EJ T 506-1990 三十万千瓦压水堆核电厂.控制棒驱动机构设计规定.pdf
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1、中华人民共租国核工业标准三十万千瓦压水堆核电厂擂制棒驱动机构设计规定EJ 6090们的注11 主题内容与适用范围本标准规定了三十万千瓦压水堆核电厂磁力提升式控制棒驱动机构设计、制造、验收及试验方面的要求。本标准适用于三十万千瓦压水堆核电厂的控制棒驱动机构的设计与制造。其他功率的压t水堆核电厂也可参照使用。2 引用标准HAF 0201 用于沸水堆、压水堆和压力管式反应堆的安全功能和部件分级EJ 333 压水堆核电厂控制棒驱动机构设计准则EJ 418三十万千瓦压水堆核电厂安全二级泵、三级泵清洁度和清洗工艺技术条件EJ 481 三十万千瓦压水堆核电厂镰基合金弹簧丝材料技术条件。OB 1804 公差与
2、配合EJ 185 对接焊缝射线探伤标准EJ 186着色探伤标准EJ 187磁粉探伤标准EJ 195 焊缝超声波探伤规程与验收标框EJ 345 压水堆核电厂水化学技术条件JB 7 自由角度公差3 设计3.1 概述磁力提升式控制棒驱动机构利用电磁力提升、下降控制棒,靠重力快速下落控制棒,以达到调节反应堆功率和安全启动以及停止反应堆的目的。此类型的驱动机构与其他类型的驱动机构相比,具有提升能力大、寿命长、结构简单、密封性好等特点,是压水堆核电中国核工业总公司1990-08-10批准1991-01-01实施67 叫卜EU十川EJ 506-90 厂控制棒驱动机构普遍采用的类型。控制棒驱动机构(与冷却剂接
3、触的零部件除外)所挫的环境为压力容器上部空间的温度、湿度和放射性强度。3,2 典型设计参撒设计压力设计温度提升为提升负荷步距行程速率落棒时:间寿命机构电源线圈允许温度3.3 结构17, 2MPa 350。C1960N 150kg (驱动轴和控制棒实际重量为92kg)10口1自12800m盯1lOmm/s 全高度到导向管缓冲日的落棒时间为2s总行程1106步,落棒500次直流12012平,平均功率l. 5kW;台220。C,用强迫空气冷却争飞磁力提升式控制棒驱动机构由五个独立的部件组成,包括驱动轴部件、销爪部件、耐压壳部件、磁辑部件、棒位指示部件。控制棒驱动机构安装在反应堆压力容器顶盖管座上,通
4、过机构的:密封壳零件与压力容器管座螺纹连接,并用“缸密封焊接。装拆时用专用的“Q”切割机、焊接机进行自动切割和焊接。机构的工作线圈用强迫空气冷却,耐压壳内充满反应堆冷却jfljz由三个工作线圈组成的磁辄部件套在密封壳夕七、面,当三个王作线圈掠设计的程序通直流电时,装在耐压壳内的三对磁板、衔铁相应被感应而吸合带动两组钩爪与驱动抽部件的环形杆上的环形向槽交替晴合,使驱动轴部件向上或向下一A步一步移动。当驱动轴部件保持在堆内某一高度时,仅在保持线圈中通小电流;当需要控制棒落棒胁,只要切断电源。驱动轴部件的挠性接头与控制棒组件的连接柄相连接,在反应堆运行期间要确保此连接不脱开。驱动轴部件与控制棒组件由
5、专用的拆装王具拆装。控制棒组件在反应堆内的轴向位置由套在位置指示内套管外面的棒位指示器部件及其指示仪表(灯光显示和数码装置)指示。3.4 运行程序3,4.1 提升程序保持线圈通电,保持钩爪承载,控制棒保持在某一高度。提升程序如下:i队,提升线圈通电,提升磁板与提升衔铁之间的间隙(等于步距)闭,合,控制棒被提升步(一般为1omm;h .传递线圈通电,因寇磁极与传递衔铁阔的间隙闭合。在此过程中”,传递锦爪首先转入环形杆询槽中,钩爪齿面与环形杆沟槽上下齿面有一间隙(一般为rmm)接着传递钩爪上升Imm,与环形杆沟槽上齿面贴合,然后传递钩爪带着环形杆一起j主升1hun:;6导EJ 5:06-90 此时
6、载荷(驱动轴部件与控制棒组件重量之和)由保持钩爪转移到传递钩爪上显守而保持钩爪的上下齿面与环形杆沟槽之间就各有了ImmI可隙。这就从结构设计上保持了钩爪是牵无磨擦情况下转入环形析沟槽中,从而提高了钩爪和环形杆的使用寿命:c. 保持线圈断电,保持钩爪转出环形杆沟槽;d. 提升线圈断电,J保持钩爪下降一步距到环形杆原沟槽邻近下一个沟槽位置:巳保持线圈通电,保持衔铁与提升衔铁之间的间隙闭合,保持钩爪将入环形杆沟捕中,钩爪齿面告拘槽上万齿面各有一间隙(一般为Irnm); f. 传递线圈断电,传递钩爪转出,载荷转移到保持钩爪上,转、移过程中保持钩爪上齿面承受载荷自由落下tmm的冲击。至此控制棒完成提升步
7、的程序。重复上述程序,控制棒即被一步一步提升,直至需要的高度。3 . 4. 2 下降程序保持线圈通电,保持钩爪承载,控制棒保持在某一高度。下降程序如下:a,. 传递线圈通电,同3. 4. lb; b. 保持线圈断电,同3.4.lc; 队,提ft线圈通电,提升磁极与提升街铁闸的间隙闭合,保持钩爪在空载的情况下上升寸步Rg处于环形杆原沟槽相邻的上一个沟槽位置:d. 保持线圈通电,同3.4. le; e. 传递线圈断电,同3.4.lf; f. 提升线圈断电,保持钩爪与其钩着的载荷一起下降一步(一般为IOmm)。为减弱冲击载荷p设计上采用了迷宫式水力缓冲结构。至此控制棒完成了下降一步的程序。重复上述程
8、序,控制棒即被步一步下降J直至需要的高度。3.4.3 保持程序只有保持线圈单独通电时,控制棒保持在某一高度。3.4.4 落棒程序三只线圈都断电时,控制棒靠重力快速落棒,行程将终了时控制棒在导向管内得到水力缓冲。3.5 设计要求3 .5.1 总的要求按与其执行的安全功能的重要性相适应的质量标准进行设计、制造、安装和试验。必须采用适用的法规和标准。必须建立和执行质量保证大纲。对该设备的设计、制造、安装及试验的有夫记录必须在核电厂整个寿期内保存及管理。3.5.2 抗震设计根据HAF0201和EJ333的要求,设备必须设计成能承受地震的影响而不丧失执行其去全功能的能力。即在去全停堆地震载荷作用下,能保
9、证耐压壳部件的完整性和插入69 控制棒停闭反应堆的可靠性。3.5.3 耐压壳部件的设计F.J 506-90 根据HAF0201和EJ33.3的要求7作为反应堆冷却剂压力边界的一部分,耐压壳设计必须留有足够的裕量,以保证在运行、试验及N类1:况下,都在非脆性状态下工作。3.5.4控制椿驱动机构系统的综合能力必须保证控制棒插入堆芯的落棒时间。以确保在N类工况和为卡棒留有充分裕度的情况下,控制棒驱动系统和应急堆芯冷却系统能控制反应堆和冷却堆芯。3.5.5 设备等级和清洁度要求设备的安全等级应遵守EJ333第2.2条的规窟。控制棒驱动机构属于抗震I类设备。控制棒驱动机构清洁度应符合EJ418中的I级要
10、求。3.6 机械设计3.6.1 耐压壳耐压壳部件中的密封壳的壁厚除满足强度要求外,同时要满足工作线圈温升允诲范围内的提升力要求(即磁损庆不能过大)。用水压试验(或爆破试验)和提升力试验来验证承压功能和磁路功能的设计准则。另外也需要考虑流道通畅。强度校核时可不考虑冲击载荷、地震载荷、瞬态压力波动等影响,只作下列校核,但需通过验证水压试验。如果有条件或使用新结构、新材料,则需作设计验证性爆破试验。z=P;一!. (.1) K2一l式中:z一一轴向应力,MPa: Pi一设计压力,MPa:K一一直径比;一一材料许用应力,MPa:要求zK2-1 . ( 2) K2+1 要求Ps1.5P;Pb告(2一去l
11、nK ( 3) 要求Pb3,5PmaX句,b一材料室温机械性能,MPa: Ps一一室温下容器的屈服压力,MPa:Pb一一室温下容器的爆破压力,MPa:PmX一一反应堆冷却回路最大工作压力,MPa.70 EJ 506-90 。CrrsN i12M.02Ti在350。C下的许用应力为117MPa00Cr18Ni11Ti在350。C下的许用应力为104MPa0在施工设计阶段和安全分析报告中,必须提供密封壳的应力分析,在应力分析中必须考虑冲击载荷、地震载荷和瞬态压力波动e36.2 非承压件对销爪部件中的轴销、连杆、套管轴、钩爪和驱动轴部件中的销子、挠性接头以及驱动机掏中重要的连接螺纹等非承压件,同样需
12、要进行强度校核。对销爪部件中的衔铁、钩爪、连杆和驱动轴部件的环形杆等做整个机构提升、下降、落棒等动作的运动零件,需绘制其运动轨迹图,以确保保持钩爪和传递钩爪之间运动的协调和动作的正确无误。对于驱动轴部件中的挠性接头,必须确保反应堆正常运行时控制棒与驱动轴连接的在可靠性,以及停堆换料时在专用拆装工具下拆装的灵活性、远距离装拆的易实现性。对于所有弹簧,均需按其重要性进行分类,并进行刚度、强度计算。3.6.3 落棒可靠性为确保插入控制棒停闭反应堆的可靠性,必须进行脱钩可靠性计算和落棒时流道畅通校算,并通过设计验证性试验。3.7 焊接3. 7 .1 承压件的焊接接头的设计根据焊接接头在承压件耐压壳体上
13、的位置确定其结构和检验要求,位置指示器内套管中段的焊接接头是承压对接接头,密封壳与位置指示器内套管的焊接接头是Q型特殊密封接头,密封壳与压力容器管座的焊接接头是Q型特殊密封接头,密封壳下端面她为端面密封接头。以上焊接接头均应进行焊接工艺评寇。3.7.2 非承压件的焊接接头设计包括铺爪部件和驱动轴部件中的防松点焊及一般连接焊缝。其焊缝质量由工艺评定试验中确定的工艺参数来保证。3.8 元损检验检验标准见EJ185、186、187,195。需要选行无损检验的零件有耐压壳部件中的所有零件及焊缝、销爪部件中的弹簧、驱动轴部件中的C卡环和挠性接头。需要进行无损检验的原材料有耐压壳部件所有零件的原材料、套管
14、轴的原材料、钩爪的原材料、弹簧的原材料。3.9 电气设计3 . 1 磁路计算根据提升为要求和结构尺寸以及所选结构材料的磁性能进行磁路计算。此设计计算需经提升力试验验证,再经样机性能测试验证后,对计算进行修正。修正中应包括机构控制电掘的误差、机构之间原材料磁性能的差别、机构之间机械加工和EJ1508占90安装的误差、工作线国电阻误差机构之间温度不均匀等因素造成的误差分析,使各工作线圈绕组安臣数的设计值能确保提升力和机构在各种玉况下的安全运行。3.9.12 绝缘材料需作线圈发热计算和反应堆冷却剂传热计算,确定线圈温升,选定线圈绝缘等级。选用耐高温(220。C)、耐辐照、耐冲击振动的绝缘材料聚酿亚股
15、漆包线、聚酷亚胶薄膜、聚酷亚胶漆布和精蒲j聚眈亚胶浸渍潘。引出线的绝缘材料为耐辐照玻璃纤维用硅油浸渍并用笨酶撑硅橡胶护套。需要用强迫空气冷却以上绝缘材料组成的工作线圈。以上绝缘材料需要有专用技术条件规定要求。如果有耐高温(350 c左右)、耐辐照、耐冲击振动等适合在驱动机掏寿命期间安全使用的绝缘材料,则不需要用强迫空气冷却工作线圈。3.9.3 接插件挨插件需满足控制棒驱动机掏环境瘟度、温度、抗地震,抗冲击以及失水事故玉况下的绝缘性能等特殊要求,需专用技术条件作明确规定并经试验验证。4材料(不包括电气绝缘材料)与反应堆冷却剂接触的零件必须采用耐腐蚀的金属制造。通常使用的有三类材料:不锈钢、镇一铅
16、一铁合金、钻基合金。不锈钢中有奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马民体不锈钢和沉淀硬化不锈钢。4.l 奥民体不锈钢常用的有0CnsNi11Ti, .1Crl8Ni9Ti, 0Crl8Ni12Mo2Ti_ Cr2sNi20、GH132。此类材料在加工和试验过程中需避兔敏化和防止应力腐蚀裂纹。材料冶炼分析的合钻量应二刊号超过0.200奋。用作缓冲轴的Cr25Ni20、用作套管轴的GH132.以及作密封壳的0Cr18Nil2Mo2Ti都需要有材料专用技术条件以满足各自零件的特殊要求。4.2 铁素铁不锈钢l对于作为磁性材料用的0Cr13除机械性能化学成份、非金属夹杂等常规要求外,应有专用技术条件明确磁性能要
17、求,钢材经退火处理后至少应达到U:132s 1.1 T; Br o.5T: He557A/m。4.3 马民体不锈钢常用的有1Gr13,除常规要求外,用作销钉、螺钉的iCr13必须防止硬度过高。与反应堆冷却剂接触的零件不能选用2Cri3或含碳量更高的马民体不锈钢以防腐蚀。44 沉淀硬化不锈钢常用的有17-7PH和17-4PH,它们具有高的强度和一起的磁性。把它们做为驱动机掬的结掏材料,主要是利用它们的综合机械性能而不是单纯追求高的抗拉强度,需要有专用技术条件明确要求。4.5 钻基合金钳墓合金以卖优越的耐磨性能被选用作为控制棒驱动机构中的钩爪材料和轴销材料,钻基台金牌号为SG6。钻基合金零件与反应
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