CN109065195A - 一种反应性控制机构 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种反应性控制机构，用于驱动核反应堆的控制棒移动，包括：气源；气缸，所述气缸的活塞杆伸入到所述核反应堆的反应堆容器中，并与位于所述反应堆容器中的控制棒连接；连通所述气源和所述气缸，以使所述气源能够驱动所述气缸的活塞和所述活塞杆移动的气路系统。上述的反应性控制机构，通过设置气源、气缸和气路系统，实现对控制棒的气动驱动，并可以通过改变气体压力的方式调节活塞杆施加给控制棒的推力，与电机驱动的方案相比，其控制简单、传动及时，缩短了停堆时间，同时还有效简化了控制方式和机械结构，令反应性控制机构的横向和纵向尺寸得到了显著减小，不仅令其可靠性得到提高，而且还使其能够适应反应堆的小型化应用。

Description

一种反应性控制机构

技术领域

本发明涉及核反应堆技术领域，特别涉及一种反应性控制机构。

背景技术

反应性控制机构是核反应堆的关键安全设备，其不仅能够驱动控制棒组件提升、下降，以改变控制棒在堆芯活性区中的插入深度，从而实现对反应性及反应度运行功率的控制，而且还能够在停堆事故的工况下，令控制棒组件迅速、完全插入堆芯活性区，实现反应堆紧急停堆。

目前，已投入工程应用的反应性控制机构主要采用机电型驱动方式(机电驱动包括电机驱动和磁力提升)。例如，在商用压水堆中，采用磁力提升的步跃式反应性控制机构，其通过对线圈组件(含提升线圈、移动线圈、保持线圈)按照给定的时序吸合或释放，以利用磁力及钩爪带动驱动杆及控制棒组件步进提升或下降；在采用液态重金属冷却剂的快中子反应堆中，一般采用步进电机驱动反应性控制机构，并通过齿轮-齿条副或滚珠丝杠副传动，以带动控制棒组件运动；与之相近的，在零功率反应堆中，反应性控制机构也是采用步进电机驱动，并通过绳轮-钢丝绳结构，带动控制棒组件运动。

由上述结构可以看出，机电型驱动的反应性控制机构均需要通过传动机构，才能实现驱动力的传递。传动机构，如钩爪、齿轮-齿条副、滚珠丝杠-螺母副等机构，与负载部件直接连接，在运动过程中可能发生卡滞、失步等故障；同时传动机构的结构复杂，占用横向尺寸和纵向高度均较大，一方面增加了工程造价，更不利于反应堆小型化应用，尤其对于采用液态重金属冷却剂的快中子反应堆，由于需要克服液态重金属冷却剂的高密度而实现快速落棒，所以往往需要在反应性控制机构中设置配重部件，大大增加了驱动负载，进一步增大了反应性控制机构的空间尺寸，对铅基堆的小型化工程应用更加不利。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种反应性控制机构，其结构得到了简化，使得其能够适应反应堆的小型化应用。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种反应性控制机构，用于驱动核反应堆的控制棒移动，包括：

气源；

气缸，所述气缸的活塞杆伸入到所述核反应堆的反应堆容器中，并与位于所述反应堆容器中的控制棒连接；

连通所述气源和所述气缸，以使所述气源能够驱动所述气缸的活塞和所述活塞杆移动的气路系统。

优选的，上述反应性控制机构中，所述气缸为双作用气缸，并且所述气路系统包括：

连通所述气源和所述气缸的无杆腔的第一通气支路，所述第一通气支路上设置有第一截止阀和第一泄压阀；

与所述第一通气支路并联设置，并连通所述气源和所述气缸的有杆腔的第二通气支路，所述第二通气支路上设置有第二截止阀和第二泄压阀。

优选的，上述反应性控制机构中，所述气缸的缸体内设置有限位件，所述限位件位于所述活塞的最高行程位置；所述缸体内设置有缓冲件，所述缓冲件位于所述活塞的最低行程位置。

优选的，上述反应性控制机构中，还包括设置在所述气缸和所述反应堆容器的顶盖之间的支承筒，所述支承筒与所述气缸和所述顶盖密封连接，并且伸出所述缸体的所述活塞杆在所述支承筒内移动。

优选的，上述反应性控制机构中，所述活塞杆上开设有卡槽，所述支撑筒上设置有伸缩卡块，所述伸缩卡块能够伸入到所述卡槽中，以将所述活塞杆锁止在所述支承筒内。

优选的，上述反应性控制机构中，所述气缸的缸体上设置有供冷却介质流动以冷却所述缸体的冷却套。

优选的，上述反应性控制机构中，还包括设置在所述气缸的缸体上，并用于测量所述活塞位置的棒位测量部件。

本发明提供的反应性控制机构，通过设置气源、气缸和气路系统，实现对控制棒的气动驱动，并可以通过改变气体压力的方式调节活塞杆施加给控制棒的推力，与电机驱动的方案相比，其控制简单、传动及时，缩短了停堆时间，同时还有效简化了控制方式和机械结构，令反应性控制机构的横向和纵向尺寸得到了显著减小，不仅令其可靠性得到提高，而且还使其能够适应反应堆的小型化应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的反应性控制机构在活塞杆处于回缩状态时的结构示意图；

图2为反应性控制机构在活塞杆处于伸出状态时的结构示意图。

在图1和图2中：

1-气源，2-气路系统，3-缸体3，4-活塞，5-活塞杆，6-支承筒，7-限位件，8-缓冲件，9-伸缩卡块，10-棒位测量部件，11-冷却套，12-控制棒，13-导向筒，14-顶盖，15-卡槽；

21-第一截止阀，22-第一泄压阀，23-第二截止阀，24-第二泄压阀。

具体实施方式

本发明提供了一种反应性控制机构，其结构得到了简化，使得其能够适应反应堆的小型化应用。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的反应性控制机构，用于驱动核反应堆的控制棒12升降，其可以广泛应用于各类小型反应堆，尤其适用于小型化铅基反应堆，该反应性控制主要包括气源1、气缸和气路系统2，其中，气源1为驱动部件，气路系统2通过将气源1产生的高压气体输送至气缸中，实现对气缸的驱动，气缸为驱动执行部件，包括缸体3、活塞4和活塞杆5，缸体3为活塞4和活塞杆5提供满足运动行程的高度空间，活塞4及活塞杆5固定连接，并位于缸体3内，活塞4与缸体3之间通过动密封连接，从而将缸体3的内腔以活塞4为密封边界隔离为二个腔室，即后续提到的有杆腔和无杆腔，同时活塞杆5与缸体3之间通过动密封实现与外界的隔离。

优选的，如图1和图2所示，令气缸为双作用气缸，并且气路系统2包括：连通气源1和气缸的无杆腔的第一通气支路，第一通气支路上设置有第一截止阀21和第一泄压阀22；与第一通气支路并联设置，并连通气源1和气缸的有杆腔的第二通气支路，第二通气支路上设置有第二截止阀23和第二泄压阀24。令气缸为双作用气缸，能够使高压气体分别进入到活塞4两侧的有杆腔和无杆腔中，从而通过气体压力驱动活塞杆5的伸出和回缩，能够使得活塞杆5更加平稳的进行移动。此外，气缸也可以为单作用气缸，即活塞4两侧的两个腔体中的一者内设置有弹簧，另一者内用于填充气体，以驱动活塞杆5伸出或回缩。

其中，第一截止阀21用于控制第一通气支路的通断，而第一泄压阀22则能够将无杆腔内的高压气体排放至气路系统2之外，以使无杆腔可以正常缩小，当第一截止阀21开启、第一泄压阀22关闭时，高压气体就可以通过第一通气支路进入到无杆腔中，以实现活塞杆5的伸出。同样的，第二截止阀23用于控制第二通气支路的通断，而第二泄压阀24则能够将有杆腔内的气体排放至气路系统2之外，以使有杆腔可以正常缩小，当第二截止阀23开启、第二泄压阀24关闭时，高压气体就可以通过第二通气支路进入到有杆腔中，以实现活塞杆5的回缩。另外，第一截止阀21、第一泄压阀22、第二截止阀23和第二泄压阀24均通过电动或气动控制，从而实现各阀的快速开闭，以迅速调节缸体3内活塞4两侧腔室中的压力，实现对控制棒12的快速下插和低速平稳提升。

如图1和图2所示，优选气缸的缸体3内设置有限位件7，该限位件7位于活塞4的最高行程位置，从而通过限位件7对活塞4进行限位，防止活塞4及活塞杆5的提升超过最高行程，以保证反应性控制机构的正常工作。该限位件7可以为橡胶圈。

此外，还优选气缸的缸体3内设置有缓冲件8，该缓冲件8位于活塞4的最低行程位置，当高压气体驱动活塞4及活塞杆5快速下插到底时，可以通过缓冲件8对活塞4进行缓冲，防止活塞4及动密封受到较大冲击而损坏。该缓冲件8可以采用但不限于橡胶垫。

本实施例中，还包括设置在气缸和反应堆容器的顶盖14之间的支承筒6，如图1和图2所示，该支承筒6与气缸和顶盖14密封连接，并与缸体3同轴设置，而伸出缸体3的活塞杆5则在支承筒6内移动，即支承筒6套设在活塞杆5的外侧，同时活塞杆5与缸体3之间通过动密封，将缸体3与支承筒6密封隔离。支承筒6的设置，能够防止伸出的活塞杆5与反应堆容器内的冷却剂接触的部分在回缩时进入缸体3内而降低高压气缸内的温度，同时也不会令冷却剂泄漏至外界。

如图1和图2所示，活塞杆5上开设有卡槽15，支撑筒上设置有沿其径向伸缩的伸缩卡块9，当卡槽15随着活塞杆5的伸出而移动至与伸缩卡块9对正的位置时，伸缩卡块9就能够伸入到卡槽15中，以将活塞杆5锁止在支承筒6内，此时活塞4及活塞杆5快速下插到位。此锁止机构的设置，能够防止活塞4、活塞杆5及控制棒12意外提升，保证了反应性控制机构的可靠工作。同时，此种结构的锁止机构，能够在活塞杆5移动到位时自动对其进行锁紧，无需外部能动设备的驱动，令反应性控制机构的结构得到了简化。

更优选的，气缸的缸体3外壁上设置有供冷却介质流动以冷却缸体3的冷却套11，如图1和图2所示。通过设置冷却套11，使得冷却介质在其中流动，能够防止气缸的温度提升至允许最高温度以上，确保气缸的正常运行。具体的，该冷却套11可以为水冷套，也可以为风冷套。

进一步的，本实施例中还包括设置在气缸的缸体3上，并用于实时测量活塞4位置的棒位测量部件10，如图1和图2所示。该棒位测量部件10优选为能够检测活塞4位置的磁致伸缩位移传感器，其可以设置在缸体3的内部也可以设置在缸体3的外部，本实施例中优选将其设置在缸体3的外部。

如图1和图2所示，本实施例中还包括设置在反应堆容器内，用于导向控制棒12的导向筒13。导向筒13能够为固定在活塞杆5上的控制棒12提供轴向导向和径向约束，以更好的保证控制棒12的平稳移动。

本实施例提供的反应性控制机构的具体工作过程为：

反应性控制机构的工作状态分为正常工作状态、快速下插状态、低速复位状态，其中：

正常工作状态为：令第一截止阀21关闭，第一泄压阀22打开，第二截止阀23打开，第二泄压阀24关闭，气源1产生的高压气体经过第二通气支路进入到位于活塞4以下的有杆腔内，以将有杆腔内的压力加压至目标压力，进而使有杆腔内的压力高于位于活塞4以上的无杆腔内的压力，活塞4、活塞杆5以及控制棒12在压力差作用下保持在最高行程位置，如图1所示；

快速下插状态：令第一截止阀21打开，第一泄压阀22关闭，第二截止阀23关闭，第二泄压阀24打开，气源1产生的高压气体经过第一通气支路进入到位于活塞4以上的无杆腔内，以将无杆腔内的压力加压至目标压力，而位于活塞4以下的有杆腔内的高压气体则通过第二泄压阀24快速泄压至大气压，活塞4、活塞杆5以及控制棒12在压力差作用下快速下插到底，同时活塞杆5被锁紧装置自动锁紧，如图2所示；

低速复位状态：关闭第一截止阀21，同时调节第一泄压阀22的开度，将位于活塞4以上的无杆腔中的压力调节至目标压力P1；关闭第二泄压阀24，同时打开第二截止阀23，通过充压以将位于活塞4以下的有杆腔中的压力调节至目标压力P2，且令P2＞P1，在压力差作用下，活塞4、活塞杆5及控制棒12低速提升至最高行程位置，同时由于背压P1的存在，保证活塞4低速提升过程中保持平稳移动而避免出现快速爬行。

本说明书中对各部分结构采用递进的方式描述，每个部分的结构重点说明的都是与现有结构的不同之处，反应性控制机构的整体及部分结构可通过组合上述多个部分的结构而得到。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种反应性控制机构，用于驱动核反应堆的控制棒移动，其特征在于，包括：

气源；

气缸，所述气缸的活塞杆伸入到所述核反应堆的反应堆容器中，并与位于所述反应堆容器中的控制棒连接；

连通所述气源和所述气缸，以使所述气源能够驱动所述气缸的活塞和所述活塞杆移动的气路系统。

2.根据权利要求1所述的反应性控制机构，其特征在于，所述气缸为双作用气缸，并且所述气路系统包括：

连通所述气源和所述气缸的无杆腔的第一通气支路，所述第一通气支路上设置有第一截止阀和第一泄压阀；

与所述第一通气支路并联设置，并连通所述气源和所述气缸的有杆腔的第二通气支路，所述第二通气支路上设置有第二截止阀和第二泄压阀。

3.根据权利要求1所述的反应性控制机构，其特征在于，所述气缸的缸体内设置有限位件，所述限位件位于所述活塞的最高行程位置；所述缸体内设置有缓冲件，所述缓冲件位于所述活塞的最低行程位置。

4.根据权利要求1所述的反应性控制机构，其特征在于，还包括设置在所述气缸和所述反应堆容器的顶盖之间的支承筒，所述支承筒与所述气缸和所述顶盖密封连接，并且伸出所述缸体的所述活塞杆在所述支承筒内移动。

5.根据权利要求4所述的反应性控制机构，其特征在于，所述活塞杆上开设有卡槽，所述支撑筒上设置有伸缩卡块，所述伸缩卡块能够伸入到所述卡槽中，以将所述活塞杆锁止在所述支承筒内。

6.根据权利要求1所述的反应性控制机构，其特征在于，所述气缸的缸体上设置有供冷却介质流动以冷却所述缸体的冷却套。

7.根据权利要求1所述的反应性控制机构，其特征在于，还包括设置在所述气缸的缸体上，并用于测量所述活塞位置的棒位测量部件。