偏移。如果在凹形转子的齿上产生了负荷，转子齿之间的位移角会超出极限，从而会出现跳齿——中断。转子不再同步且扭力的传送停止。
除此之外，引向齿轮的旋转部分的惯性力矩增加了安全棒下落的时间。离合器消耗了大量能源也是其缺点。
发明内容
本发明的目的是能缩短在紧急情况向反应堆堆芯内引入负反应性的时间，提高应急安全棒驱动结构的稳定性，从而提高反应堆装置整体的安全性和可靠性。
所申请的核反应堆应急安全棒驱动设计的技术成果为：
-确保了驱动运动的可靠性；
-缩短了运动链断开的时间，并相应地缩短了在紧急状态下或断电时引入吸收应急安全棒的时间；
-确保了在吸收棒复位时装有控制保护系统吸收棒的齿条的逆向联锁(跳跃)的可靠性，超越离合器会避免将齿轮旋转到上升的方向。
-取消了电磁体-齿式离合器系统的复杂调试和联合设置；
-缩小了驱动的尺寸。
为了解决这些问题提出了一种包括电传动装置、减速装置和齿条齿轮机构的应急安全吸收棒驱动的结构。所述电传动装置包括无刷电动机，在所述电传动装置的壳体内安装有所述电动机的定子，而转子被刚性地连接到所述电传动装置的轴上。使用非接触式永磁电动机作为所述的无刷电动机。所述电传动装置的轴安装在滚动轴承上。
在所述电传动装置的轴上安装有非接触式的正余弦旋转变压器的转子。在这个轴上还安装有常闭式电磁制动器。
沿着齿条齿轮机构的轴线安装有齿条以使得与其连接的控制保护系统的吸收棒通过齿轮进行往复移动，所述齿轮能将旋转运动转换成直线运动。
所述齿条齿轮机构的齿条安装在齿条齿轮机构壳体内的导向装置上。在齿条的上部安装有高矫顽力磁体，所述高矫顽力磁体的保护套管被用作导向装置。安装的磁体可向感应式限位开关发送信号，所述感应式限位开关检测装有控制保护系统吸收棒的齿条的极限位置。感应式限位开关安装在所述齿条齿轮机构的外面。
齿条复位弹簧的顶端顶在齿条齿轮机构壳体套的盖上，而弹簧的底端顶在磁体的套管上。
在齿条齿轮机构的内轴上安装有联动齿轮电磁离合器，所述联动齿轮电磁离合器的壳体固定在齿条齿轮机构的内腔中。同时，在电磁离合器的输入构件上固定有齿轮半离合器，所述半离合器刚性地连接到超越离合器的座圈上，而超越离合器的轮毂固定在轴上。
所述电传动装置的轴线平行于齿条的轴线。
当运动链断开时控制保护系统吸收棒进行了复位。
齿条复位弹簧可以由几个弹簧组合而成，之间连接有特殊衬套。这样能够调节力量特性和降低生产成本。
应急保护吸收棒的驱动的内腔被制成密封的。驱动主要部件的接口处都具有耐辐射材料制成的密封件。
安装到电传动装置壳体内的电动机定子被固定住以防止旋转和轴向移动。
非接触式力矩电动机能在轴上产生所需速度和扭矩的旋转力矩。
非接触式的正余弦旋转变压器被用作非接触式电动机转子位置传感器。
在电动机上没有电源的情况下电磁制动器能避免轴的旋转，从而避免了装有控制保护系统吸收棒的齿条的运动。
所述齿轮半离合器用于将扭力从电传动装置传递到齿条齿轮机构上。在电磁离合器的输入构件上固定有半离合器，所述半离合器同时是超越离合器的座圈。
超越离合器能防止控制保护系统吸收棒在其复位到堆芯时出现跳跃并能避免在电磁离合器断电时因外部动力载荷的作用而使其向上移动。
所申请的包括电传动装置、减速装置及齿条齿轮机构的控制保护系统应急保护吸收棒的驱动在结构上是一个完全的整体。
附图说明
图1为核反应堆应急安全棒驱动的整体剖面图。
图2为图1的应急安全棒驱动的运动系统图。
图3为图1中沿A-A的剖面图。
图4为图1中的位置Б。
具体实施方式
控制保护系统应急安全棒的驱动安装在核反应堆壳体的支架上。驱动包括电传动装置1，在所述电传动装置的壳体2上固定安装有电动机定子3，而电动机转子4通过两个滚动轴承6安装在电传动装置的轴5上。在电传动装置的轴上安装有变压器的转子7，而变压器的定子8固定在壳体2上。非接触式变压器被用作电动机转子的角位置传感器。在电传动装置的轴上还安装有电磁制动器9和减速装置10。
齿条齿轮机构由壳体11组成，在壳体的轴线上安装有齿条12。在齿条12的端部固定有吸收棒13。在齿条12的上部安装有磁体14，所述磁铁同时为齿条12的导向装置。磁体14被用于将信号传递到安装在壳体11的罩的外侧的感应式限位开关15。齿条12的轴线与电传动装置的轴线平行。
电磁离合器16安装在齿条齿轮机构的轴17上，电磁离合器的壳体被固定住以防止转动。同时，在电磁离合器的输入构件上固定有作为超越离合器19座圈的齿轮半离合器18。超越离合器的轮毂20固定在轴上。
旋转力矩通过减速装置10和离合器16的联动半离合器被传到齿轮21。
在齿条12的上边安装有齿条12复位弹簧22，所述齿条安装有控制保护系统吸收棒13。弹簧22的顶端顶在齿条齿轮机构壳体的盖上，而其底端顶在磁体14的套管上。齿条复位弹簧22由几个彼此间被特殊衬套23间隔开的弹簧组合而成。在齿条齿轮机构的壳体11上安装有缓冲器24。
装置的工作模式如下。
当出现应急保护预警信号时，控制保护系统吸收棒13被引入到堆芯中，电传动装置启动并下降。当轴旋转下降时，旋转力矩通过减速装置10和电磁离合器16的联动半离合器被传到齿轮21上，所述齿轮能将旋转运动转换成直线运动。当吸收棒13到达下面的限位开关15的水平线时，电传动装置被断开。此时制动联轴器的供电被撤销，而电机的轴被制动住，以防止装有控制保护系统吸收棒13的齿条12向上运动。
一旦发出应急保护信号后，就切断电磁离合器16的电源，内置到电磁离合器壳体内的膜片弹簧将电磁离合器的活动部分断开，齿条齿轮机构的轴17与电传动装置的轴5之间的运动链也断开。运动连接断开后，装有控制保护系统吸收棒13的齿条12在自身重量和复位弹簧22的作用下掉入核反应堆的堆芯中。同时弹簧张开到吸收棒下降的整个长度，使引入吸收棒的时间最少，而超越离合器19避免了因撞击而产生的吸收棒13的跳跃。
同时驱动的运动能使吸收棒从任何一个中间位置复位。
当引入控制保护系统应急保护吸收棒13时(在全部停电时事故保护停堆的情况下)在从下部位置上升到感应式限位开关15的水平线的信号发出后，按照下列顺序进行操作处理。应力被传递到感应式限位开关15，联动电磁离合器16上。运动链接通，运动通过减速装置10从电机传送到齿轮21上。电传动装置被接通并上升。此时超越离合器不工作，因为其轮毂20和座圈19是同步旋转的。装有控制保护系统吸收棒13的齿条12运动到上面的限位开关的水平线。之后电传动装置被关闭。此时制动联轴器9同样是断开的，电传动装置5的轴被制动住，以避免控制保护系统吸收棒13向下滑落。
当控制保护系统吸收棒13上升时，在电源没有失灵引入吸收棒的情况下，一定要接通联动电磁离合器16。以类似上述的模式进行控制保护系统吸收棒13的运动。
总之，所申请的应急安全棒驱动的结构能提高结构的可靠性，并缩短紧急情况时负反应性引入到堆芯的时间，从而本质提高反应堆装置整体的安全性和可靠性。

Claims (12)

1.一种核反应堆应急安全棒的驱动，其包括电传动装置、减速装置及齿条齿轮机构，其中所述电传动装置包括一个安装在电传动装置壳体内，并带有电动机转子位置传感器的电动机，以及用于改变电传动装置旋转的频率以获取驱动装置所需速度和力量特性的减速装置，沿着齿条齿轮机构的轴线安装有齿条以使得与其连接的控制保护系统的吸收棒通过齿轮进行往复移动，在齿条齿轮机构的内轴上安装有联动齿轮电磁离合器，所述联动齿轮电磁离合器具有非接触式电源，能实现半离合器的刚性同步的力学耦合，同时所述驱动包含逆向运动的离合器，齿条复位弹簧及齿条位置传感器，为避免复位时齿条的跳跃，所述逆向运动的离合器与齿轮运动连接。
2.根据权利要求1所述的驱动，其特征在于，所述电动机为非接触式永磁电动机。
3.根据权利要求1所述的驱动，其特征在于，所述电动机转子位置传感器为非接触式的。
4.根据权利要求3所述的驱动，其特征在于，使用非接触式的正余弦旋转变压器作为所述电动机转子位置传感器。
5.根据权利要求1所述的驱动，其特征在于，在所述齿条的顶部安装有高矫顽力磁体。
6.根据权利要求1所述的驱动，其特征在于，在所述电传动装置的内轴上安装有常闭式电磁制动器。
7.根据权利要求1所述的驱动，其特征在于，所述电传动装置的轴线平行于齿条的轴线。
8.根据权利要求1所述的驱动，其特征在于，所述应急保护驱动的内腔为密封的。
9.根据权利要求1所述的驱动，其特征在于，所述驱动的电气设备不包括可移动的电接点。
10.根据权利要求1所述的驱动，其特征在于，所述齿条复位弹簧安装在齿条上方。
11.根据权利要求10所述的驱动，其特征在于，所述齿条复位弹簧可以制成组合的。
12.根据权利要求1所述的驱动，其特征在于，使用电感式(非接触式)传感器作为所述齿条位置传感器。
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