ПРИВОД РЕГУЛИРУЮЩЕГО ОРГАНА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Советский патент 1994 года по МПК G21C7/12 

Изобретение относится к атомной энергетике, конкретнее, к устройствам, служащим для перемещения поглощающих и топливных сборок в активной зоне ядерного реактора.

Известен привод, содержащий установленный на крышке ядерного реактора герметичный чехол, окруженный электромагнитными обмотками, внутри чехла шток, являющийся исполнительным органом привода. Шток соединен с регулирующим органом реактора.

Недостаток привода - конструктивная сложность, обусловленная наличием внутри чехла большого количества движущихся друг относительно друга узлов и деталей (захватов, осей, штока и др. ). Вследствие того же фактора привод обладает и невысокой надежностью. В то же время привод обладает и невысокой скоростью перемещения регулирующего органа, что обусловлено большим числом операций на один шаг перемещения штока и большими постоянными времени обмоток электромагнитов.

Наиболее близким по технической сущности является привод регулирующего органа ядерного реактора, содержащий герметичный чехол, установленный на патрубке крышки корпуса ядерного реактора, электромагнитные обмотки, установленные вне герметичного чехла в средней его части, исполнительный орган привода, соединенный с регулирующим органом ядерного реактора.

Однако, данный привод обладает также невысокой надежностью. Обусловлено это тем, что на всей длине в средней части чехла между чехлом и исполнительным органом привода необходимо иметь минимальный зазор, поскольку увеличение последнего приводит к уменьшению тягового усилия. При необходимости иметь ход исполнительного органа привода, равный высоте активной зоны реактора (2500-3500 мм), сам исполнительный орган имеет значительную длину (4000-5000 мм). Поскольку при такой длине неизбежно имеет место кривизна, а центровка исполнительного органа внутри чехла должна иметь место на длине порядка 1500 мм, а также вследствие наличия бокового притяжения в линейном электродвигателе, возникает повышенное трение и износ подшипников якоря. Вышеизложенные недостатки имеют экспериментальное подтверждение, которое было получено в ходе испытаний этого механизма на предприятии, а также эксплуатации механизма на одной из атомных электростанций.

Мероприятия по повышению надежности приводов подобного типа, проводимые в настоящее время, направлены, в основном, на подбор пары трения между якорем и статором. Поскольку один из элементов этой пары должен обладать еще и магнитными свойствами, то ясно, что нередко к одному и тому же материалу могут быть предъявлены взаимоисключающие свойства. Так, применяемые в настоящее время магнитные нержавеющие стали, недостаточно хорошо работают в контакте с графитовыми подшипниками.

Целью изобретения является повышение надежности привода путем снижения силы трения, воздействующей на исполнительный орган привода.

Поставленная цель достигается тем, что в приводе регулирующего органа ядерного реактора, содержащем герметичный чехол, установленный на патрубке крышки корпуса ядерного реактора, электромагнитные обмотки, установленные вне герметичного чехла в средней его части, исполнительный орган привода, соединенный с регулирующим органом ядерного реактора, средняя часть чехла заполнена ферромагнитной жидкостью, причем средняя полость чехла отделена от полости корпуса ядерного реактора подвижным уплотнением, через которое пропущен исполнительный орган привода, на котором установлен поршень, размещенный в средней части чехла.

Изобретение поясняется чертежом, где представлен привод регулирующего органа ядерного реактора.

Привод регулирующего органа ядерного реактора содержит установленный на патрубке 1 крышки корпуса ядерного реактора чехол 2, окруженный электромагнитными обмотками 3. Внутри чехла размещен исполнительный орган привода 4, который в нижней своей части соединен с регулирующим органом ядерного реактора (на чертеже не показан). На исполнительном органе привода установлен поршень 5, расположенный в средней части чехла. Средняя часть чехла заполнена ферромагнитной жидкостью 6 и отделена от полости 7 реактора подвижным уплотнением 8, состоящим из направляющих втулок 9 и 10, лабиринтного уплотнения 11, камеры 12, к которой присоединена трубка 13. В верхней части чехол 2 окружен электромагнитными обмотками 14 индуктивного датчика положения. На верхнем конце исполнительного органа привода 4 установлен шунт 15 из ферромагнитного материала. Ферромагнитная жидкость представляет собой, например, взвесь ферромагнитных частиц высокой степени дисперсности в воде. В полости корпуса ядерного реактора находится вода (для водо-водяного реактора). Полость 16 в верхней части чехла, окруженная обмотками индуктивного датчика положения, также заполнена водой и отделена от полости средней части чехла подвижным уплотнением (на чертеже не показано).

Принцип действия привода основан на свойстве изменения "эффективной плотности" ферромагнитной жидкости под действием электромагнитного поля и выталкивания тел при изменении "эффективности плотности".

При работе ядерного реактора на мощности включены электромагнитные обмотки 3, создающие электромагнитное поле. Под действием его ферромагнитная жидкость 6 стремится вытолкнуть шток 4 (наиболее эффективно его участок с повышенной плотностью) вверх. Таким образом, шток занимает определенное положение в ферромагнитной жидкости. При необходимости перемещения регулирующего органа изменяется величина, создаваемая обмотками электромагнитных сил, а, следовательно, и величина "кажущейся плотности" жидкости. Это вызовет перемещение штока в иное положение. Регулирование сил электромагнитного поля может осуществиться изменением величины тока в обмотках или включением отдельных секций обмотки.

При аварийном сбросе регулирующего органа обмотки обесточиваются, исполнительный орган привода 4 опускается вниз.

Информация о положении регулирующего органа обеспечивается за счет шунтирования шунтом 15 обмоток 14.

Уплотнение 8 отделяет полость средней части чехла от полости 7. Для более надежного уплотнения осуществляется отвод воды из камеры 12 через трубку 13.

Использование предложенной конструкции позволит повысить надежность привода, поскольку сокращается длина, на которой необходимо иметь минимальные зазоры между подвижными и неподвижными частями привода. Кроме этого, уменьшается сила бокового притяжения, в результате чего также уменьшается односторонний износ подшипников скольжения (направляющих втулок и уплотнений).

К материалам трущихся пар пpедъявляются только требования по их взаимному соответствию, не предъявляются никакие другие требования, например, по магнитным свойствам. Конструкция проста, так как имеет всего одну подвижную деталь-исполнительный орган привода, центрируемый только в направляющих втулках уплотнения. Уменьшение площади трущихся поверхностей способствует повышению надежности привода вследствие снижения вероятности заклинивания. Уменьшается сила бокового притяжения исполнительного органа привода, что также повышает надежность привода. Исполнительный орган привода может быть выполнен из материала, хорошо согласующегося по своим антифрикционным свойствам с подшипниками подвижного уплотнения, - это также способствует повышению надежности. (56) Емельянов И. Я. Ефанов А. И. Константинов Л. В. Научно-технические основы управления ядерными реакторами, М. : Энергоиздат, 1981, с. 224 - 228, рис. 6.13, 6.14.

ПРИВОД РЕГУЛИРУЮЩЕГО ОРГАНА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА, содержащий герметичный чехол, установленный на патрубке крышки корпуса ядерного реактора, электромагнитные обмотки, установленные вне герметичного чехла в средней его части, исполнительный орган привода, соединенный с регулирующим органом ядерного реактора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности привода путем снижения силы трения, воздействующей на исполнительный орган привода, средняя часть чехла заполнена ферромагнитной жидкостью и отделена от полости корпуса ядерного реактора подвижным уплотнением, через которое пропущен исполнительный орган привода, на котором установлен поршень, размещенный в средней части чехла.