一种新型耐压壳部件结构及控制棒驱动机构的制作方法

本实用新型涉及核电站技术领域，特别涉及一种新型耐压壳部件结构及控制棒驱动机构。

背景技术：

控制棒驱动机构(简称crdm)是一种安装于反应堆压力容器顶盖上的竖直方向步进式磁力提升装置，实现控制反应堆启动、功率调节以及停堆功能。

参见图1，crdm主要包括耐压壳部件001、钩爪部件002、线圈部件003、驱动杆部件004和棒位探测器部件005。其中，耐压壳部件001安装在压力容器顶盖管座006上，是crdm至关重要的组成部分；其内部为钩爪部件002和驱动杆部件004提供安装和动作空间，外部为线圈部件003和棒位探测器部件004提供支撑。耐压壳部件001作为一回路压力边界，必须保证其完整性，保证无任何冷却剂的泄漏。线圈部件003是crdm的动力源，钩爪部件002是crdm的动作执行机构，通过线圈部件003的通放电，钩爪部件002中对应的磁极衔铁被磁化/退磁，实现磁极衔铁的吸合/打开，实现crdm的动作。

然而，现有技术中，耐压壳部件001采用奥氏体不锈钢制造，因奥氏体不锈钢不导磁，会造成安装在耐压壳部件001内外两侧的钩爪部件002和线圈部件003之间的磁阻较大；这样，当线圈部件003通电时，线圈部件003中所通电流值会较大，如此会使线圈部件003的发热量较大，而线圈部件003有一定的耐温等级，为保证crdm安全运行，现有方案中采用了堆顶强制通风设备，以带走线圈部件003的发热量。然而堆顶强制通风设备复杂且多为焊接结构，大大增加了制造和运行维护成本。

技术实现要素：

本实用新型针对耐压壳部件采用不导磁的奥氏体不锈钢制造，使线圈部件与钩爪部件之间的磁阻较大，线圈部件所通电流值较大，发热量较大；需要采用堆顶强制通风设备，增加制造和运行维护成本的问题，提供了一种新型耐压壳部件结构及控制棒驱动机构。

本实用新型就上述技术问题而提出的技术方案如下：

本实用新型提供了一种新型耐压壳部件结构，包括棒行程套管，内部用于为驱动杆部件提供第一动作空间，且采用奥氏体不锈钢材料制成；及

钩爪壳体，上部与所述棒行程套管连接，内部用于为钩爪部件提供安装空间及用于为所述驱动杆部件提供与所述第一动作空间相贯通的第二动作空间，外部用于为线圈部件提供支撑；

所述钩爪壳体，采用导磁性材料制成，以降低位于所述钩爪部件内外两侧的所述线圈部件与所述钩爪部件之间的磁阻；

其中，所述钩爪壳体的顶部固定设有第一连接块，所述第一连接块与所述棒行程套管焊接形成中部ω焊缝；

所述第一连接块，采用奥氏体不锈钢材料制成，以使所述中部ω焊缝的焊接为同种钢焊接。

根据上述设置，第一连接块采用堆焊方式固定于所述钩爪壳体的顶部。

根据上述设置，所述钩爪壳体与所述棒行程套管之间为螺纹连接。

根据上述设置，所述钩爪壳体，下部与采用奥氏体不锈钢材料制成的压力容器顶盖管座连接；

所述钩爪壳体的底部固定设有第二连接块，所述第二连接块与所述压力容器顶盖管座焊接形成下部ω焊缝；

所述第二连接块，采用奥氏体不锈钢材料制成，以使所述下部ω焊缝的焊接为同种钢连接。

根据上述设置，所述导磁性材料为马氏体不锈钢材料。

根据上述设置，所述钩爪壳体的底部外周固定设有凸环，所述凸环用于在所述线圈部件套装于所述钩爪壳体上后，对所述线圈部件进行支撑。

根据上述设置，所述钩爪壳体的外周还设有安装槽，所述安装槽位于所述凸环的上方，用于安装导磁环，以增强所述线圈部件与所述钩爪部件之间的导磁性。

根据上述设置，所述的结构由棒行程套管和钩爪壳体组成；所述棒行程套管为一体件，其顶端为盲管结构。

本实用新型提供了一种控制棒驱动机构，包括上述新型耐压壳部件结构。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

将耐压壳部件结构拆解为包括棒行程套管和钩爪壳体，且将线圈部件和钩爪部件之间的钩爪壳体部分采用具有导磁性的材料制造，可大大减小线圈部件与钩爪部件之间的磁阻，相较于现有技术中采用奥氏体不锈钢材料制造的耐压壳部件结构，在提供相同电磁力的情况下，线圈部件所需电流值将大大降低，如此可大大降低线圈部件的发热量；实现堆顶强制通风设备的取消，减小制造和运行维护的成本，缩短换料大修时间，能够带来巨大的经济效益。除此之外，通过在钩爪壳体的顶部设置采用奥氏体不锈钢材料制成的第一连接块，与棒行程套管的材料一致，以将钩爪壳体与棒行程套管之间的连接转换成采用同种材料制成的第一连接块与棒行程套管之间的连接，可保证中部ω焊缝的焊接为同种钢焊接，焊接质量更佳，且生产效率更高。

附图说明

图1是现有技术中控制棒驱动机构的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的控制棒驱动机构的部分结构示意图；

图3是图2中a处结构的放大图；

图4是图2中b处结构的放大图；

图5是采用本实用新型实施例提供的多个控制棒驱动机构的空间布置图。

图1中：001为耐压壳部件、002为钩爪部件、003为线圈部件、004为驱动杆部件、005为棒位探测器部件、006为压力容器顶盖管座；

图2中：300为控制棒驱动机构、310为新型耐压壳部件结构、311为棒行程套管、312为钩爪壳体、3123为凸环、3124为安装槽、320为驱动杆部件、330为钩爪部件、350为压力容器顶盖管座、360为导磁环；

图3中：311为棒行程套管、312为钩爪壳体、3121为第一连接块、31211为第一固定部、31212为第一连接部、313为中部ω焊缝；

图4中：312为钩爪壳体、3122为第二连接块、31221为第二固定部、31222为第二连接部、314为下部ω焊缝；

图5中：300为控制棒驱动机构、310为新型耐压壳部件结构、340为线圈部件、δ为相邻crdm与crdm之间的间隙。

具体实施方式

为了解决现有技术中所存在的耐压壳部件采用不导磁的奥氏体不锈钢制造，使线圈部件与钩爪部件之间的磁阻较大，线圈部件所通电流值较大，发热量较大；需要采用堆顶强制通风设备，增加制造和运行维护成本的问题，本实用新型旨在提供一种新型耐压壳部件结构及控制棒驱动机构，其核心思想是：提出一种钩爪壳体采用导磁性材料制成的新型耐压壳部件结构，本实用新型将耐压壳部件结构拆解为包括棒行程套管和钩爪壳体，且将线圈部件和钩爪部件之间的钩爪壳体部分采用具有导磁性材料制造，以降低线圈部件与钩爪部件之间的磁阻，相较于现有技术中采用奥氏体不锈钢材料制造的耐压壳部件，在提供相同电磁力的情况下，线圈部件所需电流值将大大降低，如此可大大降低线圈部件的发热量；同时本实用新型的新型耐压壳部件的钩爪壳体上设置有采用奥氏体不锈钢材料制成的第一连接块，以将钩爪壳体与棒行程套管之间的连接转换成采用同种材料制成的第一连接块与棒行程套管之间的连接，保证中部ω焊缝的焊接为同种钢焊接，使得连接质量更佳，且生产效率更高。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本实用新型实施例提供了一种新型耐压壳部件结构，参见图2，图2为本实用新型实施例提供的控制棒驱动机构300的部分结构示意图，其结构中包含有本实用新型实施例提供的新型耐压壳部件结构310，结构包括：棒行程套管311，内部用于为驱动杆部件320提供第一动作空间，且采用奥氏体不锈钢材料制成；

钩爪壳体312，上部与棒行程套管311连接，内部用于为钩爪部件330提供安装空间及用于为驱动杆部件320提供与所述第一动作空间相贯通的第二动作空间，外部用于为线圈部件340提供支撑；钩爪壳体312的内部设有通孔，以提供安装空间和第二动作空间；棒行程套管311插设于钩爪壳体312内通孔的上端，以实现棒行程套管311与钩爪壳体312之间的连接。钩爪壳体312的底部外周设有凸环3123，以实现套装于其外部的线圈部件340的支撑。

钩爪壳体312，采用导磁性材料制成，以降低位于钩爪壳体312内外两侧的线圈部件340与钩爪部件330之间的磁阻。

将耐压壳部件结构拆解为包括棒行程套管311和钩爪壳体312，且将线圈部件340和钩爪部件330之间的钩爪壳体312部分采用具有导磁性材料制造，以降低线圈部件340与钩爪部件330之间的磁阻，相较于现有技术中采用奥氏体不锈钢材料制造的耐压壳部件，在提供相同电磁力的情况下，线圈部件340所需电流值将大大降低，如此可大大降低线圈部件340的发热量；实现堆顶强制通风设备的取消。

本实施例中，导磁性材料为马氏体不锈钢材料。

本实施例中，所述钩爪壳体312的底部外周固定设有凸环3123，所述凸环3123用于在所述线圈部件340套装于所述钩爪壳体312上后，对所述线圈部件340进行支撑。

通过上述设置，由于马氏体不锈钢的基本许用应力强于奥氏体不锈钢，这样可以使采用马氏体不锈钢制成的钩爪壳体312最小壁厚减小约50％，因线圈部件340套设于钩爪壳体312的外部，即可做到使线圈部件340的外轮廓尺寸相应的减小，使得crdm与crdm之间的间隙δ增大，有利于线圈部件340热量的散失，提高线圈部件340的安全余量；实现堆顶强制通风设备的取消。

具体地，经过实验得知，将钩爪壳体312采用马氏体不锈钢材料制成后，可以将最小壁厚为15.6mm的钩爪壳体312替换成最小壁厚在9mm至13mm之间的钩爪壳体312；线圈部件340的横截面的最大外轮廓为正方形，相应的，可以将正方形的边长为275mm的线圈部件340替换成边长为260mm至270mm的线圈部件340。大大减小了线圈部件340的外轮廓尺寸，使得crdm与crdm之间的间隙δ增大，利于线圈部件340热量的散失，提高线圈部件340的安全余量。

本实施例中，所述钩爪壳体312的外周还设有安装槽3124，所述安装槽3124位于所述凸环3123的上方，用于安装导磁环360，以增强所述线圈部件340与所述钩爪部件330之间的导磁性。

本实施例中，结构可以是仅由棒行程套管311和钩爪壳体312组成。棒行程套管311为一体件，其顶端为盲管结构。

通过上述设置，结构就仅包括棒行程套管311与钩爪壳体312之间的中部ω焊缝313密封、及钩爪壳体312与压力容器顶盖管座350之间的下部ω焊缝314密封，仅两处ω焊缝，减小了ω焊缝泄漏的风险。

本实施例中，棒行程套管311呈阶梯状结构，其远离钩爪壳体312的端部为缩径端且形成封闭状，第一外螺纹位于棒行程套管311的大径端，与钩爪壳体312之间螺纹连接。棒行程套管311的下端设有与钩爪壳体312的通孔相对应的盲孔，用于为驱动杆部件320提供动作空间。

本实施例中，盲孔的上端设有锥角，以减弱驱动杆部件320向上动作时对盲孔顶部的冲击。

本实施例中，结构还可以包括端塞，端塞位于棒行程套管311的顶部，且与棒行程套管311连接，并焊接形成上部ω焊缝。端塞与棒行程套管311之间可以是螺纹、螺栓或铆接方式连接。

端塞与棒行程套管311之间的上部ω焊缝密封、棒行程套管311与钩爪壳体312之间的中部ω焊缝密封、及钩爪壳体312与压力容器顶盖管座350之间的下部ω焊缝密封，共有三处ω焊缝密封。

参见图3，图3为图2中a处结构的放大图，钩爪壳体312的顶部固定设有第一连接块3121，第一连接块3121与棒行程套管焊接311焊接形成中部ω焊缝313；

第一连接块3121，采用奥氏体不锈钢材料制成，以使所述中部ω焊缝313的焊接为同种钢焊接。

通过在钩爪壳体312的顶部设置采用奥氏体不锈钢材料制成的第一连接块3121，与棒行程套管311的材料一致，以将钩爪壳体312与棒行程套管311之间的连接转换成采用同种材料制成的第一连接块3121与棒行程套管311之间的连接，保证中部ω焊缝313的焊接为同种钢焊接，使得焊接质量更佳，且生产效率更高。

本实施例中，第一连接块3121包括固定于钩爪壳体312上的第一固定部31211，第一固定部31211呈圆环柱型，第一固定部31211的内表面的上下两端均设有倒角，第一固定部31211的外表面呈上小下大的锥面型。通过将第一固定部31211的内表面的上下两端均设置倒角，便于钩爪壳体312和棒行程套管311之间的安装。通过将第一固定部31211的外表面设计为上小下大的锥面型，便于将线圈部件340安装在钩爪壳体312上。

本实施例中，第一连接块3121还包括固定于第一固定部31211上端的第一连接部31212，第一连接部31212的截面呈扇环形；棒行程套管311包括第二连接部，第二连接部的截面呈扇环形；第一连接部31212和第二连接部焊接形成中部ω焊缝313。第一连接块3121为一体成型。

本实施例中，棒行程套管311在第一连接块3121和钩爪壳体312的连接处设有缺口。通过在连接处设置缺口，预留变形空间；使耐压壳部件结构更加稳固。

具体地，第一连接块3121采用堆焊方式固定于钩爪壳体312的顶部。

第一连接块3121和钩爪壳体312为异种材料连接，选用堆焊方式，能够保证接头的质量和性能。

具体地，钩爪壳体312与棒行程套管311之间为螺纹连接。棒行程套管311插设于钩爪壳体312的通孔的上端，且设有第一外螺纹；钩爪壳体312上设有与第一外螺纹相匹配的第一内螺纹，以实现钩爪壳体312与棒行程套管311之间的螺纹连接。

本实施例中，钩爪壳体312与棒行程套管311之间也可以为螺栓或铆接方式连接。

具体地，参见图4，图4是图2中b处结构的放大图；钩爪壳体312，下部与采用奥氏体不锈钢材料制成的压力容器顶盖管座350连接；

钩爪壳体312的底部固定设有第二连接块3122，第二连接块3122与压力容器顶盖管座350焊接形成下部ω焊缝314；

第二连接块3122，采用奥氏体不锈钢材料制成，以使下部ω焊缝314的焊接为同种钢连接。

通过在钩爪壳体312的底部设置采用奥氏体不锈钢材料制成的第二连接块3122，与压力容器顶盖管座350的材料一致，保证下部ω焊缝314的焊接为同种钢焊接，使得焊接质量更佳，且生产效率更高。

本实施例中，第二连接块3122包括固定于钩爪壳体312底部的第二固定部31221、及固定于第二固定部31221下端的第三连接部31222，第三连接部31222的截面呈扇环形；压力容器顶盖管座350包括第四连接部，第四连接部的截面呈扇环形；第三连接部31222和第四连接部焊接形成下部ω焊缝314。第二连接块3122为一体成型。

本实施例中，压力容器顶盖管座350在第二连接块3122和钩爪壳体312的连接处设有缺口。通过在连接处设置缺口，预留变形空间；使耐压壳部件结构更加稳固。

具体地，第二连接块3122采用堆焊方式固定于钩爪壳体312的底部。

第二连接块3122和钩爪壳体312为异种材料连接，选用堆焊方式，能够保证接头的质量和性能。

本实施例中，第二连接块3122也可以采用螺栓或铆接方式固定于钩爪壳体312的底部。

具体地，钩爪壳体312与压力容器顶盖管座350之间为螺纹连接。压力容器套管320插设于钩爪壳体312的下端，且设有第二外螺纹；钩爪壳体312上设有与第二外螺纹相匹配的第二内螺纹，以实现钩爪壳体312与压力容器顶盖管座350之间的螺纹连接。

本实施例中，钩爪壳体312与压力容器顶盖管座350之间也可以为螺栓或铆接方式连接。

实施例二

本实用新型提供了一种控制棒驱动机构，参见图2，图2为本实用新型实施例提供的控制棒驱动机构300的结构示意图，该机构包括上述新型耐压壳部件结构310。

本实施例中，控制棒驱动机构300还包括钩爪部件330、线圈部件340和驱动杆部件320，钩爪部件330固定于钩爪壳体312内的中部；驱动杆部件320位于所述钩爪壳体312内，且驱动杆部件320上设有与钩爪部件330相匹配的卡槽；钩爪壳体312的底部外周固定设有凸环3123，线圈部件340套装于钩爪壳体312上，并受到凸环3123的支撑；线圈部件340在通放电时，钩爪部件330的磁极衔铁吸合或打开，以实现钩爪部件330对驱动杆部件320的锁死或松开，实现crdm的动作。

本实施例中，控制棒驱动机构300还包括棒位探测器部件，棒位探测器部件固定于棒行程套管311或钩爪壳体312的外部，用于对驱动杆部件320的上行位置进行检测。

参见图5，图5为采用多个本实用新型实施例提供的控制棒驱动机构300的空间布置图，其中一个控制棒驱动机构300位于中心位置；剩余控制棒驱动机构300呈圆周分布于中心位置处的控制棒驱动机构300的外周。

由于马氏体不锈钢的基本许用应力强于奥氏体不锈钢，这样可以使采用马氏体不锈钢制成的钩爪壳体312最小壁厚减小约50％，相应线圈部件340外轮廓尺寸也可减小，使crdm与crdm之间的间隙δ增大，有利于线圈部件340热量的散失，提高线圈部件340的安全余量；实现堆顶强制通风设备的取消。

具体地，控制棒驱动机构300的数量为五个，其中一个控制棒驱动机构300位于中心位置；剩余四个控制棒驱动机构300呈圆周分布于中心位置处的控制棒驱动机构300的外周。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。