[其他]反应堆控制棒的水力步进传动装置

说明书

本发明是关于反应堆控制棒水力传动装置，属于反应堆技术。

反应堆的传动装置要求结构紧凑，工作可靠。目前一般采用电动与水力传动两类。水力传动广泛用于沸水堆中，且由堆的底部向上插入堆芯，以保证棒的反应性不过分受堆内气泡干扰，同时保留上部空间为汽水分离器之用。在典型的沸水堆内，这种传动装置依靠弹簧与水压缸结合的机械式抓钩进行定位与自锁，其结构复杂，且需由堆的下方抽出维修，占用空间过多，影响造价，故需要改进。压水堆采用电气传动，集中在堆顶，结构复杂，造价高昂，而且在压力壳顶盖上开孔很多，又占用堆顶空间，亦有改进的必要，因此，在最近发展的低温供热堆设计中，拟改用堆内水力自锁传动装置，如西德发电厂联盟（KraftwerkUnion）出版的文献《500兆瓦区域供热用轻水反应堆》报导的凹槽式活塞步进传动装置和中国申请号85100042报导的反应堆控制棒用对孔式水力步进缸。

西德凹槽式活塞步进传动装置的缺点是由于流道阻力特征所限，其步距较大，调节性能差，所需的循环水量大。而且存在由于电磁阀误动作可能使控制棒跳出堆芯而造成反应性意外引入的不安全因素。反应堆控制棒用对孔式水力步进缸对上述缺点作了改进，故应用在采用一体化布置的中小型低温供热堆内是合适的。但若扩大应用到目前商用大型沸水堆及压水堆时，存在着高度过大（一般约需控制棒行程的2～3倍）因而堆内难于布置的缺点。因水力缸加粗后，不宜放入堆芯;而且压水堆内采用棒栅控制的无匣元件，也无法像沸水堆那样利用匣间空隙布置水力传动，而且两者的堆芯上、下方均无2～3倍控制棒行程的空间可以利用。故影响了对孔式水力步进缸的应用范围。

本发明的目的旨在提出一种高度较小（1～2倍行程），适于在目前大型沸水与压水堆内布置，步长调节可大可小，循环水量低而且便于制造的反应堆控制棒的水力自锁传动装置。

本发明的要点是这种水力自锁装置由活塞和缸体组成，在缸体、活塞、活塞环或缸盖端孔任一密封表面刻有凹坑，以在一定位置上造成漏流，从而使活塞依靠水力自锁，而另外的表面仍可用通常的密封方式，如活塞环、迷宫、间隙等。凹坑的形状可根据需要设计为矩形、园或椭园、梯形、菱形等。

本发明的优点在于此装置总长度约为控制棒行程的1～2倍，可以在目前成熟的大型沸水或压水堆压力壳内布置，而无需改变其他部分的设计（见以下实施例图6B和图7B），特别是控制棒的结构不用改变。另外，控制漏流的功能可与工作活塞结合或分开，故水压缸与活塞均可采用常规设计，加工工艺成熟，并可装活塞环利于密封;其次依靠水力自锁，没有运动部件，安全可靠;步长大小易于改变，可以作到精密调节。

图1为缸体刻有凹坑的水力自锁传动装置示意图，图中（1）及（8）可以互为进出水口，（2）为缸体，其内壁刻有凹坑（7），（3）为活塞，其上可装活塞环（4）或刻上迷宫密封（5），（6）为活塞杆，穿过缸盖端孔（9），在孔内壁同样可用活塞环（4）或刻上迷宫密封（5），当入口（8）的水压大于出口（1）时，活塞上行直到活塞环与凹坑相重合处，因活塞环（或迷宫密封段）的总宽度小于凹坑长度，故凹坑处造成漏流，使下部压力降低到上部水压加上控制棒自重相等时为止，此时活塞停在该位置不动。

该装置由一个固定流量的源供水或排水，需要改变活塞位置时，可在活塞的下侧瞬时加大流量，于是活塞骤然滑过凹坑。活塞环与光滑的水压缸壁相吻合，于是活塞两侧的压力差使活塞移动到次一凹坑处，再次由漏流保持平衡，于是活塞向上移动一步，要使活塞下行，可使活塞下部的压力减小，其自锁原理与过程与上行时相同。

图2为活塞杆上刻有凹坑的水力自锁传动装置示意图，图内符号说明与图1相同，但此时凹坑（7）刻在活塞杆（6）上，而起调节流量的密封面在端盖孔（9）的内壁上，同样可装活塞环（4）或迷宫密封（5），其运行方式也与图1相同，不同之处是控制流量的功能与工作活塞分开，这在一定条件下使设计具备更大的灵活性，加工也较简单。

图3为各种形状的凹坑与密封面，图3中A（1）为矩形凹坑与活塞环相匹配，其中坑的长度d₁大于活塞环的宽度d₂，A（2）为园形凹坑，A（3）为梯形凹坑，A（4）为菱形凹坑，均与活塞环相匹配。图3中B侧为四种形式的凹坑与迷宫密封相配，亦有d₁＞d₂的关系。

图4表示此机构的步长是由凹坑之间的光滑段长度l控制，而不是由凹坑本身的长度。图内（1）为凹坑，（2）为密封面，可以看出，要控制漏流，只要各尺寸满足下述关系：