CN106531235B - 一种原位运动的紧凑型反应性控制机构 - Google Patents

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Abstract

发明公开了一种反应性控制机构，包括驱动源、减速机构、电磁离合器、钩爪、回位弹簧、角位移测量机构、驱动轴、中子吸收部件和导向机构，所述驱动源采用超声波电机，连接所述减速机构；所述角位移测量机构设置在所述减速机构输出轴上；所述电磁离合器安装在所述减速机构的输出轴上，夹紧或释放所述驱动轴；所述中子吸收部件与所述驱动轴固定安装，当所述急停机构释放所述驱动轴，所述中子吸收部件与所述驱动轴同时在所述急停机构作用下回复到设定初始位置；所述导向机构固定安装所述中子吸收部件，所述中子吸收部件在运动过程中，所述导向装置进行低摩擦的导向。

Description

一种原位运动的紧凑型反应性控制机构
技术领域
本发明涉及核反应堆装备领域，具体涉及一种反应性控制机构。
背景技术
反应性控制机构是实现对反应性有效控制，以及反应堆安全运行的关键设备，一般采用提升或下插控制棒组件的方式实现反应性控制，在停堆事故工况下，释放控制棒组件，控制棒组件在重力作用下快速落入堆芯，实现紧急停堆。
针对第四代核能系统重要堆型之一液态重金属冷却反应堆，冷却剂密度高于控制棒组件的平均密度，难以直接实现控制棒组件在冷却剂中的快速下落及稳定自立。为解决高密度冷却剂带来的技术难题，目前主要有进行控制棒组件配重和浮力驱动上浮2种控制方式。例如，欧洲ALFRED铅冷快堆设计方案中，提出采用电机和浮力驱动的控制方式：针对电机驱动方案，对控制棒组件进行钨配重，以确保控制棒组件能够迅速落入堆芯活性区；针对浮力驱动方式，使控制棒组件在自身浮力作用下从堆芯底部向上驱动插入活性区。
控制棒组件配重和浮力驱动上浮2种设计方案均存在一定的问题。对于前者，控制棒组件浸没在冷却剂中，为确保控制棒组件能够在自身重力作用下快速落入堆芯，那么控制棒组件的平均密度需远大于冷却剂，所需配重材料用量大，对反应性控制机构的驱动荷载提出了更高的要求。对于后者，必须预留出组件上浮的空间，增加了反应堆主容器高度及相应的工程造价，同时难以检测上浮过程中的棒位。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种紧凑型反应性控制机构，能够在液态重金属冷却剂中实现反应性的原位动作控制，能够避免控制棒因冷却剂高密度带来的高浮力而难以落棒，同时可以实现反应性控制机构的小型化，扩大了适用范围。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
一种原位运动的紧凑型反应性控制机构，包括驱动源、减速机构、电磁离合器、钩爪、回位弹簧、角位移测量机构、驱动轴、中子吸收部件和导向机构；
所述驱动源固定设置在核装置外部或内部，驱动源通过所述减速机构带动所述驱动轴旋转，所述驱动轴与所述中子吸收部件固定连接，所述中子吸收部件原位转动；
所述电磁离合器安装在减速机构的输出轴上；
所述角位移测量机构设置在所述回位弹簧和中子吸收体部件之间的驱动轴上，用于测量驱动轴和中子吸收部件的转动角度及角速度。
本发明还存在以下特征：
所述中子吸收部件包括反射体层、中子吸收体层以及包壳，所述中子吸收部件初始位置位于堆芯反应性最低的位置，根据反应性控制要求转动相应角度，控制堆芯反应性。
所述电磁离合器得电，驱动所述钩爪夹紧驱动轴，实现所述驱动源对所述驱动轴的转动，所述回位弹簧拉伸；所述电磁离合器失电，所述钩爪释放驱动轴，所述中子吸收部件在回位弹簧回复力的作用下回到反应性最低的位置以实现紧急停堆。
所述导向机构固定安装所述中子吸收部件，所述中子吸收部件在运动过程中，所述导向机构进行低摩擦的导向。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：本发明采用中子吸收部件原位转动的方式，与现有的ALFRED等堆型配重下落设计方案相比，结构简单，高度可以相应降低，且无需配重，即可通过弹簧回弹力作用而实现停堆，更容易满足停堆时间要求，同时可以通过角位移测量机构精确读取正常运动及急停过程中的棒位转动角度、角速度等，确保反应性控制安全。本发明工作原理简单，结构简洁，工作可靠性高。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明原位运动的紧凑型反应性控制机构结构图。
其中，1为驱动源；2为减速机构；3为电磁离合器；4为钩爪传；5为回位弹簧；6为角位移测量机构；7为驱动轴；8为中子吸收部件；9为导向机构。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参照图1，对本发明的结构特征详述如下：
一种原位运动的紧凑型反应性控制机构，包括驱动源1、减速机构2、电磁离合器3、钩爪4、回位弹簧5、角位移测量机构6、驱动轴7、中子吸收部件8和导向机构9；
所述驱动源1固定设置在核装置外部或内部，驱动源1通过所述减速机构2带动所述驱动轴7旋转，所述驱动轴7与所述中子吸收部件8固定连接，所述中子吸收部件(8)原位转动；
所述电磁离合器3安装在减速机构2的输出轴上；
所述角位移测量机构6设置在所述回位弹簧5和中子吸收体部件8之间的驱动轴7上，用于测量驱动轴7和中子吸收部件8的转动角度及角速度。
所述中子吸收部件8包括反射体层、中子吸收体层以及包壳，所述中子吸收部件8初始位置位于堆芯反应性最低的位置，根据反应性控制要求转动相应角度，控制堆芯反应性。
所述电磁离合器3得电，驱动所述钩爪4夹紧驱动轴7，实现所述驱动源1对所述驱动轴7的转动，所述回位弹簧5拉伸；所述电磁离合器3失电，所述钩爪4释放驱动轴7，所述中子吸收部件8在回位弹簧5回复力的作用下回到反应性最低的位置以实现紧急停堆。
所述导向机构9固定安装所述中子吸收部件8，所述中子吸收部件8在运动过程中，所述导向机构9进行低摩擦的导向。
驱动源1采用但不限于超声波电机，具有高转矩低转速，速度控制精度高等突出优点，可以精准控制驱动轴7及中子吸收部件8的转动角速度及角位移，实现反应性精准控制；驱动源1连接减速机构2，电磁离合器3安装在减速机构2的输出轴上，在正常运动情况下，电磁离合器3得电，驱动钩爪4夹紧驱动轴7及中子吸收部件8，由驱动源带动转动，同时回位弹簧5采用蜗卷弹簧，从零位开始拉伸直至停止转动；在紧急停堆工况下，电磁离合器3失电，驱动钩爪4脱开驱动轴7及中子吸收部件8，在回位弹簧5回弹力作用下迅速回到堆芯反应性价值最低的位置，以实现停堆；角位移测量机构6设置在回位弹簧5和中子吸收体部件8之间的驱动轴上，测量驱动轴7和中子吸收部件8的转动角度及角速度；中子吸收部件8包括反射体、中子吸收体、包壳，通过中子吸收部件8的转动，改变中子吸收体在堆芯中的角度位置，从而调节反应性大小，及实现停堆；导向机构9为中子吸收部件8提供低摩擦导向，以降低中子吸收部件在正常转动及回位过程中受到的摩擦阻力，提高运动可靠性。
下面详细介绍本发明的工作过程。
控制棒驱动机构的工作状态分为正常工作状态、回位停堆状态。
正常工作状态：电磁离合器3得电，驱动钩爪4夹紧驱动轴7及中子吸收部件8，根据反应性控制要求，由驱动源1通过减速机构2带动转动，同时回位弹簧5从零位开始拉伸直至停止转动，转动角位移及角速度由角位移测量机构6读取；导向机构9为中子吸收部件8提供低摩擦导向，以降低中子吸收部件在正常转动中受到的摩擦阻力；
在回位停堆状态下，电磁离合器3失电，驱动钩爪4脱开驱动轴7及中子吸收部件8，在回位弹簧5回弹力作用下迅速回到堆芯反应性价值最低的位置，以实现停堆，落棒过程中的角位移及角速度由角位移测量机构6读取；
本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种原位运动的紧凑型反应性控制机构，其特征在于：包括驱动源(1)、减速机构(2)、电磁离合器(3)、钩爪(4)、回位弹簧(5)、角位移测量机构(6)、驱动轴(7)、中子吸收部件(8)和导向机构(9)；
所述驱动源(1)固定设置在核装置外部或内部，驱动源(1)通过所述减速机构(2)带动所述驱动轴(7)旋转，所述驱动轴(7)与所述中子吸收部件(8)固定连接，所述中子吸收部件(8)原位转动；
所述电磁离合器(3)安装在减速机构(2)的输出轴上；
所述角位移测量机构(6)设置在所述回位弹簧(5)和中子吸收体部件(8)之间的驱动轴(7)上，用于测量驱动轴(7)和中子吸收部件(8)的转动角度及角速度；
所述电磁离合器(3)得电，驱动所述钩爪(4)夹紧驱动轴(7)，实现所述驱动源(1)对所述驱动轴(7)的转动，所述回位弹簧(5)拉伸；所述电磁离合器(3)失电，所述钩爪(4)释放驱动轴(7)，所述中子吸收部件(8)在回位弹簧(5)回复力的作用下回到反应性最低的位置以实现紧急停堆。
2.根据权利要求1所述的原位运动的紧凑型反应性控制机构，其特征在于：所述中子吸收部件(8)包括反射体层、中子吸收体层以及包壳，所述中子吸收部件(8)初始位置位于堆芯反应性最低的位置，根据反应性控制要求转动相应角度，控制堆芯反应性。
3.根据权利要求1所述的原位运动的紧凑型反应性控制机构，其特征在于：所述导向机构(9)固定安装所述中子吸收部件(8)，所述中子吸收部件(8)在运动过程中，所述导向机构(9)进行低摩擦的导向。
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