[发明专利]核反应堆内部液压控制棒驱动机构组件

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119（e）要求2010年12月9日提交的名为“内部液压CRDM组件”的美国临时专利申请系列No.61/421,247的优先权。

技术领域

本发明整体涉及核反应堆控制系统，并且具体涉及用于控制核控制棒进入或离开核反应堆堆芯的运动的系统。

背景技术

在用于发电的核反应堆（诸如压水反应堆）中，通过核燃料（诸如浓缩铀）的裂变产生热量，并且将所述热量传递到流动通过反应堆堆芯的冷却剂中。堆芯包括细长的核燃料棒，所述核燃料棒相互靠近安装在燃料组件结构中，冷却剂流动通过所述燃料组件结构并且在其上流动。燃料棒在共同延伸的平行阵列中相互间隔开。在给定燃料棒中的燃料原子的核衰变期间所释放的一些中子和其它原子粒子通过燃料棒之间的空间并且撞击在毗邻的燃料棒中的可裂变物质上，从而有助于核反应并且有助于由堆芯产生热量。

可运动的控制棒分布在整个核反应堆堆芯中，以便通过吸收在燃料棒之间穿过的一部分中子（否则，其会用于裂变反应）控制裂变反应的整体速率。控制棒通常包括中子吸收材料的细长棒并且装配到在平行于燃料棒且在燃料棒之间延伸的燃料组件中的纵向开口内或者引导套筒内。将控制棒进一步插入堆芯中会致使吸收更多的中子而不促进在毗邻的燃料棒中发生裂变；并且收回控制棒减小了中子吸收的程度且增加了核反应的速率和堆芯的电力输出。

控制棒支撑在棒束组件中，所述棒束组件能够运动以相对于堆芯推进或者收回控制棒组。为此，提供了控制棒驱动机构，所述控制棒驱动机构通常为至少部分地位于反应堆容器内核堆芯上方的上内部装置的一部分。传统压水反应堆的反应堆容器加压至高内部压力，并且控制棒驱动机构容置在压力壳体中，所述压力壳体是反应堆压力容器的管状延伸部。图1是现有核安全壳10的示意图，所述核安全壳10容置传统压水反应堆的核反应堆压力容器12，所述压水反应堆具有支撑在压力容器12的下半部中的核堆芯14。控制棒组件16（即，棒束组件中的一个）象征性示出为位于核堆芯14内并且支撑控制棒18的棒束，所述控制棒18通过驱动棒20运动到燃料组件（未示出）中或者离开所述燃料组件。驱动棒20由驱动棒壳体24可运动地支撑，所述驱动棒壳体24向上延伸通过可移除的反应堆封头（closure head）22。控制棒驱动机构（CRDM）在控制棒驱动壳体24周围定位在反应堆封头的上方且沿着竖直方向移动驱动棒，以将控制棒18插入核堆芯14内的燃料组件或者从核堆芯14内的燃料组件抽出。棒定位指示器线圈26或者其它指示器机构定位在壳体24周围，以便追踪驱动棒20的位置以及由此控制棒18相对于核堆芯14的位置。位置指示器线圈26的输出被供给通过安全壳10内的处理器棒位置指示器（RPI）电子机箱28。然后棒位置指示器电子机箱28的输出被供给到安全壳外到达逻辑柜30和RPI处理单元32。逻辑柜30与控制系统34相接，所述控制系统34提供来自用户界面36的手动指令以及由来自电站传感器（未示出）获得的信息产生的自动指令。逻辑柜30通过用户界面36和反应堆控制系统34接收来自操作者的手动需求信号或者接收来自反应堆控制系统34的自动需求信号，并且根据预定计划提供操作控制棒18所需的命令信号。以众所周知的方式，电源柜38提供了操作CRDM的编程电流。

用于定位控制棒组件16的一种机构是磁力起升型机构，在独立的步骤中，所述磁力起升型机构能够操作成使控制棒驱动棒以大约5/8英寸（1.63cm）的增量距离运动至核堆芯中或者离开核堆芯。在一个实施例中，控制棒驱动机构具有三个电磁线圈和由电磁线圈致动的电枢或者柱塞，所述电磁线圈和电枢或柱塞以配合的方式操作以升高和降低驱动棒轴20和联接到轴20的控制棒棒束组件16。三个线圈（CRDM）安装在压力壳体24周围和外侧。三个线圈中的两个线圈操作夹持器，所述夹持器在由线圈提供电力时接合驱动棒轴，其中，夹持器中的一个是轴向静止，而另一个夹持器在第三个线圈的影响下能够轴向运动。

驱动棒轴具有轴向间隔开的周向槽，所述周向槽由周向围绕驱动轴间隔开的夹持器上的闩锁扣住。第三线圈致动联接在可运动夹持器和固定点之间的提升柱塞。如果提供给控制棒机构的动力丧失的话，则两个夹持器释放并且控制棒因重力作用落入到其最大的核通量衰减位置中。只要控制棒动力保持激活，则静止夹持器和可运动夹持器中的至少一个始终保持住驱动棒轴。