核功率控制機(jī)械,機(jī)電磁課件

第五章功率控制機(jī)械及其機(jī)電一體化設(shè)計(jì)12/8/2022第五章第一節(jié)功率控制機(jī)械的功能、安全等級(jí)及其類型第二節(jié)控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則第三節(jié)步進(jìn)磁力提升式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)描述第四節(jié)電磁機(jī)械手的電磁設(shè)計(jì)第五節(jié)其它驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介返回結(jié)束放映12/8/2022第一節(jié)功率控制機(jī)械的功能、安全等級(jí)及其類型一、功率控制機(jī)械的功能與安全等級(jí)二、控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的類型返回12/8/2022秦山二期核電站控制棒驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)12/8/2022一、功率控制機(jī)械的功能與安全等級(jí)第三章提到的控制棒組件就是壓水堆核電廠用來控制核反應(yīng)堆的熱功率的堆內(nèi)構(gòu)件，它們的原動(dòng)機(jī)就是功率控制機(jī)械。功率控制機(jī)械主要是指控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。１．控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的功能控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)具有按照指令提升、下插、保持或斷電釋放控制棒組件，完成反應(yīng)堆啟動(dòng)、調(diào)節(jié)功率、維持功率和停堆的功能。２．安全等級(jí)控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的耐壓殼體為安全一級(jí)部件，其它部分為安全三級(jí)。返回12/8/2022二、控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的類型按驅(qū)動(dòng)能源分：電（磁）、液（水）、氣等。按結(jié)構(gòu)形式分：滾珠螺母絲桿式、滾柱螺母絲桿式、齒輪齒條式、磁力提升式、液壓驅(qū)動(dòng)式、氣壓驅(qū)動(dòng)式、鋼絲繩滑輪式等。據(jù)報(bào)道，世界各國運(yùn)行中的200多座壓水堆所采用的控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)類型主要有三類，即磁力提升型、絲桿滾子螺母型和齒輪齒條型。液壓傳動(dòng)型的控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)廣泛用于沸水堆中。核動(dòng)力艦船上應(yīng)用絲桿滾子螺母型返回12/8/2022第二節(jié)控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

一、壓水堆核電廠對(duì)控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的功能要求二、機(jī)械設(shè)計(jì)準(zhǔn)則三、電氣部件設(shè)計(jì)準(zhǔn)則返回12/8/2022二、機(jī)械設(shè)計(jì)準(zhǔn)則１．控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)成在給定的空間內(nèi)可以遠(yuǎn)距離單臺(tái)拆裝，并且應(yīng)便于反應(yīng)堆換料。２．結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)便于檢修、更換內(nèi)部零部件。３．承壓零部件的密封設(shè)計(jì)應(yīng)安全可靠、保證壓力邊界完整性。并且便于拆裝。４．控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)軸組件與控制棒組件應(yīng)采用可靠的可拆連接。連接和脫開應(yīng)操作方便，便于遠(yuǎn)距離操作，并且應(yīng)有連接和脫開的指示。５．控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的頂蓋應(yīng)有排氣裝置。６．控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在反應(yīng)堆壓力容器頂蓋的管座上，其耐壓殼體與管座應(yīng)采用可拆的密封連接（包括采用專用工具切割），密封可靠、拆裝方便。７．控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的相同零部件應(yīng)具有可互換性。下一頁12/8/2022二、機(jī)械設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（3）９．控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)所用的各種材料必須符合國標(biāo)、部標(biāo)或其它有關(guān)堆用材料標(biāo)準(zhǔn)，并且應(yīng)能承受反應(yīng)堆冷卻劑腐蝕、高溫、機(jī)械和輻照等方面作用。磁路中材料應(yīng)具有相應(yīng)的磁性能。１０．驅(qū)動(dòng)軸組件等主要受力零部件設(shè)計(jì)載荷應(yīng)考慮正常、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)地震載荷、機(jī)構(gòu)沖擊載荷，其變形不應(yīng)影響安全落棒，不允許有斷裂性損壞。１１．控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)部零部件設(shè)計(jì)應(yīng)考慮落棒時(shí)流道暢通。返回12/8/2022第三節(jié)步進(jìn)磁力提升式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（電磁機(jī)械手）描述一、步進(jìn)磁力提升式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的典型結(jié)構(gòu)二、步進(jìn)磁力提升式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作原理返回12/8/2022一、步進(jìn)磁力提升式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的典型結(jié)構(gòu)步進(jìn)磁力提升式控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的典型結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。它的下部套管安裝在反應(yīng)堆壓力容器頂蓋的管座上，用螺紋聯(lián)結(jié)后再用“Ω”密封焊死。其驅(qū)動(dòng)軸部件的可拆接頭與圖所示的控制棒組件的頭部聯(lián)結(jié)。整個(gè)機(jī)構(gòu)豎立在反應(yīng)堆容器頂蓋上。步進(jìn)磁力提升式控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由五個(gè)部件組成：位置指示器部件，運(yùn)行線圈部件，耐壓管部件，鉤鎖抓持器部件和驅(qū)動(dòng)桿部件。返回12/8/2022位置指示器部件控制棒位置指示裝置的組成和功能由實(shí)際棒位指示裝置和給定棒位指示裝置組成。實(shí)際棒位指示裝置探測(cè)實(shí)際棒位，真實(shí)地指示控制棒在堆芯的位置。給定棒位指示裝置指示驅(qū)動(dòng)棒在堆芯中移動(dòng)的步進(jìn)脈沖的累計(jì)讀數(shù)，在控制棒沒有失步的情況下，它可準(zhǔn)確地批示控制棒的位置，如果有失步，則指示理論位置。控制棒位置指示裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理步進(jìn)磁力提升式控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用差動(dòng)變壓器型控制棒位置指示裝置。為了弄清這種裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理，預(yù)先介紹：1）可變變壓器型位置指示裝置2）差動(dòng)變壓器型棒位指示裝置返回12/8/20221.可變變壓器型位置指示裝置

可變變壓器型位置指示裝置輸出模擬量，用模擬式儀表指示棒位。在這種裝置的承壓套管外，均勻地繞有初級(jí)線圈和次級(jí)線圈，這些線圈排列在控制棒的全行程范圍內(nèi)。初級(jí)線圈加穩(wěn)定的工頻220V電壓。當(dāng)導(dǎo)磁的驅(qū)動(dòng)桿未進(jìn)入線圈范圍內(nèi)時(shí)，在次級(jí)線圈中感應(yīng)的電壓很低，可以忽略。當(dāng)導(dǎo)磁的驅(qū)動(dòng)桿隨控制棒提升進(jìn)入線圈范圍內(nèi)時(shí)，次級(jí)線圈即感應(yīng)出電壓U。U值隨控制棒提升的高度線性地增加。將電壓信號(hào)整流和放大后，即可用來指示控制棒的實(shí)際位置。其指示精度為±5％。在次級(jí)線圈的上、下端各裝有一個(gè)小線圈，用以給出控制棒到頂或到底的信號(hào)。返回12/8/2022可變變壓器型位置指示裝置結(jié)構(gòu)示意圖返回12/8/2022差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)返回12/8/2022差動(dòng)變壓器電路圖返回12/8/2022上海核設(shè)計(jì)院線圈返回12/8/20222.差動(dòng)變壓器型棒位指示裝置(3)為什么要用葛萊碼而不用ＢＣＤ碼？因?yàn)橛茫福矗玻贝a或ＢＣＤ碼變化一個(gè)二進(jìn)制數(shù)時(shí)，改變的碼元多。如從０１１１變化到１０００時(shí)，４位碼元都發(fā)生了變化，會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)顯示錯(cuò)誤。我們希望相鄰兩個(gè)數(shù)碼之間只有一個(gè)碼元變化，避免顯示中的瞬時(shí)錯(cuò)誤。葛萊碼具有此優(yōu)點(diǎn)。從葛萊碼的卡諾圖看出，它滿足了鄰接條件，每次只改變一個(gè)碼元。４０個(gè)線圈可給出６位葛萊碼信號(hào)。它們被轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼信號(hào)并通過矩陣譯碼器驅(qū)動(dòng)垂直排列的４個(gè)發(fā)光二極管進(jìn)行顯示。發(fā)光二極管移動(dòng)一個(gè)光點(diǎn)表示控制棒移動(dòng)７步。該裝置的讀出精度為±３％。差動(dòng)變壓器型棒位指示裝置輸出葛萊碼數(shù)字信號(hào)，用發(fā)光二極管顯示，它沒有觸點(diǎn)元件，所以工作可靠。圖5-9是給定棒位裝置的原理圖。返回12/8/2022葛萊碼的卡諾圖返回12/8/2022葛萊碼信號(hào)返回12/8/2022矩陣譯碼器返回12/8/2022控制棒組件圖返回12/8/2022步進(jìn)磁力提升式控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)圖下一頁12/8/2022步進(jìn)磁力提升式控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)圖2返回上一頁12/8/2022運(yùn)行線圈部件運(yùn)行線圈部件與位置指示器部件毗鄰，它是步進(jìn)磁力提升驅(qū)動(dòng)機(jī)械的步進(jìn)動(dòng)力源泉。運(yùn)行線圈部件的主體見圖5-10。為了敘述方便，稱位于下面的保持線圈為A，中間的傳遞線圈為B，上面的提升線圈為C，同時(shí)稱位于下面的三個(gè)鉤鎖舌為保持鉤爪，上面的三個(gè)鉤鎖舌為傳遞鉤爪。線圈A、B、C安裝在耐壓管部件之外，借助O形環(huán)使其與鉤鎖抓持器套管構(gòu)成的內(nèi)腔保持密封。步進(jìn)磁力提升式控制捧驅(qū)動(dòng)機(jī)械工作性能的好壞，主要取決于電磁設(shè)計(jì)的優(yōu)劣。電磁設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括提升磁鐵與提升線圈的設(shè)計(jì)；夾持磁鐵與夾持線圈的設(shè)計(jì)；傳載磁鐵與傳載線圈的設(shè)計(jì)。這三對(duì)電磁裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算比較繁，必須抓住其中要實(shí)現(xiàn)的主要性能指標(biāo)，通過設(shè)計(jì)計(jì)算和反復(fù)試驗(yàn)的主要性能指標(biāo)，通過設(shè)計(jì)計(jì)算和反復(fù)試驗(yàn)來達(dá)到設(shè)計(jì)要求，以爭(zhēng)取更好的性能。返回12/8/2022運(yùn)行線圈部件圖返回12/8/2022耐壓管部件本部件由桿行程套管和耐壓密封套管所組成。而者之間采用梯形螺紋聯(lián)結(jié)，并用Ω焊縫進(jìn)行密封，以便維修。在桿行程套管頂部裝有端塞并用Ω焊縫密封，當(dāng)反應(yīng)堆需要換料時(shí)，能拆下端塞，從該管頂部伸進(jìn)專用開鎖工具，使驅(qū)動(dòng)桿部件與控制組件脫開；在端塞的設(shè)有針閥，以便排氣。端塞上的環(huán)首螺釘為運(yùn)輸、安裝與拆卸等操作而設(shè)。該套管內(nèi)的空間為驅(qū)動(dòng)桿的升降行程范圍，其外與位置指示器部件相配。耐壓密封套管下端用梯形螺紋與反應(yīng)堆容器頂蓋上的管座相連接，連接后再焊死。該套管上端內(nèi)部，容納鉤鎖抓持器部件。其外，有4道環(huán)形槽，槽裝有4對(duì)半環(huán)形磁通環(huán)，每對(duì)半環(huán)形磁通環(huán)被鋼絲捆緊。返回12/8/2022鉤鎖抓持器部件本部件是使驅(qū)動(dòng)部件完成提升、下降、位置保持和事故快插等任務(wù)的執(zhí)行機(jī)械。它由下列組件構(gòu)成：（1）導(dǎo)向管組件導(dǎo)向管組件套裝在驅(qū)動(dòng)桿外周，由細(xì)長導(dǎo)向管、上部支撐螺帽、下部定位端頭等組成。上部支撐螺帽將導(dǎo)向管懸掛在提升磁極上，下部定位端頭作該管的徑向定位和固定鉤鎖機(jī)構(gòu)的限位。（2）固定鉤鎖機(jī)構(gòu)從圖5-10看出，該機(jī)構(gòu)由鎖體、鉤鎖舌、連桿、保持銜鐵、銷軸、彈簧、固定磁極待等組成。（3）移動(dòng)鉤鎖機(jī)構(gòu)該機(jī)構(gòu)在固定鉤鎖機(jī)構(gòu)的上方，同樣由鉤鎖體、鉤鎖舌、連桿、鎖軸、提升銜鐵、提升銜鐵、提升磁極、彈簧等組成。它與固定鉤鎖機(jī)構(gòu)相配合，完成控制棒驅(qū)動(dòng)軸的升、降運(yùn)動(dòng)。返回12/8/2022固定鉤鎖機(jī)構(gòu)圖返回12/8/2022驅(qū)動(dòng)桿部件本部件由驅(qū)動(dòng)桿、開鎖抓具和可拆接頭三部分構(gòu)成。它的上下兩段是光桿，中間被加工成具有直線齒廓的環(huán)槽，各環(huán)槽的間距相等。驅(qū)動(dòng)桿軸截面內(nèi)的環(huán)槽齒廓角為90°?？刹鸾宇^在驅(qū)動(dòng)桿的下端，由于檔環(huán)、下壓彈簧、護(hù)套、脹爪、鼓形套、橢形脹頭組成。開鎖抓具在驅(qū)動(dòng)桿上端，由橢球支承、推拉桿、上檔環(huán)和開鎖抓頭等組成。可拆接頭的推拉桿貫穿驅(qū)動(dòng)桿軸心的空間。返回12/8/2022二、步進(jìn)磁力提升式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作原理運(yùn)行線圈部件是步進(jìn)磁力提升式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和步進(jìn)動(dòng)力源泉，運(yùn)行線圈部件在電源循環(huán)供電控制器的控制下，使驅(qū)動(dòng)桿完成升降運(yùn)動(dòng)。運(yùn)行線圈部件中共有三個(gè)激磁線圈，每個(gè)線圈有兩條引線，這些引線通過長引線管與循環(huán)供電控制器相連。循環(huán)供電控制器按設(shè)計(jì)A、B、C進(jìn)行通電激磁和斷電去磁，從而使鉤鎖抓持器投入工作狀態(tài)，并使驅(qū)動(dòng)桿部件帶動(dòng)控制棒組件處于提升、保持或下降狀態(tài)。若A、B、C三個(gè)線圈中時(shí)斷電，則固定的和移動(dòng)的鉤鎖機(jī)構(gòu)都處于非工作狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)桿部件失去夾持力，于是桿、棒組合件在重力作用下自由落下，使控制棒組件迅速插入堆芯。下面用圖5-11和圖5-12所示的動(dòng)態(tài)示意圖來介紹步進(jìn)磁力提升式控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作原理。下一頁12/8/2022步進(jìn)磁力提升式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作原理2一般地，應(yīng)當(dāng)包括如下一些事件：1、提升控制棒的程序；2、下降控制棒的程序；3、控制棒保持在某一位置；4、快速下插（或事故快插）控制棒；5、控制幫組件與驅(qū)動(dòng)桿部件的連接與脫開。返回12/8/2022控制棒組件與驅(qū)動(dòng)桿的離合返回12/8/2022控制棒提升程序返回12/8/2022控制棒下降程序返回12/8/2022第四節(jié)電磁機(jī)械手的電磁設(shè)計(jì)電磁機(jī)械手的電磁設(shè)計(jì)，對(duì)整個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作性能有重要影響。一、提升磁鐵和提升線圈的設(shè)計(jì)計(jì)算1.磁場(chǎng)力計(jì)算2.提升磁鐵的勵(lì)磁計(jì)算3.設(shè)計(jì)例題4.其余兩種磁鐵和線圈的電磁設(shè)計(jì)返回12/8/2022第五節(jié)其它驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介