技术领域
[0001] 本
发明涉及核电站控制棒驱动机构技术领域，尤其涉及一种核电站控制棒驱动机构用耐高温电磁线圈。
背景技术
[0002]
核反应堆的控制棒组件布置在
堆芯内，并穿插在
燃料组件中，通过控制棒驱动机构的步跃提升和下插动作，带动控制棒组件在堆芯高度方向上
定位，以实现反应堆的启动、功率调节、正常停堆和事故停堆。控制棒驱动机构中的电磁线圈为控制棒驱动机构的运行提供动
力，通过对电磁线圈按照一定的时序通断电而产生特定的电
磁场，驱动钩抓部件按照
指定顺序钩入和打开，从而带动驱动杆部件及与其相连的控制棒组件上下运动、保持或落棒。当控制棒驱动机构运行时，电磁线圈发热，其热量一部分来自于电磁线圈通电时产生的
电阻热，另一部分来自于一回路高温
水的热
辐射。由于电磁线圈中使用了大量的非金属电工材料，使电磁线圈的耐热性能受到限制，目前国际上大多数压水堆核电站控制棒驱动机构的电磁线圈耐温等级只能达到200。
[0003] 为了冷却线圈，在反应堆顶部配备了专用的强制通
风冷却系统，该系统在为线圈部件提供冷却的同时，存在以下缺点：(1)强制
通风冷却装置占据了堆顶的大量空间，使得堆顶结构较为复杂，增加了堆顶结构布置和
电缆敷设的难度，核电站运行期间需要维护该系统，增加了运行成本；(2)一旦强制通风冷却系统发生故障，线圈
温度将在短时间内迅速升高，将可能导致线圈烧毁和反应堆紧急非计划停堆事故，影响电站运行的可靠性和经济性。
[0004] 因此，如何提高电磁线圈的耐高温等级，取消堆顶强制通风冷却系统，成为目前亟待解决的问题。
发明内容
[0005] 本发明针对上述
现有技术中的问题，提供了一种核电站控制棒驱动机构用耐高温电磁线圈，可大幅提高电磁线圈的耐热等级，以取消堆顶强制通风冷却系统。
[0006] 本发明用于解决以上技术问题的技术方案为：提供一种核电站控制棒驱动机构用耐高温电磁线圈，包括：
[0007] 陶瓷骨架；
[0008] 线圈绕组，所述线圈绕组绕制在所述陶瓷骨架外，所述线圈绕组上浇注有浇注料，用于填充所述线圈绕组的间隙；
[0009] 磁轭，所述磁轭外设置有多个间隔设置的
散热叶片，所述线圈绕组安装在所述磁轭内，所述线圈绕组和磁轭之间灌封有灌封层，用于填充所述磁轭和线圈绕组之间的间隙。
[0010] 本发明上述的耐高温电磁线圈中，所述磁轭包括：
[0011] 主体部，所述主体部为两端开口的筒状结构，每一所述散热叶片沿所述主体部的轴向延伸设置在所述主体部外；
[0012] 盖板，所述盖板呈环状结构，所述盖板通过
螺栓连接安装在所述主体部的端部上，所述盖板上还开设有用于穿设所述线圈绕组的引出口。
[0013] 本发明上述的耐高温电磁线圈中，所述线圈绕组包括：
[0014] 绕组线，所述绕组线按照设定层数和
匝数绕制在所述陶瓷骨架外，所述绕组线的两端形成引出端；
[0015] 引接线，所述引接线的数量为两根，两根所述引接线的一端分别与两个所述引出端连接，两根所述引接线的另一端穿过所述引出口延伸至所述盖板外，所述引接线和所述引出口之间灌封有所述灌封层。
[0016] 本发明上述的耐高温电磁线圈中，所述陶瓷骨架包括：
[0017] 骨架本体，所述骨架本体为两端具有开口的筒状结构，所述骨架本体的外壁面两端沿径向向
外延伸设置有骨架限位部，用于对绕制在所述骨架本体上的所述绕组线进行限位；
[0018] 骨架引线部，设置在所述骨架限位部相对骨架本体的另一侧面上，所述骨架引线部的一端延伸至所述引出口内，用于引导所述引接线进入所述引出口。
[0019] 本发明上述的耐高温电磁线圈中，所述浇注料包括
石英砂和绝缘漆，所述石英砂填充在所述线圈绕组内，完成石英砂填充的所述线圈绕组整体浸渍所述绝缘漆，并通过
烘焙进行固结。
[0020] 本发明上述的耐高温电磁线圈中，所述灌封层采用
树脂材料。
[0021] 本发明上述的耐高温电磁线圈中，所述绕组线包括由一根
镀镍圆
铜线构成的线芯、包覆在所述线芯外部的玻璃丝、包覆在所述玻璃丝外部的
云母带绕包，以及涂覆在所述云母带绕包外的绝缘漆层。
[0022] 本发明上述的耐高温电磁线圈中，所述绕组线包括由一根镀镍圆铜线构成的线芯，以及包覆在所述线芯外部的陶瓷绝缘层。
[0023] 本发明上述的耐高温电磁线圈中，所述引接线包括由若干镍丝构成的线芯、包覆在所述线芯外部的矿物绝缘层、包覆在所述矿物绝缘层外部的
合金层，以及包覆在所述合金层外部的
钢丝编织保护层，所述矿物绝缘层分别与所述线芯和合金层
烧结连接。
[0024] 本发明上述的耐高温电磁线圈中，所述绝缘漆为有机
硅漆。
[0025] 实施本发明提供的一种核电站控制棒驱动机构用耐高温电磁线圈，具有以下有益效果：
[0026] (1)该电磁线圈采用陶瓷骨架制成，陶瓷骨架具有非常好的耐热和
隔热性能，可以减小一回路高温水对电磁线圈的热量辐射，提高电磁线圈的耐热等级；同时，陶瓷骨架尺寸稳定、无
磁性、电绝缘、强度高、抗碎裂、易加工，满足控制棒驱动机构电磁线圈耐高温、耐辐照、长寿命的特殊要求；
[0027] (2)该电磁线圈的磁轭外设置有散热叶片，可增加磁轭的散热面积，且散热叶片之间形成自然通风散热的空气通道，从而增强散热效果，提高电磁线圈的耐热等级；
[0028] (3)该电磁线圈将线圈绕组绕制在陶瓷骨架上，并在线圈绕组外包裹耐高温、耐辐照的浇注料、灌封层和磁轭，保证了整体结构上的
稳定性和散热性，能够大幅提高电磁线圈的耐热等级，从而实现取消强制通风冷却系统。
附图说明
[0029] 下面将结合附图及
实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0030] 图1是根据一示例性实施例示出的电磁线圈的剖面示意图；
[0031] 图2是根据一示例性实施例示出的电磁线圈的结构示意图；
[0032] 图3是根据一示例性实施例示出的电磁线圈中陶瓷骨架的结构示意图。
具体实施方式
[0033] 为了使本领域技术人员能够更加清楚地理解本发明，下面将结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的描述。
[0034] 图1是根据一示例性实施例示出的电磁线圈的剖面示意图，如图1所示，该电磁线圈包括：
[0035] 陶瓷骨架10；
[0036] 线圈绕组20，线圈绕组20绕制在陶瓷骨架10外，线圈绕组20上浇注有浇注料，用于填充线圈绕组20的间隙；
[0037] 磁轭30，磁轭30外设置有多个间隔设置的散热叶片50；线圈绕组20安装在磁轭30内，线圈绕组20和磁轭30之间灌封有灌封层40，用于填充磁轭30和线圈绕组20之间的间隙。
[0038] 上述实施例中，陶瓷骨架10具有非常好的耐热性能，同时具有良好的隔热性能，可以减小线圈内侧的一回路高温水对电磁线圈的热量辐射；同时，陶瓷骨架具备尺寸稳定、无磁性、电绝缘、强度高、抗碎裂和易加工等优点，满足控制棒驱动机构电磁线圈耐高温、耐辐射、长寿命的特殊要求。
[0039] 优选地，陶瓷骨架10采用陶瓷材料或者陶瓷基
复合材料制成，这些材料已经在航空航天、
能源、
冶金等行业得到了广泛应用，可靠性强。
[0040] 另一方面，上述磁轭30上设置有散热叶片50，能够增加磁轭30的表面积，且散热叶片50之间间隔设置形成用于自然通风散热的空气通道，从而大大提高散热效率，提高电磁线圈的耐热等级。
[0041] 图2是根据一示例性实施例示出的电磁线圈的结构示意图，结合图1和图2所示，磁轭30包括主体部31和盖板32，其中，主体部31为两端开口的筒状结构，每一散热叶片50沿主体部31的轴向延伸设置在主体部31外；盖板32呈环状结构，盖板32通过螺栓连接安装在主体部31的端部上，盖板32上还开设有用于穿设线圈绕组20的引出口321。
[0042] 上述实施例中，磁轭30由主体部31和盖板32两部分组成，且两者通过螺栓进行连接，方便每个线圈单独进行装配和拆卸。需要说明的是，在现有的技术方案中，线圈每三个一组，两两之间共用磁轭，导致线圈之间的串磁较大，也使线圈的装拆必须从上到下依次进行，无法对单个线圈进行装拆和维修等。
[0043] 线圈绕组20包括绕组线21和引接线22，其中，绕组线21按照设定层数和匝数绕制在陶瓷骨架10外，绕组线21的两端形成引出端；引接线22的数量为两根，两根引接线22的一端分别与绕组线21的两个引出端连接，两根引接线22的另一端穿过引出口321延伸至盖板32外，同样的，引接线22和引出口321之间灌封有灌封层40，用于填充引接线22和引出口321之间的间隙。
[0044] 为了提高电磁线圈的耐热等级，绕组线21和引接线22均采用耐高温
导线。优选地，绕组线21包括由一根耐高温的镀镍圆铜线构成的线芯、包覆在线芯外部的玻璃丝、包覆在玻璃丝外部的云母带绕包，以及涂覆在云母带绕包外的绝缘漆层。其中，绝缘漆层可选用耐高温的有机硅漆。
[0045] 在另一实施例中，绕组线21包括由一根耐高温的镀镍圆铜线构成的线芯，以及包覆在线芯外部的陶瓷绝缘层。
[0046] 引接线22采用铠装电缆，具体包括由若干耐高温的镍丝构成的线芯、包覆在线芯外部的矿物绝缘层、包覆在矿物绝缘层外部的耐
高温合金层，以及包覆在合金层外部的钢丝编织保护层。上述铠装电缆的一个优选实施例为，外填矿物绝缘层为
氧化硅，合金
套管为镍基合金，外填矿物绝缘层分别与耐高温镍丝导线和合金套管高温烧结连接。该电缆已经在航空航天等行业得到了应用，可靠性强。
[0047] 图3是根据一示例性实施例示出的电磁线圈中陶瓷骨架的结构示意图，结合图1和图3所示，陶瓷骨架10包括骨架本体11、骨架限位部12和骨架引线部13，骨架本体11为两端具有开口的筒状结构，骨架本体11的外壁面两端沿径向向外延伸设置有骨架限位部12，用于对绕制在骨架本体11上的绕组线21进行限位；骨架引线部13设置在骨架限位部12相对骨架本体11的另一侧面上，骨架引线部13的一端延伸至引出口321内，用于引导引接线22进入引出口321。上述陶瓷骨架10的结构设计简洁实用，能够便于更换线圈绕组20；优选地，骨架本体11、骨架限位部12和骨架引线部13一体成型，方便加工制造。
[0048] 为了进一步提高电磁线圈的耐热等级，浇注料包括石英砂和绝缘漆，石英砂填充在线圈绕组20内，完成石英砂填充的线圈绕组整体浸渍绝缘漆，并通过烘焙进行固结。优选的，绝缘漆选用耐高温的有机硅漆。
[0049] 具体实施过程为：在陶瓷骨架10上，按照规定的层数和匝数完成绕组线21的绕制；绕组线21完成后，减去多余的绕组线出线，连接引接线22形成线圈绕组20；将线圈绕组20放入模具和
振动台上进行充砂；完成充砂后线圈绕组20整体浸渍绝缘漆，通过浸渍和烘焙，耐高温绝缘漆填充了线圈内部的空隙，并将线、砂粘结为一个密闭的整体。
[0050] 为了进一步提高电磁线圈的耐热等级，灌封层40采用树脂材料，其可以提高线圈绕组20整体的
密封性能，隔绝氧气与湿气，防止高温下氧气与湿气对线圈绕组20内部绝缘材料的损害；同时，该灌封层40可以使线圈绕组20的外表面和磁轭30之间贴合，消除两者之间的空气间隙，提高线圈的散热。需要说明的是，空气的导热系数很小，相当于绝
热层，如果线圈绕组和磁轭之间存在空气间隙，将大大降低线圈内部产生的热量向外的
传热效果。
[0051] 综上所述，本发明提供的一种核电站控制棒驱动机构用耐高温电磁线圈，通过采用陶瓷骨架、耐高温导线组成的线圈绕组，并在线圈绕组在包裹耐高温、耐辐照的浇注料、灌封层和磁轭，能够大幅提高电磁线圈的耐热等级，从而实现取消强制通风冷却系统。
[0052] 应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附
权利要求的保护范围。
