CN107767970A - 一种长寿命耐高温磁力提升式反应堆控制棒驱动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种长寿命耐高温磁力提升式反应堆控制棒驱动机构，包括耐压壳组件、棒位探测器组件，所述棒位探测器组件包括补偿线圈、棒位探测线圈骨架、间隔骨架、初级线圈、次级线圈、内筒体和外筒体，初级线圈连续绕制在内筒体外壁上，棒位探测线圈骨架和间隔骨架沿着内筒体的轴向方向相间排列套接在初级线圈外构成线圈骨架层，补偿线圈和次级线圈外置在棒位探测线圈骨架上，使补偿线圈和次级线圈分别在棒位探测线圈骨架上一次性绕制完成。本发明采用组合式棒位探测器骨架，将次级线圈外置，使其在棒位探测线圈骨架上一次性绕制完成，中间无接头，降低了出现接触不良或开路等现象出现的几率，提高了棒位探测器的工作可靠性。

Description

一种长寿命耐高温磁力提升式反应堆控制棒驱动机构
技术领域
本发明涉及压水堆核电站的反应堆控制棒驱动机构领域，具体涉及一种长寿命耐高温磁力提升式反应堆控制棒驱动机构。
背景技术
反应堆控制棒驱动机构是反应堆控制和保护系统的执行机构，具有按照指令带动控制棒组件在堆芯内上、下运动，保持控制棒组件在指定高度或断电落棒，以完成调节反应堆反应性或事故安全停堆的功能；控制棒驱动机构通过对控制棒的提升、下插、保持及快速落棒完成反应堆的启动、调节功率、维持功率、停堆和事故状态下的安全停堆，其安全性和可靠性直接影响到反应堆的安全与运行。
目前，核动力反应堆及压水堆核电站反应堆所采用的控制棒驱动机构主要有三种类型：
·磁阻马达一分裂转子导向丝杠型控制棒驱动机构。
·磁力提升型控制棒驱动机构。
·齿轮齿条型控制棒驱动机构。
与其它结构形式的驱动机构相比，由于磁力提升型驱动机构具有结构简单，加工容易，拆装方便，同时具有提升力大，寿命长的特点，磁力提升型驱动机构通常用于压水堆核电站。常用的磁力提升型驱动机构的结构包括棒位探测器组件、线圈组件、耐压壳组件、钩爪组件、驱动杆组件及隔热套组件等部件。其中，棒位探测器组件、线圈组件和耐压壳组件是反应堆控制棒驱动机构中的重要部件。
但是，压水堆核电站常用磁力提升型驱动机构具有以下缺陷：
1、耐压壳组件中的密封壳与驱动机构密封壳贯穿件之间有一道对接焊缝，在驱动机构运行中存在泄漏的可能性。目前还没有现有技术能够解决驱动机构上的对接焊缝的技术问题。
2、耐压壳组件中部Ω焊缝采用奥氏体不锈钢材料，容易发生泄漏。
3、由于线圈组件耐温等级相对较低，无法包络驱动机构热态工况下正常运行时的线圈温升，必须配备通风冷却系统强制冷却措施，造成堆顶结构复杂。
4、棒位探测器组件探测线圈接头数量多，任何一个接头出现接触不良或开路等现象均会造成棒位探测器输出乱码，无法执行控制棒位置探测功能。
为了取消驱动机构通风冷却系统、简化堆顶结构、减少堆顶重量、提高反应堆抗震能力，提高整个反应堆运行的安全性和可靠性，降低反应堆建造和维修成本，须对反应堆控制棒驱动机构的结构进行改进。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种长寿命耐高温磁力提升式反应堆控制棒驱动机构，该驱动机构采用组合式棒位探测器骨架，将次级线圈外置，使其在棒位探测线圈骨架上一次性绕制完成，中间无接头，降低了出现接触不良或开路等现象出现的几率，提高了棒位探测器的工作可靠性。
本发明通过下述技术方案实现：
一种长寿命耐高温磁力提升式反应堆控制棒驱动机构，包括耐压壳组件、装在耐压壳组件上的棒位探测器组件，所述棒位探测器组件包括补偿线圈、棒位探测线圈骨架、间隔骨架、初级线圈、次级线圈、内筒体和外筒体，初级线圈连续绕制在内筒体外壁上，棒位探测线圈骨架和间隔骨架沿着内筒体的轴向方向相间排列套接在初级线圈外构成线圈骨架层，补偿线圈和次级线圈外置在棒位探测线圈骨架上，使补偿线圈和次级线圈分别在棒位探测线圈骨架上一次性绕制完成，中间无接头，外筒体套接在线圈骨架层外且与线圈骨架层有间隙。棒位探测线圈骨架之间通过间隔骨架进行定位。
耐压壳组件按轴向分为三段，由吊环、行程套管和密封壳组成，密封壳采用一体化全镍基结构，密封壳与贯穿件之间无焊缝。
行程套管为整体式上端堵死的盲管结构，行程套管与密封壳之间采用螺纹连接，并用“Ω”密封环焊接，行程套管的Ω母材采用镍基合金焊环，镍基合金焊环与行程套管通过镍基对接焊连接。
还包括套装在耐压壳组件外面的线圈组件，，其产生的电磁吸力为驱动机构的运行提供动力源。线圈组件包括金属材料制得的线圈骨架，线圈骨架上绕制有铠装绕组线以形成铠装线圈。
线圈骨架为两端带有外法兰的筒状结构，外法兰之间形成了环形凹槽，铠装绕组线在环形凹槽内进行连续绕制且中间无接头。
密封壳上沿其轴向设置有6个凹槽，两两凹槽之间具有间隔，每个凹槽内设置有一导磁环，导磁环之间彼此独立。
每个导磁环分别由两个半环组成，每个凹槽的对应位置上还设置有锁紧带，锁紧带将每个导磁环的两个半环对称地捆绑在凹槽内。
棒位探测线圈骨架为带有环形槽的筒体，间隔骨架为光滑筒体，内筒体和外筒体均为筒结构。
还包括补偿线圈，补偿线圈一次性绕制设置在棒位探测线圈骨架上。内筒体和外筒体为初级线圈、次级线圈和补偿线圈提供支撑和保护。
还包括钩爪组件、安装在耐压壳组件里面并穿过钩爪组件和隔热套组件的驱动杆组件，隔热套组件挂在耐压壳组件的下端，钩爪组件挂在耐压壳组件的上端，其下端靠定位螺母实现径向定位，钩爪组件由线圈组件产生的电磁吸力驱动，以实现其对驱动杆组件的抓持，驱动杆组件安装在耐压壳组件内且穿过钩爪组件和隔热套组件，行程套管为驱动杆组件提供上下运动的空间；隔热套组件挂在耐压壳组件的下端，减少驱动杆与管座之间的水隙，使得机构内上、下对流传热减少，同时降低密封壳下段的温度，其下部有导向罩，为安装驱动杆进入驱动机构提供导向。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1.密封壳采用一体化全镍基结构，取消了密封壳与贯穿件之间的密封焊缝，消除了该位置发生泄漏的可能性；
2.密封壳上布置6个彼此独立的导磁环，与原来4个导磁环相比，可以降低线圈之间的电磁干扰，提高运行性能；
3.行程套管Ω母材处采用镍基合金，行程套管与密封壳二者之间采用螺纹连接并通过镍基合金Ω焊缝密封，与原来采用奥氏体不锈钢材料的Ω焊缝相比，大大降低了发生泄漏的可能性；
4.线圈组件采用铠装线圈结构，提高了驱动机构耐温等级，可取消堆顶通风冷却系统，简化堆顶结构；
5.采用组合式棒位探测器骨架，将次级线圈和补偿线圈外置，使其在棒位探测线圈骨架上一次性绕制完成，中间无接头，降低了出现接触不良或开路等现象出现的几率，提高了棒位探测器的工作可靠性；
6.本发明极大地降低了反应堆控制棒驱动机构耐压壳发生泄漏的可能性，提高了驱动机构耐温等级，可实现取消驱动机构通风冷却系统、简化了堆顶结构，大大提高了反应堆系统的安全性和可靠性。
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：
附图1是本发明的控制棒驱动机构的结构示意图。
附图2是控制棒驱动机构耐压壳组件的结构示意图。
附图3是控制棒驱动机构线圈组件的铠装线圈结构示意图
附图4是控制棒驱动机构棒位探测器组件的结构示意图。
附图中:1-棒位探测器组件，2-线圈组件，3-耐压壳组件，4-钩爪组件，5-驱动杆组件，6-隔热套组件，7-吊环，8-行程套管，9～11-导磁环，12-锁紧带，13-密封壳，14-”Ω”密封环，15-镍基合金焊环，16-镍基对接焊，17-铠装绕组线，18-线圈骨架，19-补偿线圈，20-棒位探测线圈骨架，21-间隔骨架，22-初级线圈，23-次级线圈，24-内筒体，25-外筒体。
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
如附图2所示，本发明的耐压壳组件3按其轴向分为三段:由吊环7、行程套管8和密封壳13组成，密封壳13为一体化全镍基结构，密封壳13与贯穿件之间无焊缝。
实施例2
和实施例1类似，如附图2所示，吊环7与行程套管8之间采用螺纹连接。行程套管8与密封壳13之间采用螺纹连接，并用“Ω”密封环14焊接，实现密封和防松。行程套管8的Ω母材采用镍基合金焊环15，镍基合金焊环15与行程套管8通过镍基对接焊16连接；导磁环9～11共有6个，每个导磁环分别由两个半环组成，锁紧带12将每个导磁环9～11的两个半环对称地捆绑在密封壳13外圆的凹槽内。行程套管8为整体式上端堵死的盲管结构。
实施例3
如附图3所示，本发明的线圈组件中的铠装线圈，由铠装绕组线17和线圈骨架18组成。线圈骨架18采用金属材料，其结构为两端带有外法兰的筒状结构，外法兰之间形成了环形凹槽，铠装绕组线17在环形凹槽内进行连续绕制，中间无接头。
实施例4
如附图4所示，本发明的棒位探测器组件1是控制棒位置探测部件，由棒位探测线圈骨架20、间隔骨架21、初级线圈22、次级线圈23、补偿线圈19、内筒体24和外筒体25等零部件组成。棒位探测线圈骨架20为带有环形槽的薄壁筒体，间隔骨架21为光滑薄壁筒体，筒体材料均为金属材料，棒位探测线圈骨架20根据探测精度需求，按照一定布置间距套装在初级线圈22外侧，棒位探测线圈骨架20之间通过间隔骨架21进行定位。初级线圈22连续绕制在内筒体24的外壁，将整个内筒体24覆盖。补偿线圈19和次级线圈23根据线圈分组情况，按照同组线圈一次性绕制完成，中间无接头的原则绕制在棒位探测线圈骨架20上。内筒体24和外筒体25均为薄壁筒结构，外筒体25套在棒位探测线圈骨架20和间隔骨架21外面，内筒体24和外筒体25为初级线圈22、次级线圈23和补偿线圈19提供支撑和保护。
如图1所示，本发明的长寿命耐高温磁力提升式反应堆控制棒驱动机构由棒位探测器组件1、线圈组件2、耐压壳组件3、钩爪组件4、驱动杆组件5和隔热套组件6组成。整个机构直接竖直安装在反应堆压力容器的顶盖上。棒位探测器组件1套装在耐压壳组件3的行程套管8上，在驱动机构运行时，可以给出驱动杆的实际位置信号，在全行程落棒时，可以测量出控制棒的落棒时间。线圈组件2套装在耐压壳组件3的密封壳13外面，其产生的电磁吸力为驱动机构的运行提供动力源。钩爪组件4挂在耐压壳组件3的上端，其下端靠定位螺母实现径向定位。钩爪组件4由线圈组件2产生的电磁吸力驱动，以实现其对驱动杆组件5的抓持。驱动杆组件5安装在耐压壳组件3的里面，穿过钩爪组件4和隔热套组件6。行程套管8为驱动杆组件5提供上下运动的空间。隔热套组件6挂在耐压壳组件3的下端，减少驱动杆与管座之间的水隙，使得机构内上、下对流传热减少，同时降低密封壳13下段的温度，其下部有导向罩，为安装驱动杆进入驱动机构提供导向。
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 (9)

1.一种长寿命耐高温磁力提升式反应堆控制棒驱动机构，包括耐压壳组件(3)、装在耐压壳组件(3)上的棒位探测器组件(1)，其特征在于，所述棒位探测器组件(1)包括补偿线圈(19)、棒位探测线圈骨架(20)、间隔骨架(21)、初级线圈(22)、次级线圈(23)、内筒体(24)和外筒体(25)，初级线圈(22)连续绕制在内筒体(24)外壁上，棒位探测线圈骨架(20)和间隔骨架(21)沿着内筒体(24)的轴向方向相间排列套接在初级线圈(22)外构成线圈骨架(18)层，补偿线圈(19)和次级线圈(23)外置在棒位探测线圈骨架(20)上，使补偿线圈(19)和次级线圈(23)分别在棒位探测线圈骨架(20)上一次性绕制完成，中间无接头，外筒体(25)套接在线圈骨架(18)层外且与线圈骨架(18)层有间隙。
2.根据权利要求1所述的长寿命耐高温磁力提升式反应堆控制棒驱动机构，其特征在于，耐压壳组件(3)按轴向分为三段，由吊环(7)、行程套管(8)和密封壳(13)组成，密封壳(13)采用一体化全镍基结构，密封壳(13)与贯穿件之间无焊缝。
3.根据权利要求2所述的长寿命耐高温磁力提升式反应堆控制棒驱动机构，其特征在于，行程套管(8)为整体式上端堵死的盲管结构，行程套管(8)与密封壳(13)之间采用螺纹连接，并用“Ω”密封环(14)焊接，行程套管(8)的Ω母材采用镍基合金焊环(15)，镍基合金焊环(15)与行程套管(8)通过镍基对接焊(16)连接。
4.根据权利要求2所述的长寿命耐高温磁力提升式反应堆控制棒驱动机构，其特征在于，密封壳(13)上沿其轴向设置有6个凹槽，两两凹槽之间具有间隔，每个凹槽内设置有一导磁环(9～11)，导磁环(9～11)之间彼此独立。
5.根据权利要求4所述的长寿命耐高温磁力提升式反应堆控制棒驱动机构，其特征在于，每个导磁环(9～11)分别由两个半环组成，每个凹槽的对应位置上还设置有锁紧带(12)，锁紧带(12)将每个导磁环(9～11)的两个半环对称地捆绑在凹槽内。
6.根据权利要求1所述的长寿命耐高温磁力提升式反应堆控制棒驱动机构，其特征在于，还包括套装在耐压壳组件(3)外面的线圈组件(2)，线圈组件(2)包括金属材料制得的线圈骨架(18)，线圈骨架(18)上绕制有铠装绕组线(17)以形成铠装线圈。
7.根据权利要求6所述的长寿命耐高温磁力提升式反应堆控制棒驱动机构，其特征在于，线圈骨架(18)为两端带有外法兰的筒状结构，外法兰之间形成了环形凹槽，铠装绕组线(17)在环形凹槽内进行连续绕制且中间无接头。
8.根据权利要求1所述的长寿命耐高温磁力提升式反应堆控制棒驱动机构，其特征在于，棒位探测线圈骨架(20)为带有环形槽的筒体，间隔骨架(21)为光滑筒体，内筒体(24)和外筒体(25)均为筒结构。
9.根据权利要求1所述的长寿命耐高温磁力提升式反应堆控制棒驱动机构，其特征在于，还包括钩爪组件(4)、安装在耐压壳组件(3)里面并穿过钩爪组件(4)和隔热套组件(6)的驱动杆组件(5)，隔热套组件(6)挂在耐压壳组件(3)的下端，钩爪组件(4)挂在耐压壳组件(3)的上端，其下端靠定位螺母实现径向定位，钩爪组件(4)由线圈组件(2)产生的电磁吸力驱动，以实现其对驱动杆组件(5)的抓持，驱动杆组件(5)安装在耐压壳组件(3)内且穿过钩爪组件(4)和隔热套组件(6)，行程套管(8)为驱动杆组件(5)提供上下运动的空间；隔热套组件(6)挂在耐压壳组件(3)的下端，减少驱动杆与管座之间的水隙，使得机构内上、下对流传热减少，同时降低密封壳(13)下段的温度，其下部有导向罩。
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