[發明專利]一種適用于液態金屬冷卻反應堆的控制落棒執行機構

有效

• 申請號: 201410549686.X
• 申請日: 2014-10-16
• 公開（公告）號: CN104269192B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 郭浩民;曾梅花;宋勇;汪建業;吳宜燦
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G21C7/14
• 分類號: G21C7/14
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 成金玉,孟卜娟

技術領域

本發明屬于液態金屬冷卻反應堆控制棒驅動系統技術領域，具體涉及一種適用于液態金屬冷卻反應堆的控制棒落棒機構。

背景技術

與熱中子堆相比，快中子反應堆能夠更加充分利用核燃料，另外可實現核燃料的增殖，以及嬗變核廢料，因此成為未來先進核能技術的重要研究課題和發展方向。液態金屬(如鈉、鉛/鉛鉍共晶合金等)具有熔點低、沸點高、載熱效率高，中子慢化作用弱等突出優點，被選作快中子反應堆的主要冷卻劑。液態金屬冷卻快堆的冷卻劑堆芯出口溫度高達550℃—800℃，遠高于絕大多數壓水堆電站的冷卻劑溫度(～320℃)，對反應堆系統設備提出了更高的要求。

在反應堆本體結構設備中，控制棒驅動機構是唯一的相對運動部件，也是反應堆的關鍵安全部件，其最重要的功能在于在停堆事故工況下，將控制棒組件迅速落入堆芯活性區，使反應堆迅速進入次臨界而停堆。因此，研制適用于反應堆高溫運行工況的落棒執行機構，對確保反應堆運行安全具有十分重要的意義。

目前，全世界范圍內正在運行的液態金屬冷卻快堆主要采用電磁落棒執行機構，主要包括電磁離合器、電磁鐵等。

中國實驗快堆(CEFR)采用電磁離合器作為落棒執行機構，如圖1所示。正常運行工況下，電磁離合器通電，步進電機電機軸的旋轉運動通過中間軸、上部減速器和一對圓柱齒輪傳動到電磁離合器的主動軸，并通過電磁離合器使其主動軸和從動軸間實現磁力連接，再通過另一傳動軸與圓柱齒輪副將旋轉運動傳送給下部減速器。當下部減速器內的齒條輪轉動時，便可帶動帶有主軸和控制棒的齒條作上、下直線移動。齒條上升時，加速彈簧被壓縮以積蓄滿足快速落棒要求的能量，一旦當接收到事故信號時，電磁離合器斷電，電磁離合器的主動軸與從動軸脫開，從動軸與控制棒在自身重力和加速彈簧力聯合作用下快速插入堆芯。

印度原型快中子增殖堆(PFBR)采用電磁鐵作為落棒執行機構，如圖2所示。正常工況下，步進電機將滾珠絲杠的旋轉運動轉化為螺母的軸向移動，螺母的下端與電磁鐵固定在一起，電磁鐵通電，其下端靠磁力與移動桿吸合，移動桿下端通過抓手與控制棒相連，從而實現控制棒組件的上、下直線運動。事故工況下，電磁鐵斷電，移動桿和控制棒組件在重力作用下快速插入堆芯。

由于正常工況條件下，電磁離合器或電磁鐵需始終處于通電狀態，因此將會產生巨大的熱量，同時電磁落棒機構均布置在在控制棒驅動機構內部，正常工況下電磁落棒機構被電動機驅動而上下運動，給布線帶來很大困難，更重要的是，散熱較差，加之堆內的高溫、輻照等惡劣環境共同作用，容易導致電磁線圈絕緣層損傷，從而引發非正常斷電停堆事故。另外，電磁落棒機構內置，不便于進行檢修或更換。

鑒于上述情況，目前需要對電磁落棒機構進行改進。

發明內容

本發明的目的在于解決上述現有技術存在的問題，提供一種新型的落棒執行機構，既能滿足緊急落棒停堆要求，又具有良好的散熱性能；同時能夠有效降低堆內高溫、輻照環境對落棒執行機構的影響，并便于檢修或更換。

本發明技術解決方案：一種適用于液態金屬冷卻反應堆的控制落棒執行機構，包括電動機1、電動機安裝外殼管2、可拆外殼管3、電磁線圈安裝外殼管4、電磁線圈5、傳動桿6、冷卻套筒7、傳動部件8、壓簧9、鐵芯10、鉤爪驅動桿11、鉤爪12和下落組件13；

冷卻套筒7包容整個電磁線圈5，整體套裝在電磁線圈安裝外殼管4上；鐵芯10、壓簧9、鉤爪驅動桿11、鉤爪12安裝在電磁線圈安裝外殼管4內部，其中壓簧9位于鐵芯10和傳動部件8之間；

鐵芯10是實現夾緊組件及落棒的執行部件，鐵芯10通過螺紋或焊接方式與鉤爪驅動桿11固定安裝，在電磁力作用下帶動鉤爪驅動桿11提升或下降，實現鉤爪12對下落組件13的夾緊和脫開；

鉤爪驅動桿11是實現鉤爪開合的執行部件，鉤爪驅動桿11被鐵芯10帶動而上下運動，當鉤爪驅動桿11提升至鉤爪死區時，鉤爪驅動桿11的末端操作頭帶動鉤爪夾緊下落組件，反之，鉤爪驅動桿回復原位時，鉤爪脫開，實現落棒；

壓簧9是控制鉤爪驅動桿11運動行程的限制部件，壓簧9的自由端9-2固定在鐵芯上，固定端9-1固定在傳動部件8上，電磁線圈5通電后，鐵芯10被吸合，壓簧9被壓縮，防止鐵芯10直接與傳動部件8貼合碰撞；