專利名稱：用于反應堆控制棒傳動的對孔式水力步進缸的制作方法
技術領域：
本發明屬于核反應堆領域，尤其涉及用于輕水動力核反應堆控制棒傳動機構的對孔式水力步進缸。
它基于中國專利CN85100042-反應堆控制棒用對孔式水力步缸。這是一種外套運動的動壓傳動缸，它已成功地用于低溫供熱堆。但這種水力步進缸只適合于把傳動缸組件設置入堆芯結構的條件下(主要是沸水堆和低溫供熱堆)，而對壓水堆棒束式的控制棒，則限于結構難于實現。另外這種水力步進缸采用的對孔式方案，要求控制棒翼板與節流孔的方位不變，否則將會影響缸體的水力學特性。而保持節流孔方位不變，在工藝上也有一定的困難。再有整個缸體與堆芯成為一體為剛性結構，對于缸體的制造、安裝精度和堆芯元件盒的制造及定位精度都有很嚴格的要求，也給制造、裝配增加很大的難度。同時傳動機構進入反應堆堆芯，也會給堆的物理、熱工設計帶來一定的困難，從而影響整個堆的結構設計。
本發明的目的在于提供一種把傳動缸設于反應堆堆芯以外的，對于節流孔方位安裝精度不敏感的，有一定自位性能的，外套固定的對孔式水力步進缸。本發明具有固有安全特性，且使反應堆堆芯結構簡化，并改善其物理熱工、水力學性能，使得水力步進缸易于推廣應用到所有類型的輕水核動力堆上去。(包括壓水堆、沸水堆、殼式供熱堆、池式供熱堆等)本發明對孔式水力步進缸主要特征是由設置在反應堆堆芯以上的固定的缸體和運動的活塞組成。缸體分為兩段，上段為傳動缸，下段為密封缸，中間有一段節流孔，孔的數目大于2，孔沿周圍均布，活塞桿與下部的密封桿采用有自位功能的連接，活塞與傳動缸、密封桿與密封缸的下密封為迷宮式密封，活塞桿與密封缸的上密封為間隙密封。活塞桿為中空結構，其外表面上有數目等于步數的槽，相鄰的槽的間距為步距，槽內有兩個以上直徑小于槽寬的孔，孔沿周圍均布。密封桿的長度應大于總行程加活塞桿下密封的長度。
對孔式步進缸應設置在反應堆堆芯以上，下端與控制棒相聯，控制棒可以是集束式(壓水堆)，也可以是十字形的(沸水堆)。反應堆冷卻劑水從壓力殼中抽出，經過泵加壓后，通過由電磁閥組成的控制單元，注入水力步進缸的進口。控制單元的原理是通過流量控制單元產生保持流量來保持控制棒位置，產生脈沖流量實現步進式運動，當控制閥斷電時，或系統停泵后，控制棒可以緊急降落。
說明書附圖

圖1為本發明對孔式水力步進缸結構示意圖;
圖2為控制單元原理圖;
圖3流量特性圖;缸體、[2]活塞、[3]活塞桿、[4]密封桿、[5]換能器、[6]進水口、[7]槽、[8]、[9]節流孔、[10]進水孔、[11]執行缸、[12]密封缸、[13]泵、[14]、[15]電磁閥、[16]脈沖注入閥、[17]、[18]節流閥。
結合附圖進一步詳細描述本發明方案是如何實現的本發明由固定的缸體[1]和運動的活塞[2]組成，與活塞[2]相連的中空的活塞桿[3]兩端封閉，桿的上部開有與內腔相通的進水孔[10]，進水孔[10]以下，外表面上有數目等于步數的槽[7]，槽距等于步距。槽[7]內開有二個以上直徑小于槽寬的孔[8](常為4-8孔)，孔沿周圍均布。缸體中部有一排直徑小于槽寬的孔[9]，孔[9]的數量大于2，且沿圓周均布。缸體的進水口[6]在其上部，上部缸體為執行缸[11];缸體[1]的下部為密封缸[12];執行缸[11]的內徑與活塞[2]外徑相配合，缸體[1]下端的密封與活塞桿[3]相連的密封桿[4]相配合。活塞[2]、活塞桿[3]、密封桿[4]之間為有自位功能的連接，如球鉸相連。
水從缸體進水口[6]進入執行缸[11]活塞下部，通過活塞桿[3]的進水孔[10]，進入活塞桿內腔，再從活塞桿上的節流孔[8]進入槽[7];然后從槽[7]進入缸體上的節流孔[9]噴出。節流孔[9]與槽[7]重合的狀態決定了噴出的流量。其流量特性如圖3所示，在平衡狀態下，當達到Q0時，內壓力產生的推力與運動部分的重量相平衡，這時為最小流量;隨著流量的增大，節流孔[9]與槽[7]重合部分增大，當節流孔[9]完全進入槽[7]中時，流量達到最大平衡流量，以Q1表示。這時活塞[2]高度變化一個孔的直徑。水力步進缸的工作狀態分為以下三種狀態1.保持狀態電磁閥[14]打開、電磁閥[15]關閉。來自泵[13]的高壓水，經節流閥[17]，產生保持流量Qk，且滿足QO＜Qk＜Q1。則活塞[2]被鎖定在給定位置上。
2.提升狀態電磁閥[14]通電關閉，脈沖注入閥[16]充水至給定時間，這時電磁閥[15]仍為關閉狀態。然后電磁閥[14]突然打開。脈沖注入閥產生流量脈沖，推動活塞[2]，使活塞[2]向上運動一步。
3.下降狀態電磁閥[14]處于打開狀態。電磁閥[15]打開一個時間間隔，執行缸內壓力下降，缸內推力平衡不了運動件的重量，至使活塞[2]在重力作用下下降，通過時間間隔的控制可以實現步降或連續下降。下降速度由節流閥[18]進行調節。
本發明可以在反應堆堆芯外拖動控制棒，且有以下優點① 以槽孔結構解決了對孔的方向性問題。
② 采用自位式連接，使得缸體與活塞可以具有自位性，降低了缸體與活塞的制造精度。
③ 簡化了反應堆的結構，改善堆芯的物理、熱工性能，進而減少核燃料的初裝量。對于反應堆的總體結構產生有利的影響。
④ 缸體、及傳動組件可以檢修。
⑤ 提高了注水管的高度，徹底解決了因管道斷裂而使反應堆失水的安全問題。
⑥ 在執行缸的頂部安裝超聲波位置指示器的換能器[5]，可以避免由于堆內介質狀態變化出現游離氣泡而對超聲波換能器的工作產生不良影響。
實施例將本裝置設于反應堆堆芯以上2.5米的高度處，通過密封桿[4]與控制棒吸收元件相聯。吸收元件是棒束式，傳動系統參數如下步距50毫米行程2500毫米步數50步提升重量100公斤保持流量2～2.5立方米/小時泵揚程90米水力步進缸由固定的缸體[1]和運動的活塞[2]組成。固定的缸體內徑為68毫米，與活塞[2]相連的中空的活塞桿[3]兩端封閉，桿的上部開有與內腔相通的進水口，進水口以下，外表面上刻有50個槽。槽寬20毫米，槽距為50毫米，槽內開有8個直徑為4毫米的孔，且沿圓周均布。缸體進水口在上部、上部的缸體為執行缸，缸體的下部為密封缸，缸體中部有4個φ3.5的節流孔，執行缸的內徑與活塞外徑相配合，下端的密封與密封桿相配合。活塞、活塞桿、密封桿之間為球鉸相連。密封形式為迷宮密封。
權利要求
1.一種包括活塞與缸體的對孔式水力步進缸，其特征在于由固定的缸體和運動的活塞組成，缸體分為兩段，上段為傳動缸，下段為密封缸，中間有一排節流孔，孔的數目大于2，孔沿圓周均布；活塞與活塞桿，活塞桿與下部的密封桿采用有自位功能的連接，活塞與傳動缸、活塞桿與密封缸的下密封為迷宮式密封，活塞桿與密封缸的上密封為間隙密封；活塞桿為中空結構，其外表面上有數目等于步數的槽，相鄰的槽的間距為步距，槽內有二個以上直徑小于槽寬的孔，孔沿圓周均布；密封桿的長度應大于總行程加活塞桿下密封的長度。
全文摘要
本發明為用于輕水動力核反應堆控制棒傳動機構的對孔式水力步進缸。特征為固定的缸體和運動的活塞，采用流體動壓原理。通過流量控制進行傳動的一種水力步進裝置。本發明具有固有安全性簡化了反應堆堆芯的結構，降低了制造、安裝的精度，改善了堆芯的物理熱工性能，減少核燃料的初裝量。易于推廣到所有類型的輕水核動力堆上。(壓水堆、沸水堆、殼式供熱堆、池式供熱堆)。
文檔編號F01B25/10GK1060922SQ9110361
公開日1992年5月6日 申請日期1991年6月5日 優先權日1991年6月5日
發明者吳元強, 王大中, 陳國飛, 安健, 楊巾農, 程云升, 張福錄, 楊念祖, 蔣躍元 申請人:清華大學