[发明专利]带旋转机构的核反应堆安全棒及其密封结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种带旋转机构的核反应堆安全棒及其密封结构，属于船舶核动力技术领域。

背景技术

人类过度消耗一次性能源发展经济的方式必须转变。未来的四十年，安全、清洁、高效、可靠的核能装置将会进入快速发展期，堆功率六万千瓦及以上船舶核动力装置将日益受到重视。

目前，商用船舶动力装置均采用柴油机或者汽轮机装置。随着经济发展，功率为6万千瓦以上的船舶核动力装置必将出现在人们的视野中。“三叉戟”核潜艇的续航力达到100 万海里，超大型商船（载重量30 万吨以上）的续航力多在1 万海里以上。当ULCC（超大型油船）使用核动力装置时，能有效地增加其装载量。大功率跨洋运输商船的核动力装置极具前景。

传统的核反应堆的压力管布置方式为竖直方式并排设置，这种结构在移动或更换内部的安全棒时，安全棒沿着管路方向上下滑动。由于超大型油船一直在海上漂浮，在波浪的作用下左右摇晃，安全棒及安全棒周边的密封结构会造成单边磨损，这样会减少该结构的使用寿命。

另外，在专利文件为“交叉管压式重水慢化轻水沸腾反应堆”中公开的核反应堆压力管为交叉布置，这种结构简单，点检方便，它具有体积小、质量轻、重水消耗少等特点。但是，因为交叉管压式反应堆的压力管倾斜（与铅垂线成18～23度）设置（为增加填、卸料阀之间开档所需），其安全棒极其容易单边磨损，其密封也容易磨损，使用寿命短。为此设计一种倾斜式反应堆安全棒旋转机构及特殊密封结构，极其重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种带旋转机构的核反应堆安全棒及其密封结构，该核反应堆与传统结构相比，增加了核反应堆中安全棒的旋转机构和密封结构，通过旋转机构对安全棒旋转使其与压力壳封头接触面变动，防止核反应堆因晃动产生的安全棒偏磨，提高其使用寿命，同时改进了安全棒周边的密封结构，在保证安全棒方便旋转的同时，实现其内部重水的零泄漏。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种带旋转机构的核反应堆安全棒及其密封结构，包括主要由核反应堆的压力室封头、固定于压力室封头外表面的行程壳体和行程顶盖组成的行程室，在行程室内设有一端伸入核反应堆内部的安全棒，所述的安全棒的另一端连接有传动轴，其特征在于：所述的传动轴的顶端设有旋转机构，在传动轴的中部设有升降控制机构，在安全棒与核反应堆内的压力壳封头连接处设有密封结构；

所述的旋转机构包括步进电机、主动电磁轮、被动磁性轮以及电机支撑架，所述的步进电机通过步进电机支撑架固接于行程顶盖上，步进电机的输出轴上设有主动电磁轮，所述的被动磁性轮套设于传动轴上，主动电磁轮和被动磁性轮之间电磁驱动。

对上述结构作进一步说明，所述被动磁性轮为永磁铁，被动磁性轮至少由二对N-S-N-S磁体组成，所述的主动电磁轮为电磁感应磁性轮，主动电磁轮至少由于二对S-N-S-N磁体组成，主动电磁轮和被动磁性轮的直径比约为1：3～8。

对上述结构作进一步说明，所述的密封结构为三级密封，分别为上密封、中密封和下密封，三个密封均通过密封压盖进行压紧限位，其中上密封为低压密封，工作压力为0.01～0.15Mpa，其结构为齿形对剖式的两部分组合而成梯形圆环，其外圆锥角指向反应堆外部；所述的中密封分为上下两层，上层为六瓣密封密封组成的圆环，其中每瓣夹角为60°，下层为三瓣密封密封组成的圆环，其中每瓣夹角为120°，上下两层叠加后接缝错开30°，在中密封的外侧围绕有中密封弹簧，中密封工作压力为0.16～6.0Mpa；所述的下密封为整体是环形密封圈，其工作压力为6～11Mpa。

对上述结构作进一步说明，所述的上密封外侧的上密封压盖是内凹的锥台式腔，与上密封外表面配合，在上密封压盖的下方是调整上密封和上密封压盖之间间隙的上密封软钢垫，其厚度为0.25～0.35mm；在中密封的外侧中密封压盖下表面设有调整中密封和中密封压盖之间间隙的中密封调整软钢垫。

对上述结构作进一步说明，所述的中密封的上、下二层的材质为碳化硅密封圈，下密封的材质为镍铬基碳化钨硬合金。

对上述结构作进一步说明，所述的上密封和中密封之间设有支撑安全棒的中轴承，在下密封的下部设有支撑安全棒的下轴承，在安全棒与传动轴连接的部位设有上轴承；所述的中轴承和下轴承为深沟球轴承，并且滚球进行二硫化钼高温扩散处理，上轴承为螺旋式轴承，轨道借用了传动轴的螺旋，轴承球直径为传动轴螺距的0.8倍，球体直径约为12.5mm，螺旋轴承用普通二硫化钼润滑脂润滑。