CN107665741A - 一种核反应堆用控制棒组件保持和释放结构 - Google Patents

一种核反应堆用控制棒组件保持和释放结构 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种核反应堆用控制棒组件保持和释放结构，其包括电磁保持线圈、落棒蓄能弹簧、永磁体落铁、芯杆蓄能弹簧、保持弹簧、永磁体衔铁、钩爪连杆机构、落棒芯杆和传动丝杠。本发明提供的核反应堆用控制棒组件保持和释放结构，具有结构简单可靠、运行功耗低、释棒落棒迅速的优点，能够提高反应堆经济性和安全性。

Description

一种核反应堆用控制棒组件保持和释放结构
技术领域
本发明属于核电厂机械设备结构设计领域，具体涉及一种安装于电机丝杠螺母式控制棒驱动机构，用于保持和释放控制棒组件的结构。
背景技术
控制棒与化控、可燃毒物组成了控制反应堆反应性的三大手段。控制棒驱动机构是使压水堆的控制棒上下运动或保持在某一高度的机构：在反应堆功率运行时，控制棒驱动机构驱动控制棒组件在堆芯中运动或保持位置不变；在紧急停堆时，控制棒驱动机构迅速释放控制棒组件，保证中子吸收体能够可靠且快速地进入堆芯。
HAF102《核动力厂设计安全规定》要求反应堆安全重要系统和部件的设计必须符合故障安全性，即要求控制棒驱动机构失去电源时能够自动释放控制棒组件。GJB843.24《潜艇核动力装置设计安全规定反应堆控制棒驱动机构设计准则》要求控制棒驱动机构具有故障安全性的同时具有蓄能装置对落棒运动进行加速。
控制棒驱动机构主要类型有磁力提升式和电机丝杠螺母式，前者多用于陆上核电厂，后者多用于舰艇核动力装置。
磁力提升式控制棒驱动机构已经在大多数压水堆核电厂运行多年，结构较为成熟可靠；电机丝杠螺母式控制棒驱动机构运行经验较少、结构尚有优化空间。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种核反应堆用控制棒组件保持和释放结构。
核反应堆用控制棒组件保持和释放结构包括电磁保持线圈、落棒蓄能弹簧、永磁体落铁、芯杆蓄能弹簧、保持弹簧、永磁体衔铁、钩爪连杆机构、落棒芯杆和传动丝杠。
优选地，在反应堆功率运行时，在所述保持弹簧的作用下，保持所述永磁体衔铁处于下部，通过所述钩爪连杆机构将钩爪顶出，钩爪与所述落棒芯杆上的环槽啮合，保持芯杆与所述传动丝杠位置一致。
优选地，在反应堆紧急落棒时，所述永磁体落铁从最高处下落至与落棒/保持部件顶部接触，所述永磁体落铁与所述永磁体衔铁之间的磁场力克服弹簧力，所述永磁体衔铁向上运动并带动所述钩爪连杆机构，钩爪与芯杆环槽脱扣，完成释棒动作。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的核反应堆用控制棒组件保持和释放结构，具有结构简单可靠、运行功耗低、释棒落棒迅速的优点，能够提高反应堆经济性和安全性。
2、本发明提供的核反应堆用控制棒组件保持和释放结构，能够满足HAF102 《核动力厂设计安全规定》和GJB843.24《潜艇核动力装置设计安全规定反应堆控制棒驱动机构设计准则》对控制棒驱动机构的设计要求，并且具有结构简单可靠、运行功耗低、释棒落棒迅速的优点，能够提高反应堆经济性和安全性。
附图说明
图1为本发明提供的核反应堆用控制棒组件保持和释放结构示意图。
图2为本发明提供的控制棒驱动机构落棒/保持部件设计图示意图。
图3为本发明提供的控制棒驱动机构落棒和复位动作原理图。
其中：1—电磁保持线圈；2—落铁蓄能弹簧；3—永磁体落铁；4—芯杆蓄能弹簧；5—保持弹簧；6—永磁体衔铁；7—保持钩爪；8—保持结构骨架；9—落棒芯杆；10—传动丝杠；11—永磁体落铁；12—芯杆蓄能弹簧；13—保持弹簧； 14—永磁体衔铁；15—落棒芯杆；16—连杆；17—钩爪；18—钩爪支撑筒；19 —丝杠连接柱；20—保持状态；21—电磁保持线圈断电，落铁弹射下落、落铁与衔铁吸合后释放芯杆；22—芯杆弹射下落；23—电磁保持线圈恢复通电，丝杠向上运动，落铁复位，落铁弹簧重新蓄能；24—钩爪复位线圈通电，丝杠向下运动至底部，芯杆弹簧重新蓄能；25—钩爪复位线圈断电，芯杆与钩爪完成啮合复位。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
HAF102《核动力厂设计安全规定》要求反应堆安全重要系统和部件的设计必须符合故障安全性，即要求控制棒驱动机构失去电源时能够自动释放控制棒组件。GJB843.24《潜艇核动力装置设计安全规定反应堆控制棒驱动机构设计准则》要求控制棒驱动机构具有故障安全性的同时具有蓄能装置对掉棒运动进行加速。
控制棒驱动机构主要类型有磁力提升式和电机丝杠螺母式，前者多用于陆上核电厂，后者多用于舰艇核动力装置。磁力提升式控制棒驱动机构已经在大多数压水堆核电厂运行多年，结构较为成熟可靠；电机丝杠螺母式控制棒驱动机构运行经验较少、结构尚有优化空间。
如图1：采用本发明的核反应堆控制棒驱动机构由以下零部件组成：在控制棒驱动机构密封壳体顶外部，安装有一个电磁保持线圈；密封壳顶内部，安装有落棒蓄能弹簧；密封壳内部有一个可以轴向运动的永磁体落铁；丝杠部件的顶部安装有本发明的核心部件—落棒/保持部件。
如图2：本发明的核心部件—落棒/保持部件通过丝杠连接柱固定于电机丝杠螺母式控制棒驱动机构的丝杠部件顶端。落棒/保持部件内包含由永磁体衔铁、连杆、钩爪等零件组成传动链；落棒/保持部件内部中心有供落棒芯杆运动的圆形通道。永磁体衔铁的磁场极性与永磁体衔铁相同，当永磁体落铁与落棒/ 保持部件顶部接触时，永磁体衔铁能够带动钩爪向外缩回；当永磁体落铁与落棒/保持部件顶部脱离时，永磁体衔铁在保持弹簧力和自身重力的作用下带动钩爪向内伸出。
另外：本发明中：永磁体落铁和永磁体衔铁需采用耐高温永磁体材料钐钴合金、经表面防腐处理后制成；为防止材料剩磁效应导致永磁体衔铁和永磁体落铁不能及时脱离，在落棒/保持部件顶部还设有薄片型隔磁片。
下面详细介绍采用本发明的控制棒驱动机构从保持控制棒、释放控制棒、控制棒落入堆芯及恢复保持状态、提升控制棒的动作原理：
如图3(20)：在反应堆正常运行时，驱动机构密封壳顶外部的电磁保持线圈处于通电状态，产生磁场、利用磁场力将永磁体落体吸附悬挂于密封壳顶内部。密封壳顶内部装有落棒蓄能弹簧，永磁体落铁与电磁保持线圈之间的吸引力的将落棒蓄能弹簧压缩蓄能。在落棒/保持部件中，保持弹簧力和永磁体衔铁的重力通过连杆作用于保持钩爪，钩爪向内伸出、与落棒芯杆上的环槽啮合，使得落棒芯杆通过一系列结构与丝杠连接柱保持同步。如此，电机转动带动驱动丝杆上下运动，通过丝杠—丝杠连接柱—保持钩爪—落棒芯杆一系列传动结构，驱动落棒芯杆连带控制棒组件上下运动。
如图3(21)：当反应堆需要紧急落棒时，驱动机构密封壳顶外部的电磁保持线圈断电，永磁体落铁在重力和落棒蓄能弹簧力的作用下，弹射下落。永磁体落铁下落至落棒/保持部件顶部后，永磁体落铁与永磁体衔铁之间的磁场吸引力克服保持弹簧力和永磁体衔铁重力，永磁体衔铁向上运动，并通过连杆带动保持钩爪向外运动，与落棒芯杆上的环槽脱离。
如图3(22)：当保持钩爪与落棒芯杆脱离连接后，落棒芯杆连带控制棒组件在重力和芯杆蓄能弹簧力的作用下，弹射下落，直至控制棒组件落入堆芯最低处。
如图3(23)：反应堆需要重新启动时，首先电机驱动丝杠带动落棒/保持部件和永磁体落铁向上运动，直至将落棒蓄能弹簧重新压缩。同时驱动机构密封壳顶外部的电磁保持线圈重新通电，产生磁场将永磁体落铁吸住。之后电机驱动丝杠带动落棒/保持部件向下运动，永磁体落铁与落棒/保持部件脱离、留在密封壳顶内部。永磁体落铁与落棒/保持部件脱离接触后，钩爪会重新向内伸出。
如图3(24)：电机驱动丝杠带动落棒/保持部件继续向下运动(安装于密封壳底部外侧的钩爪复位线圈短时间通电。在钩爪复位线圈磁场力作用下，保持钩爪会向外缩回)丝杠带动落棒/保持部件向下运动直至落棒芯杆插入落棒/保持部件内部、将芯杆蓄能弹簧重新压缩。
如图3(25)：丝杠带动落棒/保持部件运动至最低位置后，钩爪复位线圈断电，保持钩爪向内伸出，完成与落棒芯杆的啮合。其后，丝杠通过上述传动结构带动控制棒组件向上运动，反应堆可重新进入功率运行状态。
本发明提出了一种安装于电机丝杠螺母式控制棒驱动机构、用于保持和释放控制棒组件的新型结构：由电磁保持线圈、落棒蓄能弹簧、永磁体落铁、芯杆蓄能弹簧、保持弹簧、永磁体衔铁、钩爪连杆机构、落棒芯杆、传动丝杠组成的控制棒组件保持和释放结构。在反应堆运行时，仅有位于控制棒驱动机构密封壳顶外部的电磁保持线圈通电；在反应堆紧急停堆时，永磁体落铁和落棒芯杆在重力和弹簧力的作用下弹射落入堆芯，能够很好地满足HAF102《核动力厂设计安全规定》和GJB843.24《潜艇核动力装置设计安全规定反应堆控制棒驱动机构设计准则》对控制棒驱动机构的设计要求。
与现有技术相比，本实施例具有以下有益效果：
1、本发明提供的核反应堆用控制棒组件保持和释放结构，具有结构简单可靠、运行功耗低、释棒落棒迅速的优点，能够提高反应堆经济性和安全性。
2、本发明提供的核反应堆用控制棒组件保持和释放结构，能够满足HAF102 《核动力厂设计安全规定》和GJB843.24《潜艇核动力装置设计安全规定反应堆控制棒驱动机构设计准则》对控制棒驱动机构的设计要求，并且具有结构简单可靠、运行功耗低、释棒落棒迅速的优点，能够提高反应堆经济性和安全性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种核反应堆用控制棒组件保持和释放结构，其特征在于，包括电磁保持线圈、落棒蓄能弹簧、永磁体落铁、芯杆蓄能弹簧、保持弹簧、永磁体衔铁、钩爪连杆机构、落棒芯杆和传动丝杠。
电磁保持线圈位于驱动机构密封壳顶外部，落棒蓄能弹簧位于密封壳顶部内部，永磁体落铁可在密封壳内部上下运动，芯杆蓄能弹簧、保持弹簧、永磁体衔铁、钩爪连杆机构组成落棒/保持部件安装于传动丝杠顶部，落棒芯杆可在保持落棒机构和传动丝杠的中部上下运动。
2.根据权利要求1所述的核反应堆用控制棒组件保持和释放结构，其特征在于，在反应堆功率运行时，在所述保持弹簧的作用下，保持所述永磁体衔铁处于下部，通过所述钩爪连杆机构将钩爪顶出，钩爪与所述落棒芯杆上的环槽啮合，保持芯杆与所述传动丝杠位置一致。
3.根据权利要求1所述的核反应堆用控制棒组件保持和释放结构，其特征在于，在反应堆紧急落棒时，所述永磁体落铁从最高处下落至与落棒/保持部件顶部接触，所述永磁体落铁与所述永磁体衔铁之间的磁场力克服弹簧力，所述永磁体衔铁向上运动并带动所述钩爪连杆机构，钩爪与芯杆环槽脱扣，完成释棒动作。
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