本发明涉及核反应堆控制技术领域，尤其涉及一种闭合转子螺母升降磁阻马达式核反应堆控制棒驱动机构及其驱动方法。
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，现存在寿命短、可靠性低、转子开裂紧急停堆落棒后不能正常原精度闭合、二次启动强制闭合时会造成丝杆啮合面的磕碰损伤。
目前，磁力提升型和开裂转子磁阻马达型控制棒驱动机构均是丝杆升降，丝杆提升时，丝杆需穿出反应堆顶盖，穿出高度约占反应堆总高度的20％，从而使得反应堆更高更大，占用船舶平台的更多空间。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明提供一种闭合转子螺母升降磁阻马达式核反应堆控制棒驱动机构及其驱动方法，至少部分解决上述技术问题。
为此，本发明提供一种核反应堆控制棒驱动机构，包括旋转编码器1、制动器2、磁阻马达3、两个轴承6、轴承座7、弹簧上固定座8、弹簧外导向套9、行星滚柱丝杠副、弹簧11、弹簧内导向套12、弹簧下支撑座13、连接套15、中空导向杆16、上部支撑板17和导向筒18，所述行星滚柱丝杠副包括行星滚柱丝杠副丝杆10和行星滚柱丝杠副螺母14；
所述旋转编码器1和所述制动器2设置在所述磁阻马达3上，所述旋转编码器1设置在所述制动器2的上方，所述行星滚柱丝杠副丝杆10与所述磁阻马达3连接，两个所述轴承6轴向固定在所述行星滚柱丝杠副丝杆10上，两个所述轴承6固定设置在所述轴承座7内；
所述弹簧11套装在所述行星滚柱丝杠副丝杆10的外圈，所述弹簧11的上端螺旋固定在所述弹簧上固定座8上，所述弹簧11设置在所述弹簧下支撑座13的上方，所述弹簧上固定座8固定连接在所述轴承座7上，所述弹簧外导向套9套装在所述弹簧11的外圈，所述弹簧外导向套9固定设置在所述弹簧上固定座8上，所述弹簧内导向套12设置在所述弹簧11的内圈；
所述弹簧内导向套12与所述弹簧下支撑座13固定连接，所述弹簧下支撑座13与所述行星滚柱丝杠副螺母14固定连接，所述行星滚柱丝杠副螺母14套装在所述行星滚柱丝杠副丝杆10上，所述行星滚柱丝杠副螺母14通过所述连接套15与所述中空导向杆16固定连接，所述中空导向杆16设置在所述导向筒18内，所述导向筒18固定设置在所述上部支撑板17上，所述中空导向杆16与载荷连接。
可选的，还包括法兰座4，所述磁阻马达3与所述轴承座7通过所述法兰座4固定连接。
可选的，还包括联接器5，所述行星滚柱丝杠副丝杆10与所述磁阻马达3的转子通过所述联接器5连接。
可选的，所述联接器5为摩擦盘式电磁离合器、牙嵌式电磁离合器或者刚性联轴器。
可选的，所述行星滚柱丝杠副包括通用型行星滚柱丝杠副、反转型行星滚柱丝杠副、pwg环齿型行星滚柱丝杠副或者定轴型行星滚柱丝杠副。
可选的，所述制动器2用于当通电时对所述磁阻马达3进行制动，当断电时停止对所述磁阻马达3进行制动。
本发明还提供一种根据任一所述的核反应堆控制棒驱动机构的驱动方法，包括：
当核反应堆启动时，所述旋转编码器1反馈位置，所述磁阻马达3通电，所述磁阻马达3的转子旋转，所述行星滚柱丝杠副丝杆10在所述轴承座7之内作旋转运动，所述行星滚柱丝杠副丝杆10的旋转运动带动所述行星滚柱丝杠副螺母14作直线运动，所述行星滚柱丝杠副螺母14的直线运动带动所述中空导向杆16在所述导向筒18之内滑动作上升直线运动，所述弹簧11随着所述行星滚柱丝杠副螺母14在有效行程之内运动储能，所述中空导向杆16带动所述载荷上升；
当核反应堆处于功率调节状态时，所述旋转编码器1反馈位置，所述磁阻马达3通电，所述磁阻马达3的转子旋转，所述行星滚柱丝杠副丝杆10在所述轴承座7之内作旋转运动，所述行星滚柱丝杠副丝杆10的旋转运动带动所述行星滚柱丝杠副螺母14作直线运动，所述行星滚柱丝杠副螺母14的直线运动带动所述中空导向杆16在所述导向筒18之内滑动作上升或者下降的直线运动，以带动所述载荷上升或者下降到指定位置，所述弹簧11随着所述行星滚柱丝杠副螺母14在有效行程之内运动储能；
当核反应堆处于保持功率状态时，所述旋转编码器1反馈位置，所述磁阻马达3通电，所述磁阻马达3的转子旋转，所述行星滚柱丝杠副丝杆10在所述轴承座7之内作旋转运动，所述行星滚柱丝杠副丝杆10的旋转运动带动所述行星滚柱丝杠副螺母14作直线运动，所述行星滚柱丝杠副螺母14的直线运动带动所述中空导向杆16在所述导向筒18之内滑动作上升或者下降的直线运动，以带动所述载荷上升或者下降到指定位置；
当所述中空导向杆16带动所述载荷移动至所述指定位置时，所述制动器2通电制动，所述磁阻马达3断电暂停工作，所述磁阻马达3的转子与所述行星滚柱丝杠副丝杆10停止旋转，所述中空导向杆16带动所述载荷在所述制动器2的制动作用之下保持在所述指定位置，所述弹簧11在所述指定位置进行运动储能；
当核反应堆正常停堆时，所述旋转编码器1反馈位置，所述磁阻马达3通电，所述磁阻马达3的转子旋转，所述行星滚柱丝杠副丝杆10在所述轴承座7之内作旋转运动，所述行星滚柱丝杠副丝杆10的旋转运动带动所述行星滚柱丝杠副螺母14作直线运动，所述行星滚柱丝杠副螺母14的直线运动带动所述中空导向杆16在所述导向筒18之内滑动作下降直线运动，所述弹簧11随着所述行星滚柱丝杠副螺母14在有效行程之内伸张，所述中空导向杆16带动所述载荷下降到正常停堆位置；
当核反应堆紧急停堆时，所述旋转编码器1反馈位置，所述磁阻马达3断电，制动器2断电，所述弹簧11压缩产生的张力作用在所述行星滚柱丝杠副螺母14上，所述行星滚柱丝杠副螺母14将张力传递到所述行星滚柱丝杠副丝杆10上，以驱动所述行星滚柱丝杠副丝杆10旋转，所述行星滚柱丝杠副螺母14、所述中空导向杆16以及所述载荷在所述行星滚柱丝杠副丝杆10的旋转驱动之下作直线运动，以实现快速落棒。
本发明具有下述有益效果：
本发明提供的核反应堆控制棒驱动机构及其驱动方法之中，所述核反应堆控制棒驱动机构包括旋转编码器、制动器、磁阻马达、两个轴承、轴承座、弹簧上固定座、弹簧外导向套、行星滚柱丝杠副、弹簧、弹簧内导向套、弹簧下支撑座、连接套、中空导向杆、上部支撑板和导向筒，所述行星滚柱丝杠副包括行星滚柱丝杠副丝杆和行星滚柱丝杠副螺母。本发明提供的技术方案克服了现有技术的结构缺陷，可十多倍提高控制棒驱动机构的寿命、可靠性高，而且紧急落棒之后能够保持原有精度和结构不变，可以迅速以原精度进行恢复工作。本发明提供的丝杆无需穿出核反应堆的顶盖，降低反应堆的总高度约20％，反应堆的体积小，占用船舶平台的空间小。本发明提供的技术方案采用行星滚柱丝杠副丝杆在固定位置旋转，行星滚柱丝杠副螺母与中空导向杆共同升降，利用了中空导向杆的轴向空间以及上部支撑板到核反应堆顶盖之间的空间，从而实现了降低核反应堆高度以及减小核反应堆体积的目的。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的核反应堆控制棒驱动机构的结构示意图；
其中，附图标记为：1-旋转编码器；2-制动器；3-磁阻马达；4-法兰座；5-联接器；6-轴承；7-轴承座；8-弹簧上固定座；9-弹簧外导向套；10-行星滚柱丝杠副丝杆；11-弹簧；12-弹簧内导向套；13-弹簧下支撑座；14-行星滚柱丝杠副螺母；15-连接套；16-中空导向杆；17-上部支撑板；18-导向筒；z-载荷。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的核反应堆控制棒驱动机构及其驱动方法进行详细描述。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的核反应堆控制棒驱动机构的结构示意图。如图1所示，核反应堆控制棒驱动机构，包括旋转编码器1、制动器2、磁阻马达3、两个轴承6、轴承座7、弹簧上固定座8、弹簧外导向套9、行星滚柱丝杠副、弹簧11、弹簧内导向套12、弹簧下支撑座13、连接套15、中空导向杆16、上部支撑板17和导向筒18，所述行星滚柱丝杠副包括行星滚柱丝杠副丝杆10和行星滚柱丝杠副螺母14。本实施例提供的技术方案克服了现有技术的结构缺陷，可十多倍提高控制棒驱动机构的寿命、可靠性高，而且紧急落棒之后能够保持原有精度和结构不变，可以迅速以原精度进行恢复工作。本实施例提供的丝杆无需穿出核反应堆的顶盖，降低反应堆的总高度约20％，反应堆的体积小，占用船舶平台的空间小。本实施例提供的技术方案采用行星滚柱丝杠副丝杆在固定位置旋转，行星滚柱丝杠副螺母与中空导向杆共同升降，利用了中空导向杆的轴向空间以及上部支撑板到核反应堆顶盖之间的空间，从而实现了降低核反应堆高度以及减小核反应堆体积的目的。
本实施例提供的核反应堆控制棒驱动机构还包括法兰座4和联接器5，所述磁阻马达3与所述轴承座7通过所述法兰座4固定连接，所述行星滚柱丝杠副丝杆10与所述磁阻马达3的转子通过所述联接器5连接。参见图1，所述旋转编码器1和所述制动器2设置在所述磁阻马达3上，所述旋转编码器1设置在所述制动器2的上方，所述行星滚柱丝杠副丝杆10与所述磁阻马达3连接，两个所述轴承6轴向固定在所述行星滚柱丝杠副丝杆10上，两个所述轴承6固定设置在所述轴承座7内。所述弹簧11套装在所述行星滚柱丝杠副丝杆10的外圈，所述弹簧11的上端螺旋固定在所述弹簧上固定座8上，所述弹簧11设置在所述弹簧下支撑座13的上方，所述弹簧上固定座8固定连接在所述轴承座7上，所述弹簧外导向套9套装在所述弹簧11的外圈，所述弹簧外导向套9固定设置在所述弹簧上固定座8上，所述弹簧内导向套12设置在所述弹簧11的内圈。
本实施例中，所述联接器5为摩擦盘式电磁离合器、牙嵌式电磁离合器或者刚性联轴器，所述行星滚柱丝杠副包括通用型行星滚柱丝杠副、反转型行星滚柱丝杠副、pwg环齿型行星滚柱丝杠副或者定轴型行星滚柱丝杠副，所述制动器2用于当通电时对所述磁阻马达3进行制动，当断电时停止对所述磁阻马达3进行制动。本实施例提供的技术方案克服了现有技术的结构缺陷，可十多倍提高控制棒驱动机构的寿命、可靠性高，而且紧急落棒之后能够保持原有精度和结构不变，可以迅速以原精度进行恢复工作。本实施例提供的丝杆无需穿出核反应堆的顶盖，降低反应堆的总高度约20％，反应堆的体积小，占用船舶平台的空间小。本实施例提供的技术方案采用行星滚柱丝杠副丝杆在固定位置旋转，行星滚柱丝杠副螺母与中空导向杆共同升降，利用了中空导向杆的轴向空间以及上部支撑板到核反应堆顶盖之间的空间，从而实现了降低核反应堆高度以及减小核反应堆体积的目的。
本实施例提供的核反应堆控制棒驱动机构相比于现有技术具有有益的技术效果，如下表1所示：
表1：开裂转子控制棒驱动机构与闭合转子控制棒驱动机构的差异比较
可以看出，本实施例提供的技术方案克服了现有技术的结构缺陷，可十多倍提高控制棒驱动机构的寿命、可靠性高，而且紧急落棒之后能够保持原有精度和结构不变，可以迅速以原精度进行恢复工作。本实施例提供的丝杆无需穿出核反应堆的顶盖，降低反应堆的总高度约20％，反应堆的体积小，占用船舶平台的空间小。
所述弹簧内导向套12与所述弹簧下支撑座13固定连接，所述弹簧下支撑座13与所述行星滚柱丝杠副螺母14固定连接，所述行星滚柱丝杠副螺母14套装在所述行星滚柱丝杠副丝杆10上，所述行星滚柱丝杠副螺母14通过所述连接套15与所述中空导向杆16固定连接，所述中空导向杆16设置在所述导向筒18内，所述导向筒18固定设置在所述上部支撑板17上，所述中空导向杆16与载荷连接。
本实施例提供的旋转编码器1和制动器2安装于磁阻马达3上，旋转编码器1将载荷位置反馈给控制系统，制动器2通电制动，断电不制动。轴承6的两个轴向固定在行星滚柱丝杠副丝杆10上，安装于轴承座7内，磁阻马达3的转子与行星滚柱丝杠副丝杆10通过联接器5连接，磁阻马达3通过法兰座4与轴承座7固定连接。本实施例提供的技术方案克服了现有技术的结构缺陷，可十多倍提高控制棒驱动机构的寿命、可靠性高，而且紧急落棒之后能够保持原有精度和结构不变，可以迅速以原精度进行恢复工作。
参见图1，弹簧11的上端螺旋固定在弹簧上固定座8上，弹簧外导向套9套装在弹簧11外圈，弹簧外导向套9与弹簧上固定座8固定在轴承座7上。弹簧内导向套12安装在弹簧11的内圈，弹簧11的下端支撑在弹簧下支撑座13上，弹簧下支撑座13与行星滚柱丝杠副螺母14固定连接。行星滚柱丝杠副螺母14与中空导向杆16通过连接套15固定连接，中空导向杆16安装在导向筒18内，导向筒18固定在上部支撑板17上。
本实施例提供的核反应堆控制棒驱动机构包括旋转编码器、制动器、磁阻马达、两个轴承、轴承座、弹簧上固定座、弹簧外导向套、行星滚柱丝杠副、弹簧、弹簧内导向套、弹簧下支撑座、连接套、中空导向杆、上部支撑板和导向筒，所述行星滚柱丝杠副包括行星滚柱丝杠副丝杆和行星滚柱丝杠副螺母。本实施例提供的技术方案克服了现有技术的结构缺陷，可十多倍提高控制棒驱动机构的寿命、可靠性高，而且紧急落棒之后能够保持原有精度和结构不变，可以迅速以原精度进行恢复工作。本实施例提供的丝杆无需穿出核反应堆的顶盖，降低反应堆的总高度约20％，反应堆的体积小，占用船舶平台的空间小。本实施例提供的技术方案采用行星滚柱丝杠副丝杆在固定位置旋转，行星滚柱丝杠副螺母与中空导向杆共同升降，利用了中空导向杆的轴向空间以及上部支撑板到核反应堆顶盖之间的空间，从而实现了降低核反应堆高度以及减小核反应堆体积的目的。
实施例二
本发明提供一种核反应堆控制棒驱动机构的驱动方法，所述核反应堆控制棒驱动机构为实施例一提供的核反应堆控制棒驱动机构，关于核反应堆控制棒驱动机构的具体描述，请参见实施例一，此处不再赘述。
当核反应堆启动时，所述旋转编码器1反馈位置，所述磁阻马达3通电，制动器2不制动，所述磁阻马达3的转子旋转，所述行星滚柱丝杠副丝杆10在所述轴承座7之内作旋转运动，所述行星滚柱丝杠副丝杆10的旋转运动带动所述行星滚柱丝杠副螺母14作直线运动，所述行星滚柱丝杠副螺母14的直线运动带动所述中空导向杆16在所述导向筒18之内滑动作上升直线运动，所述弹簧11随着所述行星滚柱丝杠副螺母14在有效行程之内压缩储能，所述中空导向杆16带动所述载荷上升。
本实施例提供的联接器5为刚性联轴器，若此时所配的联接器为摩擦盘式电磁离合器或牙嵌式电磁离合器时，离合器均处于通电接合状态，将磁阻马达3的转子的旋转运动传递到行星滚柱丝杠副丝杆10上。
当核反应堆处于功率调节状态时，所述旋转编码器1反馈位置，所述磁阻马达3通电，制动器2不制动，所述磁阻马达3的转子旋转，所述行星滚柱丝杠副丝杆10在所述轴承座7之内作旋转运动，所述行星滚柱丝杠副丝杆10的旋转运动带动所述行星滚柱丝杠副螺母14作直线运动，所述行星滚柱丝杠副螺母14的直线运动带动所述中空导向杆16在所述导向筒18之内滑动作上升或者下降的直线运动，以带动所述载荷上升或者下降到指定位置，所述弹簧11随着所述行星滚柱丝杠副螺母14在有效行程之内压缩储能或者伸张储能。
本实施例提供的联接器5为刚性联轴器，若此时所配的联接器为摩擦盘式电磁离合器或牙嵌式电磁离合器时，离合器均处于通电接合状态，将磁阻马达3转子的旋转运动传递到行星滚柱丝杠副丝杆10上。
当核反应堆处于保持功率状态时，所述旋转编码器1反馈位置，所述磁阻马达3通电，制动器2不制动，所述磁阻马达3的转子旋转，所述行星滚柱丝杠副丝杆10在所述轴承座7之内作旋转运动，所述行星滚柱丝杠副丝杆10的旋转运动带动所述行星滚柱丝杠副螺母14作直线运动，所述行星滚柱丝杠副螺母14的直线运动带动所述中空导向杆16在所述导向筒18之内滑动作上升或者下降的直线运动，以带动所述载荷上升或者下降到指定位置。
当所述中空导向杆16带动所述载荷移动至所述指定位置时，所述制动器2通电制动，所述磁阻马达3断电暂停工作，所述磁阻马达3的转子与所述行星滚柱丝杠副丝杆10停止旋转，所述中空导向杆16带动所述载荷在所述制动器2的制动作用之下保持在所述指定位置，所述弹簧11在所述指定位置进行压缩储能。
本实施例提供的联接器5为刚性联轴器，若此时所配的联接器为摩擦盘式电磁离合器或牙嵌式电磁离合器时，离合器均处于通电接合状态，将磁阻马达3转子的旋转运动传递到行星滚柱丝杠副丝杆10上。当磁阻马达3断电暂停工作时，离合器处于通电接合状态。
当核反应堆正常停堆时，所述旋转编码器1反馈位置，所述磁阻马达3通电，制动器2不制动，所述磁阻马达3的转子旋转，所述行星滚柱丝杠副丝杆10在所述轴承座7之内作旋转运动，所述行星滚柱丝杠副丝杆10的旋转运动带动所述行星滚柱丝杠副螺母14作直线运动，所述行星滚柱丝杠副螺母14的直线运动带动所述中空导向杆16在所述导向筒18之内滑动作下降直线运动，所述弹簧11随着所述行星滚柱丝杠副螺母14在有效行程之内伸张，所述中空导向杆16带动所述载荷下降到正常停堆位置。
本实施例提供的联接器5为刚性联轴器，若此时所配的联接器为摩擦盘式电磁离合器或牙嵌式电磁离合器时，离合器均处于通电接合状态，将磁阻马达3转子的旋转运动传递到行星滚柱丝杠副丝杆10上。
当核反应堆紧急停堆时，所述旋转编码器1反馈位置，所述磁阻马达3断电，制动器2断电不制动，所述弹簧11压缩产生的张力作用在所述行星滚柱丝杠副螺母14上，所述行星滚柱丝杠副螺母14将张力传递到所述行星滚柱丝杠副丝杆10上，从而驱动所述行星滚柱丝杠副丝杆10旋转，所述行星滚柱丝杠副螺母14、所述中空导向杆16以及所述载荷在所述行星滚柱丝杠副丝杆10的旋转驱动之下作直线运动，从而达到快速落棒的目的。
本实施例提供的联接器5为刚性联轴器，若此时所配的联接器为摩擦盘式电磁离合器或牙嵌式电磁离合器时，离合器均处于断电分开状态，将磁阻马达3的转子与行星滚柱丝杠副丝杆10分开，弹簧11压缩时储备的张力作用到行星滚柱丝杠副螺母14，再由行星滚柱丝杠副螺母14将张力传递到行星滚柱丝杠副丝杆10上驱动行星滚柱丝杠副丝杆10旋转，行星滚柱丝杠副螺母14、中空导向杆16以及载荷在行星滚柱丝杠副丝杆10的旋转驱动之下作快速落棒的直线运动，此时磁阻电机2的转子不旋转。本实施例提供的旋转编码器1将载荷位置反馈给控制系统。
本实施例提供的核反应堆控制棒驱动机构的驱动方法之中，所述核反应堆控制棒驱动机构包括旋转编码器、制动器、磁阻马达、两个轴承、轴承座、弹簧上固定座、弹簧外导向套、行星滚柱丝杠副、弹簧、弹簧内导向套、弹簧下支撑座、连接套、中空导向杆、上部支撑板和导向筒，所述行星滚柱丝杠副包括行星滚柱丝杠副丝杆和行星滚柱丝杠副螺母。本实施例提供的技术方案克服了现有技术的结构缺陷，可十多倍提高控制棒驱动机构的寿命、可靠性高，而且紧急落棒之后能够保持原有精度和结构不变，可以迅速以原精度进行恢复工作。本实施例提供的丝杆无需穿出核反应堆的顶盖，降低反应堆的总高度约20％，反应堆的体积小，占用船舶平台的空间小。本实施例提供的技术方案采用行星滚柱丝杠副丝杆在固定位置旋转，行星滚柱丝杠副螺母与中空导向杆共同升降，利用了中空导向杆的轴向空间以及上部支撑板到核反应堆顶盖之间的空间，从而实现了降低核反应堆高度以及减小核反应堆体积的目的。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。