一種浮動式反應堆控制棒驅動機構的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種浮動式反應堆的控制棒驅動機構,包括承壓殼體部件、驅動電機部件、落棒釋放機構部件、磁軛線圈部件和驅動螺桿部件。本實用新型提供的浮動式反應堆控制棒驅動機構,其機構傳動動作可靠,運行精確度高,結構簡單易行,可實現浮動式反應堆各種工況下的功率控制以及反應堆安全控制的功能。
【專利說明】
一種浮動式反應堆控制棒驅動機構
技術領域
[0001]本實用新型涉及核電站反應堆的控制棒驅動機構,具體是一種應用于浮動式反應堆的控制棒驅動機構。
【背景技術】
[0002]核反應堆控制棒驅動機構是反應堆最重要的控制系統(tǒng)和安全保護系統(tǒng)的伺服設備,擔負著反應堆的啟動、功率調節(jié)、停堆及安全(緊急)停堆等生產運行和安全控制功能。由于工作環(huán)境不同于陸基,浮動式電站反應堆時刻處于周期性搖擺狀態(tài)中,此時驅動機構不能始終保持固定豎直狀態(tài),依靠重力作為控制棒插入堆芯的驅動力已不能安全實現落棒動作。當浮動堆發(fā)生大角度傾斜,甚至發(fā)生傾覆時,重力就成為控制棒運動的阻力,阻礙其原設定落棒動作。因此,原有的陸基核反應堆控制棒驅動機構的驅動工作機理已不能滿足浮動反應堆的生產和安全保證功能。為保證浮動式反應堆穩(wěn)定可靠地正常工作,它的控制棒驅動機構必須采用新型的驅動技術和運動可靠性保障措施。
[0003]在浮動式反應堆控制棒驅動機構的設計應用中,俄羅斯因擁有大量的核動力破冰船和豐富的開發(fā)運行浮動式反應堆實踐經驗,從而成為該領域的領頭羊。俄羅斯試驗機械制造設計局(OKBM)的ABV、VBER和KLT系列浮動式反應堆是其多年的研究成果。其中KLT-40系列是其最成熟的浮動式核反應堆,該反應堆已為核動力破冰船在俄羅斯北部極惡劣環(huán)境工作提供動力,其總運行時間超過7000堆年。Akademik Lomonosov是俄羅斯核電集團(Rosenergoatom)設計的全球第一座浮動核電站,就配備2座35MWe(KLT-40S)反應堆,電站預定在2016年試運行,其采用的外置式控制棒驅動機構使用步進電機和齒輪齒條驅動機構[KLT-40floating nuclear heat and power unit with KLT-40s reactor plant(0ΚΒΜ,Russian Federat1n).1n: Status of advanced light water reactor designs IAEA-TECD0C-1391.Vienna:1nternat1nal Atomic Energy Agency,IAEA,2004:733-754.]。這種齒輪齒條式驅動機構動作可靠,但因傳動機構特點,占用空間體積過大,無法適應高密度布置需求。日本的原子能研究機構(JAERI)則致力于內置式滾珠螺母絲杠式控制棒驅動機構的石開發(fā)[Ishida,Toshihisa.1mayoshi ,Shou.et al.Development of in-vessel typecontrol rod drive mechanism for marine reactor.Journal of Nuclear Science andTechnology.2001,38(7),557—570.],并將其應用于船用一體化反應堆MRX、DRX。這種采用絲杠滾子螺母式驅動機構設計時,可分開的滾子螺母與導螺桿形成了復雜連接,這可能會在正常運行期間影響到控制棒運動精度。同時導螺桿的緊急停堆釋放還有可能對螺紋或導螺桿結構完整性造成不可修復的損壞。當發(fā)生急停事件時,螺母與導螺桿完全脫離。如重新恢復連接,將會引入相對位置的偏差,這將導致滾子螺母與導螺桿重新嚙合的難度提高、接觸情況變得更復雜。此外,對于復雜的可分離式滾子螺母來說,隨著時間推移產生的磨損會將會是一個不可避免的問題。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型針對現有技術的不足,提出一種浮動式反應堆控制棒驅動機構。
[0005]浮動式反應堆控制棒驅動機構包括:
[0006]承壓殼體部件;所述的承壓殼體部件由螺桿行程殼體、電機承壓殼體和導向套管組成;所述螺桿行程殼體、電機承壓殼體和導向套管共同構成壓力邊界;其中所述電機承壓殼體與反應堆頂蓋連接固定;
[0007]驅動電機部件;所述的驅動電機部件由定子繞組、轉子、螺母和軸承構成,其中定子繞組安裝在所述電機承壓殼體的外部或內部;所述轉子和螺母連成一體,并由所述軸承套裝在所述電機承壓殼體內;所述定子繞組因電流變化而產生交變磁場,對所述轉子產生轉矩作用,驅動所述螺母轉動從而推動螺桿直線運動;
[0008]落棒釋放機構部件;所述的落棒釋放機構部件由落棒彈簧、釋放彈簧、鉤爪、連桿、銜鐵組成;所述落棒彈簧、釋放彈簧、鉤爪、連桿、銜鐵套裝在所述導向塊內;
[0009]驅動螺桿部件;所述驅動螺桿部件包括中空的螺桿和芯桿;所述芯桿位于所述螺桿內部可自由滑動,所述螺桿的螺紋段與螺母嚙合,所述螺桿的一端與導向塊連接,另一端為安裝芯桿進入螺桿內部提供導向作用,所述芯桿的一端與控制棒組件連接,另一端與鉤爪連接并與所述落棒彈簧接觸;
[0010]磁軛線圈部件;所述磁軛線圈部件由多個磁軛組件和多個工作線圈組成,并圍繞在所述螺桿行程殼體外部。
[0011]優(yōu)選地,所述鉤爪、連桿和銜鐵構成一個連桿滑塊機構,通過所述銜鐵的上下運動來控制所述鉤爪的收放動作。
[0012]優(yōu)選地,所述導向塊與所述驅動螺桿部件之間可采用螺紋連接。
[0013]優(yōu)選地,所述導向塊的內部有導流通道,以減少流體阻力。
[0014]優(yōu)選地,所述導向塊與所述螺桿行程殼體之間采用凸凹槽接觸方式,以防止所述導向塊的轉動。
[0015]優(yōu)選地,所述銜鐵上下運動由所述磁軛線圈部件和釋放彈簧共同協(xié)作實現,當所述磁軛線圈部件通電后產生磁場力,所述銜鐵吸合;斷電后磁場力消失,所述釋放彈簧彈開所述銜鐵。
[0016]與現有技術相比,本實用新型具有以下有益效果:
[0017]1、本實用新型提供的浮動式反應堆控制棒驅動機構,其機構傳動動作可靠,運行精確度高,結構簡單易行,可實現浮動式反應堆各種工況下的功率控制以及反應堆安全控制的功能。
[0018]2、本實用新型提供的浮動式反應堆控制棒驅動機構,放置于反應堆壓力容器頂蓋外部,可以通過結構熱屏蔽設計和外部冷卻有效降低電機驅動部件溫度,有利于保障電氣部件穩(wěn)定工作。
[0019]3、本實用新型提供的浮動式反應堆控制棒驅動機構,采用整體螺母旋轉驅動螺桿做直線運動,螺母與螺桿始終保持嚙合狀態(tài),不會因緊急落棒或換料發(fā)生脫離,因此不會產生由重新嚙合連接而產生的位置誤差問題,保證嚙合精度和傳動穩(wěn)定性,提高傳動部件的耐磨性、可靠性和使用壽命。
[0020]4、本實用新型提供的浮動式反應堆控制棒驅動機構,螺桿上端部采用導向塊裝置限制螺桿的自轉,同時保證螺桿與螺母的軸線同軸度,避免發(fā)生螺紋牙咬死現象。
[0021]5、本實用新型提供的浮動式反應堆控制棒驅動機構,螺桿內部中空,裝有芯桿與控制棒組件連接。當緊急落棒時,芯桿被落棒彈簧快速彈出,推動控制棒組件插入堆芯。由于沒有螺桿伴隨落棒動作,減小了對堆芯的沖擊,同時保護了螺桿螺紋的完整性。
[0022]6、本實用新型提供的浮動式反應堆控制棒驅動機構,采用壓縮于導向塊內部的落棒彈簧作為蓄能組件,可以實現任意工況、任何姿態(tài)的緊急情況下安全落棒。同時該彈簧始終處于壓縮狀態(tài),不會因控制棒位置變化而引起彈簧壓縮高度變化,因此沒有交變應力而產生的疲勞破壞。
【附圖說明】
[0023]圖1為符合本實用新型優(yōu)選實施例的浮動式反應堆控制棒驅動機構工作示意圖。
[0024]圖2為符合本實用新型優(yōu)選實施例的導向塊與螺桿行程殼體工作接觸情況橫截面示意圖。
[0025]圖3為符合本實用新型優(yōu)選實施例的落棒工況下落棒釋放機構部件示意圖。
【具體實施方式】
[0026]為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂,下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明。
[0027]如附圖1所示,本實用新型的浮動式反應堆控制棒驅動機構包括承壓殼體部件、驅動電機部件、落棒釋放機構部件、磁軛線圈部件和驅動螺桿部件。其中:承壓殼體部件由螺桿行程殼體11、電機承壓殼體17和導向套管18組成,共同構成壓力邊界,其中電機承壓殼體17與反應堆頂蓋(圖中未標出)連接固定;驅動電機部件由定子繞組15、轉子14、螺母13、推力軸承16和徑向軸承12構成,其中定子繞組15可安裝在電機承壓殼體17的外部或內部(本圖例為外部),轉子14和螺母13連成一體,通過推力軸承16和徑向軸承12套裝在電機承壓殼體17內;落棒釋放機構部件由落棒彈簧4、釋放彈簧5、鉤爪6、連桿7、銜鐵8組成并套裝在導向塊3內,其中鉤爪6、連桿7和銜鐵8構成一個連桿滑塊機構,通過銜鐵8的上下運動來控制鉤爪6的收放動作;銜鐵8上下運動由工作線圈2和釋放彈簧5共同協(xié)作實現,當工作線圈2通電后產生磁場力,銜鐵8吸合;斷電后磁場力消失,釋放彈簧5彈開銜鐵8;導向塊3與螺桿10之間可采用螺紋連接,其內部有導流通道,以減少流體阻力;磁軛線圈部件由多個磁軛組件I和多個工作線圈2組成,并圍繞在螺桿行程殼體11外部;驅動螺桿部件包括中空的螺桿1和芯桿9,芯桿9位于螺桿10內部可軸向自由滑動,其中螺桿10的螺紋段與螺母13嚙合,螺桿10的一端與導向塊3連接,另一端為安裝芯桿9進入螺桿10內部提供導向作用,芯桿9的一端與控制棒組件(圖中未標出)連接,另一端與鉤爪6連接并與落棒彈簧4接觸。
[0028]附圖1中所示為正常工況下控制棒驅動機構的工作情況,此時工作線圈2始終保持通電狀態(tài),通電后產生的磁場力使銜鐵8吸合,銜鐵8通過連桿7推動鉤爪6保持抓持芯桿9的動作。當反應堆調節(jié)系統(tǒng)發(fā)出控制棒運動指令時,通過控制定子繞組15內部的交變電流產生交變磁場,對轉子14產生轉矩,同步帶動螺母13旋轉,從而驅動與螺母13嚙合的螺桿10直線運動。
[0029]如圖2所示,在本實用新型所采用的螺母13轉動、螺桿10直線運動的傳動方式中,一方面螺桿行程殼體11為螺桿10的運動提供導向作用,另一方面為防止螺桿10發(fā)生自轉,與螺桿10連接的導向塊3與螺桿行程殼體11之間采用凸凹槽接觸方式。
[0030]如圖3所示,當發(fā)生緊急安全狀況斷電時,驅動電機部件失效,螺桿10無法運動。此時工作線圈2由于斷電而使磁場力消失,釋放彈簧5彈開銜鐵8,銜鐵8通過連桿7推動鉤爪6張開,芯桿9在落棒彈簧4的作用下快速推動控制棒組件進入堆芯。
[0031]與現有技術相比,本實施例具有以下有益效果:
[0032]1.本實施例提供的浮動式反應堆控制棒驅動機構,其機構傳動動作可靠,運行精確度高,結構簡單易行,可實現浮動式反應堆各種工況下的功率控制以及反應堆安全控制的功能。
[0033]2.本實施例提供的浮動式反應堆控制棒驅動機構,放置于反應堆壓力容器頂蓋外部,可以通過結構熱屏蔽設計和外部冷卻有效降低電機驅動部件溫度,有利于保障電氣部件穩(wěn)定工作。
[0034]3.本實施例提供的浮動式反應堆控制棒驅動機構,采用整體螺母旋轉驅動螺桿做直線運動,螺母與螺桿始終保持嚙合狀態(tài),不會因緊急落棒或換料發(fā)生脫離,因此不會產生由重新嚙合連接而產生的位置誤差問題,保證嚙合精度和傳動穩(wěn)定性,提高傳動部件的耐磨性、可靠性和使用壽命。
[0035]4.本實施例提供的浮動式反應堆控制棒驅動機構,螺桿上端部采用導向塊裝置限制螺桿的自轉,同時保證螺桿與螺母的軸線同軸度,避免發(fā)生螺紋牙咬死現象。
[0036]5.本實施例提供的浮動式反應堆控制棒驅動機構,螺桿內部中空,裝有芯桿與控制棒組件連接。當緊急落棒時,芯桿被落棒彈簧快速彈出,推動控制棒組件插入堆芯。由于沒有螺桿伴隨落棒動作,減小了對堆芯的沖擊,同時保護了螺桿螺紋的完整性。
[0037]6.本實施例提供的浮動式反應堆控制棒驅動機構,采用壓縮于導向塊內部的落棒彈簧作為蓄能組件,可以實現任意工況、任何姿態(tài)的緊急情況下安全落棒。同時該彈簧始終處于壓縮狀態(tài),不會因控制棒位置變化而引起彈簧壓縮高度變化,因此沒有交變應力而產生的疲勞破壞。
[0038]本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述,每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處,各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的系統(tǒng)而言,由于與實施例公開的方法相對應,所以描述的比較簡單,相關之處參見方法部分說明即可。
[0039]本領域技術人員可以對每個特定的應用來使用不同方法來實現所描述的功能,但是這種實現不應認為超出本實用新型的范圍。
[0040]顯然,本領域的技術人員可以對實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍。這樣,倘若本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權利要求及其等同技術的范圍之內,則本實用新型也意圖包括這些改動和變型在內。
【主權項】
1.一種浮動式反應堆控制棒驅動機構,其特征在于,包括: 承壓殼體部件;所述的承壓殼體部件由螺桿行程殼體、電機承壓殼體和導向套管組成;所述螺桿行程殼體、電機承壓殼體和導向套管共同構成壓力邊界;其中所述電機承壓殼體與反應堆頂蓋連接固定; 驅動電機部件;所述的驅動電機部件由定子繞組、轉子、螺母和軸承構成,其中定子繞組安裝在所述電機承壓殼體的外部或內部;所述轉子和螺母連成一體,并由所述軸承套裝在所述電機承壓殼體內;所述定子繞組因電流變化而產生交變磁場,對所述轉子產生轉矩作用,驅動所述螺母轉動從而推動螺桿直線運動; 落棒釋放機構部件;所述的落棒釋放機構部件由落棒彈簧、釋放彈簧、鉤爪、連桿、銜鐵組成;所述落棒彈簧、釋放彈簧、鉤爪、連桿、銜鐵套裝在所述導向塊內; 驅動螺桿部件;所述驅動螺桿部件包括中空的螺桿和芯桿;所述芯桿位于所述螺桿內部可自由滑動,所述螺桿的螺紋段與螺母嚙合,所述螺桿的一端與導向塊連接,另一端為安裝芯桿進入螺桿內部提供導向作用,所述芯桿的一端與控制棒組件連接,另一端與鉤爪連接并與所述落棒彈簧接觸; 磁軛線圈部件;所述磁軛線圈部件由多個磁軛組件和多個工作線圈組成,并圍繞在所述螺桿行程殼體外部。2.如權利要求1所述的浮動式反應堆控制棒驅動機構,其特征在于,所述鉤爪、連桿和銜鐵構成一個連桿滑塊機構,通過所述銜鐵的上下運動來控制所述鉤爪的收放動作。3.如權利要求1所述的浮動式反應堆控制棒驅動機構,其特征在于,所述導向塊與所述驅動螺桿部件之間可采用螺紋連接。4.如權利要求1所述的浮動式反應堆控制棒驅動機構,其特征在于,所述導向塊的內部有導流通道,以減少流體阻力。5.如權利要求1所述的浮動式反應堆控制棒驅動機構,其特征在于,所述導向塊與所述螺桿行程殼體之間采用凸凹槽接觸方式,以防止所述導向塊的轉動。6.如權利要求1所述的浮動式反應堆控制棒驅動機構,其特征在于,所述銜鐵上下運動由所述磁軛線圈部件和釋放彈簧共同協(xié)作實現,當所述磁軛線圈部件通電后產生磁場力,所述銜鐵吸合;斷電后磁場力消失,所述釋放彈簧彈開所述銜鐵。
【文檔編號】G21C7/14GK205722806SQ201620406680
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年5月6日
【發(fā)明人】白勇軍, 劉剛, 史驍辰, 王豐, 林紹萱, 王德斌, 翁娜
【申請人】上海核工程研究設計院