CN114121311A - 补偿调节棒驱动机构的落棒系统 - Google Patents

Abstract

提供一种补偿调节棒驱动机构的落棒系统，包括：磁阻电机，包括电机输出端；主轴，沿着竖直方向设置，主轴上设置有齿条；主轴传动链，主轴传动链的一端与电机输出端连接，主轴传动链的另一端通过齿轮与齿条传动连接，用于将磁阻电机的转动转化为主轴在竖直方向上的移动，或将主轴在竖直方向的移动转化为磁阻电机的转动；缓冲装置，设置在主轴上，用于对下落的主轴进行减速缓冲；控制棒，设置在主轴的下端；通过磁阻电机实现对控制棒的提升与下降，控制控制棒的初始落棒高度，通过缓冲装置降低控制棒的降落速度，控制控制棒插入到反应堆堆芯的深度。

Description

补偿调节棒驱动机构的落棒系统

技术领域

本公开涉及补偿调节棒驱动机构技术领域，尤其涉及一种补偿调节棒驱动机构的落棒系统。

背景技术

补偿调节棒驱动机构是示范快堆的第一停堆系统，起着调节、补偿反应堆功率和启停堆的重要作用。在事故工况下，补偿调节棒驱动机构需要快速落棒实现紧急停堆，以保证反应堆的安全。补偿调节棒驱动机构的落棒主要有两方面的要求，一方面要求驱动机构应能保证主轴和控制棒在一定的落棒初始位置开始落棒，主轴与控制棒落入反应堆堆芯的时间不超过系统所规定的落棒时间要求，另一方面要求落棒后主轴与控制棒的停止位置应在要求的停止范围内。

发明内容

为了解决上述技术问题，保证主轴和控制棒在预设的落棒初始位置范围内开始落棒，主轴与控制棒落入反应堆堆芯的时间满足系统所规定的落棒时间要求，落棒后主轴和控制棒停止在预设位置范围内，本公开提供一种补偿调节棒驱动机构的落棒系统，包括：

磁阻电机，包括电机输出端；

主轴，沿着竖直方向设置，所述主轴上设置有齿条；

主轴传动链，所述主轴传动链的一端与所述电机输出端连接，所述主轴传动链的另一端通过齿轮与所述齿条传动连接，用于将所述磁阻电机的转动转化为所述主轴在竖直方向上的移动，或将所述主轴在竖直方向的移动转化为所述磁阻电机的转动；

缓冲装置，设置在所述主轴上，用于对下落的主轴进行减速缓冲；

控制棒，设置在所述主轴的下端。

附图说明

通过下文中参照附图对本公开所作的描述，本公开的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本公开有全面的理解。

图1是本公开实施例补偿调节棒驱动机构的落棒系统的结构示意图。

图2是本公开实施例补偿调节棒驱动机构的落棒系统的缓冲装置的结构示意图。

图3是本公开实施例补偿调节棒驱动机构的落棒系统的拨叉式超越离合器的结构示意图。

上述附图中，附图标记含义具体如下：

1-磁阻电机；2-拨叉式超越离合器；3-第一直齿轮；4-第二直齿轮；5-第一齿轴；6-第三直齿轮；7-第四直齿轮；8-空心轴；9-第五直齿轮；10-第六直齿轮；11-第二齿轴；12-第一锥齿轮；13-第二锥齿轮；14-搓动齿轮；15-主轴；16-缓冲弹簧；17-抓手；18-控制棒；19-齿条；20-固定块；21-挡板；22-限位装置；23-反应堆堆芯。

需要注意的是，为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，结构或区域的尺寸可能被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本领域普通技术人员所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

在本文中，除非另有特别说明，诸如“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等方向性术语用于表示基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开，而不是指示或暗示所指的装置、元件或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作。需要理解的是，当被描述对象的绝对位置改变后，则它们表示的相对位置关系也可能相应地改变。因此，这些方向性术语不能理解为对本公开的限制。

图1是本公开实施例补偿调节棒驱动机构的落棒系统的结构示意图，图2是本公开实施例补偿调节棒驱动机构的落棒系统的缓冲装置的结构示意图。

为了解决上述技术问题，保证主轴和控制棒在预设的落棒初始位置范围内开始落棒，主轴与控制棒落入反应堆堆芯的时间满足系统所规定的落棒时间要求，落棒后主轴和控制棒停止在预设位置范围内，本公开的实施例提供一种补偿调节棒驱动机构的落棒系统，如图1所示，落棒系统包括磁阻电机1、主轴15、主轴传动链、缓冲装置和控制棒18。

在本实施例中，在正常工况下，磁阻电机1提供动力，通过主轴传动链将动力传输到主轴15，通过机械结构将转动转为主轴15的直线运动机构，从而实现主轴15以及设置在主轴15下端的控制棒18在竖直方向的移动，从而能够保证驱动机构的主轴和控制棒在一定的落棒初始位置范围内开始落棒，主轴与控制棒落入反应堆堆芯的时间不超过系统所规定的落棒时间要求。

在本实施例中，在事故工况下，磁阻电机1断电，主轴15以及下端的控制棒18在重力的作用下下落进而插入到下方的反应堆堆芯23中，保证反应堆堆芯23的安全。

根据本公开的一些实施例，磁阻电机1包括定子绕组、转子以及电机输出端，电机输出端与转子传动连接，电机输出端随着转子的转动而转动，并且，在断电的情况下，电机输出端在外力的作用下转动，同步带动转子转动。

根据本公开的一些实施例，如图1及图2所示，主轴15沿着竖直方向设置，可选的，主轴15设置在反应堆堆芯23的上方。在本公开的一些实施例中，为了保证控制棒18能够顺利、快捷的插入到反应堆堆芯23内，需要给予控制棒18一个合适的插入速度，其中，控制棒18的速度来自于自由落体的速度，在重力加速度的作用下控制棒18逐渐加速，进而插入到反应堆堆芯23内。其中，对控制棒18插入反应堆堆芯23的时间以及插入深度有着严格的要求。通过

为了解决上述技术问题，在主轴15上设置缓冲装置，用于在控制棒18快速插入到反应堆堆芯23后对其进行减速控制，用以达到同时满足快速插入到反应堆堆芯23和最终停止位置两方面的需求，也即实现对落棒后主轴15和控制棒18停止范围的控制。

根据本公开可选的一些实施例，缓冲装置采用弹簧对控制棒18进行减速控制，在落棒后期对主轴起缓冲作用，防止主轴15与反应堆堆芯23发生冲撞。其中，当控制棒18插入到预设位置后，在经过压缩后的弹簧的作用下有一个向上反弹的趋势，为了防止控制棒向上弹出反应堆堆芯，需要对调节棒18的位置进行锁定。

图3是本公开实施例补偿调节棒驱动机构的落棒系统的拨叉式超越离合器的结构示意图。

在本实施例中，如图3所示，为了解决对调节棒18的位置进行锁定的技术问题，落棒系统还包括拨叉式超越离合器2，拨叉式超越离合器包2括外圈201、第一端202和第二端203，第一端201与电机输出端1传动连接，第二端203与主轴传动链传动的第一直齿轮3连接，外圈与落棒系统的固定结构连接。

根据本公开的一些实施例，当第一端为主动轴转动时，拨叉式超越离合器2处于超越状态；当第二端作为主动轴，且第二端沿第一方向转动时，拨叉式超越离合器2处于超越状态；当第二端为主动轴，且第二端沿与第一方向相反的第二方向转动时，拨叉式超越离合器2处于结合状态；当控制棒18处于下落状态时，第二端沿着第一方向转动。

根据本公开的一些实施例，主轴15上设置有齿条19，齿条19与主轴传动链的另一端通过齿轮啮合连接。可选的，电机输出端与主轴传动链的一端分别设置有相互啮合的齿轮，主轴传动链的另一端设置有搓动齿轮14，该搓动齿轮14与齿条19啮合连接，通过主轴传动链的传动连接，可以将磁阻电机1的转动与主轴15在竖直方向的直线运动相互转化。

根据本公开的一些实施例，缓冲装置设置在主轴15上，用于对下落的主轴15进行减速缓冲。

根据本公开的一些实施例，如图2所示，缓冲装置包括固定块20、挡板21、缓冲弹簧16和限位装置22。

根据本公开的一些实施例，固定块20固定设置在主轴15上，可选的，固定块20为圆柱形，固定块20的直径大于主轴15的直径。

根据本公开的一些实施例，挡板21滑动套设在主轴15上，挡板21设置在主轴15下方。可选的，挡板21为圆片状，挡板21的中心设置有个通孔，通孔的直径略微大于主轴15的直径，以满足挡片21沿着主轴15上下滑动。需要说明的是，上述“略微”的范围为1～3％，即能满足挡片21沿着主轴15上下滑动，也能保证挡片21不会左右晃动。

根据本公开的一些实施例，缓冲弹簧16两端分别与固定块20和挡板21固定连接。

根据本公开的一些实施例，限位装置22设置在挡板21下方。

在本申请中，限位装置22设置在反应堆堆芯23上方，可选的，限位装置22为板状结构，限位装置22上设置有通孔，该通孔的直径大于控制棒18的直径，且小于挡板21的直径。

在本实施例中，当主轴15下落时，挡板21抵接限位装置22且缓冲弹簧16被压缩，具体的，控制棒18穿过上述通孔后插入到反应堆堆芯23，随着控制棒18逐渐插入到反应堆堆芯23后，挡板21抵接在限位装置22上且缓冲弹簧16逐渐被压缩，将主轴15以及控制棒18的运动势能转化为缓冲弹簧16的弹性势能，同时降低主轴15以及控制棒18的插入速度，当缓冲弹簧16被压缩至最短时，主轴15下落至预设位置，也即，控制棒18插入到反应堆堆芯23内的预设位置。

在本实施例中，当缓冲弹簧16被压缩至最短后，缓冲弹簧16恢复部分长度，将储存弹性势能转化为主轴15以及控制棒18向上的运动势能。具体的，主轴15以及控制棒18会在缓冲弹簧16的作用下做阻尼运动，该阻尼运动对控制反应堆堆芯23的安全是不利的，也即，当缓冲弹簧16被压缩至最短后，对其进行位置的固定，防止其向上反弹。可选的，在本实施例中，通过拨叉式超越离合器2实现。当缓冲弹簧16具有向上运动趋势的时候，拨叉式超越离合器2处于结合状态，而拨叉式超越离合器2的外圈与系统的固定结构固定连接，属于不动零部件，例如，拨叉式超越离合器2的外壳固定在驱动机构的壳体，基于此，实现对系统传动结构的锁定，实现了控制棒18插入到反应堆堆芯23内的预设位置后不会向上反弹，保证反应堆的安全。

根据本公开可选的一些实施例，拨叉式超越离合器2包括星轮、星轮轴、拨爪和外圈，其中，拨爪与电机输出端传动连接，星轮轴与主轴传动链传动连接。

根据本公开的一些实施例，磁阻电机1还包括电容，定子绕组和电容组成RLC串联谐振电路。

在本实施例中，驱动机构正常运行时，定子绕组通电，磁阻电机1提供主轴传动链上下运行的驱动转矩；驱动机构收到落棒信号后，定子绕组断电，磁阻电机1的转子被主轴传动链拖动旋转，磁阻电机1处于发电制动状态，通过产生发电制动转矩用以阻碍主轴传动链的运动，对控制棒降18落起缓冲作用。

在本实施例中，通过上述RLC串联谐振电路，制动转矩与转子的转速相关，在一定的转速范围内，转速越大，制动转矩越大。具体表现在，在控制棒18下落的初期，控制棒18的速度较低，对应的转子转速较低，此时制动转矩较小，也即对控制棒18的减速影响较小，以便控制棒18尽快的加速，缩短控制棒18插入到反应堆堆芯23内的时间；随着控制棒18的速度逐渐增大，对应的转子转速逐渐增大，制动转矩逐渐增大，也即对控制棒18的减速影响逐渐增大，以便更好的控制控制棒18插入至反应堆堆芯的速度，同时，辅助缓冲装置对控制棒18进行减速控制。通过上述RLC串联谐振电路与磁阻电机的配合作用，利用磁阻电机能够提供发电制动转矩，落棒初始位置越高，主轴下落速度越快，制动转矩越大，能够实现快速落棒时，主轴在不同的初始落棒位置下落棒，停止位置相差不大

根据本公开的一些实施例，磁阻电机1为复合型磁阻电机，复合型磁阻电机包括磁阻子电机和爪极子电机，磁阻子电机和爪极子电机共用一套定子绕组，每相定子绕组首尾相接并串接一个电容，磁阻子电机的转子和爪极子电机的转子设置在同一根转子轴上。

根据本公开的一些实施例，磁阻子电机的转子包括铁素体或马氏体不锈钢，爪极子电机的转子包括永磁体。

根据本公开的一些实施例，主轴传动链为多级传动结构，主轴传动链包括多组啮合传动连接的齿轮，主轴传动链用于将磁阻电机的转动和主轴的上下运动进行转换。

在本本公开的一些实施例中，如图1所示，主轴传动链的传动比主要由磁阻电机1的转速和主轴15运行速度决定。由于控制棒驱动机构径向空间限制，为了保证传动比，同时尽量减小径向直径。可选的，主轴传动链包括啮合连接的第一直齿轮3和第二直齿轮4，第一直齿轮3固定设置在拨叉式超越离合器2的第二端上，第一直齿轮3随着该第二端转动而转动，第二直齿轮4通过第一齿轴5带动第三直齿轮6转动，第三直齿轮6将转动传递给第四直齿轮7，第四直齿轮7通过空心轴8将转动传递给第五直齿轮9，第五直齿轮9将转动传递给第六直齿轮10，第六直齿轮10通过第二齿轴11将转动传递给第一锥齿轮12，第一锥齿轮12将转动传递给第二锥齿轮13，第二锥齿轮13带动搓动齿轮14旋转，搓动齿轮14通过齿条19带动主轴15上下运动。这样，通过主轴传动链，将磁阻电机1的旋转运动转化为主轴15的上下运动。

根据本公开的一些实施例，落棒系统还包括定位装置，定位装置上设置有竖直向下的通道，主轴15滑动穿设通道。可选的，空心轴8能够作为上述竖直向下的通道。

根据本公开的一些实施例，主轴15的下端设置有抓手17，控制棒18可拆卸的卡设在抓手17内。可选的，主轴15与抓手17通过卡槽连接、销键连接、螺纹连接或者其他的可拆卸连接方式。

根据本公开的一些实施例，落棒系统还包括控制装置，控制装置与磁阻电机连接，控制装置根据接收到的信号控制磁阻电机通电正转、通电反转或断电。

本公开实施例提供的补偿调节棒驱动机构的落棒系统运行状态以及对应的工作原理如下：

(1)正常工况下，磁阻电机1带动控制棒向上运行：电机输出端为主动轴，电机输出端与拨叉式超越离合器2的第一端传动连接，拨叉式超越离合器2的第二端与主轴传动链的一端传动连接，从上往下看，在控制装置的控制下，电机输出端逆时针旋转，拨叉式超越离合器2处于超越状态，电机输出端带动搓动齿轮14转动，进而控制主轴15及控制棒18向上移动；

(2)正常工况下，磁阻电机1带动控制棒向下运行：电机输出端为主动轴，电机输出端与拨叉式超越离合器2的第一端传动连接，拨叉式超越离合器2的第二端与主轴传动链的一端传动连接，从上往下看，在控制装置的控制下，电机输出端顺时针旋转，拨叉式超越离合器2处于超越状态，电机输出端带动搓动齿轮14转动，进而控制主轴15及控制棒18向下移动；

(3)事故工况下，向下快速落棒：在控制装置的控制下，磁阻电机1断电，主轴15和控制棒18在重力作用下向下落棒，通过传动链最终传递给拨叉式超越离合器2的第二端，该第二端为主动轴，电机输出端为从动轴。从上往下看，拨叉式超越离合器2处于超越状态，拨叉式超越离合器2的第一端顺时针旋转，带动电机输出端转动，磁阻电机1处于发电制动状态，通过产生发电制动转矩用以阻碍主轴传动链的运动，对控制棒降18落起缓冲作用；

(4)事故工况下，向下快速落棒后防止主轴和控制棒反弹：磁阻电机1断电，驱动机构的主轴15和控制棒18在重力作用下向下落棒，在落棒后期主轴15有向上反弹的趋势，通过传动链最终传递给拨叉式超越离合器2的第二端，第二端为主动轴，电机输出端为从动轴。从上向下看，第二端有逆时针旋转的趋势，拨叉式超越离合器2处于结合状态，第一段和第二端与外圈锁死不再传动，即主轴15无法移动，防止主轴15和控制棒18向上反弹，将控制棒18控制在预设位置。

本公开提供的补偿调节棒驱动机构的落棒系统能够应用于钠冷快堆的控制棒驱动机构，至少包括以下有益效果之一：

(1)能够保证驱动机构的主轴和控制棒在一定的落棒初始位置范围内开始落棒，主轴与控制棒落入反应堆堆芯的时间不超过系统所规定的落棒时间要求，落棒后主轴和控制棒停在要求的停止范围内；

(2)快速落棒时，磁阻电机能够提供发电制动转矩，落棒初始位置越高，主轴下落速度越快，制动转矩越大，保证了主轴在不同的初始落棒位置下落棒，停止位置相差不大；

(3)缓冲装置在落棒后期对主轴起缓冲作用，防止主轴与堆芯发生冲撞；

(4)落棒后能够避免主轴和控制棒组件向上反弹，保证反应堆安全。

虽然根据本公开总体技术构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本公开总体技术构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本公开的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (10)

1.一种补偿调节棒驱动机构的落棒系统，其特征在于，

磁阻电机，包括电机输出端；

主轴，沿着竖直方向设置，所述主轴上设置有齿条；

主轴传动链，所述主轴传动链的一端与所述电机输出端连接，所述主轴传动链的另一端通过齿轮与所述齿条传动连接，用于将所述磁阻电机的转动转化为所述主轴在竖直方向上的移动，或将所述主轴在竖直方向的移动转化为所述磁阻电机的转动；

缓冲装置，设置在所述主轴上，用于对下落的主轴进行减速缓冲；以及

控制棒，设置在所述主轴的下端。

2.根据权利要求1所述的落棒系统，其特征在于，还包括：

拨叉式超越离合器，包括外圈、第一端和第二端，所述第一端与所述电机输出端传动连接，所述第二端与所述主轴传动链传动连接，所述外圈与所述落棒系统的固定结构连接；

其中，当所述第一端作为主动轴转动时，所述拨叉式超越离合器处于超越状态；当所述第二端作为主动轴，且所述第二端沿第一方向转动时，所述拨叉式超越离合器处于超越状态；当所述第二端作为主动轴，且所述第二端沿与所述第一方向相反的第二方向转动时，所述拨叉式超越离合器处于结合状态；当所述控制棒处于下落状态时，所述第二端沿着所述第一方向转动。

3.根据权利要求1所述的落棒系统，其特征在于，所述缓冲装置包括：

固定块，固定设置在所述主轴上；

挡板，滑动套设在所述主轴上，所述挡板设置在所述主轴下方；

缓冲弹簧，两端分别与所述固定块和所述挡板固定连接；以及

限位装置，设置在所述挡板下方；

其中，当所述主轴下落时，所述挡板抵接所述限位装置且所述缓冲弹簧被压缩，当所述缓冲弹簧被压缩至最短时，所述主轴下落至预设位置。

4.根据权利要求1所述的落棒系统，其特征在于，所述磁阻电机包括定子绕组和电容，所述定子绕组和所述电容组成RLC串联谐振电路；

其中，驱动机构正常运行时，所述定子绕组通电，所述磁阻电机提供主轴传动链上下运行的驱动转矩；所述驱动机构收到落棒信号后，所述定子绕组断电，所述磁阻电机的转子被所述主轴传动链拖动旋转，所述磁阻电机处于发电制动状态，通过产生发电制动转矩用以阻碍主轴传动链的运动，对控制棒降落起缓冲作用。

5.根据权利要求4所述的落棒系统，其特征在于，所述磁阻电机为复合型磁阻电机，所述复合型磁阻电机包括磁阻子电机和爪极子电机，所述磁阻子电机和所述爪极子电机共用一套定子绕组，每相所述定子绕组首尾相接并串接一个电容，所述磁阻子电机的转子和所述爪极子电机的转子设置在同一根转子轴上。

6.根据权利要求5所述的落棒系统，其特征在于，所述磁阻子电机的转子包括铁素体或马氏体不锈钢，所述爪极子电机的转子包括永磁体。

7.根据权利要求1所述的落棒系统，其特征在于，还包括定位装置，所述定位装置上设置有竖直向下的通道，所述主轴滑动穿设所述通道。

8.根据权利要求1所述的落棒系统，其特征在于，所述主轴传动链为多级传动结构，所述主轴传动链包括多组啮合传动连接的齿轮，所述主轴传动链用于将所述磁阻电机的转动和所述主轴的上下运动进行转换。

9.根据权利要求1所述的落棒系统，其特征在于，所述主轴的下端设置有抓手，所述控制棒可拆卸的卡设在所述抓手内。

10.根据权利要求1所述的落棒系统，其特征在于，还包括控制装置，所述控制装置与所述磁阻电机连接，所述控制装置根据接收到的信号控制所述磁阻电机通电正转、通电反转或断电。

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