本发明涉及用于核反应堆结构中控制棒落棒装置技术领域，特别是涉及一种控制棒缓冲结构。
背景技术：
控制棒是现有核反应堆中的重要控制部件，由吸收中子的材料制成，用于核反应堆反应的速度调节、终止核反应。
在控制棒落棒时，为防止对燃料组件造成损伤，控制棒在落棒时需要对其进行缓冲，常用的方法是在燃料组件的导向管内设置缩径式结构，为控制棒提供落棒时的水力缓冲，但对于一些无法设置导向管的燃料组件，其落棒缓冲就很难在燃料组件内实现。
技术实现要素：
针对上述现有技术中用于控制棒在落棒时所需要的缓冲结构运用具有局限性的问题，本发明提供了一种控制棒缓冲结构。
为解决上述问题，本发明提供的一种控制棒缓冲结构通过以下技术要点来解决问题：一种控制棒缓冲结构，包括可在控制棒落棒过程中，为控制棒提供运动阻力的缓冲结构本体，所述缓冲结构本体的长度方向平行于控制棒在落棒时的运动方向，所述缓冲结构本体在控制棒落棒时，缓冲结构本体的一端与控制棒或/和用于驱动控制棒运动的驱动机构相互作用，缓冲结构本体的另一端与堆内构件相互作用，在缓冲结构本体两端均受到挤压时，缓冲结构本体的总长度缩短。
具体的，以上结构在控制棒落棒过程中，缓冲结构本体的一端受控制棒和/或驱动机构约束，缓冲结构本体的另一端受堆内构件的约束，这样，在两个约束点对缓冲结构本体产生约束时，若控制棒要进一步下落，缓冲结构本体总长度缩短过程中缓冲结构本体对控制棒落棒产生阻力，以上阻力用于实现对控制棒下路的缓冲。
本结构区别于现有用于控制棒的缓冲结构，只需在驱动机构和/或控制棒上设置一个约束点，在堆内构件上设置一个约束点，故本方案的实施不受燃料组件本身结构的影响，即本案提供的缓冲结构适应性强，易于推广；适用于本案的缓冲结构本体可广泛采用现有技术中具有高温耐受性能的弹性器件、流体缓冲器件等，如螺旋形普通弹簧、金属弹性片、气压缸、设置有液体泄放通道的液压缸等，即本案还具有取材方便的优点。
更进一步的技术方案为：
由于在控制棒落棒过程中，缓冲结构本体刚产生阻碍控制棒落棒的阻力时，控制棒受到的冲击力最大，为优化本案的控制棒落棒缓冲性能，所述缓冲结构本体由至少两个长度缩短单元串联而成，在缓冲结构本体两端受到约束时，每段长度缩短单元都因为以上约束所产生力而发生长度缩短，所述缓冲结构本体的总长度缩短量为各段长度缩短单元长度缩短量之和，且不同长度缩短单元缩短单位长度所需要的压应力不等。以上形式的缓冲结构本体，更易于变形的长度缩短单元可以先产生较大长度的压缩，让控制棒短期内可下落较大距离，而以上过程持续使得控制棒减速，而后较易变形的长度缩短单元长度缩短到一定程度后，再由其他更不易被压缩的长度缩短单元通过被压缩单位长度，消耗控制棒更大的动能，从而达到优化对控制棒的缓冲性能的目的。
作为长度缩短单元一种便于实现的实现形式，所述长度缩短单元为两个，每个长度缩短单元中均设置有弹簧，两个弹簧的弹性系数不等，在缓冲结构本体两端受到约束时，两个弹簧均发生弹性形变。
作为以上采用弹簧作为长度缩短单元更进一步的实现方案，所述弹簧为螺旋弹簧或碟形弹簧组，控制棒及两个弹簧三者的轴线共线，所述碟形弹簧组由多个碟形弹簧层叠而成，且碟形弹簧组中，各碟形弹簧受压变形相互之间不影响。本案中，采用螺旋弹簧和碟形弹簧组的实现形式，旨在利用螺旋弹簧相较于碟形弹簧，螺旋弹簧一般弹性系数更小，更易于变形，同时可产生较大的变形量。而碟形弹簧更不易变形，同时单个碟形弹簧可达到的变形量更小，故采用多个碟形弹簧叠加形成碟形弹簧组的形式，碟形弹簧组中，各碟形弹簧受压变形相互之间不影响具体的叠放形式可以是相邻碟形弹簧其中一个的凹端外侧正对另一个的凹端外侧，或其中一个的凸端外侧正对另一个的凸端外侧的叠层形式，这样，由于碟形弹簧组的变形量影响控制棒能够运动的距离，多个碟形弹簧同时变形，可使得碟形弹簧组可产生较大变形。
为使得本缓冲结构具有流体缓冲功能，同时可将上述流体作为一种冷却剂，用于控制棒和/或驱动机构和/或本缓冲结构的冷却剂，每个长度缩短单元中均设置有介质腔，所述介质腔均包括腔壳及设置在腔壳内的活塞，所述介质腔上具有连通介质腔内部与外部的间隙，在缓冲结构本体两端受到约束时，各介质腔中活塞与腔壳可因为以上约束所产生的力而发生相对运动，在相对运动过程中由所述间隙中挤出介质腔内部的介质，同时弹簧被进一步压缩。以上介质腔结构中，介质腔内部的介质用于制约腔壳与活塞的相对运动阻力大小，控制棒下落腔壳与活塞之间具有压应力时，若介质为气体，通过被压缩或挤出、若介质为液体，通过将介质由间隙中从介质腔内部挤出，腔壳与活塞相对运动，这样，控制棒才能够进一步落棒，实现本缓冲结构的流体缓冲功能。优选以上介质为液体，以利用液体不可被压缩的性能和具有更大的比热容，使得实现流体缓冲时可提供均匀的阻力和带走更多的热量，优选以上介质为去离子水。
为避免介质腔对控制棒落棒施加的阻力造成控制棒歪斜，所述介质腔均呈圆筒状，两个介质腔的轴线均与控制棒的轴线共线。
作为介质腔的一种具体实现形式，两个介质腔分别为上介质腔和下介质腔，所述上介质腔的腔壳与驱动机构或控制棒固定连接，下介质腔的腔壳与上介质腔的活塞固定连接，沿着控制棒的落棒方向，堆内构件位于下介质腔的活塞外端的前方。本实现方案中，沿着控制棒的落棒方向，堆内构件位于下介质腔的活塞外端的前方，旨在用于实现在介质腔随驱动机构或控制棒落棒时，下介质腔的活塞外端与堆内构件接触，即使得介质腔的两端产生约束，控制棒进一步落棒过程中介质腔提供约束控制棒落棒的阻力。
作为一种便于在现有驱动机构和控制棒之间设置本缓冲结构的实现形式，还包括双头螺杆，所述双头螺杆的上、下端分别与驱动机构及控制棒螺纹连接，上介质腔的腔壳与双头螺杆的上端固定连接，上介质腔的活塞与下介质腔的腔壳为一个整体结构，所述整体结构设置有通孔，所述整体结构与双头螺杆通过整体结构上的通孔形成间隙配合关系；
所述下介质腔的活塞上设置有通孔，所述下介质腔的活塞与双头螺杆通过下介质腔活塞上的通孔形成间隙配合关系，且上介质腔和下介质腔均呈圆筒状，两个介质腔的轴线均与双头螺杆的轴线共线。本实现形式中，将本缓冲结构设置为一个整体，通过双头螺杆实现本缓冲结构与驱动机构和控制棒的固定连接，具有在现有控制棒组件上安装方便的优点。
作为一种可同时实现机械缓冲和流体缓冲的缓冲结构实现形式，所述整体结构为中间设置有封板的筒状结构，整体结构上的通孔位于封板上，封板下端的筒状腔作为下介质腔的腔壳，下介质腔的活塞与下介质腔的腔壳之间设置有螺旋弹簧，封板上端的筒状腔开口端还设定有固定环；
还包括上端位于固定环外侧、内端位于固定环内侧的压紧环，所述压紧环的下端还设置有凸缘，所述凸缘向固定环侧的投影落在固定环上，所述凸缘下端与封板之间设置有碟形弹簧组，所述碟形弹簧组由多个碟形弹簧层叠而成，且碟形弹簧组中，各碟形弹簧受压变形相互之间不影响；
所述螺旋弹簧及碟形弹簧组的轴线均与控制棒的轴线共线；
所述压紧环与固定环间隙配合，双头螺杆与压紧环间隙配合。
以上方案中，在驱动机构和控制棒之间设置了带有二级介质力缓冲和二级机械缓冲功能的控制棒缓冲结构，利用了活塞式缓冲腔的介质力缓冲功能和碟形弹簧及螺旋弹簧的机械缓冲功能，并通过将整个缓冲结构分为两个介质力缓冲腔，减少了落棒初次冲击力、提高了介质力缓冲效果，并在两个介质力缓冲腔内分别设置了碟形弹簧组和螺旋弹簧的机械缓冲结构，提高了机械缓冲效果，降低了整个介质力缓冲行程中的落棒冲击力。本方案中，优选介质为去离子水，这样，以上介质力即为水力，即所述去离子水不断由活塞式缓冲腔的内部逸出后，便可实现水力缓冲功能。
优选的，设置为碟形弹簧组压缩单位长度所需要的力最大，而后是上介质腔形成的活塞式缓冲腔中，活塞与腔壳相对运动单位长度所需要的力次之，而后下介质腔形成的活塞式缓冲腔中，活塞与腔壳相对运动与螺旋弹簧变形同步，且下介质腔压缩单位长度所需要的力最小的形式，以上形式可实现控制棒缓冲过程中三级阻力变化，使得本缓冲结构对控制棒的阻力逐步增大。
螺旋弹簧、碟形弹簧组、控制棒三者轴线的关系可使得本结构在发挥机械缓冲功能时，对控制棒的阻力在控制棒的周向上分布均匀，避免控制棒歪斜；压紧环的具体形式，使得上介质腔中介质流出到一定程度后，压紧环的上端与上介质腔底面接触后才通过碟形弹簧组对控制棒继续下落提供约束，设置的固定环用于将碟形弹簧组固定于压紧环与封板之间。
为便于调整介质力大小，所述间隙的介质流通面截面面积大小可调。
本发明具有以下有益效果：
本结构区别于现有用于控制棒的缓冲结构，只需在驱动机构和/或控制棒上设置一个约束点，在堆内构件上设置一个约束点，故本方案的实施不受燃料组件本身结构的影响，即本案提供的缓冲结构适应性强，易于推广；适用于本案的缓冲结构本体可广泛采用现有技术中具有高温耐受性能的弹性器件、流体缓冲器件等，如螺旋形普通弹簧、金属弹性片、气压缸、设置有液体泄放通道的液压缸等，即本案还具有取材方便的优点。
附图说明
图1为本发明所述的一种控制棒缓冲结构一个具体实施例中，控制棒提棒及落棒缓冲之前的缓冲结构示意图；
图2为本发明所述的一种控制棒缓冲结构一个具体实施例中，落棒缓冲初期的一级介质力缓冲和一级机械缓冲作用下的缓冲结构示意图；
图3为本发明所述的一种控制棒缓冲结构一个具体实施例中，落棒缓冲后期的二级介质力缓冲和二级机械缓冲作用下的缓冲结构示意图。
图中标记分别为：1、驱动机构，2、双头螺杆，3、二级缓冲缸，4、压紧环，5、固定环，6、碟形弹簧组，7、一级缓冲缸，8、螺旋弹簧，9、缓冲座，10、控制棒，11、二级缓冲缸介质，12、一级缓冲缸介质，13、堆内构件。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明不仅限于以下实施例：
实施例1：
如图1至图3所示，一种控制棒缓冲结构，包括可在控制棒10落棒过程中，为控制棒10提供运动阻力的缓冲结构本体，所述缓冲结构本体的长度方向平行于控制棒10在落棒时的运动方向，所述缓冲结构本体在控制棒10落棒时，缓冲结构本体的一端与控制棒10或/和用于驱动控制棒10运动的驱动机构1相互作用，缓冲结构本体的另一端与堆内构件13相互作用，在缓冲结构本体两端均受到挤压时，缓冲结构本体的总长度缩短。
本实施例中，以上结构在控制棒10落棒过程中，缓冲结构本体的一端受控制棒10和/或驱动机构1约束，缓冲结构本体的另一端受堆内构件13的约束，这样，在两个约束点对缓冲结构本体产生约束时，若控制棒10要进一步下落，缓冲结构本体总长度缩短过程中缓冲结构本体对控制棒10落棒产生阻力，以上阻力用于实现对控制棒10下路的缓冲。
本结构区别于现有用于控制棒10的缓冲结构，只需在驱动机构1和/或控制棒10上设置一个约束点，在堆内构件13上设置一个约束点，故本方案的实施不受燃料组件本身结构的影响，即本案提供的缓冲结构适应性强，易于推广；适用于本案的缓冲结构本体可广泛采用现有技术中具有高温耐受性能的弹性器件、流体缓冲器件等，如螺旋形普通弹簧、金属弹性片、气压缸、设置有液体泄放通道的液压缸等，即本案还具有取材方便的优点。
实施例2：
本实施例在实施例1的基础上作进一步限定，如图1至图3所示，由于在控制棒10落棒过程中，缓冲结构本体刚产生阻碍控制棒10落棒的阻力时，控制棒10受到的冲击力最大，为优化本案的控制棒10落棒缓冲性能，所述缓冲结构本体由至少两个长度缩短单元串联而成，在缓冲结构本体两端受到约束时，每段长度缩短单元都因为以上约束所产生力而发生长度缩短，所述缓冲结构本体的总长度缩短量为各段长度缩短单元长度缩短量之和，且不同长度缩短单元缩短单位长度所需要的压应力不等。以上形式的缓冲结构本体，更易于变形的长度缩短单元可以先产生较大长度的压缩，让控制棒10短期内可下落较大距离，而以上过程持续使得控制棒10减速，而后较易变形的长度缩短单元长度缩短到一定程度后，再由其他更不易被压缩的长度缩短单元通过被压缩单位长度，消耗控制棒10更大的动能，从而达到优化对控制棒10的缓冲性能的目的。
作为长度缩短单元一种便于实现的实现形式，所述长度缩短单元为两个，每个长度缩短单元中均设置有弹簧，两个弹簧的弹性系数不等，在缓冲结构本体两端受到约束时，两个弹簧均发生弹性形变。
作为以上采用弹簧作为长度缩短单元更进一步的实现方案，所述弹簧为螺旋弹簧8或碟形弹簧组6，控制棒10及两个弹簧三者的轴线共线，所述碟形弹簧组6由多个碟形弹簧层叠而成，且碟形弹簧组6中，各碟形弹簧受压变形相互之间不影响。本案中，采用螺旋弹簧8和碟形弹簧组6的实现形式，旨在利用螺旋弹簧8相较于碟形弹簧，螺旋弹簧8一般弹性系数更小，更易于变形，同时可产生较大的变形量。而碟形弹簧更不易变形，同时单个碟形弹簧可达到的变形量更小，故采用多个碟形弹簧叠加形成碟形弹簧组6的形式，碟形弹簧组6中，各碟形弹簧受压变形相互之间不影响具体的叠放形式可以是相邻碟形弹簧其中一个的凹端外侧正对另一个的凹端外侧，或其中一个的凸端外侧正对另一个的凸端外侧的叠层形式，这样，由于碟形弹簧组6的变形量影响控制棒10能够运动的距离，多个碟形弹簧同时变形，可使得碟形弹簧组6可产生较大变形。
为使得本缓冲结构具有流体缓冲功能，同时可将上述流体作为一种冷却剂，用于控制棒10和/或驱动机构1和/或本缓冲结构的冷却剂，每个长度缩短单元中均设置有介质腔，所述介质腔均包括腔壳及设置在腔壳内的活塞，所述介质腔上具有连通介质腔内部与外部的间隙，在缓冲结构本体两端受到约束时，各介质腔中活塞与腔壳可因为以上约束所产生的力而发生相对运动，在相对运动过程中由所述间隙中挤出介质腔内部的介质，同时弹簧被进一步压缩。以上介质腔结构中，介质腔内部的介质用于制约腔壳与活塞的相对运动阻力大小，控制棒10下落腔壳与活塞之间具有压应力时，若介质为气体，通过被压缩或挤出、若介质为液体，通过将介质由间隙中从介质腔内部挤出，腔壳与活塞相对运动，这样，控制棒10才能够进一步落棒，实现本缓冲结构的流体缓冲功能。优选以上介质为液体，以利用液体不可被压缩的性能和具有更大的比热容，使得实现流体缓冲时可提供均匀的阻力和带走更多的热量，优选以上介质为去离子水。
为避免介质腔对控制棒10落棒施加的阻力造成控制棒10歪斜，所述介质腔均呈圆筒状，两个介质腔的轴线均与控制棒10的轴线共线。
作为介质腔的一种具体实现形式，两个介质腔分别为上介质腔和下介质腔，所述上介质腔的腔壳与驱动机构1或控制棒10固定连接，下介质腔的腔壳与上介质腔的活塞固定连接，沿着控制棒10的落棒方向，堆内构件13位于下介质腔的活塞外端的前方。本实现方案中，沿着控制棒10的落棒方向，堆内构件13位于下介质腔的活塞外端的前方，旨在用于实现在介质腔随驱动机构1或控制棒10落棒时，下介质腔的活塞外端与堆内构件13接触，即使得介质腔的两端产生约束，控制棒10进一步落棒过程中介质腔提供约束控制棒10落棒的阻力。
作为一种便于在现有驱动机构1和控制棒10之间设置本缓冲结构的实现形式，还包括双头螺杆2，所述双头螺杆2的上、下端分别与驱动机构1及控制棒10螺纹连接，上介质腔的腔壳与双头螺杆2的上端固定连接，上介质腔的活塞与下介质腔的腔壳为一个整体结构，所述整体结构设置有通孔，所述整体结构与双头螺杆2通过整体结构上的通孔形成间隙配合关系；
所述下介质腔的活塞上设置有通孔，所述下介质腔的活塞与双头螺杆2通过下介质腔活塞上的通孔形成间隙配合关系，且上介质腔和下介质腔均呈圆筒状，两个介质腔的轴线均与双头螺杆2的轴线共线。本实现形式中，将本缓冲结构设置为一个整体，通过双头螺杆2实现本缓冲结构与驱动机构1和控制棒10的固定连接，具有在现有控制棒10组件上安装方便的优点。
作为一种可同时实现机械缓冲和流体缓冲的缓冲结构实现形式，所述整体结构为中间设置有封板的筒状结构，整体结构上的通孔位于封板上，封板下端的筒状腔作为下介质腔的腔壳，下介质腔的活塞与下介质腔的腔壳之间设置有螺旋弹簧8，封板上端的筒状腔开口端还设定有固定环5；
还包括上端位于固定环5外侧、内端位于固定环5内侧的压紧环4，所述压紧环4的下端还设置有凸缘，所述凸缘向固定环5侧的投影落在固定环5上，所述凸缘下端与封板之间设置有碟形弹簧组6，所述碟形弹簧组6由多个碟形弹簧层叠而成，且碟形弹簧组中，各碟形弹簧受压变形相互之间不影响；
所述螺旋弹簧8及碟形弹簧组6的轴线均与控制棒10的轴线共线；
所述压紧环4与固定环5间隙配合，双头螺杆2与压紧环4间隙配合。
以上方案中，在驱动机构1和控制棒10之间设置了带有二级介质力缓冲和二级机械缓冲功能的控制棒缓冲结构，利用了活塞式缓冲腔的介质力缓冲功能和碟形弹簧组6及螺旋弹簧8的机械缓冲功能，并通过将整个缓冲结构分为两个介质力缓冲腔，减少了落棒初次冲击力、提高了介质力缓冲效果，并在两个介质力缓冲腔内分别设置了碟形弹簧组6和螺旋弹簧8的机械缓冲结构，提高了机械缓冲效果，降低了整个介质力缓冲行程中的落棒冲击力。本方案中，优选介质为去离子水，这样，以上介质力即为水力，即所述去离子水不断由活塞式缓冲腔的内部逸出后，便可实现水力缓冲功能。
优选的，设置为碟形弹簧组6压缩单位长度所需要的力最大，而后是上介质腔形成的活塞式缓冲腔中，活塞与腔壳相对运动单位长度所需要的力次之，而后下介质腔形成的活塞式缓冲腔中，活塞与腔壳相对运动与螺旋弹簧8变形同步，且下介质腔压缩单位长度所需要的力最小的形式，以上形式可实现控制棒10缓冲过程中三级阻力变化，使得本缓冲结构对控制棒10的阻力逐步增大。
螺旋弹簧8、碟形弹簧组6、控制棒10三者轴线的关系可使得本结构在发挥机械缓冲功能时，对控制棒10的阻力在控制棒10的周向上分布均匀，避免控制棒10歪斜；压紧环4的具体形式，使得上介质腔中介质流出到一定程度后，压紧环4的上端与上介质腔底面接触后才通过碟形弹簧组6对控制棒10继续下落提供约束，设置的固定环5用于将碟形弹簧组6固定于压紧环4与封板之间。
实施例3：
本实施例在以上任意一个实施例提供的任意一个技术方案的基础上对本案作进一步限定：为便于调整介质力大小，所述间隙的介质流通面截面面积大小可调。
实施例4：
本实施例在实施例2的基础上，提供了一种具体的实现方案：如图1至图3所示，一种控制棒缓冲结构，该缓冲结构连接于驱动机构1与控制棒10之间，包括双头螺杆2、二级缓冲缸3、压紧环4、固定环5、碟形弹簧组6、一级缓冲缸7、螺旋弹簧8、缓冲座9，双头螺杆2的上下端分别与驱动机构1和控制棒10相连，双头螺杆2的轴线方向平行于控制棒10的落棒方向，二级缓冲缸3呈倒置的筒状，双头螺杆2的上端穿过二级缓冲缸3底部中央，双头螺杆2与二级缓冲缸3底部固定连接，一级缓冲缸7为中间设置有封板的筒状结构，封板上设置有与双头螺杆2间隙配合的通孔，固定环5固定于一级缓冲缸7的上端开口处，压紧环4套设于双头螺杆2上，压紧环4的上下侧分别位于固定环5的上侧和下侧，压紧环4的下侧设置有凸缘，凸缘朝固定环5一侧的投影位于固定环5上，凸缘的下端与封板之间设置碟形弹簧组6，一级缓冲缸7的上端嵌入二级缓冲缸3中，压紧环4、固定环5及二级缓冲缸3三者之间容置有二级缓冲缸介质11，缓冲座9呈正放的筒状结构，缓冲座9的底面中央设置有与双头螺杆2间隙配合的孔，缓冲座9的上端嵌入一级缓冲缸7的下端，封板与缓冲座9下端之间设置螺旋弹簧8，堆内构件13位于缓冲座9的下端，一级缓冲缸7上端与二级缓冲缸3之间具有间隙，缓冲座9与一级缓冲缸7下端之间具有间隙，缓冲座9与一级缓冲缸7之间具有一级缓冲缸介质12。
本缓冲结构在发挥作用时，即本缓冲结构随驱动机构1或控制棒10下落，缓冲座9底面与堆内构件13接触，一级缓冲缸介质12及二级缓冲缸介质11均为去离子水，一级缓冲缸介质12相较于二级缓冲缸介质11，单位时间可移除更大比例的去离子水，同时螺旋弹簧8的弹性系数小于碟形弹簧组6的弹性系数，在控制棒10落棒过程中，伴随一级缓冲缸介质12流出，缓冲座9与一级缓冲缸7发生较快的相对运动，当缓冲座9与一级缓冲缸7相对运动到止点时，二级缓冲缸介质11流出，二级缓冲缸3与一级缓冲缸7发生较快的相对运动，当压紧环4上端与二级缓冲缸3底端接触时，碟形弹簧组6发生较大的弹性形变。
以上结构中，二级缓冲缸3即为上介质腔的腔壳，压紧环4及固定环5组成上介质腔的活塞，一级缓冲缸7为所述整体机构，一级缓冲缸7的下端为下介质腔的腔壳，缓冲座9为下介质腔的活塞。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。