CN108899103B - 一种磁力提升型控制棒驱动机构电磁结构模拟单元及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁力提升型控制棒驱动机构电磁结构模拟单元及应用，所述电磁结构模拟单元包括提升单元、移动单元和保持单元，每个单元均包括线圈组件和衔铁组件，线圈组件包括相互配合的上磁轭和下磁轭，上磁轭和下磁轭的内侧设置有线圈骨架，线圈骨架上缠绕有线圈，衔铁组件由磁极、衔铁、弹簧、导向杆、配重托架和配重构成，磁极固定在上磁轭内，衔铁设置在磁极下方，导向杆穿设在磁极和衔铁内，导向杆的下端、衔铁的下端与配重托架的上端通过法兰盘连接，在磁极和衔铁之间设置有弹簧。本发明所述该电磁结构模拟单元能够替代价格昂贵的驱动机构产品，用于棒控系统及控制棒驱动机构电气部件的科研及试验，有效降低了试验成本。

Description

一种磁力提升型控制棒驱动机构电磁结构模拟单元及应用

技术领域

本发明涉及控制棒驱动机构技术领域，具体涉及一种磁力提升型控制棒驱动机构电磁结构模拟单元及应用。

背景技术

控制棒驱动机构是反应堆控制和保护系统的伺服机构，与棒控系统配套，按照棒控系统给出的指令带动控制棒组件完成反应堆的启动、调节功率、保持功率、正常停堆和事故停堆等功能。

在棒控系统及控制棒驱动机构电气部件的科研及试验过程中，一般会用到一套或几套控制棒驱动机构设备配合进行相关试验。但控制棒驱动机构是一种结构复杂、动作原理复杂且造价极高的设备(单套成本200万以上)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁力提升型控制棒驱动机构电磁结构模拟单元，该电磁结构模拟单元能够替代价格昂贵的驱动机构产品，用于棒控系统及控制棒驱动机构电气部件的科研及试验，有效降低了试验成本。

此外，本发明还提供一种上述电磁结构模拟单元的应用。

本发明通过下述技术方案实现：

一种磁力提升型控制棒驱动机构电磁结构模拟单元，包括提升单元、移动单元和保持单元，3个单元相互独立，分别用于模拟驱动机构线圈组件三个线圈，所述提升单元、移动单元或保持单元包括线圈组件和衔铁组件，所述线圈组件包括相互配合的上磁轭和下磁轭，所述上磁轭和下磁轭的内侧设置有线圈骨架，所述线圈骨架上缠绕有线圈，所述衔铁组件由磁极、衔铁、弹簧、导向杆、配重托架和配重构成，所述磁极固定在上磁轭内，所述衔铁设置在磁极下方，所述导向杆穿设在磁极和衔铁内，所述导向杆的下端、衔铁的下端与配重托架的上端通过法兰盘连接，配重托架上设置有配重，在磁极和衔铁之间设置有弹簧，所述导向杆能够在磁极内上下滑动，所述导向杆的顶部设置有限位板。

本发明所述提升单元、移动单元和保持单元的电磁力、行程、负载等相关均与驱动机构实际运行保持了一致，各模拟单元的结构基本一致，但相关尺寸、配重、弹簧、线圈等有较大差异，根据真实驱动机构电磁模型在典型工况下的电感、电阻及提升力计算结果，对等效电磁模型中提升单元、移动单元和保持单元的结构参数进行参数化分析，最终确定了各电磁部件的材料及关键尺寸，且各个模拟单元的电气参数与控制棒驱动机构一致，能够模拟控制棒驱动机构的正常运行。所述线圈是通过等效计算获得简化线圈绕组，其电气参数与控制棒驱动机构设备一致。所述导向杆通过在磁极内孔中自由滑动，为衔铁及配重托架的运动提供导向，配重托架用于安装配重块。限位板、导向杆、衔铁、配重托架和配重共同构成电磁模拟单元的重力负荷。弹簧安装于磁极与衔铁之间，弹簧力取值与真实驱动机构一致，模拟衔铁受力的同时，有助于线圈组件断电时衔铁组件的快速释放。

本发明的工作原理：

当线圈通电时，磁极与衔铁吸合，模拟驱动机构衔铁的吸合动作；当线圈断电时，磁极与衔铁在重力与释放弹簧力的共同作用下分开，模拟驱动机构衔铁的释放动作。

本发明控制棒驱动机构电磁结构分开设计成3个独立的模拟单元，降低了试验件的成本，也便于具体科研试验的针对性开展；控制棒驱动机构钩爪组件主要简化为静止的磁极和运动的衔铁两部分，并通过与衔铁连接的配重模拟驱动机构的负载；采用了简化的线圈绕组，其电气参数与控制棒驱动机构设备一致，模拟了驱动机构真实的电磁结构和运行状态，也降低了试验件的制造成本。

本发明的电磁结构模拟单元的机械和电气参数与控制棒驱动机构一致，能够模拟控制棒驱动机构的正常运行，能够满足棒控系统及控制棒驱动机构电气部件的科研及试验的需要，相对于完整的驱动机构产品其结构简单、安装维修方便、价格低廉。在棒控系统及控制棒驱动机构电气部件科研及试验中，能替代驱动机构试验件，试验件的采购经费将降低90％以上(200万降低到20万以下)，如果根据试验需求只采购单个模拟单元(提升单元、移动单元或保持单元)，成本将更低。

进一步地，提升单元、移动单元或保持单元还包括压盖，所述压盖可拆卸式设置在上磁轭的顶部，用于固定磁极，所述压盖设置在限位板下方。

优选地，压盖配合设置有垫圈。通过垫圈和压盖的配合将磁极压紧固定在上磁轭内。

进一步地，限位板与导向杆之间通过螺纹连接。

通过转动限位板即可调节磁极与衔铁之间的间隙：转动限位板时可带动导向杆上移或是下移进行实现磁极与衔铁之间的间隙的调节，可使之与驱动机构的真实运动步长相一致。

进一步地，磁极的下端设置有隔磁片。

进一步地，上磁轭和下磁轭均为筒状结构，二者在轴向端通过螺栓可拆卸式连接，所述上磁轭的上端和下磁轭的下端均设置有环形固定板。

具体地，所述上磁轭和下磁轭在轴向上的截面为L形结构，所述磁极固定在上磁轭的环形固定板上，衔铁能够穿过下磁轭环形固定板。

进一步地，上磁轭的上端内侧设置有环形台阶，所述磁极的上端设置有与环形台阶配合的环形凸起，通过环形凸起与环形台阶的配合实现磁极固定在上磁轭内。

进一步地，线圈骨架为圆筒，所述圆筒的两端向外翻折形成环形凸边，2端的环形凸边分别与上磁轭的上端和下磁轭的下端接触实现线圈骨架的固定。

将线圈骨架设置为上述结构不仅便于其自身的固定，而且有利于提高线圈缠绕的稳定性。

一种电磁结构模拟单元的应用，所述电磁结构模拟单元应用于模拟磁力提升型控制棒驱动机构的线圈组件三个线圈带动钩爪组件相关机械结构的运动。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明所述电磁结构模拟单元结构简单、价格低廉且机械和电气参数与控制棒驱动机构一致，能够模拟控制棒驱动机构的正常运行，能够满足棒控系统及控制棒驱动机构电气部件科研及试验的需要。

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是提升单元的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-限位板，2-压盖，3-磁极，4-线圈骨架，5-线圈，6-上磁轭，7-下磁轭，8-导向杆，9-衔铁，10-配重托架，11-配重，12-隔磁片，13-弹簧。

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：

根据真实驱动机构电磁模型三种典型工况设计三个等效的参数化电磁模型，根据真实驱动机构电磁模型在典型工况下的电感、电阻及提升力计算结果，对等效电磁模型中提升单元、移动单元和保持单元的结构参数进行参数化分析，最终确定了各电磁部件的材料及关键尺寸。

根据电磁计算结果，完成了结构设计，

如图1所示，一种磁力提升型控制棒驱动机构电磁结构模拟单元，包括提升单元、移动单元和保持单元，3个单元相互独立，分别用于模拟驱动机构线圈组件三个线圈，所述提升单元、移动单元或保持单元均包括线圈组件和衔铁组件，所述线圈组件包括相互配合的上磁轭6和下磁轭7，所述上磁轭6和下磁轭7均为筒状结构，二者在轴向端通过螺栓可拆卸式连接，所述上磁轭6的上端和下磁轭7的下端均设置有环形固定板，所述上磁轭6和下磁轭7的内侧设置有线圈骨架4，所述线圈骨架4上缠绕有线圈5，所述线圈骨架4为圆筒，所述圆筒的两端向外翻折形成环形凸边，2端的环形凸边分别与上磁轭6的环形固定板和下磁轭7的环形固定板端接触实现线圈骨架4的固定，所述衔铁组件由磁极3、衔铁9、弹簧13、导向杆8、配重托架10和配重11构成，所述磁极3固定在上磁轭6内，具体地，所述上磁轭6的上端内侧设置有环形台阶，所述磁极3的上端设置有与环形台阶配合的环形凸起，通过环形凸起与环形台阶的配合实现磁极3固定在上磁轭6内，所述衔铁9设置在磁极3下方，所述导向杆8穿设在磁极3和衔铁9内，所述导向杆8的下端、衔铁9的下端与配重托架10的上端通过法兰盘连接，配重托架10上设置有配重11，在磁极3和衔铁9之间设置有弹簧13，所述导向杆8能够在磁极3内上下滑动，所述磁极3的下端设置有隔磁片12，所述导向杆8的顶部设置有限位板1，具体地，所述限位板1与导向杆8之间通过螺纹连接；所述提升单元、移动单元或保持单元还包括压盖2，所述压盖2可拆卸式设置在上磁轭6的顶部，用于固定磁极3，所述压盖2设置在限位板1下方。

一种实施例1所述电磁结构模拟单元的应用，所述电磁结构模拟单元应用于模拟磁力提升型控制棒驱动机构的线圈组件三个线圈带动钩爪组件相关机械结构的运动。

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)

1.一种磁力提升型控制棒驱动机构电磁结构模拟单元，其特征在于，包括提升单元、移动单元和保持单元，3个单元相互独立，分别用于模拟驱动机构线圈组件三个线圈，所述提升单元、移动单元或保持单元包括线圈组件和衔铁组件，所述线圈组件包括相互配合的上磁轭(6)和下磁轭(7)，所述上磁轭(6)和下磁轭(7)的内侧设置有线圈骨架(4)，所述线圈骨架(4)上缠绕有线圈(5)，所述衔铁组件由磁极(3)、衔铁(9)、弹簧(13)、导向杆(8)、配重托架(10)和配重(11)构成，所述磁极(3)固定在上磁轭(6)内，所述衔铁(9)设置在磁极(3)下方，所述导向杆(8)穿设在磁极(3)和衔铁(9)内，所述导向杆(8)的下端、衔铁(9)的下端与配重托架(10)的上端通过法兰盘连接，配重托架(10)上设置有配重(11)，在磁极(3)和衔铁(9)之间设置有弹簧(13)，所述导向杆(8)能够在磁极(3)内上下滑动，所述导向杆(8)的顶部设置有限位板(1)，所述磁极(3)的下端设置有隔磁片(12)；所述上磁轭(6)和下磁轭(7)均为筒状结构，二者在轴向端通过螺栓可拆卸式连接，所述上磁轭(6)的上端和下磁轭(7)的下端均设置有环形固定板。

2.根据权利要求1所述的一种磁力提升型控制棒驱动机构电磁结构模拟单元，其特征在于，所述提升单元、移动单元或保持单元还包括压盖(2)，所述压盖(2)可拆卸式设置在上磁轭(6)的顶部，用于固定磁极(3)，所述压盖(2)设置在限位板(1)下方。

3.根据权利要求1所述的一种磁力提升型控制棒驱动机构电磁结构模拟单元，其特征在于，所述限位板(1)与导向杆(8)之间通过螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的一种磁力提升型控制棒驱动机构电磁结构模拟单元，其特征在于，所述上磁轭(6)的上端内侧设置有环形台阶，所述磁极(3)的上端设置有与环形台阶配合的环形凸起，通过环形凸起与环形台阶的配合实现磁极(3)固定在上磁轭(6)内。

5.根据权利要求1所述的一种磁力提升型控制棒驱动机构电磁结构模拟单元，其特征在于，所述线圈骨架(4)为圆筒，所述圆筒的两端向外翻折形成环形凸边，两 端的环形凸边分别与上磁轭(6)的上端和下磁轭(7)的下端接触实现线圈骨架(4)的固定。

6.一种如权利要求1-5任一项所述电磁结构模拟单元的应用，其特征在于，所述电磁结构模拟单元应用于模拟磁力提升型控制棒驱动机构的线圈组件三个线圈带动钩爪组件相关机械结构的运动。

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