專利名稱:反應堆控制棒用對孔式水力步進缸的制作方法
本發(fā)明是一種反應堆控制棒用水力步進缸。
根據(jù)西德發(fā)電廠聯(lián)盟(Kraftwcrk Union)出版的文獻《500兆瓦區(qū)域核供熱用輕水反應堆》報導在該反應堆上，設計研究了一種水力傳動控制棒(Hydraulic Controlrod)。這種傳動裝置以反應堆冷卻劑一水為工作介質，用泵產生高壓，以高壓水為動力，推動一個步進缸，步進缸拖動控制棒。這種步進缸的原理是使水通過刻有凹槽的活塞和缸體之間的縫隙連續(xù)流動，其阻力系數(shù)隨活塞及缸體之間的相對位置而變化，因此可以通過流量的調節(jié)來控制活塞與缸體的相對位置，實現(xiàn)步進式移動。但由于流道阻力特性所限，其步距較大，調節(jié)性能差，所需的循環(huán)水量大。而且存在由于電磁閥誤動作可能使控制閥跳出堆芯而造成反應性意外引入的不安全因素。
本發(fā)明的目的在于提供一種調節(jié)性能更好，步距更小，循環(huán)水量低，更為安全可靠的水力步進缸。
本發(fā)明的要點是這種水力步進缸由帶節(jié)流孔的缸體及活塞組成。在不動的缸體上有2列以上孔，每列孔布置在與缸體軸線平行的直線上，這些孔在橫向上按排排列，每排上的孔分布在與缸體軸線垂直的同一平面上，并沿圓周均布。每排孔之間的距離等于步距。在活塞上只有一排孔，孔的方向與缸體上相應孔的方向一致。活塞上的孔的形狀可以是圓形的、矩形的或其它形狀的;缸體上孔的軸向尺寸長于活塞上孔的軸向尺寸。水從活塞內流入，經活塞和缸體的孔流出，其阻力系數(shù)隨活塞及缸體的孔位的相對變化而變化，所以稱本發(fā)明為對孔式水力步進缸。
圖1為對孔式水力步進缸的穩(wěn)態(tài)平衡流量曲線。圖中的橫座標Q為穩(wěn)定狀態(tài)下的平衡流量，縱座標S為活塞與缸體之間孔的相對位置，在軸S之左側的四個圖，為表示活塞與缸體孔位相對位置的示意圖。橫座標上的各點Q0為最低平衡流量;Q1為最高平衡流量;Qr為提升流量;Qk為保持流量;Qp為下降流量。
如圖1所示。在缸內壓力一定時，活塞上的孔與缸體上的孔在相對和相錯時，阻力系數(shù)發(fā)生很大的變化，因此平衡流量也將發(fā)生很大的變化，從最高平衡流量Q1，變?yōu)樽畹推胶饬髁縌0，在向缸內通往保持流量Qk(Q0＜Qk＜Q1)時，活塞將停止在某一平衡位置上，這時活塞上的孔與缸體上的孔部分重合。當活塞向上運動超過平衡位置時，保持流量將小于該點的平衡流量，則缸內壓力降低，使活塞降低回到平衡位置。反之，當活塞的位置低于平衡位置時，保持流量大于該點的平衡流量，缸內壓力升高，把活塞抬到平衡位置。在向缸內通入提升流量Qr(Qr＞Q1)的脈沖時，則活塞將向上運動，待通過缸體上的一排孔后，流量回恢到保持流量Qk，則活塞將在上一排孔的新平衡位置上停下來，這就是上升動作。同樣，在缸內通入下降流量Qp(Qp＜Qo)時，則活塞向下運動，通過下一排孔后，然后回到保持流量Qk，缸可以在下一排的平衡位置上停下來，這就是下降動作。
圖2為流量控制回路圖，圖中5是泵;6為提升電磁閥;7為下降電磁閥;8為脈沖注入閥;9為逆止閥;10、11為調節(jié)閥;12為超聲測距系統(tǒng);13為反應堆壓力殼。
上述的流量控制是通過一套流量控制回路來實現(xiàn)的，如圖2所示。水從反應堆壓力殼中抽出，經過泵5加壓、注入由電磁閥6、7，調節(jié)閥10、11，逆止閥9，脈沖注入閥8組成的控制回路，然后通入水力步進缸。為保證每次提升動作只向上跳一步，以免發(fā)生反應性意外引入事故。向上提升的流量脈沖由一脈沖注入閥注入。圖3為脈沖注入閥的原理圖，其中14為活塞，15為缸體。脈沖注入閥由一包括同軸線的大缸和小缸組成的缸體15，以及由有兩種相應直徑的連體活塞14組成，如圖3所示。當提升電磁閥6打開時，高壓水注入大缸，推動大活塞，把水從小缸壓出，直至行程終點。當電磁閥6關閉時，高壓水從小活塞側進入缸體，推動小活塞，使活塞復原。這樣在每次電磁閥6的動作中，只能有一定量的水，以一定速度注入步進缸，不可能因注水量過大，造成意外跳步的問題。為保證最低流量Q0足夠小，缸體與活塞之間應有密封，因缸體已接近或進入堆芯，溫度及放射性水平很高，常規(guī)的密封材料，例如橡膠、塑料等，已無法工作，因此這里采用非接觸式密封，如迷宮密封、間隙密封等，密封材料用核石墨或不銹鋼。
缸體的位置是利用超聲波定位技術來確定的。超聲波探頭可以承受高溫、高壓、高放射性的工作條件。定位精度為±3毫米。超聲波探頭內裝有并聯(lián)的數(shù)片壓電陶瓷片，保證至少有兩片以上信號一致時，系統(tǒng)才能正常工作。
本發(fā)明與西德發(fā)電廠聯(lián)盟(簡稱KWU)研究的水力傳動控制棒相比，具有如下優(yōu)點步距小;調節(jié)性能好;單位缸體有效面積上的承載能力高;所需循環(huán)水量少;安全性好，沒有可能發(fā)生控制棒意外彈出堆芯的事故，基本上達到了控制棒傳動的技術指標。本發(fā)明結構簡單，造價只相當于目前常用的壓水堆控制棒傳動機構的1/8～1/10。本發(fā)明引入反應堆將大大簡化反應堆的結構，縮小反應堆的尺寸，提高反應堆的安全性，不僅具有重大的經濟效益，而且對于水動力堆的小型化發(fā)揮作用。
實施例圖4為對孔式水力步進缸的原理圖。其中1是外套管;2是內套管;3是缸體;4是聯(lián)接頭。
根據(jù)上述原理清華大學核能所研制了一臺對孔式水力步進缸，其原理如圖4所示。
外套管1、內套管2、聯(lián)接頭4固結組成活塞;芯管3為不動件。在缸體3上有四列長圓形孔，每排上的四個孔分布在與缸體軸線垂直的同一平面上，并沿圓周均布?？讬M向成排排列，各排孔的距離，等于步距。每列孔布置在一條與缸軸線平行的直線上。在外套管1與內套管2的中部，各有四孔，均勻分布在與缸軸線垂直的同一平面內，且沿圓周均布。在外套管1與內套管2上的對應孔的軸線應在同一直線上。在內、外套與缸體組裝時，應保持內外套上的孔與缸體上的孔的方向一致，軸線重合，如圖4中的AA剖面圖所示。缸體上的孔為長圓形，內外套上的孔為圓形。在缸體的頂部B處，以及內外套管2、1的中部四孔的上下部位C及D處，以及內外套管的下部E處，加上密封環(huán)節(jié)，如圖4所示。密封材料為不銹鋼。經冷態(tài)試驗證明，其性能比西德發(fā)電廠聯(lián)盟的水力傳動控制棒的性能要好好具體對照如下清華核能技術研究 西德發(fā)電廠聯(lián)盟所(INET) (KWU)步距(厘米) 15～2.0 5.0承載能力(巴) 18～2.2 1.5耗水量(噸/小時) 0.35～0.45 3.6可靠性 無反應性意外事故 有可能發(fā)生反應性意可能 外引入事故
權利要求
1.一種由活塞和缸體組成的水力步進缸，其特征在于，在缸體上有2列以上節(jié)流孔，每列孔布置在與缸體軸線平行的直線上，這些孔橫向上成排排列，每排上的各孔分布在與缸體軸線垂直的同一平面上，并沿圓周均布，每排孔的距離等于步距；在活塞上只有一排節(jié)流孔，孔的方面與缸體上相應孔的方向一致；在缸體與活塞之間有密封；活塞的提升動作由能夠以一定速度注入定量水的脈沖注入閥完成。
2.按照權利要求
1所述的水力步進缸，其特征在于活塞上的節(jié)流孔可以是圓形、矩形或其它形狀，缸體上的各節(jié)流孔的軸向尺寸應長于活塞上節(jié)流孔的尺寸。
3.按照權利要求
1所述的水力步進缸，其特征在于缸體與活塞之間的密封型式為迷宮密封或間隙密封，密封材料為核石墨或不銹鋼。
4.按照權利要求
1所述的水力步進缸，其特征在于完成提升動作的脈沖注入閥是由一個包括同軸線的大缸體及小缸體組成的連體缸及一個有兩種相應直徑的連體活塞組成的。
專利摘要
反應堆控制棒用對孔式水力步進缸，是一種適用于水動力堆的新型傳動裝置。它以反應堆的冷卻劑—水為工作介質，利用缸體阻力隨缸體與活塞上的孔位錯動而變化的特性，通過流量來控制活塞相對于缸體作步進式運動。它沒有一般控制傳動所面臨的高壓動密封問題，可以完全封入反應堆壓力殼中，結構緊湊。性能超過西德階級軸式水力步進缸。此發(fā)明將對于反應堆的小型化起重要作用。
文檔編號F15B11/13GK85100042SQ85100042
公開日1985年9月10日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者吳元強, 王大中, 呂應中, 胡月東, 楊念祖 申請人:清華大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan