一种一体式控制棒组件星形架和控制棒组件的制作方法

1.本发明属于核反应堆控制棒组件技术领域，具体涉及一种一体式控制棒组件星形架和控制棒组件。


背景技术：

2.控制棒组件具有反应堆启动、停堆、变更堆功率和保护反应堆的功能。在压水反应堆中，控制棒组件由一个具有许多围绕中心轴按一定角度安装翼板的星形架和若干根控制棒组成，控制棒通过螺纹连接与星型架连到一起(如图1所示)。在紧急停堆时，需要控制棒组件快速完全插入堆芯内，在控制棒落棒终了时则需落棒缓冲，以减小较大的落棒速度和加速度，避免控制棒组件下落结束时对燃料组件产生过大的冲击载荷。
3.现有技术中使用的控制棒组件包括16块翼板，每块翼板在其端部或中部承载着一个指杆，某些翼板中部也具有一个中间指杆。因此，控制棒组件具有24根控制棒。现阶段的星型架为焊接的组件，通过翼板安装在连接筒卡槽内并钎焊，为保证控制棒的定位安装精度以及焊接热变形，焊接操作十分费时且困难，这种结构方案的制造工艺是复杂的并且结构尺寸精度较低。
4.现有控制组件包括许多翼板和许多带有穿过翼板柄的控制元件。每个柄设有车有螺纹的部分，它们全部位于翼板以上有一定距离的地方。在有螺纹部分上拧上一个紧固件，使控制元件紧靠翼板锁紧。在更换时，在翼板和有螺纹的部分之间切断柄和紧固件，从而使要拆卸的棒松脱。但是这种形式的控制棒组件有某些缺点，如制造方案复杂、容易妨碍控制棒在燃料组件导向管中的滑动等。


技术实现要素：

5.为了解决现有控制组件制造工艺复杂，尺寸精度较低或容易妨碍控制棒滑动等问题，本发明提供了一种一体式控制棒组件星形架。本发明星形架的翼板和连接筒采用一体化结构设计，整体成型的结构，能够消除翼板与连接筒之间的钎焊连接，提高控制棒组件的结构可靠性。
6.本发明通过下述技术方案实现：
7.一种一体式控制棒组件星形架，该星形架由多个翼板围绕中心筒按预设角度排列组成，形成横截面呈现星形状的构件，该构件经整体加工而成。
8.优选的，本发明的星形架采用三种结构形式的翼板，分别为i型翼板、ii型翼板和iii型翼板。
9.优选的，本发明的i型翼板最短，从上至下依次包括上三角筋、台阶、方形块和下三角筋；
10.所述ii型翼板最长，从上至下依次包括上三角筋、台阶、方形块和下三角筋；
11.所述iii型翼板长度位于所述i型翼板和所述ii型翼板长度之间，从上至下依次包括上三角筋、方形块和下三角筋。
12.优选的，本发明的翼板与指杆可通过分别加工后钎焊连接。
13.优选的，本发明的翼板的上下端设置有倒角，所述翼板与所述中心筒通过根部倒角过渡。
14.优选的，本发明的中心筒的上端内侧设置有内螺纹，通过内螺纹与可拆卸头下方的加长杆固定连接；所述中心筒的下部圆孔为内腔。
15.优选的，本发明的中心筒的内腔10顶端设置有台阶，通过螺纹配合连接将拉紧螺杆顶端固定在所述台阶上，然后焊接固定。
16.优选的，本发明的内腔与拉紧螺杆之间装有缓冲弹簧，所述缓冲弹簧能够在拉紧螺杆上沿其轴线压缩；
17.在所述拉紧螺杆的底端上装有缓冲杯，所述缓冲杯能够沿着拉紧螺杆的轴线移动。
18.优选的，本发明的翼板通过其上方形块和/或台阶与不同类型的指杆在预设位置配合后相互垂直固定连接。
19.另一方面，本发明还提出了一种控制棒组件，包括控制棒和本发明所述的星形架。
20.优选的，本发明的控制棒固定连接在星形架的指杆上，然后点焊焊接固定。
21.本发明具有如下的优点和有益效果：
22.本发明提出了一种高可靠性一体式控制棒组件星形架，该一体式星形架能够消除翼板与连接筒之间的钎焊连接，制造工艺简单，提高了控制棒组件的结构可靠性，改善了控制棒与导向管之间的定位精度，提高控制棒组件落棒缓冲性能。
23.本发明的星形架还设置了由中心筒、拉紧螺杆、缓冲弹簧以及缓冲杯构成的缓冲装置，能够在控制棒组件将控制棒插入到导向管过程中，起到能量缓冲作用，从而降低控制棒落棒冲击力。
附图说明
24.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
25.图1为控制棒组件结构示意图。
26.图2为本发明的控制棒组件连接柄结构示意图。
27.图3为本发明的控制棒组件连接柄结构半剖视图。
28.图4为本发明的控制棒组件局部示意图。
29.图5为本发明的一体式控制棒组件星形架结构示意图。
30.图6为本发明的一体式控制棒组件星形架俯视图。
31.图7为本发明的一体式控制棒组件星形架翼板结构示意图。
32.附图中标记及对应的零部件名称：
33.1为星型架，2为中心筒，3为指杆，4为星型架翼板，5为缓冲杯，6为控制棒，7为中心筒内螺纹，8为中心筒内台阶，9为缓冲弹簧，10为中心筒内腔，11为拉紧螺杆，12为长指杆与翼板的焊缝，13为短指杆与翼板的焊缝，14为指杆内螺纹，15为控制棒销钉孔，16为控制棒上端塞，17为翼板厚度倒角，18为翼板根部倒角，19为ii型翼板，20为iii型翼板，21为i型翼板，22为翼板上三角筋，23为翼板台阶，24为翼板方形块，25为翼板下三角筋。
具体实施方式
34.在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
35.在本发明的各种实施例中，表述“或”或“a或/和b中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“a或b”或“a或/和b中的至少一个”可包括a、可包括b或可包括a和b二者。
36.在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。
37.应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
38.在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
39.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
40.实施例1
41.为了提高连接柄的结构可靠性，本实施例提出了一种一体式控制棒组件星形架。如图2
‑
7所示。本实施例的星形架1由三种不同类型的翼板围绕中心筒2按预设角度排列组成，形成横截面呈现星形状的构件。其中，星形架1由不锈钢锻件整体加工而成。
42.本实施例的星形架1采用的翼板包括三种结构形式，分别为i型翼板21、ii型翼板19和iii型翼板20，其中，i型翼板21有4个，ii型翼板19有4个，iii型翼板20有8个，如图6所示。
43.本实施例的i型翼板21长度最短，包括上下2个三角筋(翼板上三角筋22和翼板下三角筋25)、1个台阶23以及1个方形块24，上下三角筋与中心筒2通过圆弧过渡。ii型翼板19
长度最长，也同样由上下2个三角筋、1个台阶以及1个方形块组成，上下三角筋与中心筒通过圆角过渡。iii型翼板20长度中等，仅包括上下2个三角筋和1个方形块，上下三角筋与中心筒通过圆弧过渡，如图6
‑
7所示。这三种翼板按一定角度径向间隔布置在中心筒2周围。
44.本实施例的翼板与指杆3可分别加工后钎焊连接。本实施例的翼板上下端设置有倒角17，翼板与中心筒2通过根部倒角18过渡，如图5所示。
45.本实施例的中心筒2为圆筒形厚壁管结构，其上端内侧设置有内螺纹7，与可拆卸头下方的加长杆固定连接，在拉紧螺杆11的顶部也设置有螺纹，通过螺纹配合将拉紧螺杆11顶端固定在中心筒内的台阶8上，然后焊接固定。中心筒2下部圆孔为内腔10，内腔10与拉紧螺杆11之间装有缓冲弹簧9，缓冲弹簧9可以在拉紧螺杆11上沿其轴线压缩。在拉紧螺杆11底端上装有缓冲杯5，缓冲杯5可沿着拉紧螺杆11的轴线移动。中心筒2、拉紧螺杆11、缓冲弹簧9以及缓冲杯5共同组成缓冲装置，如图2
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3所示。
46.星形架1通过翼板台阶和翼板方形块与不同类型的指杆3在预设位置配合后钎焊固定连接，保证指杆3的径向位置，如图4所示，星形架1通过翼板台阶与长指杆固定连接，通过翼板方形块与短指杆固定连接。
47.控制棒6通过其上端塞16的圆柱段与指杆3中的阶梯孔相配，通过其上端塞16的顶端外螺纹段与指杆3的内螺纹配合连接，从而将控制棒6固定在指杆3上。控制棒6固定在指杆3上后，钻销钉孔15并点焊焊接固定。
48.采用本实施例所述的高可靠性一体式控制棒组件星形架组成的控制棒组件，一方面，控制棒组件将控制棒插入到导向管中，通过控制棒与导向管缓冲段的水力缓冲作用吸收控制棒的大部分落棒动能，另一方面，通过控制棒组件星型架内的缓冲装置冲击到燃料组件上管座上，起能量缓冲作用，从而达到减少控制棒落棒冲击力的目的。
49.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。