CN110047602A - 压水堆核电站反应堆主冷却剂泵专用转速传感器及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的一种压水堆核电站反应堆主冷却剂泵专用转速传感器及其制作方法，它包括同轴电缆、插头主体、插座、磁钢、绕组、铁芯和外壳；所述外壳内的左部设有铁芯、绕组和磁钢，所述铁芯的顶部贴合外壳的左侧内壁，所述铁芯的底部卡入外壳内中部的卡口内，所述铁芯两侧分别设有绕组，所述铁芯的底部两侧分别吸附一个磁钢；所述外壳的右侧与插座连接，所述外壳的右侧与热缩管连接，所述热缩管内设有插座、插头主体、插针、压接管、绝缘层固定架和绝缘子；所述热缩管的右端内套设有同轴电缆，所述同轴电缆在热缩管内的一端为电缆芯线。本发明能够满足核电站安全壳内，存在辐射环境中，主冷却剂泵的转速测量之需。

Description

压水堆核电站反应堆主冷却剂泵专用转速传感器及其制作 方法

技术领域

本发明涉及旋转机械转速测量的技术领域，尤其涉及一种压水堆核电站反应堆主冷却剂泵专用转速传感器及其制作方法。

背景技术

旋转机械转速测量是旋转机械常规的监视保护仪表，旋转机械的转速测量和控制是确保旋转机械安全运行必须的监测参数之一，如果发生转速参数监测失效，将可能造成旋转机械的转速失去控制，从而导致机组失速、超速甚至飞车，造成重大的设备损坏事故，所以通常的大型旋转机械都安装有转速测量装置，以监测旋转机械的转速，当机组的转速超过某个设定的转速值时，转速监测仪表将发出超速信号，强迫机组停机，以确保机组的安全。通常的转速测量方法：在旋转机械的主轴上安装一个测速齿轮盘（或者是凹槽、凸键），在转速齿轮盘的径向方向，安装一个测速传感器，将测速传感器固定在旋转机械的轴承座上。可以选择的测速传感器有：涡流式位移传感器、磁阻式速度传感器、霍尔传感器、电感式传感器、接近开关等等。传感器感应旋转机械的转速电信号，经过转速表的信号处理，实现转速的测量和控制。

在核电站中，也使用了大量的旋转机械，如各类泵轴泵组系统、各类大型电机等，所以也必须对其转速参数进行监测，确保旋转机械的安全运行，防止旋转机械超速，从而造成机组损坏。

核电站中使用的旋转机械与普通旋转机械的转速测量有非常大的区别，由于这些旋转机械安装在核电站的安全壳内，其地理位置处在长期具有辐射照射的环境下，存在如γ射线、β射线、χ射线等外照射和氕、氘、氚等放射性漂浮物的内照射，还有许多非常复杂的放射性同位素存在。普通的传感器在辐射环境下工作，会加速传感器中元器件的老化，并造成传感器的早期损坏，所以在辐射环境下使用的传感器需要进行特殊设计，传感器必须具备抗辐射的能力。压水堆核电站的反应堆主冷却泵，安装于核电站安全壳内，是核电站的核心区域，具有较大的核辐射存在，所以所使用的测量系统必须符合核电站的安全等级：IE级。

目前，在我国还没有能够在具有辐射环境下使用的转速传感器，迫切需要我们研发能够在辐射环境下长期使用的国产转速传感器。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种压水堆核电站反应堆主冷却剂泵专用转速传感器及其制作方法，能够满足核电站安全壳内，存在辐射环境中，主冷却剂泵的转速测量之需。

本发明的目的是这样实现的：

一种压水堆核电站反应堆主冷却剂泵专用转速传感器，它包括同轴电缆、热缩管、插针、插头主体、插座、磁钢、绕组、铁芯和外壳；

所述外壳内的左部设有铁芯、绕组和磁钢，所述外壳内的右部设有固定架；所述铁芯的顶部贴合外壳的左侧内壁，所述铁芯的底部卡入外壳内的中部设置的卡口内，所述铁芯两侧分别设有卡槽，所述每个卡槽内卡设一个绕组，所述铁芯的底部两侧分别吸附一个磁钢；所述外壳的右侧与插座连接，所述插座按两锁止点水平的方向卡入外壳的卡槽内，所述两个绕组分别引出两根硅胶线，所述外壳的右侧与热缩管连接，所述热缩管内设有插座、插头主体、插针、压接管、绝缘层固定架和绝缘子，所述插座设置在热缩管的最左端，所述插座上设有插针，所述插座与插头主体连接，所述插针穿出插头主体；所述热缩管的右端内套设有同轴电缆，所述同轴电缆在热缩管内的一端为电缆芯线，所述电缆内芯外部套设有压接管，所述电缆芯线从绝缘层固定架和绝缘子中间穿出，穿出芯线部分插入插针。

一种压水堆核电站反应堆主冷却剂泵专用转速传感器，四根硅胶线两两首尾相连，两根尾端引线绞合焊接，两根首端引线绞合焊接，分别从铁芯的底部穿过，首端引线焊接在插座的外壳焊接面上，将尾端引线焊接在插座插针焊接面上。

一种压水堆核电站反应堆主冷却剂泵专用转速传感器，所述外壳外部还设有开孔外壳，开孔外壳的各个槽口和开孔与外壳一一对应，所述外壳与开孔外壳之间通过盘头螺钉和螺母固定。

一种压水堆核电站反应堆主冷却剂泵专用转速传感器，所述外壳内部充满环氧胶。

一种压水堆核电站反应堆主冷却剂泵专用转速传感器，所述压接管与电缆内芯之间设有屏蔽层。

一种压水堆核电站反应堆主冷却剂泵专用转速传感器，所述绝缘层固定架内套有O型圈，所述O型圈将插头主体拧入绝缘层固定架。

一种压水堆核电站反应堆主冷却剂泵专用转速传感器，所述绝缘层固定架的底部和压接区域外包裹密封胶带。

一种压水堆核电站反应堆主冷却剂泵专用转速传感器，所述外壳采用PPS工程塑料。

一种压水堆核电站反应堆主冷却剂泵专用转速传感器，所述磁钢采用钐钴永磁材料；铁芯采用DT4电工钢纯铁。

一种压水堆核电站反应堆主冷却剂泵专用转速传感器，所述绕组采用耐高温、抗辐射电磁漆包线绕制在线圈架上。

一种压水堆核电站反应堆主冷却剂泵专用转速传感器的制作方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤一、将两个绕组分别引出2根硅胶线，将绕组套入铁芯，调整绕组位置，使其刚好卡在铁芯两侧的槽内，将两条长方体磁钢分别吸附在铁芯的底部两侧；

步骤二、将上述步骤一中的组合部件整体装入外壳的左侧，铁芯底部卡入外壳的中间部分的卡口；

步骤三、两个绕组引出的4根硅胶线两两首尾相连，两根尾端引线绞合焊接，两根首端引线绞合焊接，分别从铁芯的底部穿过；

步骤四、将固定架装入外壳的孔内；

步骤五、将插座按两锁止点水平的方向卡入外壳的卡槽内，并且保持插针焊接面朝上，将绞合好的硅胶线拉直，比对首端引线到插座的外壳焊接点、尾端引线到插座插针焊接面的距离，剪除过长硅胶线，将首端引线焊接在插座的外壳焊接面上，将尾端引线焊接在插座插针焊接面上；

步骤六、将开孔外壳的各个槽口和开孔与外壳一一对应好之后，盖紧，螺母嵌入外壳顶端的4个孔内，螺钉从外壳开孔拧入，拧紧时使外壳和开孔外壳四周边口对齐；

步骤七、使用环氧胶从开孔外壳的开孔处灌入传感器内部，直至环氧胶与开孔齐平；

步骤八、将同轴电缆剥去外部护套、防火隔离带、内部护套、聚酯带77mm，用剥线刀去除屏蔽层17mm，去除非稀释胶带和绝缘层7mm，漏出电缆芯线；

步骤九、将热缩管和压接管滑入电缆，将绝缘层固定架和绝缘子从屏蔽层下滑入电缆，电缆芯线从绝缘层固定架和绝缘子中间穿出，穿出电缆芯线部分插入插针，通过插针上的圆孔进行插针与电缆芯线的焊接；

步骤十、将O型圈套入绝缘层固定架，并将插头主体拧入绝缘层固定架；

步骤十一、将整个插头组件与插座相连接，将之前滑入电缆的压接管朝着绝缘层固定架顶紧；

步骤十二、将步骤九中滑入电缆的热缩管移动到插头组件底部，加热热缩管，使其紧缩，完全包裹住压线处和屏蔽层裸露的部分。

一种压水堆核电站反应堆主冷却剂泵专用转速传感器的制作方法，其特征在于：步骤十一中，在电缆内芯与压接管之间还设有屏蔽层，压紧压接管，使屏蔽层与压接管可靠接触、不松动。

一种压水堆核电站反应堆主冷却剂泵专用转速传感器的制作方法，其特征在于：还包括步骤十三、取适量密封胶带包裹绝缘层固定架8的底部和压接区域部分，使用热缩管将传感器裸露在外的插座部分和插头组件以及同轴电缆，加热热缩管，使其紧缩，整个传感器部分完全密封。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明选用具有较强的磁场的磁钢、导磁率好的工业纯铁、导电率优异的漆包线，增大传感器输出信号，提高传感器的信噪比；钐钴磁场Sm2Co17磁积能大（最大范围20~32Kj/m3），工作温度最高350℃；纯铁（DT4）材料电磁性能好，矫顽力（Hc）低，低剩磁，导磁率u高，饱和磁感（Bs）高，磁性稳定又无磁时效；本发明采用型号ML240的漆包线，该型号的漆包线可在240℃环境下连续工作，具有较高的抗辐射、耐高温、耐冷冻剂及耐化学性能，外壳采用304不锈钢，机械加工性能好，耐腐蚀性能卓越。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的原理示意图。

图3为本发明的安装示意图。

图4为本发明的剖面示意图。

图5为图4的I处局部放大图。

其中：

同轴电缆1、热缩管2、密封胶带4、O型圈5、插针6、压接管7、绝缘层固定架8、绝缘子9、插头主体10、插座11、盘头螺钉12、螺母13、固定架14、磁钢15、绕组16、铁芯17、外壳18、硅胶线20、环氧胶21。

具体实施方式

参见图1-5，本发明涉及的一种压水堆核电站反应堆主冷却剂泵专用转速传感器，它包括同轴电缆1、热缩管2、插针6、压接管7、绝缘子9、插头主体10、插座11、磁钢15、绕组16、铁芯17和外壳18。

所述外壳18内的左部设有铁芯17、绕组16和磁钢15，所述外壳18内的右部设有固定架14；所述铁芯17的顶部贴合外壳18的左侧内壁，所述铁芯17的底部卡入外壳18内的中部设置的卡口内，所述铁芯17两侧分别设有卡槽，所述每个卡槽内卡设一个绕组16，所述铁芯17的底部两侧分别吸附一个长方体磁钢15。

所述外壳18的右侧与插座11连接，所述插座11按两锁止点水平的方向卡入外壳18的卡槽内，并且保持插针焊接面朝上。

所述两个绕组16分别引出两根硅胶线20，4根硅胶线20两两首尾相连，两根尾端引线绞合焊接，两根首端引线绞合焊接，分别从铁芯17的底部穿过，首端引线焊接在插座11的外壳焊接面上，将尾端引线焊接在插座11插针焊接面上。

所述外壳18外部还设有开孔外壳，开孔外壳的各个槽口和开孔与外壳18一一对应，所述外壳18与开孔外壳之间通过盘头螺钉12和螺母13固定，所述外壳18内部以及外壳18和开孔外壳之间均充满环氧胶21。

所述外壳18的右侧与热缩管2连接，所述热缩管2内设有插座11、插头主体10、插针6、压接管7、绝缘层固定架8和绝缘子9，所述插座11设置在热缩管2的最左端，所述插座11上设有插针6，所述插座11与插头主体10连接，所述插针6穿出插头主体10；

所述热缩管2的右端内套设有同轴电缆1，所述同轴电缆1在热缩管2内的一端为电缆芯线，所述电缆内芯外部套设有压接管7，所述压接管7与电缆内芯之间设有屏蔽层，所述电缆芯线从绝缘层固定架8和绝缘子9中间穿出，穿出芯线部分插入插针6，通过插针6上的圆孔进行插针6与电缆芯线的焊接；所述绝缘层固定架8内套有O型圈5，所述O型圈5将插头主体10拧入绝缘层固定架8，所述绝缘层固定架8的底部和压接区域外包裹密封胶带4。

传感器外壳采用PPS（聚苯硫醚）工程塑料，具有优良的耐温（200℃以上）、绝缘、防辐射（γ射线累积吸收剂量≥1×106Gy）等特性，内部零部件通过环氧树脂，整体胶封在外壳中，整体机械强度高、电绝缘性能好且具有极好的耐化学介质性，传感器外形结构参照在役核电站用进口产品设计，将传感器零部件通过环氧树脂整体胶封于高强度PPS外壳中，增强了传感器的机械性能。

磁钢采用钐钴永磁材料，钐钴磁钢居里温度高，磁场稳定性好。磁钢的尺寸和外型设计是传感器的关键部分，合理的尺寸结构可以降低外部干扰。采用长方体磁钢，目的是在满足传感器输出条件前提下降低磁场强度，以提高传感器抗干扰性能。磁钢的稳定性也是至关重要的，钐钴永磁材料的磁能积高（14MGOe ~28MGOe）、矫顽力可靠、抗锈蚀能力强，且具有极好的温度性能，最高工作温度可达（250~350）摄氏度，可以满足压水堆核电站反应堆主冷却剂泵专用转速传感器及其制作方法对磁钢的要求。

铁芯，即衔铁，采用DT4电工钢纯铁加工，DT4材料导磁性能好，矫顽力低，导磁率高，饱和磁感高，磁性稳定又无磁时效。衔铁形状设计成U型，预留两个固定螺钉孔与不锈钢固定架连接。

绕组采用耐高温、抗辐射电磁漆包线（型号：ML240）绕制在线圈架上，线圈骨架由PPS（聚苯硫醚）工程塑料加工而成，传感器输出灵敏度关联因素较多，通过调整绕组结构，做到小体积、高Q值。

参见图3，传感器的安装应当牢固，方便维护和更换。传感器同其它导磁部件（包括泵轴承）的距离不得小于15mm。传感器使用两个螺栓进行固定。调整精度为：水平方向：±1mm；垂直方向：±0.1mm。

本发明涉及的一种压水堆核电站反应堆主冷却剂泵专用转速传感器的制作方法，它包括以下步骤：

（1）将两个绕组16各引出2根硅胶线20，将绕组16套入铁芯17，调整绕组位置，使其刚好卡在铁芯17两侧的槽内，将两条长方体磁钢15分别吸附在铁芯17的底部两侧（N、S极对称）；

（2）将上述组合部件整体装入外壳18的左侧，铁芯17底部卡入外壳18的中间部分的卡口；

（3）两个绕组16引出的4根硅胶线20两两首尾相连，两根尾端引线绞合焊接，两根首端引线绞合焊接，分别从铁芯17的底部穿过；

（4）将固定架14装入外壳18的孔内；

（5）将插座11按两锁止点水平的方向卡入外壳18的卡槽内，并且保持插针焊接面朝上，将绞合好的硅胶线20拉直，比对首端引线到插座11的外壳焊接点、尾端引线到插座11插针焊接面的距离，剪除过长硅胶线20。将首端引线焊接在插座11的外壳焊接面上，将尾端引线焊接在插座11插针焊接面上；

（6）将开孔外壳的各个槽口和开孔与外壳18一一对应好之后，盖紧，螺母13嵌入外壳18顶端的4个孔内，螺钉12从外壳开孔拧入，拧紧时注意外壳18和开孔外壳四周边口对齐；

（7）使用环氧胶21从开孔外壳的开孔处灌入传感器内部，直至环氧胶21与开孔齐平；

（8）将同轴电缆1剥去外部护套、防火隔离带、内部护套、聚酯带77mm，用剥线刀去除屏蔽层17mm，去除非稀释胶带和绝缘层7mm，漏出电缆芯线；

（9）将热缩管2和压接管7滑入电缆，将绝缘层固定架8和绝缘子9从屏蔽层下滑入电缆，电缆芯线从绝缘层固定架8和绝缘子9中间穿出，穿出电缆芯线部分插入插针6，通过插针6上的圆孔进行插针6与电缆1芯线的焊接；

（10）将O型圈5套入绝缘层固定架8，并将插头主体10拧入绝缘层固定架8；

（11）将整个插头组件与插座11相连接，将之前滑入电缆1的压接管7朝着绝缘层固定架8顶紧，屏蔽层压在电缆1与压接管7之间，用六角压线钳压紧压接管，使屏蔽层与压接管7可靠接触，不松动；

（12）将之前滑入电缆的热缩管3移动到插头组件底部，用热烘枪加热热缩管2，使其紧缩，完全包裹住压线处和屏蔽层裸露的部分；

（13）取适量密封胶带包裹绝缘层固定架8的底部和压接区域部分，使用热缩管2将传感器裸露在外的插座11部分和插头组件以及电缆1，使用热烘枪加热热缩管2，使其紧缩，这样，整个传感器部分完全密封，安全可靠的性能满足核电环境的要求。

工作原理：

磁阻式传感器由永久磁铁（即磁钢）、纯铁、感应线圈等组成。永久磁铁（磁钢）建立一个恒定磁场，磁场通过衔铁（延长磁路）穿过感应线圈形成闭合磁路，转速传感器径向安装，正对着一个测速齿轮，此测速齿轮固定在泵轴的主轴上，当泵轴转动时，当测速齿轮经过传感器表面时，将改变磁力线在空间分布密度。如图2所示：当测速传感器对着齿轮的齿谷时，测速传感器此时处于高磁阻状态，泵轴旋转带动齿轮旋转，当测速传感器对着齿轮的齿顶时，测速传感器此时处于低磁阻状态。磁力线在空间分布密度的变化，会改变传感器内的磁通量，即可在测量线圈内产生感应交变电压，电压的幅度与安装间隙以及线速度是单值函数，感应的交变信号频率与齿轮的转速同步。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种压水堆核电站反应堆主冷却剂泵专用转速传感器，其特征在于：它包括同轴电缆（1）、热缩管（2）、插针（6）、插头主体（10）、插座（11）、磁钢（15）、绕组（16）、铁芯（17）和外壳（18）；所述外壳（18）内的左部设有铁芯（17）、绕组（16）和磁钢（15），所述外壳（18）内的右部设有固定架（14）；所述铁芯（17）的顶部贴合外壳（18）的左侧内壁，所述铁芯（17）的底部卡入外壳（18）内的中部设置的卡口内，所述铁芯（17）两侧分别设有卡槽，所述每个卡槽内卡设一个绕组（16），所述铁芯（17）的底部两侧分别吸附一个磁钢（15）；所述外壳（18）的右侧与插座（11）连接，所述插座（11）按两锁止点水平的方向卡入外壳（18）的卡槽内，所述两个绕组（16）分别引出两根硅胶线（20），所述外壳（18）的右侧与热缩管（2）连接，所述热缩管（2）内设有插座（11）、插头主体（10）、插针（6）、压接管（7）、绝缘层固定架（8）和绝缘子（9），所述插座（11）设置在热缩管（2）的最左端，所述插座（11）上设有插针（6），所述插座（11）与插头主体（10）连接，所述插针（6）穿出插头主体（10）；所述热缩管（2）的右端内套设有同轴电缆（1），所述同轴电缆（1）在热缩管（2）内的一端为电缆芯线，所述电缆内芯外部套设有压接管（7），所述电缆芯线从绝缘层固定架（8）和绝缘子（9）中间穿出，穿出芯线部分插入插针（6）。

2.根据权利要求1所述的一种压水堆核电站反应堆主冷却剂泵专用转速传感器，其特征在于：所述外壳（18）外部还设有开孔外壳，开孔外壳的各个槽口和开孔与外壳（18）一一对应，所述外壳（18）与开孔外壳之间通过盘头螺钉（12）和螺母（13）固定。

3.根据权利要求1所述的一种压水堆核电站反应堆主冷却剂泵专用转速传感器，其特征在于：所述外壳（18）内部充满环氧胶（21）。

4.根据权利要求1所述的一种压水堆核电站反应堆主冷却剂泵专用转速传感器，其特征在于：所述压接管（7）与电缆内芯之间设有屏蔽层。

5.根据权利要求1所述的一种压水堆核电站反应堆主冷却剂泵专用转速传感器，其特征在于：所述绝缘层固定架（8）内套有O型圈（5）。

6.根据权利要求1所述的一种压水堆核电站反应堆主冷却剂泵专用转速传感器，其特征在于：所述外壳（18）采用PPS工程塑料。

7.根据权利要求1所述的一种压水堆核电站反应堆主冷却剂泵专用转速传感器，其特征在于：所述磁钢（15）采用钐钴永磁材料；铁芯（17）采用DT4电工钢纯铁；所述绕组（16）采用耐高温、抗辐射电磁漆包线绕制在线圈架上。

8.根据权利要求1所述的一种压水堆核电站反应堆主冷却剂泵专用转速传感器的制作方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤一、将两个绕组（16）分别引出2根硅胶线（20），将绕组（16）套入铁芯（17），调整绕组（16）位置，使其卡在铁芯（17）两侧的槽内，将两条长方体磁钢（15）分别吸附在铁芯（17）的底部两侧；

步骤二、将上述步骤一中的组合部件整体装入外壳（18）的左侧，铁芯（17）底部卡入外壳（18）的中间部分的卡口；

步骤三、两个绕组（16）引出的4根硅胶线（20）两两首尾相连，两根尾端引线绞合焊接，两根首端引线绞合焊接，分别从铁芯（17）的底部穿过；

步骤四、将固定架（14）装入外壳（18）的孔内；

步骤五、将插座（11）按两锁止点水平的方向卡入外壳（18）的卡槽内，并且保持插针焊接面朝上，将绞合好的硅胶线（20）拉直，比对首端引线到插座（11）的外壳焊接点、尾端引线到插座（11）插针焊接面的距离，剪除过长硅胶线（20），将首端引线焊接在插座（11）的外壳焊接面上，将尾端引线焊接在插座（11）插针焊接面上；

步骤六、将开孔外壳的各个槽口和开孔与外壳（18）一一对应好之后，盖紧固定；

步骤七、使用环氧胶（21）从开孔外壳的开孔处灌入传感器内部，直至环氧胶（21）与开孔齐平；

步骤八、将同轴电缆（1）剥去外部护套、防火隔离带、内部护套、聚酯带77mm，去除屏蔽层17mm，去除非稀释胶带和绝缘层7mm，漏出电缆内芯；

步骤九、将热缩管（2）和压接管（7）滑入电缆内芯，将绝缘层固定架（8）和绝缘子（9）从屏蔽层下滑入电缆，电缆芯线从绝缘层固定架（8）和绝缘子（9）中间穿出，穿出电缆芯线部分插入插针（6）；

步骤十、将O型圈（5）套入绝缘层固定架（8），并将插头主体（10）拧入绝缘层固定架（8）；

步骤十一、将整个插头组件与插座（11）相连接，将步骤九中滑入电缆内芯的压接管（7）朝着绝缘层固定架（8）顶紧；

步骤十二、将步骤九中滑入电缆的热缩管（2）移动到插头组件底部，加热热缩管（2），使其紧缩，完全包裹住压线处和屏蔽层裸露的部分。

9.根据权利要求8所述的一种压水堆核电站反应堆主冷却剂泵专用转速传感器的制作方法，其特征在于：步骤十一中，在电缆内芯与压接管（7）之间还设有屏蔽层，压紧压接管，使屏蔽层与压接管（7）可靠接触。

10.根据权利要求8所述的一种压水堆核电站反应堆主冷却剂泵专用转速传感器的制作方法，其特征在于：还包括步骤十三、取适量密封胶带包裹绝缘层固定架（8）的底部和压接处，使用热缩管（2）将传感器裸露在外的插座（11）部分和插头组件以及同轴电缆（1），加热热缩管（2），使其紧缩，整个传感器部分完全密封。