[科普中国]-控制棒传动机构

介绍

控制棒传动机构是核电站反应堆控制系统和安全保护系统的一种伺服机构。控制棒传动机构的具体功能是用于提升、下降、保持或快插控制棒，以完成反应堆启动、调节反应堆功率、维持功率、停止反应堆和事故情况下的快速停堆（又称为事故快插、事故落棒），它是核反应堆的重要动作部件，也是直接影响核反应堆正常运行和安全可靠的关键设备之一。2

分类目前全世界运行中的压水堆型采用的控制棒驱动机构类型主要有三类：即磁力提升、滚珠螺母丝杠和齿轮齿条。前些年，在某些压水堆中常常同时选用磁力提升和齿轮齿条两种机构，以磁力提升作为全长控制棒组件的驱动机构，以齿轮齿条副作为短棒组件的驱动机构。近年来，德、美、法等国的商业压水堆核电站均取消了短棒组件及其驱动机构，而只选用磁力提升型作为全长控制棒组件的驱动机构。磁力提升型控制棒驱动机构与其他型式相比，具有结构简单、制造方便、提升力大、磨损小、寿命长、经济性好等优点。同时，即使关键零部件发生故障，也能快速停堆。因此，磁力提升型控制棒驱动机构得到了广泛应用。

材料与反应堆冷却剂接触的零部件要求用耐腐蚀的金属制造，控制棒传动机构常用的材料有不锈钢、镍—铬—铁合金、钴基合金等;电气绝缘材料需能耐高温、耐辐照、耐冲击。

设计要求由于运行过程中各种内、外因素均会引起反应性变化，故控制棒动作十分频繁，因此要求控制棒驱动机构在反应堆运行过程中不发生故障。考虑到反应堆要装换料，驱动轴应使控制棒组件能够远距离装拆；再加上压水堆的高压密封要求，给控制棒驱动机构的设计和制造提出了如下要求：
(1) 反应堆正常运行时，要求控制棒的移动速度约为10mm/s；在快速停堆或事故工况时要求得到停堆信号后能自动脱开控制棒组件，使控制棒靠自重快速插入堆芯，从得到信号到控制棒安全插入堆芯的紧急停堆时间不超过2s。稳定运行时，控制棒能够被夹持而停留在一定位置上；失去电源时应自动落棒。
(2) 控制棒驱动机构设计寿命应与反应堆寿命相同，寿命期末仍应具有运转能力。
(3) 控制棒驱动机构运行应平稳，无异常噪声，不允许发生失步、打滑、无法提升和卡棒等异常现象。
(4) 控制棒驱动机构应具有足够的超载提升能力和抗冲击耐震动的能力。
(5) 控制棒驱动机构结构应该紧凑，装卸、维修方便，且造价低廉。1