用于安全棒驱动机构的主轴传动链的制作方法

本实用新型涉及核电技术领域，特别是涉及一种用于安全棒驱动机构的主轴传动链。

背景技术：

安全棒驱动机构(控制棒驱动机构)是反应堆中的重要部件或设备，其下端连接安全棒(控制棒)，如用于在紧急工况下，释放安全棒以实现反应堆紧急停堆。反应堆正常运行时安全棒长期保持在最高处，一旦发生事故，安全棒驱动机构对其的约束变化，安全棒快速插入堆芯，使反应堆实现紧急停堆，从而保证反应堆的安全。

设计出一种性能可靠的安全棒驱动机构，无疑是对反应堆安全运行的重要保障。

技术实现要素：

针对上述提出的设计出一种性能可靠的安全棒驱动机构，无疑是对反应堆安全运行的重要保障的问题，本实用新型提供了一种用于安全棒驱动机构的主轴传动链，本主轴传动链用于连接安全棒，其在使用过程中性能可靠。

本实用新型提供的用于安全棒驱动机构的主轴传动链通过以下技术要点来解决问题：用于安全棒驱动机构的主轴传动链，包括驱动部件、传动轴及主轴，所述主轴上还设置有多个齿条，多个齿条沿着主轴的轴线方向排列，还包括与齿条齿啮合的齿轮，所述驱动部件通过传动轴驱动齿轮转动，还包括电磁离合器，所述电磁离合器包括电磁线圈、外筒体及内筒体，所述外筒体套设在内筒体的外侧，且内筒体外壁各点与外筒体内壁各点之间均具有间隙；

所述电磁线圈位于外筒体的外侧或位于内筒体的内侧；

电磁离合器串联在传动轴上：外筒体及内筒体两者中，其中一者通过传动轴与驱动部件相连，另一者通过传动轴与齿轮相连。

本方案中，主轴的下端用于用于连接安全棒，在电磁离合器结合时，所述驱动部件用于驱动传动轴旋转，齿轮在传动轴的作用下旋转，由于主轴上还设置有多个齿条，在齿轮旋转的过程中，齿轮在主轴的轴线的啮合位置发生变化，即在齿轮在空间中位置固定的情况下，根据齿轮的正、反转，可驱动主轴完成上拔、下插动作。在事故情况下，如电磁离合器断电，电磁离合器处于脱开状态，此时，由于本传动链不再具备对主轴的约束能力，故此时，安全棒随主轴在重力等因素下下落，起到事故状态下保护反应堆的目的。

本方案中，通过设置为电磁离合器包括内筒体、外筒体和电磁线圈，同时设置为内筒体外壁各点与外筒体内壁各点之间均具有间隙，即内筒体与外筒体间隔排列，内筒体与外筒体无直接接触，电磁离合器的结合状态即为：电磁线圈通电，内筒体与外筒体之间的磁力使得在驱动部件驱动内筒体与外筒体两者中与驱动部件直接连接的一者转动，而另一者在两者磁力的作用下随转，此状态下，即可通过驱动部件驱动齿轮旋转而改变主轴在反应堆轴线上的位置。在电磁线圈如在事故状态下失电时，内筒体与外筒体之间的磁力消失，此状态下本传动链失去对主轴下坠的约束，在主轴的重力等作用下下坠，同时在下坠时，主轴与齿轮的配合关系以及齿轮与所述两者中其中一者的连接关系，使得主轴在下坠时仅能通过传动轴驱动与齿轮直接连接的一者转动，此种情况下，可使得主轴具有更小的下坠阻力，利于减少安全棒下坠所需时间，使得本主轴传动链的性能更为可靠。同时本方案中，所述两者之间无直接连接，故相较于现有的电磁离合器，由于电磁离合器工作时依靠磁力传递转矩，故所述两者在传动链正常工作时两者是无摩擦的，故本方案提供的传动链中，由于电磁离合器在工作时不存在磨损，故本传动链还具有更好的性能可靠性。

电磁离合器中，设置为：电磁线圈，包括线圈本体，所述线圈本体包括线圈骨架及线圈绕组，所述线圈骨架包括呈筒状的内骨架和外骨架，还包括端板，所述内骨架、外骨架、端板围成环形空间，所述线圈绕组安装于所述环形空间内，所述外骨架及端板的材质均为导磁性材料，所述内骨架整体材质为非导磁性材料或局部材质为非导磁性材料；当内骨架局部材质为非导磁性材料时，为非导磁性材料的部分为筒段，且所述筒段串联在内骨架的两端之间；同时，电磁离合器包括的外筒体、内筒体电磁线圈具体方案为：所述外筒体安装在内骨架的内侧，且外筒体与内骨架之间具有间隙；所述内筒体安装在外筒体的内侧，内筒体的外侧上还设置有多条第二轴向棱条，所述第二轴向棱条环形均布于内筒体上，外筒体的外侧上还设置有多条第一轴向棱条，所述第一轴向棱条环形均布于外筒体上，第一轴向棱条的延伸方向沿着外筒体的轴向方向，第二轴向棱条的延伸方向沿着内筒体的轴向方向，且第二轴向棱条与第一轴向棱条之间还具有间隙，以上间隙用于避免内筒体与外筒体在发生相对转动过程中触碰；所述内筒体及第二轴向棱条的材质均为导磁性材料；所述外筒体由三段筒段串联而成，组成外筒体的筒段包括处于两端的端部筒段及处于中间的中部筒段，所述端部筒段的材质为导磁性材料，所述中部筒段的材质为非导磁形材料；在所述内骨架整体为非导磁性材料材料时，所述端板朝向外筒体的投影落在端部筒段上，且端板与外部筒段一一对应；在所述述内骨架局部为非导磁性材料材料时，为非导磁性材料的筒段两侧的其他筒段朝向外筒体的投影落在端部筒段上，且所述其他筒段与外部筒段一一对应。

具体的，如在外筒体上连接驱动装置，外筒体和内筒体两者中，外筒体为主动筒体：在线圈绕组通电时，以上电即为励磁电流，此时，线圈绕组产生磁场，设置为以上所述外骨架及端板的材质均为导磁性材料，所述内骨架整体材质为非导磁性材料或局部材质为非导磁性材料；当内骨架局部材质为非导磁性材料时，为非导磁性材料的部分为筒段，且所述筒段串联在内骨架的两端之间，通过对外筒体和内筒体全部或局部的材料选择，这样既可保证，以上电磁离合器在通电时，以上导磁性材料部分作为磁场传递的媒介引导磁通的磁路，同时以上非导磁性材料可限定为相应磁路或磁力线呈环状：主要的磁路或磁力线呈环状，且路径覆盖外骨架、两侧的端板，同时经过外筒体和内筒体，这样，由于包括所述轴向棱条，在外筒体受到驱动装置施加的转矩转动时，外筒体和内筒体各自轴向棱条之间的磁力线扭曲，利用磁力线总是企图收缩，以使得使其经过的路径上磁阻最小的特点让作为主动转子的外筒体和作为从动转子的内筒体凸极中心相对，这时，即可获得一个切向分力作用于从动转子即为从动转子产生转矩，使从动转子跟随主动转子旋转，此情况下电磁离合器处于传递转矩的连接状态。当线圈绕组失电时，以上磁力线消失或磁通变小，此情况下，电磁离合器成为断开状态或逐渐回归至断开状态。

优选的，设置为以上内筒体与外筒体的导磁部分均采用软磁体，即以上导磁性材料的材质均为软磁体材料，以使得其能够在电磁线圈的作用下易磁化且容易消磁；同时，由于本主轴传动链需要安装在呈筒状的套管内使用，为优化套管受力，优选设置为：驱动部件为轴线与主轴同轴的驱动电机，传动轴由多段组成，电磁离合器作为组成传动轴的两段之间的连接件；传动轴的轴线与主轴的轴线平行，所述外筒体通过轴承安装于套管内，内筒体通过轴承安装于外筒体内，内筒体、外筒体、电磁线圈三者的轴线均与主轴的主轴共线，同时，通过连接键在内筒体与外筒体上安装齿盘，传动轴上亦设置与对应内筒体、外筒体上齿盘齿啮合的齿盘，即内筒体、外筒体与对应传动轴之间的力的传递亦通过齿啮合的方式传递。

更进一步的技术方案为：

为使得在驱动部件停止向传动轴输入转矩时，主轴能够稳定的停留在特定高度，设置为：还包括串联在传动轴上的具有自锁性能的蜗轮蜗杆机构，所述蜗轮蜗杆机构位于电磁离合器与驱动部件之间；

蜗轮蜗杆机构中，蜗轮通过传动轴与电磁离合器相连，蜗杆通过传动轴与驱动部件相连。本方案提供了一种结构简单，且可通过减速传动提高扭矩的技术方案。

为避免主轴下坠与动导管相作用时出现安全棒反弹情况，设置为：还包括设置于内筒体与外筒体之间的具有单向逆止功能的超越离合器，所述超越离合器使得外筒体与内筒体两者中，与齿轮相连的一者可独立于另一者转动。采用本方案，在电磁离合器结合时，由于内筒体与外筒体同步转动，故此时超越离合器上部件并不具有相对运动，而在电磁离合器脱开时，超越离合器允许与齿轮相连的一者可相对于另一者转动，此时，主轴下坠；主轴下坠到位因为碰撞而反弹时，由于超越离合器阻碍与齿轮相连的一者反转，故可达到避免主轴反弹的目的。

作为电磁离合器的具体实现方式，设置为：所述电磁线圈、外筒体、内筒体、主轴四者同轴，所述内筒体套设在主轴的外侧，电磁线圈呈筒状，电磁线圈套设在外筒体的外侧；

所述电磁线圈与外筒体相互独立。本方案中，电磁线圈与外筒体、外筒体与内筒体均无直接接触，这样，电磁线圈不会随外筒体发生转动，故在具体使用时，将电磁线圈固定安装在所述套管的管内即可，这样，不仅方便简化电磁线圈的接线结构，同时由于电磁离合器的受电部分相对于套管固定，利于电磁离合器性能的可靠性。采用本方案，即可采用以上提出的外筒体通过轴承与套管连接、内筒体通过轴承与外筒体连接的形式。优选的，为方便设置传动轴，设置为：电磁离合器与驱动部件之间的传动轴与外筒体齿啮合、电磁离合器与齿轮之间的传动轴与内筒体齿啮合。

为加快主轴在事故状态下的下落速度，设置为：还包括用于加快主轴下落速度的加速装置。

作为一种下落时不需要外部输入能量以保障加速装置性能可靠性的实现方式，还包括作为主轴传动链壳体的筒体，所述加速装置为安装于主轴与筒体之间的压缩弹簧或碟形弹簧，在所述主轴在驱动部件作用下上提时，所述压缩弹簧或碟形弹簧发生弹性压缩。本方案中，所述筒体即为以上所述的套管。

作为一种可减小主轴下落到底时受力的实现方式，还包括用于减小主轴下落时对动导管的冲击力的缓冲装置。

作为一种具体的缓冲装置实现方案，还包括作为主轴传动链壳体的筒体，所述缓冲装置为安装于主轴与筒体之间的压缩弹簧或碟形弹簧，在所述主轴下落时，所述压缩弹簧或碟形弹簧发生弹性压缩。本方案中，所述筒体即为以上所述的套管。

优选的，作为一种结构简单且易于实现的方式，以上具体的加速装置和缓冲装置实现方式中，如主轴上设置一个呈法兰盘状的凸台，以上凸台相对于主轴的外侧外凸，同时在筒体的孔道内设置两个呈环状的凸环，以上凸环相对于所述孔道的壁面凸出，且其中一个凸环位于凸台的上侧，另一个凸环位于凸台的下侧，凸台的上表面支撑起加速作用的弹簧，起缓冲作用的弹簧设置于下侧凸环与凸台之间：通过设置特定的上侧凸环、凸台、下侧凸环三者各自在筒体和主轴上的位置，在主轴上提时，凸环朝向上侧的凸台运动，在主轴上提到位后，两者之间的弹簧被压缩；在主轴下坠至底之前，凸台下侧的弹簧作为下侧凸环与凸台之间的支撑件，通过弹性变形，对凸台提供向上的力以起到缓冲作用。

为方便获取主轴的位置，设置为：还包括用于检测主轴位置的位置检测装置。作为本领域技术人员，所述检测装置可采用位置传感器。

作为一种完整的技术方案，设置为：还包括连接在主轴下端的抓手部件，所述抓手部件用于抓取安全棒。

本实用新型具有以下有益效果：

本方案中，通过设置为电磁离合器包括内筒体、外筒体和电磁线圈，同时设置为内筒体外壁各点与外筒体内壁各点之间均具有间隙，即内筒体与外筒体间隔排列，内筒体与外筒体无直接接触，电磁离合器的结合状态即为：电磁线圈通电，内筒体与外筒体之间的磁力使得在驱动部件驱动内筒体与外筒体两者中与驱动部件直接连接的一者转动，而另一者在两者磁力的作用下随转，此状态下，即可通过驱动部件驱动齿轮旋转而改变主轴在反应堆轴线上的位置。在电磁线圈如在事故状态下失电时，内筒体与外筒体之间的磁力消失，此状态下本传动链失去对主轴下坠的约束，在主轴的重力等作用下下坠，同时在下坠时，主轴与齿轮的配合关系以及齿轮与所述两者中其中一者的连接关系，使得主轴在下坠时仅能通过传动轴驱动与齿轮直接连接的一者转动，此种情况下，可使得主轴具有更小的下坠阻力，利于减少安全棒下坠所需时间，使得本主轴传动链的性能更为可靠。同时本方案中，所述两者之间无直接连接，故相较于现有的电磁离合器，由于电磁离合器工作时依靠磁力传递转矩，故所述两者在传动链正常工作时两者是无摩擦的，故本方案提供的传动链中，由于电磁离合器在工作时不存在磨损，故本传动链还具有更好的性能可靠性。

附图说明

图1是本实用新型所述的用于安全棒驱动机构的主轴传动链一个具体实施例的传动原理图；

图2是本实用新型所述的用于安全棒驱动机构的主轴传动链一个具体实施例的局部示意图，该示意图为剖视图，反映电磁离合器的具体结构以及其与传动轴的连接关系。

图中的附图标记依次为：1、电磁线圈，2、外筒体，3、连接键，4、传动轴，5、内筒体，6、轴承，7、齿轮，8、齿条，9、主轴，10、驱动部件，11、电磁离合器，12、蜗轮蜗杆机构，13、超越离合器，14、加速装置，15、缓冲装置，16、抓手部件。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但是本实用新型的结构不仅限于以下实施例。

实施例1：

如图1和图2所示，用于安全棒驱动机构的主轴传动链，包括驱动部件10、传动轴4及主轴9，所述主轴9上还设置有多个齿条8，多个齿条8沿着主轴9的轴线方向排列，还包括与齿条8齿啮合的齿轮7，所述驱动部件10通过传动轴4驱动齿轮7转动，还包括电磁离合器11，所述电磁离合器11包括电磁线圈1、外筒体2及内筒体5，所述外筒体2套设在内筒体5的外侧，且内筒体5外壁各点与外筒体2内壁各点之间均具有间隙；

所述电磁线圈1位于外筒体2的外侧或位于内筒体5的内侧；

电磁离合器11串联在传动轴4上：外筒体2及内筒体5两者中，其中一者通过传动轴4与驱动部件10相连，另一者通过传动轴4与齿轮7相连。

本方案中，主轴9的下端用于用于连接安全棒，在电磁离合器11结合时，所述驱动部件10用于驱动传动轴4旋转，齿轮7在传动轴4的作用下旋转，由于主轴9上还设置有多个齿条8，在齿轮7旋转的过程中，齿轮7在主轴9的轴线的啮合位置发生变化，即在齿轮7在空间中位置固定的情况下，根据齿轮7的正、反转，可驱动主轴9完成上拔、下插动作。在事故情况下，如电磁离合器11断电，电磁离合器11处于脱开状态，此时，由于本传动链不再具备对主轴9的约束能力，故此时，安全棒随主轴9在重力等因素下下落，起到事故状态下保护反应堆的目的。

本方案中，通过设置为电磁离合器11包括内筒体5、外筒体2和电磁线圈1，同时设置为内筒体5外壁各点与外筒体2内壁各点之间均具有间隙，即内筒体5与外筒体2间隔排列，内筒体5与外筒体2无直接接触，电磁离合器11的结合状态即为：电磁线圈1通电，内筒体5与外筒体2之间的磁力使得在驱动部件10驱动内筒体5与外筒体2两者中与驱动部件10直接连接的一者转动，而另一者在两者磁力的作用下随转，此状态下，即可通过驱动部件10驱动齿轮7旋转而改变主轴9在反应堆轴线上的位置。在电磁线圈1如在事故状态下失电时，内筒体5与外筒体2之间的磁力消失，此状态下本传动链失去对主轴9下坠的约束，在主轴9的重力等作用下下坠，同时在下坠时，主轴9与齿轮7的配合关系以及齿轮7与所述两者中其中一者的连接关系，使得主轴9在下坠时仅能通过传动轴4驱动与齿轮7直接连接的一者转动，此种情况下，可使得主轴9具有更小的下坠阻力，利于减少安全棒下坠所需时间，使得本主轴9传动链的性能更为可靠。同时本方案中，所述两者之间无直接连接，故相较于现有的电磁离合器11，由于电磁离合器11工作时依靠磁力传递转矩，故所述两者在传动链正常工作时两者是无摩擦的，故本方案提供的传动链中，由于电磁离合器11在工作时不存在磨损，故本传动链还具有更好的性能可靠性。

优选的，设置为以上内筒体5与外筒体2的导磁部分均采用软磁体，即材质均为软磁体材料，以使得其能够在电磁线圈1的作用下易磁化且容易消磁；同时，由于本主轴9传动链需要安装在呈筒状的套管内使用，为优化套管受力，优选设置为：驱动部件10为轴线与主轴9同轴的驱动电机，传动轴4由多段组成，电磁离合器11作为组成传动轴4的两段之间的连接件；传动轴4的轴线与主轴9的轴线平行，所述外筒体2通过轴承6安装于套管内，内筒体5通过轴承6安装于外筒体2内，内筒体5、外筒体2、电磁线圈1三者的轴线均与主轴9的主轴9共线，同时，通过连接键3在内筒体5与外筒体2上安装齿盘，传动轴4上亦设置与对应内筒体5、外筒体2上齿盘齿啮合的齿盘，即内筒体5、外筒体2与对应传动轴4之间的力的传递亦通过齿啮合的方式传递。

实施例2：

如图1和图2所示，本实施例在实施例1的基础上作进一步限定：为使得在驱动部件10停止向传动轴4输入转矩时，主轴9能够稳定的停留在特定高度，设置为：还包括串联在传动轴4上的具有自锁性能的蜗轮蜗杆机构12，所述蜗轮蜗杆机构12位于电磁离合器11与驱动部件10之间；

蜗轮蜗杆机构12中，蜗轮通过传动轴4与电磁离合器11相连，蜗杆通过传动轴4与驱动部件10相连。本方案提供了一种结构简单，且可通过减速传动提高扭矩的技术方案。

为避免主轴9下坠与动导管相作用时出现安全棒反弹情况，设置为：还包括设置于内筒体5与外筒体2之间的具有单向逆止功能的超越离合器13，所述超越离合器13使得外筒体2与内筒体5两者中，与齿轮7相连的一者可独立于另一者转动。采用本方案，在电磁离合器11结合时，由于内筒体5与外筒体2同步转动，故此时超越离合器13上部件并不具有相对运动，而在电磁离合器11脱开时，超越离合器13允许与齿轮7相连的一者可相对于另一者转动，此时，主轴9下坠；主轴9下坠到位因为碰撞而反弹时，由于超越离合器13阻碍与齿轮7相连的一者反转，故可达到避免主轴9反弹的目的。

作为电磁离合器11的具体实现方式，设置为：所述电磁线圈1、外筒体2、内筒体5、主轴9四者同轴，所述内筒体5套设在主轴9的外侧，电磁线圈1呈筒状，电磁线圈1套设在外筒体2的外侧；

所述电磁线圈1与外筒体2相互独立。本方案中，电磁线圈1与外筒体2、外筒体2与内筒体5均无直接接触，这样，电磁线圈1不会随外筒体2发生转动，故在具体使用时，将电磁线圈1固定安装在所述套管的管内即可，这样，不仅方便简化电磁线圈1的接线结构，同时由于电磁离合器11的受电部分相对于套管固定，利于电磁离合器11性能的可靠性。采用本方案，即可采用以上提出的外筒体2通过轴承6与套管连接、内筒体5通过轴承6与外筒体2连接的形式。优选的，为方便设置传动轴4，设置为：电磁离合器11与驱动部件10之间的传动轴4与外筒体2齿啮合、电磁离合器11与齿轮7之间的传动轴4与内筒体5齿啮合。

为加快主轴9在事故状态下的下落速度，设置为：还包括用于加快主轴9下落速度的加速装置14。

作为一种下落时不需要外部输入能量以保障加速装置14性能可靠性的实现方式，还包括作为主轴9传动链壳体的筒体，所述加速装置14为安装于主轴9与筒体之间的压缩弹簧或碟形弹簧，在所述主轴9在驱动部件10作用下上提时，所述压缩弹簧或碟形弹簧发生弹性压缩。本方案中，所述筒体即为以上所述的套管。

作为一种可减小主轴9下落到底时受力的实现方式，还包括用于减小主轴9下落时对动导管的冲击力的缓冲装置15。

作为一种具体的缓冲装置15实现方案，还包括作为主轴9传动链壳体的筒体，所述缓冲装置15为安装于主轴9与筒体之间的压缩弹簧或碟形弹簧，在所述主轴9下落时，所述压缩弹簧或碟形弹簧发生弹性压缩。本方案中，所述筒体即为以上所述的套管。

优选的，作为一种结构简单且易于实现的方式，以上具体的加速装置14和缓冲装置15实现方式中，如主轴9上设置一个呈法兰盘状的凸台，以上凸台相对于主轴9的外侧外凸，同时在筒体的孔道内设置两个呈环状的凸环，以上凸环相对于所述孔道的壁面凸出，且其中一个凸环位于凸台的上侧，另一个凸环位于凸台的下侧，凸台的上表面支撑起加速作用的弹簧，起缓冲作用的弹簧设置于下侧凸环与凸台之间：通过设置特定的上侧凸环、凸台、下侧凸环三者各自在筒体和主轴9上的位置，在主轴9上提时，凸环朝向上侧的凸台运动，在主轴9上提到位后，两者之间的弹簧被压缩；在主轴9下坠至底之前，凸台下侧的弹簧作为下侧凸环与凸台之间的支撑件，通过弹性变形，对凸台提供向上的力以起到缓冲作用。

为方便获取主轴9的位置，设置为：还包括用于检测主轴9位置的位置检测装置。作为本领域技术人员，所述检测装置可采用位置传感器。

作为一种完整的技术方案，设置为：还包括连接在主轴9下端的抓手部件16，所述抓手部件16用于抓取安全棒。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本实用新型的保护范围内。