逆止装置及带有逆止装置的控制棒驱动机构的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种逆止装置，包括电机、传动轴、驱动轴、上离合器、下离合器及逆止器；电机驱使传动轴转动，上离合器的固定端固定于传动轴，上离合器的运动端固定地安装于驱动轴的上端，驱动轴与传动轴呈同轴心设置，下离合器的固定端固定于内圈的下端，驱动轴穿过逆止器的内圈及下离合器的固定端并能在内圈及下离合器的固定端内自由转动，下离合器的运动端固定地安装于驱动轴，驱动轴的下端与传动机构传动连接。本逆止装置藉由逆止器的单向转动特性，可以使传动机构只做随控制棒下移的正向运转，而不能在控制棒反弹时跟随控制棒逆向运转，从而达到锁止控制棒的目的。相应的，本发明还公开了一种具有逆止装置的控制棒驱动机构。
【专利说明】逆止装置及带有逆止装置的控制棒驱动机构
【技术领域】
[0001]本发明涉及控制棒驱动机构【技术领域】，尤其涉及一种能够防止控制棒反弹的逆止装置及带有逆止装置的控制棒驱动机构。
【背景技术】
[0002]核反应堆堆芯的起停及功率控制均是通过控制棒驱动机构带动控制棒上下运动进出堆芯来实现的，控制棒驱动机构中使用一传动机构与控制棒连接并驱动控制棒运动。需要正常停堆时，传动机构将控制棒逐步插入燃料组件而减缓或终止链反应；需要紧急停堆时，传动机构解除对控制棒的限制，使控制棒依靠自身重力快速插入燃料组件内。
[0003]在紧急停堆情况下,控制棒落棒到最低位置时会冲撞堆芯底部,此时控制棒极有可能会发生反弹，而如果控制棒发生反弹，则会造成非计划反应堆起堆，引起堆芯热量不能正常排出，最恶劣时会发生堆芯损坏等严重后果。
[0004]在现有技术中，核反应堆控制棒驱动机构的类型有多种形式，常见的有磁力提升式、高温气冷堆的环链式、滚珠螺母式及混合式直线磁阻电机型控制棒驱动机构等等，然而这些反应堆控制棒驱动机构中除了少数具有滚珠螺母等结构而具有自锁功能外，其他多数的控制棒驱动机构均不能自锁，无法自锁的控制棒驱动机构在落棒时或在外力扰动、耐压壳发生小破口而失压等情况下就容易出现以上提到的反弹现象。
[0005]因此，有必要提供一种能够对控制棒驱动机构的传动机构进行逆向锁死，防止控制棒反弹的逆止装置。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种能够对控制棒驱动机构的传动机构进行逆向锁死，防止控制棒反弹的逆止装置。
[0007]本发明的另一个目的是提供一种具有所述逆止装置的控制棒驱动机构。
[0008]为了实现上述目的，本发明提供了一种逆止装置，包括电机、传动轴、驱动轴、上离合器、下离合器及逆止器；所述电机驱使所述传动轴转动，所述上离合器及下离合器均包括能够相互分离或吸合锁止的固定端及运动端，所述上离合器的固定端固定于所述传动轴，所述上离合器的运动端固定地安装于所述驱动轴的上端，所述驱动轴与所述传动轴呈同轴心设置，所述下离合器的固定端固定于所述内圈的下端，所述驱动轴穿过所述逆止器的内圈及所述下离合器的固定端并能在所述内圈及所述下离合器的固定端内自由转动，所述下离合器的运动端固定地安装于所述驱动轴，所述驱动轴的下端与传动机构传动连接。
[0009]与现有技术相比，本发明利用所述上离合器将所述电机的输出扭矩传递给所述驱动轴，而所述驱动轴上又设置了与所述逆止器连接的所述下离合器，在正常工况下，所述上离合器吸合而所述下离合器分离时，此时所述电机能够通过所述传动轴、上离合器带动所述驱动轴正反向转动，而所述驱动轴再进一步驱使所述传动机构正反向运转。当所述上离合器分离而所述下离合器吸合后，所述电机驱动所述传动轴空转而失去对所述传动机构的限制，所述传动机构带动所述驱动轴做正向转动，此时通过所述下离合器的连接作用，所述逆止器的内圈跟随所述驱动轴正转，当所述传动机构受外力影响并产生反向运转的趋势，所述驱动轴同样会具有反向转动的趋势，然而此时所述驱动轴通过所述下离合器与所述内圈连接固定，所述内圈只能正转而无法反转，因此所述驱动轴反向转动的趋势会被遏止而无法形成反转。本发明通过上下离合器与逆止器的配合，能有效控制所述驱动轴后的转向并防止所述传动机构在非正常工况下反向运转。并且本逆止装置可以与运用到多种不同结构的控制棒驱动机构中。
[0010]较佳地，所述电机与所述传动轴之间还设置有减速机构。所述减速机构的作用是对所述电机的输出转速进行调节，然后再传递给所述传动轴。
[0011]较佳地，所述逆止器为滚柱逆止器。
[0012]较佳地，所述上离合器及下离合器的固定端与运动端相向的一侧设置可以相互啮合的齿面。在固定端与运动端相向的一侧设置齿面，即采用齿牙式的离合器，这种离合器的优点是可以增加固定端与运动端吸合后的接触面积，从而提高两者结合时的稳固性，确保转动的精确传递。
[0013]较佳地，所述上离合器的运动端包括与所述驱动轴固定的第一固定部及设置于所述第一固定部并相对所述第一固定部上下移动的第一接触部。
[0014]较佳地，所述下离合器的运动端包括与所述驱动轴固定的第二固定部及设置于所述第二固定部并相对所述第二固定部上下移动的第二接触部。
[0015]较佳地，所述下离合器的固定端径向承载所述驱动轴。
[0016]本发明还提供了一种控制棒驱动机构，包括与控制棒连接的传动机构、机座及所述逆止装置，所述电机、驱动轴、逆止器及所述传动机构均安装于所述机座，所述驱动轴的下端与所述传动机构传动连接。
[0017]与现有技术相比，本发明利用所述上离合器将所述电机的输出扭矩传递给所述驱动轴，而所述驱动轴上又设置了与所述逆止器连接的所述下离合器，在正常工况下，所述上离合器吸合而所述下离合器分离时，此时所述电机能够通过所述传动轴、上离合器带动所述驱动轴转动，而所述驱动轴再进一步驱使与其连接的所述传动机构正向或反向运转从而带动控制棒上下移动进出堆芯。当欲紧急停堆时，所述上离合器分离而所述下离合器吸合，所述上离合器分离后所述电机驱动所述传动轴空转而失去对所述控制棒的限制，所述控制棒受自身重力驱使下落，下落的同时带动所述传动机构正向运转，与所述传动机构连接的所述驱动轴也做正向转动，由于所述下离合器的固定端及运动端分别与所述逆止器的内圈及所述驱动轴周向固定，因此所述驱动轴驱动所述内圈正向转动。当所述控制棒落到堆芯底部并具有向上弹起的趋势时，与控制棒连接的传动机构同样具有反向运转的驱使，而与传动机构连接的所述驱动轴也具有反转的趋势，然而此时所述驱动轴通过所述下离合器与所述内圈连接固定，所述内圈只能正转而无法反转，因此所述驱动轴反向转动的趋势会被遏止而无法形成反转，所述传动机构同样无法反转，从而使与传动机构连接的控制棒无法向上弹起，确保落棒停堆的可靠性和安全性，有效保护动力源。
[0018]较佳地,所述传动机构包括第一锥齿轮、第二锥齿轮、连接齿轮及连接齿条；所述第一锥齿轮与所述驱动轴固定并同轴设置，所述第二锥齿轮与所述第一锥齿轮啮合，所述连接齿轮与所述第二锥齿轮固定并同轴设置，所述连接齿条与所述连接齿轮啮合并与所述控制棒连接。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明逆止装置中上离合器吸合、下离合器分离时的示意图。
[0020]图2是本发明逆止装置中上离合器分离、下离合器吸合时的示意图。
[0021]图3是本发明逆止装置的部分剖视图。
[0022]图4是本发明控制棒驱动机构中上离合器吸合、下离合器分离时的示意图。
[0023]图5是本发明控制棒驱动机构中上离合器分离、下离合器吸合时的示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合给出的说明书附图对本发明的较佳实施例作出描述。
[0025]如图1至图3所示，本发明提供一种能够对控制棒驱动机构的传动机构进行逆向锁死的逆止装置。所述逆止装置包括电机1、传动轴2、驱动轴3、上离合器4、下离合器5及逆止器6。其中所述上离合器4及下离合器5分别包括能够相互分离或吸合锁止的固定端41,51及运动端42、52。
[0026]所述电机I驱使所述传动轴2转动，所述上离合器4的固定端41固定于所述传动轴2的下端，所述上离合器4的运动端42固定地安装于所述驱动轴3的上端，并且所述运动端42包括了与所述驱动轴3固定的第一固定部421及设置于所述第一固定部421并可相对所述第一固定部421上下移动的第一接触部422。当所述上离合器4通电后，所述固定端41中设置的电磁铁产生磁场，所述第一接触部422在磁力的作用下向上移动并与所述固定端41接触；当所述上离合器4断电后，磁力消失，所述第一接触部422向下移动脱离所述固定端41。可见所述上离合器4的固定端41与运动端42间相互吸合或分离的动作实际是由所述第一接触部422来实现的。所述上离合器4设置于所述传动轴2与驱动轴3之间，其整体上并未相对所述传动轴2或驱动轴3移动。
[0027]所述驱动轴3与所述传动轴2呈同轴心设置且两者间具有间隔，当所述上离合器4的固定端41与运动端42分离时，所述传动轴2与驱动轴3也彼此分离，当所述上离合器4的固定端41与运动端42吸合后，所述传动轴2的转动可以传递给所述驱动轴3。
[0028]所述逆止器6位于所述上离合器4的下方并套于所述驱动轴3上，所述逆止器6包括一个外圈及一个内圈，所述外圈用于定位安装，所述内圈可以在所述外圈内做单向转动。所述逆止器6具体的可以选用滚柱逆止器。滚柱逆止器的内圈的外轮廓为星型，外轮廓与外圈内壁间具有多个宽度渐变的间隔，间隔内设置滚柱，内圈正向转动时推动滚柱跟随运动，内圈反向转动时滚柱被间隔的窄边抵顶挤压，从而止动内圈。由于逆止器是机械领域内公知并常用的装置，因此对其结构及原理仅作简单介绍。
[0029]所述下离合器5的固定端51固定于所述内圈的下端，所述驱动轴3穿过所述逆止器6的内圈及所述下离合器5的固定端51并能在所述内圈及所述下离合器5的固定端51内自由转动。由图3中可以看出，所述逆止器6内圈的内孔径大于所述驱动轴3的直径，因此可以确保所述驱动轴3在所述内圈内转动而不受干扰。而所述下离合器5的固定端51与所述驱动轴3之间是径向定位的关系，所述固定端51内设置一套于所述驱动轴3的轴承a，使所述驱动轴3能在所述固定端51内自由转动。
[0030]所述下离合器5的运动端52固定地安装于所述驱动轴3，且所述下离合器5的运动端52包括与所述驱动轴3固定的第二固定部521及设置于所述第二固定部521并可相对所述第二固定部521上下移动的第二接触部522。与所述上离合器4相同的，所述第二接触部522上下移动使所述固定端51与运动端52相互吸合或分离。
[0031]所述驱动轴3的下端与传动机构传动连接以带动传动机构正向或反向运转。此传动机构可以是核电领域中使用的各种控制棒驱动机构的传动机构，也可以是其他领域中的其他传动机构。
[0032]较佳地，可以在所述电机I与所述传动轴2之间设置减速机构，对所述电机I的输出转速进行调节，然后再传递给所述传动轴2。另外，在本实施例中，所述上离合器4及下离合器5均选用齿牙式的离合器，即所述上离合器4及下离合器5的固定端41、51与运动端42、52相向的一侧设置呈相互啮合的齿面，运动端42、52的齿面是分别设于第一接触部422及第二接触部522。选用齿牙式的离合器，可以增加固定端41、51与运动端42、52吸合后的接触面积，从而提高两者结合时的稳固性，确保转动的精确传递。当然，所述上离合器4及下离合器5并不只限定为齿牙式的，也可以是摩擦片式的离合器或其他离合器，只要能实现固定端与运动端的分离与吸合传动即可。
[0033]由于发明利用所述上离合器4将所述电机I的输出扭矩传递给所述驱动轴3，而所述驱动轴3上又设置了与所述逆止器6连接的所述下离合器5，在正常工况下，所述上离合器4吸合而所述下离合器5分离时，此时所述电机I能够通过所述传动轴2、上离合器4带动所述驱动轴3正反向转动，而所述驱动轴3再进一步驱使所述传动机构正反向运转。当所述上离合器4分离而所述下离合器5吸合后，所述电机I驱动所述传动轴2空转而失去对所述传动机构的限制，所述传动机构带动所述驱动轴3做正向转动，此时通过所述下离合器5的连接作用，所述逆止器6的内圈跟随所述驱动轴3正转，当所述传动机构受外力影响并产生反向运转的趋势，所述驱动轴3同样会具有反向转动的趋势，然而此时所述驱动轴3通过所述下离合器5与所述内圈连接固定，所述内圈只能正转而无法反转，因此所述驱动轴3反向转动的趋势会被遏止而无法形成反转。本发明通过上下离合器5与逆止器6的配合，能有效控制所述驱动轴3后的转向并防止所述传动机构在非正常工况下反向运转。
[0034]如图4及图5所示，本发明还提供了一种控制棒驱动机构，包括与控制棒9连接的传动机构、机座7及所述逆止装置，所述电机1、驱动轴3、逆止器6及所述传动机构均安装于所述机座7，其中所述电机I及所述逆止器6的安装方式是固定连接，而所述驱动轴3及所述传动机构是可转动地设置于机座7。所述驱动轴3的下端与所述传动机构传动连接。所述机座7的具体结构按照实际生产中的需要而设定，其主要作用是作为各个部件的支撑基础，附图中的机座7仅显示部分，以做示意。
[0035]所述传动机构包括第一锥齿轮81、第二锥齿轮82、连接齿轮83及连接齿条84 ;所述第一锥齿轮81与所述驱动轴3固定并同轴设置，所述第二锥齿轮82与所述第一锥齿轮81啮合，所述连接齿轮83与所述第二锥齿轮82固定并同轴设置，所述第一锥齿轮81、第二锥齿轮82及连接齿轮83均是转动地设置于所述机座7，所述连接齿条84与所述连接齿轮83啮合并与控制棒9连接，所述连接齿条84具体的是固定至所述控制棒9上，从而能够带动控制棒9上下移动或跟随控制棒9下落。
[0036]所述控制棒驱动机构防止控制棒9落棒后反弹的原理如下:在正常工况下，所述上离合器4吸合而所述下离合器5分离时，此时所述电机I能够通过所述传动轴2、上离合器4带动所述驱动轴3转动，而所述驱动轴3再进一步驱使与其连接的所述传动机构正向或反向运转从而带动控制棒9上下移动进出堆芯。当欲紧急停堆时，所述上离合器4分离而所述下离合器5吸合，所述上离合器4分离后所述电机I驱动所述传动轴2空转而失去对所述控制棒9的限制，所述控制棒9受自身重力驱使下落，下落的同时带动所述传动机构正向运转，与所述传动机构连接的所述驱动轴3也做正向转动，由于所述下离合器5的固定端51及运动端52分别与所述逆止器6的内圈及所述驱动轴3周向固定，因此所述驱动轴3驱动所述内圈正向转动。当所述控制棒9落到堆芯底部并具有向上弹起的趋势时，与控制棒9连接的传动机构同样具有反向运转的驱使，而与传动机构连接的所述驱动轴3也具有反转的趋势，然而此时所述驱动轴3通过所述下离合器5与所述内圈连接固定，所述内圈只能正转而无法反转，因此所述驱动轴3反向转动的趋势会被遏止而无法形成反转，所述传动机构同样无法反转，从而使与传动机构连接的控制棒9无法向上弹起。
[0037]本控制棒驱动机构还可按控制要求，在任何位置逆止控制棒9上升，只需要给出下离合器5的吸合控制信号即可，在具体应用上的意义表现为，为了防止因为外部扰动影响，造成控制棒9的突然上提，引起反应堆意外升功率。
[0038]在本实施例中，所述逆止器6还可以反向安装，即逆止器6只能跟随所述传动机构反向转动而不能正向转动，这样设置的意义是保持反应堆的功率，或者防止意外非计划/非事故停堆，对经济性带来影响。
[0039]与现有技术相比，本发明控制棒驱动机构不仅能够驱动控制棒9正常进出堆芯，还能够在事故工况紧急落棒时，依靠离合器与逆止器6的配合方式防止控制棒9落棒后反弹，确保落棒停堆的可靠性和安全性，有效保护动力源。
[0040]以上所揭露的仅为本发明的较佳实例而已，其作用是方便本领域的技术人员理解并据以实施，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。
【权利要求】
1.一种逆止装置，其特征在于:包括电机、传动轴、驱动轴、上离合器、下离合器及逆止器；所述电机驱使所述传动轴转动，所述上离合器及下离合器均包括能够相互分离或吸合锁止的固定端及运动端，所述上离合器的固定端固定于所述传动轴，所述上离合器的运动端固定地安装于所述驱动轴的上端，所述驱动轴与所述传动轴呈同轴心设置，所述下离合器的固定端固定于所述内圈的下端，所述驱动轴穿过所述逆止器的内圈及所述下离合器的固定端并能在所述内圈及所述下离合器的固定端内自由转动，所述下离合器的运动端固定地安装于所述驱动轴，所述驱动轴的下端与传动机构传动连接。
2.如权利要求1所述的逆止装置，其特征在于:所述电机与所述传动轴之间还设置有减速机构。
3.如权利要求1所述的逆止装置，其特征在于:所述逆止器为滚柱逆止器。
4.如权利要求1所述的逆止装置，其特征在于:所述上离合器及下离合器的固定端与运动端相向的一侧设置可以相互啮合的齿面。
5.如权利要求1所述的逆止装置，其特征在于:所述上离合器的运动端包括与所述驱动轴固定的第一固定部及设置于所述第一固定部并相对所述第一固定部上下移动的第一接触部。
6.如权利要求1所述的逆止装置，其特征在于:所述下离合器的运动端包括与所述驱动轴固定的第二固定部及设置于所述第二固定部并相对所述第二固定部上下移动的第二接触部。
7.如权利要求1所述的逆止装置，其特征在于:所述下离合器的固定端径向承载所述驱动轴。
8.—种控制棒驱动机构，其特征在于:包括与控制棒连接的传动机构、机座及如权利要求1-7中任一项所述的逆止装置，所述电机、驱动轴、逆止器及所述传动机构均安装于所述机座，所述驱动轴的下端与所述传动机构传动连接。
9.如权利要求8所述的控制棒驱动机构，其特征在于:所述传动机构包括第一锥齿轮、第二锥齿轮、连接齿轮及连接齿条；所述第一锥齿轮与所述驱动轴固定并同轴设置，所述第二锥齿轮与所述第一锥齿轮啮合，所述连接齿轮与所述第二锥齿轮固定并同轴设置，所述连接齿条与所述连接齿轮啮合并与所述控制棒连接。
【文档编号】F16D41/064GK104196917SQ201410421199
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月25日 优先权日:2014年8月25日
【发明者】黄文有, 卢朝晖, 周建明, 王晓, 吕永红, 向文元, 白冰 申请人:中科华核电技术研究院有限公司, 中国广核集团有限公司