1.本发明的实施例涉及反应堆技术领域，具体涉及一种用于临界装置的控制棒系统。
背景技术：
2.临界装置是一种小型反应堆，其用于在设计阶段对构成堆芯的核燃料和其他材料的各种布置方式和组成进行临界实验测量、确定临界特性并为校验理论计算提供依据，控制棒系统作为停堆保护系统，用于使控制棒进入堆芯吸收中子改变核反应的剧烈程度，从而改变核反应堆的功率。在事故工况下，使控制棒完全进入堆芯使反应堆停止运行，保证反应堆的安全。
3.现有的控制棒系统设于反应堆堆芯的上方，通过落棒法使控制棒进入堆芯。
4.但是，临界装置在实验室需要向堆芯内添加燃料元件等，控制棒系统设置于堆芯上方会影响实验人员的视线和操作，从而影响实验的准确性。
技术实现要素：
5.鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的用于临界装置的控制棒系统。
6.本发明的第一个方面提供了一种用于临界装置的控制棒系统，包括：控制棒组件，所述控制棒组件包括控制棒棒体和导向筒，所述控制棒棒体至少部分设于所述导向筒内，用于进入堆芯吸收中子，使反应堆停止运行；驱动组件，所述驱动组件驱动所述控制棒棒体沿所述导向筒移动；其中，所述控制棒组件和所述驱动组件设置于所述临界装置的堆芯下方，所述驱动组件驱动所述控制棒棒体从下方进入所述堆芯。
7.本发明的第二个方面提供了一种用于临界装置的控制棒驱动装置，包括：导向筒，所述控制棒至少部分设于所述导向筒内，用于进入堆芯吸收中子，使反应堆停止运行；驱动组件，所述驱动组件驱动所述控制棒沿所述导向筒移动；其中，所述导向筒和所述驱动组件设置于所述临界装置的堆芯下方，所述驱动组件驱动所述控制棒从下方进入所述堆芯。
8.本发明的第三个方面提供了一种临界装置，包括：堆芯；本发明的第一个方面提供的控制棒系统，所述控制棒系统设于所述堆芯下方。
9.本发明的第四个方面提供了一种控制棒驱动方法，所述驱动方法采用本发明的第一个方面提供的控制棒系统实现，包括：对所述电磁铁组件进行通电，使得所述控制棒棒体固定于所述支撑件；控制所述电机向一个方向转动，驱动所述控制棒棒体向下移动，所述弹性件被压缩并存储能量；所述控制棒棒体移出所述堆芯后，控制所述电机停止转动；控制所述电机向与所述方向相反的方向转动，驱动所述控制棒棒体向上移动，所述弹性件被复原并释放能量；所述控制棒棒体进入所述堆芯后，控制所述电机停止转动。
附图说明
10.通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。
11.图1是根据本发明一个实施例的导向组件与导向筒的结构示意图；
12.图2是根据本发明一个实施例的控制棒系统的结构示意图；
13.图3是根据本发明一个实施例的控制棒棒体与支撑件连接的结构示意图；
14.图4是根据本发明另一个实施例的控制棒系统的结构示意图；
15.图5是根据本发明一个实施例的临界装置的结构示意图。
16.应该注意的是，附图并未按比例绘制，并且出于说明目的，在整个附图中类似结构或功能的元素通常用类似的附图标记来表示。还应该注意的是，附图只是为了便于描述优选实施例，而不是本发明本身。附图没有示出所描述的实施例的每个方面，并且不限制本发明的范围。
17.图中，10为控制棒组件，11为控制棒棒体，12为导向筒，121为凹槽，13为弹性件，20为驱动组件，21为支撑件，211为轴承，22为丝杠，23为丝杠螺母，24为电机，25为减速器，26为联轴器，30为导向组件，31为导向柱，311为限位件，32为固定板，40为电磁铁组件，41为第一磁性件，42为第二磁性件，43为固定件，50为堆芯，60为堆芯支撑板。
具体实施方式
18.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
20.本发明的实施例提供了一种用于临界装置的控制棒系统，该控制棒系统可以设于反应堆内，用于驱动控制棒进入或移出反应堆堆芯，控制棒是指用吸收中子的材料制成的吸收体，用于吸收堆芯内的中子，改变反应堆堆内的中子数和中子密度，调节核反应的剧烈程度，从而改变核反应堆的速率。核反应堆的开、停和核功率的调节都由控制棒控制，控制棒能吸收中子，从而控制反应堆内的链式裂变反应的进行。当控制棒完全进入堆芯时，反应堆内的链式裂变反应停止，从而使反应堆停堆。在事故工况下，控制棒可以快速使反应堆停堆，从而保证核反应堆的安全。
21.本发明的实施例提供的控制棒系统可以设置于反应堆堆芯的下方，使堆芯上方的空间没有阻挡。此处的反应堆可以是临界装置，临界装置是专门用于设计阶段对构成堆芯的核燃料和其他材料的各种布置方式和组成进行临界实验测量、确定其临界特性，为校验理论计算提供依据的物理实验装置，实验人员在利用临界装置进行实验时，需要进行向堆芯内添加燃料元件、变换堆芯的装载情况等实验操作，将控制棒系统设置于堆芯下方，会使堆芯上方留有实验人员进行实验操作的空间，让实验人员在操作时视线不受影响，方便进行实验操作，保证实验安全准确的进行。并且，该控制棒系统可以实现控制棒系统带动多根控制棒一起移动。
22.本发明的实施例提供的用于临界装置的控制棒系统，包括控制棒组件10和驱动组件20，控制棒组件10包括控制棒棒体11和导向筒12，控制棒棒体11至少部分设于导向筒12内，用于进入堆芯吸收中子，使反应堆停止运行；驱动组件20驱动控制棒棒体11沿导向筒12移动；其中，控制棒组件10和驱动组件20设置于临界装置的堆芯下方，驱动组件20驱动控制棒棒体11从下方进入堆芯。
23.导向筒12可以通过固定于堆芯支撑板60的方式固定于临界装置的堆芯下方，也可以通过部分插入堆芯的方式固定于临界装置的堆芯下方。图1是根据本发明的一个实施例的导向组件30与导向筒12的结构示意图，参见图1，在本发明的实施例中，控制棒系统还包括导向组件30，控制棒组件10以及驱动组件20与导向组件30结合，使得驱动组件20沿导向组件30移动；导向组件30与临界装置的堆芯下方固定。导向筒12可以固定于导向组件30上。
24.导向组件30包括导向柱31，导向柱31的一端固定于临界装置的堆芯下方。
25.导向柱31固定于临界装置的堆芯下方的一端设有限位件311。
26.导向组件还包括固定板32，导向柱31的一端固定于固定板32。
27.导向柱31固定于固定板32的一端可以设有限位件311。
28.导向筒12可以固定于固定板32。在本发明的实施例中，导向筒12可以穿过固定板32并固定于固定板32。在其它实施例中，导向筒12也可以不穿过固定板32，导向筒12的底部可以设于固定板32上。
29.图2是根据本发明一个实施例的控制棒系统的结构示意图。参见图2，驱动组件20包括支撑件21，支撑件21可以沿导向柱31移动，限位件311对支撑件21起到机械限位的作用，用于限制支撑件21沿导向柱31上下移动的位置。支撑件21的两端设有轴承211，轴承211套设于导向柱31，使得支撑件21的两端连接于导向柱31。可选地，轴承211可以是滑动轴承，在其他实施例中，轴承211也可以是滚动轴承或直线轴承等。轴承211可以沿导向柱31上下移动，从而使得支撑件21沿导向柱31移动。
30.导向筒12穿过支撑件21，支撑件21可以沿导向筒12上下移动。
31.驱动组件20还包括丝杠22和丝杠螺母23，丝杠22是一种传动元件，可以是滚珠丝杠，用于将回转运动转化为直线运动，丝杠22与丝杠螺母23配合，使得丝杠22转动时，丝杠螺母23随丝杠22的转动角度转化成直线运动，即丝杠螺母23沿丝杠22上下移动。通过将丝杠22套设于导向筒12，丝杠螺母23固定于支撑件21，使得支撑件21可以沿导向筒12上下移动。
32.控制棒棒体11连接于支撑件21，使得控制棒棒体11与支撑件21一起沿导向筒12移动。图3是根据本发明一个实施例的控制棒棒体11与支撑件21连接的结构示意图，参见图3，控制棒棒体11通过电磁铁组件40与支撑件21连接，电磁铁组件40设于控制棒棒体11与支撑件21的连接处，使得控制棒棒体11可断开地连接于支撑件21。
33.电磁铁组件40包括第一磁性件41和第二磁性件42，第一磁性件41设于控制棒棒体11，第二磁性件42设于支撑件21，电磁铁组件40通电时，第一磁性件41与第二磁性件42连接，使得控制棒棒体11连接于支撑件21。当电磁铁组件40断电时，第一磁性件41与第二磁性件42之间的连接断开，从而使得控制棒棒体11与支撑件21之间的连接断开，此时控制棒棒体11不随支撑件21一起移动，而是在弹性件13施加的弹性力下向上进入堆芯。
34.电磁铁组件40还包括固定件43，第一磁性件41通过固定件43连接于控制棒棒体
11。可选地，第一磁性件41可以是动子，第二磁性件42可以是定子，电磁铁组件40通电时，动子和定子连接，电磁铁组件40断电时，动子和定子之间的连接断开。固定件43可以是键，键是指机械传动中的键，可以作为轴和轴上零件之间的周向固定用以传递扭矩，动子可以通过键与控制棒棒体11连接固定。在其他实施例中，也可以采用气动卡锁组件使得控制棒棒体11和支撑件21连接。
35.导向筒12内可以设有凹槽121，固定件43沿凹槽121移动，从而使得控制棒棒体11在导向筒12内沿凹槽121上下移动。可选地，凹槽121可以是u型槽。在本发明的实施例中，导向筒12依次通过电磁铁组件40内部、支撑件21和固定板32。
36.驱动组件20还包括电机24，电机24为驱动组件20提供动力。电机24向一个方向转动时，驱动控制棒棒体11向上移动，使得控制棒棒体11进入堆芯，电机24向与该方向相反的方向转动时，驱动控制棒棒体11向下移动，使得控制棒棒体11移出堆芯。在本发明的实施例中，控制电机24顺时针转动，驱动控制棒棒体11向下移动，使控制棒棒体11移出堆芯，控制电机24逆时针转动，驱动控制棒棒体11向上移动，使控制棒棒体11进入堆芯。在其他实施例中，控制电机24逆时针转动，驱动控制棒棒体11向下移动，使控制棒棒体11移出堆芯，控制电机24顺时针转动，驱动控制棒棒体11向上移动，使控制棒棒体11移出堆芯。
37.丝杠22的下端连接于电机24，电机24驱动丝杠22转动。
38.驱动组件20还包括减速器25，减速器25连接于丝杠22，用于降低丝杠22的转动速度并增加丝杠22的转矩，在本发明的实施例中，减速器25设于电机24和丝杠22之间，在反应堆运行的不同工况下，通过减速器25可以调节丝杠22的转动速度，从而调节控制棒棒体11的移动速度。
39.驱动组件20还包括联轴器26，联轴器26连接于丝杠22，防止丝杠22承受的作用力过载。联轴器26可以连接两轴或轴与回转件，在传递运动和动力过程中一同转动，可以作为安全装置，防止丝杠22承受过大的载荷，起到过载保护的作用。在本发明的实施例中，联轴器26设于丝杠22与固定板32的连接处。
40.可选地，电机24、减速器25和联轴器26设于固定板32下方，丝杠22下端与电机24、减速器25和联轴器26连接，并且固定于固定板32。在本发明的实施例中，支撑件21、丝杠22、丝杠螺母23、电机24、减速器25和联轴器26同轴心安装。
41.控制棒组件10还包括弹性件13，因为本发明的实施例提供的控制棒系统设置于堆芯下方，在事故工况下无法利用控制棒棒体11自身的重力使控制棒棒体11自由落体从而快速返回堆芯，因此，需要设置弹性件13，弹性件13设于控制棒棒体11的下方，弹性件13对控制棒棒体11施加弹性力，从而使得控制棒棒体11在弹性力的作用下向上快速进入堆芯。在本发明的实施例中，弹性件13至少部分设于导向筒12内部。可选地，弹性件13可以是螺旋弹簧，螺旋弹簧具有储存能量的功能，螺旋弹簧在控制棒棒体11的移动中被压缩或被逐步复原，控制棒棒体11上下移动时，对螺旋弹簧进行压缩，螺旋弹簧储存能量，在事故工况下，螺旋弹簧释放能量，使得控制棒棒体11向上快速进入堆芯。
42.根据反应堆的不同情况，可能需要多个控制棒进入堆芯才能使反应堆停止运行，本发明的另一个实施例提供的控制棒系统可以驱动多个控制棒移动，并且每个控制棒都能依靠螺旋弹簧快速返回堆芯。图4是根据本发明另一个实施例的控制棒系统的结构示意图，参见图4，控制棒系统可以包括多个控制棒组件10，相应地，可以采用与控制棒组件10相同
数量的电磁铁组件40将控制棒棒体11固定于支撑件21，在本发明的实施例中，控制棒组件10可以呈环形排布。在其他实施例中，控制棒组件10也可以呈直线排布。
43.采用本发明的实施例提供的控制棒系统在临界装置运行时有两种运行工况，正常运行工况和事故运行工况。
44.在正常运行工况下，电磁铁组件40通电，第一磁性件41和第二磁性件42连接，使得控制棒棒体11与支撑件21连接固定，控制棒棒体11可以随支撑件21一起上下移动，控制棒棒体11在堆芯外时，代表临界装置正常运行；控制棒棒体11在堆芯内时，代表临界装置正常停堆。
45.控制电机24向一个方向转动，电机24驱动丝杠22进行转动，丝杠螺母23沿丝杠22做直线运动，带动与丝杠螺母23固定的支撑件21向下移动，控制棒棒体11随支撑件21一起向下移动，移出堆芯，控制棒棒体11在移动过程中压缩弹性件13，弹性件13储存能量，当控制棒棒体11移动到合适位置时控制电机24停止转动。
46.控制电机24向与上述方向相反的方向转动，电机24驱动丝杠22进行转动，丝杠螺母23沿丝杠22做直线运动，带动与丝杠螺母23固定的支撑件21向上移动，控制棒棒体11随支撑件21一起向上移动，进入堆芯，控制棒棒体11在移动过程中逐步释放弹性件13，弹性件13释放能量，弹性件13对控制棒棒体11施加的弹性力与电机24一起驱动控制棒棒体11向上移动，当控制棒棒体11进入堆芯后控制电机24停止转动。
47.重复上述操作，可以实现控制棒棒体11的上下移动，可以进行临界装置的正常运行和正常停堆。
48.在事故运行工况下，电磁铁组件40断电，此时控制棒棒体11与支撑件21之间的连接断开，弹性件13释放能量，向控制棒棒体11施加弹性力，使控制棒棒体11返回堆芯，从而使临界装置紧急停堆，保证临界装置的运行安全。
49.本发明的实施例提供一种用于临界装置的控制棒驱动装置，其包括导向筒12和驱动组件20，控制棒至少部分设于导向筒12内，用于进入堆芯吸收中子，使反应堆停止运行；驱动组件20驱动控制棒沿导向筒12移动；其中，导向筒12和驱动组件20设置于临界装置的堆芯下方，驱动组件20驱动控制棒从下方进入所述堆芯。
50.由于本发明的实施例提供的控制棒驱动装置与上述控制棒系统驱动组件20和导向组件30的结构相同，在此不再赘述。
51.本发明的实施例提供一种临界装置，图5是根据本发明一个实施例的临界装置的结构示意图，参见图5，临界装置包括堆芯50和本发明的实施例提供的控制棒系统，控制棒系统设于堆芯50下方。
52.临界装置还包括堆芯支撑板60，用于支撑堆芯50，导向柱31的一端固定于堆芯支撑板60，使得控制棒系统固定于堆芯50下方。
53.本发明的实施例还提供一种控制棒驱动方法，该驱动方法采用上述控制棒系统实现，包括：
54.对电磁铁组件40进行通电，使得控制棒棒体11固定于支撑件21；
55.控制电机24向一个方向转动，驱动控制棒棒体11向下移动，弹性件13被压缩并存储能量；
56.控制棒棒体11移出堆芯后，控制电机24停止转动；
57.控制电机24向与上述方向相反的方向转动，驱动控制棒棒体11向上移动，弹性件13被复原并释放能量；
58.控制棒棒体11进入堆芯后，控制电机24停止转动。
59.控制电机24向一个方向转动，驱动控制棒棒体11向下移动包括：使得丝杠22转动，从而使得支撑件21沿丝杠22向下移动。
60.控制电机24向与上述方向相反的方向转动，驱动控制棒棒体11向上移动包括：使得丝杠22转动，从而使得支撑件21沿丝杠22向上移动。
61.控制电机24向一个方向转动，该方向包括顺时针转动和逆时针转动。
62.该控制棒驱动方法还包括：
63.电磁铁组件40断电时，控制棒棒体11与支撑件21分离，弹性件13释放能量，向控制棒棒体11施加弹性力，使得控制棒棒体11快速返回堆芯。
64.对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
65.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。