一种小型研究堆用安全棒驱动机构的制作方法

本发明属于核工程技术领域，具体涉及一种小型研究堆用安全棒驱动机构。

背景技术：

研究堆是一个复杂的核设施，可应用到很多先进的研究领域。随着研究堆技术的发展，面向21世纪的为科学技术服务的研究堆必须是一个先进的、安全的、经济的研究堆，其安全目标也不断提高。新建研究堆应尽量具备多套独立的停堆系统，把“未能停堆事故”的概率降到最低。由于研究堆的使用条件及目的不一样，小型研究堆并不是简单地对现有某大型研究堆的缩小，反应堆中的关键设备，如安全棒驱动机构并不能满足其使用要求，需要深入地开展设计创新，从而推进小型研究堆的发展。本文所述安全棒驱动机构作为某一研究堆停堆系统的重要组成部分，其重要性不言而喻。

有鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种小型研究堆用安全棒驱动机构，至少能够在事故工况下无需外力自动落棒，实现非能动落棒，及时停止反应堆。

本发明的技术方案如下：

一种小型研究堆用安全棒驱动机构，其特征在于，包括驱动部件、传动部件、吸收体组件和卡锁组件；所述驱动部件通过所述传动部件驱动所述吸收体组件以使其移入/移出堆芯；所述卡锁组件设置于所述吸收体组件端部以避免所述吸收体组件非正常移出堆芯；所述驱动部件上设置有回复机构以在事故工况下使所述吸收体组件移入堆芯。

进一步地，上述的小型研究堆用安全棒驱动机构，所述驱动部件包括电机；所述电机的输出轴与所述传动部件驱动连接；所述回复机构为作用于所述电机的输出轴的蓄能弹簧以在事故工况下使所述输出轴反向旋转。

进一步地，上述的小型研究堆用安全棒驱动机构，所述传动部件包括第一传动轴、锥齿轮组、第二传动轴、圆柱齿轮和齿条；所述第一传动轴一端与所述驱动部件驱动连接，另一端通过所述锥齿轮组与所述第二传动轴驱动连接，所述第二传动轴通过圆柱齿轮与所述齿条驱动连接；所述吸收体组件与所述齿条连接。

进一步地，上述的小型研究堆用安全棒驱动机构，所述齿条和所述吸收体组件安装在导向管中，所述齿条上设置有定位结构，所述导向管上设置有与所述定位结构配合的位置传感器。

进一步地，上述的小型研究堆用安全棒驱动机构，导向管、传动部件的壳体与驱动部件的壳体形成总的腔室。

进一步地，上述的小型研究堆用安全棒驱动机构，所述吸收体组件为至少两段吸收体连接而成；相邻的吸收体之间通过铰链连接；所述吸收体组件与所述传动部件之间也通过铰链连接。

进一步地，上述的小型研究堆用安全棒驱动机构，所述锁定部件包括端头、弹簧片和弹簧驱动机构；所述弹簧片上设置有卡住所述端头以将所述吸收体组件位置固定的卡位结构；所述弹簧驱动机构能够作用于所述弹簧片以使所述端头能够退出卡位结构。

进一步地，上述的小型研究堆用安全棒驱动机构，所述端头设置有利于所述端头进入所述卡位结构的锥面或斜面。

进一步地，上述的小型研究堆用安全棒驱动机构，所述弹簧驱动机构包括供气系统、波纹管和锥头，所述波纹管设置于所述供气系统的气腔室内，且能够随所述气腔室的压力变化而推动所述锥头作用于所述弹簧片。

进一步地，上述的小型研究堆用安全棒驱动机构，所述驱动部件通过所述传动部件驱动至少一个吸收体组件。

本发明的有益效果如下：

1、通过回复机构能够在事故工况下，驱动部件回转，吸收体组件自动落入堆芯，实现非能动落棒。

2、安全棒驱动机构形成总的密闭腔室能实现吸收体组件无需直接在冷却剂中运动，在气体介质中运动能减少快速落棒时的阻力，并能使吸收体组件与冷却剂隔离，防止吸收体组件包壳破损污染冷却剂。

3、通过卡锁组件使吸收体组件保持在堆芯位置，无需担心在外界震动、冲击等干扰下吸收体组件移出堆芯，提高了吸收体组件维持在堆芯位置的可靠性。

4、吸收体组件分成2段(或多段)，每段间及与齿条间用可转动的铰链连接，减少了刚性杆的长度，增加了运动件的柔性，能在导向管有一定变形或弯曲的情况下，吸收体组件仍能落棒插入堆芯。

5、由于不涉及重力影响，本发明提供的安全棒系统能正向使用，也能反向(倒置)使用，有利于反应堆的总体布置。

附图说明

图1为本发明的小型研究堆用安全棒驱动机构的结构示意图。

图2为本发明中卡锁部件的结构示意图(端头即将进入卡位结构的状态)。

上述附图中，1、驱动部件；2、主动锥齿轮；3、从动锥齿轮；4、壳体；5、齿条；6、位置传感器；7、圆柱齿轮；8、吸收体组件；9、铰链；10、导向管；11、端头；12、弹簧片；13、锥头；14、波纹管；15、供气系统；16、第一传动轴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明提供了一种小型研究堆用安全棒驱动机构，其特征在于，包括驱动部件1、传动部件、吸收体组件8和卡锁组件；所述驱动部件1通过所述传动部件驱动所述吸收体组件8以使其移入/移出堆芯；所述卡锁组件设置于所述吸收体组件8端部以避免所述吸收体组件8非正常移出堆芯；所述驱动部件1上设置有回复机构以在事故工况下使所述吸收体组件8移入堆芯。

所述驱动部件1包括电机；所述电机的输出轴与所述传动部件驱动连接；所述回复机构为作用于所述电机的输出轴的蓄能弹簧以在事故工况下使所述输出轴反向旋转。当外界动力失去时，吸收体组件8仍能快速插入堆芯，蓄能弹簧弹力足够大时，安全棒驱动机构不受总体布置(正向或反向)的影响，吸收体组件8能竖直插入堆芯，提高安全落棒的可靠性。

所述卡锁组件不一定限于本文所示的结构，也可采用其他能实现同样功能的结构。同时，由于本发明的提供的驱动部件能够通过所述传动部件驱动至少两个吸收体组件，因此，卡锁组件可设置于每个吸收体组件，也可仅设制于部分吸收体组件。

所述传动部件包括第一传动轴16、锥齿轮组、第二传动轴、圆柱齿轮7和齿条5；所述第一传动轴16一端与所述驱动部件1驱动连接，另一端通过所述锥齿轮组与所述第二传动轴驱动连接，所述第二传动轴通过圆柱齿轮7与所述齿条5驱动连接；所述吸收体组件8与所述齿条5连接。所述齿条5和所述吸收体组件8安装在导向管中，所述齿条5上设置有定位结构，所述导向管10上设置有与所述定位结构配合的位置传感器6。在反应堆本体中，安全棒驱动机构的导向管10插入堆芯，吸收体组件8处于堆芯位置，冷却剂在导向管10外面流动，驱动部分和供气系统均在反应堆堆芯的外面。本实施例中，导向管10、传动部件的壳体4与驱动部件1的壳体形成总的密闭腔室。安全棒驱动机构形成总的密闭腔室能实现吸收体组件8无需直接在冷却剂中运动，在气体介质中运动能减少快速落棒时的阻力，并能使吸收体组件8与冷却剂隔离，防止吸收体组件8包壳破损污染冷却剂。

驱动部件1通过第一传动轴16把旋转运动传至传动部件的壳体4内的主动锥齿轮2，1个主动锥齿轮2带动从锥动齿轮(1个或多个，本实施例中为2个)转动，从动锥齿轮3通过第二传动轴带动圆柱齿轮7旋转，圆柱齿轮7与齿条5啮合，从而带动齿条5及吸收体组件8同时移动。

所述吸收体组件8为至少两段吸收体连接而成；相邻的吸收体之间通过铰链9连接；所述吸收体组件8与所述传动部件之间也通过铰链9连接。如此，减少了吸收体组件8的刚性杆的长度，增加了运动件的柔性，能在导向管10有一定变形或弯曲的情况下，吸收体组件8仍能落棒插入堆芯。

所述锁定部件包括端头11、弹簧片12和弹簧驱动机构；所述弹簧片12上设置有卡住所述端头11以将所述吸收体组件8位置固定的卡位结构；所述弹簧驱动机构能够作用于所述弹簧片12以使所述端头11能够退出卡位结构。所述端头11设置有利于所述端头11进入所述卡位结构的锥面或斜面。

所述弹簧驱动机构包括供气系统15、波纹管14和锥头13，所述波纹管14设置于所述供气系统15的气腔室内，且能够随所述气腔室的压力变化而推动所述锥头13作用于所述弹簧片12。

供气系统15通入一定压力的气体时，气腔室内气压增大从而压迫波纹管14体积变化，进而带动锥头13向上移动作用于弹簧片12使其打开(如图2所示)，此时，端头11能顺利移出/进入弹簧片12的卡位结构，供气系统15排气状态下，弹簧片12恢复原状，端头11被锁住在弹簧内，从而保证吸收体组件8不移出堆芯，保证反应堆安全。

在正常工况下，反应堆需要启动时，供气系统15进气，弹簧片12打开，驱动机构通过锥齿轮副和齿轮齿条副带动齿条5移动，齿条5一端和吸收体组件8连接，从而带动吸收体移出堆芯，此时驱动机构内有一蓄能弹簧被压缩，当吸收体组件8移动到指定位置时，位置传感器6接收到信号指示组件位置，驱动机构停止运转，电磁卡锁机构通电锁住，保持驱动机构输出轴在该位置，同时驱动机构内另一部件实现电机与输出轴间的机械连接断开，此时，供气系统15排气，弹簧片12恢复原状；在事故工况下，电磁卡锁断电解锁，驱动机构内被压缩的蓄能弹簧释放，输出轴与反应堆启动时的相反的方向旋转，带动吸收体组件8快速插入堆芯，实现紧急停堆。

停堆状态下，只要供气系统不通入一定压力的气体，吸收体组件8便能保持在堆芯位置，无需担心在外界震动、冲击等干扰下吸收体组件8移出堆芯，提高了吸收体组件8维持在堆芯位置的可靠性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。