RU2244965C2

RU2244965C2 - Actuating mechanism of nuclear reactor control and protection system

Info

Publication number: RU2244965C2
Application number: RU2003113497/06A
Authority: RU
Inventors: Б.Н. Мартынов (RU); Б.Н. Мартынов; В.М. Руденко (RU); В.М. Руденко; ров Б.Н. Скл (RU); Б.Н. Скляров; В.Г. Татур (RU); В.Г. Татур
Original assignee: Открытое акционерное общество "ГОЗ Обуховский завод"
Priority date: 2003-05-07
Filing date: 2003-05-07
Publication date: 2005-01-20

Abstract

FIELD: nuclear reactor building engineering.

SUBSTANCE: proposed actuating mechanism that can be used in pressurized-tube reactors with cable or band coupling between actuator and reactor control and protection system rod has actuator incorporating electric motor, power reduction gear, band-carrying drum, additional braking device, electromagnetic clutch, and hydraulic braking device. The latter is made as separate device in the form of hydraulic buffer disposed in bottom part of control and protection system channel for functioning only upon rod entrance in reactor core; electromagnetic clutch is disposed between power reduction gear and band-carrying drum.

EFFECT: enhanced reliability of reactor protection in emergency situations in braking control rod.

1 cl, 1 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к области ядерного реакторостроения и может быть использовано в реакторах канального типа с тросовой или ленточной связью между приводом и управляющим стержнем системы управления и защиты (СУЗ) атомного реактора.The present invention relates to the field of nuclear reactor engineering and can be used in channel-type reactors with cable or tape connection between the drive and the control rod of the control and protection system (CPS) of an atomic reactor.

В современных системах управления и защиты реакторов предъявляются высокие требования к таким характеристикам исполнительных механизмов, как скорость ввода управляющего стержня в активную зону и надежность выполнения функции аварийной защиты, т.е. безотказность ввода управляющего стержня в активную зону.Modern reactor control and protection systems place high demands on the characteristics of actuators, such as the speed at which the control rod enters the core and the reliability of the emergency protection function, i.e. failure-free entry of the control rod into the core.

Обеспечению необходимых требований противодействуют высокие динамические нагрузки на механизм привода и на элементы связи привода со стержнем, возникающие при торможении стержня. Это может быть причиной поломок элементов тормозного устройства и редуктора привода, расположенных в его корпусе, и может привести к невыполнению функции аварийной защиты.The provision of the necessary requirements is counteracted by high dynamic loads on the drive mechanism and on the coupling elements between the drive and the rod that occur when the rod is braked. This can cause breakdowns of the elements of the brake device and the gearbox of the drive located in its housing, and can lead to the failure of the emergency protection function.

Известен исполнительный механизм СУЗ атомных реакторов, например, механизм привода, представляющий собой гидравлическое поршневое устройство, которое перемещает управляющий стержень (Патент США №3830694, кл. 176-36, опубл. 1974 г.). Недостатком таких конструкций является низкая надежность защиты.Known actuator CPS of nuclear reactors, for example, a drive mechanism, which is a hydraulic piston device that moves the control rod (US Patent No. 3830694, CL 176-36, publ. 1974). The disadvantage of such designs is the low reliability of protection.

Известен исполнительный механизм СУЗ, отвечающий по своим техническим характеристикам основным требованиям к приводам аварийной защиты (A3) (Попов А.Ф. “Системы управления и контроля ядерных реакторов”, Госэнергоиздат, 1961 г., стр. 148-155). Указанный исполнительный механизм СУЗ содержит: стержень аварийной защиты, привод, электродвигатель, силовой редуктор, барабан с лентой, электромагнитную муфту, гидравлическое тормозное устройство, причем электромагнитная муфта размещена между силовым редуктором и барабаном с лентой. Данное устройство принято за прототип.The control mechanism of the control system is known that meets the basic requirements for emergency protection drives (A3) in its technical characteristics (A. Popov, “Control and Monitoring Systems for Nuclear Reactors”, Gosenergoizdat, 1961, p. 148-155). The specified actuator CPS contains: an emergency protection rod, a drive, an electric motor, a power reducer, a drum with a tape, an electromagnetic clutch, a hydraulic brake device, and an electromagnetic clutch is placed between the power reducer and the drum with a tape. This device is taken as a prototype.

Недостатком данного исполнительного механизма является то, что отказ элементов кинематики привода приводит к невыполнению функции аварийной защиты, так как выполнение функции аварийной защиты - сброса стержня и его торможение происходят одновременно.The disadvantage of this actuator is that the failure of the kinematics of the drive leads to the failure of the emergency protection function, since the emergency protection function - the rod is reset and its braking occurs simultaneously.

Предлагаемое устройство решает задачу обеспечения надежности выполнения функции аварийной защиты ядерных реакторов при торможении управляющего стержня за счет исключения влияния выхода из строя элементов привода на выполнение функции аварийной защиты.The proposed device solves the problem of ensuring the reliability of the emergency protection function of nuclear reactors during braking of the control rod by eliminating the influence of failure of drive elements on the emergency protection function.

Это достигается тем, что в известном исполнительном механизме системы управления и защиты (СУЗ) атомных реакторов, обеспечивающим ввод стержня в активную зону атомного реактора и содержащим привод, включающий в себя электродвигатель, силовой редуктор, барабан с лентой, гидравлическое тормозное устройство и электромагнитную муфту, которая размещена между силовым редуктором и барабаном с лентой, введено подтормаживающее устройство, а гидравлическое тормозное устройство в виде гидробуфера выполнено раздельно от привода и размещено в нижней части канала СУЗ с возможностью функционирования только после полного ввода стержня в активную зону атомного реактора.This is achieved by the fact that in the well-known executive mechanism of the control and protection system (CPS) of atomic reactors, which provides the input of the rod into the active zone of the atomic reactor and contains a drive including an electric motor, a power reducer, a drum with a tape, a hydraulic brake device and an electromagnetic clutch, which is placed between the power reducer and the drum with the tape, a braking device is introduced, and the hydraulic braking device in the form of a hydrobuffer is made separately from the drive and is located at the bottom part of the CPS channel with the possibility of functioning only after the rod is fully inserted into the active zone of the nuclear reactor.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена кинематическая схема предлагаемого устройства.The invention is illustrated in the drawing, which shows a kinematic diagram of the proposed device.

Приводной барабан 1 через ленточную связь 2 осуществляет перемещение управляющего стержня 3 и вращение вала подтормаживающего устройства 4. Кинематическая цепь от приводного барабана 1 к электродвигателю 5 состоит из аварийной электромагнитной муфты 6, вращающейся на валу 7 шестерни-поводка 8, сцепленной с наружными дисками муфты и силовыми шестернями 9, 10, 11. При отсутствии напряжения на обмотке муфты 6 шестерня-поводок 8, сцепленная с наружными дисками, свободно вращается на валу 7, не передавая момента на вал барабана, и кинематическая связь двигателя с барабаном разорвана.The drive drum 1 through a tape connection 2 moves the control rod 3 and rotates the shaft of the braking device 4. The kinematic chain from the drive drum 1 to the electric motor 5 consists of an emergency electromagnetic clutch 6, rotating on the shaft 7 of the gear-drive 8, coupled to the outer disks of the clutch and power gears 9, 10, 11. If there is no voltage on the winding of the clutch 6, the gear-drive gear 8, coupled to the outer disks, rotates freely on the shaft 7, without transmitting torque to the drum shaft, and kinematic connection engine with drum torn.

От вала 7 через зубчатую передачу 12, 13, 14, червяк 15 и безлюфтовое косозубое колесо 16 вращение передается на вал сельсина-датчика 17 для дистанционного и местного указания положения стержня 3 в канале СУЗ.From the shaft 7 through the gear 12, 13, 14, the worm 15 and the backlash helical gear 16 the rotation is transmitted to the shaft of the synchro-sensor 17 for remote and local indication of the position of the rod 3 in the CPS channel.

В зацеплении с червяком 15 находится косозубое колесо 18, на оси которого установлены кулачки 19, 20, воздействующие на конечные выключатели 21, 22 положения стержня.Engaged with the worm 15 is a helical wheel 18, on the axis of which cams 19, 20 are installed, which act on the limit switches 21, 22 of the rod position.

В нижней части канала СУЗ находится тормозное устройство 23, не имеющее кинематической связи с приводом и выполненное в виде гидробуфера, в котором в качестве рабочей жидкости используется вода, охлаждающая канал СУЗ.In the lower part of the CPS channel there is a brake device 23, which has no kinematic connection with the drive and is made in the form of a hydrobuffer, in which water cooling the CPS channel is used as the working fluid.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Работа исполнительного механизма в режиме A3 обеспечивается поступлением в систему управления команды A3, при которой электромагнитная муфта 6 обесточивается, разрывая кинематическую цепь от барабана 1 с лентой 2 к электродвигателю 5, исключая тем самым воздействие кинетической энергии вала двигателя 5 и силового редуктора при их раскрутке на механизмы перемещения стержня. В результате разрыва кинематической связи барабана 1 с электродвигателем 5 под весом стержня 3 барабан раскручивается. Подтормаживающее устройство 4, расположенное на одном валу 7 с барабаном 1, приводится в движение и при достижении определенной заданной скорости сброса стержня, ограничивает ее рост, обеспечивая режим сброса с постоянной скоростью. В конце движения стержня гидробуфер 23 выполняет роль тормоза, причем исключается влияние выхода из строя элементов привода на выполнение функции аварийной защиты, т.к. кинематика привода и гибкая связь со стержнем отделены от тормозного устройства, а функция тормоза выполняется гидробуфером 23 после сброса стержня, т.е. после выполнения функции аварийной защиты.The operation of the actuator in mode A3 is ensured by entering command A3 of the control system, in which the electromagnetic clutch 6 is de-energized, breaking the kinematic chain from the drum 1 with tape 2 to the electric motor 5, thereby eliminating the effect of the kinetic energy of the motor shaft 5 and the power reducer when they are unwound on rod movement mechanisms. As a result of breaking the kinematic connection of the drum 1 with the electric motor 5 under the weight of the rod 3, the drum spins. The braking device 4, located on the same shaft 7 with the drum 1, is set in motion and when a certain predetermined discharge speed of the rod is reached, it limits its growth, providing a reset mode with a constant speed. At the end of the rod movement, the hydrobuffer 23 acts as a brake, and the influence of failure of the drive elements on the emergency protection function is excluded, since drive kinematics and flexible connection with the rod are separated from the brake device, and the brake function is performed by the hydrobuffer 23 after the rod is reset, i.e. after performing the emergency protection function.

Работа исполнительного механизма при подъеме управляющего стержня 3 вверх и в автоматическом режиме обеспечивается при подаче напряжения на электромагнитную муфту 6 из системы управления. Диски электромагнитной муфты 6 сцепляются и образуется жесткая кинематическая связь между электродвигателем 5 и барабаном 1 с лентой 2. Стержень 3 с заданной от системы управления скоростью перемещается вверх или вниз по соответствующей команде из системы управления.The operation of the actuator when lifting the control rod 3 up and in automatic mode is ensured by applying voltage to the electromagnetic clutch 6 from the control system. The disks of the electromagnetic clutch 6 are coupled and a rigid kinematic connection is formed between the electric motor 5 and the drum 1 with the tape 2. The rod 3 moves up or down at a speed set by the control system according to a corresponding command from the control system.

Положение стержня 3 отслеживается в любом режиме с помощью сельсина-датчика 17, который связан с барабаном 1 через безлюфтовое косозубое колесо 16, зубчатую передачу 12, 13, 14 и вал 7. В зацеплении с червяком 15 находится косозубое колесо 18, на оси которого установлены кулачки 19, 20, воздействующие на конечные выключатели 21, 22 положения стержня, и сигналы с которых передаются на систему управления.The position of the rod 3 is monitored in any mode by means of a selsyn-sensor 17, which is connected to the drum 1 through a gearless helical gear 16, a gear 12, 13, 14 and shaft 7. The helical gear 18 is engaged with the worm 15, on the axis of which are mounted cams 19, 20 acting on the limit switches 21, 22 of the rod position, and signals from which are transmitted to the control system.

Таким образом, предлагаемый исполнительный механизм системы управления и защиты атомных реакторов позволяет обеспечивать надежную защиту атомных реакторов при аварийных режимах работы.Thus, the proposed actuator control system and protection of nuclear reactors allows for reliable protection of nuclear reactors during emergency operation.

Claims

The executive mechanism of the control and protection system (CPS) of nuclear reactors, which provides the rod to enter the core of the nuclear reactor and contains a drive that includes an electric motor, a power reducer, a drum with a tape, a hydraulic brake device and an electromagnetic clutch, which is located between the power reducer and the drum with a tape, characterized in that the mechanism is equipped with a braking device, and the hydraulic brake device is made in the form of a hydrobuffer and is located separately from the drive in the lower part ti CPS channel to function after full insertion of the rod into the nuclear reactor core.