具有单独的scram闩锁接合和锁定的控制杆驱动机构的制作方法
【专利说明】具有单独的SCRAM闩锁接合和锁定的控制杆驱动机构
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请构思于由能源部合作协议第DE-NE0000583号支持的工作过程。能源部可以拥有本申请的某些权利。
[0003]本申请要求2013年03月15日提交的、标题为“具有单独的SCRAM闩锁接合和锁定的CRDM设计”的美国临时申请第61/792235号的优先权。2013年03月15日提交的、标题为“具有单独的SCRAM闩锁接合和锁定的CRDM设计”的美国临时申请第61/792235号的全部内容在此通过引用并入到本申请的说明书中。
【背景技术】
[0004]2011年9月15日出版的DeSantis等人的美国公开号2011/0222640A1的全部内容通过引用并入本文，该文献公开了(除其他主题之外)一种CRDM (CRDM)，用于采用由马达接合的导螺杆(有时被称为滚珠螺杆，本文表示采用设置在螺杆与螺母螺纹之间的滚珠螺母的特定导螺杆实施例)的核反应堆，以提供受控的垂直平移，其中与导螺杆相连接的单独的闩锁组件闩锁至控制杆的升降杆(或者至包括由支架或三脚架连接到升降杆的多个控制杆的控制杆组件的升降杆)。闩锁主动关闭以连接包括升降杆和控制杆的平移组件，使得平移组件在CRDM马达的控制下随导螺杆平移。一旦去除关闭力，例如在SCRAM期间，闩锁就打开来释放升降杆和SCRAM控制棒，同时导螺杆保持接合CRDM马达并且不倒。在一些说明性实施例中，闩锁由凸轮棒主动关闭，该凸轮棒由液压活塞、螺线管或其他升降机构升降，其中每个凸轮棒是四连杆机构的一部分，该四连杆机构响应于升降沿水平方向移动凸轮棒，以便用凸轮使闩锁关闭。在DeSantis等人的美国公开号2011/0222640A1中，该四连杆机构布置成使得在重力作用下四连杆机构操作来向外移动凸轮棒从而释放闩锁。
[0005]通过非限制性的说明性示例，图1和2分别对应于DeSantis等人的美国公开号2011/0222640A1的图纸I和16。参考图1，示意性地描绘了压水反应堆(PWR)型的说明性核反应堆容器。示出的主容器10包含反应堆堆芯12、内部蒸汽发生器14以及内部控制杆20。说明性反应堆容器包括四个主要部件，即:1)下部容器22、2)上部内部结构24、3)上部容器26以及4)上部容器头28。中间凸缘29设置在下部容器部22和上部容器部26之间。其他容器构造也是可以预期的。要指出的是，图1是示意性的并且不包括细节，比如二次冷却剂流入流出蒸汽发生器的压力容器穿透、用于电气部件的电穿透等等。图1的说明性反应堆容器10的下部容器22包含反应堆堆芯12，其可以具有基本上任何合适的构造。说明性的上部容器26容纳用于该说明性PWR的蒸汽发生器14，其具有内部蒸汽发生器设计(有时被称为整体式PWR设计)。在图1中，示意性地示出了蒸汽发生器14。在典型的循环模式中，主冷却剂由反应堆堆芯12加热，并且上升通过中心上升区域32以退出护罩30的顶部，于是主冷却剂经由降液管区域34向下流回并通过整个蒸汽发生器14。这样的主冷却剂流动可以通过自然对流、通过内部或外部的主冷却剂栗(未示出)或者通过栗协助的自然对流的组合而被驱动。虽然示出了整体式PWR设计，但是同样可以设想反应堆容器具有外部蒸汽发生器(未示出)，在这种情况下，压力容器穿透允许将主冷却剂传递至外部蒸汽发生器以及从其传递。说明性的上部容器头28是一个单独的部件，但是同样可以设想容器头与上部容器26是一体的。虽然图1示出了整体式PWR，但是在其它实施例中，PWR可以不是整体式PWR，即在一些实施例中，示出的内部蒸汽发生器可以被省略，取而代之的是一个或多个外部蒸汽发生器。更进一步地，说明性的PWR是一个示例，并且在其他实施例中，还可以采用沸水反应堆(BWR)或其它反应堆设计，具有或内部或外部的蒸汽发生器。
[0006]参考图2，对控制杆系统实施例进行说明，例如图1的核反应堆的上部内部结构24的适当部分，其提供了电磁灰杆功能(即连续可调控制杆定位)和提供SCRAM功能的液压闩锁系统(即在紧急情况下，控制杆可以完全插入，以便快速淬灭核反应，本领域中公知的操作为SCRAM)。图2的控制杆系统允许控制杆束的故障保护SCRAM，而不会快速停止导螺杆。采用马达/滚珠螺母组件，使得导螺杆40永久地接合到滚珠螺母组件42，其通过驱动马达44来提供导螺杆40的轴向平移。说明性马达44安装在支座45上，该支座定位并底部支撑马达44于上部内部结构24的支撑结构中；还可以设想其他支撑布置。控制杆束(未示出)经由升降/连接杆或升降/连接杆组件46和闩锁组件48而连接到导螺杆40。导螺杆40基本上是中空的，升降/连接杆46同轴装配在导螺杆40的内径的内部，并且在导螺杆40内自由垂直平移。具有受载弹簧闩锁的闩锁组件48连接到(即安装在)导螺杆40的顶部。当闩锁组件48的闩锁与升降杆46接合时，它们将升降/连接杆46联接到导螺杆40，并且当闩锁脱开时，它们将升降/连接杆46从导螺杆40释放。在所示的实施例中，闩锁的接合与脱开是通过使用包括两个凸轮棒50以及每个凸轮棒50的至少两个凸轮棒连杆52的四连杆凸轮系统来实现的。还可以添加附加的凸轮棒连杆来为凸轮棒提供进一步支撑。当凸轮棒50向上移动时，四连杆机构的凸轮棒连杆52同样采用凸轮向内带动凸轮棒50，以便使闩锁组件48的闩锁旋转成与升降/连接杆46接合。在示出的实施例中，液压升降组件56用于提升凸轮棒组件50。在替代实施例(未示出)中，电螺线管升降系统用于提升凸轮棒组件。当升降力被施加到凸轮系统时，凸轮棒50的向上和向内的凸轮运动将闩锁旋转成接合，从而将升降/连接杆46联接到导螺杆40。这会导致控制杆束跟随导螺杆运动。当移除升降力时，凸轮棒50向下摆动，并且由四连杆机构的凸轮棒连杆52向外凸轮带动，从而允许闩锁组件48的闩锁旋转成脱离与升降/连接杆46的接合。这将升降/连接杆46从导螺杆40脱开，从而使控制杆束SCRAM。在SCRAM期间，导螺杆40仍处于其当前保持位置。在SCRAM事件之后，导螺杆40通过电动马达44被驱动到其行程的底部。当升降力通过液压升降组件56被重新施加到凸轮系统时，闩锁组件48的闩锁重新接合且升降杆46重新联接到导螺杆40，以及正常操作可以继续。还可以考虑其他闩锁驱动方式，比如气动闩锁驱动，其中气动压力取代所示升降组件56中的液压压力。为了说明的目的，在图2中，导螺杆40被任意地描绘在部分抽出的位置。闩锁组件48连接到(即安装在)导螺杆40的顶部。滚珠螺母42和马达44在控制杆驱动机构(CDRM)的底部，R锁凸轮棒50延伸达机构行程的全长，液压升降系统56位于机构的顶部。在一些实施例中，图2的CDRM是整体式⑶RM，其中整个机构(包括电动马达44和滚珠螺母42)和闩锁组件48在整个工作温度和压力条件下位于反应堆压力容器10内(参见图1)。采用具有四连杆机构的凸轮棒的CRDM设计的进一步说明性实施例描述在DeSantis等人的美国公开号2011/0222640A1中，其全部内容通过引用并入本文。
【发明内容】
[0007]在一些说明性的实施例中，一种控制杆驱动机构(CRDM)，包括:导螺杆，其由CRDM马达接合；升降杆，其支撑至少一个控制杆；闩锁，其固定到所述导螺杆并且配置成将所述升降杆的上端闩锁到所述导螺杆；闩锁接合机构，其配置成将所述闩锁关闭到所述升降杆的上端上；以及闩锁保持机构，其配置成保持所述闩锁关闭；其中，所述闩锁保持机构与所述闩锁接合机构是分开的。在一些实施例中，所述CRDM进一步包括四连杆机构，其包括凸轮棒，所述四连杆机构配置成向内驱动所述凸轮棒，以凸轮带动响应于所述闩锁接合机构的操作而关闭的闩锁，所述闩锁保持机构配置成将所述凸轮棒保持在向内位置，以保持所述闩锁关闭。在一些这样的实施例中，所述四连杆机构配置成偏压在重力作用下被关闭的闩锁。在一些实施例中，所述闩锁接合机构响应于将所述闩锁降低在所述升降杆的上端上而进行操作，并且在所述闩锁接合机构操作之后，当所述闩锁被再次提升时，不能有效地保持所述闩锁关闭。
[0008]在一些说明性的实施例中，一种控制杆驱动机构(CRDM)，包括:导螺杆，其由CRDM马达接合；升降杆，其支撑至少一个控制杆；闩锁，其固定到所述导螺杆，并且配置成将所述升降杆的上端闩锁到所述导螺杆；闩锁接合机构，其配置成将所述闩锁关闭到所述升降杆的上端上；以及闩锁保持机构，其配置成保持所述闩锁关闭；其中，所述闩锁接合机构在所述闩锁支撑所述升降杆的重量并支撑至少一个控制杆时不能有效地保持所述闩锁关闭。在一些实施例中，所述闩锁保持机构不能有效地关闭所述闩锁。在一些实施例中，所述CRDM进一步包括四连杆机构，其包括凸轮棒，所述四连杆机构配置成向内驱动所述凸轮棒，以凸轮带动响应于所述闩锁接合机构的操作而关闭的闩锁，所述闩锁保持机构配置成将所述凸轮棒保持在向内位置，以保持所述闩锁关闭。在一些这样的实施例中，所述四连杆机构配置成偏压在重力作用下被关闭的闩锁。在一些实施例中，所述闩锁接合机构响应于将所述闩锁降低在所述升降杆的上端上而进行操作，并且在所述闩锁接合机构操作之后，当所述闩锁被再次提升时，不能有效地保持所述闩锁关闭。
[0009]在一些说明性的实施例中，一种控制杆驱动机构(CRDM)，包括:导螺杆，其由CRDM马达接合；升降杆，其支撑至少一个控制杆；闩锁，其固定到所述导螺杆，并且配置成将所述升降杆的上端闩锁到所述导螺杆；以及四连杆机构，其包括凸轮棒，所述四连杆机构配置成向内驱动所述凸轮棒，以凸轮带动响应于闩锁接合机构的操作而关闭的闩锁；其中，所述连杆机构配置成偏压在重力作用下被关闭的闩锁。
[0010]在一些说明性的实施例中，一种控制杆驱动机构(CRDM)包括:CRDM马达；在所述CRDM马达的控制下平移的元件；
[0011]闩锁，其配置成闩锁支撑具有在CRDM马达的控制下平移的元件的至少一个控制杆的升降杆；闩锁接合机构，其配置成将闩锁关闭到升降杆上；以及闩锁保持机构，其与闩锁接合机构是分开的，配置成将闩锁保持在其关闭位置。
[0012]在一些说明性的实施例中，一种控制杆驱动机构(CRDM)包括:CRDM马达；在所述CRDM马达的控制下平移的元件；闩锁，其配置成闩锁支撑具有在CRDM马达的控制下平移的元件的至少一个控制杆的升降杆；以及四连杆机构，其包括凸轮棒，所述四连杆机构配置成凸轮带动响应于闩锁接合机构的操作而关闭的闩锁；其中，所述四连杆机构配置成偏压在重力作用下被关闭的闩锁。
[0013]在一些说明性的实施例中，一种控制杆驱动机构(CRDM)配置成闩锁到控制杆组件的升降杆上，并且包括单独的闩锁接合和闩锁保持机构。
[0014]在一