[发明专利]用于核反应堆的、耐受环境影响的电磁铁和使用该种电磁铁的电动机

说明书

技术领域

本发明涉及电气技术、电气装置技术、电磁铁技术、电动机技术、核反应堆技术以及相关技术。 

背景技术

压水反应堆(PWR)采用压力容器，该压力容器装有过热水作为一次冷却剂。热的欠热水在反应堆堆芯和一个或多个蒸汽发生器之间循环，以将能量从反应堆堆芯传递到蒸汽发生器。在传统设计中，蒸汽发生器是单独的元件，一次冷却剂通过合适的高压流体管道联接在压力容器和蒸汽发生器之间。在一体化的PWR设计中，一个或多个蒸汽发生器位于压力容器内。其它类型的核反应堆也类似。例如，沸水反应堆（BWR）采用不是过热的沸腾一次冷却剂。 

在核反应堆的压力容器内包括动力的部件是有利的。例如，在某些反应堆设计中，使用电动机驱动的冷却剂泵强制循环一次冷却剂。泵可以位于压力容器外面，并经由穿过合适的容器贯穿件的转动轴用机械方法连接到叶轮。然而，使用完全内部的电动机驱动的冷却剂泵而省略机械地通过容器的贯穿件是有利的。在这后一种设计中，只使用用于电气电缆的小且机械静态的容器贯穿件。 

另一个可使用动力部件的地方是控制棒驱动机构（CRDM）部件。含有中子吸收剂的控制棒部分地或全部地插入反应堆堆芯内，以慢化或停止核反应。在所谓的“灰棒”中，棒插入的程度可以连续或步进的方式调整，以提供可调的反应性控制。传统上，操作控制棒的电动机位于压力容器外面（通常，在PWR设计中是在压力容器上方，或者在BWR设计中是在压力容器下方），而连接杆通过合适的容器贯穿件将CRDM电动机连接到控制棒。还有，使用完全内部的CRDM以省略机械容器贯穿件是有利的，其中，操作控制棒的电动机位于压力容器内，这样，只使用用于电气电缆的机械静态容器贯穿件。 

在压力容器内使用电动机因一次冷却剂的高温而变得复杂。电动机和其构成的材料必须能耐受高温反应堆环境，还必须能耐受诸如腐蚀化学品和/或一次冷却剂中存在的放射性之类的其它环境条件。例如，PWR反应堆通常使用硼酸作为一次冷却剂中的可溶性慢化反应性的中子毒物。此外，电动机必须可靠，因为任何的维护都必然带来成本高昂的停堆并打开反应堆，与此同时，采取合适的安全壳和放射性废物控制预防措施。 

这里披露的是提供了各种益处的改进措施，本技术领域内的技术人员阅读下文后将会明白这些益处。 

发明内容

在本发明的一个方面，一种装置包括电磁铁，该电磁铁包括多个嵌套的自立型（free-standing）电气绝缘线圈架层，以及包围在自立型电气绝缘线圈架层外面的导电线以形成多层的电气线圈，在电气线圈中，通过插入自立型电气绝缘线圈架层，使多层电气线圈的相邻层间距开。对多层电气线圈的通电在多层电气线圈内产生磁场。在此种装置的某些实施例中，导电线是不具有电气绝缘性裸露导电线。在此种装置的某些实施例中，自立型电气绝缘线圈架层包括陶瓷材料。在某些此种实施例中，电磁铁还包括设置在多层电气线圈内的铁磁体芯。在某些此种实施例中，该装置还包括电动机，电动机包括转子和定子，其中，所述电磁铁形成定子的磁极。在某些此种实施例中，该装置还包括控制棒驱动机构（CRDM），其包括所述电动机和导螺杆，该电动机可操作地与导螺杆连接以线性地驱动导螺杆，由此，与导螺杆相连的含有中子毒物的控制棒被线性地驱动进入或离开核反应堆堆芯。在某些此种实施例中，该装置还包括流体泵，该泵包括可操作地连接到叶轮的所述电动机。 

在本发明的另一个方面，一种装置包括电磁铁，该电磁铁包括多个嵌套的自立型电气绝缘线圈架层，以及多层的电气线圈，电气线圈包括多个间距开的导电螺旋形绕组层，其中，每个间距开的导电螺旋形绕组层由嵌套体中自立型电气绝缘线圈架层之一支承，其中，对多层电气线圈的通电在多层电气线圈内产生磁场。在某些此种电磁铁中，每个自立型电气绝缘线圈架层包括形成在自立型电气绝缘线圈架层外表面上的槽，槽形成了由自立型电气绝缘线圈架层支 承的螺旋形绕组层的路径。在某些此种电磁铁中，铁磁体电磁铁芯设置在多层电气线圈内。某些此种装置还包括电动机，电动机包括转子和由所述电磁铁形成的定子。某些此种装置还包括核反应堆，核反应堆包括压力容器，压力容器含有一次冷却剂和设置在压力容器内的核反应堆堆芯，运行核反应堆堆芯以使一次冷却剂保持在至少300℃的温度下，至少一个机电部件（举例来说，一次冷却剂泵或控制棒驱动机构或CRDM）浸没在一次冷却剂中并包括所述电动机。