專利名稱:連續(xù)移動式核反應(yīng)堆控制棒水力驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種用于核反應(yīng)功率的控制和啟、停核反應(yīng)堆的反應(yīng)堆控制棒水 力驅(qū)動裝置。
背景技術(shù)：
置于核反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)部(內(nèi)置式)或外部(外置式)的控制棒及其驅(qū)動裝置 的功能是根據(jù)控制系統(tǒng)和安全保護(hù)系統(tǒng)的指令驅(qū)動控制棒在堆芯內(nèi)保持、提升、插入或快 速落棒；換言之，控制棒及其驅(qū)動裝置擔(dān)負(fù)著反應(yīng)堆啟動、功率調(diào)節(jié)、停堆或在事故狀態(tài)下 快速停堆等重要任務(wù)，是確保反應(yīng)堆安全可控的重要部件。常見的控制棒驅(qū)動方式有機(jī)械 驅(qū)動、磁力提升、電機(jī)驅(qū)動和液壓驅(qū)動等。
壓水堆核電站的控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)普遍采用外置磁力提升式，它具有機(jī)構(gòu)簡單、加 工容易、提升力大、準(zhǔn)確性高、拆裝和維修方便等優(yōu)點。但是，它的提升和下插動作是不連續(xù) 的，也不可微調(diào)，而是以一定的設(shè)計步距階躍運(yùn)動；主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)都是電子器件，一旦發(fā)生 故障，容易出現(xiàn)控制棒卡死，無法停堆等嚴(yán)重事故；此外，外置式驅(qū)動的最大缺點是傳動線 長，增加反應(yīng)堆總體高度和存在彈棒隱患。
“水力驅(qū)動控制棒靜態(tài)特性理論分析"(清華大學(xué)核研院，薄涵亮，鄭文祥，董 鐸，王大中；核科學(xué)與工程，2001. 21 (3)，第2 231頁)和"水力控制棒驅(qū)動系統(tǒng)的步進(jìn) 過程基本理論模型“(清華大學(xué)核研院，鄭艷華，薄涵亮，董鐸，核動力工程，2002. 23 (3)， 第M 59頁)論文中公開了一種新型反應(yīng)堆控制棒水力驅(qū)動系統(tǒng)，其主要結(jié)構(gòu)包括循環(huán) 泵、組合閥、步進(jìn)缸；其中，組合閥由上升電磁閥、下降電磁閥、脈沖缸、保持流量阻力節(jié)、下 降阻力節(jié)、回零阻力節(jié)組成；步進(jìn)缸包括外套、內(nèi)套和中子吸收體(即本申請文件中的控制 棒，下同)，且內(nèi)套固定不動，外套及固結(jié)其上的吸收體可沿內(nèi)套上下移動；反應(yīng)堆冷卻劑 經(jīng)泵加壓，經(jīng)過組合閥注入步進(jìn)缸，通過控制注入步進(jìn)缸內(nèi)的流量恒定或脈沖變化，使水力 步進(jìn)缸帶動中子吸收體保持于某一確定位置或作步進(jìn)式運(yùn)動，從而控制反應(yīng)堆的運(yùn)行。其 不足之處在于，控制棒的移動是步進(jìn)的而不是連續(xù)的；對流量控制具有很高的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種對工作環(huán)境要求不高，能實現(xiàn)控制棒的連續(xù)運(yùn)動，結(jié) 構(gòu)簡單、加工方便，易于操作和程序化控制，對工作水的壓力和流量的變化范圍限定較寬， 安全穩(wěn)定性好的連續(xù)移動式核反應(yīng)堆控制棒水力驅(qū)動裝置。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的
包括驅(qū)動缸筒、內(nèi)套筒、滑槽套、下端蓋、活塞、空心活塞桿、伺服管、絲杠和止竄組 件；活塞和空心活塞桿為一體結(jié)構(gòu)且與驅(qū)動缸筒同軸線插裝；插裝在空心活塞桿內(nèi)的內(nèi)套 筒是一個帶有端部法蘭盤的筒體且部分外壁加工有平面；壓裝在內(nèi)套筒里的滑槽套是一個 下端帶有內(nèi)、外凸緣的筒體，且沿滑槽套壁的母線加工有兩條軸對稱的滑槽；插裝在滑槽套 內(nèi)且與所述內(nèi)凸緣周邊滑動配合的伺服管的下端加工有較大的內(nèi)倒角，上端的內(nèi)徑縮小且
3加工有內(nèi)螺紋；內(nèi)螺紋之下加工有2 4個用作工質(zhì)水流動通道的橫向透孔，而該端位于 所述滑槽內(nèi)的外壁上用螺釘固裝一對滑鍵；上部帶有止竄外凸緣的絲杠旋入伺服管上端的 內(nèi)螺紋中；分裝在驅(qū)動缸筒兩端且同軸線的緩沖腔蓋、內(nèi)套筒法蘭盤和下端蓋由長螺栓緊 固成一體；空心活塞桿下端穿過下端蓋的中心透孔；絲杠上端的止竄外凸緣位于緩沖腔蓋 的外側(cè)，并借助止竄組件定位；沿活塞軸向加工有2 4個固定節(jié)流孔；驅(qū)動缸筒下端壁上 加工有工質(zhì)水的入口 ；緩沖腔蓋借助凹陷部分與內(nèi)套筒法蘭盤的上端面之間形成一個緩沖 腔，且其壁上加工有工質(zhì)水的出口。
空心活塞桿下端帶有控制棒懸掛機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明的連續(xù)移動式核反應(yīng)堆控制棒水力驅(qū)動裝置，以反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)的冷卻 劑(水)為工質(zhì)，經(jīng)循環(huán)水泵加壓后，沿其內(nèi)所形成的流動通道流動；基于伺服管調(diào)控原理， 借助電機(jī)和螺紋傳動副移動伺服管，改變伺服管端面與空心活塞桿的內(nèi)底面之間的間隙 (即可變節(jié)流口)，進(jìn)而改變活塞兩側(cè)的壓力并拖動與空心活塞桿外端固連的控制棒移動； 換言之，控制伺服管的升、降、停即能實現(xiàn)控制棒在各種工作狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。其有益效果 在于因無電磁驅(qū)動所需的電子器件，對工作環(huán)境要求不高；能實現(xiàn)控制棒的連續(xù)運(yùn)動；驅(qū) 動裝置結(jié)構(gòu)簡單、加工方便；易于操作和程序化控制；對工作水的壓力和流量的變化范圍 限定較寬，安全穩(wěn)定性好。
使用本發(fā)明時，整個驅(qū)動裝置借助支架固裝在反應(yīng)堆壓力容器的內(nèi)部(即為內(nèi)置 式)并浸沒在冷卻液(水)中，絲杠上端與電機(jī)固連；根據(jù)驅(qū)動裝置設(shè)計能力的大小，將待 插入反應(yīng)堆堆芯內(nèi)的數(shù)根控制棒懸掛在空心活塞桿下端；置于反應(yīng)堆壓力容器外部的水泵 抽取反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)的冷卻水并借助管道和驅(qū)動缸筒上的入口泵入本驅(qū)動裝置；驅(qū)動缸 筒上的出口直接與反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)的冷卻水相通。
本發(fā)明的工作原理是啟動水泵使工質(zhì)水沿上述流體通道流動；啟動電機(jī)，并借 助螺紋傳動副改變伺服管下端面與空心活塞桿內(nèi)底面之間的間隙(即改變可變節(jié)流口的 寬度)，能夠改變活塞兩側(cè)的壓差，進(jìn)而使與空心活塞桿下端固連的控制棒保持在某一確定 位置或作升降運(yùn)動；當(dāng)伺服管向上移動，可變節(jié)流口的節(jié)流作用減弱，活塞上表面和空心活 塞桿內(nèi)底面上的水壓力減小，而活塞下表面上的水壓力幾乎不變，一體化的活塞和空心活 塞桿帶動控制棒組件向上運(yùn)動；反之，當(dāng)伺服管向下移動，可變節(jié)流口的節(jié)流作用增強(qiáng)，活 塞上表面和空心活塞桿內(nèi)底面上的水壓力增大，活塞向下運(yùn)動；當(dāng)伺服管保持在某一確定 位置上，一體化的活塞和空心活塞桿會自動調(diào)整可變節(jié)流口的寬度，達(dá)到平衡狀態(tài)，停止運(yùn) 動。
在流量保持不變，活塞(連同空心活塞桿和控制棒，以下同)處于平衡狀態(tài)時，如 果活塞受到擾動偏離平衡位置，由于可變節(jié)流口的阻力系數(shù)與伺服管端面和空心活塞桿內(nèi) 底面之間的間隙存在一一對應(yīng)的關(guān)系，活塞上側(cè)的壓力也會隨之發(fā)生相應(yīng)變化，活塞兩側(cè) 的壓差變化將使其很快回到平衡位置，因此具有水力自鎖功能。
本發(fā)明工作原理的基本特征在于使控制棒運(yùn)動的力是有壓工質(zhì)水作用于活塞上 的壓力和外阻力，而非伺服管(伺服管端面與空心活塞桿內(nèi)底面之間能自動保持小于0.3 毫米的固定間隙)；換言之，只要調(diào)整可變節(jié)流口的寬度，即可使控制棒運(yùn)動，而移動伺服 管本身的能耗較低。

圖1是本發(fā)明的連續(xù)移動式核反應(yīng)堆控制棒水力驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是 連續(xù)移動式核反應(yīng)堆控制棒水力驅(qū)動裝置的安裝以及工質(zhì)水循環(huán)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述
結(jié)合圖1，連續(xù)移動式核反應(yīng)堆控制棒水力驅(qū)動裝置的具體組成包括驅(qū)動缸筒1、 內(nèi)套筒2、滑槽套3、下端蓋5、活塞6、空心活塞桿7、伺服管8、絲杠9和止竄組件10、緩沖腔 蓋11及其動力源(電機(jī)17和水泵18(參見圖2))；其中，一體化的活塞6和空心活塞桿7 與驅(qū)動缸筒1同軸線地插裝；插裝在空心活塞桿7內(nèi)的內(nèi)套筒2是一個帶有端部法蘭盤的 筒體且部分外壁加工成平面，以便既能借助其外壁上的圓弧面與空心活塞桿7滑動配合， 又能使其外壁上的平面與空心活塞桿7的內(nèi)壁之間形成供工質(zhì)水流動的通道；壓裝在內(nèi)套 筒2里的滑槽套3是一個下端帶有內(nèi)、外凸緣的筒體(其中，外凸緣用作壓裝止口 ；內(nèi)凸緣 用于形成滑槽套3外壁與下述的伺服管8內(nèi)壁之間的工質(zhì)水流動通道)，且沿滑槽套3壁的 母線加工出兩條軸對稱的滑槽；插裝在滑槽套3內(nèi)且與所述內(nèi)凸緣周邊滑動配合的伺服管 8的下端加工有較大的內(nèi)倒角，上端的內(nèi)徑縮小且加工有內(nèi)螺紋，以便在伺服管8與絲杠9 之間的形成工質(zhì)水的流動通道；所述的內(nèi)螺紋之下加工出2 4個用作工質(zhì)水流動通道的 橫向透孔，而該端位于所述滑槽內(nèi)的外壁上用螺釘固裝一對滑鍵，以確保伺服管8在滑槽 套3內(nèi)無轉(zhuǎn)動地滑動；上部帶有止竄外凸緣的絲杠9旋入伺服管8上端的內(nèi)螺紋中，組成一 對螺紋傳動副；分裝在驅(qū)動缸筒1兩端且同軸線的緩沖腔蓋11、內(nèi)套筒2的法蘭盤和下端 蓋5借助長螺栓緊固成一體；帶有控制棒懸掛機(jī)構(gòu)的空心活塞桿7的下端穿過下端蓋5的 中心透孔；絲杠9上端的止竄外凸緣位于緩沖腔蓋11的外側(cè)，并借助止竄組件10定位，以 確保絲杠9無軸向移動地轉(zhuǎn)動。
為了形成工質(zhì)水的流動通道，沿活塞6軸向加工出2 4個固定節(jié)流孔12 ；驅(qū)動 缸筒1下端壁上加工出工質(zhì)水的入口 14 ；緩沖腔蓋11借助凹陷部分與內(nèi)套筒2法蘭盤的 上端面之間形成一個緩沖腔16，且其壁上加工有工質(zhì)水的出口 15。于是，所形成的工質(zhì)水 的流動通道是驅(qū)動缸筒上的入口 14 —驅(qū)動缸筒1、活塞6、空心活塞桿7、下端蓋5之間的 空間一活塞6上的固定節(jié)流孔12 —驅(qū)動缸筒1、活塞6、內(nèi)套筒2之間的空間一內(nèi)套筒2外 壁上的平面與空心活塞桿7內(nèi)壁之間的間隙一伺服管8端面與空心活塞桿7的內(nèi)底面之間 的間隙(可變節(jié)流口 13)—伺服管8上部所述的透孔一伺服管8與滑槽套3之間的間隙一 絲杠9與滑槽套3之間的空間一緩沖腔16 —緩沖腔16壁上的出口 15。
如圖2所示，使用本發(fā)明時，整個驅(qū)動裝置借助支架(圖中略)固裝在反應(yīng)堆壓力 容器00的內(nèi)部(即為內(nèi)置式)并浸沒在冷卻液(水)03中，絲杠9上端與電機(jī)17固連；根 據(jù)驅(qū)動裝置設(shè)計能力的大小，將待插入反應(yīng)堆堆芯02內(nèi)的數(shù)根控制棒01 (圖中僅畫1根) 懸掛在空心活塞桿7下端；置于反應(yīng)堆壓力容器00外部的水泵18抽取反應(yīng)堆壓力容器00 內(nèi)的冷卻水03并借助管道和驅(qū)動缸筒上的入口 14泵入本驅(qū)動裝置；緩沖腔16壁上的出口 15直接與反應(yīng)堆壓力容器00內(nèi)的冷卻水03相通。
權(quán)利要求
1. 一種連續(xù)移動式核反應(yīng)堆控制棒水力驅(qū)動裝置，其特征是包括驅(qū)動缸筒、內(nèi)套筒、 滑槽套、下端蓋、活塞、空心活塞桿、伺服管、絲杠和止竄組件；活塞和空心活塞桿為一體結(jié) 構(gòu)且與驅(qū)動缸筒同軸線插裝；插裝在空心活塞桿內(nèi)的內(nèi)套筒是一個帶有端部法蘭盤的筒體 且部分外壁加工有平面；壓裝在內(nèi)套筒里的滑槽套是一個下端帶有內(nèi)、外凸緣的筒體，且沿 滑槽套壁的母線加工有兩條軸對稱的滑槽；插裝在滑槽套內(nèi)且與所述內(nèi)凸緣周邊滑動配合 的伺服管的下端加工有較大的內(nèi)倒角，上端的內(nèi)徑縮小且加工有內(nèi)螺紋；伺服管上端的內(nèi) 螺紋之下加工有2 4個用作工質(zhì)水流動通道的橫向透孔，伺服管上端與所述滑槽相對應(yīng) 的外壁上用螺釘固裝一對滑鍵；上部帶有止竄外凸緣的絲杠旋入伺服管上端的內(nèi)螺紋中； 分裝在驅(qū)動缸筒兩端且同軸線的緩沖腔蓋、內(nèi)套筒法蘭盤和下端蓋由長螺栓緊固成一體； 帶有控制棒懸掛機(jī)構(gòu)的空心活塞桿下端穿過下端蓋的中心透孔；絲杠上端的止竄外凸緣位 于緩沖腔蓋的外側(cè)，并借助止竄組件定位；所述活塞上沿活塞軸向加工有2 4個固定節(jié)流 孔；驅(qū)動缸筒下端壁上加工有工質(zhì)水的入口 ；緩沖腔蓋借助凹陷部分與內(nèi)套筒法蘭盤的上 端面之間形成一個緩沖腔，且其壁上加工有工質(zhì)水的出口。
專利摘要
本發(fā)明提供的是一種連續(xù)移動式核反應(yīng)堆控制棒水力驅(qū)動裝置，包括驅(qū)動缸筒、內(nèi)套筒、滑槽套、下端蓋、活塞、空心活塞桿、伺服管、絲杠、止竄組件和動力源(電機(jī)和水泵)；它以反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)的冷卻劑(水)為工質(zhì)，經(jīng)水泵加壓后，沿其內(nèi)所形成的流動通道流動；借助電機(jī)和螺紋傳動副移動伺服管，改變伺服管端面與空心活塞桿的內(nèi)底面之間所形成的可變節(jié)流口的寬度，進(jìn)而改變活塞兩側(cè)的壓力并拖動與空心活塞桿外端固連的控制棒移動。其有益效果在于因無電磁驅(qū)動所需的電子器件，對工作環(huán)境要求不高；能實現(xiàn)控制棒的連續(xù)運(yùn)動；驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)簡單、加工方便；易于操作和程序化控制；對工作水的壓力和流量的變化范圍限定較寬，安全穩(wěn)定性好。
文檔編號G21C7/16GKCN101510452 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請?zhí)朇N 200910071518
公開日2011年6月22日 申請日期2009年3月11日
發(fā)明者賀克羽, 韓偉實, 韓旭 申請人:哈爾濱工程大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (6), 非專利引用 (3),