CN1124619C - 控制棒驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种控制棒驱动装置，其不需拉拔驱动用配管，控制棒速度限制部件，可提高与控制棒的连接可靠度，降低费用，在缓冲活塞及缓冲弹簧上方呈覆盖上述部件状配置止动活塞，该止动活塞上方配置滚子，在法兰盘上固定活塞管的下端部使活塞管沿轴方和圆周方向均不能移动，在外管和缸筒之间配置有套爪活塞、套爪和复位弹簧，外管上端部配置有导向头，分度管上设有与滚子嵌入配合的导向槽，为去掉控制棒速度限制部件，由设置在分度管上端的卡口结构的卡头与控制棒连接。

Description

控制棒驱动装置

技术领域

本发明涉及沸腾水型原子反应堆(以下称BWR)的水压式控制棒驱动装置，进一步讲是涉及一种控制棒驱动装置，不需要拉拔式驱动用配管、而由可靠度高的卡口式结构卡头与控制棒连接，可缩小配管空间、可省去控制棒的速度限制部件。

背景技术

通常，BWR的原子反应堆压力容器内设置有冷却部件和堆芯。堆芯由若干燃料集合体及控制棒等组成。控制棒通过控制棒驱动装置(以下称CRD)驱动并调整其插入上述堆芯的插入量，由此来控制堆芯的输出。

下面参照图4说明传统的CRD结构。图4是CRD结构的断面示意图，其中1是反应堆压力容器底壁部分，该底壁1上装配合控制棒驱动机构外壳(以下称CRD外壳)2。CRD外壳2内插入且固定有控制棒驱动装置本体(以下称CRD本体)3。

下面详细说明上述CRD本体3的结构。在CRD外壳2内周侧面配置有热套筒20、外管19和缸筒4，该缸筒4的内周侧面配置有分度管5，而该分度管5的内周侧配置有活塞管6。

分度管5可沿活塞管6上下移动，其上端通过卡口支座5b与控制棒7相连接，下端形成驱动活塞8。

活塞管6的上部与缓冲轴9相连接、缓冲轴9的周壁上形成了若干缓冲小孔10。该缓冲轴9的上部安装有止动活塞11。在缓冲轴9与止动活塞11之间配置了借助于缓冲弹簧13可上下运动的缓冲活塞12。

缸筒4的上部设有控制棒锁紧机构15，该控制棒锁紧机构15由套爪活塞16、套爪17和复位弹簧18组成。上述套爪17的端部17a可嵌入设置在分度管5外壁处的若干凹槽5a的任一槽内，由此使控制棒7保持在所定的插入位置上。

在法兰盘2a和3a处形成有与驱动活塞8下方空间连通、且从图中未示出的控制棒驱动压力水供给系统向该驱动活塞8下侧面供给驱动压力水的控制棒插入用驱动水流路21，并设置了使该流路21分流、让冷却水流经热套筒20与外管19之间的冷却水孔23。而在法兰盘2a和3a处，形成有与活塞管6的内部空间相连通的控制棒拉拨用驱动水流路22。

根据上述结构，在把控制棒7插入堆芯的状态下，通过控制棒插入用驱动水流路21向驱动活塞8的下面侧(如图中双线箭头所示)供给驱动压力水。这样，借助于上述驱动活塞8，分度管5上升，使控制棒7插入堆芯。

这时，驱动活塞8上方空间存留的水通过缓冲孔10流入活塞管6的内部，然后由上述控制棒拉拔驱动水流路22流出。当上述控制棒7插入到所定位置后，分度管5的凹槽5a内嵌入套爪17的端部17a，由此使控制棒保持在其插入位置上。

当拔出控制棒7时，先由控制棒插入用驱动水流路21供给驱动水，使分度管5上升凹槽5a的半个节距的距离，解除套爪17端部17a与凹槽5a的配合。然后通过控制棒拔驱动水流路22按图中虚线箭头所示方向供给驱动压力水。该驱动压力水的一部分作用于套爪活塞16的下面，通过驱动水作用于套爪活塞16的下面，使套爪17上升，该套爪17的上表面17b与处管19局部形成的导向突起19a相接触。该套爪17的上表面17b上形成倾斜面，该倾斜面由导向突起19a挤压使套爪17张开，并保持在这种状态下。

此外，控制棒拉拔用驱动水的其它部分被供给到活塞管6的内部。该驱动水沿活塞管6的内部上升，通过缓冲孔10流到活塞管6的外侧，然后，作用于驱动活塞8的上面一侧，使驱动活塞8和分度管5下降。这样，就可将控制棒7从堆芯拔出。这时，驱动活塞8下面一侧的水通过控制棒插入用驱动水流路21流向外部。

当反应堆紧急停止时(以下称快速停堆)，高压驱动水通过控制棒插入用驱动水流路21供给到驱动活塞8的下面一侧，这样可使驱动活塞8，分度管5快速上升并使控制棒7快速插入堆芯。

在上述快速停堆的动作过程中，驱动活塞8上升且与缓冲活塞12相接触并将其向上推压，使缓冲轴的轴线方向上形成的若干缓冲孔10由下向上依次关闭。这样就产生了控制棒插入的压力损失，由于这种压力损失使驱动活塞减速并最终停止运动，由此完成了快速停堆(scram)的动作。

当反应堆处于平稳运转中而不需要作CRD操作时，通常由图中未示的控制棒驱动水压系统通过控制棒插入用驱动水流路21、经由冷却水孔23向反应堆芯内供给冷却水。

根据上述结构，存在有如下课题，即传统的结构中CRD必须与用于插入驱动和拉拔驱动的两根外部配管做成一体，例如，110万KW级发电站中有370条配管，这不仅需要有很大的配管用空间，同时要花费很高的配管制作，安装费用，且工期也很长。

此外，传统的CRD与控制棒是由卡口式结构连接的，所以其连接可靠度较低，还有，为了防止连接部位脱落，控制棒以高于规定的速度下落，在控制棒下部设置了速度限制部件。因此，控制棒整体长度变长，反应堆压力容器的整体长度也变长。

下面用图5来说明上述问题。

图5(a)表示与CRD分离状态下控制棒7下部的局部立体剖视结构。

图5(a)中，30表示内部含有插入燃料集合体里面的中子吸收材料的控制棒本体。该控制棒本体30的下部设置有起支撑作用的控制体31。

上述控制体31的下部形成了与CRD的卡头5b(参照图4)连接的卡口支座32、限制控制棒7在BWR的冷却水中下落速度的速度限位部件33。

卡口支座32内周面处，形成有与卡头5b上端外周面凸形部位相结合的凹形部位32a。

另一方面，速度限制部件33整体向下张开，其下部形成有收容下落冷却水的凹形空间33a，而其下端周边部位上形成有对凹形空间33a内收容的冷却水起阻尼作用并使之流出的流出口33b。

卡口支座32的内部设置有锁紧芯棒34。该锁紧芯棒34通过弹簧35始终压向下方，并根据轴36和弹簧35的作用可在卡口支座32内作上下相对运动。

图5(b)表示了与CRD相连接的控制棒7卡头部位(卡口方式)的局部立体剖视示意图。

以上述方式连接时，先将锁紧芯棒34向上提起，将CRD的卡头5b插入卡口支座32内。由于卡头56的外经比卡口支座32的内经略大，最初插入时卡头56处于向内收缩变形的状态。当插入到一定位置即卡头56的端部进入凹形部位32a处时，卡头5b的端部由于弹性而张开，与卡口支座32的凹形部位32a相配合。接着，锁紧芯棒34在弹簧35的作用下，其下端部插入卡口56的端部内侧以阻止已经弹性张开的卡头5b回缩，从而可防止其脱落。

通过上述对卡口连接方式的说明可以知道，这种卡口式连接结构中，当拉拔力过大时，会引起卡口支座32和卡头5b端部变形而发生连接脱落的现象。

所以，传统的卡口连接方式中，当拉拔控制棒7时，由于诸如控制棒7与燃料集合体等发生相碰之类意想不到的原因，连接有可能脱开。

速度限制部件33的作用是当上述卡口脱落、控制棒因某种原因向BWR底部下落时限制其下落速度。具体地讲，在控制棒下落的过程中，速度限制部件33的凹形空间33a接收冷却水并使之由流出口33b流出，且下落速度越大，流出口33b流出水的阻力越大，最终使下落速度稳定的某个值上。

为了起到上述的作用，速度限制部件33须有一定的长度和体积，所以控制棒亦很长。

发明内容

本发明正是为了解决上述课题而产生的，其目的是不需要拉拔驱动用配管，且由于提高了控制棒连接的可靠度，完全可以不考虑连接脱开的问题，也就不需要速度限制部件，这样可以提供能降低原子能发电站建设费用的控制棒驱动装置。

为达到上述的目的，本发明采取以下技术方案：

本发明的控制棒驱动装置，其由固定在反应堆压力容器底壁的控制棒驱动机构外壳、和收容在该控制棒驱动机构外壳内、由下部的法兰盘固定的控制棒驱动机构本体构成，该控制棒驱动机构本体具有：

缸筒；

配置在该缸筒内侧且上端与控制棒相连、可上下移动的分度管；

在该分度管下端形成的大直径的驱动活塞；

设置在上述分度管内周侧、将该分度管沿上下方向引导的活塞管；

与该活塞管上方相连接的止动活塞；

配置在上述缸筒上方的套爪；

设置在上述分度管的外周的圆周方向、与上述套爪相啮合的止动槽；

配置在上述分度管上端部、与控制棒的下部连接的卡口式结构的卡头；

与上述驱动活塞连通、供给将驱动活塞驱动上升的驱动水的插入孔；

与上述套爪连通、供给将设在分度管的止动槽夹持放开的水的套爪活塞操作用孔；

其特征在于，具有：

设置在上述分度管的上方，将从插入孔流入的水导入反应堆的小孔；

配置在上述止动活塞的上方、与在分度管的内面沿轴向形成的导向槽嵌合、使分度管不能在圆周方向旋转而在上下方向导向的滚子；

将上述活塞管下端沿轴向和圆周方向不可移动地固定、并与上述控制棒驱动机构外壳连接的法兰盘。

本发明的另一种控制棒驱动装置，其由固定在反应堆压力容器底壁的控制棒驱动机构外壳、和收容在该控制棒驱动机构外壳内、由下部的法兰盘固定的控制棒驱动机构本体构成，该控制棒驱动机构本体具有：

缸筒；

配置在该缸筒内侧且上端与控制棒相连、可上下移动的分度管；

在该分度管下端形成的大直径的驱动活塞；

设置在上述分度管内周侧、将该分度管沿上下方向引导的活塞管；

与该活塞管上方相连接的止动活塞；

将上述活塞管下端沿轴向和圆周方向不可移动地固定、并与上述控制棒驱动机构外壳连接的法兰盘；

配置在上述缸筒上方的套爪；

设置在上述分度管的外周的圆周方向、与上述套爪相啮合的止动槽；

配置在上述分度管上端部、与控制棒的下部连接的卡口式结构的卡头；

与上述驱动活塞连通、供给将驱动活塞驱动上升的驱动水的插入孔；

与上述套爪连通、供给将设在分度管的止动槽夹持放开的水的套爪活塞操作用孔；

其特征在于，具有：

设在上述分度管的上方，将从插入孔流入的水导入反应堆的小孔；

设置在止动活塞的外面的导向槽、和在分度管的内面沿轴向形成的导向用凸起。

以下参照附图，详细说明本发明的实施例：

附图说明

图1是有关本发明的控制棒驱动机构实施例的纵向剖面示意图。

图2是沿图1中A-A方向横剖面的放大示意图。

图3是本发明的卡口式结构的立体示意图。

图4是传统的控制棒驱动机构纵向部面示意图。

图5是卡口止动方式的卡头结构立体示意图。

具体实施形式

下面根据图1和图2说明本发明有关的控制棒驱动机构实施形式。图1表示了本实施形式有关的控制棒驱动装置、图2是图1中A-A方向横剖面的放大示意图。

在表示本发明实施形式有关的控制棒驱动装置的图1中，1表示反应堆压力容器底部的局部部位，该底部1处固定有CRD外壳2，该CRD外壳2内插入有CRD本体103，该CRD本体103由法兰盘103a固定。

下面详细说明上述CRD本体103的结构。在CRD外壳2的内周一侧配置有外管104和缸筒105，该缸筒105的内周一侧配置有分度管106，而该分度管106的内周一侧配有活塞管107。

上述分度管106由活塞管107导向可上下运动，其上端部设置有卡口式结构的卡头106a，在与控制棒(图中未示)结合后旋转45°与CRD本体103连接；其下端部设置有驱动活塞108。

下面根据图3说明卡口式结构的卡头106a。如图3所示，该卡口式结构的卡头106a与设在控制棒150下部的卡口支座151相连接。控制棒150下部具有控制体152，该控制体152支撑着横断面呈十字形状的控制棒本体153。上述控制棒150由固定在堆芯支板154的控制棒导向管155导向、插入堆芯支板154上方的燃料集合体内部(图中未示)。

图3(b)表示连接状态下卡口式结构的卡头106a和卡口支座151的局部切断的示意图。卡头106a上端部圆周面上设有由轴向沟槽分割而成的膨胀部156，而卡口支座151上设有可使上述膨胀部156插入的键槽157。连接时，卡头106a的膨胀部156沿轴纵向整体插入卡口支座151的键槽157的纵向部分内，纵向插入后旋转45°，膨胀部156进入键槽157的横向引导部位。由此，即使在连接部位处作用有很大的张力，也由于膨胀部156与键槽157的横向引导部位配合，所以很难脱落。

如图1所示，在分度管106的外周部设有若干呈凹形的止动槽106b，其内面一侧如图2所示设有若干呈凹形的导向槽106c，其上部设有内、外贯通的小孔106d。

活塞管107的上部与缓冲轴109相连，该缓冲轴109外周一侧配置有缓冲活塞110和缓冲弹簧111，止动活塞112以遮盖上述各部件的方式安装在上端部。

如图2所示，止动活塞112的上部沿圆周方向等间隔配置了三个滚子113，且与上述分度管106的导向槽106c配合。而活塞管107下端部121固定在法兰盘103a上，使活塞管107沿轴方、圆周方向都不能移动。

在外管104与缸筒105之间的上部一侧设置有控制棒定位机构114。该定位机构114由套爪活塞115、套爪116以及复位弹簧117组成。

然后，套爪116的端部116a嵌入设置在分度管106上的多个止动槽106b中任意一个，由此对控制棒进行定位。

在法兰盘103a上，形成有与驱动活塞108下面空间相连通且将水压系统(图中未示)流来的驱动压力水供给到驱动活塞108下面的插入孔118。

此外，上述法兰盘103a上，形成有向套爪活塞115下面供给给压力水的套爪活塞操作用孔119，该操作用孔119通过外管104与缸筒105之间与套爪活塞115下面连通。

外管104的上端部设有导向头120，当套爪活塞115被推压向上时，套爪116受压张开，其端部116a由分度管106的止动槽106b脱出。

下面说明与上述实施形式有关的控制棒驱动机构的作用方式。

根据上述结构，在将控制棒(图中未示)插入堆芯时，由插入孔118供给驱动压力水，给驱动活塞108的下面以及分度管106的内面加压，从而抬高分度管106，使控制棒插入堆芯。

这时，分度管106与缸筒105之间的水通过导向头120与分度管106之间的空隙排入堆芯。当控制棒插入到所定位置时，套爪116端部116a嵌入到分度管106的止动槽106b中，从而使控制棒定位。

当将控制棒拔出堆芯时，由套爪活塞操作用孔119供给压力水，使套爪活塞115向上抬起，套爪116由导向头120下部形成的倾斜部122挤压而张开，其端部116a从分度管106的止动槽106b中脱出。

这样，由于控制棒与分度管106等部件可动部分的自重使分度管106下降，由此使控制棒拔出堆芯。这时，驱动活塞108下面以及分度管106内面的水通过插入孔118流到外部。

当反应堆紧急停止时(以下称快速停堆)，由插入孔118供给高压驱动水，向驱动活塞108的下面和分度管106内面加压，使分度管106快速上升、控制棒快速插入堆芯。

当反应堆正常运转而不需要CRD的操作时，长期供水系统(图中未示)通过插入孔118供给低压冷却水。该冷却水通过驱动活塞108内周面和活塞管107外周面之间的间隙，经分度管106的内面流向小孔106d，最后流向堆芯。这样，正常运转中CRD一直由冷却水冷却。所以，即使去掉拉拔驱动配管，也能够充分满足CRD的功能需求。

另一方面，由于活塞管107被固定在法兰盘103a上，滚子13不能沿圆周方向移动，而分度管106也由于其内面的导向槽106c与上述圆周方向不能移动的滚子113相互导向，所以也不能在圆周方向转动。

由此，当固定在分度管106上端的卡头106a与控制棒结合后，再将CRD本体103转动45°连接起来，则连接部不会脱开，连接可靠度增大。

当然，也可以在分度管106内面沿轴向设置导向用凸起、在止动活塞112上设置导向槽，以此代替上述导向槽106c和滚子113，其效果相同。

根据上述结构，控制棒本身不会发生下落，而只有控制棒与分度管106一起下落的现象。这时，由于驱动活塞108起到子阻尼器的作用。可限制下落速度，所以也就不需设置控制棒速度限制部件。

根据本发明，可以减少拉拔驱动管线，由于用很细的配管也可设置套爪活塞操作用管线并满足CRD功能需求，所以减少了配管占用空用和配管制作安装费用，也缩短了工期。

由此可不设置控制棒速度限制部件，所以可使应堆压力容器变短、反应堆所需建筑高度降低，同时可降低工厂建设费用、大大缩短工期。

Claims (2)

1、一种控制棒驱动装置，其由固定在反应堆压力容器底壁的控制棒驱动机构外壳、和收容在该控制棒驱动机构外壳内、由下部的法兰盘固定的控制棒驱动机构本体构成，该控制棒驱动机构本体具有：

缸筒；

配置在该缸筒内侧且上端与控制棒相连、可上下移动的分度管；

在该分度管下端形成的大直径的驱动活塞；

设置在上述分度管内周侧、将该分度管沿上下方向引导的活塞管；

与该活塞管上方相连接的止动活塞；

配置在上述缸筒上方的套爪；

设置在上述分度管的外周的圆周方向、与上述套爪相啮合的止动槽；

配置在上述分度管上端部、与控制棒的下部连接的卡口式结构的卡头；

与上述驱动活塞连通、供给将驱动活塞驱动上升的驱动水的插入孔；

与上述套爪连通、供给将设在分度管的止动槽夹持放开的水的套爪活塞操作用孔；

其特征在于，具有：

设置在上述分度管的上方，将从插入孔流入的水导入反应堆的小孔；

配置在上述止动活塞的上方、与在分度管的内面沿轴向形成的导向槽嵌合、使分度管不能在圆周方向旋转而在上下方向导向的滚子；

将上述活塞管下端沿轴向和圆周方向不可移动地固定、并与上述控制棒驱动机构外壳连接的法兰盘。

2、一种控制棒驱动装置，其由固定在反应堆压力容器底壁的控制棒驱动机构外壳、和收容在该控制棒驱动机构外壳内、由下部的法兰盘固定的控制棒驱动机构本体构成，该控制棒驱动机构本体具有：

缸筒；

配置在该缸筒内侧且上端与控制棒相连、可上下移动的分度管；

在该分度管下端形成的大直径的驱动活塞；

设置在上述分度管内周侧、将该分度管沿上下方向引导的活塞管；

与该活塞管上方相连接的止动活塞；

将上述活塞管下端沿轴向和圆周方向不可移动地固定、并与上述控制棒驱动机构外壳连接的法兰盘；

配置在上述缸筒上方的套爪；

设置在上述分度管的外周的圆周方向、与上述套爪相啮合的止动槽；

配置在上述分度管上端部、与控制棒的下部连接的卡口式结构的卡头；

与上述驱动活塞连通、供给将驱动活塞驱动上升的驱动水的插入孔；

与上述套爪连通、供给将设在分度管的止动槽夹持放开的水的套爪活塞操作用孔；

其特征在于，具有：

设在上述分度管的上方，将从插入孔流入的水导入反应堆的小孔；

设置在止动活塞的外面的导向槽、和在分度管的内面沿轴向形成的导向用凸起。

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