CN204178728U - 核电站反应堆控制棒驱动机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种核电站反应堆控制棒驱动机构，其包括耐压壳组件、钩爪组件、驱动杆组件和线圈组件，耐压壳组件包括棒行程套管和钩爪壳体；所述耐压壳组件为一体化壳体，其棒行程套管和钩爪壳体合并为一个零件整体锻制或通过对接焊缝连接；钩爪组件收容于钩爪壳体内，并从钩爪壳体的底部装拆。与现有技术相比，本实用新型核电站反应堆控制棒驱动机构的棒行程套管和钩爪壳体通过对接焊缝连接或合并为一个零件，使得耐压壳组件仅在与CRDM管座连接处有一个Ω焊缝，因此破损泄漏风险较小；同时，钩爪组件从钩爪壳体的底部装拆，具有放射性的钩爪组件吊起后仍旧收容在钩爪壳体内，不会裸露在环境中，因此对操作人员产生辐照剂量较小。

Description

核电站反应堆控制棒驱动机构

技术领域

本实用新型属于压水堆核电站设计领域，更具体地说，本实用新型涉及一种核电站反应堆控制棒驱动机构。

背景技术

控制棒驱动机构(简称CRDM)是一种安装于反应堆压力容器顶盖上的竖直方向步进式磁力提升装置。作为执行反应性控制的重要设备，它能按照指令带动控制棒组件在堆芯范围内上下运动、保持在指令高度或断电释棒时使控制棒在重力作用下插入堆芯，从而达到控制反应堆启动、功率调节以及停堆功能；同时，CRDM耐压壳作为与冷却剂接触的一回路压力边界，也是放射性包容的安全屏障。

请参阅图1，常用的控制棒驱动机构主要包括耐压壳组件10、钩爪组件12、驱动杆组件14和线圈组件16。其中，耐压壳组件10是反应堆主冷却剂系统压力边界的一部分，为保证反应堆压力边界的完整性，保证无任何冷却剂的泄漏，耐压壳组件10必须能够承受高温高压。钩爪组件12是运动执行组件，由上下两套钩爪运动副组成，其通过两套运动副的有序配合，实现控制棒驱动机构的动作。驱动杆组件14的底部与控制棒连接，外表面有环槽，环槽与钩爪组件12的钩爪配合，带动控制棒上升或下插。线圈组件16主要由三个线圈和磁轭组成，其安装于耐压壳组件10的外部。

请参阅图2至图4，现有的CRDM耐压壳组件一般由三段组成，自上而下分别为端塞20、棒行程套管22和钩爪壳体24。其中，钩爪壳体24的底部安装于压力容器顶盖的CRDM管座26上，各段之间的相互连接处均由螺纹27连接并通过Ω焊缝28密封。因此，现有CRDM耐压壳组件共有上、中、下三处Ω焊缝28。钩爪组件29安装在钩爪壳体24的内部，其自钩爪壳体24顶部装入，并支承于钩爪壳体24内部的凸台240上，钩爪组件29的下端也由辅助结构实现定位。但是，Ω焊缝28为薄壁焊缝，厚度仅为1.9～2.3mm，而上述CRDM耐压壳组件共有三处Ω焊缝28，因此破损泄漏的风险较大；国内外压水堆核电站的运行经验也表明，Ω焊缝28区域确实发生过多起破损泄漏事故。

为了降低CRDM耐压壳组件的破损泄漏风险，有人提出了一种只存在一个Ω焊缝的CRDM耐压壳组件。请参阅图5至图7，该CRDM耐压壳组件由位于上部的棒行程套管30和位于下部的钩爪壳体32组成。其中，棒行程套管30为顶端设计成盲管结构的一体件，钩爪壳体32则与CRDM管座34集成为一体件，棒行程套管30与钩爪壳体32之间通过螺纹35连接并通过Ω焊缝36密封。CRDM钩爪组件38悬挂于棒行程套管30的底部，装配时从钩爪壳体32的顶部装入；如反应堆在役阶段需要维修更换钩爪组件38，则切开Ω焊缝36，再将钩爪组件38从钩爪壳体32中吊出。上述CRDM耐压壳组件只有一个Ω焊缝36，确实能大幅减小泄露风险，但是，由于Ω焊缝36位于棒行程套管30与钩爪壳体32之间，因此拆卸钩爪组件38时，需要将钩爪组件38从钩爪壳体32中吊出，被反应堆冷却剂污染后的钩爪组件38具有放射性，吊出后裸露在环境中将难以避免地会对操作人员产生辐照伤害。

有鉴于此，确有必要提供一种Ω焊缝较少、且辐照风险较小的核电站反应堆控制棒驱动机构。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提供一种新型的核电站反应堆控制棒驱动机构，以在降低CRDM耐压壳组件破损泄漏风险的同时，减少钩爪组件装拆过程中的辐照剂量。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供了一种核电站反应堆控制棒驱动机构，其包括耐压壳组件、钩爪组件、驱动杆组件和线圈组件，其中，耐压壳组件包括棒行程套管和钩爪壳体；所述耐压壳组件为一体化壳体，其棒行程套管和钩爪壳体合并为一个零件整体锻制或通过对接焊缝连接；钩爪组件收容于钩爪壳体内，并从钩爪壳体的底部装拆。

作为本实用新型核电站反应堆控制棒驱动机构的一种改进，所述钩爪组件的下端设有限位螺母，至少两个固定螺栓自底部斜向上穿过限位螺母后旋入钩爪壳体，从而保证钩爪组件不会从耐压壳组件内脱出。

作为本实用新型核电站反应堆控制棒驱动机构的一种改进，所述钩爪组件通过其底部的限位螺母支承于压力容器顶盖的CRDM管座上。

作为本实用新型核电站反应堆控制棒驱动机构的一种改进，所述限位螺母所开设的穿孔略大于固定螺栓的直径，固定螺栓从限位螺母的穿孔中穿过后二者之间仍旧存在一定间隙；当耐压壳组件连同钩爪组件一起安装到压力容器顶盖上、限位螺母被CRDM管座压紧后，固定螺栓与限位螺母之间的间隙使固定螺栓处于松弛状态，不再受到限位螺母的接触力作用。

作为本实用新型核电站反应堆控制棒驱动机构的一种改进，所述限位螺母的底部分布有多个彼此之间留有空隙的支承台，以方便水流经空隙顺利流过。

作为本实用新型核电站反应堆控制棒驱动机构的一种改进，所述钩爪组件包括套管轴和提升磁极；套管轴的上端用螺纹连接到提升磁极中，下端用螺纹连接到限位螺母中。

作为本实用新型核电站反应堆控制棒驱动机构的一种改进，所述固定螺栓的插入方向与竖直方向呈15～75°角。

作为本实用新型核电站反应堆控制棒驱动机构的一种改进，所述棒行程套管的顶部为盲管结构。

作为本实用新型核电站反应堆控制棒驱动机构的一种改进，所述钩爪壳体的底部安装在压力容器顶盖的CRDM管座上，其通过螺纹与CRDM管座连接，并通过Ω焊缝实现密封。

与现有技术相比，本实用新型核电站反应堆控制棒驱动机构的棒行程套管和钩爪壳体合并为一个零件或通过对接焊缝连接，使得耐压壳组件仅在与CRDM管座连接处有一个Ω焊缝，因此破损泄漏风险较小；同时，钩爪组件从钩爪壳体的底部装拆，具有放射性的钩爪组件吊起后仍旧收容在钩爪壳体内，不会裸露在环境中，因此对操作人员产生辐照剂量较小。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型核电站反应堆控制棒驱动机构及其有益效果进行详细说明。

图1为核电站反应堆控制棒驱动机构的整体结构示意图。

图2为一种现有CRDM耐压壳组件的分解结构示意图。

图3为图2所示CRDM耐压壳组件与CRDM管座的组合结构示意图。

图4为钩爪组件在图3所示CRDM耐压壳组件内部的连接结构示意图。

图5为另一种现有CRDM耐压壳组件的分解结构示意图。

图6为图5所示CRDM耐压壳组件与CRDM管座的组合结构示意图。

图7为钩爪组件在图6所示CRDM耐压壳组件内部的连接结构示意图。

图8为本实用新型核电站反应堆控制棒驱动机构的耐压壳组件与CRDM管座的分解结构示意图。

图9为图8所示耐压壳组件与CRDM管座的组合结构示意图。

图10为钩爪组件在图9所示耐压壳组件内部的连接结构示意图。

图11为本实用新型核电站反应堆控制棒驱动机构的钩爪组件结构示意图。

图12为图11的部分放大图。

图13为本实用新型核电站反应堆控制棒驱动机构的限位螺母在CRDM管座上的支承状态示意图，其中，限位螺母上的固定穿孔未示出。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本实用新型，并非为了限定本实用新型。

本实用新型核电站反应堆控制棒驱动机构包括耐压壳组件、钩爪组件、驱动杆组件和线圈组件。

请参阅图8和图9，耐压壳组件为一体化壳体，其包括通过对接焊缝101连接的棒行程套管100和钩爪壳体102。棒行程套管100的顶部为盲管结构。钩爪壳体102的底部安装在压力容器顶盖的CRDM管座104上，其通过梯形螺纹106与CRDM管座104连接，并用下部Ω密封环焊接密封，形成可拆的Ω焊缝108而实现密封连接。在其他图未示的实施方式中，棒行程套管100和钩爪壳体102也可以直接合并为一个整体零件锻制。

请参阅图10至图12，钩爪组件12是运动执行组件，由上下两套钩爪运动副组成，其通过两套运动副的有序配合，实现控制棒驱动机构的动作。在反应堆控制棒驱动机构安装到CRDM管座104上之前，钩爪组件12自耐压壳组件的钩爪壳体102底部装入钩爪壳体102内；为避免钩爪组件12自钩爪壳体102内脱出，钩爪组件12的下端设有限位螺母120，三个固定螺栓122自底部斜向上穿过限位螺母120后旋入钩爪壳体102，固定螺栓122的插入方向与竖直方向呈15～75°角。限位螺母120所开设的穿孔略大于固定螺栓122的直径，因此固定螺栓122只是从限位螺母120的穿孔中穿过，但二者之间仍旧存在一定间隙，这样做的好处是：在制造、运输和安装过程中，三个固定螺栓122能够起固定钩爪组件12的作用，使钩爪组件12无法从耐压壳组件内脱出；但是当耐压壳组件连同钩爪组件12一起安装到压力容器顶盖上之后，限位螺母120即被CRDM管座104压紧，固定螺栓122与限位螺母120之间的间隙使固定螺栓122处于松弛状态，不再受到限位螺母120的接触力作用。安装好后的钩爪组件12通过其底部的限位螺母120支承于压力容器顶盖的CRDM管座104上，并在限位螺母120上方被耐压壳组件内部的凸台109压紧；钩爪组件12的上端则仅由钩爪壳体102径向定位，轴向无约束，以保证其在高温下能自由膨胀。

钩爪组件12的套管轴124是整个组件的支承轴，其上端用螺纹连接到提升磁极126中，下端用螺纹连接到限位螺母120中；套管轴124的内孔为驱动杆组件提供通道和导向。套管轴124上装配的各零件主要包括“提升电磁铁”“移动电磁铁”“固定电磁铁”三个电磁铁的铁芯组件。请参阅图13，限位螺母120的底部分布有多个彼此之间留有空隙的支承台121，以方便水流经空隙顺利流过。

驱动杆组件位于耐压壳组件的内部，主要由驱动杆、可拆接头、拆卸杆、弹簧等零件组成。驱动杆组件的下端通过可拆接头与控制棒组件相连，驱动杆从钩爪组件12的套管轴124内孔穿过；驱动杆上均布环形齿，环形齿与钩爪组件12中的两套钩爪配合，使驱动杆组件在棒行程套管100所提供的空间内上、下移动。

线圈组件套装在钩爪壳体102的外部，主要由三个电磁线圈、四个磁轭及引接线、导线管等零件组成。线圈组件的电磁线圈和磁轭与钩爪组件12对应的铁芯组件构成了三个“电磁铁”，从上到下分别是“提升电磁铁”、“移动电磁铁”和“固定电磁铁”。

通过以上描述可知，本实用新型核电站反应堆控制棒驱动机构的棒行程套管100和钩爪壳体102合并为一个零件整体锻制或是通过对接焊缝101连接，使得耐压壳组件仅在与CRDM管座104连接处有一个Ω焊缝108，因此破损泄漏风险较小；同时，钩爪组件12从钩爪壳体102的底部装拆，具有放射性的钩爪组件12吊起后仍旧收容在钩爪壳体102内，不会裸露在环境中，因此对操作人员产生辐照剂量较小。因此，与现有技术相比，本实用新型核电站反应堆控制棒驱动机构既减少了Ω焊缝的数量，降低了反应堆冷却剂泄漏的风险，又减少了钩爪组件12装拆过程中的辐照剂量。

根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。

Claims (9)

1.一种核电站反应堆控制棒驱动机构，包括耐压壳组件、钩爪组件、驱动杆组件和线圈组件，其中，耐压壳组件包括棒行程套管和钩爪壳体，其特征在于：所述耐压壳组件为一体化壳体，其棒行程套管和钩爪壳体合并为一个零件整体锻制或通过对接焊缝连接；钩爪组件收容于钩爪壳体内，并从钩爪壳体的底部装拆。

2.根据权利要求1所述的核电站反应堆控制棒驱动机构，其特征在于：所述钩爪组件的下端设有限位螺母，至少两个固定螺栓自底部斜向上穿过限位螺母后旋入钩爪壳体，从而保证钩爪组件不会从耐压壳组件内脱出。

3.根据权利要求2所述的核电站反应堆控制棒驱动机构，其特征在于：所述钩爪组件通过其底部的限位螺母支承于压力容器顶盖的CRDM管座上。

4.根据权利要求3所述的核电站反应堆控制棒驱动机构，其特征在于：所述限位螺母所开设的穿孔略大于固定螺栓的直径，固定螺栓从限位螺母的穿孔中穿过后二者之间仍旧存在一定间隙；当耐压壳组件连同钩爪组件一起安装到压力容器顶盖上、限位螺母被CRDM管座压紧后，固定螺栓与限位螺母之间的间隙使固定螺栓处于松弛状态，不再受到限位螺母的接触力作用。

5.根据权利要求3所述的核电站反应堆控制棒驱动机构，其特征在于：所述限位螺母的底部分布有多个彼此之间留有空隙的支承台，以方便水流经空隙顺利流过。

6.根据权利要求2所述的核电站反应堆控制棒驱动机构，其特征在于：所述钩爪组件包括套管轴和提升磁极；套管轴的上端用螺纹连接到提升磁极中，下端用螺纹连接到限位螺母中。

7.根据权利要求2所述的核电站反应堆控制棒驱动机构，其特征在于：所述固定螺栓的插入方向与竖直方向呈15～75°角。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的核电站反应堆控制棒驱动机构，其特征在于：所述棒行程套管的顶部为盲管结构。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的核电站反应堆控制棒驱动机构，其特征在于：所述钩爪壳体的底部安装在压力容器顶盖的CRDM管座上，其通过螺纹与CRDM管座连接，并通过Ω焊缝实现密封。