一种调节核反应堆控制棒高度的驱动机构的制作方法

1.本实用新型涉及调节核反应堆控制棒的驱动机构。


背景技术：

2.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，调节核反应堆控制棒高度的驱动机构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。
3.现有的调节核反应堆控制棒高度的驱动机构，主要有磁力提升式控制棒驱动机构，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。
4.其工作过程为：
5.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。
6.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。
7.下降动作，提升电磁线圈通电，提升衔铁吸引传递衔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。
8.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。
9.该种磁力提升式控制棒驱动机构存在以下缺点：1、每种动作皆需要三组电磁线圈
及衔铁、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。3、每次提升和下降的时间由衔铁吸引提升时间、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。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、驱动机构运行时，电磁线圈反复通电会产生电阻热，同时整个驱动机构紧邻核反应堆，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，也使得驱动机构的可靠性差、寿命短。


技术实现要素：

10.本实用新型的发明目的是提供一种调节核反应堆控制棒高度的驱动机构，该驱动机构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。
11.本实用新型实现其发明目的所采用的技术方案是，一种调节核反应堆控制棒高度的驱动机构，其特征在于：
12.底座的左侧固定有伺服电机，伺服电机右部的输出轴与滚珠丝杆副的丝杆相连；所述的滚珠丝杆副的丝杆通过轴承座安装在底座上，滚珠丝杆副的螺母顶部固定安装有电磁吸合机构；
13.所述的底座两端还设有支柱，两侧的支柱的顶部间连有轨槽，滑车底部的滚轮与轨槽配合；轨槽的右端部设有防撞块；滑车的右部设有定位杆，防撞块上设有与定位杆配合的定位孔，且防撞块的左侧面固定橡胶层或者防撞块整体由橡胶材料制成；
14.所述的轨槽底部开有宽度小于滑车滚轮宽度的条形通孔；所述的滑车底部设有吊杆，吊杆向下穿出条形通孔的端部与衔铁相连；衔铁位于所述的电磁吸合机构的右侧，衔铁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；所述的伺服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。
15.本实用新型的工作过程和原理是：
16.初始时，控制及检测装置控制电磁吸合机构得电，钢绳首端的衔铁吸合固定于电磁吸合机构右侧。
17.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，控制伺服电机保持停止，进而丝杆、螺母、电磁吸合机构、衔铁、滑车、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。
18.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，控制伺服电机以指定的速度正向转动，伺服电机驱动丝杆正向转动，带动螺母、电磁吸合机构、衔铁向左移动，进而带动滑车沿滑槽向左移动，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。
19.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，控制伺服电机以指定的速度反向转动，伺服电机驱动丝杆反向转动，带动螺母、电磁吸合机构、衔铁向右移动，进而带动滑车沿滑槽向右滑动，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下降至目标位置；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。
20.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；与滑车相连的衔铁与电磁吸合机构脱离；滑车在控制棒的重力作用下，迅速滑到最右端的防撞块处，控制棒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。
21.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
22.一、只需控制伺服电机的转速与转向，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伺服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。
23.二、本实用新型可以根据当前位置与目标位置的不同距离，由伺服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。伺服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0.1mm，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，明显提高了核反应堆的运行效率。
24.三、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，伺服电机、电磁吸合机构远离核反应堆的一回路高温水的热辐射，避免了伺服电机、电磁吸合机构的热损伤；也提高了驱动机构的可靠性和使用寿命。
25.四、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；电磁吸合机构与衔铁脱离；衔铁及其连接的钢绳、控制棒是在重力的作用下，几乎以自由落体的速度迅速下落至核反应堆最深处，迅速完成紧急停堆；更加可靠的保证了核反应堆的安全。
26.五、紧急停堆时，防撞块能避免高速运动的滑车和衔铁飞出滑槽、撞击控制棒等造成安全事故；同时，带橡胶层的防撞块或整体橡胶防撞块，能有效吸收滑车和衔铁的冲击能量，避免滑车撞坏，也减少了冲击碰撞对滑槽、丝杆机构等部件的冲击破坏，当灾害过去后，可以方便的将滑车下端的衔铁再次与电磁吸合机构吸合固定，实现了控制棒驱动机构简单方便的反复使用。提高了驱动机构的可靠性，延长了其使用寿命。
27.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
28.图1为本实用新型实施例的结构示意图。
29.图2为图1的a
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a剖视放大图(滑车与轨槽等配合的结构示意图)。
具体实施方式
30.实施例
31.图1示出，本实用新型的一种具体实施方式是，一种调节核反应堆控制棒高度的驱动机构，其特征在于：
32.底座2的左侧固定有伺服电机3，伺服电机3右部的输出轴与滚珠丝杆副的丝杆1a相连；所述的滚珠丝杆副的丝杆1a通过轴承座10安装在底座2上，滚珠丝杆副的螺母1b顶部固定安装有电磁吸合机构4；
33.所述的底座2两端还设有支柱2a，两侧的支柱2a的顶部间连有轨槽5，滑车6底部的滚轮6c与轨槽5配合；轨槽5的右端部设有防撞块9；滑车6 的右部设有定位杆6a，防撞块9上设有与定位杆6a配合的定位孔，且防撞块 9的左侧面固定橡胶层或者防撞块9整体由橡胶材料制成；
34.所述的轨槽5底部开有宽度小于滑车6的滚轮6c宽度的条形通孔；所述的滑车6底部设有吊杆6b，吊杆6b向下穿出条形通孔的端部与衔铁8相连；衔铁8位于所述的电磁吸合机构4的右侧，衔铁8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11与核反应堆的控制棒相连；所述的伺服电机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。