CN108257761A - 一种控制棒驱动机构电磁线圈组件及该组件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种控制棒驱动机构电磁线圈组件及该组件的制造方法，包括线圈及用于镶嵌线圈的磁轭，所述磁轭上设置有镶嵌孔，所述线圈安装于镶嵌孔中，所述磁轭包括第一磁轭及第二磁轭，所述镶嵌孔设置于第一磁轭上；所述第一磁轭与第二磁轭相接，第二磁轭上还设置有用于与密封壳连接的通孔，线圈朝第二磁轭端面的投影落在所述通孔的外侧；所述第一磁轭与第二磁轭两者中，第一磁轭的导热性强于第二磁轭的导热性。所述方法为所述组件的加工方法。本方案提供的线圈组件或所述方法得到的线圈组件可以显著降低线圈内部温度，达到提高CRDM电磁线圈组件可靠性和延长CRDM电磁线圈组件使用寿命的目的。
Description
技术领域
本发明涉及反应堆控制棒驱动机构技术领域，特别是涉及一种控制棒驱动机构电磁线圈组件及该组件的制造方法。
背景技术
反应堆是核电站的核心部分，而反应堆上的控制棒驱动机构(CRDM)可以提升、下插或保持控制棒在堆芯中的位置，用以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，并可在事故工况下快速下插控制棒(快速落棒)，使反应堆在短时间内紧急停堆，以确保核电站安全运行。CRDM实现上述功能离不开电磁线圈组件，该组件因其特殊的工作环境和功能的至关重要性，故要求电磁线圈组件必须具有稳定可靠、耐温高、绝缘性能好、耐辐照、长寿面等特点。
现有技术中，针对电磁线圈的寿命和可靠性设计，行业技术人员从电磁线圈组件的结构及其中零件的材料上均作了诸多探索，如申请号为CN103329209A的发明专利以及申请号为201410500311.4的发明申请文件所述。针对电磁线圈组件的寿命及稳定性问题做进一步研究，无疑会进一步提高控制棒驱动机构的可靠性。
发明内容
针对上述提出的针对电磁线圈组件的寿命及稳定性问题做进一步研究，无疑会进一步提高控制棒驱动机构的可靠性的问题，本发明提供了一种控制棒驱动机构电磁线圈组件及该组件的制造方法，本方案提供的线圈组件或所述方法得到的线圈组件可以显著降低线圈内部温度，达到提高CRDM电磁线圈组件可靠性和延长CRDM电磁线圈组件使用寿命的目的。
本发明提供的一种控制棒驱动机构电磁线圈组件通过以下技术要点来解决问题：一种控制棒驱动机构电磁线圈组件，包括线圈及用于镶嵌线圈的磁轭，所述磁轭上设置有镶嵌孔，所述线圈安装于镶嵌孔中，所述磁轭包括第一磁轭及第二磁轭，所述镶嵌孔设置于第一磁轭上；
所述第一磁轭与第二磁轭相接，第二磁轭上还设置有用于与密封壳组件相配合的通孔；
所述第一磁轭与第二磁轭两者中，第一磁轭的导热性强于第二磁轭的导热性。
针对控制棒驱动机构电磁线圈组件的可靠性和寿命设计，现有技术中，包括了采用耐高温非金属材料作为线圈骨架、采用具有更好温度耐受性的金属材料作为线圈骨架、强化线圈的散热性等方案。
本方案中，所述第一磁轭与第二磁轭分别作为磁轭的一部分，同时设置为线圈均通过第一磁轭上的镶嵌孔安装于第一磁轭上，这样，在本组件与密封壳组件配合时，所述线圈上的中心孔与第二磁轭上的通孔作为密封壳组件穿过本组件的通道。
同时，现有技术中，由于位于本组件中心孔内的CRDM耐压密封壳组件在工作时自身温度约300℃左右，其向本组件线圈通过热传导的方式传输的热量是非常大的。设置为第一磁轭的导热性强于第二磁轭的导热性，这样，可有效减小由第二磁轭向第一磁轭及线圈因为热传导传递方式所带来的热量，同时线圈在工作过程中自身所产生的热量由具有更好导热性的第一磁轭所散发。故本方案提供的磁轭结构设计在线圈所产生热量通过第一磁轭能够良好导出的同时，减小了密封壳组件传递至线圈的热量，这样可使得线圈工作在一个相对较低的温度环境下，从而达到显著降低线圈内部温度、提高CRDM电磁线圈组件的可靠性和延长CRDM电磁线圈组件使用寿命的目的。
作为优选，作为具体的第一磁轭和第二磁轭的实现形式，第一磁轭的材料可采用纯铁、电磁纯铁等，同时在第一磁轭的外表面上加工出散热翅片以增大第一磁轭的散热面积；第二磁轭的材料可采用铸铁、马氏体不锈钢、导磁合金、软磁铁氧体、非晶态软磁合金等。作为本领域技术人员，以上所述的导热性即为材料的导热能力，可以通过材料的导热系数反映。
优选的，设置为：线圈朝第二磁轭端面的投影落在所述通孔的外侧。限定为：线圈朝第二磁轭端面的投影落在所述通孔的外侧，即以上线圈的投影位于通孔的外侧，这样，相当于本组件中线圈所在位置处的通道内径大于第二磁轭位置处的通道内径，在本组件与密封壳组件配合时，本组件与密封壳组件的配合位置位于第二磁轭所在的位置，此种情况下，可避免线圈与密封壳组件直接接触。本方案的结构特点由于避免了线圈与密封壳组件直接接触，故线圈与密封壳组件之间没有直接的热传导。
当密封壳组件不与线圈直接接触时，密封壳的热量传递给线圈的方式就变成为热辐射。为了进一步减少密封壳的热辐射传递给线圈的热量，优选的，设置为：对线圈的内孔面，即线圈中心孔的孔壁进行抛光以提高线圈内孔面的光亮度，如抛光成镜面，可有效地将密封壳产生的热辐射进行反射，达到进一步减少线圈受热的目的。
更进一步的技术方案为：
作为所述镶嵌孔与通孔的具体实现形式，所述镶嵌孔和通孔均为圆形孔，且镶嵌孔的轴线和通孔的轴线共线；
所述线圈包括内骨架及绕制于内骨架上的线圈绕组，所述内骨架呈圆筒状，且内骨架的轴线与镶嵌孔的轴线共线，内骨架的中心孔孔径大于通孔的孔径。
所述第一磁轭的数量较第二磁轭的数量多一个，相邻两个第一磁轭均通过一第二磁轭相连，各第一磁轭上均设置有镶嵌孔，各镶嵌孔内均安装有线圈。本方案中，可使得第一磁轭间隔分部，利于单个第一磁轭获得更好的外部散热环境。本方案中，所限定的所述第一磁轭的数量较第二磁轭的数量多一个，实际上旨在限定相邻两第一磁轭之间均有第二磁轭，这里的第二磁轭也应当理解为为两第一磁轭之间的第二磁轭。若处于组件端部的第一磁轭外侧也连接第二磁轭以形成本组件与安全壳组件更多的连接点，新增的第二磁轭不应当纳入以上数量差的计数范围。
如上所述，由于第一磁轭与第二磁轭的材质不同，作为一种可拆卸连接、同时连接过程不会对第一磁轭和第二磁轭的性能造成影响的形式，所述第一磁轭与第二磁轭通过螺栓相连，且第一磁轭与第二磁轭两者的连接面上还设置有密封圈。以上密封圈用于本组件内侧与外侧的密封隔绝，即密封圈提供径向密封，具有提升本组件线圈耐潮性能的特点。作为优选，由于控制棒驱动机构电磁线圈组件一般包括三个线圈，优选设置为本组件的端部部分均为第二磁轭，同时，处于端部的第二磁轭上亦设置有环形的密封槽，所述密封槽用于安装用于实现本组件轴向密封的密封圈，本结构形式还利于增大本组件与密封壳组件的接触面积，利于本组件与密封壳组件连接的可靠性。
作为一种第一磁轭可完全将线圈包覆于其内部的实现方案，所述镶嵌孔的深度等于或大于线圈的长度，所述镶嵌孔的孔壁与线圈之间的空间中还填充有灌封层；
线圈的两个端面位于镶嵌孔的两端面之间或线圈的端面与镶嵌孔的端面重合。本方案中，第一磁轭可为线圈提供保护，同时第一磁轭可充当线圈的外骨架，即利于简化线圈的结构设计。以上灌封层不仅利于本组件的结构稳定性，使得本组件的抗震性能更强，同时以上灌封层利于线圈与第一磁轭之间的热传导。
第一磁轭和第二磁轭上还设置有引线孔，第一磁轭上的引线孔与镶嵌孔两者之间为相对独立的孔，第二磁轭上的引线孔与通孔两者之间为相对独立的孔。所述引线孔与镶嵌孔两者之间为相对独立的孔的进一步限定，旨在使得引线孔与镶嵌孔相互隔开，这样，可有效避免在设置灌封层时，灌封料堵塞引线孔而影响后续组件装配时的穿线操作，同时，还可避免在灌封得到灌封层时，灌封料由引线孔中流失而导致浪费灌封料或影响灌封效果。作为本领域技术人员，应当理解为并非所有的第一磁轭和第二磁轭上均设置有引线孔，如根据实际需要，一般处于电磁线圈组件其中一端的第二磁轭和与之直接相连的第一磁轭则不设置引线孔。
为提升线圈的端部散热性，所述线圈的端部上亦覆盖有灌封层。同时，设置有以上灌封层后，相当于灌封层与线圈两者的组合体长度可控，这样，可利用组合体长度略大于对应镶嵌孔的深度，在两个相邻的第一磁轭与第二磁轭连接时，可利用所述端部的灌封层被压缩而用于线圈端部第一磁轭与第二磁轭之间的密封。
为提高灌封层的导热性能，所述灌封层中还镶嵌有导热绝缘颗粒。所述导热绝缘颗粒可采用石英砂，燧石硅砂、PPS聚苯硫醚、PA46尼龙等。
同时，本案还提供了一种控制棒驱动机构电磁线圈组件的制造方法，该方法用于制造以上任意一项所提供的控制棒驱动机构电磁线圈组件，该方法包括顺序进行的以下步骤：
S1、在骨架上绕制线圈绕组得到线圈，将所得线圈嵌入第一磁轭的镶嵌孔中；
S2、将由线圈与第一磁轭组成的装配体进行整体灌封，以在镶嵌孔的孔壁与线圈之间的空间中得到灌封层；
S3、完成第一磁轭与第二磁轭的装配。
本方案为以上所提供的控制棒驱动机构电磁线圈组件的加工方法。
优选的，所述S3中装配的具体形式采用螺栓连接，且在第一磁轭与第二磁轭的连接面上设置密封圈。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的电磁线圈组件结构及采用本发明提供的制造方法得到的产品具有以下特点：
本方案的结构特点由于避免了线圈与密封壳组件直接接触，故线圈与密封壳组件之间没有直接的热传导；同时设置为第一磁轭的导热性强于第二磁轭的导热性，这样，可有效减小由第二磁轭向第一磁轭及线圈因为热传导传递方式所带来的热量，同时线圈在工作过程中自身所产生的热量由具有更好导热性的第一磁轭所散发。故本方案提供的磁轭结构设计在线圈所产生热量通过第一磁轭能够良好导出的同时，减小了密封壳组件传递至线圈的热量，这样可使得线圈工作在一个相对较低的温度环境下，从而达到显著降低线圈内部温度、提高CRDM电磁线圈组件的可靠性和延长CRDM电磁线圈组件使用寿命的目的。
附图说明
图1是本发明所述的一种控制棒驱动机构电磁线圈组件一个具体实施例的立体结构示意图；
图2是本发明所述的一种控制棒驱动机构电磁线圈组件一个具体实施例的结构剖视示意图；
图3是本发明所述的一种控制棒驱动机构电磁线圈组件一个具体实施例中，反映线圈与第一磁轭的连接关系、第一磁轭与第二磁轭连接关系的示意图。
图中的附图标记依次为：1、第一磁轭，11、镶嵌孔，12、引线孔，2、灌封层，3、线圈，4、骨架，5、第二磁轭，6、螺栓，7、密封圈。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明的结构不仅限于以下实施例。
实施例1：
如图1至图3所示，一种控制棒驱动机构电磁线圈组件，包括线圈3及用于镶嵌线圈3的磁轭，所述磁轭上设置有镶嵌孔11，所述线圈3安装于镶嵌孔11中，所述磁轭包括第一磁轭1及第二磁轭5，所述镶嵌孔11设置于第一磁轭1上；
所述第一磁轭1与第二磁轭5相接，第二磁轭5上还设置有用于与密封壳组件相配合的通孔，线圈3朝第二磁轭5端面的投影落在所述通孔的外侧；
所述第一磁轭1与第二磁轭5两者中，第一磁轭1的导热性强于第二磁轭5的导热性。
针对控制棒驱动机构电磁线圈组件的可靠性和寿命设计，现有技术中，包括了采用耐高温非金属材料作为线圈骨架、采用具有更好温度耐受性的金属材料作为线圈骨架、强化线圈3的散热性等方案。
本方案中，所述第一磁轭1与第二磁轭5分别作为磁轭的一部分，同时设置为线圈3均通过第一磁轭1上的镶嵌孔11安装于第一磁轭1上，这样，在本组件与密封壳组件配合时，所述线圈3上的中心孔与第二磁轭5上的通孔作为密封壳组件穿过本组件的通道。本方案中，限定为：第二磁轭5上还设置有用于与密封壳组件相配合的通孔，线圈3朝第二磁轭5端面的投影落在所述通孔的外侧，即以上线圈3的投影位于通孔的外侧，这样，相当于本组件中线圈3所在位置处的通道内径大于第二磁轭5位置处的通道内径，在本组件与密封壳组件配合时，本组件与密封壳组件的配合位置位于第二磁轭5所在的位置，此种情况下，可避免线圈3与密封壳组件直接接触。
同时，现有技术中，由于位于本组件中心孔内的CRDM耐压密封壳组件在工作时自身温度约300℃左右，其向本组件线圈3通过热传导的方式传输的热量是非常大的，而本方案的结构特点由于避免了线圈3与密封壳组件直接接触，故线圈3与密封壳组件之间没有直接的热传导；同时设置为第一磁轭1的导热性强于第二磁轭5的导热性，这样，可有效减小由第二磁轭5向第一磁轭1及线圈因为热传导传递方式所带来的热量，同时线圈3在工作过程中自身所产生的热量由具有更好导热性的第一磁轭1所散发。故本方案提供的磁轭结构设计在线圈3所产生热量通过第一磁轭1能够良好导出的同时，减小了密封壳组件传递至线圈3的热量，这样可使得线圈3工作在一个相对较低的温度环境下，从而达到显著降低线圈3内部温度、提高CRDM电磁线圈组件的可靠性和延长CRDM电磁线圈组件使用寿命的目的。
作为优选，作为具体的第一磁轭1和第二磁轭5的实现形式，第一磁轭1的材料可采用纯铁、电磁纯铁等，同时在第一磁轭1的外表面上加工出散热翅片以增大第一磁轭1的散热面积；第二磁轭5的材料可采用铸铁、马氏体不锈钢、导磁合金、软磁铁氧体、非晶态软磁合金等。
实施例2：
如图1至图3所示，本实施例在实施例1的基础上作进一步限定：作为所述镶嵌孔11与通孔的具体实现形式，所述镶嵌孔11和通孔均为圆形孔，且镶嵌孔11的轴线和通孔的轴线共线；
所述线圈3包括内骨架4及绕制于内骨架4上的线圈3绕组，所述内骨架4呈圆筒状，且内骨架4的轴线与镶嵌孔11的轴线共线，内骨架4的中心孔孔径大于通孔的孔径。
所述第一磁轭1的数量较第二磁轭5的数量多一个，相邻两个第一磁轭1均通过一第二磁轭5相连，各第一磁轭1上均设置有镶嵌孔11，各镶嵌孔11内均安装有线圈3。本方案中，可使得第一磁轭1间隔分部，利于单个第一磁轭1获得更好的外部散热环境。
如上所述，由于第一磁轭1与第二磁轭5的材质不同，作为一种可拆卸连接、同时连接过程不会对第一磁轭1和第二磁轭5的性能造成影响的形式，所述第一磁轭1与第二磁轭5通过螺栓6相连，且第一磁轭1与第二磁轭5两者的连接面上还设置有密封圈7。以上密封圈7用于本组件内侧与外侧的密封隔绝，即密封圈7提供径向密封，具有提升本组件线圈3耐潮性能的特点。作为优选，由于控制棒驱动机构电磁线圈组件一般包括三个线圈3，优选设置为本组件的端部部分均为第二磁轭5，同时，处于端部的第二磁轭5上亦设置有环形的密封槽，所述密封槽用于安装用于实现本组件轴向密封的密封圈，本结构形式还利于增大本组件与密封壳组件的接触面积，利于本组件与密封壳组件连接的可靠性。
作为一种第一磁轭1可完全将线圈3包覆于其内部的实现方案，所述镶嵌孔11的深度等于或大于线圈3的长度，所述镶嵌孔11的孔壁与线圈3之间的空间中还填充有灌封层2；
线圈3的两个端面位于镶嵌孔11的两端面之间或线圈3的端面与镶嵌孔11的端面重合。本方案中，第一磁轭1可为线圈3提供保护，同时第一磁轭1可充当线圈3的外骨架4，即利于简化线圈3的结构设计。以上灌封层2不仅利于本组件的结构稳定性，使得本组件的抗震性能更强，同时以上灌封层2利于线圈3与第一磁轭1之间的热传导。
第一磁轭1和第二磁轭5上还设置有引线孔12，第一磁轭1上的引线孔12与镶嵌孔11两者之间为相对独立的孔，第二磁轭5上的引线孔12与通孔两者之间为相对独立的孔。所述引线孔12与镶嵌孔11两者之间为相对独立的孔的进一步限定，旨在使得引线孔12与镶嵌孔11相互隔开，这样，可有效避免在设置灌封层2时，灌封料堵塞引线孔12而影响后续组件装配时的穿线操作，同时，还可避免在灌封得到灌封层2时，灌封料由引线孔12中流失而导致浪费灌封料或影响灌封效果。
为提升线圈3的端部散热性，所述线圈3的端部上亦覆盖有灌封层2。同时，设置有以上灌封层2后，相当于灌封层2与线圈3两者的组合体长度可控，这样，可利用组合体长度略大于对应镶嵌孔11的深度，在两个相邻的第一磁轭1与第二磁轭5连接时，可利用所述端部的灌封层2被压缩而用于线圈3端部第一磁轭1与第二磁轭5之间的密封。
为提高灌封层2的导热性能，所述灌封层2中还镶嵌有导热绝缘颗粒。所述导热绝缘颗粒可采用石英砂，燧石硅砂、PPS聚苯硫醚、PA46尼龙等。
实施例3：
本实施例提供了一种控制棒驱动机构电磁线圈组件的制造方法，该方法用于制造以上任意一项所提供的控制棒驱动机构电磁线圈组件，该方法包括顺序进行的以下步骤：
S1、在骨架4上绕制线圈3绕组得到线圈3，将所得线圈3嵌入第一磁轭1的镶嵌孔11中；
S2、将由线圈3与第一磁轭1组成的装配体进行整体灌封，以在镶嵌孔11的孔壁与线圈3之间的空间中得到灌封层2；
S3、完成第一磁轭1与第二磁轭5的装配。
本方案为以上任意实施例所提供的任意控制棒驱动机构电磁线圈组件方案的加工方法。
优选的，所述S3中装配的具体形式采用螺栓6连接，且在第一磁轭1与第二磁轭5的连接面上设置密封圈7。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种控制棒驱动机构电磁线圈组件，包括线圈(3)及用于镶嵌线圈(3)的磁轭，所述磁轭上设置有镶嵌孔(11)，所述线圈(3)安装于镶嵌孔(11)中，其特征在于，所述磁轭包括第一磁轭(1)及第二磁轭(5)，所述镶嵌孔(11)设置于第一磁轭(1)上；
所述第一磁轭(1)与第二磁轭(5)相接，第二磁轭(5)上还设置有用于与密封壳组件相配合的通孔；
所述第一磁轭(1)与第二磁轭(5)两者中，第一磁轭(1)的导热性强于第二磁轭(5)的导热性。
2.根据权利要求1所述的一种控制棒驱动机构电磁线圈组件，其特征在于，所述镶嵌孔(11)和通孔均为圆形孔，且镶嵌孔(11)的轴线和通孔的轴线共线；
所述线圈(3)包括内骨架及绕制于内骨架上的线圈绕组，所述内骨架呈圆筒状，且内骨架的轴线与镶嵌孔(11)的轴线共线，内骨架的中心孔孔径大于通孔的孔径。
3.根据权利要求1所述的一种控制棒驱动机构电磁线圈组件，其特征在于，所述第一磁轭(1)的数量较第二磁轭(5)的数量多一个，相邻两个第一磁轭(1)均通过一第二磁轭(5)相连，各第一磁轭(1)上均设置有镶嵌孔(11)，各镶嵌孔(11)内均安装有线圈(3)。
4.根据权利要求1所述的一种控制棒驱动机构电磁线圈组件，其特征在于，所述第一磁轭(1)与第二磁轭(5)通过螺栓(6)相连，且第一磁轭(1)与第二磁轭(5)两者的连接面上还设置有密封圈(7)。
5.根据权利要求1所述的一种控制棒驱动机构电磁线圈组件，其特征在于，所述镶嵌孔(11)的深度等于或大于线圈(3)的长度，所述镶嵌孔(11)的孔壁与线圈(3)之间的空间中还填充有灌封层(2)；
线圈(3)的两个端面位于镶嵌孔(11)的两端面之间或线圈(3)的端面与镶嵌孔(11)的端面重合。
6.根据权利要求1所述的一种控制棒驱动机构电磁线圈组件，其特征在于，第一磁轭(1)和第二磁轭(5)上还设置有引线孔(12)，第一磁轭(1)上的引线孔(12)与镶嵌孔(11)两者之间为相对独立的孔，第二磁轭(5)上的引线孔(12)与通孔两者之间为相对独立的孔。
7.根据权利要求5所述的一种控制棒驱动机构电磁线圈组件，其特征在于，所述线圈(3)的端部上亦覆盖有灌封层(2)。
8.根据权利要求5所述的一种控制棒驱动机构电磁线圈组件，其特征在于，所述灌封层(2)中还镶嵌有导热绝缘颗粒。
9.一种控制棒驱动机构电磁线圈组件的制造方法，其特征在于，该方法用于制造权利要求1-8中任意一项所提供的控制棒驱动机构电磁线圈组件，该方法包括顺序进行的以下步骤：
S1、在骨架(4)上绕制线圈绕组得到线圈(3)，将所得线圈(3)嵌入第一磁轭(1)的镶嵌孔(11)中；
S2、将由线圈(3)与第一磁轭(1)组成的装配体进行整体灌封，以在镶嵌孔(11)的孔壁与线圈(3)之间的空间中得到灌封层；
S3、完成第一磁轭(1)与第二磁轭(5)的装配。
10.根据权利要求9所述的一种控制棒驱动机构电磁线圈组件的制造方法，其特征在于，所述S3中装配的具体形式采用螺栓连接，且在第一磁轭(1)与第二磁轭(5)的连接面上设置密封圈(7)。
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