CN108335761A - 一种核反应堆控制棒驱动机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种核反应堆控制棒驱动机构，包括：开裂转子、丝杆、多个滚轮组件、位置指示器组件、两个轴承、电机外壳、电机定子、弹簧组件；所述多组滚轮中滚轮外圈的外壁上设置有螺纹，螺纹牙型为凸圆弧齿形；所述丝杆外壁上设置有螺纹，是直面三角形螺纹、凹面圆弧三角齿形螺纹或梯形螺纹中的任意一种，所述滚轮外圈外壁上的螺纹与所述丝杆外壁上的螺纹啮合，多个滚轮组设置在开裂转子轴端，随开裂转子转动而旋转，丝杆作直线运动。本发明提供的核反应堆控制棒驱动机构能够克服开裂转子磁阻马达型控制棒驱动机构的结构缺陷，提高控制棒驱动机构的寿命至五倍以上，增强可靠性。

Description

一种核反应堆控制棒驱动机构

技术领域

本发明属于核机械技术领域，具体而言，涉及一种核反应堆控制棒驱动机构。

背景技术

控制棒驱动机构是核反应堆中的关键设备，能够按照反应堆控制和保护系统的指令，完成反应堆的启动、功率调节、保持功率、正常停堆和事故停堆等功能。目前，国际上压水型反应堆中普遍采用的是磁力提升型和开裂转子磁阻马达型等基于电磁原理的控制棒驱动机构。开裂转子磁阻马达型控制棒驱动机构多用于船舶平台等装备。

目前，船舶平台核反应堆控制棒驱动机构普遍都存在以下问题：寿命短、可靠性低。以上存在的问题影响船舶平台核堆的可靠性。

发明内容

本发明目的是提供一种核反应堆控制棒驱动机构，技术方案如下：

一种核反应堆控制棒驱动机构，包括：

开裂转子、丝杆、多个滚轮组件、位置指示器组件、两个轴承、电机外壳、电机定子、弹簧组件；其中：

所述滚轮组件包括滚轮外圈、两个挡环、两组钢球和支撑轴；

所述弹簧组件包括弹簧上支撑、弹簧和弹簧下支撑；

所述开裂转子为空心结构，多个滚轮组件固定安装在开裂转子一端的方形凹形槽内，丝杆设置在电机开裂转子内，多个滚轮组件环绕着丝杆均匀布置，丝杆外壁上的螺纹与滚轮组件中的滚轮外圈外壁上的螺纹啮合；开裂转子由两个轴承支撑固定在电机定子内，开裂转子和电机定子整体固定设置在电机外壳内；位置指示器组件轴向固定在电机外壳上用于反馈丝杆带动载荷的位移位置；弹簧组件中弹簧设置在弹簧上支撑和弹簧下支撑之间，弹簧上支撑轴向固定安装在电机外壳上，弹簧下支撑与丝杆相连，弹簧随着丝杆的上下直线运动而压缩和伸张。

优选的，所述滚轮外圈内壁两端均设置有圆弧形滚道，所述滚轮外圈的外壁上设置有螺纹，螺纹牙型为凸圆弧齿形，具有螺旋升角或无螺旋升角；所述挡环一侧设置有圆弧形滚道，两个挡环的圆弧形滚道分别与滚轮外圈内壁两端的圆弧形滚道配合形成两个环形空间，两组钢球分别位于所述两个环形空间内；所述支撑轴贯穿所述两个挡环的光孔。

优选的，所述滚轮外圈的外壁上的螺纹牙型的两圆弧面中径点切线夹角的范围是30度至150度。

优选的，所述滚轮外圈的外壁上的螺纹牙型的两圆弧面中径点切线夹角优选90度。

优选的，所述开裂转子一端在圆周方向均匀设置有至少四个方形凹槽，所述方形凹槽垂直于转子轴线的两个对称内壁上均设置有支撑孔，所述滚轮组件设置在方形凹槽内，所述支撑轴穿过挡环，两端插入支撑孔内。

优选的，所述丝杆外壁设置有螺纹，是直面三角形螺纹、凹面圆弧三角齿形螺纹或梯形螺纹中的任意一种，其中，所述梯形螺纹是经过在齿顶和齿根干涉部位修形消除干涉的梯形螺纹。

优选的，所述丝杆的螺纹牙型截面的轮廓为凹面圆弧形轮廓，两圆弧面中径点切线夹角的范围是30度至150度，优选90度。

本发明提供的核反应堆控制棒驱动机构能够克服开裂转子磁阻马达型控制棒驱动机构的结构缺陷，可大幅度提高控制棒驱动机构的寿命至五倍以上，增强可靠性。

附图说明

图1为本发明提供的用于核反应堆控制棒驱动机构的圆弧牙型螺纹滚轮丝杠副的示意图。

图2为本发明提供的滚轮组件A的结构放大示意图。

图3为本发明圆弧牙型螺纹滚轮外壁凸圆弧形螺纹与配对丝杆啮合的截面放大图。

图4是本发明一种核反应堆控制棒驱动机构的结构示意图。

其中，附图标记如下：

1-左侧挡环；2-左侧钢球；3-滚轮外圈；4-右侧钢球；5-右侧挡环；6-支撑轴；7-开裂转子；8-丝杆；9-位置指示器组件；10-第一轴承；11-电机外壳；12-电机定子；13-第二轴承；14-弹簧上支撑；15-弹簧；16-弹簧下支撑。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例

如图1和4所示，本发明新型核动力提升装置，主要是包括多个滚轮组件(包括左侧挡环1、左侧钢球2、滚轮外圈3、右侧钢球4、右侧挡环5、支撑轴6)、开裂转子7、丝杆8、位置指示器组件9；第一轴承10；电机外壳11；电机定子12；第二轴承13；弹簧上支撑14；弹簧15；弹簧下支撑16。

多个滚轮组件整体安装在开裂转子7轴端的方形凹槽内，支撑轴6设置在开裂转子7上的支撑孔内。丝杆8设置在开裂转子7内，多个滚轮组件围绕着丝杆8圆周方向均匀设置，滚轮外圈3外壁上的螺纹与丝杆8外壁上的螺纹啮合，丝杆8直接连接负载，多组滚轮每旋转一圈，丝杆8将作一个导程的直线运动，达到将直接联接在丝杆8上的负载送到指定点的目的。。位置指示器组件9轴向固定在电机外壳11上，通过传感器将丝杠8带动负载的位移位置反馈给控制系统。开裂转子7由两个轴承10和13固定安装在电机定子12内。弹簧组件中弹簧15设置在弹簧上支撑14和弹簧下支撑16之间，弹簧上支撑14轴向固定安装在电机外壳11上，弹簧下支撑6与丝杆8相连，随着丝杆的上下运动而压缩、伸张。

如图2所示，滚轮外圈3内壁两端均设置有圆弧形滚道，滚轮外圈3的外壁上设置有螺纹。如图3中所示，螺纹牙型为凸圆弧齿形，可以理解的是滚轮外圈3的外壁上的螺纹可以具有螺旋升角或无螺旋升角。螺纹牙型的两圆弧面中径点切线夹角的范围是30度至150度，优选90度。左侧挡环1和右侧挡环5的一侧均设置有圆弧形滚道，两个挡环的圆弧形滚道分别与滚轮外圈3内壁两端的圆弧形滚道配合形成两个环形空间，两组钢球分别位于上述两个环形空间内。用于核堆控制棒驱动机构的圆弧牙型螺纹滚轮结构中的支撑轴6贯穿左侧挡环1和右侧挡环5的光孔。钢球的外圆与滚轮外圈内壁上的两个圆弧形滚道以及两个挡环上的圆弧形滚道接触，两组钢球支撑滚轮结构旋转，支撑轴6贯穿两个挡环的光孔支撑整个滚轮组件。

本发明提供的核反应堆控制棒驱动机构的工作过程如下：

1、反应堆的启动：

反应堆启动时，电机通电，电机开裂转子7闭合，开裂转子7在电机定子12内旋转，带动滚轮组件围绕丝件8旋转，滚轮组件中的滚轮外圈3外壁上的螺纹与丝杆8外壁上的螺纹啮合，带动滚轮外圈3旋转，同时带动丝杠8作上升直线运动，弹簧组件中的弹簧15随丝杠8在有效行程内压缩储能，丝杠8中的丝杠带动载荷上升；位置指示器组件9即时反馈丝杆8所带负载的位移位置。

2、功率调节：

电机通电，电机开裂转子7闭合，开裂转子7在电机定子12内旋转，带动滚轮组件围绕丝件8旋转，滚轮组件中的滚轮外圈3外壁上的螺纹与丝杆8外壁上的螺纹啮合，带动滚轮外圈3旋转，同时带动丝杆8作上升、下降直线运动，从而带动载荷上升、下降到指定点的位置，弹簧组件中的弹簧15随丝杠8在有效行程内压缩、伸张储能。位置指示器组件9即时反馈丝杆8所带负载的位移位置。

3、保持功率：

电机通电，电机开裂转子7闭合，开裂转子7在电机定子组12内旋转，带动滚轮组件围绕丝件8旋转，滚轮组件中的滚轮外圈3外壁上的螺纹与丝杆8外壁上的螺纹啮合，带动滚轮外圈3旋转，同时带动丝杆8作上升、下降直线运动，从而带动载荷上升、下降到指定点的位置。当丝杆8带动载荷到指定位置，电机通电制动，电机开裂转子7仍处于闭合状态，电机开裂转子7不旋转，滚轮组件也停止旋转，丝杠8带动载荷处于指定位置，此时弹簧组件中的弹簧15在指定位置压缩储能。位置指示器组件9即时反馈丝杆8所带负载的位移位置。

4、正常停堆：

正常停堆时，电机开裂转子7闭合，开裂转子7在电机定子组12内旋转，带动滚轮组件围绕丝件8旋转，滚轮组件中的滚轮外圈3外壁上的螺纹与丝杆8外壁上的螺纹啮合，带动滚轮外圈3旋转，同时带动丝杆8作下降直线运动，弹簧组件中的弹簧15随丝杠8在有效行程内伸张，丝杠8带动载荷下降到正常停堆位置。位置指示器组件9即时反馈丝杆8所带负载的位移位置。

5、事故停堆：

当出现事故须紧急停堆时，电机断电，电机开裂转子7分开，在电机定子12内不旋转，电机开裂转子7分开，带动滚轮组件中的滚轮外圈3与丝杠8分开不啮合，丝杠8随弹簧组件中弹簧15压缩时储存的能量迅速伸张下降，从而达到快速落棒的目的。位置指示器组件9即时反馈丝杆8所带负载的位移位置。

本发明的构思大幅度提高控制棒驱动机构的寿命和可靠性，紧急落棒后能保持原有精度和结构不变，能迅速恢复工作，应用于核潜艇核反应堆控制棒驱动机构。

以上例子结合附图本发明的实施方式做了说明。尽管只对本发明的一些具体实施方式和技术要点做出了描述，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明的宗旨前提下做出各种变化。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (8)

1.一种核反应堆控制棒驱动机构，其特征在于，包括：

开裂转子、丝杆、多个滚轮组件、位置指示器组件、两个轴承、电机外壳、电机定子、弹簧组件；其中：

所述滚轮组件包括滚轮外圈、两个挡环、两组钢球和支撑轴；

所述弹簧组件包括弹簧上支撑、弹簧和弹簧下支撑；

所述开裂转子为空心结构，多个滚轮组件固定安装在开裂转子一端的方形凹形槽内，丝杆设置在电机开裂转子内，多个滚轮组件环绕着丝杆均匀布置，丝杆外壁上的螺纹与滚轮组件中的滚轮外圈外壁上的螺纹啮合；开裂转子由两个轴承支撑固定在电机定子内，开裂转子和电机定子整体固定设置在电机外壳内；位置指示器组件轴向固定在电机外壳上用于反馈丝杆带动载荷的位移位置；弹簧组件中弹簧设置在弹簧上支撑和弹簧下支撑之间，弹簧上支撑轴向固定安装在电机外壳上，弹簧下支撑与丝杆相连，弹簧随着丝杆的上下直线运动而压缩和伸张。

2.根据权利要求1所述的核反应堆控制棒驱动机构，其特征在于，所述滚轮外圈内壁两端均设置有圆弧形滚道，所述滚轮外圈的外壁上设置有螺纹，螺纹牙型为凸圆弧齿形，具有螺旋升角或无螺旋升角；所述挡环一侧设置有圆弧形滚道，两个挡环的圆弧形滚道分别与滚轮外圈内壁两端的圆弧形滚道配合形成两个环形空间，两组钢球分别位于所述两个环形空间内；所述支撑轴贯穿所述两个挡环的光孔。

3.根据权利要求2所述的核反应堆控制棒驱动机构，其特征在于，所述滚轮外圈的外壁上的螺纹牙型的两圆弧面中径点切线夹角的范围是30度至150度。

4.根据权利要求3所述的核反应堆控制棒驱动机构，其特征在于，所述滚轮外圈的外壁上的螺纹牙型的两圆弧面中径点切线夹角为90度。

5.根据权利要求4所述的核反应堆控制棒驱动机构，其特征在于，所述开裂转子一端在圆周方向均匀设置有至少四个方形凹槽，所述方形凹槽垂直于转子轴线的两个对称内壁上均设置有支撑孔，所述滚轮组件设置在方形凹槽内，所述支撑轴穿过挡环，两端插入支撑孔内。

6.根据权利要求5所述的核反应堆控制棒驱动机构，其特征在于，所述丝杆外壁设置有螺纹，是直面三角形螺纹、凹面圆弧三角齿形螺纹或梯形螺纹中的任意一种，其中，所述梯形螺纹是经过在齿顶和齿根干涉部位修形消除干涉的梯形螺纹。

7.根据权利要求6所述的核反应堆控制棒驱动机构，其特征在于，所述丝杆外壁上的螺纹牙型截面轮廓为凹面圆弧轮廓，两圆弧面中径点切线夹角的范围是30度至150度。

8.根据权利要求7所述的核反应堆控制棒驱动机构，其特征在于，所述丝杆外壁上的螺纹牙型的两圆弧面中径点切线夹角为90度。