控制棒新型电磁驱动机构静态特性实验的研究.pdfVIP

核动力工程 竺!．!望 竺±三竺皇里墨皇苎竺塑垄兰全坚笙茎皇塑 !!!：!!!! 控制棒新型电磁驱动机构静态特性实验研究 张继革，吴元强，张征明，盛选禹 (清华大学核能技术设计研究烷，北京．100084) 摘要：可动线圈电磁铁驱动机构是清华大学核能技术设计研究院独自开发的一种全新的控制棒驱动机 构方案．将应用于中国先进研究堆(CARR)上。针对工程样机设计中一些没有解决的问题．该文对其原理样 机进行了静态特性实验．并给出了静态刚度、承载极限、温升等曲线。实验证明该机构极限推力与线圈电流 成线性关系，电磁铁的刚度随载荷和电流变化．存在一个最佳值，电磁铁散热良好。 关键词：控制棒；电磁f驱动机构；静态特性；实验研究 —V 控制棒驱动机构是反应堆的重要动作部件，通过它的动作带动控制棒组件在堆芯内上下抽插，以 实现反应堆的启动、停堆、调节功率和事故反插。目前常见的驱动机构有磁力提升型、磁阻马达型、 液压驱动或水力驱动及齿轮齿条驱动等形式“’2“。本文介绍的可动线圈电磁铁驱动机构是目前必威体育精装版一 代驱动机构，这种驱动机构只在日本JRR．3堆上见过，在我国尚未使用过。 可动线圈电磁铁驱动机构与目前在压水堆上使用的磁力提升器相比，虽然同属于全封闭电磁传动． 但其原理上是有重大区别的。磁力提升器是靠三组线圈的交替作用，使处于密封筒内的机构做步进式 的运动．其可动机构完全处于密封筒内。而可动线圈电磁铁驱动则是靠电磁铁线圈的连续移动，使位 于密封筒内的衔铁在电磁吸力下跟随外部电磁线圈一起运动，当衔铁运动时与其相连的被驱动对象也 随之移动。整个机构的驱动部件完全处于密封筒外。选择可动线圈电磁铁驱动机构作为CARP,堆使用 的控制棒驱动机构方案，其主要出发点是能够在全封闭的条件下，实现使控制棒连续移动的要求；同 时．也考虑到运动的可靠性和设备的经济性等其他因素…。 1 驱动机构的构成及工作原理 本文的静态特性实验是在该机构的原理样机上完成的。控制棒新型电磁驱动机构(以下简称新型驱 动机构)的原理样机主要由以下几部分组成：支架、步进电机、滚珠丝杠、电磁铁、套筒、衔铁、连杆 及托盘、缓冲器等。此外还有电源及步进电机控制系统。步进电机带动滚珠丝杠转动，丝杠上的螺母 拖动支架上的线圈上下运动。电磁线圈通电后与套管内的衔铁相互作用产生电磁吸力，从而带动衔铁、 连杆及托盘一起上下运动。由于三个电磁线圈及内部衔铁构成三个独立电磁回路．因此其承载能力为 单个电磁铁的三倍‘”。 在反应堆控制过程中．要求控制棒在运动过程中能根据控制要求随时保持其棒位不变，而当停止 控制切断电源时又能迅速落回原点。在本系统中．是利用步进电机本身具有自锁能力实现这个要求。 因此．当步进电机线圈通电但停转时．电磁线圈可以保持在其当前位置不动，这样就可以将衔铁牢牢 吸住．于是实现了可以在任意位置保持棒位。同时又出于滚珠丝杠不具有自锁能力，因此，当步进电 机断电但电磁铁通电时．电磁铁将随支架以及内部的衔铁和连杆一起，在重力作用下，快速平稳地滑 落到原点。当电磁铁也断电时，则套筒内部的衔铁及连杆靠重力作用快速下落至底部的缓冲器上”1， 于是整个反应堆停止工作。载荷是通过将平均重量约15kg的砝码依次摆放在托盘上施加的。 2实验系统 整个实验系统包括驱动机构、控制系统、位置指示、电源、计算机软件等几个部分。控制系统主 核动力工程 2002年9月 要采用可编程控制器(PLC)来完成。可编程控制器的输入包括位置计数脉冲、上升、下降、到位光电开 关动作，停止等信号。输出包括位置指示灯，步进电机控制，上升，下降控制信号等。可编程控制器 (PLC)通过RS232串口与计算机进行通信。位置指示主要有两个部分，一个是电磁铁上、下限位置指 示．采用两个安装在支架上的光电开关完成；另一个是衔铁的运动位置指示，采用光学式电子尺(简称 光栅尺)配合PLC内部计数器来完成。光栅尺的读数头随连杆一起上下移动，从而输出衔铁的运行位 置脉冲，再由PLC计数该脉冲。电磁铁的位置是通过步进电机的步进控制脉冲数转换得出的。电源系