[其他]反應堆控制棒用對孔式水力步進缸

在審

• 申請號: 101985000000042
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100042B
• 公開（公告）日: 1985-09-10
• 發明（設計）人: 吳元強;王大中;呂應中;胡月東;楊念祖
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 代理公司: 清華大學專利事務所
• 代理人: 姚桂芬

反應堆控制棒用對孔式水力步進缸，是一種適用于水動力堆的新型傳動裝置。它以反應堆的冷卻劑－水為工作介質，利用缸體阻力隨缸體與活塞上的孔位錯動而變化的特性，通過流量來控制活塞相對于缸體作步進式運動。它沒有一般控制傳動所面臨的高壓動密封問題，可以完全封入反應堆壓力殼中，結構緊湊。性能超過西德階級軸式水力步進缸。此發明將對于反應堆的小型化起重要作用。

本發明是一種反應堆控制棒用水力步進缸。

根據西德發電廠聯盟（Kraftwerk Union）出版的文獻《500兆瓦區域核供熱用輕水反應堆》報導：在該反應堆上，設計研究了一種水力傳動控制棒（Hydraulic Control rod）。這種傳動裝置以反應堆冷卻劑一水為工作介質，用泵產生高壓，以高壓水為動力，推動一個步進缸，步進缸拖動控制棒。這種步進缸的原理是使水通過刻有凹槽的活塞和缸體之間的縫隙連續流動，其阻力系數隨活塞及缸體之間的相對位置而變化，因此可以通過流量的調節來控制活塞與缸體的相對位置，實現步進式移動。但由于流道阻力特性所限，其步距較大，調節性能差，所需的循環水量大。而且存在由于電磁閥誤動作可能使控制棒跳出堆芯而造成反應性意外引入的不安全因素。

本發明的目的在于提供一種調節性能更好，步距更小，循環水量低，更為安全可靠的水力步進缸。

本發明的要點是這種水力步進缸由帶節流孔的缸體及中空活塞組成。在不動的缸體上有2列以上節流孔，每列節流孔布置在與缸體軸線平行的直線上，這些孔在橫向上按排排列，每排上的節流孔分布在與缸體軸線垂直的同一平面上，并沿圓周均布。每排節流孔之間的距離等于步距。在活塞上只有一排節流孔，孔的方向與缸體上相應孔的方向一致，軸線重合。活塞上的節流孔的形狀可以是圓形的、矩形的或其它形狀的;缸體上節流孔的軸向尺寸應大于活塞上孔的軸向尺寸。水從活塞內流入，經活塞和缸體的節流孔流出，其阻力系數隨活塞及缸體的節流孔位的相對變化而變化，所以稱本發明為對孔式水力步進缸。

圖1為對孔式水力步進缸的穩態平衡流量曲線。圖中的橫座標Q為穩定狀態下的平衡流量，縱座標S為活塞與缸體之間節流孔的相對位置，在軸S之左側的四個圖，為表示活塞與缸體節流孔位相對位置的示意圖。橫座標上的各點：Q₀為最低平衡流量：Q₁為最高平衡流量：Q_r為提升流量：Q_k為保持流量：Q_p為下降流量。

如圖1所示。在缸內壓力一定時，活塞上的節流孔與缸體上的節流孔在相對和相錯時，阻力系數發生很大的變化，因此平衡流量也將發生很大的變化，從最高平衡流量Q₁，變為最低平衡流量Q₀，在向缸內通入保持流量Q_k（Q_u＜Q_k＜Q₀）時，活塞將停止在某一平衡位置上，這時活塞上的節流孔與缸體上的節流孔部分重合。當活塞向上運動超過平衡位置時，保持流量將小于該點的平衡流量，則缸內壓力降低，使活塞降低回到平衡位置。反之，當活塞的位置低于平衡位置時，保持流量大于該點的平衡流量，缸內壓力升高，把活塞抬到平衡位置。在向缸內通入提升流量Qr（Qr＞Q₁）的脈沖時，則活塞將向上運動，待通過缸體上的一排孔后，流量回恢到保持流量Qk，則活塞將在上一排孔的新平衡位置上停下來，這就是上升動作。同樣，在缸內通入下降流量Qp（Qp＜Q₀）時，則活塞向下運動，通過下一排孔后，然后回到保持流量Qk，缸可以在下一排的平衡位置上停下來，這就是下降動作。

圖2為流量控制回路圖，圖中5是泵：6為提升電磁閥：7為下降電磁閥：8為脈沖注入閥;9為逆止閥：10、11為調節閥：12為超聲測距系統：13為反應堆壓力殼。