具有單獨的scram閂鎖接合和鎖定的控制桿驅(qū)動機構的制作方法
【專利說明】具有單獨的SCRAM閂鎖接合和鎖定的控制桿驅(qū)動機構
[0001]本申請構思于由能源部合作協(xié)議第DE-NE0000583號支持的工作過程。能源部可以擁有本申請的某些權利。
[0002]本申請要求2013年03月15日提交的、標題為“具有單獨的SCRAM閂鎖接合和鎖定的CRDM設計”的美國臨時申請第61/792235號的優(yōu)先權。2013年03月15日提交的、標題為“具有單獨的SCRAM閂鎖接合和鎖定的CRDM設計”的美國臨時申請第61/792235號的全部內(nèi)容在此通過引用并入到本申請的說明書中。
【背景技術】
[0003]2011年9月15日出版的DeSantis等人的美國公開號2011/0222640A1的全部內(nèi)容通過引用并入本文，該文獻公開了(除其他主題之外)一種CRDM (CRDM)，用于采用由馬達接合的導螺桿(有時被稱為滾珠螺桿，本文表示采用設置在螺桿與螺母螺紋之間的滾珠螺母的特定導螺桿實施例)的核反應堆，以提供受控的垂直平移，其中與導螺桿相連接的單獨的閂鎖組件閂鎖至控制桿的升降桿(或者至包括由支架或三腳架連接到升降桿的多個控制桿的控制桿組件的升降桿)。閂鎖主動關閉以連接包括升降桿和控制桿的平移組件，使得平移組件在CRDM馬達的控制下隨導螺桿平移。一旦去除關閉力，例如在SCRAM期間，閂鎖就打開來釋放升降桿和SCRAM控制棒，同時導螺桿保持接合CRDM馬達并且不倒。在一些說明性實施例中，閂鎖由凸輪棒主動關閉，該凸輪棒由液壓活塞、螺線管或其他升降機構升降，其中每個凸輪棒是四連桿機構的一部分，該四連桿機構響應于升降沿水平方向移動凸輪棒，以便用凸輪使閂鎖關閉。在DeSantis等人的美國公開號2011/0222640A1中，該四連桿機構布置成使得在重力作用下四連桿機構操作來向外移動凸輪棒從而釋放閂鎖。
[0004]通過非限制性的說明性示例，圖1和2分別對應于DeSantis等人的美國公開號2011/0222640A1的圖紙I和16。參考圖1，示意性地描繪了壓水反應堆(PWR)型的說明性核反應堆容器。示出的主容器10包含反應堆堆芯12、內(nèi)部蒸汽發(fā)生器14以及內(nèi)部控制桿20。說明性反應堆容器包括四個主要部件，即:1)下部容器22、2)上部內(nèi)部結(jié)構24、3)上部容器26以及4)上部容器頭28。中間凸緣29設置在下部容器部22和上部容器部26之間。其他容器構造也是可以預期的。要指出的是，圖1是示意性的并且不包括細節(jié)，比如二次冷卻劑流入流出蒸汽發(fā)生器的壓力容器穿透、用于電氣部件的電穿透等等。圖1的說明性反應堆容器10的下部容器22包含反應堆堆芯12，其可以具有基本上任何合適的構造。說明性的上部容器26容納用于該說明性PWR的蒸汽發(fā)生器14，其具有內(nèi)部蒸汽發(fā)生器設計(有時被稱為整體式PWR設計)。在圖1中，示意性地示出了蒸汽發(fā)生器14。在典型的循環(huán)模式中，主冷卻劑由反應堆堆芯12加熱，并且上升通過中心上升區(qū)域32以退出護罩30的頂部，于是主冷卻劑經(jīng)由降液管區(qū)域34向下流回并通過整個蒸汽發(fā)生器14。這樣的主冷卻劑流動可以通過自然對流、通過內(nèi)部或外部的主冷卻劑栗(未示出)或者通過栗協(xié)助的自然對流的組合而被驅(qū)動。雖然示出了整體式PWR設計，但是同樣可以設想反應堆容器具有外部蒸汽發(fā)生器(未示出)，在這種情況下，壓力容器穿透允許將主冷卻劑傳遞至外部蒸汽發(fā)生器以及從其傳遞。說明性的上部容器頭28是一個單獨的部件，但是同樣可以設想容器頭與上部容器26是一體的。雖然圖1示出了整體式PWR，但是在其它實施例中，PWR可以不是整體式PWR，即在一些實施例中，示出的內(nèi)部蒸汽發(fā)生器可以被省略，取而代之的是一個或多個外部蒸汽發(fā)生器。更進一步地，說明性的PWR是一個示例，并且在其他實施例中，還可以采用沸水反應堆(BWR)或其它反應堆設計，具有或內(nèi)部或外部的蒸汽發(fā)生器。
[0005]參考圖2，對控制桿系統(tǒng)實施例進行說明，例如圖1的核反應堆的上部內(nèi)部結(jié)構24的適當部分，其提供了電磁灰桿功能(即連續(xù)可調(diào)控制桿定位)和提供SCRAM功能的液壓閂鎖系統(tǒng)(即在緊急情況下，控制桿可以完全插入，以便快速淬滅核反應，本領域中公知的操作為SCRAM)。圖2的控制桿系統(tǒng)允許控制桿束的故障保護SCRAM，而不會快速停止導螺桿。采用馬達/滾珠螺母組件，使得導螺桿40永久地接合到滾珠螺母組件42，其通過驅(qū)動馬達44來提供導螺桿40的軸向平移。說明性馬達44安裝在支座45上，該支座定位并底部支撐馬達44于上部內(nèi)部結(jié)構24的支撐結(jié)構中；還可以設想其他支撐布置。控制桿束(未示出)經(jīng)由升降/連接桿或升降/連接桿組件46和閂鎖組件48而連接到導螺桿40。導螺桿40基本上是中空的，升降/連接桿46同軸裝配在導螺桿40的內(nèi)徑的內(nèi)部，并且在導螺桿40內(nèi)自由垂直平移。具有受載彈簧閂鎖的閂鎖組件48連接到(即安裝在)導螺桿40的頂部。當閂鎖組件48的閂鎖與升降桿46接合時，它們將升降/連接桿46聯(lián)接到導螺桿40，并且當閂鎖脫開時，它們將升降/連接桿46從導螺桿40釋放。在所示的實施例中，閂鎖的接合與脫開是通過使用包括兩個凸輪棒50以及每個凸輪棒50的至少兩個凸輪棒連桿52的四連桿凸輪系統(tǒng)來實現(xiàn)的。還可以添加附加的凸輪棒連桿來為凸輪棒提供進一步支撐。當凸輪棒50向上移動時，四連桿機構的凸輪棒連桿52同樣采用凸輪向內(nèi)帶動凸輪棒50，以便使閂鎖組件48的閂鎖旋轉(zhuǎn)成與升降/連接桿46接合。在示出的實施例中，液壓升降組件56用于提升凸輪棒組件50。在替代實施例(未示出)中，電螺線管升降系統(tǒng)用于提升凸輪棒組件。當升降力被施加到凸輪系統(tǒng)時，凸輪棒50的向上和向內(nèi)的凸輪運動將閂鎖旋轉(zhuǎn)成接合，從而將升降/連接桿46聯(lián)接到導螺桿40。這會導致控制桿束跟隨導螺桿運動。當移除升降力時，凸輪棒50向下擺動，并且由四連桿機構的凸輪棒連桿52向外凸輪帶動，從而允許閂鎖組件48的閂鎖旋轉(zhuǎn)成脫離與升降/連接桿46的接合。這將升降/連接桿46從導螺桿40脫開，從而使控制桿束SCRAM。在SCRAM期間，導螺桿40仍處于其當前保持位置。在SCRAM事件之后，導螺桿40通過電動馬達44被驅(qū)動到其行程的底部。當升降力通過液壓升降組件56被重新施加到凸輪系統(tǒng)時，閂鎖組件48的閂鎖重新接合且升降桿46重新聯(lián)接到導螺桿40，以及正常操作可以繼續(xù)。還可以考慮其他閂鎖驅(qū)動方式，比如氣動閂鎖驅(qū)動，其中氣動壓力取代所示升降組件56中的液壓壓力。為了說明的目的，在圖2中，導螺桿40被任意地描繪在部分抽出的位置。閂鎖組件48連接到(即安裝在)導螺桿40的頂部。滾珠螺母42和馬達44在控制桿驅(qū)動機構(CDRM)的底部，R鎖凸輪棒50延伸達機構行程的全長，液壓升降系統(tǒng)56位于機構的頂部。在一些實施例中，圖2的CDRM是整體式⑶RM，其中整個機構(包括電動馬達44和滾珠螺母42)和閂鎖組件48在整個工作溫度和壓力條件下位于反應堆壓力容器10內(nèi)(參見圖1)。采用具有四連桿機構的凸輪棒的CRDM設計的進一步說明性實施例描述在DeSantis等人的美國公開號2011/0222640A1中，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一些說明性的實施例中，一種控制桿驅(qū)動機構(CRDM)，包括:導螺桿，其由CRDM馬達接合；升降桿，其支撐至少一個控制桿；閂鎖，其固定到所述導螺桿，并且配置成將所述升降桿的上端閂鎖到所述導螺桿；閂鎖接合機構，其配置成將所述閂鎖關閉到所述升降桿的上端上；以及閂鎖保持機構，其配置成保持所述閂鎖關閉；其中，所述閂鎖保持機構與所述閂鎖接合機構是分開的。在一些實施例中，所述CRDM進一步包括四連桿機構，其包括凸輪棒，所述四連桿機構配置成向內(nèi)驅(qū)動所述凸輪棒，以凸輪帶動響應于所述閂鎖接合機構的操作而關閉的閂鎖，所述閂鎖保持機構配置成將所述凸輪棒保持在向內(nèi)位置，以保持所述閂鎖關閉。在一些這樣的實施例中，所述四連桿機構配置成偏壓在重力作用下被關閉的閂鎖。在一些實施例中，所述閂鎖接合機構響應于將所述閂鎖降低在所述升降桿的上端上而進行操作，并且在所述閂鎖接合機構操作之后，當所述閂鎖被再次提升時，不能有效地保持所述閂鎖關閉。
[0007]在一些說明性的實施例中，一種控制桿驅(qū)動機構(CRDM)，包括:導螺桿，其由CRDM馬達接合；升降桿，其支撐至少一個控制桿；閂鎖，其固定到所述導螺桿，并且配置成將所述升降桿的上端閂鎖到所述導螺桿；閂鎖接合機構，其配置成將所述閂鎖關閉到所述升降桿的上端上；以及閂鎖保持機構，其配置成保持所述閂鎖關閉；其中，所述閂鎖接合機構在所述閂鎖支撐所述升降桿的重量并支撐至少一個控制桿時不能有效地保持所述閂鎖關閉。在一些實施例中，所述閂鎖保持機構不能有效地關閉所述閂鎖。在一些實施例中，所述CRDM進一步包括四連桿機構，其包括凸輪棒，所述四連桿機構配置成向內(nèi)驅(qū)動所述凸輪棒，以凸輪帶動響應于所述閂鎖接合機構的操作而關閉的閂鎖，所述閂鎖保持機構配置成將所述凸輪棒保持在向內(nèi)位置，以保持所述閂鎖關閉。在一些這樣的實施例中，所述四連桿機構配置成偏壓在重力作用下被關閉的閂鎖。在一些實施例中，所述閂鎖接合機構響應于將所述閂鎖降低在所述升降桿的上端上而進行操作，并且在所述閂鎖接合機構操作之后，當所述閂鎖被再次提升時，不能有效地保持所述閂鎖關閉。
[0008]在一些說明性的實施例中，一種控制桿驅(qū)動機構(CRDM)，包括:導螺桿，其由CRDM馬達接合；升降桿，其支撐至少一個控制桿；閂鎖，其固定到所述導螺桿，并且配置成將所述升降桿的上端閂鎖到所述導螺桿；以及四連桿機構，其包括凸輪棒，所述四連桿機構配置成向內(nèi)驅(qū)動所述凸輪棒，以凸輪帶動響應于閂鎖接合機構的操作而關閉的閂鎖；其中，所述連桿機構配置成偏壓在重力作用下被關閉的閂鎖。
[0009]在一些說明性的實施例中，一種控制桿驅(qū)動機構(CRDM)包括:CRDM馬達；在所述CRDM馬達的控制下平移的元件；
[0010]閂鎖，其配置成閂鎖支撐具有在CRDM馬達的控制下平移的元件的至少一個控制桿的升降桿；閂鎖接合機構，其配置成將閂鎖關閉到升降桿上；以及閂鎖保持機構，其與閂鎖接合機構是分開的，配置成將閂鎖保持在其關閉位置。
[0011]在一些說明性的實施例中，一種控制桿驅(qū)動機構(CRDM)包括:CRDM馬達；在所述CRDM馬達的控制下平移的元件；閂鎖，其配置成閂鎖支撐具有在CRDM馬達的控制下平移的元件的至少一個控制桿的升降桿；以及四連桿機構，其包括凸輪棒，所述四連桿機構配置成凸輪帶動響應于閂鎖接合機構的操作而關閉的閂鎖；其中，所述四連桿機構配置成偏壓在重力作用下被關閉的閂鎖。
[0012]