(19)國家知識產(chǎn)權局(10)申請公布號CN120205536A(71)申請人江蘇賽福探傷設備制造有限公司地址224300江蘇省鹽城市射陽縣合德鎮(zhèn)高新科技創(chuàng)業(yè)園北三環(huán)西路5號(72)發(fā)明人楊建楊標張雷楊家磊(74)專利代理機構(gòu)蘇州匯德卓越專利代理事務所(普通合伙)32496專利代理師許京波(54)發(fā)明名稱核電站控制棒螺桿超低頻震蕩退磁自潔裝置本申請涉及核電站維護設備技術領域，具體公開了一種核電站控制棒螺桿超低頻震蕩退磁自潔裝置。針對現(xiàn)有技術中螺桿表面剩磁導致污物復吸率高、清洗效率低及停機時間長的問題，本裝置通過協(xié)同退磁與清潔機制實現(xiàn)高效維護。退磁裝置采用交變梯度磁場與機械震蕩協(xié)同作用，磁場衰減系數(shù)與震蕩振幅動態(tài)匹配，削弱污物磁吸附；超聲波清洗裝置與機械震蕩保持±效率。自適應控制模塊基于實時剩磁數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)頻21.核電站控制棒螺桿超低頻震蕩退磁自潔裝置，其特征在于，包括：腔體(10),所述腔體(10)內(nèi)同軸裝夾控制棒螺桿(20);超低頻震蕩退磁裝置(30),可升降的設置于腔體(10)內(nèi)，包括軸向震蕩模塊和梯度退磁線圈(31),所述軸向震蕩模塊產(chǎn)生0.1-1Hz、5-50μm的軸向機械震蕩，所述梯度退磁線圈(31)同軸嵌套于螺桿(20)外側(cè)，通入0.05-0.5Hz交變電流，生成軸向衰減的交變磁場，衰減超聲波清洗裝置(50),與超低頻震蕩退磁裝置(30)聯(lián)動升降設置，所述超聲波清洗裝置(50)包括沿螺桿(20)軸向分布的多個壓電換能器，工作頻率為20-40kHz,且與軸向機械震蕩模塊保持固定相位差±90°,通過剪切力協(xié)同剝離污物；磁力檢測裝置(60),包括環(huán)形霍爾傳感器陣列，用于實時檢測螺桿表面剩磁強度。2.根據(jù)權利要求1所述的核電站控制棒螺桿超低頻震蕩退磁自潔裝置，其特征在于，所述相位差±90°的協(xié)同作用使得超聲波清洗的剪切力峰值與機械震蕩的位移峰值交替作3.根據(jù)權利要求1所述的核電站控制棒螺桿超低頻震蕩退磁自潔裝置，其特征在于，所述交變磁場衰減系數(shù)與機械震蕩振幅滿足以下關系式：A=k·ea2;4.根據(jù)權利要求1-3任一項所述的核電站控制棒螺桿超低頻震蕩退磁自潔裝置，其特征在于，還包括驅(qū)動機構(gòu)(40),所述驅(qū)動機構(gòu)(40)內(nèi)置自適應控制模塊，用于：a.根據(jù)螺桿長度調(diào)節(jié)超低頻震蕩退磁裝置(30)和超聲波清洗裝置(50)的升降行程；b.基于磁力檢測裝置(60)的實時數(shù)據(jù)，動態(tài)匹配交變電流頻率與機械震蕩頻率，使二者比值恒定為1:1~1:5。5.根據(jù)權利要求4所述的核電站控制棒螺桿超低頻震蕩退磁自潔裝置，其特征在于，所述自適應控制模塊，基于霍爾傳感器的檢測數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)節(jié)參數(shù)：當剩磁強度>10高斯時，提升交變電流頻率并增加震蕩振幅；當剩磁強度≤10高斯時，啟動超聲波清洗裝置(50)作業(yè)。6.根據(jù)權利要求1所述的核電站控制棒螺桿超低頻震蕩退磁自潔裝置，其特征在于，所述梯度退磁線圈(31)外層包覆μ-metal高磁導率屏蔽層，磁場泄漏強度<1高斯。7.根據(jù)權利要求1或6所述的核電站控制棒螺桿超低頻震蕩退磁自潔裝置，其特征在于，所述軸向震蕩模塊和梯度退磁線圈(31)采用壓電陶瓷疊堆驅(qū)動器驅(qū)動，所述壓電陶瓷疊堆驅(qū)動器封裝于氮化硅陶瓷外殼內(nèi)，耐受溫度>300℃、輻射劑量>10^6Gy。8.根據(jù)權利要求5所述的核電站控制棒螺桿超低頻震蕩退磁自潔裝置，其特征在于，還包括高壓沖洗裝置(70),所述高壓沖洗裝置(70)與超聲波清洗裝置(50)聯(lián)動升降設置，用于沖洗螺桿表面的附著污物。9.根據(jù)權利要求8所述的核電站控制棒螺桿超低頻震蕩退磁自潔裝置，其特征在于，還包括污物回收系統(tǒng)(80),所述污物回收系統(tǒng)(80)包括：設置于腔體(10)底部的錐形收集倉(81),用于收集污物，底部連接深水泵(82);設置于腔體內(nèi)壁的濾網(wǎng)，用于防止污物從腔體外溢到外部水體。10.根據(jù)權利要求1所述的核電站控制棒螺桿超低頻震蕩退磁自潔裝置，其特征在于，所述腔體(10)的內(nèi)壁還設有電磁屏蔽層。3核電站控制棒螺桿超低頻震蕩退磁自潔裝置技術領域[0001]本申請屬于核電站維護設備技術領域，尤其是涉及核電站控制棒螺桿超低頻震蕩退磁自潔裝置。背景技術[0002]核電站控制棒螺桿長期處于水下運行環(huán)境，其表面易吸附氧化鐵顆粒、硼酸結(jié)晶及放射性塵埃。這些污物的堆積會導致螺桿摩擦系數(shù)增加30%-50%,引發(fā)控制棒卡滯事故。[0003]現(xiàn)有技術中，中國專利CN115213160A公開了一種核反應堆控制棒驅(qū)動機構(gòu)清洗裝置，采用單一超聲波清洗的技術方案，無法消除螺桿表面因長期磁化產(chǎn)生的剩磁。實驗表明，剩磁會使污物吸附力提升2-3倍，導致清洗后污物復吸率提高，導致螺桿需要頻繁清潔維護。此外，高頻震蕩退磁容易損傷螺桿，傳統(tǒng)人工清洗需停風險。發(fā)明內(nèi)容[0004]本發(fā)明要解決的技術問題是：為解決現(xiàn)有技術中的不足，從而提供核電站控制棒螺桿超低頻震蕩退磁自潔裝置，旨在至少解決上述技術問題之一。[0005]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：核電站控制棒螺桿超低頻震蕩退磁自潔裝置，包括：腔體，所述腔體內(nèi)同軸裝夾控制棒螺桿；超低頻震蕩退磁裝置，可升降的設置于腔體內(nèi)，包括軸向震蕩模塊和梯度退磁線圈，所述軸向震蕩模塊產(chǎn)生0.1-1Hz、5-50μm的軸向機械震蕩，所述梯度退磁線圈同軸嵌套于螺桿外側(cè)，通入0.05-0.5Hz交變電流，生成軸向衰減的交變磁場，衰減系數(shù)為0.1-0.5/超聲波清洗裝置，與超低頻震蕩退磁裝置聯(lián)動升降設置，所述超聲波清洗裝置包括沿螺桿軸向分布的多個壓電換能器，工作頻率為20-40kHz,且與軸向機械震蕩模塊保持固定相位差±90°,通過剪切力協(xié)同剝離污物；磁力檢測裝置，包括環(huán)形霍爾傳感器陣列，用于實時檢測螺桿表面剩磁強度。[0006]優(yōu)選地，本發(fā)明的核電站控制棒螺桿超低頻震蕩退磁自潔裝置，所述相位差±90°的協(xié)同作用使得超聲波清洗的剪切力峰值與機械震蕩的位移峰值交替作用，用于提升污物剝離效率。[0007]優(yōu)選地，本發(fā)明的核電站控制棒螺桿超低頻震蕩退磁自潔裝置，所述交變磁場衰減系數(shù)與機械震蕩振幅滿足以下關系式：A=k·e2;[0008]優(yōu)選地，本發(fā)明的核電站控制棒螺桿超低頻震蕩退磁自潔裝置，還包括驅(qū)動機構(gòu)，所述驅(qū)動機構(gòu)內(nèi)置自適應控制模塊，用于：a.根據(jù)螺桿長度調(diào)節(jié)超低頻震蕩退磁裝置和超聲波清洗裝置的升降行程；4b.基于磁力檢測裝置的實時數(shù)據(jù)，動態(tài)匹配交變電流頻率與機械震蕩頻率，使二者比值恒定為1:1~1:5。[0009]優(yōu)選地，本發(fā)明的核電站控制棒螺桿超低頻震蕩退磁自潔裝置，所述自適應控制模塊，基于霍爾傳感器的檢測數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)節(jié)參數(shù)：當剩磁強度>10高斯時，提升交變電流頻率并增加震蕩振幅；當剩磁強度≤10高斯時，啟動超聲波清洗裝置作業(yè)。[0010]優(yōu)選地，本發(fā)明的核電站控制棒螺桿超低頻震蕩退磁自潔裝置，所述梯度退磁線圈外層包覆μ-metal高磁導率屏蔽層，磁場泄漏強度<1高斯。[0011]優(yōu)選地，本發(fā)明的核電站控制棒螺桿超低頻震蕩退磁自潔裝置，所述軸向震蕩模塊和梯度退磁線圈采用壓電陶瓷疊堆驅(qū)動器驅(qū)動，所述壓電陶瓷疊堆驅(qū)動器封裝于氮化硅陶瓷外殼內(nèi)，耐受溫度>300℃、輻射劑量>10^6Gy。[0012]優(yōu)選地，本發(fā)明的核電站控制棒螺桿超低頻震蕩退磁自潔裝置，還包括高壓沖洗裝置，所述高壓沖洗裝置與超聲波清洗裝置聯(lián)動升降設置，用于沖洗螺桿表面的附著污物。[0013]優(yōu)選地，本發(fā)明的核電站控制棒螺桿超低頻震蕩退磁自潔裝置，還包括污物回收設置于腔體底部的錐形收集倉，用于收集污物，底部連接深水泵；設置于腔體內(nèi)壁的濾網(wǎng)，用于防止污物從腔體外溢到外部水體。[0014]優(yōu)選地，本發(fā)明的核電站控制棒螺桿超低頻震蕩退磁自潔裝置，所述腔體的內(nèi)壁還設有電磁屏蔽層。[0015]本發(fā)明的有益效果是：(1)退磁與高效清潔協(xié)同：通過超低頻震蕩與梯度退磁線圈的協(xié)同作用，并通過超聲波清洗與機械震蕩的相位差設計(±90°),使剪切力峰值與位移峰值交替作用，大幅提升(2)自適應節(jié)能模式：動態(tài)頻率匹配技術(R=1:1~1:5)使能耗降低30%-50%,同時避(4)環(huán)境友好設計：污物回收系統(tǒng)(深水泵+過濾網(wǎng))防止污染物外溢，符合安全標附圖說明[0016]下面結(jié)合附圖和實施例對本申請的技術方案進一步說明。[0017]圖1是本申請實施例1-3的裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本申請實施例1-3的裝置整體結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖3是本申請實施例1-3的腔體內(nèi)升降機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本申請實施例1-3的驅(qū)動機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本申請實施例1和2的動態(tài)頻率匹配控制流程圖；圖6是本申請實施例1和2在不同R值下的退磁速率與能耗曲線結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本申請實施例1和2的基于簡化的PID模型生成響應曲線示意圖；圖8是本申請實施例1和2的操作過程控制邏輯流程示意圖；5圖中的附圖標記為：腔體10,控制棒螺桿20,超低頻震蕩退磁裝置30,驅(qū)動機構(gòu)40,超聲波清洗裝置50,磁力檢測裝置60,高壓沖洗裝置70,污物回收系統(tǒng)80;導向軌11,升降架12,梯度退磁線圈31,傳動軸41,主動齒輪組42,從動齒輪組43,錐形收集倉81,深水泵82。具體實施方式[0018]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合?；诟綀D所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本申請和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明創(chuàng)造的描述中，除非另以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以通過具體情況理解上述術語在本申請中的具體含義。[0021]下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本申請的技術方案。[0022]本實施例提供一種核電站控制棒螺桿超低頻震蕩退磁自潔裝置，參照圖1-3,其結(jié)構(gòu)包括腔體10,由多節(jié)八角管材連接而成，設置有全通側(cè)門方便組裝和檢修腔體內(nèi)部設備，側(cè)門與腔體外壁之間鉸接設置有氣缸來驅(qū)動側(cè)門的開關，腔體10的內(nèi)壁設有耐高溫電磁屏蔽層和沿長度方向設置的導向軌11,導向軌11上滑動安裝有升降架12,升降架12由驅(qū)動機構(gòu)40驅(qū)動升降動作，升降架12上從上到下依次安裝有中空結(jié)構(gòu)的超低頻震蕩退磁裝置30、超聲波清洗裝置50和高壓沖洗裝置70,其中，磁力檢測裝置60包括環(huán)形霍爾傳感器陣列，用于實時檢測螺桿表面剩磁強度，磁力檢測裝置60安裝于超低頻震蕩退磁裝置30的軸孔內(nèi)壁；高壓沖洗裝置70設置四個環(huán)繞螺桿20外表面的高壓噴嘴，經(jīng)高壓泵供水來沖洗螺桿表面的附著污物，污物回收系統(tǒng)80包括設置于腔體10底部的錐形收集倉81,傾斜角≥45°,底部連接深水泵82用于吸附被剝離的污物；腔體內(nèi)壁的設置有濾網(wǎng)(圖中未畫出標號),網(wǎng)孔直徑0.5-1mm,用于防止污物從腔體外溢到外部水體。[0023]工作時，螺桿20從腔體頂部吊裝進入，依次穿過上述裝置的中心孔，并通過腔體內(nèi)上下兩個中心限位套同軸裝夾在腔體軸心處。[0024]優(yōu)選地，本實施例的核電站控制棒螺桿超低頻震蕩退磁自潔裝置，參照圖4,驅(qū)動機構(gòu)40包括分別設置于腔體10頂部兩側(cè)且傳動系數(shù)一樣的主動齒輪組42和從動齒輪組43,主動齒輪組42和從動齒輪組43之間設置有傳動軸41,用于兩組鏈輪傳動機構(gòu)同步動作，主6退磁線圈31通入0.05-0.5Hz超低頻交變電流以生成沿螺桿軸向按指數(shù)規(guī)律衰減的交變磁場，衰減系數(shù)為0.1-0.5/mm;軸向震蕩模塊和梯度退磁線圈31[0029]b.基于磁力檢測裝置60的霍爾傳感器檢測的實時數(shù)據(jù)，動態(tài)調(diào)整交變電流頻率7若Rcurrent<Rtarget→提高fm或降低fv。[0034]參數(shù)調(diào)整規(guī)則：比例項P:根據(jù)差值△R=Rtarget-Rcurrent線性調(diào)整頻率；積分項I:累計歷史差值，消除穩(wěn)態(tài)誤差；微分項D:預測變化趨勢，防止超調(diào)。[0035]該設計基于以下原理，磁場與機械能的協(xié)同效應，交變磁場負責消除剩磁，機械震蕩破壞污物附著，二者頻率的合理匹配可避免能量沖突，提升退磁效率。[0036]優(yōu)選地，本實施例的核電站控制棒螺桿超低頻震蕩退磁自潔裝置，超聲波清洗裝置50包括沿螺桿軸向分布的多個壓電換能器，工作頻率為20-40kHz,且與軸向機械震蕩模塊保持固定相位差±90°,通過剪切力協(xié)同剝離污物。[0037]具體地，當相位差+90°時：超聲波剪切力峰值超前機械位移峰值1/4周期；當相位差-90°時：超聲波剪切力峰值滯后機械位移峰值1/4周期。[0038]本裝置采用±90°相位差，使兩種力的作用時間錯開，避免能量相互抵消，同時形成交替沖擊。[0039]以機械震蕩頻率0.5Hz、周期T=2s和超聲波頻率30kHz為例：機械位移峰值階段(t=0.5s):螺桿位移達到+50μm,此時超聲波信號處于波谷(剪切力最小);機械震蕩的慣性力將污物“推離”基體表面，但未完全剝離。[0040]機械位移歸零階段(t=1.0s):超聲波剪切力達到峰值(約500N/cm2),空化氣泡在污物與基體間隙內(nèi)坍縮，產(chǎn)生局部高壓沖擊；此時污物已因機械震蕩處于松動狀態(tài)，超聲波沖擊力直接作用于污物底部，完成剝離。[0041]實驗表明，相位差協(xié)同作用可使單位時間內(nèi)作用在污物上的有效能量提升40%以上。例如：無相位差時：超聲波與機械震蕩同時達到峰值，部分能量相互抵消，污物剝離效率僅為65%;相位差±90°時：能量利用率最大化，污物剝離效率提升至95%。[0042]相位差協(xié)同作用的具體實施方式1.相位差的實現(xiàn)與控制配置硬件：信號發(fā)生器：采用高精度數(shù)字信號發(fā)生器，輸出兩路同步信號：路1:0.1-1Hz正弦波，驅(qū)動機械震蕩模塊；路2:20-40kHz方波(經(jīng)濾波后轉(zhuǎn)為正弦波),驅(qū)動超聲波換能器。[0043]相位鎖定電路：通過鎖相環(huán)(PLL)技術，確保兩路信號的相位差穩(wěn)定在±90°,誤差[0044]自適應控制模塊動態(tài)調(diào)整相位差方向，使得不同類型的污物都被能有效剝離。[0045]當采用-90°相位差，優(yōu)先利用機械震蕩破壞界面結(jié)合，硬質(zhì)污物(如氧化鐵顆粒)的剝離效果好；當采用+90°相位差，優(yōu)先發(fā)揮超聲波空化效應，軟質(zhì)污物(如硼酸結(jié)晶)的剝離效果好。[0046]2.剪切力與位移的量化分析(1)剪切力計算模型超聲波產(chǎn)生的剪切力(Fs)可近似表示為：Fs=p·C·U·A;其中：8p:液體密度(水為1000kg/m3);c:聲速(水為1500m/s);D:聲質(zhì)點振動速度(v=2πf·d,d為振幅);A:作用面積。u=2π×30000×5×10-?=0.9Fs=1000×1500×0.94×10-?(注：F的實際值因空化效應放大可達500N/cm2以上)(2)機械震蕩的應力貢獻機械震蕩產(chǎn)生的慣性力(Fm)為：Fm=m·a=m·(2πf)2·A[0048]其中：m:污物質(zhì)量(假設為1g);f:震蕩頻率0.5Hz;[0050]盡管Fm較小，但其周期性作用可顯著降低污物附著力。[0051]3.協(xié)同作用的實驗驗證(1)對比實驗設計對照組：僅使用超聲波清洗(30kHz),無機械震蕩；實驗組：超聲波清洗(30kHz)與機械震蕩(0.5Hz,50μm)協(xié)同，相位差±90°。[0052](2)實驗結(jié)果參照表1污物類型實驗組去除率效率提升氧化鐵顆粒(100μm)硼酸結(jié)晶(層狀)放射性塵埃(粘性)表1:不同污物的去除率效果對比(3)作用機制分析氧化鐵顆粒：機械震蕩優(yōu)先破壞顆粒與基體的機械嵌合，超聲波剪切力清除殘余碎片；硼酸結(jié)晶：超聲波空化效應滲透至結(jié)晶層間，機械震蕩加速層間剝離；放射性塵埃：相位差協(xié)同作用克服范德華力，防止塵埃復吸。[0053]需要注意的是，參照圖7,本裝置還包括地面接收控制單元和無線傳輸單元，無線傳輸單元將水下裝置的數(shù)據(jù)實時傳輸至地面，支持人工遠程調(diào)整參數(shù)(如強制切換退磁/清洗模式),基于磁力檢測裝置60的反饋數(shù)據(jù)，形成“檢測-決策-執(zhí)行-再檢測”閉環(huán)。[0054]下面將結(jié)合具體數(shù)據(jù)對本裝置的工作原理和操作流程作進一步地敘述。[0055]實施例1:本裝置的結(jié)構(gòu)及基礎操作流程。[0056]步驟1:裝置組裝與螺桿裝夾9[0057]控制棒螺桿20(以長度L=6m,直徑φ=80mm為例)通過吊裝裝置從頂部吊裝進入腔環(huán)形退磁線圈31通入0.1Hz交變電流，生成初始磁場強度為200高斯的交變磁場，[0059]軸向震蕩模塊以0.5Hz頻率驅(qū)動螺桿軸向位移(振幅A=30μm),機械震蕩與磁場衰[0066]清潔效率：污物去除率≥95%,復吸率<5%(傳統(tǒng)技術復吸率>30%)。節(jié)能效果：能耗較R=1:1模式降低40%,退磁速率保持1高斯/分鐘；穩(wěn)定性驗證：連續(xù)運行2小時，頻率波動<±0.01Hz。工作模式退磁速率(高斯/分鐘)污物剝離效率固定R=1:1固定R=1:5動態(tài)匹配(1:1~1:5)表2:動態(tài)頻率匹配模式與固定頻率模式效果驗證參照圖5,動態(tài)頻率匹配模式在保證退磁效率的同時，能耗降低30%~50%,且通過自適應調(diào)節(jié)避免機械過載，延長設備壽命。[0072]實施例3:與實施例1和2不同的是，在本實施例中，退磁階段，由驅(qū)動機構(gòu)帶動超低頻震蕩退磁裝置以R=1:1模式(或其它模式，根據(jù)螺桿維保周期和運行環(huán)境人工設定)對螺桿全長進行退磁(線圈從下面往上每分鐘6米-12米移動，邊移動邊退磁),