CN103032410B - 电磁自锁式气缸 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于核电站的气缸装置，具体涉及一种电磁自锁式气缸。该电磁自锁式气缸包括缸筒以及活塞杆，缸筒一端设有顶盖，另一端设有底盖，活塞杆一端从底盖穿出，活塞杆另一端设有限位块，顶盖中心开设有供限位块通过的第一通孔；顶盖外端面连接有支承壳，支承壳内部具有供限位块出入的空间；支承壳侧面设有电磁自锁装置以及供电磁自锁装置的自锁阀杆进出支承壳的第二通孔，限位块被推进至支承壳并经过第二通孔后，自锁阀杆前端弹入支承壳，卡挡限位块。本发明确保了气缸活塞在需要时始终保持在缸筒的一端，防止活塞发生意外下落，从而保证了气缸装置的安全运行，减少了事故的发生，进而提高了核电站的固有安全性。

Description

电磁自锁式气缸

技术领域

本发明涉及一种用于核电站的气缸装置，具体涉及一种电磁自锁式气缸。

背景技术

日本福岛核事故之后，核电的固有安全性（核反应堆在运行参数偏离正常时能依靠自然物理规律趋向安全状态的性能）受到了广泛的重视；而对于核电站的各类设备，也需考虑采用高固有安全性以及高可靠性设计。

我国在积极发展压水堆核电站的同时，也在积极开发具有第四代核电安全特征的球床模块式高温气冷堆核电站，高温气冷堆核电站具有固有安全性高、能够防止核扩散以及可产生高温工艺所需热量等优点。球床模块式高温气冷堆采用的燃料元件与压水堆核电站不同，表现在其为石墨基体的球形燃料元件。

球床高温气冷堆堆芯会排出的球形辐照核燃料元件，因此需要采用合适的装卸料机构将排出的辐照核燃料元件装入辐照核燃料贮罐内；具体为：装卸料机构将辐照核燃料装料管的管口降至可移动的辐照核燃料贮罐的罐口上方，然后将罐盖从罐口上提起；装料完毕后，将罐盖下落复位到罐口内；在上述过程中，实现罐盖升降操作的机构之一是气缸。

气缸主要可分为往复直线运动和往复摆动两类，需根据工作条件和要求选择合适的型式，普通的往复直线运动气缸主要由缸筒、端盖、活塞、活塞杆和密封件等组成；而传统的气缸活塞一般不具有自锁功能，一旦发生意外，易造成汽缸活塞的意外滑落，造成设备操作的失误和机械故障。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种用于核电站的电磁自锁式气缸，用于确保气缸活塞在需要时始终限制在缸筒的一端，而不会发生意外下落，从而保证气缸装置的安全运行，进而提高核电站的固有安全性。

（二）技术方案

本发明技术方案如下：

一种电磁自锁式气缸，包括缸筒以及活塞杆，所述缸筒一端设有顶盖，另一端设有底盖，所述活塞杆一端从所述底盖穿出，所述活塞杆另一端设有限位块，所述顶盖中心开设有供所述限位块通过的第一通孔；所述顶盖外端面连接有支承壳，所述支承壳内部具有供所述限位块出入的空间；所述支承壳侧面设有电磁自锁装置以及供所述电磁自锁装置的自锁阀杆进出支承壳的第二通孔；所述限位块被推进至所述支承壳并经过所述第二通孔后，所述自锁阀杆前端弹入所述支承壳，卡挡所述限位块。

优选的，所述顶盖以及底盖侧面均开设有气口。

优选的，所述限位块为套接在所述活塞杆端部的中空圆台。

优选的，所述限位块被卡挡后，所述活塞杆端部不接触所述支承壳。

优选的，所述电磁自锁装置还包括侧面绕有电磁线圈且一端固定在所述支承壳侧面的承压外壳；所述承压外壳另一端与静铁芯一端过盈连接；所述静铁芯另一端连接密封端壳；所述自锁阀杆后端与同轴设于所述承压外壳内部的动铁芯一端连接，所述动铁芯另一端通过弹簧与导向杆前端连接，所述导向杆后端固定在所述密封端壳内部，所述静铁芯上开设有供所述导向杆通过的第三通孔；电磁线圈通电，所述静铁芯吸引动铁芯压缩弹簧，自锁阀杆缩回；电磁线圈断电，所述弹簧将自锁阀杆弹出。

优选的，所述静铁芯外部套设有与所述电磁线圈连接的导磁板。

优选的，所述承压外壳通过连接法兰固定在所述支撑壳上。

优选的，所述电磁自锁装置还包括与所述线圈连接的信号发生器；所述信号发生器将所述动铁芯的位置信息发送至上位机。

优选的，所述电磁线圈连接远程控制单元，所述远程控制单元控制所述电磁线圈的通电以及断电。

优选的，所述电磁自锁装置还包括封装电磁自锁装置所有部件的外壳。

（三）有益效果

本发明的一种电磁自锁式气缸，通过在活塞杆顶部设置限位块，以及设置配合卡档所述限位块的电磁自锁装置，从而确保了气缸活塞在需要时始终保持在缸筒的一端，防止活塞发生意外下落，从而保证了气缸装置的安全运行，减少了事故的发生，进而提高了核电站的固有安全性。

附图说明

图1是本发明的一种电磁自锁式气缸的结构示意图；

图2是图1中电磁自锁式气缸的局部放大图。

图中，1：连接头；2：底盖；4：活塞杆；5：缸筒；6：活塞；8：外壳；9：支承壳；10：连接螺钉；11：顶盖；12：连接螺栓；13：密封圈；15：连接法兰；16：静铁芯；17：引线套；19：信号发生器；21：盖型螺母；22：密封端壳；23：固定支架；24：接线端子；25：导向杆；26：弹簧；27：导磁板；28：电磁线圈；29：动铁芯；30：承压外壳；31：自锁阀杆；32：限位螺母；33：限位块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对发明的具体实施方式做进一步描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例中以竖直设置的气缸为例进行说明。

如图1所示的一种电磁自锁式气缸，包括缸筒5、活塞杆4、限位块33、支承壳9以及电磁自锁装置等；其中，缸筒5固定在设备支架上，缸筒5上端设有顶盖11，下端设有底盖2，顶盖11以及底盖2侧面均开设有气口，可以通过设置在底盖2的气口在活塞6下部充入或者排出压缩空气，实现活塞6的上升和下降操作，亦可以通过设置在顶盖11上的气口在活塞6上部充入和排出压缩空气，实现活塞6的下降和上升操作；底盖2的中心开设有通孔，活塞杆4下端从底盖2穿出；活塞6通过紧固螺母牢固套接在活塞杆4上部，活塞杆4的底端设有连接头1，用于挂接其他装置，如辐照核燃料贮罐的罐盖抓取机构等；活塞杆4上端设有限位块33，顶盖11中心开设有供限位块33通过的第一通孔，限位块33可以为任意凸出活塞杆4的部件，本实施例中，限位块33为套接在活塞杆4顶部的中空圆台，在中空圆台的上方，活塞杆4顶端还紧固有限位螺母32，限制限位块33的滑动；支承壳9通过连接螺钉12固定在顶盖11上端面，支承壳9内部具有供限位块33出入的空间，支承壳9能够承受很大的拉力或者压力；支承壳9侧面设有电磁自锁装置以及供电磁自锁装置的自锁阀杆31进出支承壳9的第二通孔；限位块33被推进至支承壳9并经过第二通孔后，自锁阀杆31前端弹入支承壳9，插入限位块33的下方，卡挡住限位块33，阻止其向下运动。

其中，限位块33被卡挡后，活塞杆4顶部不接触支承壳9，即活塞杆4顶部距离支承壳9的顶部仍有一定的距离。

其中，活塞6的外圈套设有密封圈13，密封圈13可以减小活塞6上下腔室之间因压差引起的气体泄漏。

其中，电磁自锁装置还包括承压外壳30、静铁芯16、密封端壳22、动铁芯29、弹簧26、导向杆25、电磁线圈28等等；承压外壳30侧面绕有电磁线圈28且一端通过连接法兰15或者直接固定在支承壳9侧面，承压外壳30另一端与静铁芯16一端过盈连接，静铁芯16另一端连接密封端壳22，承压外壳30、静铁芯16和密封端壳22构成压力边界，压力边界内部可承受气缸内腔的高压，外部则处于环境压力下；静铁芯16外部套设有与电磁线圈28连接的导磁板27，导磁板27上开设有通孔，以穿过电磁线圈28的引线；自锁阀杆31后端与同轴设于承压外壳30内部的动铁芯一端连接，动铁芯另一端通过弹簧26与导向杆25前端连接，导向杆25后端固定在密封端壳22内部，静铁芯16上开设有供导向杆25通过的第三通孔；电磁线圈28通电，静铁芯16吸引动铁芯29压缩弹簧26，自锁阀杆31缩回；电磁线圈28断电，弹簧26将自锁阀杆31弹出。

其中，电磁自锁装置还包括与线圈连接的信号发生器19，信号发生器19的一端顶在导磁板27上，另一端则通过紧固螺母固定在密封端壳22上；信号发生器19将动铁芯29的位置信息通过接线端子24及信号线以及设置在外壳8端盖上的引线套17传送至上位机，用于供操作人员判断电磁自锁装置的运行状态；其中，接线端子24及其接线柱固定在固定支架23上，固定支架23则通过螺钉固定在导磁板27上；电磁线圈28与远程控制单元连接，通过远程控制单元控制电磁线圈28的通电以及断电，从而有效的降低操作人员的辐照剂量，保证了操作过程中的辐射防护。

其中，电磁自锁装置还包括封装电磁自锁装置所有部件的外壳8，外壳8的一端通过盖型螺母21固定在密封端壳22上，另一端顶在承压外壳30的连接法兰15上；外壳8主要起到固定和保护电磁线圈28以及信号发生器的作用。

实际操作中，上述的电磁自锁式气缸操作流程如下：

1、操作初始状态：

活塞6处于缸筒的底端，电磁线圈28断电，动铁芯29在弹簧26的作用下，带动自锁阀杆31插入支承壳9内。

2．将自锁阀杆从支承壳内缩回：

当需要将活塞6提升至上限位置时，首先给电磁线圈28通电，动铁芯29在电磁力作用下，压缩弹簧26，带动自锁阀杆31从支承壳9内缩回，信号发生器19将自锁阀杆31缩回的信号发送至上位机。

3．将活塞提升至次上限位置：

通过设置在底盖2上的气口为活塞6下腔室充入高压空气，活塞6在压力作用下向上行走至接近缸筒顶端的位置，同时，限位块33经过第二通孔。

4．将自锁阀杆插入支承壳内：

将电磁线圈28断电，动铁芯29在弹簧26的作用下，带动自锁阀杆31，将其插入支承壳9内，置于限位块33的下部，信号发生器19将自锁阀杆31弹出的信号发送至上位机；此时，即使活塞6下腔室失压，或是在活塞6上腔室充入高压空气，限位块33都会搁置在自锁阀杆31上，使活塞6保持在缸筒的顶部位置而不至于意外下落。

5．将活塞提升至上限位置：

当需要将活塞6下降至底部位置时，为了防止限位块33与自锁阀杆31的接触摩擦力过大，可以通过设置在底盖2上的气口为活塞6下腔室充入高压空气，活塞6在压力作用下向上行走至缸筒的顶端，使限位块33从自锁阀杆31上脱开。

6．将自锁阀杆从支承壳内缩回：

给电磁线圈28通电，动铁芯29在电磁力作用下，压缩弹簧26，带动自锁阀杆31从支承壳9内缩回，信号发生器19将自锁阀杆31缩回的信号发送至上位机。

7．将活塞下落至底部：

通过气缸顶进气口给气缸内的活塞6上腔室充入高压空气，活塞6在压力作用下向下行走至缸筒的底端。

8．将自锁阀杆插入支承壳内：

将电磁线圈28断电，动铁芯29在弹簧26的作用下，带动自锁阀杆31，将其插入支承壳9内，信号发生器19将自锁阀杆31缩回的信号发送至上位机，恢复至操作初始状态。

本发明的电磁自锁式气缸装置，具有以下优点：

1．本发明通过设置电磁自锁装置，保证气缸的活塞及其连接机构在需要时始终处于顶部位置，不会发生意外下落，保证了气缸的安全运行。

2．本发明采用断电自锁的设计，有效保证了气缸操作与运行的固有安全性以及可靠性。

3．本发明的电磁自锁式气缸可远程控制操作，能够有效的降低操作人员的辐照剂量，保证了操作过程中的辐射防护。

4．本发明的电磁自锁式气缸装置设有信号发生器，可将电磁驱动机构的自锁状态信号送至上位机，有助于操作人员在装置运行过程中进行正确判断。

本发明的电磁自锁式气缸不但可以用于高温堆核电站的辐照核燃料装卸料机上，确保辐照核燃料装卸料机的运行可靠性和安全性；而且，经过适当修改，亦可应用于其他核电站和普通工业的相关领域。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的保护范畴。

Claims (9)

1.一种电磁自锁式气缸，包括缸筒以及活塞杆，所述缸筒一端设有顶盖，另一端设有底盖，所述活塞杆一端从所述底盖穿出，其特征在于，所述活塞杆另一端设有限位块，所述顶盖中心开设有供所述限位块通过的第一通孔；所述顶盖外端面连接有支承壳，所述支承壳内部具有供所述限位块出入的空间；所述支承壳侧面设有电磁自锁装置以及供所述电磁自锁装置的自锁阀杆进出支承壳的第二通孔；所述限位块被推进至所述支承壳并经过所述第二通孔后，所述自锁阀杆前端弹入所述支承壳，卡挡所述限位块；

其中，所述顶盖以及底盖侧面均开设有气口。

2.根据权利要求1所述的电磁自锁式气缸，其特征在于，所述限位块为套接在所述活塞杆端部的中空圆台。

3.根据权利要求1所述的电磁自锁式气缸，其特征在于，所述限位块被卡挡后，所述活塞杆端部不接触所述支承壳。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的电磁自锁式气缸，其特征在于，所述电磁自锁装置还包括侧面绕有电磁线圈且一端固定在所述支承壳侧面的承压外壳；所述承压外壳另一端与静铁芯一端过盈连接；所述静铁芯另一端连接密封端壳；所述自锁阀杆后端与同轴设于所述承压外壳内部的动铁芯一端连接，所述动铁芯另一端通过弹簧与导向杆前端连接，所述导向杆后端固定在所述密封端壳内部，所述静铁芯上开设有供所述导向杆通过的第三通孔；电磁线圈通电，所述静铁芯吸引动铁芯压缩弹簧，自锁阀杆缩回；电磁线圈断电，所述弹簧将自锁阀杆弹出。

5.根据权利要求4所述的电磁自锁式气缸，其特征在于，所述静铁芯外部套设有与所述电磁线圈连接的导磁板。

6.根据权利要求4所述的电磁自锁式气缸，其特征在于，所述承压外壳通过连接法兰固定在所述支承壳上。

7.根据权利要求4所述的电磁自锁式气缸，其特征在于，所述电磁自锁装置还包括与所述电磁线圈连接的信号发生器；所述信号发生器将所述动铁芯的位置信息发送至上位机。

8.根据权利要求7所述的电磁自锁式气缸，其特征在于，所述电磁线圈连接远程控制单元，所述远程控制单元控制所述电磁线圈的通电以及断电。

9.根据权利要求5-8任意一项所述的电磁自锁式气缸，其特征在于，所述电磁自锁装置还包括封装电磁自锁装置所有部件的外壳。