CN111997957B - 水压缸及控制棒水压驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核反应堆领域，提供了一种水压缸及控制棒水压驱动系统。该水压缸包括外套缸和内套缸，外套缸的内腔包括上腔以及与上腔连通的下腔，上腔与下腔之间形成有台阶面，台阶面上开设有水压环槽，外套缸的侧壁开设有与水压环槽连通的进水通道；内套缸包括位于上腔内的上套以及位于下腔内的下套，上套和下套的外侧壁均开设有第一环槽，第一环槽内沿其径向由内至外依次设置有弹性支撑环和活塞环组件，弹性支撑环用于驱动活塞环组件部分伸出第一环槽，以使活塞环组件与外套缸的内壁滑动密封配合。该控制棒水压驱动系统包括水压缸。本发明利用弹性支撑环可实现对内套缸的悬浮支撑，避免内套缸与外套缸之间直接接触摩擦，延长了水压缸的使用寿命。

Description

水压缸及控制棒水压驱动系统

技术领域

本发明涉及核反应堆技术领域，尤其涉及一种水压缸及控制棒水压驱动系统。

背景技术

目前，核反应堆控制棒水压驱动系统通常利用提升水压缸、传递水压缸和夹持水压缸相互协作来实现控制棒的步升、步降和落棒功能。在实现上述功能时，提升水压缸、传递水压缸或夹持水压缸的内套缸相对外套缸滑动。为了保证密封性，内套缸的外壁通常安装有橡胶密封圈。而核反应堆控制棒水压驱动系统的工作环境属于高温、高压和辐照环境，橡胶密封圈不仅极易老化变形，而且无法支撑内套缸，导致内套缸与外套缸发生直接接触摩擦，从而缩短了内套缸和外套缸的使用寿命。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种密封性好、使用寿命长的水压缸，以利用弹性支撑环实现对内套缸的悬浮支撑，避免内套缸与外套缸发生摩擦。

本发明还提出一种控制棒水压驱动系统。

根据本发明第一方面实施例的水压缸，包括外套缸和内套缸，所述外套缸的内腔包括上腔以及与所述上腔连通的下腔，所述上腔与所述下腔之间形成有台阶面，所述台阶面上开设有水压环槽，所述外套缸的侧壁开设有与所述水压环槽连通的进水通道；所述内套缸包括位于所述上腔内的上套以及位于所述下腔内的下套，所述上套和所述下套的外侧壁均开设有第一环槽，所述第一环槽内沿其径向由内至外依次设置有弹性支撑环和活塞环组件，所述弹性支撑环用于驱动所述活塞环组件部分伸出所述第一环槽，以使所述活塞环组件与所述外套缸的内壁滑动密封配合。

根据本发明实施例的水压缸，可利用弹性支撑环实现对内套缸的悬浮支撑，在内套缸相对外套缸向上或向下移动的过程中，内套缸与外套缸之间不会直接接触摩擦，内套缸借助活塞环组件与外套缸滑动密封配合，进而延长了内套缸和外套缸的使用寿命。

另外，根据本发明实施例的水压缸，还可以具有如下附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述活塞环组件包括多个沿所述第一环槽的轴向依次设置的动活塞环，相邻两个所述动活塞环的环口错开设置。

根据本发明的一个实施例，所述外套缸的内壁以及所述动活塞环朝向所述外套缸的内壁的一侧均形成有耐磨层。

根据本发明的一个实施例，所述耐磨层为无氢的DLC-CrC涂层或含氢的DLC-WC+TiN涂层，所述弹性支撑环和/或所述活塞环组件的材质为GH4169。

根据本发明的一个实施例，所述弹性支撑环是由波浪形金属带围设而成的环状结构，所述弹性支撑环的两端之间存在间隙，所述弹性支撑环的波峰抵触在所述活塞环组件朝向所述弹性支撑环的一侧，所述弹性支撑环的波谷抵触在所述第一环槽的槽底。

根据本发明的一个实施例，所述上套的所述第一环槽的下方设有上迷宫槽，所述下套的第一环槽的上方设有下迷宫槽。

根据本发明的一个实施例，还包括设于所述上套上方且固定于所述上腔内的封堵件，所述封堵件纵向贯穿开设有穿装孔，所述穿装孔与所述内套缸的内腔连通，所述封堵件的外侧壁开设有第二环槽，所述第二环槽内嵌设有静活塞环。

根据本发明的一个实施例，所述外套缸的外侧壁形成有用于安装螺钉的第一螺纹孔，所述封堵件的外侧壁形成有与所述第一螺纹孔同轴且连通的第二螺纹孔。

根据本发明的一个实施例，所述螺钉为沉头螺钉，所述外套缸的外侧壁还形成有与所述第一螺纹孔平行且连通的防松孔，所述防松孔内插设有防松杆；所述防松杆包括圆柱段以及沿所述圆柱段的轴向延伸的半圆柱段，所述沉头螺钉的头部抵设在所述圆柱段与所述半圆柱段之间的台阶面上，所述半圆柱段伸出所述头部的部分折弯并嵌入所述头部的一字槽内。

根据本发明第二方面实施例的控制棒水压驱动系统，包括控制棒以及上述所述的水压缸，所述控制棒插设在所述内套缸中。

本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

本发明中的水压缸通过在第一环槽内由内至外依次设置弹性支撑环和活塞环组件，被压缩的弹性支撑环就会对活塞环组件施加向外的推力，进而使得活塞环组件部分伸出第一环槽。由于活塞环组件适用于高温、高压和辐照环境，不易老化变形，能够对内套缸形成长期有效支撑，因此弹性支撑环借助活塞环组件便可实现对内套缸的悬浮支撑。由此，在内套缸相对外套缸向上或向下移动的过程中，内套缸与外套缸之间不会直接接触摩擦，内套缸借助活塞环组件与外套缸滑动密封配合，进而延长了内套缸和外套缸的使用寿命。

本发明中的控制棒水压驱动系统通过采用上述水压缸，就可利用弹性支撑环实现对内套缸的悬浮支撑，避免内套缸相对外套缸向上或向下移动的过程中内套缸与外套缸直接接触摩擦，使得内套缸能够借助活塞环组件与外套缸滑动密封配合，进而延长了内套缸和外套缸的使用寿命，从而延长了整个系统的寿命。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图进行简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种水压缸的剖视示意图；

图2是图1在A处的放大图；

图3是图1在B处的放大图；

图4是本发明实施例提供的外套缸的剖视示意图；

图5是图4在C处的放大图；

图6是本发明实施例提供的防松杆的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的活塞环组件的结构示意图

图8是本发明实施例提供的弹性支撑环的结构示意图。

附图标记：

100、外套缸；110、上腔；120、下腔；130、进水通道；

140、水压环槽；150、第一螺纹孔；151、沉头孔；152、螺纹孔；

160、防松孔；161、圆柱孔；162、半圆柱孔；200、内套缸；

210、上套；211、上迷宫槽；220、下套；221、下迷宫槽；

230、第一环槽；300、弹性支撑环；301、间隙；

400、活塞环组件；410、动活塞环；411、环口；500、封堵件；

600、静活塞环；700、螺钉；710、一字槽；800、防松杆；

810、圆柱段；820、半圆柱段。

具体实施方式

为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

结合图1、图2和图4所示，本发明实施例提供了一种水压缸，该水压缸包括外套缸100和内套缸200，外套缸100的内腔包括上腔110以及与上腔110连通的下腔120，上腔110与下腔120之间形成有台阶面，台阶面上开设有水压环槽140，外套缸100的侧壁开设有与水压环槽140连通的进水通道130；内套缸200包括位于上腔110内的上套210以及位于下腔120内的下套220，上套210和下套220的外侧壁均开设有第一环槽230，第一环槽230内沿其径向由内至外依次设置有弹性支撑环300和活塞环组件400，弹性支撑环300用于驱动活塞环组件400部分伸出第一环槽230，以使活塞环组件400与外套缸100的内壁滑动密封配合。

需要说明的是，上述台阶面可以通过多种方式形成，例如，如图4所示，上腔110的内径大于下腔120的内径，也就是说，外套缸100的内腔为阶梯孔，上腔110与下腔120之间形成该台阶面。当然，上腔110的内径与下腔120的内径也可以相同，也就是说，外套缸100的内腔为直孔，在此情况下外套缸100的内壁可形成环形凸台，环形凸台将外套缸100的内腔分隔为上腔110和下腔120，此时环形凸台的上表面即为该台阶面。此外，上文中“第一环槽230内沿其径向由内至外依次设置有弹性支撑环300和活塞环组件400”所说的“内”、“外”是以内套缸200的中心轴为基准，沿内套缸200的径向，远离内套缸200中心轴的方向为向外，趋近内套缸200中心轴的方向为向内。

由于活塞环组件400与第一环槽230之间设有弹性支撑环300，因此通过挤压弹性支撑环300就可使活塞环组件400全部位于第一环槽230内，从而便能将内套缸200自上而下装入外套缸100内。内套缸200装入外套缸100以后，弹性支撑环300失去外力挤压而发生变形复位，进而对活塞环组件400施加向外的推力，使得活塞环组件400部分伸出第一环槽230。由于活塞环组件400适用于高温、高压和辐照环境，不易老化变形，能够对内套缸200形成长期有效支撑，因此弹性支撑环300借助活塞环组件400便可实现对内套缸200的悬浮支撑。

由此，当通过进水通道130向水压环槽140内充水时，随着上套210的底面与台阶面之间水量即水压的不断增大，内套缸200相对外套缸100向上移动。当水压环槽140内的水通过进水通道130泄出时，随着上套210的底面与台阶面之间水量即水压的不断减小，内套缸200相对外套缸100向下移动。由于活塞环组件400部分伸出第一环槽230，内套缸200无法与外套缸100直接接触，因此在内套缸200相对外套缸100向上或向下移动的过程中，内套缸200与外套缸100之间不会直接接触摩擦，内套缸200借助活塞环组件400与外套缸100滑动密封配合，进而延长了内套缸200和外套缸100的使用寿命。

需要说明的是，内套缸200的上套210和下套220均可设置多个第一环槽230。例如，结合图1和图2所示，上套210和下套220的外侧壁均设置有两个第一环槽230。

如图2和图7所示，活塞环组件400包括多个沿第一环槽230的轴向依次设置的动活塞环410，相邻两个动活塞环410的环口411错开设置，以减小动活塞环410的环口411处产生的微量泄露。进一步地，相邻两个动活塞环410的环口411相对设置，也就是说，相邻两个动活塞环410的环口411相互错开180°。为了进一步减小动活塞环410的环口411处产生的泄露，相邻两个动活塞环410中位于上方的动活塞环410的底面形成有凸块，凸块用于插设在位于下方的动活塞环410的环口411中。当然，考虑到动活塞环410的拆装和热膨胀因素，凸块的宽度应小于环口411的宽度，也就是说，凸块插入对应动活塞环410的环口411以后，凸块的两侧与环口411的外侧壁之间具有微小的间隙。

此外，在保证密封性的基础上，为了进一步降低活塞环组件400与外套缸100之间的摩擦阻力，外套缸100的内壁以及动活塞环410朝向外套缸100内壁的一侧均形成有耐磨层。其中，耐磨层可以但不限于是无氢的DLC-CrC涂层或含氢的DLC-WC+TiN涂层。此外，弹性支撑环300和/或活塞环组件400的材质优选为GH4169。相比其他材质，GH4169具有良好的抗疲劳、抗辐射、抗氧化和耐腐蚀性能。

如图1所示，为了进一步降低泄露量，上套210的第一环槽230的下方设有上迷宫槽211，下套220的第一环槽230的上方设有下迷宫槽221。以上迷宫槽211为例，如图2所示，流入内套缸200与外套缸100之间的水在经过上迷宫槽211与外套缸100之间的间隙时受到一次节流作用，使得水流的压力下降。水流通过上述间隙进入上迷宫槽211内以后，因空间的突然增大，水流会在上迷宫槽211内形成很强的旋涡，使得水流的大部分动能转变为热能，导致压力下降。由此，水流经上迷宫槽211的过程中因受到一次节流和扩容作用，其压力显著下降，进而就可减小泄漏量。由于下迷宫槽221的工作原理与上迷宫槽211的工作原理类似，因此此处对下迷宫槽221的工作原理不再赘述。

如图8所示，弹性支撑环300是由波浪形金属带围设而成的环状结构，弹性支撑环300的两端之间存在间隙301，弹性支撑环300的波峰抵触在活塞环组件400朝向弹性支撑环300的一侧，弹性支撑环300的波谷抵触在第一环槽230的槽底。在弹性支撑环300上设置波峰和波谷结构，可以显著提高弹性支撑环300的缓冲吸振能力和耐冲击力。当然，弹性支撑环300除了可以采用上述结构形式以外，其他能够对活塞环组件400施加推力的其他结构形式也可以。

另外，为了对内套缸200可向上移动的位移进行限位，如图1所示，该水压缸还包括设于上套210上方且固定于上腔110内的封堵件500，封堵件500纵向贯穿开设有穿装孔，穿装孔与内套缸的内腔连通，封堵件500的外侧壁开设有第二环槽，第二环槽内嵌设有静活塞环600。进一步地，封堵件500与外套缸100螺纹连接，封堵件500外侧壁的上部形成有第二环槽，封堵件500外侧壁的下部形成有外螺纹，外套缸100的内壁形成有与外螺纹配合的内螺纹。此外，为了便于封堵件500安装定位，如图3和图5所示，外套缸100的外侧壁形成有用于安装螺钉700的第一螺纹孔150，封堵件500的外侧壁形成有与第一螺纹孔150同轴且连通的第二螺纹孔。安装封堵件500时，先将封堵件500旋入外套缸100内，直至第二螺纹孔和第一螺纹孔150同轴；接着，将螺钉700依次拧入第一螺纹孔150和第二螺纹孔中。其中，第二螺纹孔既可以是通孔，也可以是盲孔。

如图3、图5和图6所示，螺钉700为沉头螺钉，也即，第一螺纹孔150为沉头螺钉孔，此时第一螺纹孔150包括螺纹孔152和沉头孔151；为了加强螺钉700的紧固性、避免螺钉700发生松动，外套缸100的外侧壁还形成有与第一螺纹孔150平行且连通的防松孔160，防松孔160内插设有防松杆800；防松杆800包括圆柱段810以及沿圆柱段810的轴向延伸的半圆柱段820，螺钉700的头部抵设在圆柱段810与半圆柱段820之间的台阶面上，半圆柱段820伸出螺钉700的头部的部分折弯并嵌入螺钉700头部的一字槽710内。由于半圆柱段820的一部分被螺钉700压紧，因此防松杆800是无法转动的。而由于半圆柱段820的另一部分嵌入螺钉700头部的一字槽710内，因此螺钉700受到这部分半圆柱段820的约束便无法转动，进而避免了螺钉700发生松动。

需要说明的是，防松孔160可以通过多种方式形成，例如，可在外套缸的外侧壁钻设与第一螺纹孔150平行的盲孔，第一螺纹孔150的沉头孔151与盲孔部分重合，以将盲孔分隔为用于插设圆柱段810的圆柱孔161以及用于插设半圆柱段820的半圆柱孔162。

此外，本发明实施例还提供了一种控制棒水压驱动系统，该系统包括控制棒和上述水压缸，控制棒插设在内套缸200中。其中，水压缸可以但不限于是提升水压缸、传递水压缸和夹持水压缸中的至少一种。

本发明实施例中的控制棒水压驱动系统通过采用上述水压缸，就可利用弹性支撑环300实现对内套缸200的悬浮支撑，避免内套缸200相对外套缸100向上或向下移动的过程中内套缸200与外套缸100直接接触摩擦，使得内套缸200能够借助活塞环组件400与外套缸100滑动密封配合，进而延长了内套缸200和外套缸100的使用寿命，从而延长了整个系统的寿命。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种水压缸，其特征在于，包括外套缸和内套缸，所述外套缸的内腔包括上腔以及与所述上腔连通的下腔，所述上腔与所述下腔之间形成有台阶面，所述台阶面上开设有水压环槽，所述外套缸的侧壁开设有与所述水压环槽连通的进水通道；所述内套缸包括位于所述上腔内的上套以及位于所述下腔内的下套，所述上套和所述下套的外侧壁均开设有第一环槽，所述第一环槽内沿其径向由内至外依次设置有弹性支撑环和活塞环组件，所述弹性支撑环用于驱动所述活塞环组件部分伸出所述第一环槽，以使所述活塞环组件与所述外套缸的内壁滑动密封配合；所述活塞环组件包括多个沿所述第一环槽的轴向依次设置的动活塞环，相邻两个所述动活塞环的环口错开设置；所述外套缸的内壁以及所述动活塞环朝向所述外套缸的内壁的一侧均形成有耐磨层；所述耐磨层为无氢的DLC-CrC涂层或含氢的DLC-WC+TiN涂层，所述弹性支撑环和/或所述活塞环组件的材质为GH4169。

2.根据权利要求1所述的水压缸，其特征在于，所述弹性支撑环是由波浪形金属带围设而成的环状结构，所述弹性支撑环的两端之间存在间隙，所述弹性支撑环的波峰抵触在所述活塞环组件朝向所述弹性支撑环的一侧，所述弹性支撑环的波谷抵触在所述第一环槽的槽底。

3.根据权利要求1所述的水压缸，其特征在于，所述上套的所述第一环槽的下方设有上迷宫槽，所述下套的第一环槽的上方设有下迷宫槽。

4.根据权利要求1至3任一项所述的水压缸，其特征在于，还包括设于所述上套上方且固定于所述上腔内的封堵件，所述封堵件纵向贯穿开设有穿装孔，所述穿装孔与所述内套缸的内腔连通，所述封堵件的外侧壁开设有第二环槽，所述第二环槽内嵌设有静活塞环。

5.根据权利要求4所述的水压缸，其特征在于，所述外套缸的外侧壁形成有用于安装螺钉的第一螺纹孔，所述封堵件的外侧壁形成有与所述第一螺纹孔同轴且连通的第二螺纹孔。

6.根据权利要求5所述的水压缸，其特征在于，所述螺钉为沉头螺钉，所述外套缸的外侧壁还形成有与所述第一螺纹孔平行且连通的防松孔，所述防松孔内插设有防松杆；所述防松杆包括圆柱段以及沿所述圆柱段的轴向延伸的半圆柱段，所述沉头螺钉的头部抵设在所述圆柱段与所述半圆柱段之间的台阶面上，所述半圆柱段伸出所述头部的部分折弯并嵌入所述头部的一字槽内。

7.一种控制棒水压驱动系统，包括控制棒，其特征在于，还包括如权利要求1至6任一项所述的水压缸，所述控制棒插设在所述内套缸中。

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