CN212303089U - 一种核反应堆控制棒高精度驱动装置 - Google Patents

Abstract

一种核反应堆控制棒高精度驱动装置，其特征在于：滚珠丝杆副的丝杆两端通过轴承安装在底座两侧的支柱上，丝杆的左端通过联轴器与电机的输出轴相连，滚珠丝杆副的螺母顶部固定安装有电磁吸合机构；所述的支柱的顶部还安装有不锈钢制成的直线滑轨，电磁吸合机构与直线滑轨的磁性滑块相对，磁性滑块的右端与钢绳的首端相连，钢绳的末端绕过定滑轮后与核反应堆的控制棒相连；所述的电机和电磁吸合机构均与核反应堆的控制及检测装置电连接。该驱动装置能对核反应堆输出功率进行高精度、低时滞的控制和调节；并能可靠的实现事故紧急停堆，且其结构简单，加工和装配精度低，可靠性高；提高了核反应堆的运行效率，保证核反应堆的运行安全。

Description

一种核反应堆控制棒高精度驱动装置

技术领域

本实用新型涉及核反应堆控制棒的驱动装置。

背景技术

核反应堆是使原子核裂变的链式反应能够有控制地持续进行的装置。改变反应堆内的中子数，就可以改变核反应的剧烈程度，从而改变反应堆功率。控制棒是由强烈吸收中子的材料制成。它布置在堆芯内，并穿插在燃料组件中。通过控制棒的提升和下插可以改变其对中子的吸收数量和速度，进而有效的控制反应堆反应速度：当反应堆反应强烈时，将控制棒插入更深，使被吸收的中子增多，链式反应减慢，反应堆功率降低；当控制棒完全插入时，即可阻止裂变链式反应的进行，使反应堆停堆；反之，将控制棒向上提升，反应速度将增加，反应堆功率增大。总之，核反应堆控制棒驱动装置是核反应堆控制系统和保护系统的执行机构，通过它实现对控制棒的精确提升、下插、保持及快速落棒，完成反应堆的启动、调节功率、维持功率、正常停堆和事故紧急停堆；其精准、平稳和可靠性，直接影响到反应堆的输出功率精确匹配与安全运行。

现有的核反应堆控制棒驱动装置，主要有磁力提升式控制棒驱动装置，其主要构成是：传动轴的下端与控制棒相连、传动轴上轴向分布有提升、传递、保持三个电磁线圈及衔铁，传递钩爪和保持钩爪分别与传递衔铁、保持衔铁连接，传递钩爪和保持钩爪均与传动轴上的槽纹配合。

其工作过程为：

保持状态，保持线圈通电，保持衔铁带动保持钩爪伸入沟槽，使传动轴保持固定的位置；提升和传递线圈断电，传递钩爪松开。

提升动作，传递电磁线圈得电，传递钩爪伸入沟槽，抱住传动轴；保持电磁线圈断电，保持钩爪松开；提升线圈得电，提升衔铁吸引传递衔铁上升、带动传递钩爪及传动轴向上提升一个步距(10mm左右)；完成一次提升动作；随后保持线圈通电，保持钩爪伸入沟槽，使传动轴保持固定的位置；提升和传递线圈断电，传递钩爪随传递衔铁回落至初始位置，控制棒恢复保持状态。

下降动作，提升电磁线圈通电，提升衔铁吸引传递磁铁带动传递钩爪上升一个步距(10mm左右)，随后传递电磁线圈通电，传递钩爪伸入传动轴的沟槽中，抱住传动轴；随即保持电磁线圈断电，保持钩爪松开；然后，提升电磁线圈断电，提升衔铁不再对传递衔铁有吸力，传递衔铁、传递钩爪及其抱住的传动轴在重力作用下下降一个步距(10mm左右)，完成一次下降动作；随后保持线圈通电，保持钩爪伸入沟槽，使传动轴保持固定的位置；传递线圈断电，传递钩爪松开，控制棒恢复保持状态。

紧急停堆，保持、传递、提升三个电磁线圈同时断电，保持钩爪及传递钩爪均松开；传动轴及控制棒在重力作用下，迅速下落至最低位置，吸收掉核反应堆中所有的中子，以阻止裂变链式反应的进行，从而实现紧急停堆。

该种磁力提升式控制棒驱动装置存在以下缺点：1、每种动作皆需要三组电磁线圈及磁铁、两组钩爪在时空上精确配合、不断切换；其控制方法繁琐、难度大，同时其结构复杂，配件加工和装配精度要求非常高。2、每次提升和下降的时间由磁铁吸引提升时间、钩爪动作时间确定，几乎不可调，动作时间固定、动作时间难以低于2s，时滞长，难以根据核反应堆的实际情况作出及时调整。3、每次提升和下降皆为一个步距(10mm)的阶跃有级调节，其调节精度低，不能够满足核反应堆功率的精确调节。4、传动轴和控制棒做冲击式阶跃移动，钩爪机构与传动轴上的槽纹磨损大、可靠性差。钩爪、槽纹磨损或者异物进入，均可能导致钩爪不能够有效动作，甚至引起紧急停堆时，控制棒无法快速落棒，导致无法紧急停堆，存在严重的安全隐患。5、驱动装置运行时，电磁线圈反复通电会产生电阻热，同时整个驱动装置紧邻核反应堆，核反应堆的一回路高温水的热辐射，进一步加大了电磁线圈温升，使得电磁线圈的绝缘性能变差，也使得驱动装置的可靠性差、寿命短。

实用新型内容

本实用新型的发明目的是提供一种核反应堆控制棒高精度驱动装置，该驱动装置能对核反应堆输出功率进行高精度、低时滞的控制和调节；并能可靠的实现事故紧急停堆，且其结构简单，加工和装配精度低，可靠性高；提高了核反应堆的运行效率，保证核反应堆的运行安全。

本实用新型实现其发明目的所采用的技术方案是，一种核反应堆控制棒高精度驱动装置，其特征在于：滚珠丝杆副的丝杆两端通过轴承座安装在底座上，丝杆的左端通过联轴器与电机的输出轴相连，滚珠丝杆副的螺母顶部固定安装有电磁吸合机构；所述的底座两侧设有支柱，两侧的支柱的顶部连接有不锈钢制成的直线滑轨，电磁吸合机构与直线滑轨的磁性滑块相对，磁性滑块的右端与钢绳的首端相连，钢绳的末端穿过右侧的支柱，再绕过定滑轮与核反应堆的控制棒相连；所述的电机和电磁吸合机构均与核反应堆的控制及检测装置电连接。

本实用新型的工作过程和原理是：

保持状态，控制及检测装置根据实时测出到的核反应堆的输出功率、负载、一回路水温、控制棒的位置等，得出控制棒的目标位置，如控制棒的目标位置与当前位置一致；则控制及检测装置输出保持指令，控制电机停止转动，电磁吸合机构保持带电并吸住磁性滑块，进而丝杆、螺母、电磁吸合机构磁性滑块、钢绳均保持不动，控制棒保持固定在当前位置；核反应堆的输出功率不变。

提升状态，如控制及检测装置得出控制棒的目标位置高于当前位置；则控制及检测装置根据目标位置与当前位置的距离，输出相应速度的提升指令，控制电机以指定的速度正向转动，电磁吸合机构保持带电并吸住磁性滑块，电机驱动丝杆转动，带动螺母、电磁吸合机构向左移动，进而使磁性滑块沿直线滑轨向左滑动，牵引钢绳以指定的速度进行提升移动，使得控制棒以指定的速度提升至目标位置；完成提升动作；核反应堆的输出功率迅速调节增大至目标值，提升状态结束。

下降状态，如控制及检测装置得出控制棒的目标位置低于当前位置；则控制及检测装置根据目标位置与当前位置的距离，输出相应速度的下降指令，控制电机以指定的速度反向转动，电磁吸合机构保持带电并吸住磁性滑块，电机驱动丝杆转动，带动螺母、电磁吸合机构向右移动，进而使磁性滑块沿直线滑轨向右滑动，牵引钢绳以指定的速度进行下降移动，使得控制棒以指定的速度提升至目标位置；完成下降动作；核反应堆的输出功率迅速调节减小至目标值，下降状态结束。

紧急停堆，控制及检测装置根据测出的信号，判断出核反应堆发生故障，需要紧急停堆，立即发出停堆指令，控制电磁吸合机构断电，甚至遇到地震等意外事故导致断电(此时控制及检测装置已无法工作)的时候，电磁吸合机构同样断电；磁性滑块与电磁吸合机构脱离；磁性滑块及其连接的钢绳、控制棒在重力的作用下，迅速下落至核反应堆最深处，核反应堆的输出功率迅速降为零，完成紧急停堆动作，可靠避免核反应堆事故的发生。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

一、只需控制电机的转速与转向，即可由滚珠丝杆副驱动控制棒完成提升、下降与保持的核心动作；且滚珠丝杆副螺母的移动速度与电机的转速成简单的线性关系，其控制方法极其简便。传动部件为成熟通用的滚珠丝杆副，电磁吸合机构和钢绳，其结构简单，配件加工和装配精度要求低。

二、本实用新型可以根据当前位置与目标位置的不同距离，由电机输出不同速度的正、反向转动，提升、下降速度灵活可调，从而实现对核反应堆输出功率的响应时间低于1s的低时滞及时调整。

三、电机的驱动的滚珠丝杆副的移动距离为无级、连续可调，精度可达1mm，较之现有技术的10mm调节精度，其调节精度高，能够实现对核反应堆输出功率的高精准调节。

四、滚珠丝杆副的螺母与丝杆间为滚动摩擦，其滚动面平滑、磨损小，可靠性高。控制棒通过钢绳与电磁吸合机构相连，电机、电磁吸合机构远离核反应堆的一回路高温水的热辐射，避免了电机、电磁吸合机构的热损伤；也提高了驱动装置的可靠性。从而大幅减少了驱动装置的维修频率，减少了因驱动装置维修导致的核反应堆停堆，提高了核反应堆的经济效益和社会效益。

五、控制及检测装置控制电磁吸合机构断电，或者灾害导致断电，即使控制及检测装置已无法工作，电磁吸合机构同样断电；电磁吸合机构与磁性滑块脱离；需要发生紧急下降动作的仅仅是磁性滑块及其连接的钢绳、控制棒。磁性滑块及其连接的钢绳、控制棒是在重力的作用下，只需克服磁性滑块与直线滑轨的滚动摩擦，几乎以自由落体的速度迅速下落至核反应堆最深处，完成紧急停堆；更加可靠的保证了核反应堆的安全。

进一步，本实用新型的联轴器与电机的输出轴之间还设有减速器。

这样，可进一步提高电机的输出扭矩和转动精度；更好的实现了对控制棒的高精度、高可靠控制。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图。

具体实施方式

实施例

图1示出，本实用新型的一种具体实施方式是，一种核反应堆控制棒高精度驱动装置，其特征在于：滚珠丝杆副的丝杆1a两端通过轴承座10安装在底座2上，丝杆1a的左端通过联轴器9与电机3的输出轴相连，滚珠丝杆副的螺母1b顶部固定安装有电磁吸合机构4；所述的底座2两侧设有支柱2a，两侧的支柱2a的顶部连接有不锈钢制成的直线滑轨5，电磁吸合机构4与直线滑轨5的磁性滑块6相对，磁性滑块6的右端与钢绳7的首端相连，钢绳7的末端穿过右侧的支柱2a，再绕过定滑轮8与核反应堆的控制棒相连；所述的电机 3和电磁吸合机构4均与核反应堆的控制及检测装置电连接。

本例的联轴器与电机3的输出轴之间还设有减速器11。

Claims (2)

1.一种核反应堆控制棒高精度驱动装置，其特征在于：滚珠丝杆副的丝杆(1a)两端通过轴承座(10)安装在底座(2)上，丝杆(1a)的左端通过联轴器(9)与电机(3)的输出轴相连，滚珠丝杆副的螺母(1b)顶部固定安装有电磁吸合机构(4)；所述的底座(2)两侧设有支柱(2a)，两侧的支柱(2a)的顶部连接有不锈钢制成的直线滑轨(5)，电磁吸合机构(4)与直线滑轨(5)的磁性滑块(6)相对，磁性滑块(6)的右端与钢绳(7)的首端相连，钢绳(7)的末端穿过右侧的支柱(2a)，再绕过定滑轮(8)与核反应堆的控制棒相连；所述的电机(3)和电磁吸合机构(4)均与核反应堆的控制及检测装置电连接。

2.根据权利要求1所述的核反应堆控制棒高精度驱动装置，其特征在于：所述的联轴器(9)与电机(3)的输出轴之间还设有减速器(11)。

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