本发明是一种反应堆控制棒用水力步进缸。 根据西德发电厂联盟（Kraftwcrk Union）出版的文献《500兆瓦区域核供热用轻水反应堆》报导：在该反应堆上，设计研究了一种水力传动控制棒（Hydraulic Controlrod）。这种传动装置以反应堆冷却剂一水为工作介质，用泵产生高压，以高压水为动力，推动一个步进缸，步进缸拖动控制棒。这种步进缸的原理是使水通过刻有凹槽的活塞和缸体之间的缝隙连续流动，其阻力系数随活塞及缸体之间的相对位置而变化，因此可以通过流量的调节来控制活塞与缸体的相对位置，实现步进式移动。但由于流道阻力特性所限，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阀跳出堆芯而造成反应性意外引入的不安全因素。
本发明的目的在于提供一种调节性能更好，步距更小，循环水量低，更为安全可靠的水力步进缸。
本发明的要点是这种水力步进缸由带节流孔的缸体及活塞组成。在不动的缸体上有2列以上孔，每列孔布置在与缸体轴线平行的直线上，这些孔在横向上按排排列，每排上的孔分布在与缸体轴线垂直的同一平面上，并沿圆周均布。每排孔之间的距离等于步距。在活塞上只有一排孔，孔的方向与缸体上相应孔的方向一致。活塞上的孔的形状可以是圆形的、矩形地或其它形状的;缸体上孔的轴向尺寸长于活塞上孔的轴向尺寸。水从活塞内流入，经活塞和缸体的孔流出，其阻力系数随活塞及缸体的孔位的相对变化而变化，所以称本发明为对孔式水力步进缸。
图1为对孔式水力步进缸的稳态平衡流量曲线。图中的横座标Q为稳定状态下的平衡流量，纵座标S为活塞与缸体之间孔的相对位置，在轴S之左侧的四个图，为表示活塞与缸体孔位相对位置的示意图。横座标上的各点：Q0为最低平衡流量;Q1为最高平衡流量;Qr为提升流量;Qk为保持流量;Qp为下降流量。
如图1所示。在缸内压力一定时，活塞上的孔与缸体上的孔在相对和相错时，阻力系数发生很大的变化，因此平衡流量也将发生很大的变化，从最高平衡流量Q1，变为最低平衡流量Q0，在向缸内通往保持流量Qk（Q0＜Qk＜Q1）时，活塞将停止在某一平衡位置上，这时活塞上的孔与缸体上的孔部分重合。当活塞向上运动超过平衡位置时，保持流量将小于该点的平衡流量，则缸内压力降低，使活塞降低回到平衡位置。反之，当活塞的位置低于平衡位置时，保持流量大于该点的平衡流量，缸内压力升高，把活塞抬到平衡位置。在向缸内通入提升流量Qr（Qr＞Q1）的脉冲时，则活塞将向上运动，待通过缸体上的一排孔后，流量回恢到保持流量Qk，则活塞将在上一排孔的新平衡位置上停下来，这就是上升动作。同样，在缸内通入下降流量Qp（Qp＜Qo）时，则活塞向下运动，通过下一排孔后，然后回到保持流量Qk，缸可以在下一排的平衡位置上停下来，这就是下降动作。
图2为流量控制回路图，图中5是泵;6为提升电磁阀;7为下降电磁阀;8为脉冲注入阀;9为逆止阀;10、11为调节阀;12为超声测距系统;13为反应堆压力壳。
上述的流量控制是通过一套流量控制回路来实现的，如图2所示。水从反应堆压力壳中抽出，经过泵5加压、注入由电磁阀6、7，调节阀10、11，逆止阀9，脉冲注入阀8组成的控制回路，然后通入水力步进缸。为保证每次提升动作只向上跳一步，以免发生反应性意外引入事故。向上提升的流量脉冲由一脉冲注入阀注入。图3为脉冲注入阀的原理图，其中14为活塞，15为缸体。脉冲注入阀由一包括同轴线的大缸和小缸组成的缸体15，以及由有两种相应直径的连体活塞14组成，如图3所示。当提升电磁阀6打开时，高压水注入大缸，推动大活塞，把水从小缸压出，直至行程终点。当电磁阀6关闭时，高压水从小活塞侧进入缸体，推动小活塞，使活塞复原。这样在每次电磁阀6的动作中，只能有一定量的水，以一定速度注入步进缸，不可能因注水量过大，造成意外跳步的问题。为保证最低流量Q0足够小，缸体与活塞之间应有密封，因缸体已接近或进入堆芯，温度及放射性水平很高，常规的密封材料，例如：橡胶、塑料等，已无法工作，因此这里采用非接触式密封，如迷宫密封、间隙密封等，密封材料用核石墨或不锈钢。
缸体的位置是利用超声波定位技术来确定的。超声波探头可以承受高温、高压、高放射性的工作条件。定位精度为±3毫米。超声波探头内装有并联的数片压电陶瓷片，保证至少有两片以上信号一致时，系统才能正常工作。
本发明与西德发电厂联盟（简称KWU）研究的水力传动控制棒相比，具有如下优点：步距小;调节性能好;单位缸体有效面积上的承载能力高;所需循环水量少;安全性好，没有可能发生控制棒意外弹出堆芯的事故，基本上达到了控制棒传动的技术指标。本发明结构简单，造价只相当于目前常用的压水堆控制棒传动机构的1/8～1/10。本发明引入反应堆将大大简化反应堆的结构，缩小反应堆的尺寸，提高反应堆的安全性，不仅具有重大的经济效益，而且对于水动力堆的小型化发挥作用。
实施例：
图4为对孔式水力步进缸的原理图。其中1是外套管;2是内套管;3是缸体;4是联接头。
根据上述原理清华大学核能所研制了一台对孔式水力步进缸，其原理如图4所示。
外套管1、内套管2、联接头4固结组成活塞;芯管3为不动件。在缸体3上有四列长圆形孔，每排上的四个孔分布在与缸体轴线垂直的同一平面上，并沿圆周均布。孔横向成排排列，各排孔的距离，等于步距。每列孔布置在一条与缸轴线平行的直线上。在外套管1与内套管2的中部，各有四孔，均匀分布在与缸轴线垂直的同一平面内，且沿圆周均布。在外套管1与内套管2上的对应孔的轴线应在同一直线上。在内、外套与缸体组装时，应保持内外套上的孔与缸体上的孔的方向一致，轴线重合，如图4中的AA剖面图所示。缸体上的孔为长圆形，内外套上的孔为圆形。在缸体的顶部B处，以及内外套管2、1的中部四孔的上下部位C及D处，以及内外套管的下部E处，加上密封环节，如图4所示。密封材料为不锈钢。经冷态试验证明，其性能比西德发电厂联盟的水力传动控制棒的性能要好好具体对照如下：
清华核能技术研究 西德发电厂联盟
所（INET） （KWU）
步距（厘米） 15～2.0 5.0
承载能力（巴） 18～2.2 1.5
耗水量（吨/小时） 0.35～0.45 3.6
可靠性 无反应性意外事故 有可能发生反应性意
可能 外引入事故