專利名稱:水冷核反應(yīng)堆尤其是供熱反應(yīng)堆的控制棒的液壓傳動(dòng)裝置的制作方法
由專利DE-OS 3345099(特別從它的圖1至圖3)可見一種水冷核反應(yīng)堆，在其實(shí)施例中為按內(nèi)部自然循環(huán)原理進(jìn)行工作的熱反應(yīng)堆。它有一個(gè)反應(yīng)堆壓力殼和一個(gè)裝在它里面的反應(yīng)堆芯，后者包括一個(gè)立式的燃料元件格架和在燃料元件之間的空間中可移進(jìn)移出的控制棒，以及燃料元件和控制棒的支架及其傳動(dòng)裝置。由上述專利的圖3中還可看到此反應(yīng)堆液壓控制棒的傳動(dòng)裝置，控制棒可克服重力而移出，也可沿重力方向移入，控制棒的傳動(dòng)軸設(shè)有液壓的活塞缸筒系統(tǒng)，作為工作液體的冷卻水可以通過圖中未表示的反應(yīng)堆內(nèi)部管路，從下部進(jìn)入該系統(tǒng)，冷卻水池用來排水。
此外，由專利EP-OS0173767中給出一種反應(yīng)堆內(nèi)部液體泵，它通過壓力管和吸入管以及有關(guān)的管路，在壓力管一側(cè)與反應(yīng)堆壓力殼中的活塞缸筒系統(tǒng)相連，而其吸入管一側(cè)則與反應(yīng)堆壓力殼中的冷卻水水池相連，并進(jìn)一步借助于一個(gè)裝在反應(yīng)堆壓力容器外部的調(diào)節(jié)閥裝置調(diào)節(jié)液體泵出口的流量，以便在“上升”或“下降”方向調(diào)整控制棒或?qū)⑵涔潭ㄔ谝延械奈恢蒙稀?br>按照后一個(gè)專利EP-OS0173767所給出的控制棒的傳動(dòng)裝置，調(diào)整液體泵出口的流量，不僅可以通過由泵的旁通閥構(gòu)成的調(diào)節(jié)閥裝置，而且首先還通過一個(gè)液壓泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置來進(jìn)行。而相反，按照本發(fā)明提出的這類液壓式控制棒傳動(dòng)裝置，當(dāng)泵在其最佳轉(zhuǎn)速區(qū)工作而作為定量泵(Konstantpumpe)時(shí)，可以進(jìn)行控制棒的精確劑量調(diào)整，這時(shí)，不僅反應(yīng)堆外部液體泵裝置，而且與之相聯(lián)接的調(diào)節(jié)閥裝置，均應(yīng)非常安全可靠，也就是說，當(dāng)泵有故障時(shí)同樣能工作，就如同用于控制棒上升過程的調(diào)節(jié)閥裝置的支路遇有故障時(shí)那樣。
對于在本文中所指明的那種液壓式控制棒傳動(dòng)裝置，本發(fā)明是通過一系列的敘述從而說明了所提出的任務(wù)的。具有各種優(yōu)點(diǎn)的其他設(shè)計(jì)也在以下的敘述中看到。通過本發(fā)明所能獲得的優(yōu)點(diǎn)首先是，上升閥在其打開位置被卡住時(shí)，調(diào)節(jié)閥裝置使處于移出位置的控制棒不能繼續(xù)移出或不合要求地停住不動(dòng)的固有安全性大大提高了，也就是說，在不降低轉(zhuǎn)速或停止液體泵工作的情況下便使安全性得到保證，所以，考慮到液體泵能被緊急切斷的這樣一種總體安全性，因而是不會(huì)產(chǎn)生誤操作的。本發(fā)明特別適用于根據(jù)具有內(nèi)部自然循環(huán)的壓水堆原理工作的供熱反應(yīng)堆，或適用于重水減速的壓水堆(PHWR＝Pressure Heavy Water Reactor)。下面借助于幾個(gè)附圖所表示的實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)。其中示意表示的圖有圖1 具有內(nèi)部壓力殼和外部安全殼的供熱反應(yīng)堆，它按內(nèi)部自然循環(huán)壓水堆(INR)的原理工作，并按本發(fā)明配備有一個(gè)控制棒傳動(dòng)裝置;
圖2 圖1中液體泵裝置的X部位局部線路詳圖;
圖3 圖1中液體泵裝置的Y部位局部線路詳圖，但只有一個(gè)操縱支路CV，它用來操縱控制棒的傳動(dòng)裝置，借助于此簡化了的線路來理解基本工作原理;
圖4 脈沖圖，圖中表示信號(hào)電壓U(單位為伏特)隨時(shí)間t(秒)的變化，信號(hào)由裝在上升閥上的位置傳感器測得，時(shí)間ta表示閥門打開過程的開始，時(shí)間tz表示關(guān)閉過程的正常時(shí)間;
圖5 在上升支路中所設(shè)的多重調(diào)節(jié)閥裝置，亦即在上升支路中總是串聯(lián)有兩個(gè)上升閥;
圖6 與圖5具有同樣的串聯(lián)的多重裝置簡化線路圖，不過串聯(lián)上升閥中的一個(gè)作為所有的上升支路公用的主上升閥;
圖7 與圖6相應(yīng)的液壓式操縱支路裝置的實(shí)施例，它有三個(gè)串聯(lián)線路，在每個(gè)上升支路中各有前置主上升閥、渦流室閥以及后置上升閥;
圖8 單個(gè)的徑向式渦流室閥的透視圖，用來說明其基本工作原理;
圖9 渦流室閥的出口流量f3(t)(縱坐標(biāo))與時(shí)間t(橫坐標(biāo))之間定性的變化關(guān)系;
圖10 另一個(gè)液壓式操縱支路裝置的實(shí)施例，只表示了用于兩根控制棒的傳動(dòng)裝置，各上升支路的保險(xiǎn)裝置通過一個(gè)公共的渦流室閥的整個(gè)上升支路來起作用;
圖11圖10所示液壓線路的改型，這時(shí)確定渦流室閥入口壓力的節(jié)流閥有些改變;
圖12 帶有一個(gè)設(shè)計(jì)成渦流節(jié)流閥的渦流閥操縱支路裝置，它可使控制棒傳動(dòng)裝置CD3的結(jié)構(gòu)特別簡單;以及圖13 圖12中ⅩⅢ部分的透視圖，并作了許多簡化。
在圖1中僅示意表示的供熱反應(yīng)堆有一個(gè)內(nèi)部的、基本上是圓柱形的反應(yīng)堆壓力殼1，以及一個(gè)通過中間間隔室3圍繞在它外面的安全殼2。這兩個(gè)容器各具有殼的下部1.1或2.1，向外凸起成半球形的蓋板1.2或2.2，以及向外凸起成半球形的殼底1.3或2.3。殼的下部1.1和2.1以及蓋板1.2和2.2上分別有壁厚增大的法蘭1.10、2.10和1.20、2.20，法蘭1.10與1.20以及2.10與2.20各通過頂蓋螺釘1.4和2.4而氣密地壓緊。
在壓力殼1的內(nèi)部是上下開口的圓柱形核心容器4，而堆芯5通過圖中未表示的支架固定在容器4中，這個(gè)支架可以例如設(shè)計(jì)為在專利DE-OS 3345099或EP-OS 0173767中所表示的那樣。堆芯5是由一個(gè)其燃料元件為立式安裝的燃料元件格架5.0所構(gòu)成，這里只表示了兩個(gè)燃料元件5.1、5.2?？刂瓢?裝在燃料元件5.1、5.2間的中間腔中，可移入移出。在圖中所示的情況下，燃料元件為長方形橫截面，中間腔是十字形的，圖中屬于控制棒6的只有用點(diǎn)劃線表示的控制棒導(dǎo)軸6.1、在此控制棒導(dǎo)軸6.1上導(dǎo)引的控制棒導(dǎo)管6.2、以及固定在控制棒導(dǎo)管6.2上的十字形立式吸收棒6.3，吸收棒6.3的長度至少要和堆芯高度hk相同，最好如圖中表示的那樣比活性區(qū)高度高一些。通過一個(gè)與控制棒6聯(lián)結(jié)在一起的活塞缸筒系統(tǒng)，可以使控制棒6與其吸收棒部分6.3從堆芯5向上移出，活塞缸筒系統(tǒng)可以使控制棒以步進(jìn)方式從堆芯中升起或下降到堆芯5中去，這意味著在堆芯中的中子流密度或多或少地增加;或通過降低液體壓力可以再次沿重力方向或多或少移入堆芯5中，這意味著堆芯中的中子流密度或多或少地劇烈下降，直至完全停止核反應(yīng)(除了所謂的二次蛻變熱以外)。
在圖示的情況下，每一根控制棒6配有一個(gè)這種活塞缸筒系統(tǒng)(例如與DE-OS 3345099或更近一些與EP-OS0173767中所說明的相同)，其中，反應(yīng)堆冷卻水作為工作液，反應(yīng)堆壓力殼1中注有冷卻水，直至水面1.5，冷卻水同時(shí)還作為減速劑。在核裂變反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)工作狀態(tài)下，在核反應(yīng)堆5中，冷卻水KW按照空心箭頭fkw方向流動(dòng)，而不需要內(nèi)部的冷卻水泵，按自然循環(huán)原理其途徑是在燃料元件5.1、5.2等等的垂直冷卻通道中向上并在這一過程中冷卻燃料元件，比重較輕的加熱了的冷卻水從側(cè)面進(jìn)入在堆芯容器4和壓力殼1.1之間的環(huán)形腔7中所裝的熱交換器8中，熱交換器8僅示意表示其輪廓。在熱交換器8中設(shè)有U形管束，二次冷卻介質(zhì)(尤其是同樣為水)在其中流動(dòng)，而反應(yīng)堆冷卻水KW從這些U形管外部流過和被冷卻，由于冷卻，比重增加而使之在環(huán)形腔7中繼續(xù)向下流入在堆芯5下部的空腔7.0中，此后循環(huán)從新開始。
標(biāo)號(hào)9表示供熱堆建筑物的壁和頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)，其中壁9.1設(shè)計(jì)為圍繞兩個(gè)殼1、2并與之相隔一個(gè)中間腔100的環(huán)形或多邊形的壁，它同時(shí)還作為護(hù)板。裝在外部的安全殼2通過一個(gè)未在圖中表示的立框裝在同樣未表示的底座上。同樣，內(nèi)部的壓力殼1借助于設(shè)在底部的縱向肋和在其外套上的定距肋，在安全殼的里面徑向同心地和軸向可熱膨脹地支承，這些支承元件圖上也未表示，因?yàn)檫@對于理解本發(fā)明是不必要的。
本發(fā)明的對象液壓式控制棒傳動(dòng)裝置的整體用CD來表示，屬于它的有前面已經(jīng)提到過但未進(jìn)一步描述的與控制棒6相連的活塞缸筒系統(tǒng)、反應(yīng)堆內(nèi)部的液體管道10(圖中只表示了其中的一根，液體管道10實(shí)際上應(yīng)理解為有許多根，每一根控制棒6設(shè)一根管道10)，液體管道10將作為工作液的冷卻水從下方引入各控制棒6的活塞缸筒系統(tǒng)。屬于控制棒傳動(dòng)裝置CD的還有一個(gè)裝在反應(yīng)堆壓力殼外部并氣密固定的調(diào)節(jié)閥裝置11，它調(diào)節(jié)液體泵12的出口流量，以便在“上升”或“下降”方向移動(dòng)控制棒6，或停止在所占有的控制棒位置上，這時(shí)作為代表的一根內(nèi)部液體管道10從這一調(diào)節(jié)閥裝置11出發(fā)，經(jīng)一根穿過蓋1.2的耐壓管道13向下敷設(shè)，如圖所表示的那樣設(shè)在環(huán)形腔7中。最后屬于控制棒傳動(dòng)裝置CD的還有已經(jīng)提到過的反應(yīng)堆外部液體泵12，它固定在建筑物頂9.2上，并經(jīng)由一根壓力管12.1、一根吸入管12.2以及經(jīng)過在安全殼2外壁中的耐壓的管道套管14和在壓力殼下部1.1的法蘭中的管道套管(Leitungsdurchführrung)15，使壓力側(cè)通過已論及的調(diào)節(jié)閥裝置11而與活塞缸筒系統(tǒng)相連，吸入側(cè)與反應(yīng)堆壓力殼1中的冷卻水水池KW相連。在壓力殼1的里面敷設(shè)了壓力管道12.1的內(nèi)部管段12.1a，這一管段是從管道套管14至調(diào)節(jié)閥裝置11的管道套管13。通過另一個(gè)內(nèi)部吸入管段12.2a將工作液從冷卻水水池KW吸至液體泵12中。
圖1和圖2表示液體泵12有一個(gè)出口接頭121和一個(gè)入口接頭122，壓力管12.1和吸入管12.2分別與之連接。圖2中還詳細(xì)表示了兩個(gè)并聯(lián)的每一個(gè)均設(shè)計(jì)成具有全部流量的液體泵12A和12B，也就是說兩個(gè)彼此并聯(lián)的液體泵12A和12B中每一個(gè)設(shè)計(jì)成有100%的額定流量。這兩個(gè)泵各裝在一個(gè)泵支路ZA或ZB中，在支路ZA的串聯(lián)線路中有下列組件一個(gè)泵吸入側(cè)調(diào)節(jié)閥V11、泵12A本身、一個(gè)單向閥R1，以及一個(gè)泵出口側(cè)調(diào)節(jié)閥V12。與此相對應(yīng)，在泵支路ZB的串聯(lián)線路中有一個(gè)泵吸入側(cè)調(diào)節(jié)閥V21、泵12B本身、單向閥R2以及泵出口側(cè)調(diào)節(jié)閥V22。在管道套管14前反應(yīng)堆外部的出口管道12.1中順序裝有兩個(gè)可用馬達(dá)操縱的隔離閥16a、16b，在反應(yīng)堆外緊挨著管道套管15前的吸入管道12.2中則裝有兩個(gè)可用馬達(dá)操縱的隔離閥17a和17b。
至少有兩個(gè)并聯(lián)工作的液體泵12A、12B是有好處的，這時(shí)當(dāng)有一臺(tái)泵發(fā)生故障時(shí)，另一臺(tái)自動(dòng)進(jìn)入工作，而對那一臺(tái)借助于在泵進(jìn)出口端的兩個(gè)閥將其分隔開來的泵可以進(jìn)行檢查，并在必要時(shí)進(jìn)行修理。為了提高整個(gè)反應(yīng)堆設(shè)備的可用性還可以設(shè)三個(gè)彼此并聯(lián)的泵支路ZA、ZB和ZC，于是在一臺(tái)泵出故障的情況下，總還有兩臺(tái)高效能的泵可供使用。
圖3中以線路示意圖詳細(xì)表示了對于每根要操縱的控制棒6來說，其控制棒傳動(dòng)裝置CD的操縱閥裝置11具有下列操縱支路1.其入口與壓力管道12.1a相連和出口與活塞缸筒系統(tǒng)的壓力側(cè)(液體管道10)相連的停止支路A，它具有第一節(jié)流閥a1和有一個(gè)在此第一節(jié)流閥a1的前面與之相連而其出口經(jīng)旁通管A1流出的旁通節(jié)流閥a2。第一節(jié)流閥a1和旁路節(jié)流閥a2的橫截面尺寸的確定要使之能在液體泵12運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)通過其流量，這一流量要足夠能使有關(guān)的控制棒6停止在其相應(yīng)的位置上。如果泵12在循環(huán)回路中經(jīng)由旁路節(jié)流閥a2輸送液體，則在管道連接點(diǎn)17處形成使部分流量經(jīng)由第一節(jié)流閥a1供入停止支路A中去的壓力水平。此外旁路節(jié)流閥還具有去除廢料的功能(排空液壓管道);
2.具有串聯(lián)線路的上升支路B，串聯(lián)線路上有一個(gè)上升閥裝置H和第二節(jié)流閥b1，這時(shí)，上升支路B通過支路兩端，在第一節(jié)流閥a1前連接點(diǎn)17處以及在第一節(jié)流閥a1后連接點(diǎn)18處與停止支路A相連;
3.有一個(gè)下降閥SV和第三節(jié)流閥C1構(gòu)成串聯(lián)線路的下降支路C，此下降支路C以其一端在第一節(jié)流閥a1的后面連接點(diǎn)18處與停止支路A相連，其另一端同樣如旁路管A1那樣以出口管道的形式通過相應(yīng)的壓力密封管道套管13穿過蓋1.2流入壓力容器1的內(nèi)部，亦即排出或流入冷卻水水池KW中。
在這種調(diào)節(jié)閥裝置11中，采取了這樣一些措施，即(a)，當(dāng)上升閥裝置H的開著的上升閥被卡住時(shí)，在上升支路之一中自動(dòng)打開有關(guān)的下降支路中的下降閥SV，和/或(b)，有效的上升閥裝置H由至少兩個(gè)串聯(lián)的上升閥H1-H2(圖5);H10-H2(圖6、圖10、圖11);H0-W01-H2(圖7)以及W100-H2(圖12)構(gòu)成，這時(shí)通過有故障的上升支路B、Bi的液體流量至少應(yīng)減少到能阻止所操縱的控制棒6進(jìn)一步上升。在圖3中所表示的上升閥裝置H按道理在最簡單的情況下可以只包括一個(gè)上升閥，但亦可如后面的一些圖中所表示的那樣，有兩重或三重由多個(gè)上升閥組成的串聯(lián)線路。在圖10和11所表示的實(shí)施例中為各包括兩個(gè)上升閥H10和H2的雙重串聯(lián)線路，并補(bǔ)充一個(gè)渦流室閥W10。在出故障時(shí)此渦流室閥將上升流量排到出口KW中去。
為了實(shí)現(xiàn)前面先提到的第一個(gè)措施(a)，在上升閥H上配備有位置指示器，它給控制室提供可用的電子檢測信號(hào)?？梢岳缃柚诮K端開關(guān)來獲得這一信號(hào)，終端開關(guān)通過感應(yīng)形式或借助于超聲波來工作，并給出一個(gè)指明上升閥的關(guān)閉位置和打開位置的電信號(hào)，特別是給出一個(gè)電壓信號(hào)，但也可以給出相應(yīng)于中間位置的信號(hào)。為了監(jiān)測整個(gè)調(diào)節(jié)閥裝置11的工作，也可以在下降閥SV上設(shè)置位置指示器。尤其是在有大約從10兆瓦起的功率的供熱反應(yīng)堆或壓水重水減速反應(yīng)堆的情況下，要使由人們所不希望的一根控制棒或直至三根控制棒構(gòu)成的控制棒組的移出所引起的堆芯5中的中子流密度的變化保持在允許的范圍之內(nèi)，建議采取下列措施將上升閥的打開時(shí)間與為了達(dá)到所希望的控制棒上升步長所要求的額定打開時(shí)間作比較。為此如圖4所示，從信號(hào)“上升閥開”到信號(hào)“上升閥關(guān)”之間經(jīng)過的，在一般情況下用ta-z來表示的時(shí)間間隔的實(shí)際值與額定的打開時(shí)間間隔的極限值△t1作比較。當(dāng)超過此額定打開時(shí)間到一個(gè)預(yù)先規(guī)定的量K·(△t1)時(shí)(0＜K＜1)，有關(guān)的下降閥SV被打開。在給出的曲線中，時(shí)間間隔ta-z1小于額定打開時(shí)間△t1，所以按規(guī)定關(guān)閉上升閥。反之，實(shí)際值ta-z2大約高于額定打開時(shí)間△t1的30%，以及將一個(gè)與之有關(guān)的裝在調(diào)節(jié)閥裝置11中的電子檢測線路調(diào)整為在超過額定打開時(shí)間△t1為K·(△t1)并因而達(dá)到切斷極限值時(shí)，將有關(guān)的下降閥SV打開，因此上升指令失效，所涉及的控制棒不能繼續(xù)移出，而停止在它剛才所占有的位置上。顯然可以通過操縱許多個(gè)下降閥SV或全部下降閥，降低活塞缸筒系統(tǒng)壓力側(cè)的液體壓力，以致使全部控制棒下降至它們的最下部位置，也就是說這里也包括了上升閥在其打開位置出了故障的那根控制棒。當(dāng)所要求的極限值定為高于額定打開時(shí)間△t1的例如20%至40%，上升閥處于打開位置并產(chǎn)生故障的那根控制棒不再顯著地移出而是能夠非常迅速地停止。在實(shí)施例中，系數(shù)K取為0.3。最好為0.3＜K＜1。
圖5所示第二個(gè)實(shí)施例用于液壓式控制棒傳動(dòng)裝置CD01，它裝在功率最大為10兆瓦左右的小型供熱反應(yīng)堆或壓水重水減速反應(yīng)堆中。在這種較小的供熱反應(yīng)堆或核反應(yīng)堆的情況下，各控制棒的吸收截面顯然包含在整個(gè)中子吸收截面中，所以必須在任何情況下均避免各控制棒不應(yīng)有的移出。按圖5達(dá)到這一點(diǎn)是通過使每一個(gè)在圖3中用CV表示的、并在液壓式控制棒傳動(dòng)設(shè)備CD的總結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)每一根控制棒6裝設(shè)在一個(gè)操縱支路裝置的上升支路B中，有至少由兩個(gè)上升閥H1、H2構(gòu)成的串聯(lián)線路，所以當(dāng)有一個(gè)上升閥H1或H2在其打開位置被卡住時(shí)，中斷上升液流可通過另一個(gè)提升閥H2或H1來實(shí)現(xiàn)反之亦然。在圖5中只表示了兩個(gè)操縱支路裝置CV1、CV2，當(dāng)然應(yīng)相應(yīng)于控制棒6的數(shù)量而設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的操縱支路裝置。由圖3來看，對于操縱支路裝置CV1，各停止支路、上升支路和下降支路分別用AⅠ、BⅠ和CⅠ來表示，對于操縱支路裝置CV2則相應(yīng)地用AⅡ、BⅡ和CⅡ。一般情況可以用AⅠ、BⅠ和CⅠ來表示停止、上升和下降支路，其中的i(1，2，…，i)表示各操縱支路裝置。A0在這里是所有停止支路公共的分配管道，A表示停止支路裝置的總體。除此以外的線路結(jié)構(gòu)與圖3中的相同，其中通向冷卻水水池去的出口管道，在它的末端用水力學(xué)符號(hào)D來表示。兩個(gè)串聯(lián)上升閥H1、H2均在其打開位置被卡死的可能性非常小，但無論如何在發(fā)生這種故障時(shí)，所有的下降閥SV均應(yīng)打開。如果用后面圖7至11還要敘述的那種所謂的渦流室閥作為各上升支路B、BⅠ、BⅡ等的第三個(gè)上升閥、作為調(diào)節(jié)閥或作為渦流節(jié)流閥，則可以避免發(fā)生上述情況。如已經(jīng)提及的，只有在泵12或泵裝置提供必要的液體入口壓力的情況下，才能移出控制棒;在泵的轉(zhuǎn)速降低或停車時(shí)，工作液的壓力下降，所有的控制棒均自動(dòng)到達(dá)或下降到其進(jìn)入位置。
按圖6，與圖5相似，同樣對控制棒傳動(dòng)裝置CD02的每一根控制棒各設(shè)一個(gè)操縱支路裝置CV1、CV2等，但未在每一個(gè)操縱支路裝置中設(shè)前置上升閥(圖5中的H1)，即不是有多個(gè)，而是只有一個(gè)為所有操縱支路裝置CV1、CV2等所公有的前置主上升閥H10以及與之串聯(lián)的節(jié)流閥b10。當(dāng)主上升閥H10打開時(shí)，它允許液流流過每一個(gè)后置的上升閥H2，于是，當(dāng)應(yīng)該上升某根控制棒時(shí)，便打開有關(guān)的后置上升閥H2。若它在某打開位置被夾住，不允許關(guān)閉或在很滯后的情況下關(guān)閉，則關(guān)閉主上升閥H10，全部控制棒停止在其所占有的位置不動(dòng)，任何一根控制棒不可能再沿“上升”方向繼續(xù)移動(dòng)。其它液壓元件和管道的符號(hào)與圖5中的一致，但每一個(gè)分開的接點(diǎn)18.1或18.2分別表示上升支路BⅠ、BⅡ或下降支路CⅠ、CⅡ與停止支路AⅠ或AⅡ的連接。圖5中節(jié)流閥a1、a2、b1、c1的圖形與圖3和6中的有些不同，但含意相同。
按圖6所示方案的控制棒傳動(dòng)裝置節(jié)省了n-1個(gè)上升閥，這里n是操縱支路裝置或要操縱的控制棒數(shù)量?？梢园磮D6將操縱線路與借助于圖4所說明的上升閥位置檢測的措施聯(lián)合起來，所以在控制室可以準(zhǔn)確得知哪一個(gè)上升閥出了故障，在這種情況下自動(dòng)打開有關(guān)的下降閥，所以在已經(jīng)關(guān)閉了主上升閥H10的情況下，有關(guān)的控制棒降到其零位(進(jìn)入位置)。
按圖7至12用于控制棒傳動(dòng)裝置CD03、CD1、CD2和CD3的液壓式操縱支路裝置的實(shí)施例，較之按圖3、圖5和圖6為控制棒傳動(dòng)裝置CD、CD01和CD02所設(shè)置的液壓式操縱支路裝置有很重要的發(fā)展。比較圖7和圖6的線路，可以肯定，按圖7的線路，裝在多控制棒傳動(dòng)裝置中的操縱支路裝置CV1、CV2等等的(這里還是只表示了兩個(gè)控制支路裝置)結(jié)構(gòu)，與圖6是一致的。此線路的補(bǔ)充和進(jìn)一步發(fā)展主要涉及主上升閥H10在上升閥H10后面裝了一個(gè)渦流室閥W01，它有三個(gè)接頭s0、c0、e0，針對三種類型的液流，即供入液流f1、操縱液流f2和出口液流f3?？梢钥闯觯瑴u流室閥W01從s0至e0的內(nèi)部可操縱的流路設(shè)在上升支路B中，這一流路處于供入液流的入口s0和閥的出口e0之間。在這里B0是所有上升支路BⅠ、BⅡ等共同的分配管道。操縱液流f2經(jīng)過節(jié)流閥b2進(jìn)入渦流室閥W01。節(jié)流閥b2在管道c中，管道c與管道支路A10在連接點(diǎn)17.2處相連，管道支路在連接點(diǎn)17.1與停止支路的分配管道A相連。
由管道支路A10、節(jié)流閥a21和節(jié)流閥a22串聯(lián)而成的線路共同構(gòu)成了通到出口D的旁通支路A1，并和在各停止支路中的第一節(jié)流閥a1一起調(diào)整液流，此液流使各控制棒保持在其停止位置。此旁通支路A1的另一個(gè)任務(wù)是，在其兩個(gè)節(jié)流閥a21和a22之間，亦即在線路連接點(diǎn)17.3處，形成比線路連接點(diǎn)17.2處的壓力水平約低5-10%的壓力水平，從連接點(diǎn)17.2通過操縱液流管道c和節(jié)流閥b2繼續(xù)流入渦流室閥的操縱液流接頭c0。
在進(jìn)一步討論圖7所示的線路中渦流室閥W01的作用前，應(yīng)首先按圖8說明單個(gè)渦流室閥的工作情況它的接頭s0、c0和e0以及液流，即供入液流f1、操縱液流f2和出口液流f3與圖7中所表示的完全一致。渦流室閥是純粹的液壓元件，它僅僅借助于流動(dòng)效應(yīng)進(jìn)行工作，沒有任何運(yùn)動(dòng)零件，也不需要系統(tǒng)外部的輔助能量。對此可參看H·Brombach在雜志“messen-steuern-regeln”上發(fā)表的論文“渦流裝置的結(jié)構(gòu)和管道”，VEB技術(shù)出版社，Ber-lin，1978.11第11期，第638至642頁，特別是第641和642頁。在圖8中舉例表示的徑流式渦流室閥(也還有軸流式和錐形渦流室閥)的組成包括一個(gè)它里面是渦流室21′的扁平空心圓柱形渦流室外殼21，一個(gè)用于供入液流接頭s0并徑向匯入渦流室21′的連接套管，一個(gè)用于操縱液流接頭c0沿切線流入渦流室的連接套管，以及一個(gè)相對于外殼21亦即渦流室21′旋轉(zhuǎn)軸的軸向設(shè)置并用于出口液流接頭e0的連接套管。出口液流f3的連接套管可設(shè)計(jì)成噴嘴狀或文邱里噴嘴狀，以盡可能減少壓力損失。從徑向的連接套管s0流入并用點(diǎn)線表示的供入液流f1，經(jīng)由軸向的連接套管e0離開渦流室21′，這時(shí)先假定還沒有操縱液流f2流動(dòng)。因此渦流室閥的節(jié)流作用比較小，而且f1等于f3?，F(xiàn)在有一股其壓力大約比供入液流f1的壓力高5%至10%的操縱液流f2通過切向連接套管c0供入，則隨著操縱液流量增加，在渦流室21′中產(chǎn)生一股強(qiáng)度隨之增大的渦流。這股渦流的離心力在渦流室21′中形成一個(gè)反壓，從而使供入液流f1的流量減少(或隨著操縱液流的減小而重新增大)，因而能進(jìn)行操縱。操縱液流相對而言是較小的，當(dāng)它的最大流量大約為最大供入液流量f1的10%到20%時(shí)，便足以使供入液流f1停止流動(dòng)。操縱液流f2用虛線表示，它從切向進(jìn)入，螺旋地流向軸向連接套管e0，這一螺旋狀的流動(dòng)在此套管中繼續(xù)進(jìn)行。出口液流f3在本例中用點(diǎn)劃線表示，以此表示它既包含一部分操縱液流f2，也包含一部分供入液流f1。當(dāng)操縱液流的流量f2達(dá)到約為預(yù)定最大值的10%至20%時(shí)供入液流f1時(shí)便使后者停止流動(dòng)。這時(shí)出口液流f3僅包含操縱液流，所以流動(dòng)的大約為被閉鎖了的供入液流f1的20%的流量。
在討論圖7線路的工作時(shí)應(yīng)首先假定前置主上升閥H10是關(guān)閉的，并和它一起也關(guān)閉了后置上升閥H2。此外還應(yīng)假定，由液壓操縱支路CV1操縱的控制棒傳動(dòng)裝置應(yīng)上升一個(gè)預(yù)定數(shù)量的步長，而且通過同時(shí)打開后置上升閥H2和前置主上升閥H10應(yīng)能產(chǎn)生足以實(shí)施一個(gè)上升步長的液壓脈沖，步長例如可以是20毫米。主上升閥H10和后置上升閥H2同時(shí)被打開，隨之使供入液流f1經(jīng)管道s從主上升閥經(jīng)渦流室閥W01進(jìn)入上升支路B，再從這里經(jīng)后置上升閥H2和其節(jié)流閥b1(分支BⅠ)進(jìn)入反應(yīng)堆內(nèi)部的液流管道10，從而到達(dá)有關(guān)的控制棒傳動(dòng)裝置。在圖7中，上升支路BⅠ和下降支路CⅠ與停止支路AⅠ之管道10的連接點(diǎn)用18.1和18.2表示。
為了作進(jìn)一步的說明，應(yīng)首先討論圖9所示的曲線圖。圖中橫坐標(biāo)上的ta表示上面所提到的兩個(gè)操縱渦流室閥的上升閥H10和H2的打開時(shí)刻，所以在它的出口e0流過出口液流f3(t)。渦流室閥W01有一個(gè)如急劇上升的曲線所表明的特點(diǎn)，即出口液流f3(t)先增加到一個(gè)最大值f3max(曲線段f31)，然后當(dāng)操縱液流f2開始起作用后，又降到最小出口液流降到f3min(曲線段f32)。從出口液流f3(t)的開始流動(dòng)到出口液流降到f3min的時(shí)間間隔用△τ來表示。也可以稱這一時(shí)間間隔△τ為渦流室閥W01的時(shí)間常數(shù)。曲線段f30(t)可以說明這兩個(gè)上升閥H10和H2按常規(guī)關(guān)閉的作用，也就是說，因?yàn)橐呀?jīng)實(shí)施了所規(guī)定的控制棒的上升步長，所以這兩個(gè)上升閥在曲線f3(t)的最高點(diǎn)或稍靠后一些時(shí)得到了關(guān)閉它們的指令，于是液流沿曲線段f30(t)按這兩個(gè)上升閥的關(guān)閉時(shí)間常數(shù)降到零，而保持了額定的打開時(shí)間△t1。如果在關(guān)閉時(shí)操縱這兩個(gè)上升閥H10和H2時(shí)只關(guān)閉了這兩個(gè)閥門中的一個(gè)，也能得到此曲線f30(t)。盡管從時(shí)間tz起就已發(fā)出了關(guān)閉指令，但這兩個(gè)正在進(jìn)行工作的串聯(lián)上升閥H10、H2，在其打開位置同時(shí)被卡住這種可能性非常小的情況下，由于渦流閥W01處于工作狀態(tài)，并借助于通過時(shí)間常數(shù)△τ起作用的操縱液流f2，使出口液流f3(t)按曲線段f32從f3max降到f3min，f3min大約為原始供入液流f1的10%至20%。供入液流f1的10%至20%，比起能夠沿上升方向?qū)刂瓢魝鲃?dòng)裝置發(fā)生影響的量來說太小了。因此引入操縱液流f2，以使渦流室閥W01的出口液流f3減小到為其打開位置時(shí)的數(shù)值的如此小的一部分，從而通過這個(gè)減小后的在上升支路B、BⅠ或BⅡ中的液流f3(t)，使控制棒上升過程安全地中斷，亦即有一個(gè)安全間隔。安全間隔的含意是，例如只有在50%正常供入液流流量f1的情況下才能引起控制棒的上升過程，所以相應(yīng)于最小出口液流f3min為正常供入液流的10-20%這樣比較低的值，是安全的。我們還知道，渦流室閥的時(shí)間常數(shù)△τ，即從時(shí)間為△t＝0或t＝ta引入操縱液流f2和供入液流f1之時(shí)起至對供入液流f1進(jìn)行節(jié)流所經(jīng)過的時(shí)間間隔，為了實(shí)施有關(guān)控制棒希望的最大允許上升步長所需的上升閥H10，H2的額定打開時(shí)間△t1應(yīng)這樣來確定，即在兩個(gè)上升閥H10、H2在其打開位置均被卡住的情況下，在達(dá)到額定打開時(shí)間后或達(dá)到該時(shí)間后不久，通過將渦流室閥W01的出口液流f3(t)減少到其被節(jié)流后的值f3min，為中斷上升過程，上升支路B被自動(dòng)節(jié)流。
亦可對圖5所示實(shí)施例中多重的上升支路BⅠ、BⅡ的每一個(gè)設(shè)置一個(gè)渦流室閥W01，然而最有利的是按圖7只裝設(shè)主上升閥H10，并相應(yīng)地選擇較大的液流量。這樣便在不損害安全性的情況下大大簡化了液壓線路。
圖7表示了一種最佳的渦流室閥W01的線路，這時(shí)其可操縱的內(nèi)部液流線路s0-e0處在作為主上升閥H10的前置上升閥出口和作為多個(gè)彼此并聯(lián)的后置上升閥H2的入口之間。渦流室閥W01的尺寸不難確定，即要使它的時(shí)間常數(shù)△τ例如在150至250毫秒的范圍內(nèi)。這是控制棒傳動(dòng)裝置實(shí)施控制棒上升步長時(shí)出現(xiàn)的適用的延遲時(shí)間。
在按圖9的曲線中，當(dāng)額定打開時(shí)間△t1大約超過20%時(shí)，渦流室閥已經(jīng)節(jié)流。根據(jù)控制棒傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，△τ也可以比△t1大一些，直至大三倍，因?yàn)槌隹谝毫髯兓南陆稻€段f32反正不再會(huì)使控制棒上升。
在圖1和圖2中，液體泵12表示為反應(yīng)堆外部的液體泵。也可以將液體泵與調(diào)節(jié)閥裝置11在結(jié)構(gòu)上統(tǒng)一起來，將它裝在反應(yīng)堆壓力殼1的蓋子1.2外的一個(gè)耐壓容器中，如在專利DE-OS3435584的圖2所示。在這種情況下可縮短壓力管和吸入管12.1和12.2的長度。但在本發(fā)明范圍內(nèi)，由于易于拆裝和維修，所以液壓泵12的這種在反應(yīng)堆外部的結(jié)構(gòu)是有利的。
此外，本發(fā)明還涉及這樣一種燃料元件一控制棒裝置，在這種裝置中具有十字形吸收層的控制棒裝在四個(gè)彼此相鄰的燃料元件所構(gòu)成的十字形空腔內(nèi)，如專利DE-OS 3345099中所示?？刂瓢粢部梢圆逶谌剂习糁g燃料元件中，如專利US-PS 3379619在一個(gè)壓水堆的實(shí)施例中所示。
以下根據(jù)圖10和11來說明的例子是基于這樣一種理解，即這種渦流室閥不僅可以與控制棒各上升支路中的上升閥串聯(lián)(在這種情況下當(dāng)一個(gè)上升閥在打開位置被卡住時(shí)，它按一定時(shí)間間隔截?cái)嗷蚬?jié)流上升液流)，而且可以實(shí)現(xiàn)具有許多優(yōu)點(diǎn)的控制棒傳動(dòng)裝置上升支路的安全線路結(jié)構(gòu)，這時(shí)，在需要時(shí)渦流室閥將液流從主液流處分流和控制排出。
由圖10可以看出，它有與圖3至圖8同類的液壓元件和組件，采用相同的符號(hào)，所以圖10線路的基本功能易于理解。它與圖3至圖8的區(qū)別是裝了兩根控制棒6，其符號(hào)的標(biāo)注適合于有多個(gè)這種可操縱的控制棒的情況。在圖中表示的彼此同心的管子中，外管6.2是可移動(dòng)的控制棒導(dǎo)管，它通過圖中未表示的活塞可以向上或向下運(yùn)動(dòng)，內(nèi)管表示控制棒導(dǎo)桿6.1。用CV1表示裝有上部控制棒的操縱支路裝置的整體，CV2則表示裝有下部的控制棒6的相應(yīng)部分。一個(gè)公共的停止支路A屬于操縱支路裝置CV1和CV2等，對于每個(gè)操縱支路裝置可分為停止支路的分支AⅠ和AⅡ。這些分支在連接點(diǎn)18.1或18.2與上升支路的分支BⅠ或BⅡ連接。其總體用字母B表示的上升支路具有一個(gè)所有上升支路的分支所共用的帶有前置上升閥H10的管道段以及裝在它前面的節(jié)流閥b10。在線路上的連接點(diǎn)19處將整個(gè)上升支路B分成一個(gè)個(gè)上升支路的分支BⅠ、BⅡ等，各分支有一個(gè)后置上升閥H21、H22等以及分屬于它們的前置節(jié)流閥b2。最后，每一個(gè)操縱支路裝置CV1、CV2等各具有一個(gè)下降支路CⅠ或CⅡ，它們在連接點(diǎn)18.3或18.4與上升支路分支BⅠ或BⅡ連接，并通過一個(gè)可以遙控的下降閥SV，在必要時(shí)與出口D接通，在這種情況下出口D為反應(yīng)堆壓力殼1的冷卻水水池(KW)。由圖1可見的反應(yīng)堆內(nèi)部液流管道10，根據(jù)在圖10中所表示的多路結(jié)構(gòu)同樣也進(jìn)行了分路，并在圖中用10.1或10.2表示。如果通過停止支路或上升支路A、AⅠ、AⅡ或B、BⅠ、BⅡ流入控制棒6傳動(dòng)裝置中去的液流使它們的活塞缸筒系統(tǒng)工作，則液流從控制棒出來流到冷卻水水池KW中去，這一情況由液流管道20.1和20.2來表示。在停止支路的分支AⅠ、AⅡ中的節(jié)流閥仍用a1來表示。
與已經(jīng)闡明的由前置上升閥和各個(gè)后置上升閥(如前所述H2有多個(gè)分開的后置上升閥H21、H22等)組成的串聯(lián)線路H10-H2相連的渦流室閥W10，它通過其供入管道s，與上升支路B的兩個(gè)上升閥H10和H2之間的線路位置22處相連。在一般情況下，這個(gè)渦流室閥W10的作用是，當(dāng)上升支路B或各個(gè)上升支路的分支BⅠ、BⅡ等中的液流超過額定打開時(shí)間△t1后還向外流動(dòng)，并由于閥門的功能故障，通過上升閥H10-H2的串聯(lián)線路的液流不能截止時(shí)，減小此液流。在這種情況下，被操縱的控制棒6的上升過程將立即中斷。在涉及前置和后置上升閥的串聯(lián)線路中，渦流室閥的這一功能已通過圖3至圖9作了詳細(xì)說明。這一串聯(lián)線路要求渦流室閥兩個(gè)前后相接的上升閥的液流在額定打開時(shí)間△t1結(jié)束后不被中斷。當(dāng)在串聯(lián)線路中的兩個(gè)上升閥H10-H2中的一個(gè)，特別是前置上升閥H10發(fā)生故障時(shí)，依據(jù)本發(fā)明渦流室閥W10可滿足要求。在進(jìn)一步討論圖10線路中的渦流室閥的功能以前，應(yīng)當(dāng)首先對圖8的渦流室閥的作用原理作一些補(bǔ)充的說明。
操縱液流f2和供入液流f1的功能可以顛倒過來，亦即當(dāng)供入液流f1的入口壓力比操縱液流f2的壓力大百分之幾，如3%至10%時(shí)，供入液流可抵消在渦流室21′中操縱液流f2的起截止作用的渦流，被截止了的渦流室閥本身又可流通。剛才提到的流過占支配地位的供入液流f1的渦流室閥其調(diào)節(jié)可流通性的功能，在下面兩個(gè)實(shí)施例中得到使用。出口液流的箭頭f3用點(diǎn)劃線表示，如前所述它包含操縱液流f2和供入液流f1兩部分。當(dāng)操縱液流的流量f2達(dá)到約為供入液流f1的規(guī)定的最大值的10%至20%時(shí)使供入液流停止流動(dòng)，渦流室閥被截止。出口液流f3這時(shí)只含有操縱液流f2，所以流過約為現(xiàn)在已被閉鎖的供入液流的20%的流量。
如在圖8中所表示的渦流室閥W10，現(xiàn)在按圖10的線路，通過供入管道s與上升支路B(在連接點(diǎn)22)，亦即在前置和后置上升閥H10、H2之間與之相連，它的出口管道e流入出口，即流入壓力殼1的冷卻水水池KW，而它的操縱管道c經(jīng)過至少一個(gè)產(chǎn)生壓力Pc的節(jié)流閥a21與前置上升閥H10前面的上升支路B連接。由此可見，為了調(diào)整在操縱管道c中的操縱壓力Pc，一個(gè)流入出口KW的由至少兩個(gè)節(jié)流閥a21、a22組成串聯(lián)線路的旁路A10，在前置上升閥H10的前面，與上升支路B，即泵12的壓力管道12.1在連接點(diǎn)17處相連，這時(shí)操縱管道c從兩個(gè)節(jié)流閥a21和a22之間的分岔點(diǎn)23引出。壓力Pc調(diào)整成使它在前置上升閥H10關(guān)閉時(shí)，大于在供入管道s中的壓力Ps，所以壓力Pc維持了在渦流室閥W10中的起截止作用的渦流。反之，在打開前置上升閥H10時(shí)，操縱管道c中的壓力Pc小于供入管道s中的壓力Pc，所以經(jīng)過與渦流室閥W10的時(shí)間常數(shù)△τ相應(yīng)的時(shí)間△t2之后(而這個(gè)時(shí)間等于或稍大于上升閥H10、H2用來實(shí)施一個(gè)所要求的最大允許的上升步長的額定打開時(shí)間△t1)，操縱液流f2的閉鎖作用被供入液流f1所取消，而在上升支路B中的大部分液流，作為供入液流f1，經(jīng)開著的渦流室閥W10，在出口KW中按照使上升過程中斷的方向調(diào)整。現(xiàn)在還可以通過上升支路B流動(dòng)以驅(qū)動(dòng)有關(guān)控制棒6的剩余液流(假定有一個(gè)與之有關(guān)的后置上升閥仍處于故障之中)，使之不再足以維持或引起一個(gè)上升過程。為了更好地理解其工作原理，我們在下面再一次說明各種不同的狀態(tài)。
a).懸浮或停止?fàn)顟B(tài)(正常工作情況)兩個(gè)上升閥H10和H2(亦即有關(guān)的后置上升閥H21或H22)均關(guān)閉。經(jīng)過停止支路A流過為停止控制棒6所需的液流。旁路A10中的節(jié)流閥a21和a22應(yīng)這樣來選擇，即使得在操縱管道c中調(diào)整為比供入管道s中的壓力Ps略微高一些的壓力Pc，以及有足夠的從切向進(jìn)口c0到軸向出口e0經(jīng)過渦流室閥W10的液流，以便建立所要求的閉鎖狀態(tài)。如已經(jīng)提到過的，閉鎖狀態(tài)的含義為建立了旋渦流，以及沒有液流從供入管道s到出口管道e。若有一個(gè)可能的高壓從兩個(gè)上升閥H10和H2之間封閉的管子處從s到e經(jīng)過渦流室閥而降低或去負(fù)荷，則可在渦流室21′(參見圖8)中建立一個(gè)旋流或渦流，并使渦流室閥W10閉鎖。
b).上升過程(正常工作狀態(tài))閥H10和H2同時(shí)打開，并保持打開一個(gè)短時(shí)間△t1＜△t2(△t2＝時(shí)間，在此時(shí)間后解除渦流室閥中的鎖閉狀態(tài))，直至使在懸浮和停止?fàn)顟B(tài)所需流量以外為了下一個(gè)階段上升所要求的上升質(zhì)量流量時(shí)間足夠長地流動(dòng)為止。在此時(shí)間△t1內(nèi)，在供入管道s內(nèi)的壓力Ps雖然大于在操縱管道c中的壓力Pc，但沒有能力將渦流室21′中的渦流(這是造成鎖閉狀態(tài)的原因)完全消除。
c).上升過程(假定兩個(gè)閥H10和H2均發(fā)生故障)兩個(gè)串聯(lián)的閥H10和H2在時(shí)間△t2＞△t1保持打開。在進(jìn)入上升過程時(shí)調(diào)整供入管道s中的壓力Ps，使之比操縱管道c中壓力Pc要高很多。如果這個(gè)壓力Ps能較長時(shí)間(至少是△t2或更長)作用在渦流室閥的進(jìn)口s0，則按照選定的渦流室閥的外殼尺寸，使閉鎖狀態(tài)程度不同地迅速取消。當(dāng)先前在懸浮狀態(tài)(見前面工作狀態(tài)a的說明)建立的渦流最終不再能維持時(shí)，從供入管道s通過渦流室到出口管道e的流路被打通。這一由徑向流入和軸向流出的路徑的壓力損失系數(shù)很小，并能以較小的流阻使上升質(zhì)量流量的大部分排入出口或水池KW。通過這個(gè)現(xiàn)在打開的旁路s0-e0，提高了在節(jié)流閥b10和閥H10中的壓力損失，這是因?yàn)橐后w的質(zhì)量流量增加了。在供入管道s中的壓力Ps可以降到略低于操縱管道c中的壓力Pc(它始終大于在后置上升閥H2后面的線路點(diǎn)18.1處的壓力)，但可以通過渦流室閥W10的設(shè)計(jì)來防止在這種情況下經(jīng)過入口c0重新生成渦流。在這種情況下上升過程將不能繼續(xù)進(jìn)行。
d).前置上升閥H10有故障，后置上升閥H2關(guān)閉如果閥H10持續(xù)開放，則經(jīng)過一段時(shí)間≥△t2后，通過在供入管道s中的壓力Ps(它高于在操縱管道c中的壓力)使渦流室21′中的渦流停止，并打通經(jīng)過渦流室的流路s0-e0。若現(xiàn)在打開閥H2，則上升過程不可能進(jìn)行。
e).后置上升閥H2有故障，前置上升閥H10關(guān)閉如果上升閥H2持續(xù)打開，則在供入管道s中的壓力將調(diào)整為上升支路的分支A1或A2出口處(線路點(diǎn)18.1)的壓力或一個(gè)較低的壓力。按照閥門的設(shè)計(jì)參數(shù)，渦流室閥W10維持閉鎖狀態(tài)或允許流出懸浮用體積流量或停止用質(zhì)量流量的一個(gè)較小部分。
在按圖11所示的第二個(gè)實(shí)施例中，渦流室閥W10的操縱管道c和供入管道s各經(jīng)過節(jié)流閥d2或d1，(它們使壓力均衡)，在前置上升閥H10的前面或后面直接與上升支路B相連。如圖所示，在渦流室閥W10的出口管道e中也裝有一個(gè)使壓力均衡的另一個(gè)節(jié)流閥d3。除此以外，這里的液壓式控制棒傳動(dòng)裝置CD2與圖11所表示的那個(gè)控制棒傳動(dòng)裝置CD1沒有區(qū)別。這個(gè)方案CD2的特點(diǎn)在于，在上升過程中假設(shè)兩個(gè)上升閥H10和H2有故障，在時(shí)間≥△t2后操縱液流管道c和供入管道s之間的壓差，主要僅由閥H10確定，因此它很小，而節(jié)流閥d1、d2和d3僅用于微調(diào)。這種情況導(dǎo)致從一開始這兩個(gè)串聯(lián)上升閥H10、H2被打開的瞬間起(其中渦流室閥W10尚處于閉鎖狀態(tài))，至渦流或旋流完全消失的狀態(tài)(旁路s0-e0全開)，對設(shè)計(jì)閥門來說重要的壓力比(Pc-Pe)/(Ps-Pe)接近于常數(shù)，式中的Pe是渦流室閥W10后出口管道中的壓力。除此以外，渦流室閥W10以及其液壓線路的布置與前面所述的按圖10的線路CD1是相同的。因?yàn)閳D11的線路CD2在懸浮或停止?fàn)顟B(tài)(正常工作狀態(tài))-見對圖10的說明部分(a)-渦流室閥W10的c0-e0段是打開的(操縱液流f2流入出口管道e)，所以應(yīng)當(dāng)考慮在節(jié)流閥d2和d3中的壓力降，還有在前置節(jié)流閥b10中的壓力降以及渦流室21′內(nèi)部線段c0-e0的內(nèi)部壓力降，以確定停止段或懸浮段的A的液壓測量。這意味著，在這種正常工作情況下，渦流室閥W10如同一個(gè)普通的節(jié)流閥。它在按b10、d2和d3的順序通向出口KW的旁通支路中。
圖10和圖11中只畫了一個(gè)液體泵12，以便表示按照本發(fā)明的控制棒液壓傳動(dòng)裝置CD1或CD2要通過一個(gè)液體泵起作用。然而有利的是通過至少兩個(gè)并聯(lián)液體泵(圖2)來提高安全性，如圖2所述。
圖12和圖13表示的最后一個(gè)實(shí)施例中，上升閥裝置H的兩個(gè)串聯(lián)的上升閥H100和H2中，至少一個(gè)是渦流節(jié)流閥H100(見圖12)。圖中用CD3表示控制棒傳動(dòng)裝置的總體，它的操縱支路裝置CV的基本結(jié)構(gòu)與前面圖3或圖6中表示的相同，這就是說，有一個(gè)主停止支路A和停止支路的分支Ai，有一個(gè)主上升支路B和上升支路的分支Bi。此外圖中還有一個(gè)唯一的主下降支路c，它為所有的操縱支路裝置CVi所公有。唯一的一根作為代表并示意表示的控制棒表示了它處于兩個(gè)位置的情況，即其吸收棒6.3的下部進(jìn)入位置Ⅰ以及移出或部分移出時(shí)的上部位置Ⅱ。6.1仍表示為一根控制棒導(dǎo)軸，6.2表示控制棒導(dǎo)管，后者設(shè)置活塞缸筒裝置(在圖中未表示)，如圖1所述。
圖13示意表示放大了的渦流節(jié)流閥有一個(gè)圍繞圓柱形渦流室21′的外殼;有一個(gè)與外殼的外壁21.3連接并經(jīng)過切向噴嘴c01進(jìn)入渦流室21′的接頭或接頭套管c0，以便與操縱管道c連接;有一個(gè)經(jīng)軸向噴嘴e01與渦流室21′相聯(lián)并與外殼端壁21.2(在圖的下方)相連，帶連接套管e0的出口管道e。在圖上部的外殼端蓋用21.1表示。在與出口管道e的軸向噴嘴e01處于相對位置的端蓋21.1上，連接著另一根出口管道e1，它的截面比出口管道e小。這一根出口管道e1用來作為排氣管和排出膨脹水;它以其未在圖中表示的另一個(gè)管道端部與一個(gè)液壓出口相聯(lián)，亦即反應(yīng)堆壓力殼1的冷卻水水池KW。
這種渦流節(jié)流閥W100是一個(gè)無源的流阻。通過從泵壓力管道12.1或12.1a(圖12)來的切向操縱管道c，使液體在渦流室21′中形成旋流，亦稱渦流。這種渦流的流動(dòng)路徑是對數(shù)螺旋線。通過損耗很小的液體微粒加速，在接近軸向出口噴嘴e01處形成了很大的切向速度，因而有很大的離心力。此離心力產(chǎn)生一個(gè)反壓，它使渦流室的入流減少。這種以流體進(jìn)行工作的渦流節(jié)流閥中處于低壓下的渦流芯部用蒸氣或氣體來充填。在建立了渦流時(shí)，渦流節(jié)流閥W100中從c0至e0的流阻用z2來表示，它比液流從操縱管道c剛剛進(jìn)入而未形成渦流時(shí)在這個(gè)渦流節(jié)流閥中所產(chǎn)生的流阻z1大一個(gè)因子K′倍。這種渦流節(jié)流閥W100的結(jié)構(gòu)可以設(shè)計(jì)為使因子K′，例如，在5和20之間的范圍之內(nèi)。在圖13中所標(biāo)明的流動(dòng)箭頭表示了一個(gè)渦流剛剛形成的狀態(tài)，因此這時(shí)的流阻z1還比較小。操縱液流f2的大部分作為出口液流f3流向上升閥H2。當(dāng)在渦流室21′中建立了渦流后，大約10%至最高為20%的操縱液流f2通過軸向出口管道e1流向上升閥H2;這些流量不足以引起控制棒6(圖12)和其吸收棒6.3作另一次上升。
圖12所示線路的工作情況如下如果要一根所選定的控制棒6上升一個(gè)步長或一個(gè)步長單位，則打開與它有關(guān)的在上升支路的分支Bi中的上升閥H2。這時(shí)由泵壓力管道12.1、12.1a來的液流在渦流節(jié)流閥W100中形成了從操縱接頭c0到出口e0的流動(dòng)，這種流動(dòng)是在渦流節(jié)流閥內(nèi)部的壓差(Pc-Pe)＞0的推動(dòng)下進(jìn)行的。因?yàn)樵谏仙yH2的額定打開時(shí)間△t1(例如為200毫秒)期間，在渦流節(jié)流閥W100內(nèi)渦流形成還沒有完成，所以渦流節(jié)流閥的流阻尚處于較低的值z1?？刂瓢?得到一個(gè)足夠大的脈沖或流量來實(shí)施所要求的上升步長。經(jīng)過額定打開時(shí)間△t1之后上升閥H2關(guān)閉是正常的。因此渦流節(jié)流閥的出口液流中止，形成的渦流被瓦解，所以經(jīng)過第二個(gè)出口管道e1只能流過空氣或氣體，也可能有一些膨脹水。如果在經(jīng)過它的額定打開時(shí)間△t1之后，盡管給了關(guān)閉指令，上升閥H2仍始終是開著的，亦即被卡住，那么液流f3(為了表示這是一種非正常狀態(tài)，所以圖中加了括弧)可以繼續(xù)流動(dòng)，直至經(jīng)過時(shí)間△t2，這個(gè)時(shí)間比△t1要大一些，例如大20%到30%。經(jīng)過時(shí)間△t2后，在渦流室21′(圖13)內(nèi)部的渦流完全建立起來，所以這時(shí)的流阻z2增大，因此出口液流f3減少到例如它的最大值的10%;這樣的出口液流不再適合于使控制棒6上升或是無效的。在控制室可從遠(yuǎn)距離位置指示中看出，所涉及的上升閥H2是否進(jìn)入關(guān)閉位置，所以可以決定對故障上升閥采取相應(yīng)的修理措施或予以更換。
如串聯(lián)的渦流室閥W01一樣，最好渦流節(jié)流閥W100為多個(gè)操縱支路裝置CVi和與之相應(yīng)的多個(gè)上升支路的分支Bi所公用。用渦流節(jié)流閥W100使串聯(lián)線路比較簡單，因?yàn)檫@個(gè)渦流節(jié)流閥將一個(gè)普通的前置上升閥的功能和可調(diào)整流阻的功能統(tǒng)一在一起。通過“前置”的渦流節(jié)流閥和在彼此并聯(lián)的上升支路的分支Bi中各有一個(gè)后置上升閥H2，構(gòu)成了多重的串聯(lián)線路。
權(quán)利要求
1.水冷核反應(yīng)堆尤其是供熱反應(yīng)堆的控制棒液壓傳動(dòng)裝置，有一個(gè)反應(yīng)堆壓力殼(1)；一個(gè)支承在其中的反應(yīng)堆堆芯(5)，它由一個(gè)立式安裝的燃料元件格架(5.0)和在燃料元件(5.1、5.2)之間或里面的空間中可移入移出的控制棒(6)，以及燃料元件和控制棒的支架及其傳動(dòng)裝置所組成；控制棒(6)可克服重力移出和可沿重力方向移入；控制棒(6)的傳動(dòng)軸(6.2)設(shè)有液壓的活塞缸筒系統(tǒng)，可從下面將冷卻水作為工作液經(jīng)反應(yīng)堆內(nèi)部的液體管道(10)供入其中，而冷卻水水池(KW)作為液壓的出口；有一個(gè)液體泵裝置(12)，它經(jīng)過壓力管道和吸入管道(12.1、12.2)以及與之有關(guān)的管道套管(14、15)，在壓力側(cè)與活塞缸筒系統(tǒng)相聯(lián)，在吸入側(cè)與反應(yīng)堆壓力殼(1)中的冷卻水水池(KW)相聯(lián)；以及還有一個(gè)裝在反應(yīng)堆壓力殼(1)外部的調(diào)節(jié)閥裝置(11)，它用來調(diào)節(jié)液體泵(12)在壓力側(cè)的流量，以便在“上升”或“下降”方向移動(dòng)控制棒(6)，或停止在其所占有的控制棒位置上，其特征為每一根要加以操縱的控制棒(6)的調(diào)節(jié)閥裝置(11)具有下列調(diào)節(jié)支路一個(gè)停止支路(A)，其入口側(cè)與壓力管道(12.1a)相聯(lián)、出口側(cè)與活塞缸筒系統(tǒng)的壓力側(cè)相聯(lián)，有第一節(jié)流閥(a1)和一個(gè)與此第一節(jié)流閥在前面相連，并流到出口去的旁通節(jié)流閥(a2)，第一節(jié)流閥(a1)和旁通節(jié)流閥(a2)的節(jié)流截面的尺寸應(yīng)這樣來確定，即在液體泵(12A或12B)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)它允許通過一個(gè)足以保持控制棒(6)位置的液流量；一個(gè)上升支路(B)，它有由一個(gè)上升閥裝置(H)和一個(gè)第二節(jié)流閥(b1)組成的串聯(lián)線路，此支路的兩端在第一節(jié)流閥(a1)的前后與停止支路(A)相連；一個(gè)下降支路(C)，它有由一個(gè)下降閥(SV)和一個(gè)第三節(jié)流閥(c1)組成的串聯(lián)線路，此支路的一個(gè)在第一節(jié)流閥(a1)后面的端頭與停止支路(A)相連，它的另一端通往冷卻水水池(KW)；這時(shí)，所采取的措施是，當(dāng)上升支路(B、Bi)之一個(gè)中的上升閥在它的開放位置被卡住時(shí)，在有關(guān)的下降支路(C)中的下降閥(SV)自動(dòng)打開，和/或有效的上升閥裝置(H)由至少兩個(gè)串聯(lián)的上升閥(H1、H2；H10、H2；H10、W01、H2；W100、H2)構(gòu)成，這時(shí)通過有故障的上升支路(B、Bi)的液體流量至少減少到能阻止所操縱的控制棒進(jìn)一步上升。
2.按照權(quán)利要求
1所述之控制棒傳動(dòng)裝置，其特征為上升閥裝置(H;H1、H2、H10)和必要時(shí)下降閥(SV)均配備位置指示器，它給控制室提供可用的檢測信號(hào)。
3.按照權(quán)利要求
2，特別是用于從約10兆瓦起功率較大的供熱反應(yīng)堆或壓水重水減速反應(yīng)堆的控制棒傳動(dòng)裝置，在這種情況下，由于一根控制棒或由直至三根控制棒的控制棒組不應(yīng)有的移出引起在堆芯內(nèi)中子流密度的變化保持在允許的限度范圍之內(nèi)，其特征為采取將各上升閥裝置(H;H1、H2、H10)的打開時(shí)間和達(dá)到所希望的控制棒上升步長所要求的額定打開時(shí)間相比較的方法，為此，將信號(hào)“上升閥開”到“上升閥關(guān)”之間經(jīng)過的時(shí)間的實(shí)際值(ta-z)，與額定打開時(shí)間的極限值(△t1)作比較，當(dāng)超過此額定打開時(shí)間為一個(gè)預(yù)先規(guī)定的量K·(△t1)時(shí)(其中0＜K＜1)，打開有關(guān)的下降閥(SV)。
4.按照權(quán)利要求
3所述之控制棒傳動(dòng)裝置，其特征為0.3＜K＜1。
5.按照權(quán)利要求
1至4之一所述之控制棒傳動(dòng)裝置，特別是用于功率約為10兆瓦的小功率供熱反應(yīng)堆或壓水重水減速反應(yīng)堆中的控制棒傳動(dòng)裝置，其特征為在有效的上升支路(B、Bi)中設(shè)至少由兩個(gè)串聯(lián)的上升閥，即由一個(gè)前置上升閥(H1、H10)和一個(gè)后置上升閥(H2)組成的上升閥裝置(H)，所以當(dāng)上升閥(H1、H2或H10、H2)中之一個(gè)在其打開位置被卡住時(shí)，上升液流的切斷是通過另一個(gè)上升閥(H2、H1或H2、H10)來實(shí)現(xiàn)的，反之亦然(圖5、圖6)。
6.按照權(quán)利要求
5所述之控制棒傳動(dòng)裝置，其特征為前置上升閥是一個(gè)為多根控制棒傳動(dòng)裝置的多個(gè)上升支路(A)和它們所屬的上升閥(H2)所公用的、帶節(jié)流閥(b10)的前置主上升閥(H10)(圖6)。
7.按照權(quán)利要求
1、5或6所述之控制棒傳動(dòng)裝置，對每個(gè)有效的上升分支有至少兩個(gè)串聯(lián)的上升閥，即一個(gè)前置上升閥和一個(gè)后置上升閥(H1、H10;H2)，它們在實(shí)施有關(guān)的控制棒的上升步長時(shí)均打開，為了結(jié)束上升步長，至少可將其中的一個(gè)關(guān)閉，這時(shí)，如果這兩個(gè)上升閥中有一個(gè)在開放位置被卡住了，通常則關(guān)閉另一個(gè)沒有故障的上升閥，其特征為在兩個(gè)上升閥(H1、H10;H2)中一個(gè)的后面設(shè)有一個(gè)渦流室閥(W01)，它有三個(gè)液壓接頭(s0、c0、e0)用于供入、操縱和出口液流(f1、f2、f3)，渦流室閥(W01)內(nèi)部可操縱的流路(s0-e0)設(shè)在上升支路(B)中，這一流路位于其供入液流的入口(s0)和閥的出口(e0)之間，通過操縱液流(f2)可以將出口液流(f3)減少到相應(yīng)于在其開放位置的最大值(f3max)的一部分，而通過這一已被如此減少了的在上升支路(B)中的液流(f3min)，中斷了控制棒(6)的上升過程;經(jīng)過液壓操縱管道(c)可將操縱液流(f2)輸入渦流室閥(W01)的操縱液流入口(c0)，操縱液流(f2)的操縱壓力比供入液流(f1)的供入壓力大約高5%至10%;渦流室閥(w01)的時(shí)間常數(shù)△τ，亦即從時(shí)間為△τ＝0時(shí)引入操縱液流和供入液流(f2、f1)起至截止供入液流(f1)所經(jīng)過的時(shí)間間隔，為了實(shí)施有關(guān)控制棒希望的最大允許的上升步長所需的上升閥額定打開時(shí)間(△t1)應(yīng)這樣確定，即當(dāng)這兩個(gè)上升閥(H10、H1;H2)在其打開位置被卡住的情況下，在達(dá)到額定打開時(shí)間(△t1)后或達(dá)到該時(shí)間后不久，通過將渦流室閥(W01)的出口液流(f3)減少到其被節(jié)流的值f3min，上升支路(B)從中止上升過程的意義來說被自動(dòng)節(jié)流。
8.按照權(quán)利要求
7所述之控制棒傳動(dòng)裝置，其特征為渦流室閥(W01)內(nèi)部可操縱的流路(s0-c0)處于上升支路(B、BⅠ;BⅡ)中一個(gè)前置上升閥(H10、H1)的出口和一個(gè)后置上升閥(H2)的入口之間。
9.按照權(quán)利要求
1所述之控制棒傳動(dòng)裝置，其特征為至少設(shè)有兩個(gè)并聯(lián)的液體泵裝置(12)的液體泵(12A、12B)，每一個(gè)均按100%的全液流量來設(shè)計(jì)(圖2)。
10.按照權(quán)利要求
1所述之控制棒液壓傳動(dòng)裝置，它的調(diào)節(jié)閥裝置的各上升支路有一個(gè)至少由兩個(gè)上升閥組成的串聯(lián)線路，即一個(gè)前置上升閥(H10)和一個(gè)后置上升閥(H2)，此串聯(lián)線路至少與一個(gè)渦流室閥相連接，在超過額定打開時(shí)間后，亦即至少一個(gè)上升閥卡住時(shí)，它將各上升支路中的液流量至少要減少到能中止控制棒的上升過程，此液流量在上升閥額定打開時(shí)間間隔期間供入被操縱的活塞缸筒系統(tǒng)中去，以實(shí)施有關(guān)的控制棒上升步長，此外，此渦流室閥有三個(gè)用于供入、操縱和出口液流(f1、f2、f3)的液壓接頭(s0、c0、e0)，其特征為在上升支路(B)中至少在前置和后置上升閥(H10和H2)之間有一個(gè)渦流室閥(W10)以其吸入管道(s)與之相連，它的出口管道(e)流入出口，它的操縱管道(c)經(jīng)過至少一個(gè)產(chǎn)生壓力(Pc)的節(jié)流閥與前置上升閥(H10)前面的上升支路(B)相連接，在前置上升閥(H10)關(guān)閉時(shí)這個(gè)壓力高于吸入管道(s)中的壓力(Ps)，因此維持在渦流室閥中起截止作用的渦流，反之，當(dāng)前置上升閥(H10)打開時(shí)，壓力(Pc)小于吸入管道(s)中的壓力(Ps)，所以經(jīng)過與渦流室閥(W10)的時(shí)間常數(shù)(△τ)相應(yīng)的時(shí)間間隔(△t2)之后，(這個(gè)時(shí)間比上升閥(H10;H2)為了實(shí)施所希望的最大允許的上升步長的額定打開時(shí)間(△t1)要長一些)，利用供入液流(f1)來取消操縱液流(f2)的閉鎖作用，而在上升支路中的大部分液流，經(jīng)過打開的渦流室閥作為供入液流在出口中從中斷上升過程的意義上來說進(jìn)行控制(圖10、圖11)。
11.按照權(quán)利要求
1所述之控制棒液壓傳動(dòng)裝置，每個(gè)可與其上升閥裝置(H)接通的上升支路(Bi)具有一個(gè)至少由兩個(gè)上升閥組成的串聯(lián)線路，其特征為上升閥裝置(H)的至少兩個(gè)上升閥中的一個(gè)是一個(gè)渦流節(jié)流閥(W100)，它有一個(gè)圍繞圓柱形渦流室21′的外殼，有一個(gè)與外殼的外壁相連并經(jīng)過切向噴嘴進(jìn)入渦流室的操縱液流管道(c);以及有一個(gè)經(jīng)軸向噴嘴與渦流室21′相聯(lián)，并與外殼端蓋連接的出口管道(e)，在這種情況下，當(dāng)至少兩個(gè)上升閥(W100、H2)中的一個(gè)(H2)打開時(shí)，從泵壓力管道(12.1、12.1a)來的液流形成了一個(gè)從操縱液流管道(c)的切向噴嘴到出口管道(e)的徑向噴嘴的內(nèi)部壓降(Pc-Pe)＞0和渦流節(jié)流閥開始時(shí)的流動(dòng)阻力(z1)，這時(shí)，在時(shí)間(△t2)之內(nèi)，由于在渦流室中所建立起來的流動(dòng)旋渦，使流動(dòng)阻力增大到(z2)值，且(z2)＞(z1)和時(shí)間(△t2)比另一個(gè)上升閥(H2)的額定打開時(shí)間(△t1)要大一些，所以在被操縱的控制棒的額定上升步長實(shí)施以后，以及至少兩個(gè)上升閥(W100、H2)中的一個(gè)(H2)被卡在其打開位置時(shí)，由于這一較高的流動(dòng)阻力(z2)使通過渦流節(jié)流閥(W100)的流量減小，從而阻止了所操縱的控制棒的進(jìn)一步移出或上升(圖12、圖13)。
12.按照權(quán)利要求
11所述之控制棒液壓傳動(dòng)裝置，其特征為一個(gè)渦流節(jié)流閥(W100)為多個(gè)操縱支路裝置(CVi)和與之相應(yīng)的多個(gè)上升支路的分支(Bi)所公用，這時(shí)，此渦流節(jié)流閥(W100)作為前置渦流節(jié)流閥來工作，而在彼此并聯(lián)的上升支路(Bi)中各有一個(gè)后置上升閥(H2)，它們與此渦流節(jié)流閥(W100)構(gòu)成了一個(gè)多重的由兩個(gè)上升閥組成的串聯(lián)線路。
13.按照權(quán)利要求
11或12所述之控制棒液壓傳動(dòng)裝置，其特征為與出口管道的軸向噴嘴所在的渦流節(jié)流閥外殼端蓋處于相對位置的外殼端蓋上，連接著另一個(gè)截面較小的另一根出口管道，它用來作為排氣管和排出膨脹水，其另一端與一個(gè)液壓出口相聯(lián)。
專利摘要
水冷核反應(yīng)堆尤其是供熱反應(yīng)堆的控制棒液壓傳動(dòng)裝置，它有一個(gè)反應(yīng)堆壓力殼(1)反應(yīng)堆堆芯(5)，后者是一個(gè)立式安裝的燃料元件格架(5.0)和在燃料元件(5.1、5.2)之間的空間內(nèi)可沿重力方向或逆重力方向移入和移出的控制棒(6)所組成，控制棒(6)的傳動(dòng)軸(6.2)設(shè)有液壓的活塞缸筒系統(tǒng)，可以從下面將冷卻水作為工作液經(jīng)反應(yīng)堆內(nèi)部的液體管道(10)供入其中，冷卻水水池(KW)作為液壓的出口。反應(yīng)堆內(nèi)部的液體泵(12)通過壓力殼(1)外面的調(diào)節(jié)閥裝置(11)來調(diào)整流量。
文檔編號(hào)G21C7/18GK87104769SQ87104769
公開日1988年4月6日 申請日期1987年6月12日
發(fā)明者普拉莫德·巴特雅, 曼弗雷德·厄爾萊因, 彼得·勞, 愛德華·韋伯 申請人:西門子公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan