CN114334191A - 一种球床式高温气冷堆控制棒落棒限速装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种球床式高温气冷堆控制棒落棒限速装置，包括：限速盘、盖板法兰和限速块支架；所述限速盘一端为法兰连接面，另一端呈筒状；所述盖板法兰安装在限速盘呈筒状一端的端部，且与限速盘内部构成一个封闭空间；所述限速块支架安装在封闭空间内；所述限速块支架一端伸出法兰连接面且与限速盘转动连接，另一端伸出盖板法兰且与盖板法兰转动连接；所述限速块支架位于封闭空间内的部分上设有若干支架结构和若干弹性件，若干支架结构和若干弹性件间隔设置。本发明所述的球床式高温气冷堆控制棒落棒限速装置，可以保障高温气冷堆控制棒驱动机构可靠性，降低对驱动线的冲击，降低断电落棒速度。
Description
技术领域
本发明属于反应堆工程技术领域，尤其涉及一种球床式高温气冷堆控制棒落棒限速装置。
背景技术
球床式高温气冷堆是一种固有安全性好，可用于高效发电和高温供热的先进核反应堆，是国际核能领域第四代核能系统中的首选堆型之一。该反应堆的控制棒系统的驱动机构采用断电落棒的控制逻辑，可以实现更可靠的停堆。
高温气冷堆控制棒驱动机构采用步进电机驱动，链轮链条传动的方式实现控制棒的提升、下插、保持和落棒功能。在断电落棒时步进电机被环链拖拽变为发电机，落棒速度过高会造成电机被击穿，同时会对环链、堆内构件产生较大冲击，为了减少断电落棒对部件的冲击，需对控制棒落棒速度进行限制。
高温气冷堆示范工程控制棒驱动机构中采用了永磁限速装置，由于永磁体磁力受温度影响较大，为保证高温下可靠限速，使用的永磁体磁力较大，吸附在纯铁板上的吸力大概490-500N，导致在常温下由于限速装置阻尼过大断电落棒时出现棒体无法落到位的情况。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种球床式高温气冷堆控制棒落棒限速装置，通过设置多个第一限速块和第二限速块，正常运行时，第一限速块和第二限速块在弹性件拉伸力作用下向限速装置中心靠拢，对落棒速度无限制作用，在高速下第一限速块和第二限速块受到离心力作用向限速装置外部移动，第一限速块和第二限速块远离限速块支架一侧表面与限速盘内表面接触，发生摩擦，产生阻尼，限制驱动机构落棒速度；该装置在在正常提棒和插棒过程中阻尼小，不影响设备正常运行；在高温下和常温下提供变化不大的阻尼，限制设备运行速度在定值以内；可以通过调整弹性件的拉伸量，调整驱动机构断电落棒限制速度。
为达到上述目的，本发明的实施例提出了一种球床式高温气冷堆控制棒落棒限速装置，包括：限速盘、盖板法兰和限速块支架；所述限速盘一端为法兰连接面，另一端呈筒状；所述盖板法兰安装在限速盘呈筒状一端的端部，且与限速盘内部构成一个封闭空间；所述限速块支架安装在封闭空间内；所述限速块支架一端伸出法兰连接面且与限速盘转动连接，另一端伸出盖板法兰且与盖板法兰转动连接；所述限速块支架位于封闭空间内的部分上设有若干支架结构和若干弹性件，若干支架结构和若干弹性件间隔设置；若干支架结构端部均转动连接有可与限速盘内表面接触的第一限速块和第二限速块；若干第一限速块和若干第二限速块沿封闭空间周向间隔设置，且相邻两个第一限速块和第二限速块分别通过第一连接板和第二连接板共同连接一个弹性件；第一连接板和第二连接板之间的夹角可调节。
本发明实施例的球床式高温气冷堆控制棒落棒限速装置，通过设置多个第一限速块和第二限速块，正常运行时，第一限速块和第二限速块在弹性件拉伸力作用下向限速装置中心靠拢，对落棒速度无限制作用，在高速下第一限速块和第二限速块受到离心力作用向限速装置外部移动，第一限速块和第二限速块远离限速块支架一侧表面与限速盘内表面接触，发生摩擦，产生阻尼，限制驱动机构落棒速度；该装置在在正常提棒和插棒过程中阻尼小，不影响设备正常运行；在高温下和常温下提供变化不大的阻尼，限制设备运行速度在定值以内；可以通过调整弹性件的拉伸量，调整驱动机构断电落棒限制速度。
另外，根据本发明上述实施例提出的球床式高温气冷堆控制棒落棒限速装置还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一个实施例中，所述限速盘内表面设有第一耐磨层；所述限速块支架伸出盖板法兰一端开有内花键。
在本发明的一个实施例中，所述限速块支架与限速盘通过第一轴承转动连接，所述限速块支架与盖板法兰通过第二轴承转动连接。
在本发明的一个实施例中，所述第一轴承和第二轴承均为角接触球轴承；
在本发明的一个实施例中，所述限速块支架为阶梯轴结构，其中间的阶梯上安装有若干支架结构和若干弹性件；若干支架结构和若干弹性件均匀分布。
在本发明的一个实施例中，所述弹性件为弹簧；若干支架结构和若干弹性件的数量均为3个。
在本发明的一个实施例中，第一限速块和第二限速块均为圆弧状，且它们的外圆弧面的半径均与限速盘的内表面的半径相当；第一限速块和第二限速块可与限速盘内表面接触的表面均设有第二耐磨层。
在本发明的一个实施例中，第一限速块一端设有凸台，另一端设有插头；第一限速块设有凸台一端的通过第一连接销与支架结构远离限速块支架一端端部转动连接，第一限速块设有插头一端通过第二连接销与第一连接板远离弹性件的一端转动连接；第一连接销和第二连接销均为T型圆柱结构，且靠近端部开有锁紧槽。
在本发明的一个实施例中，第二限速块两端均开口插口，其一端通过第一连接销与第一限速块设有凸台的一端、若干支架结构远离限速块支架一端端部转动连接，另一端通过第二连接销与第二连接板远离弹性件的一端转动连接；第一连接销和第二连接销均为T型圆柱结构，且靠近端部开有锁紧槽。
在本发明的一个实施例中，与同一个弹性件连接的第一连接板和第二连接板均与该弹性件远离限速块支架一端连接，且三者构成“Y”字形。
本发明附加的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
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的球床式高温气冷堆控制棒落棒限速装置的一个角度的立体结构示意图。
图2是根据本发明一个实施例的球床式高温气冷堆控制棒落棒限速装置的另一个角度的立体结构示意图。
图3是根据本发明一个实施例的球床式高温气冷堆控制棒落棒限速装置的俯视图。
图4是根据本发明一个实施例的球床式高温气冷堆控制棒落棒限速装置不包括盖板法兰时的立体结构示意图。
图5是根据本发明一个实施例的球床式高温气冷堆控制棒落棒限速装置不包括限速盘和盖板法兰时的立体结构示意图。
图6是根据本发明一个实施例的球床式高温气冷堆控制棒落棒限速装置不包括限速盘、盖板法兰、第一轴承和第二轴承时的立体结构示意图。
图7是根据本发明一个实施例的球床式高温气冷堆控制棒落棒限速装置的工作状态示意图。
附图标记：
1-限速盘；2-盖板法兰；3-第二轴承；4-限速块支架；5-第一限速块；6-第一连接销；7-第二限速块；8-弹性件；9-第二连接销；10-第一连接板；11-第二挡圈；12-封闭空间；13-支架结构；14-内花键；15-第一轴承；16-第一安装孔；17-第一安装槽；18-第二安装孔；19-第二安装槽；20-第一挡圈；21-第二连接板；22-第二耐磨层。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图来描述本发明实施例的球床式高温气冷堆控制棒落棒限速装置。
图1是根据本发明一个实施例的球床式高温气冷堆控制棒落棒限速装置的一个角度的立体结构示意图。
如图1-4所示，一种球床式高温气冷堆控制棒落棒限速装置，包括：限速盘1、盖板法兰2和限速块支架4；限速盘1一端为法兰连接面，另一端呈筒状；盖板法兰2安装在限速盘1呈筒状一端的端部，且与限速盘1内部构成一个封闭空间12；限速块支架4安装在封闭空间12内；限速块支架4一端伸出法兰连接面且与限速盘1转动连接，另一端伸出盖板法兰2且与盖板法兰2转动连接；限速块支架4位于封闭空间12内的部分上设有若干支架结构13和若干弹性件8，若干支架结构13和若干弹性件8间隔设置；若干支架结构13端部均转动连接有可与限速盘1内表面接触的第一限速块5和第二限速块7；若干第一限速块5和若干第二限速块7沿封闭空间12周向间隔设置，且相邻两个第一限速块5和第二限速块7分别通过第一连接板10和第二连接板21共同连接一个弹性件8；第一连接板10和第二连接板21之间的夹角可调节。
可以理解的是，限速盘1为法兰结构，其一端为法兰连接面，也即端面为连接法兰，可作为机械限速装置与控制棒驱动机构的主减速器的连接接口。
本发明实施例的球床式高温气冷堆控制棒落棒限速装置，通过设置多个第一限速块和第二限速块，正常运行时，第一限速块和第二限速块在弹性件拉伸力作用下向限速装置中心靠拢，对落棒速度无限制作用，在高速下第一限速块和第二限速块受到离心力作用向限速装置外部移动，第一限速块和第二限速块远离限速块支架一侧表面与限速盘内表面接触，发生摩擦，产生阻尼，限制驱动机构落棒速度；该装置在在正常提棒和插棒过程中阻尼小，不影响设备正常运行；在高温下和常温下提供变化不大的阻尼，限制设备运行速度在定值以内；可以通过调整弹性件的拉伸量，调整驱动机构断电落棒限制速度。
可选的，限速盘1内表面设有第一耐磨层。具体来说，是在限速盘内表面镀第一耐磨层，作为控制棒落棒限速时的摩擦面，可以承受高频次的磨损，提供较高的摩擦阻尼。其中，第一耐磨层可以是镍铬合金、碳化钨等合金涂层，也可以是陶瓷涂层、氧化铝、氧化锆涂层、氧化铬涂层、环氧涂层等非金属耐磨涂层，还可以是环氧树脂耐磨涂层等。
可选的，盖板法兰2为平板结构，盖板法兰2可拆卸的安装在限速盘1呈筒状一端的端部。进一步的，两者是通过是螺栓可拆卸连接在一起的，具体的，在限速盘1呈筒状一端的端部设若干螺栓孔，在盖板法兰边缘沿周向与限速盘1呈筒状一端的端部若干螺栓孔位置相对应的位置均设置一第一通孔，将位置相对应的螺栓孔与第一通孔通过螺栓连接在一起。
可选的，限速块支架4伸出盖板法兰2一端开有内花键14，用于与主减速器连接。
可选的，限速块支架4与限速盘1通过第一轴承15转动连接，限速块支架4与盖板法兰2通过第二轴承3转动连接。较佳的，第一轴承15和第二轴承3均为角接触球轴承。
可选的，为了安装第一轴承，如图2所示，在限速盘1法兰连接面上开有第一安装孔16，第一安装孔16内开有作为第一轴承15安装面的第一安装槽17；第一安装槽17内安装有第一挡圈20。可选的，为了安装第二轴承，如图1所示，在盖板法兰2中心部位开设有第二安装孔18，第二安装孔18内开有作为第二轴承3安装面的第二安装槽19；第二安装槽19内安装有第二挡圈11。可选的，第一挡圈20和第二挡圈11均为半环形结构的锁紧挡圈，且第一挡圈20和第二挡圈11两端均设有第二通孔。
可选的，如图6所示，限速块支架4为阶梯轴结构，其中间的阶梯上安装有若干支架结构13和若干弹性件8。一种可选的结构可以是，限速块支架为有五个阶梯的阶梯轴结构，其中第三阶梯上安装有若干支架结构和若干弹性件，第一阶梯和第五阶梯关于第三阶梯对称设置，第二阶梯和第四阶梯对称设置，第一阶梯、第二阶梯和第三阶梯的直径依次增大。第一阶梯上安装第二轴承，第五阶梯上安装第一轴承。
需要说明的是，若干支架结构13与限速块支架4可以一体成型，也可以通过焊接、螺栓连接等方式固定连接。若干支架结构13共平面设置，且若干支架结构13均为长条状柱体结构。若干弹性件共平面设置，若干弹性件8通过弹性件接口与限速块支架可拆卸连接。具体来说，弹性件接口可以一体成型或焊接或螺栓连接在限速块支架上，弹性件接口结构可以是一块带有通孔的板，弹性件优选弹簧，更优选为两端带有连接扣的螺旋拉伸弹簧，这样，弹性件一端可以通过连接扣连接弹性件接口，另一端可以连接第一限速块和第二限速块。
可选的，若干支架结构13和若干弹性件8的数量均为3个。此时，限速块支架4呈三叉结构。可以理解的是，本发明的实施例中，若干支架结构13和若干弹性件8的数量不局限于3个，可以至少为2个，或者更多个，只要能实现本发明实施例限速装置的功能即可。
可选的，如图3-6所示，第一限速块5和第二限速块7均为圆弧状，且它们的外圆弧面的半径均与限速盘1的内表面的半径相当，它们的厚度小于封闭空间的的高度，或者说小于盖板法兰内表面到限速盘法兰连接面的内表面之间的间距，它们沿径向的宽度小于限速块支架到限速盘1筒状部位的内表面之间的间距。
可选的，如图6所示，第一限速块5和第二限速块7可与限速盘1内表面接触的表面均设有第二耐磨层22，也即第一限速块5和第二限速块7与限速盘摩擦面配合部位均设有第二耐磨层22，作为控制棒落棒限速时的摩擦面。第二耐磨层可以是堆焊在第一限速块5和第二限速块7表面的耐磨材料层，耐磨材料可以是镍铬合金、碳化钨等。
可选的，如图5和图6所示，第一限速块5一端设有凸台，另一端设有插头，且凸台和插头上均设有销孔，第一限速块5设有凸台一端径向宽度大于其设有插口一端的径向宽度。第一限速块5设有凸台一端的通过第一连接销6与支架结构13远离限速块支架4一端端部转动连接，第一限速块5设有插头一端通过第二连接销9与第一连接板10远离弹性件8的一端转动连接；第一连接销6和第二连接销9均为T型圆柱结构，且靠近端部开有锁紧槽。第二限速块7两端均开口插口，且两个插口上均设有销孔。第二限速块7一端通过第一连接销6与第一限速块5设有凸台的一端、若干支架结构13远离限速块支架4一端端部转动连接，另一端通过第二连接销9与第二连接板21远离弹性件8的一端转动连接；第二限速块7与第一限速块5连接一端径向宽度大于其与第二连接板连接一端的径向宽度；第一连接销6和第二连接销9均为T型圆柱结构，且靠近端部开有锁紧槽。更具体的，如图5所示，支架结构13远离限速块支架4一端开口销孔，且自端部向内开有用于安装第一限速块和第二限速块的槽，第一限速块5的插头伸入槽内，第二限速块7径向宽度较大一端的插口套在支架结构13末端，且三者连接处的销孔位置相对应，在三个销孔内插入第一连接销即可实现转动连接。
可选的，如图1、图3和图5所示，与同一个弹性件8连接的第一连接板10和第二连接板21均与该弹性件8远离限速块支架4一端连接，且三者构成“Y”字形。需要说明的是，第一连接板10和第二连接板21均为平板状，它们两端均开有圆形通孔。第一连接板一端通过第二连接销与第一限位块连接，另一端的与弹性件连接(通过圆形通孔挂在弹簧的接口上)；类似的，第二连接板一端通过第二连接销与第二限位块连接，另一端的与弹性件连接(通过圆形通孔挂在弹簧的接口上)。
本发明实施例的球床式高温气冷堆控制棒落棒限速装置的工作过程为：
在正常运行时，控制棒驱动机构步进电机带动控制棒50mm/s慢速提升或下插，限速装置通过限速块支架4一端的内花键与主减速器连接跟随主减速器旋转，由于转速较小，弹性件8的拉伸力可以抵消第一限速块5和第二限速块7产生的离心力。
当发生落棒事故时，控制棒驱动机构步进电机失电，控制棒依靠重力下插，带动主减速器旋转，由于转速较大，第一限速块5和第二限速块7产生的离心力超过弹性件8的拉伸力，弹性件8拉伸，第一限速块5和第二限速块7沿限速块支架4上的支架结构13的端部销孔为轴线向外旋转，直至堆焊面(也即第二耐磨层22)与限速盘1内表面接触(如图7所示)，产生摩擦力，阻止转速进一步增加。
限速装置产生的摩擦阻力与控制棒的落棒速度成正比，随着落棒速度增加，阻尼增加，可以实现匀速落棒。
通过选择不同刚度系数和初始长度的弹性件8，可以调整断电落棒速度。
综上，本发明实施例的球床式高温气冷堆控制棒落棒限速装置，不受温度影响，可在常温和高温下提供变化不大的阻尼，限制断电落棒速度。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，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。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等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。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种球床式高温气冷堆控制棒落棒限速装置，其特征在于，包括：限速盘、盖板法兰和限速块支架；
所述限速盘一端为法兰连接面，另一端呈筒状；
所述盖板法兰安装在限速盘呈筒状一端的端部，且与限速盘内部构成一个封闭空间；
所述限速块支架安装在封闭空间内；所述限速块支架一端伸出法兰连接面且与限速盘转动连接，另一端伸出盖板法兰且与盖板法兰转动连接；所述限速块支架位于封闭空间内的部分上设有若干支架结构和若干弹性件，若干支架结构和若干弹性件间隔设置；若干支架结构端部均转动连接有可与限速盘内表面接触的第一限速块和第二限速块；若干第一限速块和若干第二限速块沿封闭空间周向间隔设置，且相邻两个第一限速块和第二限速块分别通过第一连接板和第二连接板共同连接一个弹性件；第一连接板和第二连接板之间的夹角可调节。
2.根据权利要求1所述的球床式高温气冷堆控制棒落棒限速装置，其特征在于，所述限速盘内表面设有第一耐磨层；所述限速块支架伸出盖板法兰一端开有内花键。
3.根据权利要求1所述的球床式高温气冷堆控制棒落棒限速装置，其特征在于，所述限速块支架与限速盘通过第一轴承转动连接，所述限速块支架与盖板法兰通过第二轴承转动连接。
4.根据权利要求3所述的球床式高温气冷堆控制棒落棒限速装置，其特征在于，所述第一轴承和第二轴承均为角接触球轴承。
5.根据权利要求1所述的球床式高温气冷堆控制棒落棒限速装置，其特征在于，所述限速块支架为阶梯轴结构，其中间的阶梯上安装有若干支架结构和若干弹性件；若干支架结构和若干弹性件均匀分布。
6.根据权利要求1或5所述的球床式高温气冷堆控制棒落棒限速装置，其特征在于，所述弹性件为弹簧；若干支架结构和若干弹性件的数量均为3个。
7.根据权利要求1所述的球床式高温气冷堆控制棒落棒限速装置，其特征在于，第一限速块和第二限速块均为圆弧状，且它们的外圆弧面的半径均与限速盘的内表面的半径相当；第一限速块和第二限速块可与限速盘内表面接触的表面均设有第二耐磨层。
8.根据权利要求1或7所述的球床式高温气冷堆控制棒落棒限速装置，其特征在于，第一限速块一端设有凸台，另一端设有插头；第一限速块设有凸台一端的通过第一连接销与支架结构远离限速块支架一端端部转动连接，第一限速块设有插头一端通过第二连接销与第一连接板远离弹性件的一端转动连接；第一连接销和第二连接销均为T型圆柱结构，且靠近端部开有锁紧槽。
9.根据权利要求1或7所述的球床式高温气冷堆控制棒落棒限速装置，其特征在于，第二限速块两端均开口插口，其一端通过第一连接销与第一限速块设有凸台的一端、若干支架结构远离限速块支架一端端部转动连接，另一端通过第二连接销与第二连接板远离弹性件的一端转动连接；第一连接销和第二连接销均为T型圆柱结构，且靠近端部开有锁紧槽。
10.根据权利要求1所述的球床式高温气冷堆控制棒落棒限速装置，其特征在于，与同一个弹性件连接的第一连接板和第二连接板均与该弹性件远离限速块支架一端连接，且三者构成“Y”字形。
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