本发明是关于反应堆控制棒水力传动装置，属于反应堆技术。 反应堆的传动装置要求结构紧凑，工作可靠。目前一般采用电动与水力传动两类。水力传动广泛用于沸水堆中，且由堆的底部向上插入堆芯，以保证棒的反应性不过分受堆内气泡干扰，同时保留上部空间为汽水分离器之用。在典型的沸水堆内，这种传动装置依靠弹簧与水压缸结合的机械式抓钩进行定位与自锁，其结构复杂，且需由堆的下方抽出维修，占用空间过多，影响造价，故需要改进。压水堆采用电气传动，集中在堆顶，结构复杂，造价高昂，而且在压力壳顶盖上开孔很多，又占用堆顶空间，亦有改进的必要，因此，在最近发展的低温供热堆设计中，拟改用堆内水力自锁传动装置，如西德发电厂联盟（Kraftwerk Union）出版的文献《500兆瓦区域供热用轻水反应堆》报导的凹槽式活塞步进传动装置和中国申请号85100042报导的反应堆控制棒用对孔式水力步进缸。
西德凹槽式活塞步进传动装置的缺点是由于流道阻力特征所限，其步距较大，调节性能差，所需的循环水量大。而且存在由于电磁阀误动作可能使控制棒跳出堆芯而造成反应性意外引入的不安全因素。反应堆控制棒用对孔式水力步进缸对上述缺点作了改进，故应用在采用一体化布置的中小型低温供热堆内是合适的。但若扩大应用到目前商用大型沸水堆及压水堆时，存在着高度过大（一般约需控制棒行程的2～3倍）因而堆内难于布置的缺点。因水力缸加粗后，不宜放入堆芯;而且压水堆内采用棒栅控制的无匣元件，也无法像沸水堆那样利用匣间空隙布置水力传动，而且两者的堆芯上、下方均无2～3倍控制棒行程的空间可以利用。故影响了对孔式水力步进缸的应用范围。
本发明的目的旨在提出一种高度较小（1～2倍行程），适于在目前大型沸水与压水堆内布置，步长调节可大可小，循环水量低而且便于制造的反应堆控制棒的水力自锁传动装置。
本发明地要点是这种水力自锁装置由活塞和缸体组成，在缸体、活塞、活塞环或缸盖端孔任一密封表面刻有凹坑，以在一定位置上造成漏流，从而使活塞依靠水力自锁，而另外的表面仍可用通常的密封方式，如活塞环、迷宫、间隙等。凹坑的形状可根据需要设计为矩形、园或椭园、梯形、菱形等。
本发明的优点在于此装置总长度约为控制棒行程的1～2倍，可以在目前成熟的大型沸水或压水堆压力壳内布置，而无需改变其他部分的设计（见以下实施例图6B和图7B），特别是控制棒的结构不用改变。另外，控制漏流的功能可与工作活塞结合或分开，故水压缸与活塞均可采用常规设计，加工工艺成熟，并可装活塞环利于密封;其次依靠水力自锁，没有运动部件，安全可靠;步长大小易于改变，可以作到精密调节。
图1为缸体刻有凹坑的水力自锁传动装置示意图，图中（1）及（8）可以互为进出水口，（2）为缸体，其内壁刻有凹坑（7），（3）为活塞，其上可装活塞环（4）或刻上迷宫密封（5），（6）为活塞杆，穿过缸盖端孔（9），在孔内壁同样可用活塞环（4）或刻上迷宫密封（5），当入口（8）的水压大于出口（1）时，活塞上行直到活塞环与凹坑相重合处，因活塞环（或迷宫密封段）的总宽度小于凹坑长度，故凹坑处造成漏流，使下部压力降低到上部水压加上控制棒自重相等时为止，此时活塞停在该位置不动。
该装置由一个固定流量的源供水或排水，需要改变活塞位置时，可在活塞的下侧瞬时加大流量，于是活塞骤然滑过凹坑。活塞环与光滑的水压缸壁相吻合，于是活塞两侧的压力差使活塞移动到次一凹坑处，再次由漏流保持平衡，于是活塞向上移动一步，要使活塞下行，可使活塞下部的压力减小，其自锁原理与过程与上行时相同。
图2为活塞杆上刻有凹坑的水力自锁传动装置示意图，图内符号说明与图1相同，但此时凹坑（7）刻在活塞杆（6）上，而起调节流量的密封面在端盖孔（9）的内壁上，同样可装活塞环（4）或迷宫密封（5），其运行方式也与图1相同，不同之处是控制流量的功能与工作活塞分开，这在一定条件下使设计具备更大的灵活性，加工也较简单。
图3为各种形状的凹坑与密封面，图3中A（1）为矩形凹坑与活塞环相匹配，其中坑的长度d1大于活塞环的宽度d2，A（2）为园形凹坑，A（3）为梯形凹坑，A（4）为菱形凹坑，均与活塞环相匹配。图3中B侧为四种形式的凹坑与迷宫密封相配，亦有d1＞d2的关系。
图4表示此机构的步长是由凹坑之间的光滑段长度l控制，而不是由凹坑本身的长度。图内（1）为凹坑，（2）为密封面，可以看出，要控制漏流，只要各尺寸满足下述关系：
l＞d2，d2＞l，d4＜d1+l
凹坑的尺寸d1可以按加工方便而定，步长l可以为15毫米。
在图4中还可以看到各排凹坑不一定沿轴线排列，可以互相错开，在水压缸或活塞杆上呈螺旋状排列，这样有利于使活塞环在全行程内沿园周受均匀冲刷。
本发明几个应用实例如下：
例1：本发明用于改装已设计的沸水堆情况。图5A为原美国GE公司的沸水堆BWR6设计的水力传动，其中（1）为连接卡头与上插式控制棒下端相连，（2）为反应堆压力壳，（3）为外套管，（6）为水压缸，在水压缸内装有一空心的工作活塞（13），其中有一个中空的活塞套管（11），故工作活塞上下两端均受水压，当插棒时由插棒水入口（7）注入高压水，推动活塞上行;抽棒时，由抽棒水入口（14）注入高压水，通过活塞套管（11）的中心孔道上升到机构顶部折回到工作活塞上部的环状空间内，将活塞推下，此时另一股水流作用在松锁活塞（5）上，把自锁抓钩（10）松开，允许活塞下行。上抽棒动作停止时，抽棒水入口（14）的压力减小，复位弹簧（4）将自锁抓钩（10）向内压，扣在定位轴（12）的凹坑槽内，实现自锁。（9）为固定活塞，当水力系统失压时，反应堆压力PR推开安全球阀（8），使工作活塞向上插入堆芯。
本发明应用到改造此装置时，则如图5B所示，连接卡头（1），压力壳（2），套管（3），水压缸（4）保持不变，（7）为活塞环，（8）为凹坑，（9）为流道。插棒水入口（5）与抽棒水入口（11）及安全球阀（6）的作用也不变。工作活塞（10）改成实心的，定位轴（12）上刻有凹坑，而上端密封面装上活塞环（7）（迷宫亦可，但洩漏较大）。当抽棒时，遇到活塞环与凹坑重叠的位置，工作活塞就会自动锁住，此时活塞下的水压与控制棒重力加活塞上的水压相平衡，移动活塞可增减抽棒水入口（11）的流量，由于没有机械磨损，水压缸设计为由上方抽出检修，故堆下方空间可以节省4米以上，此方案的水力系统可尽量采用原设计的系统，控制棒结构不变，其安全措施不变。
例2：本发明在大型沸水堆应用。图6A为原设计（机械定位），图6B为改进设计（水力自锁），将水力自锁传动装置放在堆内压力壳以下原控制棒导管的位置上，堆下空间全部节省，但需重新设计堆外的水力系统，运行时由机构下方送入高压水，使活塞（3）及控制棒（4）上插，而由水力缸内壁的凹坑（5）锁住活塞的位置，进入流量减小时，棒即可下抽。为保证安全，此系统需要有两个相互独立的高压水源，以保证棒在任何情况下均能上插。
例3：本发明在压水堆的应用
图7A为原设计（机电式），图7B为改进设计（水力自锁式），控制棒束（3）由上方插入堆芯（1），新的水力自锁传动机构（2）装在原控制棒导管位置上，活塞（4）由水压缸内的低压水吸上，当密封面遇到凹坑（5）时，堆内的水漏入水压缸，使低压上升，实现水力自锁。在事故时，可在活塞上方通入高压水，将棒高速插入或利用安全球阀使之与堆内水相通，利用重力使控制棒下落。
由于例1和例2中的活塞直径颇大（约20-25Cm），所谓“高压”或“低压”水的压力比堆内工作压力仅仅大或小1-2公斤左右，而压差并不大。