用于操纵核反应堆的吸收控制棒的装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于操纵用于控制核反应堆的吸收棒的装置，包括：(a)上部电机室，位于反应桶的封闭板上；(b)棒控制杆，在桶内延伸的引导鞘中和电机室中延伸，且包括：(1)密封的静态限制腔，由非磁性材料制造，设置在上部室内；(2)第一同步磁性联接系统，在没有机械接触的情况下传递线性平移运动，包括：第一外部部件，设置在腔外部，且能竖直平移；和第一内部部件，设置在腔内，与棒控制杆一体化，第一外部部件和第一内部部件的磁性联接力能在第一外部部件在竖直平移中位移时，使第一内部部件和棒控制杆在竖直平移中跟随位移；且(3)电机室包括第一机动化机械装置，用于传递第一磁性联接系统的第一外部部件的竖直平移位移。
【专利说明】
用于操纵核反应堆的吸收控制棒的装置
技术领域
[0001]本发明涉及用于操纵吸收棒的装置，该吸收棒用于控制核反应堆的功率，该核反应堆优选地为快中子反应堆(FNR)的类型，特别是钠冷却的(反应堆)。
【背景技术】
[0002]—般而言，在核反应堆中，使用中子吸收材料(例如硼基材料)的吸收棒来提供链式反应的恒定控制，这能够控制反应堆的中子功率。这些吸收棒也称为“控制棒”。这些吸收棒被竖直设置为能够在燃料棒之间的鞘中竖直平移。这些吸收棒可根据所需的中子流而被升起(抽出)或者竖直平移。它们因此能够控制反应堆。更确切来说，吸收棒被容置在鞘中，鞘的横截面的几何形状和燃料组件相同(特别是呈六角形)，以这样的方式共同形成构成反应堆的芯部的密集束(dense bundle)。当吸收棒在燃料组件的壳体中时，燃料组件的功率是零;而且，根据吸收棒被放置在燃料组件的壳体外部的抽出高度，燃料组件的功率被从零功率调节到最大功率。
[0003]快中子反应堆(FNR)被设计为使用裂变材料(铀和钚)作为核燃料，这比在热中子反应堆中更加彻底。冷却剂可以是例如钠的液体金属，或者是例如氦的气体。
[0004]本发明更具体地涉及一种用于操纵吸收棒的方法，该方法通过所述吸收棒相对于其鞘的相对平移(鞘自身被设置在燃料棒中)，来控制钠冷却的快中子反应堆(FNR-Na)类型的核反应堆的燃料组件发出的中子流。
[0005]用于操纵吸收棒的装置在所讨论的领域中通常被称为“棒控制机构”，其预期功能是:
[000?]-将吸收棒保持在给定位置；
[0007]-执行吸收棒插入和抽出其在构成反应堆的芯部的多个燃料组件之间的呈鞘形的壳体；
[0008]-在紧急要求停止反应堆的情况下，使吸收棒落入其壳体中。
[0009]以前生产的或者存在于运转中的反应堆上的各种类型的用于操纵吸收棒的装置具有大致相同的设计。如图1所示，它们包括:
[0010]-上部电机室2，设置在反应堆槽的封闭板(closingslab) 10上，包围通常被称为棒控制杆3的杆的上部，所述室2包围机械传动装置2-2、2-3的机动化装置2-1且控制小齿轮/齿条型位移，或者控制螺栓-螺母型位移，以及
[0011]-所述棒控制杆3充当在其上端处控制所述控制杆的平移位移的所述机动化装置2-1与在其下端处用于夹持吸收棒或夹具的装置4之间的物理连结装置，且
[0012]-所述夹具4能够抓持吸收棒11的上端(在图1A中示出)，吸收棒11设置为控制杆3的延伸部分，且与控制杆3对准，以及
[0013]-第二夹具控制杆5-1，设置在棒控制杆的中心空腔中，该第二夹具控制杆由所述机动化室2中的机动化装置控制，该机动化装置通过其竖直平移且独立于棒控制杆3的位移来控制该夹具(比如抓取指)的打开/关闭的操作，和
[0014]-引导鞘3a，穿过反应堆的桶(vat)的封闭板10在所述桶的内部延伸，所述引导鞘包围棒控制杆3在封闭板下方延伸的下部，和
[0015]-第一柔性密封封闭装置7b，呈金属波纹管的形式，以允许所述棒控制杆在所述引导鞘内平移的方式来封闭所述引导鞘3a与所述棒控制杆3之间的空间，以及
[0016]-第二柔性密封封闭装置7a，呈金属波纹管形式，以允许所述夹具控制杆5-1在棒控制杆3内平移的方式来封闭夹具的第二控制杆5-1与所述棒控制杆3之间的空间。
[0017]与棒控制杆类似，第二夹具控制杆向上延伸到电机室2。
[0018]金属波纹管7a、7b保护以免反应桶中包含的高温液体钠的蒸发导致的钠气雾(sodium aerosol)，机动化装置和其它机械元件在操纵装置的相对位移中配合，该操纵装置形成桶内以及桶上方的电机室内的棒操纵装置的可动部件。
[0019]在缺少所述柔性封闭波纹管的情况下，钠气雾会引起相对位移的机械元件之间的摩擦增大，且会在“冷的”部件上以固体沉积物的形式固定，阻挡它们的操作。
[°02°]棒操纵装置还具有:
[0021]-通过使可动设备重力下落而快速自动停止反应堆的装置Sb，该重力下落包括棒控制杆3的下落和附接在其上的吸收棒11的下落，该下落可以通过断开将两个金属部件(包括放置在可动部件上的一个)磁性保持在一起的电磁体8b来操作，和
[0022]-用于缓冲可动部件的重力下落的装置9a。该缓冲器通常采用气体技术或油技术，以及
[0023]-用于在上部室2中喷射氩气(充当钠气雾的屏障)的装置(图1中未示出)。
[0024]利用棒操纵装置的可动部件，通过竖直平移和控制器平移来将吸收棒从其鞘12中抽出，能够改变芯部的活性(reactivity，反应)的等级。这样的控制模式是正常操作。
[0025]在需要芯部的活性的快速停止的情况下，棒操纵装置必须具有这样的功能:能够在非常短的时间内将吸收棒插入到桶内部的吸收棒的壳体中，从而引起反应堆的停止所必须的反活性(ant1-reactivity)。将吸收棒插入到折回位置中是由操纵装置的可动部件的重力下落引起的。这样的重力下落是由锁定部件Sb的释放造成的，锁定部件Sb允许在其下端处夹持着吸收棒的状态下，使装置的可动部件的机械元件能够下落。这样的动作由缓冲装置9a支持(second)，从而能够在轨迹末端缓冲可动机构的重力下落的能量，从而保持吸收棒的完整性。
[0026]已经存在了很多年的棒控制装置的使用已经显示出一些机械操作缺陷。本发明特别涉及密封的金属波纹管的磨损或破损(其已经导致钠沿着杆上升)引起的机械缺陷的处理。这样的泄漏是源于钠气雾在移动机械部件上沉积的观察到的积累引起摩擦或者甚至卡死(seizure)且阻挡维护操作所需的机构。
【发明内容】
[0027]本发明更一般地具有简化该装置的通用设计从而减少其维护操作时间的目的。
[0028]因此，本发明的主要目的是强化这些现有的棒操纵装置的可靠性，棒操纵装置遇到的缺陷是进入移动的机械部件且产生机械阻碍的钠气雾的侵蚀效果的结果，这基本是由金属波纹管的破损引起的。
[0029]发明人已经寻求多种方案来改进适合波形的、更耐受金属疲劳现象的密封的金属波纹管，或者安装双夹套，使得在密封破损之前能够检测到第一夹套的穿孔。但是这样的最终结果仅仅是推延了密封失效的出现。
[0030]这就是为什么本发明提供了一种新的棒操纵装置，其包括通过安装以下各项来替代金属波纹管:
[0031]-静态限制屏障，将钠环境气氛中的棒控制杆与在钠环境外部通过接触来传递机械运动的室中的所有部件分离，以及
[0032]-磁性联接装置，通过所述限制屏障将机械运动无接触地传递到所述棒控制杆(除了通过接触而机械地传递运动的装置之外，该装置存在于钠环境外部的所述限制屏障外部的电机室内)。
[0033]该运动的传递意味着实施磁性联接系统，该磁性联接系统通过非磁性材料制作的、呈非磁性密封罩形式的限制屏障来作用。
[0034]更确切来说，本发明提供一种用于操纵吸收棒的装置，该吸收棒用于控制反应堆，优选控制钠冷却式快中子反应堆(FNR)，该装置包括:
[0035]-上部电机室，位于反应桶的封闭板上，包围机动化装置，该机动化装置用于传递对第一杆(称为棒控制杆)的位移的控制，
[0036]-所述棒控制杆的上部在所述电机室中延伸且其下部在所述桶内部延伸的引导鞘中延伸，所述棒控制杆穿过反应桶的封闭板的空腔，以及
[0037]-紧固到所述棒控制杆的下端的、用于夹持吸收棒的装置(称为夹具)，所述夹具能够抓持吸收棒的上端，所述吸收棒在棒控制杆的延伸线上且与棒控制杆对准，
[0038]其特征在于其包括:
[0039]-密封的静态限制腔，由非磁性材料制造，设置在所述上部室的内部，呈包括回转的侧壁的罩的形式，优选为柱形，其基部处敞开，围绕所述封闭板被所述引导鞘穿过的空腔，以密封方式被紧固到所述反应桶的封闭板，
[0040]-第一同步磁性联接系统，用于在没有机械接触的情况下传递线性平移运动，包括:
[0041 ]-第一外部部件，包括永磁体的块体(一块永磁体)，优选由被软铁磁元件分开的交替的永磁体构成，所述块体设置在所述上部电机室内部、所述限制腔外部，且能够进行竖直平移，以及
[0042]-第一内部部件，包括至少一个软铁磁元件，设置在所述限制腔内部，与所述棒控制杆的上部一体化，当第一外部部件沿竖直平移位移时，所述第一外部部件与所述第一内部部件的磁性联接力能够使所述第一内部部件和棒控制杆跟随所述竖直平移中的位移，
[0043]-所述电机室包括第一机动化机械装置，第一机动化机械装置用于传递所述第一磁性联接系统的所述第一外部部件的竖直平移的位移。
[0044]应理解，所述第一外部部件和第一内部部件被设置为在密封的限制腔的侧壁的两侧上彼此面对，且具有允许它们的磁性连结的气隙。
[0045]这里的术语“软铁磁元件(soft ferromagnetic element)”指的是磁性物体(magnetic property)，即该材料的主要性质是容易磁化，且一旦其不再受到磁场作用则快速失去其磁化能力，而不像不会去磁的硬磁性材料，特别是那些稀土元素(比如钕)制作的硬磁性材料。
[0046]在一个实施例中，所述第一内部部件和所述第一外部部件的每一个包括被软铁磁元件分开的交替的永磁体。这样的构造能够增加联接力量且减少联接的尺寸。
[0047]更具体来说，所述上部电机室包围与第一机械装置配合的第一电机，优选为齿轮电机型，第一机械装置通过接触来传递位移且包括第一齿轮系和至少一个行星滚柱丝杠(planetary roller screw)或一个滚珠丝杠(ball screw)。
[0048]根据本发明的装置的所述密封的静态限制腔能够限制来自所述腔内部的桶的钠气雾的机械侵蚀环境，且能够在没有泄露风险的情况下将通过与运动传递链的接触而处于相对运动中的机械部件隔离在所述腔的外部。这是通过实施所述磁性联接而成为可能的，所述磁性联接穿透密封腔的壁来将运动传递到棒控制杆。
[0049]本发明的益处在于通过将机械传递链放置在钠气雾的侵蚀环境外部，同时保证机械运动被传递到位于侵蚀环境中的单个部件(此处是棒控制杆)，能够保护通过接触而进行的机械传递链。在实践中，本发明能够消除现有装置上记录的钠气雾造成的故障。由于不再具有任何部件在钠气雾的存在下以小机械间隙彼此相对移动的事实，从而使得磨损的风险和摩擦的阻塞消失。
[0050]而且，由于通过接触的机械传递链的机械相对位移中的所有部件都在钠气雾环境的外部，因此在维护状况下降低了对操作员的化学危害和核危害，核净化和化学净化的需求被限制到棒控制杆。因此，透过密封的壁/腔与侵蚀介质中的部件机械性地互相影响的磁性联接技术提供的这样的能力，对于还在寻求对核污染传播进行限制的核能行业是特别有益的。
[0051]无接触且因而无磨损的磁性联接的益处还在于可观地减少该装置的维护操作时间，这会增加其可用性。
[0052]限制腔通过夹具的控制杆对夹持进行激活，该夹具的控制杆以不同于棒控制杆的方式，透过限制腔的壁被平移地控制。而且，保持夹具的控制杆会使钠气雾存在于两个棒之间的空隙的风险持续。这些考虑导致这样的结论:本发明需要一种新型的夹具，该夹具由透过腔(cob)作用的第二磁性联接，通过使插入到棒控制杆的上部中的引导轴进行旋转来致动。
[0053]优选地，根据本发明的棒操纵装置还包括:
[0054]-所述上部电机室，包括第二机动化机械装置，该第二机动化机械装置用于沿棒控制杆的纵轴线传递所述棒控制杆的旋转位移；以及
[0055]-通过所述棒控制杆沿其纵轴线的旋转，所述夹具能够分别被致动以抓持和释放所述控制棒的端部。
[0056]由于现有的棒操纵装置的夹钳控制杆的消失，在所述腔内部处于相对运动的接触中的部件之间的机械间隙消失了，且不再导致会引起机械阻塞的气雾沉积物的威胁。
[0057]更具体来说，所述控制杆的下端处的所述夹具形成抓具，该抓具包括多个指，这些指在缩回位置沿棒控制杆的轴线的方向设置，且能够枢转或弯折从而成角度地移动离开棒控制杆和/或在棒控制杆的轴向旋转的作用下可逆地径向膨胀，从而与吸收棒的上部配合且将自身阻挡在该处以便抓持吸收棒。
[0058]更具体来说，夹具包括以通过旋拧而螺旋连接的方式来彼此配合的至少两个部分，其中:
[0059]-第一螺纹部，与棒控制杆的端部一体化，所述第一固定部包括其下游处的螺纹部和具有加宽的横截面直径的区域，以及
[0060]-第二攻丝部，能够通过与第一螺纹部彼此相对旋拧，来相对于第一螺纹部平移地位移；
[0061]-所述第二攻丝部承载所述柔性指，由于棒控制杆的旋转驱动第一螺纹部相对于第二攻丝部的相对旋转，引起螺纹部和攻丝部这二者通过相对旋拧而相对平移，所以这些柔性指在它们遇到所述第一部分的加宽直径的区域时径向移开。
[0062]优选地，该装置包括被称为引导轴的第二杆，该引导轴优选沿密封的限制腔的回转的侧壁的纵轴线被插入到所述棒控制杆的上部的中心空腔中，所述控制杆能够在其被所述第一磁性联接系统平移地致动时相对于所述引导轴滑动，所述引导轴在竖直平移中被阻挡且能够被围绕其纵轴线(XX’)被旋转地驱动，所述引导轴能够与所述中心空腔配合以使引导轴围绕其纵轴线(XX’)的旋转驱动棒控制杆围绕其纵轴线(XX’)旋转。
[0063]因此，棒控制杆的旋转由引导轴的旋转引起。
[0064]更具体来说，引导轴的横截面的形状与所述棒控制杆的上部的中心空腔的形状配合，并且这同时提供滑动连接(沿引导轴的轴线的位移)和枢转连接(围绕引导轴的轴线的旋转)，使控制杆能够相对于引导轴以相对的线性位移来移动且使控制杆能够与引导轴同时旋转，亦即，滑动枢转联接，且这独立于相对于引导轴的平移中的磁性联接的相对位置。
[0065]还优选地，根据本发明的棒操纵装置还包括:
[0066]-第二同步磁性联接系统，用于在没有机械接触的情况下传递旋转运动且包括:
[0067]-第二内部部件，包括至少一个软铁磁元件，设置在所述密封的限制腔内部，沿竖直平移被固定，能够沿所述腔的纵轴线旋转地位移，与所述引导轴一体化，沿竖直平移被固定；以及
[0068]-第二外部部件，包括永磁体的块体，该块体优选由被多个软铁磁元件分开的交替的多个永磁体构成，所述块体设置在所述电机室内部且在所述密封的限制腔外部，且能够沿密封的限制腔的回转的侧壁的纵轴线旋转地位移，且所述第二外部部件与所述第二内部部件之间的磁性联接力能够在所述第二外部部件进行旋转位移时，使所述第二内部部件、所述引导轴和所述棒控制杆跟随沿它们的相同纵轴线的所述旋转中的相同位移；
[0069]-所述上部电机室包括第二机动化机械装置，该第二机动化机械装置用于传递所述第二外部部件沿密封的限制腔的回转的侧壁的纵轴线的旋转位移，所述上部室优选包围用于传递小齿轮型的旋转位移的机械装置。
[0070]更具体来说，所述内部部件和外部部件二者被平移地固定。
[0071]应理解，所述第二外部部件和内部部件被设置为在密封的限制腔的壁的两侧上彼此面对，其间具有减小的气隙且与密封的限制腔的所述回转的侧壁的纵轴线同轴。
[0072]同步磁性联接系统对于本领域技术人员是已知的。该技术将磁吸引力的原理进行应用，亦即，存在与永磁体发出的磁场的磁感应强度相关的保持力。非磁性壁的一侧上的永磁体构成的感应部产生磁场线，该磁场线在非磁性壁的另一侧上的软铁磁元件的金属部件构成的感应部上闭合。只要永磁体与铁磁元件之间的气隙保持很小，磁性联接技术能够在无接触的情况下透过非磁性壁来传递运动。磁性联接可以被用于线性平移地驱动或者旋转地驱动。在被非磁性密封的罩分开的两个元件中，其上安装有永磁体的部分被称为“驱动”部或“感应”部，被磁性连结的部分被称为“从动”部或“被感应”部。
[0073]更具体来说，用于传递线性平移运动的第一同步磁性联接系统包括:
[0074]-第一外部部件，由与腔的所述回转的侧壁同轴地设置的磁体构成，呈一叠永磁体环的形式，优选由钕铁硼合金制作，由多个软铁板的环分开;以及
[0075]-第一外部部件，与腔的所述回转的侧壁同轴地设置且由紧固到控制杆的上部的至少一叠软铁环构成。
[0076]永磁体环和软铁元件可以按照交替的样式分布在内部部件和外部部件二者上。这样的设置能够增加联接力量且减少联接的尺寸。
[0077]类似地，用于传递旋转运动的第二磁性联接系统包括:
[0078]-第二外部部件，由与腔的所述回转的侧壁同轴地设置的永磁体的环形块体构成，优选为钕铁硼稀土合金，以及
[0079]-第二内部部件，至少由软铁元件构成，上述软铁元件被紧固到所述引导轴的上部，上述引导轴与腔的所述回转的侧壁同轴地设置。
[0080]按照已知方式，术语“软铁”既指铁也指软钢。
[0081 ]更具体来说，用于传递旋转运动的第二磁性联接系统包括:
[0082]-第二外部部件，由被软铁元件分开的多个永磁体的组件构成，这些软铁元件并排设置在到腔的所述回转的侧壁的相同径向距离处，这些元件的轮廓均呈圆弧段形状，优选为相同的圆弧段形状；以及
[0083]-第二内部部件，由多个软铁元件的组件构成，这些软铁元件并排设置在到所述引导轴的上部的纵轴线(XX’)的相同径向距离处，这些元件的轮廓均呈相同的圆弧的截面形状，优选为相同的圆弧的截面形状。
[0084]优选地，根据本发明的棒操纵装置还包括用于紧急关闭反应堆的装置，该装置包括被称为磁性吸盘的部件，该部件包括在所述上部电机室的内部且在所述密封的限制腔的外部的与电磁线圈结合的永磁体，使得:
[0085]-所述吸盘与吸盘基部一体化，所述上部电机室包括第一机动化机械装置，该第一机动化机械装置用于传递对吸盘基部的平移位移的控制；
[0086]-所述电磁线圈的电激活改变磁性吸盘的磁体产生的磁场，该磁场在第一磁性联接系统的所述第一外部部件的金属部件上闭合，且通过所述吸盘与第一磁性联接系统的第一外部部件之间的磁性结合来进行连结(link)，因而通过所述吸盘基部的位移来提供所述第一外部部件的平移位移，以及
[0087]-所述电磁线圈的电激活缺失会重新建立所述磁性吸盘的磁体的磁场，该磁场不再指向第一磁性联接系统的第一外部部件的金属部件上，因而允许所述第一磁性联接系统的重力下落，并且因此在所述吸收棒被棒控制杆的下端处的所述夹具抓持时，引起所述吸收棒的重力下落。
[0088]磁性吸盘具有这样的特性:其包括电磁线圈，该电磁线圈不是像现有技术那样产生磁性结合力，而是改变永磁体产生的磁通量的方向。因此，磁性吸盘具有2种状态一打开和关闭，这两种状态是对电磁线圈供电与否的结果。如果电磁线圈是激活的，则感应器永磁体产生的磁场在待支撑的可动组件的金属部件上闭合，该可动组件由沿着轴向位移被驱动、从而保持吸收棒的一套部件形成，其中吸收棒包括棒控制杆、夹具和吸收控制棒。反之，感应器的磁场指向该机构的另一部分，以取消该保持并引起棒的下落。
[0089]与现有技术相比，该磁性吸盘还能够实施能量较少的电磁线圈，其中只有电磁线圈(未联接到磁体)被设置在用于自动关闭反应堆的装置上。这样的组件还能够使在电磁线圈去激活时重力下落的可动部件被相对简化，因为控制所述吸盘基部的平移位移的传动装置不会也被引起下落，而是保持固定。
[0090]在本发明中，通过傅科电流(Foucaultcurrent)磁性缓冲来实现在要求反应堆紧急关闭的情况下，机构中的可动部件的下落能量的吸收。
[0091 ]而且优选地，根据本发明的棒操纵装置包括构成磁性缓冲器的下落缓冲装置，磁性缓冲器包括第一缓冲元件，第一缓冲元件由能够在面向第二缓冲元件的相对位移中滑动的永磁体构成，第二缓冲元件由低电阻材料制成，优选由铜制成，设置在第一缓冲元件下方，当用于自动关闭反应堆的装置允许吸收棒的重力下落时，第一缓冲元件相对于第二缓冲元件发生相对位移。
[0092]因此，在相对于第二缓冲元件的相对位移中的第一缓冲元件的磁场能够感应出傅科电流，傅科电流产生与第一缓冲元件相对于第二缓冲元件的相对位移相反的拉普拉斯力(Laplace force)。
[0093]被磁性基底(magneticground)与低电阻的基底之间的相对位移改变的初始恒定的磁通量的变化引起磁性制动的原理对于本领域技术人员是已知的，在相对于低电阻的基底(第二缓冲元件)的相对位移中的磁性基底(第一缓冲元件)的磁场能够在低电阻的基底(第二缓冲元件)中感应出电动势，该电动势进而产生傅科电流，傅科电流产生磁场和与磁性基底(第一缓冲元件)相对于低电阻的基底(第二缓冲元件)的所述相对位移相反的拉普拉斯力。
[0094]更具体来说，构成磁性缓冲器的下落缓冲装置包括:
[0095]-第二缓冲元件，呈套筒(ferrule)的形状，被固定，同轴地设置在所述上部室的底部中且在所述腔的外部，以及
[0096]-第一缓冲元件，由同轴地紧固到所述第一磁性联接系统的第一外部部件的永磁体构成，当所述用于自动关闭反应堆的装置允许所述第一磁性联接系统的第一外部部件的释放时，能够在所述套筒与所述腔的柱形侧壁之间的环形空间中的所述套筒形状的第二缓冲元件内部同轴地滑动。
[0097]此处，处于铜套筒形状的导体基底被紧固到上部室的底部、限制罩的外部，且形成缓冲器的被感应器(inductee)。磁性基底，优选为稀土合金(钕铁硼)制成的永磁体，是产生恒定磁场且在被感应器前方移动的感应器部件。
[0098]在本实施例中，感应器被放置在可动设备中。在另一种构造中，感应器可以被分开且放置为附接且靠近被感应器，从而共同形成单个相同部件。在后者的情况下，可动组件在其下落期间冲击感应器且引起它相对于被感应器的相对位移。
[0099]该磁性缓冲装置有益地替代气体缓冲装置，气体缓冲装置的操作是基于活塞压缩一定体积的气体而使气体被推向标准化出口的原理。特别地，根据本发明的傅科电流磁性缓冲器具有明显简化相关机械部件的数量的益处。此处，我们从启动活塞型的机构达到了两个元件(一个永磁体型的磁性感应器，和一个低电阻的材料)的系统，这两个元件按照一个在另一个内部滑动的方式进行组装。但是最重要的益处是，该缓冲器保持持续不断地可操作，而不需要激活。可动组件上存在的感应器在重力下落中的下落的速度产生了制动力。这样的制动力对于感应器的位移是固有的(intrinsic)。这样的装置可以被描述为被动操作装置，因为它不依赖与任何外部条件，这对于核安全的规则来说是特别受益的。
[0100]由此，本发明还提供了一种用于操纵吸收棒的方法，该吸收棒用于控制核反应堆的燃料组件发出的中子流，该核反应堆优选为钠冷却式快中子反应堆型(FNR-Na)，该方法是通过使用根据本发明的操纵装置来使吸收棒相对于设置在多个燃料棒之间的鞘相对平移。
[0101]更具体来说，通过如下限定地切断磁性吸盘的电源供应且优选切断磁性缓冲装置的电源供应，通过棒控制杆的自由重力下落和被夹具紧固到棒控制杆上的吸收棒的自由重力下落，反应堆被自动关闭。
【附图说明】
[0102]通过阅读以下参照附图给出的示例性而非限制性目的的描述，将会显现本发明的其它多个特征和优点。
[0103]图1是现有技术的FNR反应堆的吸收棒操纵装置的示意性竖直剖视图；
[0104]图1A是为了示出的目的的放置在反应桶13中的根据本发明的用于操纵吸收控制棒的装置的示意性竖直剖视图，反应桶13包括位于两个燃料组件14之间的吸收棒11;
[0105]图1B是根据本发明的用于操纵吸收控制棒的装置的示意性竖直剖视图，其解释了通过在上部电机室2内部接触来传递机械运动的装置；
[0106]图2是示出参与控制杆3的平移的各个分开的部件的视图，这些部件包括第一同步磁性联接系统6a以及磁性吸盘式的自动关闭装置8;
[0107]图3是示出参与通过根据本发明的操纵装置控制吸收棒11的抓持的功能的各个部件的视图，该操纵装置包括第二同步磁性联接系统6b;
[0108]图4A和图4B是示出组装为控制密封的限制腔5内部的引导轴7的旋转的第二同步磁性联接系统6b的各个元件的中心竖直剖视图(图4A)和剖视俯视图(图4B);
[0109]图5A和图5B示出参与控制杆3的自动释放功能的各个部件，该自动释放功能用于反应堆的自动关闭，这些部件包括磁性缓冲器9的各个部件，其中分开的这些部件由图5A示出，以正常操作模式组装的这些部件由图5B示出，而在重力下落之后处于自动反应堆关闭模式的这些部件由图5C示出；
[0110]图6示出根据本发明的夹持装置的各个部件；
[0111]图6A和图6B示出图6的夹持装置4，其中该夹持装置的夹持指4a处于缩回位置，在该缩回位置，吸收棒11的上部Ila未被抓持(图6A);以及夹持装置的夹持指4a处于伸展位置，在该伸展位置，吸收棒11的上部Ila被夹持装置4抓持在阻挡位置(图6B);
[0112]图7示出根据本发明的磁性吸盘8；以及
[0113]图8A至图8C代表控制杆3和夹持装置4相对于吸收控制棒11的各个相对位置。
【具体实施方式】
[0114]图1A示意性地表示根据本发明的用于操纵控制杆的装置I，其设置在反应桶13的封闭板10上，其中仅示出两个燃料组件14以及一个吸收控制棒11，吸收控制棒11在其柱形壳体12中，柱形壳体12在桶的底面(floor)上。根据本发明，棒控制操纵装置I具有沿着棒壳体或鞘12的纵轴线设置的竖直纵轴线XX’。
[0115]棒控制操纵装置I包括棒控制杆3，棒控制杆3沿竖直纵轴线XX’设置在引导鞘3a内部、吸收棒11的壳体12上方，引导鞘3a包括沿所述桶的内部延伸的柱形横截面。
[0116]棒控制杆3包括夹持装置4，夹持装置4呈控制杆3的下端的抓具的形式，能够抓持吸收棒11的上端I la。
[0117]操纵装置I包括后文将描述的用于使棒控制杆3竖直平移的装置。控制棒3的竖直平移被设计为，当控制棒11的上端I Ia被夹持装置4抓持时，允许控制棒11相对于其壳体12插入和抽出。
[0118]引导鞘3a的顶部设有围绕其敞开上端的紧固法兰3a_l，所述法兰3a_l允许其被紧固到紧固套管1b的上部法兰1b-1，紧固套管1b倚靠在围绕反应桶13的封闭板10的空腔1a的板10上，所述空腔1a被引导鞘3a穿过。
[0119]上部室2设置在覆盖所述空腔1a和引导鞘3a的板10上，该上部室2包围密封的静态限制腔5，静态限制腔5由非磁性材料(如316L型不锈钢)制成，呈罩形且包括具有柱形壁5a和5b的空腔，柱形壁5a和5b的旋转轴线与上部室2和引导鞘3a的纵轴线XX’相同。密封的限制罩5在其基部5c处敞开且面对封闭板10内部的空腔的开口 10a，基部5c处于引导鞘的上开口的水平高度处。罩5包括外周法兰5d，外周法兰5d在罩5的下端处，围绕其敞开基部5c，用于在引导鞘3a的上部紧固法兰3a_l上进行密封地紧固。上部室2由构成外壳2c的壁界定，外壳2c在其下端被所述引导鞘3a的上部紧固法兰3a-l和/或罩5的下部法兰5d和/或套管1b的上部紧固法兰1b-1封闭。封闭板10上方的罩的紧固的密封是使用O形环来进行的。这样能够隔离罩5外部的室2的区域的环境与罩5的内部气氛。
[0120]包含在罩5中的棒控制杆3的上部包括中心空腔3-1，被称为引导轴7的杆在中心空腔3-1中延伸。引导轴的上部7-1与罩5的上部内的第二磁性联接6b-2(后文描述)的内部部件一体形成，罩5具有在棒控制杆3上方的直径较小的柱形壁5b。引导轴7包括其在空腔3-1上方的上部7-1，突出部或突起部7a(图4A)与罩5的柱形壁的引导轴承5e以这样的方式配合:将引导轴保持在恒定高度且仅允许引导轴7围绕其纵轴线XX’的一种旋转。控制杆3的上部的所述中心空腔3-1延伸过一高度，该高度足以允许控制杆3沿着引导轴7滑动，从而使控制棒11能够插入或抽出壳体12，以控制反应堆的活性。在实践中，控制棒11在棒11被完全插入到该壳体12内部时反应堆关闭与棒11被部分抽出到壳体12之外的上方之间的行进距离对应于吸收棒中含有放射性材料的部分的高度(称为裂变区域)。
[0121]在打开和闭合夹持装置4从而抓持和释放棒11的上端Ila时的致动分别通过棒控制杆3沿其竖直纵轴线XX’分别沿着一个方向和沿着另一个方向的旋转来进行。
[0122]引导轴7与杆3的空腔3-1之间的配合是滑动枢轴连接。为实现此目的，引导轴7具有与控制杆3的上部的中心空腔的横截面方式相同的方形横截面，引导轴7以引导轴7沿其竖直纵轴线XX’的旋转驱动棒控制杆3的旋转的方式插入到控制杆3中。
[0123]上部室2包围两个同步磁性联接系统6a和6b。第一同步磁性联接系统6a能够将竖直线性平移的运动传递到棒控制杆3。第二同步磁性联接系统6b能够将沿着装置的竖直纵轴线XX’的轴向旋转的运动传递到引导轴7。
[0124]第一同步磁性联接系统6a包括第一外部部件6a_l，第一外部部件6a_l包括第一块体的永磁体，第一块体的永磁体由第一磁性联接系统的“感应器(inductor)”部或“驱动”部构成。该块体永磁体由多个同轴堆叠的环6c_l(图2)组成，这些环6c-l包括由钕铁硼制成的多个永磁体的环，这些环由多个软铁板的环分开，构成如图2中所示地被轴向贯穿的块体的永磁体。所述环6c-l被密封的罩5的主柱形壁5a穿过且同轴地围绕密封的罩5的主柱形壁5a，而且能够沿着且围绕着所述柱形壁5a进行竖直平移。
[0125]第一同步磁性联接系统6a包括第一内部部件6a_2，第一内部部件6a_2构成“从动”部或“感应(induced)”部，而且由一叠软铁环6c-2构成，这些软铁环6c-2构成块体6a-2，块体6a-2被轴向贯穿、紧固到且围绕棒控制杆3的上部，棒控制杆3的上部同轴地设置在这叠软铁环的所述块体6a-2的轴向贯穿部中且穿过该轴向贯穿部。
[0126]第一外部部件6a_l和第一内部部件6a_2同轴地设置在同一高度，在密封的罩5的柱形壁5a的每一侧以较小的气隙彼此面对，且被磁性连结，从而当驱动部6a_l在竖直平移中位移时，从动部6a_2跟随这样的平移运动。
[0127]由于这样的因素:第一内部部件6a_2承受棒控制杆3的负载且在应用时承受吸收控制棒11的负载，根据联接的刚性，可以观察到与承受的负载的质量成比例的轴向偏移。但是按照本领域技术人员已知的方式，磁性联接的尺寸被制作为使得这样的偏移保持最小且在与负载相关的偏移的曲线的线性部中，且不会改变联接的刚性。
[0128]更具体来说，对于被沿着轴向位移被驱动从而操纵吸收棒的这套部件形成的可动设备来说，其负载大约为300kg至400kg，其中吸收棒包括棒控制杆3、夹具4和吸收控制棒
11。该可动设备的所有这些元件在与管理反应堆芯部的吸收棒11水平面高度相对应的、将近I米的高度上平移。
[0129]在实践中，块体6a_l的磁体环和软铁环的堆叠能够产生超过近似600mm的联接高度的磁性联接，对于4mm至5mm的磁性壁，这样的联接高度足以获得带有6mm至7mm的气隙的+/-0.5mm至+/-1mm的偏移刚性，因此壁5a与第一外部部件6a-l和第一内部部件6a-2之间的距离分别小于1mm。
[0130]第一外部部件6a_l和第一同步磁性联接系统6a的沿竖直平移的位移是使用第一机动化装置2a来进行的，第一机动化装置2a包括:第一电机2a_l，与多个机械元件配合，用以通过接触来传递运动；以及齿轮系2a_2，包括两个行星滚柱丝杠2a_3，这两个行星滚柱丝杠控制与金属支撑件8a—体的螺母2a_4的竖直平移中的位移。因此，两个滚柱丝杠2a_3的系统的两个螺母2a_4与支撑着吸盘8的板8a—体化。“行星滚柱丝杠”是本领域技术人员已知的机构，其通过所述螺栓与所述螺母之间的螺纹螺旋联接，将第一齿轮系引起的螺杆的旋转运动转换为螺杆的平移运动。
[0131]被称为磁性吸盘8的元件产生吸引力，该吸引力将磁性吸盘8磁性连结到第一外部部件6a_l，尤其是连结到第一外部部件6a_l的该块体永磁体的该叠环6c_l的上部封闭板6c(图 2)。
[0132]如图7中表现的，磁性吸盘8包括永磁体8-1，永磁体8-1产生保证它与第一外部部件6a-l的上端的不锈钢部6c的磁性结合的磁通量。磁性吸盘8具有与轴向贯穿部8c相同的环形，轴向贯穿部Sc相对于所述第一外部部件6a_l同轴设置，从而设置为围绕面向第一外部部件6a_l的环形上部6c的罩5的柱形壁5a。
[0133]磁性吸盘8是通过触发与所述永磁体8-1联接的电磁线圈8-2的电激活，使反应堆能够自动紧急关闭的装置。与永磁体8-1关联的电磁线圈8-2具有如下的改变永磁体8-1产生的磁场方向的功能。当电磁线圈8-2被电流供能时，由此产生的电磁线圈8-2的磁通量8-2’用于改变磁通量8-1 ’，磁通量8-1’保持永磁体8-1结合到第一外部部件6a-l的上端的金属板6c，该部件6c因此受到磁体8-1的相当大的吸引力。当电磁线圈8-2不再被电流供能时，永磁体8-1产生的方向为8-1”的磁通量不再经过板6c，这引起第一外部部件6a-l的释放。为避免磁体8-1与板6 c之间的磁性残留造成的结合现象，可以在吸盘8与封闭板6c之间添加多个弹簧弹射器。在磁体8-1与板6c之间设置大约毫米级的气隙是重要的。
[0134]因此，磁性吸盘8服从核安全的要求，其要求在电源供应切断的情况下，反应堆自动关闭机构被触发。
[0135]用于自动关闭反应堆的磁性吸盘8与磁体缓冲装置9配合，后文将说明磁体缓冲装置9的结构和操作。如图5A至图5C所述，根据本发明的操纵装置I包括磁体下落吸收装置9，磁体下落吸收装置9包括:
[0136]-感应器块体9-1，由一叠钕铁硼永磁体形成，该叠钕铁硼永磁体与金属部件6c，(图5A至图5C)以及呈中空管状的第一磁性联接系统6a的第一外部部件6a-l的下端一体化，感应器块体9-1的中心贯穿部9c被所述密封罩5的柱形壁5a穿过，以及
[0137]-感应部9-2，呈铜套筒的形式，直径比管状块体9-1更大，与纵轴线XX’同轴地设置且被紧固到密封罩5的下部法兰5d。
[0138]在第一外部部件由于磁性吸盘8如上所述地去激活而被释放时，第一外部部件下落，放置在第一线性联接系统的第一外部部件6a_l下方的磁性缓冲器的磁化块体9-1会朝向感应的固定内部元件9-2并在其内部相对轴向位移。
[0139]按照已知方式，由于磁通量的变化，磁性基底9-1相对于低电阻9-2的基底的相对位移引起对抗所述相对位移的拉普拉斯力(Laplace forces)，通过减慢下落中的磁性部9_1来制动的有效性与其相对于感应的金属部件9-2的轴向位移速度成比例。
[0140]在实践中，在根据本发明的装置的构造中，在磁性锁8去激活以产生第一外部部件6a_l下落和磁性连结到其上的可动设备的元件的下落时，磁性缓冲器的永磁体元件9-1的贯穿到导电性元件9-2的影响区域中，该贯穿产生足够的制动，以使磁体块体9-1的下端对于罩5的基部处和套筒9-2内部的下部外周法兰5d的机械末端止动件的冲击最小化。
[0141]在实践中，铜套筒9-2延伸过近似600mm的高度h3。可动设备在机械末端止动件上停止之前的最终速度是近似0.2m/s。罩5的柱形壁5a的最大外径是近似150mm。铜套筒9-2的内径是近似200mm-250mm。如图5C中表现的，所有部件6a-l和9-1的可动部件下落之后，在磁化的感应器部9-1插入柱形壁5a与铜套筒9-2之间的环形空间之后，第一外部部件6a-l的下端6c ’正好到达铜套筒9-2的上端的上方。
[0142]第二同步磁性联接系统6b控制引导棒7沿其纵轴线XX’的旋转，由于上述的反相对旋转(relative ant1-rotat1n)的它们的滑动连接，该旋转驱动棒控制杆3相对于其纵轴线XX’同步旋转。
[0143]如图4A和图4B所示，第二同步磁性联接系统6b包括:
[0144]-第二内部部件6b_2，具有圆形横截面并且由多个软铁元件的组件构成，上述软铁元件在罩5内部，在上部室的水平高度处，以到纵轴线XX’的相同的径向距离并排地轴向紧固到引导棒7的上部7-1，该上部室具有直径小于主柱形壁5a的柱形壁5b，每个软铁元件的轮廓为相同的圆弧段的形状6d-2，优选为相同的圆弧段的形状，以及
[0145]-第二外部部件6b_l，同轴地设置在密封罩5的上部柱形壁5b外部且面向上部柱形壁5b，且面向第二内部部件6b-2，所述第二外部部件6b-l由一叠永磁体元件构成，这些永磁体元件由钕铁硼制成且被多个软铁元件分开，这些软铁元件并排设置在到该腔室的所述回转的侧壁5b相同的距离处，每个所述元件的轮廓均为圆弧段的形状6d-l，优选为相同的圆弧段。
[0146]由于这样的事实:第二外部部件6b_l与小齿轮6-1—体化，且小齿轮6-1由第二电机2b-l致动的第二齿轮系2b-2的小齿轮传动装置旋转地驱动，所以所述第二外部部件6b-l被安装为能够被机械驱动而沿其轴线XX，旋转。这套第二机动化旋转装置2b、2b-l、2b-2位于密封罩5外部的上部室2中。
[0147]这样构造，第二旋转联接系统6b不是在反应堆由于磁性吸盘8的去激活而自动关闭时重力下落的可动设备的一部分。
[0148]被紧固在棒控制杆3的下端的夹持装置4能够在打开和闭合以抓持和释放控制棒11的上端Ila时，通过棒控制杆3的旋转而被致动。这是第二旋转联接系统6b的致动的结果。更确切来说，如图6所示，夹持装置4包括第一元件4-1，第一元件4-1被紧固到棒控制杆3的下端，且包括:阳螺纹部4-la和设置在螺纹4-la下方的无螺纹下部;较大直径部4-lb;以及较小直径的下端部4-10。夹具4的第一部分4-1能够通过与包括攻丝部(丨3口口;[1^)4-23的第二部分4-2旋拧到一起而配合。通过将第二部分4-2螺旋连接在第一部分4-1的螺纹4-la上，第二部分4-2承载多个纵向指4a，当夹具被安装到棒控制杆3的下端时，这些纵向指4a围绕棒控制杆3的纵轴线XX’均勾分布。棒控制杆3的旋转的致动驱动夹具4的第一部分4-1的旋转，使其能够根据旋转方向来使阴性部4-2竖直平移或升起，阴性部4-2的攻丝部4-2a与第一部分4-1的螺纹4-la配合。
[0149]指4a均包括由向外翻转的肩部4b形成的凸耳型下端。通过第三部分4-3的下部4c的下端止动面同轴地覆盖第二部分4-2，这些柔性指4a能够被保持在尽可能接近减少直径的区域4-lc的缩回位置。该部分4-3包括管状上部4-3a、锥形下部4c和提供部分4-3a与4c之间的联接的多个中间纵向连接元件。纵向元件4_3b之间的敞开区域4-3c允许指4a的径向扩张。
[0150]两个棱面(位于部分4-2上的棱面(land)4-2b和位于部分4-3上的另一个棱面4-3d)在平移期间用于旋转阻挡(rotat1nal blocking)，因而将螺旋连接转换为滑动连接。
[0151]当阴性部4-2在螺纹4-la处位于其相对于第一部分4-1的最低位置时，柔性指4a被部分4c的所述端部止动面保持在缩回位置。
[0152]部分4-1相对于部分4-2的沿一个方向的相对旋转驱动部分4-2朝向螺纹部4-la的上端的上升，使其能够脱开被端部止动面4c保持的凸耳4b，且通过当凸耳遇到第一部分4-1的扩张直径部4-lb时的径向扩张，将指4a移动为彼此分开。
[0153]夹持装置的上部4-4与部分4-3的上部的上端一体化。该部分4-4具有能够与引导鞘3a的下端处的多个凹口(notch)配合的形状，该配合的方式为防止部分4-3相对于杆3的相对旋转。
[0154]为了抓持控制棒11，夹具4被插入控制棒11的上部空腔11a中的缩回位置;随后，棒控制杆3以产生部分4-1相对于部分4-2旋转的方式旋转，与部分4-1螺旋连接的部分4-2按照以下方式在向上竖直平移的过程中位移:
[0155]凸耳4b和指4a不再抵靠在夹具4的下部体4-3的承载面4c上，且径向扩张地放松从而恢复其原始形状，不再被约束在缩回位置，且
[0156]通过向上升回到控制棒11的上端的内壳体Ila中，凸耳4b呈现外表面4d，外表面4d随后与内壳体Ila的外周端部止动面Ilb配合，如图6B所示，该外周端部止动面通过棒控制杆3的旋转而阻挡控制棒11的上部的空腔I Ia内部的夹具4。
[0157]为了使夹具4从控制棒11脱开，沿反向进行旋转，该旋转的效果是使部分4-2向下移回且将其凸耳4b从控制棒11的承载面Ilb脱离。驱动部分4-2的下降的控制杆3的旋转发生，直至凸耳4b再次与下部4-3的端部止动面4c配合且被保持在缩回位置，随后能够利用使第一同步联接系统6a平移来使夹具4通过其上升的竖直平移而从控制棒11的上壳体Ila脱离。
[0158]夹具4的指4a在外部4-2上的上部是柔性的，且在指4a的下端处的这套凸耳4b具有与部分4-3的锥形附加面4c相配合的锥形外表面。
[0159]引导鞘3a包括引导轴承3c，引导轴承3c能够与卡销装置型的锁定装置3b配合，允许当棒控制杆3处于顶部位置时锁定棒控制杆3。
[0160]如图8A所述，棒控制杆3的平移和旋转能够解锁处于顶部位置的棒控制杆3，从而随后允许其下降竖直平移，以便如图SB中表现地在吸收控制棒11的壳体内部抓住吸收控制棒11，且如图SC中表现地产生所述吸收控制棒11的变化的向上平移从而允许和控制反应堆的活性。
[0161]处于顶部位置的机械锁定装置3b能够通过卡销系统防止棒控制杆3的下落，即使在磁性吸盘8的电力中断的情况下，且因此能够通过将棒控制杆3留在引导鞘3a中来拆卸上部保持室。按照已知方式，将棒控制杆机械锁定在顶部位置的装置包括多个锁定凸耳，当杆3被旋转地定位时，上述锁定凸耳以凸耳与凹口相一致的方式与引导鞘内部的轴承3c的槽中的所述凹口配合。一安全衬套(bush)能够将所述锁定的凸耳保持在它们的凹口中，所述套管与多个保持弹簧配合，且在装置被解锁时能够通过该组件的向上平移来被脱开。
[0162]底盘2d形成室2的机械结构，该机械结构支撑且引导封闭板10上方的可动设备的所有元件，且构成室2的外壳2c的壁的金属片被紧固在该机械结构上。
[0163]上部室2的所有壁2c、密封罩5的柱形壁5a_5b、第一外部部件6a_l和第一内部部件6a-2、磁性吸盘8的元件8-1和8-2和磁性缓冲装置9的元件9-1和9-2以及第二内部部件6b-2和第二外部部件6b-l、引导鞘3a、棒控制管3和引导棒7都沿着装置的竖直纵轴线XX’同轴地设置。
[0164]若干个引导轴承3d、3e提供引导鞘3a内部的棒控制杆3的轴向引导。上轴承3c处于氩气氛中且承载棒控制杆3的顶部位置处的锁定装置。
[0165]罩5的下部法兰5d紧固到套管1b的或引导管3a的上部法兰是通过两个密封O形环来实现的。
[0166]为了避免磁性联接的所述第一内部部件与罩之间的气隙(间隙)在平移中堵塞的剩余风险，可行的是在罩5内部建立氩气的背压(counter-pressure，反压力)，从而阻止任何钠气雾的返回和/或将该区域加热到100°C，以这样的方式避免钠气雾沉积物的风险，该沉积物可能阻挡可动设备的内部元件(即，与棒控制杆3—体化的第一内部部件6a-2)的竖直平移，这是在不接触壁5a的情况下，通过与平移中的第一同步磁性联接系统6a的第一外部部件6a_l的磁性连结而进行的。
[0167]同步减速齿轮2a_l和2b_l(与它们各自的齿轮系2a_2和2b_2相关联)与多个位置传感器(未示出)配合，这些位置传感器提供对罩5外部的上部室2中的可动设备的平移的控制和对棒控制杆的旋转的控制。这些传感器特别地控制在平移轨迹端部位置之间平移的第一磁性联接系统6a的外部6a_l的位置，以及控制夹具4的处于缩回位置和伸展位置的夹钳4b的端部位置之间的棒控制杆的旋转位置，且在吸收控制棒11的上壳体Ila的端部止动面
IIb上进行阻挡。
[0168]作为示例，装置I的尺寸如下:
[0169]-上部室2的壁2c的外径为近似350mm;
[0170]-引导鞘的最宽部的外径为近似300mm;
[0171]-在桶13的封闭板10的下方延伸的引导鞘的总长度L是近似L=近似10m;
[0172]-上部室2的高度Hl是近似Hl=4m，以及
[0173]-上部室2内部的罩5的高度H2是近似H2= 3m。
【主权项】
1.一种用于操纵吸收棒(11)的装置(I)，该吸收棒用于控制核反应堆，优选控制钠冷却式快中子反应堆(FNR)，所述装置包括: 上部电机室(2)，位于反应桶(I 3)的封闭板(1)上，包围机动化装置(2a、2b)，所述机动化装置用于传递对于被称为棒控制杆(3)的第一杆的位移的控制； 所述棒控制杆(3)，具有在所述电机室(2)中延伸的上部和在所述桶内部延伸的引导鞘(3a)中延伸的下部，并且穿过所述反应桶的封闭板(10)的空腔(1a);以及 被称为夹具的用于夹持吸收棒的装置(4)，被紧固到所述棒控制杆(3)的下端，所述夹具(4)能够抓持吸收棒(11)的上端(11a)，所述吸收棒设置在所述棒控制杆(3)的延伸部分且与所述棒控制杆(3)对准， 其特征在于，所述装置包括: 密封的静态限制腔(5)，由非磁性材料制成，设置在所述上部室的内部，呈包括回转的侧壁(5a、5b)的罩的形式，优选为柱形，在其基部(5c)处敞开，围绕所述封闭板(10)被所述引导鞘(3a)穿过的空腔(10a)，以密封方式被紧固到所述反应桶的封闭板(10); 第一同步磁性联接系统(6a)，用于在没有机械接触的情况下传递线性平移运动，所述第一同步磁性联接系统(6a)包括: 第一外部部件(6a_I)，包括一个或多个永磁体的块体，所述永磁体的块体优选由被软铁磁元件分开的交替的永磁体构成，所述块体被设置在所述上部电机室(2)的内部、所述限制腔(5)的外部，且能够进行竖直平移，以及 第一内部部件(6a-2)，包括至少一个软铁磁元件，设置在所述限制腔(5)的内部，与所述棒控制杆(3)的上部一体化，当所述第一外部部件(6a-l)在竖直平移中位移时，所述第一外部部件(6a_l)和所述第一内部部件(6a_2)的磁性联接力能够使所述第一内部部件(6a_2)和所述棒控制杆(3)跟随所述竖直平移中的位移； 所述电机室(2)包括第一机动化机械装置，所述第一机动化机械装置用于传递所述第一磁性联接系统(6a)的第一外部部件(6a_l)的竖直平移的位移(2a)。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其包括: 所述上部电机室(2)包括第二机动化机械装置(2b)，所述第二机动化机械装置用于传递所述棒控制杆(3)沿其纵轴线(XX ’)的旋转位移；以及 -通过所述棒控制杆(3)沿其纵轴线(XX’)的旋转，所述夹具(4)能够分别被致动以抓持或释放所述控制棒(11)的端部(I Ia)。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，其包括被称为引导轴的第二杆(7)，所述第二杆优选沿所述密封的限制腔的回转的侧壁(5b)的纵轴线，被插入到所述棒控制杆(3)的上部的中心空腔(3-1)中，所述控制杆(3)能够在其被所述第一磁性联接系统(6a)平移地致动时相对于所述引导轴(7)滑动，所述引导轴在竖直平移中被阻挡且能够围绕其纵轴线(XX’)被旋转地驱动，所述引导轴能够与所述中心空腔(3-1)配合，使得所述引导轴围绕其纵轴线(XX’)的旋转驱动所述棒控制杆(3)围绕其纵轴线(XX’)旋转。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置包括第二同步磁性联接系统(6b)，所述第二同步磁性联接系统在没有机械接触的情况下传递旋转运动并且包括: 第二内部部件(6b-2)，包括至少一个软铁磁元件，设置在所述密封的限制腔(5)的内部，沿竖直平移被固定，能够沿所述腔(5)的纵轴线(XX’)旋转地位移，与所述引导轴(7) —体化，沿竖直平移被固定；以及 第二外部部件(6b-l)，包括一个或多个永磁体的块体，所述永磁体的块体优选由交替的永磁体和软铁磁元件构成，所述块体设置在所述上部电机室(2)的内部、所述密封的限制腔(5)的外部，且能够沿所述密封的限制腔的回转的侧壁(5a)的纵轴线(XX’)旋转地位移，且所述第二磁性联接系统的所述第二外部部件(6b-l)与所述第二内部部件(6b-2)之间的磁性联接力能够在所述第二外部部件(6b-l)进行旋转位移时，使所述第二内部部件(6b-2)、所述引导轴(7)和所述棒控制杆(3)在沿它们相同的纵轴线旋转中跟随相同的位移； 所述上部电机室(2)包括第二机动化机械装置(2b)，所述第二机动化机械装置用于传递所述第二外部部件(6b-l)沿所述密封的限制腔的回转的侧壁(5a)的纵轴线(XX’)旋转的位移，所述上部室(2)优选地包围用于传递小齿轮型的旋转位移的机械装置。5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，其包括用于紧急关闭所述反应堆的装置，所述用于紧急关闭所述反应堆的装置包括被称为磁性吸盘(8)的部件，所述磁性吸盘包括永磁体(8-1)，所述永磁体与在所述上部电机室(2)内部且在所述密封的限制腔(5)外部的电磁线圈(8-2)结合，使得: 所述吸盘(8)与吸盘基部(Sa)—体化，所述电机室(2)包括第一机动化机械装置(2a)，所述第一机动化机械装置用于传递对所述吸盘基部的平移位移的控制； 所述电磁线圈(8-2)的电激活(8-2’)改变所述磁性吸盘的磁体(8-1)产生的磁场(8-1’)，所述磁场在所述第一磁性联接系统(6a)的第一外部部件(6a_l)的金属部件(6c)上闭合，且通过所述第一磁性联接系统的第一外部部件(6a-l)与所述吸盘(8)之间的磁性结合来产生连结，因而通过所述吸盘基部(Sa)的位移来提供所述第一外部部件(6a_l)的平移位移，以及 所述电磁线圈的电激活的缺失重新建立所述磁性吸盘的磁体的磁场(8-1”)，该磁场不再指向所述第一磁性联接系统的第一外部部件的金属部件(6c)上，且因此引起所述第一磁性联接系统(6a-l、6a_2)的重力下落，并且由此在所述吸收棒(11)被所述棒控制杆的下端处的夹具(4)抓持时，引起所述吸收棒(11)的重力下落。6.根据权利要求1-5中任一项所述的装置，其特征在于，其还包括构成磁性缓冲器的下落缓冲装置(9)，所述下落缓冲装置包括第一缓冲元件(9-1)，所述第一缓冲元件由能够在面向第二缓冲元件(9-2)的相对位移中滑动的永磁体构成，所述第二缓冲元件由低电阻材料制成，优选由铜制成，且设置在所述第一缓冲元件(9-1)下方，当用于自动关闭所述反应堆的装置(8)允许所述吸收棒的重力下落时，发生所述第一缓冲元件(9-1)相对于所述第二缓冲元件(9-2)的位移。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，构成磁性缓冲器的所述下落缓冲装置(9)包括: 第二缓冲元件(9-2)，呈套筒的形状，被固定，且同轴地(XX’)设置在所述上部室(2)的底部中和所述腔(5)的外部，以及 第一缓冲元件(9-1)，由同轴地紧固到所述第一磁性联接系统(6a)的所述第一外部部件(6a-l)的永磁体构成，当所述用于自动关闭所述反应堆的装置(8)允许所述第一磁性联接系统的所述第一外部部件(6a-l)的释放时，所述第一缓冲元件能够在套筒形状的所述第二缓冲元件内部、在所述腔的柱形侧壁(5a)与所述套筒之间的环形空间中同轴地滑动。8.根据权利要求5-7中任一项所述的装置，其特征在于，所述棒控制杆(3)的下端处的夹具(4)形成抓具，所述抓具包括多个指(4a)，所述指以缩回位置、沿所述棒控制杆的轴线(XX’)的方向设置，且能够枢转或弯折从而远离所述棒控制杆(3)的轴线成角度地移动和/或在所述棒控制杆(3)的轴线旋转的作用下能逆向地径向扩张，从而与所述吸收棒(I I)的上部(Ila)配合且将所述指自身阻挡住以便抓持所述吸收棒。9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述夹具包括以通过旋拧的螺旋连接来彼此配合的至少两个部分(4-1、4-2)，其中: 第一螺纹部(4-1)，与所述棒控制杆的端部一体化，所述第一阳性固定部包括其下游的螺纹部(4-la)和具有加宽的横截面直径的区域(4-lb)，以及 第二攻丝部(4-2)，能够通过与所述第一螺纹部相对于彼此旋拧，来相对于所述第一螺纹部平移地位移； 所述第二攻丝部(4-2)承载所述柔性指，由于所述棒控制杆的旋转驱动所述第一螺纹部相对于所述第二攻丝部的相对旋转，引起所述螺纹部(4-1)和攻丝部(4-2)这二者通过相对旋拧而相对平移，所以这些柔性指在它们遇到所述第一部分的加宽直径的区域(4-lb)时径向移开。10.根据权利要求1-9中任一项所述的装置，其特征在于，用于传递线性平移运动的所述第一磁性联接系统(6a)包括: 第一外部部件(6a-l)，由永磁体的块体构成，所述块体同轴地设置到所述回转的侧壁，所述第一外部部件的形式为被多个软铁板的环分开的一叠永磁体环(6c)，优选为钕铁硼合金；以及 第一内部部件(6a-2)，与所述腔(5)的侧壁同轴地设置且至少由紧固到所述棒控制杆(3)的上部的一叠软铁环构成。11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第一内部部件和所述第一外部部件均包括由软铁磁元件分离的交替的永磁体。12.根据权利要求1-11中任一项所述的装置，其特征在于，用于传递旋转运动的所述第二磁性联接系统(6b)包括: 第二外部部件(6b-l)，由与所述腔的回转的侧壁(5b)同轴地设置的永磁体的环形块体构成，优选为钕铁硼稀土合金，以及 第二内部部件(6b-2)，至少由软铁元件构成，所述软铁元件被紧固到所述引导轴(7)的上部(7-1)，所述引导轴与所述腔的回转的侧壁同轴地设置。13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，用于传递旋转运动的所述第二磁性联接系统(6b)包括: 第二外部部件(6b-l)，由被软铁元件分开的永磁体的组件构成，所述软铁元件并排设置在到所述腔的回转的侧壁(5b)相同径向距离处，所述元件的每一个的轮廓均呈圆弧段的形状(6d-l)，优选为相同的圆弧段的形状；以及 第二内部部件(6b-2)，由软铁元件的组件构成，所述软铁元件并排设置在到所述引导轴(7)的上部(7-1)的纵轴线(XX’)相同径向距离处，所述元件的每一个的轮廓均呈相同的圆弧段的形状(6d-2)，优选为相同的圆弧段的形状。14.一种用于操纵吸收棒的方法，所述吸收棒用于控制核反应堆的燃料组件(14)发出的中子流，该核反应堆优选为钠冷却式快中子反应堆型(FNR-Na)，该方法是通过使用根据权利要求1-13中任一项的操纵装置来使吸收棒(11)相对于设置在燃料棒(14)之间的鞘(12)相对平移。15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述操纵装置是根据权利要求5，优选与权利要求6或7结合，其特征在于，通过切断所述磁性吸盘(8)的电源供应且优选切断所述磁性缓冲装置(9)的电源供应，通过所述棒控制杆的自由重力下落和被所述夹具紧固到所述棒控制杆上的所述吸收棒的自由重力下落，自动关闭所述反应堆。
【文档编号】G21C7/20GK106057254SQ201610224859
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年4月12日 公开号201610224859.X, CN 106057254 A, CN 106057254A, CN 201610224859, CN-A-106057254, CN106057254 A, CN106057254A, CN201610224859, CN201610224859.X
【发明人】J-L·阿劳德, D·塞普利斯, A·罗伯特
【申请人】科米克斯核能公司, 原子能与替代能源署