CN112002452B - 控制棒缓冲器及其性能测量方法、控制棒水压驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核反应堆领域，提供了一种控制棒缓冲器及其性能测量方法、控制棒水压驱动系统。该缓冲器包括壳体、压杆和弹性件，壳体的内腔包括上腔以及与上腔连通的下腔，上腔与下腔之间形成有第一台阶面，壳体的两端分别开设有与上腔连通的穿装孔以及与下腔连通的排水孔；压杆的第二端插设在下腔内，压杆的第一端通过穿装孔伸出壳体，压杆的侧壁形成有向外凸起的压紧部，压紧部位于穿装孔与第一台阶面之间，弹性件的两端分别抵设于压紧部和第一台阶面，压杆的第二端开设有用于连通上腔与下腔的排水通道。本发明能够借助弹性件的变形和上腔内水压的变化吸收控制棒对压杆施加的冲击力，避免了控制棒因拆装过程中意外掉落而被撞坏。

Description

控制棒缓冲器及其性能测量方法、控制棒水压驱动系统

技术领域

本发明涉及核反应堆技术领域，尤其涉及一种控制棒缓冲器及其性能测量方法、控制棒水压驱动系统。

背景技术

控制棒水压驱动系统通常利用提升水压缸、传递水压缸和夹持水压缸相互协作来实现控制棒的步升、步降和落棒功能。由于控制棒从高位落棒时具有较大的势能，若控制棒拆装过程中意外掉落，那么控制棒与堆芯下支撑板碰撞后就会产生很大的冲击力，造成控制棒和堆芯下支撑板损坏，进而影响反应堆的安全。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种控制棒缓冲器，以在控制棒意外掉落时起到缓冲作用，避免控制棒被撞坏。

本发明还提出一种控制棒水压驱动系统。

本发明还提出一种控制棒缓冲器的性能测量方法。

根据本发明第一方面实施例的控制棒缓冲器，包括壳体、压杆和弹性件，所述壳体的内腔包括上腔以及与所述上腔连通的下腔，所述上腔与所述下腔之间形成有第一台阶面，所述壳体的两端分别开设有与所述上腔连通的穿装孔以及与所述下腔连通的排水孔；所述压杆的第二端插设在所述下腔内，所述压杆的第一端通过穿装孔伸出所述壳体，所述压杆的侧壁形成有向外凸起的压紧部，所述压紧部位于所述穿装孔与所述第一台阶面之间，所述弹性件的两端分别抵设于所述压紧部和所述第一台阶面，所述压杆的第二端开设有用于连通所述上腔与所述下腔的排水通道。

根据本发明实施例的控制棒缓冲器，能够借助弹性件的变形和上腔内水压的变化吸收控制棒对压杆施加的冲击力，避免了控制棒因拆装过程中意外掉落而被撞坏。此外，该缓冲器还可以作为控制棒拆装过程中的基准位置，极大地方便了控制棒的拆装。

另外，根据本发明实施例的控制棒缓冲器，还可以具有如下附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述壳体包括外套和封盖，所述封盖与所述外套的顶部螺纹连接，所述穿装孔形成于所述封盖，所述上腔和所述下腔形成于所述外套。

根据本发明的一个实施例，所述上腔包括密封腔和设于所述密封腔下方的缓冲腔，所述缓冲腔与所述密封腔连通，所述密封腔的内径大于所述缓冲腔的内径，以在所述密封腔与缓冲腔之间形成第二台阶面；所述密封腔的侧壁形成有第一内螺纹，所述封盖的侧壁形成有与所述第一内螺纹配合的第一外螺纹，所述封盖的底面抵触在所述第二台阶面上。

根据本发明的一个实施例，所述外套包括依次连接的第一圆筒段和第二圆筒段，所述第一圆筒段的外径大于所述第二圆筒段的外径，所述第一圆筒段的外壁形成有第二外螺纹。

根据本发明的一个实施例，所述第一圆筒段的上部的外壁形成有两个相对设置的第一夹持平面，所述封盖的外壁形成有两个相对设置的第二夹持平面。

根据本发明的一个实施例，所述排水通道包括第一通道和至少一个第二通道，所述第二通道的第一端与所述第一通道连通，所述第二通道的另一端贯穿所述压杆的侧壁，所述第一通道贯穿所述压杆的底面。

根据本发明的一个实施例，所述内腔为阶梯孔，所述上腔为所述阶梯孔的大孔，所述下腔为所述阶梯孔的小孔。

根据本发明的一个实施例，所述弹性件为套设在所述压杆外侧的碟簧。

根据本发明第二方面实施例的控制棒水压驱动系统，包括控制棒以及上述所述的控制棒缓冲器，所述控制棒位于所述压杆的上方，且所述控制棒与所述压杆同轴设置。

根据本发明第三方面实施例的控制棒缓冲器的性能测量方法，包括以下步骤：

将模拟堆芯下支撑板固定在水池中；其中，所述模拟堆芯下支撑板纵向贯穿开设有用于安装所述控制棒缓冲器的安装孔；

将所述壳体固定在所述安装孔中；

向所述水池中注水，直至所述水池内的水淹没所述壳体；

将加速度传感器固定在控制棒模拟体上；

使所述控制棒模拟体从距离所述压杆顶端预设高度处自由下落，以使所述控制棒模拟体撞击到所述压杆上。

本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

本发明中控制棒缓冲器受到控制棒的冲击后，压杆向下移动，压杆下移的过程中随着压紧部不断趋近第一台阶面，弹性件被不断压缩，与此同时，充注在上腔内的水也在压紧部的挤压下逐渐通过排水通道流入下腔。可见，压杆受到控制棒对其施加的向下的冲击力的同时，还会受到弹性件对其施加的向上的弹力以及上腔内水对其施加向上的水压，从而通过弹性件的变形和上腔内水压的变化就能吸收控制棒对压杆施加的冲击力，进而也就避免了控制棒因拆装过程中意外掉落而被撞坏。此外，该缓冲器还可以作为控制棒拆装过程中的基准位置，极大地方便了控制棒的拆装。

本发明中控制棒水压驱动系统通过采用上述缓冲器，就可在控制棒意外掉落时借助弹性件的变形和上腔内水压的变化吸收控制棒对压杆施加的冲击力，避免控制棒被撞坏，从而为该系统后续的正常运行提供了可靠保障。

本发明中控制棒缓冲器的性能测量方法通过借助加速传感器输出的加速度值，便可确定控制棒缓冲器的性能，实现对控制棒缓冲器的设计验证和出厂检测，进而保证了控制棒缓冲器安全、可靠的运行。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

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进行简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种控制棒缓冲器的安装示意图；

图2是本发明实施例提供的一种控制棒缓冲器的立体示意图；

图3是本发明实施例提供的一种控制棒缓冲器的爆炸示意图；

图4是本发明实施例提供的外套的立体示意图；

图5是本发明实施例提供的封盖的立体示意图；

图6是本发明实施例提供的一种控制棒缓冲器的性能测量方法的示意图。

附图标记：

100、壳体；200、外套；201、第一圆筒段；202、第二圆筒段；

203、第一夹持平面；210、上腔；211、密封腔；212、缓冲腔；

213、第二台阶面；220、下腔；230、第一台阶面；240、排水孔；

300、封盖；301、穿装孔；302、第二夹持平面；400、压杆；

410、压紧部；420、排水通道；421、第一通道；422、第二通道；

500、弹性件；600、堆芯下支撑板；710、模拟堆芯下支撑板；

720、水池；730、控制棒模拟体；740、加速度传感器。

具体实施方式

为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，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，都属于发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

结合图1至图3所示，本发明实施例提供了一种控制棒缓冲器，该缓冲器包括壳体100、压杆400和弹性件500，壳体100的内腔包括上腔210以及与上腔210连通的下腔220，上腔210与下腔220之间形成有第一台阶面230，壳体100的两端分别开设有与上腔210连通的穿装孔301以及与下腔220连通的排水孔240；压杆400的第二端插设在下腔220内，压杆400的第一端通过穿装孔301伸出壳体100，压杆400的侧壁形成有向外凸起的压紧部410，压紧部410位于穿装孔301与第一台阶面230之间，弹性件500的两端分别抵设于压紧部410和第一台阶面230，压杆400的第二端开设有用于连通上腔210与下腔220的排水通道420。

安装时，先将该缓冲器固定在控制棒的正下方，具体地，将壳体100固定在位于水池中的堆芯下支撑板600上，并使压杆400与控制棒保持同轴。然后向水池内注水，直至水池内的水淹没壳体100。由此，若控制棒拆装过程中意外掉落，那么控制棒在下落过程中则会撞击到压杆400，压杆400受到控制棒对其施加冲击力后向下移动。由于压杆400的侧壁形成有压紧部410，而压紧部410与第一台阶面230之间设有弹性件500，因此压杆400下移的过程中随着压紧部410不断趋近第一台阶面230，也就是说，随着压紧部410与第一台阶面230之间间距的持续变小，弹性件500被不断压缩，与此同时，充注在上腔210内的水也在压紧部410的挤压下逐渐通过排水通道420流入下腔220，并最终通过排水孔240排出壳体100。

由上可知，控制棒撞击压杆400后，压杆400受到控制棒对其施加的向下的冲击力的同时，还会受到弹性件500对其施加的向上的弹力以及上腔210内水对其施加向上的水压，从而通过弹性件500的变形和上腔210内水压的变化就能吸收控制棒对压杆400施加的冲击力，进而也就避免了控制棒因拆装过程中意外掉落而被撞坏。此外，该缓冲器还可以作为控制棒拆装过程中的基准位置，极大地方便了控制棒的拆装。

如图3所示，壳体100包括外套200和封盖300，封盖300与外套200的顶部螺纹连接，穿装孔301形成于封盖300，上腔210和下腔220形成于外套200。安装时，将封盖300与外套200螺纹连接后，可在封盖300与外套200接缝的不同位置处打孔，并在孔内进行点焊处理，以提高壳体100的密封性。需要说明的是，封盖300可以通过内螺纹的方式与外套200连接，也即，封盖300拧在外套200的外侧，封盖300的底面形成有用于插设外套200顶端的凹陷，凹陷的侧壁形成有内螺纹，外套200顶端的外壁形成有外螺纹。当然，封盖300也可以通过外螺纹的方式与外套200连接，也即，封盖300拧在外套200内，封盖300的侧壁形成有外螺纹，外套200的上腔210内壁形成有内螺纹。

如图3所示，内腔为阶梯孔，上腔210为阶梯孔的大孔，下腔220为阶梯孔的小孔。进一步地，下腔220的内径与压杆400的第二端的外径相适应，也就是说，下腔220的内径等于压杆400第二端的外径，或者，下腔220的内径略大于压杆400第二端的外径，下腔220与压杆400之间的间隙属于一般注意力不能觉察到的范围，也即，下腔220的内径刚好满足压杆400在其内顺畅地上下滑动。需要说明的是，内腔除了可以是阶梯孔以外，还可以是直孔，在此情况下内腔的内壁可形成环形凸台，环形凸台将内腔分隔为上腔210和下腔220，此时环形凸台的上表面即为第一台阶面230。

进一步地，如图3所示，为了实现对封盖300的安装定位，避免封盖300旋入外套200内过深或过浅，上腔210包括密封腔211和设于密封腔211下方的缓冲腔212，缓冲腔212与密封腔211连通，密封腔211的内径大于缓冲腔212的内径，以在密封腔211与缓冲腔212之间形成第二台阶面213；密封腔211的侧壁形成有第一内螺纹，封盖300的侧壁形成有与第一内螺纹配合的第一外螺纹，封盖300的底面抵触在第二台阶面213上。

安装时，将封盖300逐渐旋入外套200内，直至封盖300的底面抵触在第二台阶面213上。为了便于旋转封盖300，密封腔211的深度小于封盖300的高度，也就是说，封盖300的底面抵触在第二台阶面213上以后，封盖300的上部探出外套200，封盖300探出外套200的部分可以用于与安装工具例如手钳配合。如图5所示，为了防止安装工具拧动封盖300时打滑，封盖300上部的外壁形成有两个相对设置的第二夹持平面302，该第二夹持平面302可通过切削封盖300上部而形成。例如，封盖300的下部在水平面的投影为圆形，封盖300的上部在水平面的投影形状为非圆形。

同理，为了实现对外套200的安装定位，避免外套200安装在堆芯下支撑板600过深或过浅，如图2和图3所示，外套200包括依次连接的第一圆筒段201和第二圆筒段202，第一圆筒段201的外径大于第二圆筒段202的外径，第一圆筒段201的外壁形成有第二外螺纹。第一圆筒段201可由三段外径依次减小的圆筒段构成。如图1所示，安装外套200前，堆芯下支撑板600上可预先开设与外套200形状相适应的安装孔，安装孔的上部开设有与第二外螺纹配合的第二内螺纹。安装外套200时，将外套200插入堆芯下支撑板600的安装孔内，并拧动外套200使其第一圆筒段201逐渐与安装孔螺纹配合，直至第一圆筒段201的底面抵触在安装孔的台阶面上。外套200装入安装孔以后，可在外套200与安装孔接缝的不同位置处打孔，并在孔内进行点焊处理，以提高外套200与堆芯下支撑板600之间的密封性。

为了便于旋转外套200，第一圆筒段201的高度大于堆芯下支撑板600的安装孔的孔口至其台阶面的距离，也就是说，第一圆筒段201的底面抵触在安装孔的台阶面上以后，第一圆筒段201的上部探出安装孔，第一圆筒段201探出安装孔的部分可以用于与安装工具例如手钳配合。如图4所示，为了防止安装工具拧动外套200时打滑，第一圆筒段201的上部的外壁形成有两个相对设置的第一夹持平面203，该第一夹持平面203可通过切削外套200而形成。

在一些实施例中，如图3所示，排水通道420包括第一通道421和至少一个第二通道422，第二通道422的第一端与第一通道421连通，第二通道422的另一端贯穿压杆400的侧壁，第一通道421贯穿压杆400的底面。例如，第一通道421沿压杆400的轴向延伸，第二通道422沿压杆400的径向延伸，多个第二通道422沿压杆400的周向依次间隔设置。由此，压杆400受到冲击力以后，随着压紧部410与第一台阶面230之间间距的持续变小，上腔210内的水逐渐通过第二通道422进入第一通道421，通过第一通道421排入下腔220内的水则逐渐通过排水孔240排出壳体100。需要说明的是，为了保证上腔210内的水压，排水孔240的孔径远小于下腔220的内径。

如图3所示，弹性件500为套设在压杆400外侧的碟簧。其中，碟簧由多个碟簧片沿压杆400的轴向依次堆叠而成。需要说明的是，弹性件500除了可以是碟簧以外，还可以是压簧。弹性件500为压簧时，压簧的数量既可以是一个，也可以是多个。当压簧数量为一个时，压簧套设在压杆400的外侧；当压簧数量为多个时，多个压簧沿压杆400的周向依次设置，也就是说，多个压簧围绕压杆400分布。当然，相比压簧来说，碟簧在较小的空间内能够承受更大的载荷，并且碟簧单位体积的变形能更大，具有更好的缓冲吸振能力，此外，碟簧片损坏后只需进行单个替换，便于维修。

此外，本发明实施例还提供了一种控制棒水压驱动系统，该系统包括控制棒和上述控制棒缓冲器，控制棒位于压杆400的上方，且控制棒与压杆400同轴设置。其中控制棒可以但不限于是十字翼控制棒。

本发明实施例中的控制棒水压驱动系统通过采用上述缓冲器，就可在控制棒意外掉落时借助弹性件500的变形和上腔210内水压的变化吸收控制棒对压杆400施加的冲击力，避免控制棒被撞坏，从而为该系统后续的正常运行提供了可靠保障。

此外，如图6所示，本发明实施例还提供了一种控制棒缓冲器的性能测量方法，包括以下步骤：

将模拟堆芯下支撑板710固定在水池720中；其中，模拟堆芯下支撑板710纵向贯穿开设有用于安装控制棒缓冲器的安装孔；

将壳体100固定在安装孔中；

向水池720中注水，直至水池720内的水淹没壳体100；

将加速度传感器740固定在控制棒模拟体730上；

使控制棒模拟体730从距离压杆400顶端预设高度处自由下落，以使控制棒模拟体730撞击到压杆400上。其中，预设高度H可以根据控制棒的实际工况来确定。

当控制棒撞击压杆400后，压杆400受到控制棒对其施加的向下的冲击力的同时，还会受到弹性件500对其施加的向上的弹力以及上腔210内水对其施加向上的水压，从而通过弹性件500的变形和上腔210内水压的变化就能吸收控制棒对压杆400施加的冲击力，因此在控制棒撞击压杆400以后，加速度传感器740输出的加速度值会快速减小。由此，在控制棒模拟体730在自由下落过程中，工作人员通过分析加速传感器输出的加速度值，便可确定控制棒缓冲器的性能，实现对控制棒缓冲器的设计验证和出厂检测，进而保证了控制棒缓冲器安全、可靠的运行。当然，为了更直观的确定控制棒模拟体730在下落过程中加速度的变化趋势，还可绘制控制棒模拟体730下落高度与加速度传感器740输出的加速度值的关系曲线。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种控制棒缓冲器，其特征在于，包括壳体、压杆和弹性件，所述壳体的内腔包括上腔以及与所述上腔连通的下腔，所述上腔与所述下腔之间形成有第一台阶面，所述壳体的两端分别开设有与所述上腔连通的穿装孔以及与所述下腔连通的排水孔；所述压杆的第二端插设在所述下腔内，所述压杆的第一端通过穿装孔伸出所述壳体，所述压杆的侧壁形成有向外凸起的压紧部，所述压紧部位于所述穿装孔与所述第一台阶面之间，所述弹性件的两端分别抵设于所述压紧部和所述第一台阶面，所述压杆的第二端开设有用于连通所述上腔与所述下腔的排水通道。

2.根据权利要求1所述的控制棒缓冲器，其特征在于，所述壳体包括外套和封盖，所述封盖与所述外套的顶部螺纹连接，所述穿装孔形成于所述封盖，所述上腔和所述下腔形成于所述外套。

3.根据权利要求2所述的控制棒缓冲器，其特征在于，所述上腔包括密封腔和设于所述密封腔下方的缓冲腔，所述缓冲腔与所述密封腔连通，所述密封腔的内径大于所述缓冲腔的内径，以在所述密封腔与缓冲腔之间形成第二台阶面；所述密封腔的侧壁形成有第一内螺纹，所述封盖的侧壁形成有与所述第一内螺纹配合的第一外螺纹，所述封盖的底面抵触在所述第二台阶面上。

4.根据权利要求2所述的控制棒缓冲器，其特征在于，所述外套包括依次连接的第一圆筒段和第二圆筒段，所述第一圆筒段的外径大于所述第二圆筒段的外径，所述第一圆筒段的外壁形成有第二外螺纹。

5.根据权利要求4所述的控制棒缓冲器，其特征在于，所述第一圆筒段的上部的外壁形成有两个相对设置的第一夹持平面，所述封盖的外壁形成有两个相对设置的第二夹持平面。

6.根据权利要求1至5任一项所述的控制棒缓冲器，其特征在于，所述排水通道包括第一通道和至少一个第二通道，所述第二通道的第一端与所述第一通道连通，所述第二通道的另一端贯穿所述压杆的侧壁，所述第一通道贯穿所述压杆的底面。

7.根据权利要求1至5任一项所述的控制棒缓冲器，其特征在于，所述内腔为阶梯孔，所述上腔为所述阶梯孔的大孔，所述下腔为所述阶梯孔的小孔。

8.根据权利要求1至5任一项所述的控制棒缓冲器，其特征在于，所述弹性件为套设在所述压杆外侧的碟簧。

9.一种控制棒水压驱动系统，包括控制棒，其特征在于，还包括如权利要求1至8任一项所述的控制棒缓冲器，所述控制棒位于所述压杆的上方，且所述控制棒与所述压杆同轴设置。

10.一种基于权利要求1至8任一项所述的控制棒缓冲器的性能测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

将模拟堆芯下支撑板固定在水池中；其中，所述模拟堆芯下支撑板纵向贯穿开设有用于安装所述控制棒缓冲器的安装孔；

将所述壳体固定在所述安装孔中；

向所述水池中注水，直至所述水池内的水淹没所述壳体；

将加速度传感器固定在控制棒模拟体上；

使所述控制棒模拟体从距离所述压杆顶端预设高度处自由下落，以使所述控制棒模拟体撞击到所述压杆上。

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