CN209199613U - 一种棒位探测器线圈组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种棒位探测器线圈组件，包括线圈骨架及绕制在线圈骨架上的次级线圈，所述次级线圈为多组，各组次级线圈均通过一根绕线绕制而成。本线圈组件可靠性高。

Description

一种棒位探测器线圈组件

技术领域

本实用新型涉及核反应堆用棒位探测器组件技术领域，特别是涉及一种棒位探测器线圈组件。

背景技术

反应堆是核电站的核心部分，而安装在反应堆压力壳顶盖上的CRDM可以提升、下插或保持控制棒在堆芯中的位置，用以控制反应堆内的裂变速率，实现启动、停止反应堆及堆功率的调节；在事故工况下CRDM还可快速下插控制棒(快速落棒)，使反应堆在短时间内紧急停堆，以保证安全。这些功能的实现离不开CRDM棒位探测器组件。因控制棒在高温高压的压力壳内运动其具体位置，就得靠棒位探测器组件来检测。棒位探测器组件安装在控制棒行程套管承压壳的外面，利用电磁感应原理探测控制棒在堆芯中的实际位置，以便位置信息反馈和位置显示。棒位探测器组件中的棒位探测器线圈总长一般设置为近四米，通常有初级线圈1个，次级线圈31个，补偿线圈2个。补偿线圈结构与次级线圈结构相同，配置在棒位探测器线圈的两端，用于补偿感应电动势的端部效应。31个次级线圈一般分为A(16个)、B(8个)、C(4个)、D(2个)、E(1个)五个组，运行时各组线圈的输出信号组成格雷码，用以判断控制棒在堆芯的具体位置。棒位探测器线圈的原理图如图8所示。

棒位探测器线圈组件涉及到反应堆的平稳、安全运行且需在高温环境中持续工作，所以要求棒位探测器线圈组件必须具有安全、可靠、工作温度高、绝缘性能好、耐辐照等特点。进一步优化棒位探测器线圈组件的结构设计，以提高棒位探测器线圈组件使用过程中的可靠性，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。

实用新型内容

针对上述提出的进一步优化棒位探测器线圈组件的结构设计，以提高棒位探测器线圈组件使用过程中的可靠性，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。本实用新型提供了一种棒位探测器线圈组件，本线圈组件可靠性高。

本方案的技术手段如下，一种棒位探测器线圈组件，包括线圈骨架及绕制在线圈骨架上的次级线圈，所述次级线圈为多组，各组次级线圈均通过一根绕线绕制而成。

目前采用的棒位探测器线圈组件次级线圈一般包括五组线圈，其中，各组线圈在使用时均输出一路输出信号，五路输出信号组成格雷码用于判定棒位，各组线圈中，部分线圈组包括多个线圈。已有的棒位探测器线圈组件多为几段拼接而成，相对应的结构及制造工艺为：

整个线圈组件分5段单体，且各段单体分别绕线；

各段单体分段浸漆和固化；

将5段单体套装到内筒体上；

各单体之间进行焊接连线，对接头进行绝缘处理；

焊接引接线并处理接头；

绑扎固定。

这样的制造工艺或结构设计造成了棒位探测器线圈组件接头多，容易出现错接线、接头焊接时的高温引起铜芯线脆化易断、接头的绝缘处理存在不良或不可靠等问题。棒位探测器线圈组件在运行期间，在高温、辐照和震动的长期影响下，连接点还会出现绝缘电阻下降、接触电阻变大甚至连接点断开等情况，每个连接点都是潜在的故障隐患。故现有技术中的线圈组件结构设计使得当前的棒位探测器线圈组件故障率高、寿命短、整体强度低。

本方案针对CRDM棒位探测器线圈组件的现状，本方案对棒位探测器线圈组件的结构进行优化，可有效提高线圈组件的使用寿命、性能和可靠性：通过设置为各组次级线圈均通过一根绕线绕制而成，可有效减小线圈组件上线接头的数量，从而避免在制造线圈绕组时出现接线头连接出错、使用过程中连接点出现绝缘电阻下降、接触电阻变大甚至连接点断开等情况。达到提高线圈组件使用可靠性的目的。

即本方案中，若次级线圈包括五组，则采用五根绕线分别在线圈骨架上绕制一组线圈即得到五组次级线圈。即所述的通过一根绕线绕制而成即为通过一根完整的绕线绕制而成，中间无接头。

更进一步的技术方案为：

作为一种一体化方案，同时亦具有减少线接头数量以提高性能和可靠性的技术方案，还包括绕制在线圈骨架上的初级线圈及两个补偿线圈，初级线圈通过一根绕线绕制而成，两个补偿线圈通过同一根绕线绕制而成。在具体实施时，完成次级线圈绕制和补偿线圈绕制后，在次级线圈的外侧绕制初级线圈即可，且初级线圈覆盖全部次级线圈和补偿线圈。

作为一种可提高线圈组件绝缘性能、整体强度以进一步提高线圈组件使用寿命和可靠性的技术方案，还包括包裹于初级线圈及填充到棒位探测器线圈内部空隙的浸漆固化层。

作为线圈骨架的具体实现方式，所述线圈骨架为多段拼接式筒体：线圈骨架由多根筒体单体拼接而成；

所述拼接而成通过以下任意一种方式实现：

相连的两筒体单体中，其中一个筒体的端部设置内螺纹，另一个筒体的端部设置外螺纹，通过所述内螺纹与外螺纹螺纹连接；

相连的两筒体单体通过榫头相互配合后，通过销钉固定连接。采用本方案，各筒体单体的成型及拼接可在绕制绕线之前进行，可避免如采用焊接连接所引入的焊接热为线圈组件带来不利因素或不稳定因素，同时完成连接后亦可不影响与内筒体和外筒体的配合。

为使得次级线圈中各个线圈能够被稳定约束在线圈骨架轴向方向的特定位置，同时使得次级线圈以内嵌安装的形式得到线圈骨架的保护，设置为：所述线圈骨架的外侧上还设置有多个环形的绕线槽，各组次级线圈包括的各个线圈均绕制于绕线槽中。

为方便铺设和保护线圈之间的连线，设置为：还包括沿着线圈骨架轴向方向设置的走线槽，所述走线槽作为绕线槽之间的连通槽。采用本方案，所述走线槽即为导线在线圈骨架轴向方向上的铺设槽。

作为线圈骨架的具体设置方式，设置为：所述线圈骨架为聚二苯醚玻璃漆管或高强度环氧玻璃布筒。所述聚二苯醚玻璃漆管也被称之为二苯醚玻璃纤维管，此类型的线圈骨架不仅易于获得，同时强度高、耐辐照、耐高温。

还包括设置于线圈骨架内侧的内筒体，所述内筒体与线圈骨架之间还设置有防转机构，所述防转机构用于避免内筒体与线圈骨架相对转动，且防转机构不约束线圈骨架的轴向运动。由于棒位探测器在使用时，线圈组件的外侧还具有外筒体，考虑到不同筒体之间热膨胀系数不同，采用以上方案，可通过将线圈骨架的上侧通过弹性件压持的方式使得线圈骨架被压持在下端头上，从而使得内筒体与外筒体上的变形不会产生对线圈骨架以及其上的线圈产生影响，达到优化棒位探测器受力的目的。

作为防转机构的具体实现方式，所述内筒体的下端还焊接有下端头，所述防转机构为相互配合的卡槽和凸起，卡槽和凸起两者中，其中一者设置在下端头的上端，另一者设置在线圈骨架的下端。作为本领域技术人员，在线圈骨架下端设置卡槽时，所述卡槽的嵌入端朝下，在下端头上设置相应嵌入端朝上的凸起即可；在线圈骨架下端设置凸起时，所述凸起的嵌入端朝下，在下端头上设置相应嵌入端朝上的卡槽即可。

本实用新型具有以下有益效果：

本方案对棒位探测器线圈组件的结构进行优化，可有效提高线圈组件的使用寿命、性能和可靠性：通过设置为各组次级线圈均通过一根绕线绕制而成，可有效减小线圈组件上线接头的数量，从而避免在制造线圈绕组时出现接线头连接出错、使用过程中连接点出现绝缘电阻下降、接触电阻变大甚至连接点断开等情况。达到提高线圈组件使用可靠性的目的。

附图说明

图1是本实用新型所述的一种棒位探测器线圈组件一个具体实施例的立体结构示意图；

图2是本实用新型所述的一种棒位探测器线圈组件一个具体实施例的局部剖视图，该剖视图反映线圈骨架通过螺纹连接拼接；

图3是本实用新型所述的一种棒位探测器线圈组件一个具体实施例的局部立体结构示意图，该示意图反映线圈骨架通过榫头与销钉拼接；

图4是本实用新型所述的一种棒位探测器线圈组件一个具体实施例中，筒体单体的结构立体图，该筒体单体端部设置螺纹；

图5是本实用新型所述的一种棒位探测器线圈组件一个具体实施例中，筒体单体的结构立体图，该筒体单体端部设置榫头和销钉孔；

图6是下端头一个具体实施例的结构示意图；

图7是本实用新型所述的一种棒位探测器线圈组件一个具体实施例中，线圈骨架的剖视图；

图8是现有技术中棒位探测器线圈的原理图。

图中的附图标记分别为：1、线圈骨架，2、次级线圈，3、补偿线圈，4、绕线槽，5、走线槽，6、榫头，7、下端头。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但是本实用新型的结构不仅限于以下实施例。

实施例1：

如图1至图7所示，一种棒位探测器线圈组件，包括线圈骨架1及绕制在线圈骨架1上的次级线圈2，所述次级线圈2为多组，各组次级线圈2均通过一根绕线绕制而成。

目前采用的棒位探测器线圈组件次级线圈2一般包括五组线圈，其中，各组线圈在使用时均输出一路输出信号，五路输出信号组成格雷码用于判定棒位，各组线圈中，部分线圈组包括多个线圈。已有的棒位探测器线圈组件多为几段拼接而成，相对应的结构及制造工艺为：

整个线圈组件分5段单体，且各段单体分别绕线；

各段单体分段浸漆和固化；

将5段单体套装到内筒体上；

各单体之间进行焊接连线，对接头进行绝缘处理；

焊接引接线并处理接头；

绑扎固定。

这样的制造工艺或结构设计造成了棒位探测器线圈组件接头多，容易出现错接线、接头焊接时的高温引起铜芯线脆化易断、接头的绝缘处理存在不良或不可靠等问题。棒位探测器线圈组件在运行期间，在高温、辐照和震动的长期影响下，连接点还会出现绝缘电阻下降、接触电阻变大甚至连接点断开等情况，每个连接点都是潜在的故障隐患。故现有技术中的线圈组件结构设计使得当前的棒位探测器线圈组件故障率高、寿命短、整体强度低。

本方案针对CRDM棒位探测器线圈组件的现状，本方案对棒位探测器线圈组件的结构进行优化，可有效提高线圈组件的使用寿命、性能和可靠性：通过设置为各组次级线圈2均通过一根绕线绕制而成，可有效减小线圈组件上线接头的数量，从而避免在制造线圈绕组时出现接线头连接出错、使用过程中连接点出现绝缘电阻下降、接触电阻变大甚至连接点断开等情况。达到提高线圈组件使用可靠性的目的。

即本方案中，若次级线圈2包括五组，则采用五根绕线分别在线圈骨架1上绕制一组线圈即得到五组次级线圈2。

实施例2：

如图1至图7所示，本实施例在实施例1的基础上作进一步限定：作为一种一体化方案，同时亦具有减少线接头数量以提高性能和可靠性的技术方案，还包括绕制在线圈骨架1上的初级线圈及两个补偿线圈3，初级线圈通过一根绕线绕制而成，两个补偿线圈通过同一根绕线绕制而成。在具体实施时，完成次级线圈2绕制和补偿线圈3绕制后，在次级线圈2的外侧绕制初级线圈即可，且初级线圈覆盖全部次级线圈2和补偿线圈3。以上两个补偿线圈通过同一根绕线绕制而成即为采用一根绕线完成两个补偿线圈绕制，且中间无接头。

作为一种可提高线圈组件绝缘性能、整体强度以进一步提高线圈组件使用寿命和可靠性的技术方案，还包括包裹于初级线圈及填充到棒位探测器线圈内部空隙的浸漆固化层。

作为线圈骨架1的具体实现方式，所述线圈骨架1为多段拼接式筒体：线圈骨架1由多根筒体单体拼接而成；

所述拼接而成通过以下任意一种方式实现：

相连的两筒体单体中，其中一个筒体的端部设置内螺纹，另一个筒体的端部设置外螺纹，通过所述内螺纹与外螺纹螺纹连接；

相连的两筒体单体通过榫头6相互配合后，通过销钉固定连接。采用本方案，各筒体单体的成型及拼接可在绕制绕线之前进行，可避免如采用焊接连接所引入的焊接热为线圈组件带来不利因素或不稳定因素，同时完成连接后亦可不影响与内筒体和外筒体的配合。

为使得次级线圈2中各个线圈能够被稳定约束在线圈骨架1轴向方向的特定位置，同时使得次级线圈2以内嵌安装的形式得到线圈骨架1的保护，设置为：所述线圈骨架1的外侧上还设置有多个环形的绕线槽4，各组次级线圈2包括的各个线圈均绕制于绕线槽4中。优选的，补偿线圈亦绕制在绕线槽4中。

为方便铺设和保护线圈之间的连线，设置为：还包括沿着线圈骨架1轴向方向设置的走线槽5，所述走线槽5作为绕线槽4之间的连通槽。采用本方案，所述走线槽5即为导线在线圈骨架1轴向方向上的铺设槽。

作为线圈骨架1的具体设置方式，设置为：所述线圈骨架1为聚二苯醚玻璃漆管或高强度环氧玻璃布筒。所述聚二苯醚玻璃漆管也被称之为二苯醚玻璃纤维管，此类型的线圈骨架1不仅易于获得，同时强度高、耐辐照、耐高温。

还包括设置于线圈骨架内侧的内筒体，所述内筒体与线圈骨架之间还设置有防转机构，所述防转机构用于避免内筒体与线圈骨架相对转动，且防转机构不约束线圈骨架的轴向运动。由于棒位探测器在使用时，线圈组件的外侧还具有外筒体，考虑到不同筒体之间热膨胀系数不同，采用以上方案，可通过将线圈骨架的上侧通过弹性件压持的方式使得线圈骨架被压持在下端头上，从而使得内筒体与外筒体上的变形不会产生对线圈骨架以及其上的线圈产生影响，达到优化棒位探测器受力的目的。

作为防转机构的具体实现方式，所述内筒体的下端还焊接有下端头，所述防转机构为相互配合的卡槽和凸起，卡槽和凸起两者中，其中一者设置在下端头的上端，另一者设置在线圈骨架的下端。作为本领域技术人员，在线圈骨架下端设置卡槽时，所述卡槽的嵌入端朝下，在下端头上设置相应嵌入端朝上的凸起即可；在线圈骨架下端设置凸起时，所述凸起的嵌入端朝下，在下端头上设置相应嵌入端朝上的卡槽即可。

实施例3：

如图1至图7所示，本实施例提供一种具体的棒位探测器线圈组件实现方式：棒位探测器线圈组件总长3901mm，次级线圈2数量为31个，分为五组，A组16个、B组8个、C组4个、D组2个、E组1个。初级线圈1个，补偿线圈2个。补偿线圈3结构与次级线圈2结构相同，配置在棒位探测器线圈的两端。

先在线圈骨架1绕线槽4内绕次级线圈2和补偿线圈3，绝缘处理后再绕制初级线圈，初级线圈覆盖全部的次级线圈2和补偿线圈3。

整体绕制、浸漆、固化的棒位探测器线圈组件的骨架材料，采用聚二苯醚玻璃漆管(也称：二苯醚玻璃纤维管)或高强度环氧玻璃布筒等强度高、耐辐照、耐高温材料。但当前市场上能够采购到的这类绝缘材料，如聚二苯醚玻璃漆管，单支最大长度不到1米(约950mm)。现棒位探测器线圈骨架1长3901mm(包括防转机构，不采取防转措施时为3891mm)，需要5段聚二苯醚玻璃漆管构成一条线圈骨架1。为了将线圈骨架1组装成牢固的整体并防止各段骨架间相对运动，本实施例是在各段骨架端部加工出紧密的结合榫头6并配合销钉，使各段骨架通过结合榫紧密拼接成一体；另一方案是在各段骨架的连接部位车削出连接螺纹，通过螺纹将5段管联接起来。

现有技术不同的是，棒位探测器线圈组件首先将5段棒位探测器线圈的线圈骨架1用螺纹或榫头6加销钉的方法装配成牢固的整体，再在整体骨架上进行次级线圈2和补偿线圈3绕线，这样就能做到同组线圈一根线绕完，中间无接头；然后在次级线圈2外面沿着线圈骨架1绕制初级线圈，初级线圈覆盖全部次级线圈2和补偿线圈3；最后整体浸漆和整体固化，这样就消除了次级线圈2中间接头引起的故障隐患，提高了棒位探测器线圈组件的可靠性、绝缘性能、整体强度，延长了棒位探测器线圈使用寿命。

设置防转机构，防止整体骨架在震动作用下绕内筒体转动，在下端头7和棒位骨架间增加防转机构。

为了保持线圈绕制时整体骨架的强度，绕线时需将整体骨架安装到芯轴上，再将芯轴装夹到专用的数控绕线机上，这样可以稳定地进行线圈的整体绕制。

原来棒位探测器次级线圈2一般分5段绕制，线圈接头多，接头处容易出现断线、绝缘下降、电阻变大等问题，故障率高。新型棒位探测器线圈在整体骨架上绕线，按A、B、C、D、E各组次级线圈、补偿线圈3分组绕制，同一组线圈一根线绕完，中间无接头；然后在次级线圈2外面沿着线圈骨架1绕制初级线圈，也是用一根线绕完，中间无接头，且初级线圈覆盖全部次级线圈2和补偿线圈3。

在棒位探测器线圈整体绕制，焊接引接线、焊头处理、包扎、固定、外部绝缘等工作全部完成后再进行棒位探测器线圈组件的整体浸漆固化，而不像之前那样各段浸漆固化后再拼装、接线、包扎，浸渍漆渗入所有线圈组件的缝隙，填充充分，完工产品的耐潮湿、绝缘、抗震性能和整体强度得以提高。

另一可选方案：首先将内筒体和下端头7焊接在一起，将整体棒位探测器线圈套装在内筒体上；骨架下端与下端头7齿合；将装配成一体的棒位探测器线圈、内筒体、下端头7一起整体浸漆固化。这样线圈、骨架、内筒体和下端头7固化结合成一体，强度更高，可有效防止各段骨架间的松动。

这样将整体的线圈组件进行浸漆，并整体进行烘干固化。这样可使次组件的可靠性得以大幅提高。

本实施例相较于现有技术，原CRDM棒位探测器线圈分段绕制，线圈接头多，故障率高。新型线圈在整体骨架上按A、B、C、D、E各组次级线圈、补偿线圈3、初级线圈分组绕制，同一组线圈一根线绕完，中间无接头，故障减少，平均无故障时间延长，可靠性得以大幅提高，将极大地减少CRDM的维修、维护费用；

线圈骨架1经过合理的加工、装配形成牢固的整体骨架，整体强度提高，避免了各段骨架间相对运动而造成的线圈绝缘损坏；

线圈焊接引接线、焊头处理、包扎、固定完成后再进行整体浸漆固化，而不像之前那样各段浸漆固化后再接线，耐潮湿、绝缘、抗震性能和整体强度得以提高。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在对应实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种棒位探测器线圈组件，包括线圈骨架及绕制在线圈骨架上的次级线圈，所述次级线圈为多组，其特征在于，各组次级线圈均通过一根绕线绕制而成；

所述线圈骨架为多段拼接式筒体：线圈骨架由多根筒体单体拼接而成；

所述拼接而成通过以下任意一种方式实现：

相连的两筒体单体中，其中一个筒体的端部设置内螺纹，另一个筒体的端部设置外螺纹，通过所述内螺纹与外螺纹螺纹连接；

相连的两筒体单体通过榫头相互配合后，通过销钉固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种棒位探测器线圈组件，其特征在于，还包括绕制在线圈骨架上的初级线圈及两个补偿线圈，初级线圈通过一根绕线绕制而成，两个补偿线圈通过同一根绕线绕制而成。

3.根据权利要求2所述的一种棒位探测器线圈组件，其特征在于，还包括包裹于初级线圈及填充到棒位探测器线圈内部空隙的浸漆固化层。

4.根据权利要求1所述的一种棒位探测器线圈组件，其特征在于，所述线圈骨架的外侧上还设置有多个环形的绕线槽，各组次级线圈包括的各个线圈均绕制于绕线槽中。

5.根据权利要求4所述的一种棒位探测器线圈组件，其特征在于，还包括沿着线圈骨架轴向方向设置的走线槽，所述走线槽作为绕线槽之间的连通槽。

6.根据权利要求1所述的一种棒位探测器线圈组件，其特征在于，所述线圈骨架为聚二苯醚玻璃漆管或高强度环氧玻璃布筒。

7.根据权利要求1所述的一种棒位探测器线圈组件，其特征在于，还包括设置于线圈骨架内侧的内筒体，所述内筒体与线圈骨架之间还设置有防转机构，所述防转机构用于避免内筒体与线圈骨架相对转动，且防转机构不约束线圈骨架的轴向运动。

8.根据权利要求7所述的一种棒位探测器线圈组件，其特征在于，所述内筒体的下端还焊接有下端头，所述防转机构为相互配合的卡槽和凸起，卡槽和凸起两者中，其中一者设置在下端头的上端，另一者设置在线圈骨架的下端。