[其他]反应堆控制棒用对孔式水力步进缸

说明书

反应堆控制棒用对孔式水力步进缸，是一种适用于水动力堆的新型传动装置。它以反应堆的冷却剂－水为工作介质，利用缸体阻力随缸体与活塞上的孔位错动而变化的特性，通过流量来控制活塞相对于缸体作步进式运动。它没有一般控制传动所面临的高压动密封问题，可以完全封入反应堆压力壳中，结构紧凑。性能超过西德阶级轴式水力步进缸。此发明将对于反应堆的小型化起重要作用。

本发明是一种反应堆控制棒用水力步进缸。

根据西德发电厂联盟（Kraftwerk Union）出版的文献《500兆瓦区域核供热用轻水反应堆》报导：在该反应堆上，设计研究了一种水力传动控制棒（Hydraulic Control rod）。这种传动装置以反应堆冷却剂一水为工作介质，用泵产生高压，以高压水为动力，推动一个步进缸，步进缸拖动控制棒。这种步进缸的原理是使水通过刻有凹槽的活塞和缸体之间的缝隙连续流动，其阻力系数随活塞及缸体之间的相对位置而变化，因此可以通过流量的调节来控制活塞与缸体的相对位置，实现步进式移动。但由于流道阻力特性所限，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。

本发明的目的在于提供一种调节性能更好，步距更小，循环水量低，更为安全可靠的水力步进缸。

本发明的要点是这种水力步进缸由带节流孔的缸体及中空活塞组成。在不动的缸体上有2列以上节流孔，每列节流孔布置在与缸体轴线平行的直线上，这些孔在横向上按排排列，每排上的节流孔分布在与缸体轴线垂直的同一平面上，并沿圆周均布。每排节流孔之间的距离等于步距。在活塞上只有一排节流孔，孔的方向与缸体上相应孔的方向一致，轴线重合。活塞上的节流孔的形状可以是圆形的、矩形的或其它形状的;缸体上节流孔的轴向尺寸应大于活塞上孔的轴向尺寸。水从活塞内流入，经活塞和缸体的节流孔流出，其阻力系数随活塞及缸体的节流孔位的相对变化而变化，所以称本发明为对孔式水力步进缸。

图1为对孔式水力步进缸的稳态平衡流量曲线。图中的横座标Q为稳定状态下的平衡流量，纵座标S为活塞与缸体之间节流孔的相对位置，在轴S之左侧的四个图，为表示活塞与缸体节流孔位相对位置的示意图。横座标上的各点：Q₀为最低平衡流量：Q₁为最高平衡流量：Q_r为提升流量：Q_k为保持流量：Q_p为下降流量。

如图1所示。在缸内压力一定时，活塞上的节流孔与缸体上的节流孔在相对和相错时，阻力系数发生很大的变化，因此平衡流量也将发生很大的变化，从最高平衡流量Q₁，变为最低平衡流量Q₀，在向缸内通入保持流量Q_k（Q_u＜Q_k＜Q₀）时，活塞将停止在某一平衡位置上，这时活塞上的节流孔与缸体上的节流孔部分重合。当活塞向上运动超过平衡位置时，保持流量将小于该点的平衡流量，则缸内压力降低，使活塞降低回到平衡位置。反之，当活塞的位置低于平衡位置时，保持流量大于该点的平衡流量，缸内压力升高，把活塞抬到平衡位置。在向缸内通入提升流量Qr（Qr＞Q₁）的脉冲时，则活塞将向上运动，待通过缸体上的一排孔后，流量回恢到保持流量Qk，则活塞将在上一排孔的新平衡位置上停下来，这就是上升动作。同样，在缸内通入下降流量Qp（Qp＜Q₀）时，则活塞向下运动，通过下一排孔后，然后回到保持流量Qk，缸可以在下一排的平衡位置上停下来，这就是下降动作。

图2为流量控制回路图，图中5是泵：6为提升电磁阀：7为下降电磁阀：8为脉冲注入阀;9为逆止阀：10、11为调节阀：12为超声测距系统：13为反应堆压力壳。