[發(fā)明專利]用于反應堆控制棒傳動的對孔式水力步進缸

無效

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• 申請日: 1991-06-05
• 公開（公告）號: CN1025087C
• 公開（公告）日: 1994-06-15
• 發(fā)明（設計）人: 吳元強;王大中;陳國飛;安健;楊巾農(nóng);程云升;張福錄;楊念祖;蔣躍元
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G21C7/16
• 分類號: G21C7/16;F01B1/01;F01B25/10
• 代理公司: 清華大學專利事務所
• 代理人: 姚桂芬

本發(fā)明屬于核反應堆領域，尤其涉及用于輕水動力核反應堆控制棒傳動機構的對孔式水力步進缸。

它基于中國專利CN85100042-反應堆控制棒用對孔式水力步缸。這是一種外套運動的動壓傳動缸，它已成功地用于低溫供熱堆。但這種水力步進缸只適合于把傳動缸組件設置入堆芯結構的條件下（主要是沸水堆和低溫供熱堆），而對壓水堆棒束式的控制棒，則限于結構難于實現(xiàn)。另外這種水力步進缸采用的對孔式方案，要求控制棒翼板與節(jié)流孔的方位不變，否則將會影響缸體的水力學特性。而保持節(jié)流孔方位不變，在工藝上也有一定的困難。再有整個缸體與堆芯成為一體為剛性結構，對于缸體的制造、安裝精度和堆芯元件盒的制造及定位精度都有很嚴格的要求，也給制造、裝配增加很大的難度。同時傳動機構進入反應堆堆芯、也會給堆的物理、熱工設計帶來一定的困難，從而影響整個堆的結構設計。

本發(fā)明的目的在于提供一種把傳動缸設于反應堆堆芯以外的，對于節(jié)流孔方位安裝精度不敏感的，有一定自位性能的，外套固定的對孔式水力步進缸。本發(fā)明具有固有安全特性，且使反應堆堆芯結構簡化，并改善其物理熱工、水力學性能，使得水力步進缸易于推廣應用到所有類型的輕水核動力堆上去。（包括壓水堆、沸水堆、殼式供熱堆、池式供熱堆等）

本發(fā)明對孔式水力步進缸主要特征是：由設置在反應堆堆芯以上的固定的缸體和運動的活塞組成。缸體分為兩段，上段為傳動缸，下段為密封缸，中間有一段節(jié)流孔，孔的數(shù)目大于2，孔沿周圍均布，活塞桿與下部的密封桿采用有自位功能的連接，活塞與傳動缸、密封桿與密封缸的下密封為迷宮式密封，活塞桿與密封缸的上密封為間隙密封。活塞桿為中空結構，其外表面上有數(shù)目等于步數(shù)的槽，相鄰的槽的間距為步距，槽內(nèi)有兩個以上直徑小于槽寬的孔，孔沿周圍均布。密封桿的長度應大于總行程加活塞桿下密封的長度。

對孔式步進缸應設置在反應堆堆芯以上，下端與控制棒相聯(lián)，控制棒可以是集束式（壓水堆），也可以是十字形的（沸水堆）。反應堆冷卻劑水從壓力殼中抽出，經(jīng)過泵加壓后，通過由電磁閥組成的控制單元，注入水力步進缸的進口。控制單元的原理是通過流量控制單元產(chǎn)生保持流量來保持控制棒位置，產(chǎn)生脈沖流量實現(xiàn)步進式運動，當控制閥斷電時，或系統(tǒng)停泵后，控制棒可以緊急降落。說明書附圖：

圖1為本發(fā)明對孔式水力步進缸結構示意圖;

圖2為控制單元原理圖;

圖3流量特性圖;

[1]缸體、[2]活塞、[3]活塞桿、[4]密封桿、[5]換能器、[6]進水口、[7]槽、[8]、[9]節(jié)流孔、[10]進水孔、[11]執(zhí)行缸、[12]密封缸、[13]泵、[14]、[15]電磁閥、[16]脈沖注入閥、[17]、[18]節(jié)流閥。

結合附圖進一步詳細描述本發(fā)明方案是如何實現(xiàn)的：

本發(fā)明由固定的缸體[1]和運動的活塞[2]組成，與活塞[2]相連的中空的活塞桿[3]兩端封閉，桿的上部開有與內(nèi)腔相通的進水孔[10]，進水孔[10]以下，外表面上有數(shù)目等于步數(shù)的槽[7]，槽距等于步距。槽[7]內(nèi)開有二個以上直徑小于槽寬的孔[8]（常為4-8孔），孔沿周圍均布。缸體中部有一排直徑小于槽寬的孔[9]，孔[9]的數(shù)量大于2，且沿圓周均布。缸體的進水口[6]在其上部，上部缸體為執(zhí)行缸[11];缸體[1]的下部為密封缸[12];執(zhí)行缸[11]的內(nèi)徑與活塞[2]外徑相配合，缸體[1]下端的密封與活塞桿[3]相連的密封桿[4]相配合。活塞[2]、活塞桿[3]、密封桿[4]之間為有自位功能的連接，如球鉸相連。

水從缸體進水口[6]進入執(zhí)行缸[11]活塞下部，通過活塞桿[3]的進水孔[10]，進入活塞桿內(nèi)腔，再從活塞桿上的節(jié)流孔[8]進入槽[7];然后從槽[7]進入缸體上的節(jié)流孔[9]噴出。節(jié)流孔[9]與槽[7]重合的狀態(tài)決定了噴出的流量。其流量特性如圖3所示，在平衡狀態(tài)下，當達到Q₀時，內(nèi)壓力產(chǎn)生的推力與運動部分的重量相平衡，這時為最小流量;隨著流量的增大，節(jié)流孔[9]與槽[7]重合部分增大，當節(jié)流孔[9]完全進入槽[7]中時，流量達到最大平衡流量，以Q₁表示。這時活塞[2]高度變化一個孔的直徑。水力步進缸的工作狀態(tài)分為以下三種狀態(tài)：

1.保持狀態(tài)：電磁閥[14]打開、電磁閥[15]關閉。來自泵[13]的高壓水，經(jīng)節(jié)流閥[17]，產(chǎn)生保持流量Q_K，且滿足Q₀＜Q_K＜Q₁。則活塞[2]被鎖定在給定位置上。