控制棒驱动机构及其密封壳、密封壳的制造方法与流程

1.本技术涉及核工程技术领域，特别涉及一种控制棒驱动机构及其密封壳、密封壳的制造方法。


背景技术：

2.crdm(control rod drive mechanism，控制棒驱动机构)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。
3.crdm主要包括密封壳、钩爪组件、线圈组件、驱动杆和棒位探测器。其中，密封壳安装在压力容器顶盖管座上，是crdm至关重要的组成部分。密封壳内部为钩爪组件和驱动杆提供安装和动作空间，外部为线圈组件和棒位探测器提供支撑。密封壳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。线圈组件是crdm的动力源，钩爪组件是crdm的动作执行机构，通过对线圈组件通、放电，钩爪组件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。
4.现有技术中，密封壳采用奥氏体不锈钢制造，因奥氏体不锈钢导磁性能不佳，造成安装在密封壳内外两侧的钩爪组件和线圈组件之间的磁阻较大。当线圈组件通电时，线圈组件中所通电流值会较大，如此会使线圈组件的发热量较大。而线圈组件有一定的耐温等级，为保证crdm安全运行，现有方案中采用了堆顶强制通风设备，以带走线圈组件的发热量。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：

5.本技术的实施例提供一种控制棒驱动机构及其密封壳、密封壳的制造方法，以减小钩爪组件和线圈组件之间的磁阻。
6.为了解决上述技术问题，本技术的实施例公开了如下技术方案：
7.一方面，提供了一种控制棒驱动机构，控制棒驱动机构包括密封壳、钩爪组件以及线圈组件。钩爪组件容置于密封壳的空腔中；线圈组件设置于密封壳外，用于产生磁场以驱动钩爪组件动作；其中，密封壳具有第一部分和第二部分，在线圈组件产生磁场时，第一部分位于磁场外，第二部分位于磁场内，第一部分的材质为奥氏体不锈钢，第二部分的材质的导磁性能优于奥氏体不锈钢。
8.除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，第二部分的材质为马氏体不锈钢。
9.除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，第一部分和第二部分焊接为一体。
10.除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，密封壳为长筒状，线圈组件套设于密封壳外，第二部分在密封壳的周向环设一整圈。
11.除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，钩爪组件、线圈组件以及第
二部分的数量均为多个，且一一对应，多个钩爪组件沿密封壳的轴向间隔设置，第一部分与第二部分沿密封壳的轴向交替设置。
12.另一方面，进一步公开了一种控制棒驱动机构的密封壳，密封壳的空腔用于容置控制棒驱动装置的钩爪组件，密封壳外用于安装控制棒驱动装置的线圈组件，线圈组件用于产生磁场以驱动钩爪组件动作；其中，密封壳具有第一部分和第二部分，在线圈组件产生磁场时，第一部分位于磁场外，第二部分位于磁场内，第一部分的材质为奥氏体不锈钢，第二部分的材质的导磁性能优于奥氏体不锈钢。
13.除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，第二部分的材质为马氏体不锈钢。
14.除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，第一部分和第二部分焊接为一体。
15.除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，密封壳为长筒状，第二部分在密封壳的周向环设一整圈。
16.除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，第二部分的数量为多个，第一部分与第二部分沿密封壳的轴向交替设置。
17.另一方面，进一步公开了一种控制棒驱动机构的密封壳的制造方法，密封壳的空腔用于容置控制棒驱动装置的钩爪组件，密封壳外用于安装控制棒驱动装置的线圈组件，线圈组件用于产生磁场以驱动钩爪组件动作，密封壳具有焊接为一体的第一部分和第二部分，在线圈组件产生磁场时，第一部分位于磁场外，第二部分位于磁场内，第一部分的材质为奥氏体不锈钢，第二部分的材质为马氏体不锈钢，密封壳的制造方法包括如下步骤：提供第一部分和第二部分；在第二部分的待焊接端面堆焊一层镍基焊材；将第一部分和第二部分焊接连接。
18.除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，在第二部分的待焊接端面堆焊一层镍基焊材步骤之后，以及将第一部分和第二部分焊接连接步骤之前，还包括：在第二部分的待焊接端面的镍基焊材上加工第一坡口，以及在第一部分的待焊接端面上加工第二坡口。
19.上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：本技术方案中，密封壳的位于磁场外的第一部分仍然使用奥氏体不锈钢材质，仅在密封壳的位于磁场内的第二部分使用导磁性能优于奥氏体不锈钢的材质，大体上保证了密封壳的稳定性，同时减小了钩爪组件和线圈组件之间的磁阻。
附图说明
20.下面结合附图，通过对本技术的具体实施方式详细描述，将使本技术的技术方案及其它有益效果显而易见。
21.图1是根据本技术实施例提供的一种控制棒驱动机构的剖面结构示意图；
22.图2是图1所示控制棒驱动机构中密封壳的正视图；
23.图3是本技术实施例提供的第一部分和第二部分焊接过程示意图；
24.图4是本技术实施例提供的密封壳的制造方法流程图。
具体实施方式
25.为了使本技术的目的、技术方案和有益效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本技术进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本技术，并不是为了限定本技术。
26.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是指两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
27.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
28.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅
29.表示第一特征水平高度小于第二特征。
30.crdm(control rod drive mechanism，控制棒驱动机构)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。
31.crdm主要包括密封壳、钩爪组件、线圈组件、驱动杆和棒位探测器。其中，密封壳安装在压力容器顶盖管座上，是crdm至关重要的组成部分。密封壳内部为钩爪组件和驱动杆提供安装和动作空间，外部为线圈组件和棒位探测器提供支撑。密封壳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。线圈组件是crdm的动力源，钩爪组件是crdm的动作执行机构，通过对线圈组件通、放电，钩爪组件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。crdm的具体结构可参照公开号为cn107945890a的中国专利，此处不再详细介绍。
32.现有技术中，密封壳采用奥氏体不锈钢制造，因奥氏体不锈钢导磁性能不佳，造成安装在密封壳内外两侧的钩爪组件和线圈组件之间的磁阻较大。
33.本技术中，密封壳的位于磁场外的第一部分仍然使用奥氏体不锈钢材质，仅在密封壳的位于磁场内的第二部分使用导磁性能优于奥氏体不锈钢的材质，大体上保证了密封壳的稳定性，同时减小了钩爪组件和线圈组件之间的磁阻。
34.请参阅图1和图2，图1是根据本技术实施例提供的一种控制棒驱动机构的剖面结
构示意图，图2是图1所示控制棒驱动机构中密封壳1的正视图。
35.控制棒驱动机构包括密封壳1、钩爪组件2以及线圈组件3。当然，控制棒驱动机构还包括驱动杆和棒位探测器等，由于不关本技术所要解决的技术问题，此处不再详细说明。
36.密封壳1具有空腔103。图示实施例中，密封壳1为长筒状，图中点划线l为密封壳1的轴线。密封壳1主要用于将钩爪组件2封闭，本技术并不限定密封壳1的具体形状，除了长筒状，密封壳1也可以采用其它形状，例如圆壳状。
37.钩爪组件2容置于密封壳1的空腔103中。具体地，钩爪组件2的数量为多个，多个钩爪组件2沿密封壳1的轴向间隔设置。各钩爪组件2的结构可以相同也可以不同。为方便描述，多个钩爪组件2分别用不同的附图标记进行区分。多个钩爪组件2分别为钩爪组件2a、2b、2c。钩爪组件2的数量并不限定为3个，可根据需要设置，例如2个、4个等等。
38.线圈组件3设置于密封壳1外，用于产生磁场以驱动钩爪组件2动作。图示实施例中，线圈组件3套设于密封壳1外，在密封壳1的四周均产生磁场。在其它实施例中，线圈组件3根据需要也可以不套设于密封壳1外，而是设置于密封壳1的一侧。线圈组件3的数量为多个，线圈组件3与钩爪组件2一一对应。各线圈组件3的结构可以相同也可以不同。各线圈组件3用于产生磁场以驱动相对应的钩爪组件2动作。为方便描述，多个线圈组件3分别用不同的附图标记进行区分。多个线圈组件3分别为线圈组件3a、3b、3c。线圈组件3a用于产生磁场以驱动钩爪组件2a动作。线圈组件3b用于产生磁场以驱动钩爪组件2b动作。线圈组件3c用于产生磁场以驱动钩爪组件2c动作。
39.密封壳1具有第一部分101和第二部分102。在线圈组件3产生磁场时，第一部分101位于磁场外，第二部分102位于磁场内。第一部分101相对线圈组件3设置，第二部分102不相对线圈组件3设置。从外侧观察，第一部分101被线圈组件3遮挡，第二部分102露出于线圈组件3。线圈组件3产生的磁场穿过第一部分101作用于钩爪组件2。
40.第二部分102的数量以及位置由线圈组件3的数量、位置决定。具体地，第二部分102的数量为多个，第二部分102与线圈组件3或钩爪组件2一一对应。
41.由于线圈组件3套设于密封壳1外，相对应地，第二部分102在密封壳1的周向环设一整圈对应地。
42.第一部分101的数量为多个。第一部分101与第二部分102沿密封壳1的轴向交替设置。多个第一部分101分别为第一部分101a、101b、101c、101d。多个第二部分102分别为第二部分102a、102b、102c。第二部分102a位于线圈组件3a和钩爪组件2a之间。第二部分102b位于线圈组件3b和钩爪组件2b之间。第二部分102c位于线圈组件3c和钩爪组件2c之间。
43.第一部分101的材质为奥氏体不锈钢(如06cr18ni11nb)。奥氏体不锈钢稳定性好，通常应用于密封壳1。
44.第二部分102的材质的导磁性能优于奥氏体不锈钢。第二部分102的材质例如为马氏体不锈钢。
45.本实施例中，密封壳1的位于磁场外的第一部分101仍然使用奥氏体不锈钢材质，仅在密封壳1的位于磁场内的第二部分102使用导磁性能优于奥氏体不锈钢的材质，大体上保证了密封壳1的稳定性，同时减小了钩爪组件2和线圈组件3之间的磁阻。
46.密封壳1有严格的密封性要求，为此，在本实施例中，第一部分101和第二部分102焊接为一体。当然，本技术并不限于此，在其它实施例中，第一部分101、第二部分102也可以
一体铸造而成。
47.由于第一部分101和第二部分102为异种金属，而密封壳1对密封性要求较高，为使得第一部分101和第二部分102能够较好地焊接连接，本技术还提供了一种密封壳1的制造方法。该制造方法用于制造上述实施例的密封壳1。
48.请参阅图3和图4，图3是本技术第一部分101和第二部分102焊接过程示意图，图4是本技术实施例提供的密封壳1的制造方法流程图。
49.密封壳1的制造方法包括如下步骤。
50.步骤s101:提供第一部分101和第二部分102。第一部分101的材质为奥氏体不锈钢，第二部分102的材质为马氏体不锈钢。
51.步骤s102:在第二部分102的待焊接端面堆焊一层镍基焊材104。
52.步骤s103:在第二部分102的待焊接端面的镍基焊材104上加工第一坡口105，以及在第一部分101的待焊接端面上加工第二坡口106。该步骤并不是必须的。第一坡口105、第二坡口106的形状可根据需要设置。
53.步骤s104:将第一部分101和第二部分102焊接连接，形成焊接连接层107。
54.由于第一部分101和第二部分102材质不同，本方法先在第二部分102上堆焊镍基焊材104，有利于第一部分101和第二部分102更好的接合。
55.请参阅图2，具体地，采用上述制造方法，图2所示密封壳的制作过程如下：
56.a、零件准备：
57.加工第一部分101a、第二部分102a、第一部分101b、第二部分102b、第一部分101c、第二部分101c和第一部分101d。
58.b、焊接：
59.按照上述制造方法，将第二部分102c和第一部分101d焊接连接；
60.按照上述制造方法，将第一部分101c和第二部分102c焊接连接；
61.按照上述制造方法，将第二部分102b和第一部分101c焊接连接；
62.按照上述制造方法，将第一部分101b和第二部分102b焊接连接；
63.按照上述制造方法，将第二部分102a和第一部分101b焊接连接；
64.按照上述制造方法，将第一部分101a和第二部分102a焊接连接。
65.c、验证：
66.水压试验，并对各焊缝进行液体渗透检查，要求无缺陷。
67.综上所述，本技术提供的控制棒驱动机构及其密封壳、密封壳的制造方法，能够减小钩爪组件和线圈组件之间的磁阻。
68.以上步骤所提供的介绍，只是用于帮助理解本技术的方法、结构及核心思想。对于本技术领域内的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以对本技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也同样属于本技术权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种控制棒驱动机构，其特征在于，包括：密封壳；钩爪组件，所述钩爪组件容置于所述密封壳的空腔中；线圈组件，所述线圈组件设置于所述密封壳外，用于产生磁场以驱动所述钩爪组件动作；其中，所述密封壳具有第一部分和第二部分，在所述线圈组件产生所述磁场时，所述第一部分位于所述磁场外，所述第二部分位于所述磁场内，所述第一部分的材质为奥氏体不锈钢，所述第二部分的材质的导磁性能优于所述奥氏体不锈钢。2.如权利要求1所述控制棒驱动机构，其特征在于，所述第二部分的材质为马氏体不锈钢。3.如权利要求1所述控制棒驱动机构，其特征在于，所述第一部分和所述第二部分焊接为一体。4.如权利要求1所述控制棒驱动机构，其特征在于，所述密封壳为长筒状，所述线圈组件套设于所述密封壳外，所述第二部分在所述密封壳的周向环设一整圈。5.如权利要求4所述控制棒驱动机构，其特征在于，所述钩爪组件、所述线圈组件以及所述第二部分的数量均为多个，且一一对应，多个所述钩爪组件沿所述密封壳的轴向间隔设置，所述第一部分与所述第二部分沿所述密封壳的轴向交替设置。6.一种控制棒驱动机构的密封壳，其特征在于，所述密封壳，所述密封壳的空腔用于容置所述控制棒驱动装置的钩爪组件，所述密封壳外用于安装所述控制棒驱动装置的线圈组件，所述线圈组件用于产生磁场以驱动所述钩爪组件动作；其中，所述密封壳具有第一部分和第二部分，在所述线圈组件产生所述磁场时，所述第一部分位于所述磁场外，所述第二部分位于所述磁场内，所述第一部分的材质为奥氏体不锈钢，所述第二部分的材质的导磁性能优于所述奥氏体不锈钢。7.如权利要求6所述密封壳，其特征在于，所述第二部分的材质为马氏体不锈钢。8.如权利要求6所述密封壳，其特征在于，所述第一部分和所述第二部分焊接为一体。9.如权利要求6所述密封壳，其特征在于，所述密封壳为长筒状，所述第二部分在所述密封壳的周向环设一整圈。10.如权利要求9所述控制棒驱动机构，其特征在于，所述第二部分的数量为多个，所述第一部分与所述第二部分沿所述密封壳的轴向交替设置。11.一种控制棒驱动机构的密封壳的制造方法，所述密封壳的空腔用于容置所述控制棒驱动装置的钩爪组件，所述密封壳外用于安装所述控制棒驱动装置的线圈组件，所述线圈组件用于产生磁场以驱动所述钩爪组件动作，所述密封壳具有焊接为一体的第一部分和第二部分，在所述线圈组件产生所述磁场时，所述第一部分位于所述磁场外，所述第二部分
位于所述磁场内，所述第一部分的材质为奥氏体不锈钢，所述第二部分的材质为马氏体不锈钢，其特征在于，所述密封壳的制造方法包括如下步骤：提供所述第一部分和所述第二部分；在所述第二部分的待焊接端面堆焊一层镍基焊材；将所述第一部分和所述第二部分焊接连接。12.如权利要求11所述制造方法，其特征在于，所述在所述第二部分的待焊接端面堆焊一层镍基焊材步骤之后，以及所述将所述第一部分和所述第二部分焊接连接步骤之前，还包括：在所述第二部分的待焊接端面的所述镍基焊材上加工第一坡口，以及在所述第一部分的待焊接端面上加工第二坡口。

技术总结
本申请的实施例公开了一种控制棒驱动机构及其密封壳、密封壳的制造方法，其中控制棒驱动机构包括密封壳、钩爪组件以及线圈组件。钩爪组件容置于密封壳的空腔中；线圈组件设置于密封壳外，用于产生磁场以驱动钩爪组件动作；其中，密封壳具有第一部分和第二部分，在线圈组件产生磁场时，第一部分位于磁场外，第二部分位于磁场内，第一部分的材质为奥氏体不锈钢，第二部分的材质的导磁性能优于奥氏体不锈钢。根据本申请，其减小了钩爪组件和线圈组件之间的磁阻。之间的磁阻。之间的磁阻。


技术研发人员：周鑫 米大为 蒋恩 李翔 郭宝超 王肃鹏 卫晓春 陈汝贵
受保护的技术使用者：上海第一机床厂有限公司
技术研发日：2022.11.24
技术公布日：2023/9/11