一种空间堆中子吸收元件延迟释放装置的制作方法

1.本发明涉及空间核反应堆技术领域，具体涉及一种空间堆中子吸收元件延迟释放装置。


背景技术：

2.核动力源由于体积小、寿命长及其他特性，特别适用于外层空间的某些任务。空间反应堆核电源在绕地卫星供电、深空探测推进器以及月球与火星基地供电等领域具有很大的优势以及应用前景。
3.反应性控制机构的功能是在正常运行工况下调节核反应堆的反应性实现功率调控，并在事故工况下驱动安全棒快速复位，实现快速紧急停堆。地面上的核反应堆控制采用电磁驱动的控制棒和安全棒，其运行方式是上下直线往复动。控制棒、安全棒的落棒动作，都要借助重力的作用。而对于空间堆，地球的引力作用很小，必须利用蓄能装置才能实现落棒。在空间反应堆启堆时，反应性控制系统中的中子吸收元件需实现延时释放以保证启堆平稳。如果对空间堆的核反应控制也采用陆上反应堆的电气化驱动控制技术，将极大的增加控制系统的体积和重量，同时会降低控制系统的可靠性。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提供一种空间堆中子吸收元件延迟释放装置，本专利利用机械运动的物理特性实现中子吸收元件延时释放，避免电气控制系统面临的弊端，实现设备轻量化，通过采用特殊结构的轨道，为中子吸收元件的驱动活塞提供稳定阻力，同时增加活塞的运动路径，实现中子吸收元件的延迟释放功能。
5.本发明所采用的技术方案是：一种空间堆中子吸收元件延迟释放装置，该装置包括储存管、设置在储存管内的驱动机构、活塞及设置在储存管内壁上的轨道，驱动机构包括驱动弹簧，活塞设置在驱动弹簧的输出端，活塞安装在轨道上；轨道包括若干个槽体，每一个槽体均沿储存管的长度方向螺旋设置，且若干个槽体沿储存管内壁的圆周均匀分布，活塞的外部设置有与槽体配合设置的若干个卡槽，活塞通过卡槽安装在轨道上，若干个卡槽与若干个槽体一一对应设置；中子吸收元件设置在储存管内，且中子吸收元件随着活塞沿轨道运动而被活塞推出储存管。
6.进一步的，槽体为凹槽，卡槽为与槽体相配合设置的凸台。
7.进一步的，槽体为凸台，卡槽为与槽体相配合设置的凹槽。
8.进一步的，槽体的截面形状可以为弧形、矩形、梯形、三角形中的任意一种。
9.进一步的，槽体的螺旋角为30~75
°
。
10.进一步的，活塞与中子吸收元件之间的摩擦系数为0.3~0.7。
11.本专利的有益效果表现在以下方面：通过在储存管内设置螺旋轨道（或蛇形轨道），实现增加活塞阻力、延长活塞运动路径从而增加中子吸收元件释放时间的目的，从而保证反应堆平稳启动。
附图说明
12.图1是发明的结构示意图；图示标记，1、储存管，2、驱动弹簧，3、活塞，4、卡槽， 5、槽体，6、中子吸收元件。
具体实施方式
13.下面结合实施例附图和具体实施例对本发明做进一步具体详细的说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
14.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
15.一种空间堆中子吸收元件延迟释放装置，该装置包括储存管1、设置在储存管1内的驱动机构、活塞3及设置在储存管1内壁上的轨道，驱动机构包括驱动弹簧2，活塞3设置在驱动弹簧2的输出端，活塞3安装在轨道上；轨道包括若干个槽体5，每一个槽体5均沿储存管1的长度方向螺旋设置，且若干个槽体5沿储存管1内壁的圆周均匀分布，活塞3的外部设置有与槽体5配合设置的若干个卡槽4，活塞3通过卡槽4安装在轨道上，若干个卡槽4与若干个槽体5一一对应设置；中子吸收元件6设置在储存管1内，且中子吸收元件6随着活塞3沿轨道运动而被活塞3推出储存管1；槽体5为凹槽，卡槽4为与槽体5相配合设置的凸台。槽体5为凸台，卡槽4为与槽体5相配合设置的凹槽。槽体5的截面形状可以为弧形、矩形、梯形、三角形中的任意一种。槽体5的螺旋角为30~75
°
。活塞3与中子吸收元件6之间的摩擦系数为0.3~0.7。
16.一种空间堆中子吸收元件延迟释放装置，通过在储存管内设置螺旋轨道（或蛇形轨道），实现增加活塞阻力、延长活塞运动路径从而增加中子吸收元件释放时间的目的，具体包括以下步骤：（1）在反应性元件储存管的内壁加工螺旋型槽体5-凹槽（或凸台）；（2）在活塞外圆加工卡槽4-凸台（或凹槽），并确保活塞上的卡槽4-凸台（或凹槽）与存储管的槽体5-凹槽（或凸台）分布位置保持一致；（3）安装时活塞的卡槽4对准储存管的槽体5-凹槽旋转装入预定位置，在需要中子吸收元件弹出时，活塞在驱动弹簧2的弹力作用下凸台与凹槽产生摩擦力，并在活塞旋转时与前方的中子吸收元件产生摩擦阻力，确保中子吸收元件延迟弹出。
17.在活塞外圆加工槽体5-凸台（或凹槽），并且活塞上的槽体5-凸台（或凹槽）与存储管的卡槽4-凹槽（或凸台）分布位置保持一致，避免活塞在前进过程中卡死。
18.对活塞与中子吸收元件的接触表面粗糙度进行控制，保证活塞与中子吸收元件之间的摩擦系数为0.3—0.7。
19.一种空间堆中子吸收元件延迟释放装置，如附图所示。在储存中子吸收元件的储存管1内壁设置螺旋型凹槽轨道（或蛇形轨道），同时在活塞3外侧设置相应的凸台，依靠凸台和凹槽的配合约束活塞沿轨道旋转前进，实现增加阻力、延长运动路径从而增压中子吸收元件释放时间的目的。
20.需要弹出中子吸收元件时，在驱动弹簧2的弹力作用下活塞3边缘的凸台与储存管
1内壁的凹槽啮合，使活塞沿螺旋轨道缓慢旋转并弹出，活塞和储存管1接触产生摩擦阻力f1；同时，活塞推动前方的中子吸收元件6同步前进，在前进过程中活塞相对中子吸收元件做旋转运动，活塞3和中子吸收元件6接触产生摩擦阻力f2。摩擦阻力f2与活塞推动中子吸收元件的力成正比：，而f2是制约活塞的旋转前进的阻力，可以有效约束活塞的旋转前进速度。在阻力f1和f2共同作用下可以确保中子吸收元件6缓慢释放，从而保证反应堆平稳启动。
21.具体包括以下步骤：（1）在反应性元件储存管1的内壁相对180
°
位置加工双螺旋型凹槽（相当于槽体）；（2）在活塞3外圆相对180
°
位置加工双侧凸台（相当于卡槽）；（3）安装时活塞3两侧凸台对准外管的凹槽旋转装入预定位置。
22.本发明可以通过控制螺旋通道的螺距，即螺旋角度，或改变通道截面形状来控制活塞运动的摩擦阻力以及活塞的运动路径，从而控制弹出时间。
23.槽体的形式可以是圆形、矩形、梯形、三角形等形状，也可以是其他形状；轨道数量（槽体数量）也可以是3个或更多；也可以在活塞两侧设置凹槽（卡槽），储存管1内壁设置螺旋凸台（槽体），使活塞凹槽沿管道螺旋运动；也可以将本发明中的螺旋轨道结构改为蛇形结构；前述变更均不影响功能的实现。
24.图1为中子吸收元件延迟弹出原理图，活塞右侧为中子吸收元件，在收到动作信号后，由驱动弹簧2释放弹力，推动活塞3并在螺旋轨道（或蛇形轨道）的导向作用下缓慢旋转前进，将中子吸收元件6弹出堆芯，实现反应堆的启动。本专利为高温条件下驱动弹簧2弹出时提供稳定阻力，实现中子吸收元件的延迟弹出功能。
25.实施例1采用本发明制作矩形截面双螺旋通道，螺旋升角为70
°
时，实施过程如下：（1）在反应性元件储存管的内壁加工双螺旋型凹槽，凹槽在管内180
°
对称分布，凹槽截面为矩形，凹槽的螺旋角为70
°
；（2）在活塞外圆相对180
°
设置矩形凸台；（3）向管道内装如弹簧后，活塞两侧凸台对准外管的凹槽旋转装入预定位置，在活塞右侧空间装入模拟中子吸收元件。
26.实施效果：该方式实施效果良好，中子吸收元件的释放时间为4秒。
27.实施例2采用矩形截面双螺旋通道，螺旋升角为60
°
时，实施过程如下：（1）在反应性元件储存管的内壁加工双螺旋型凹槽，凹槽在管内180
°
对称分布，凹槽截面为矩形，凹槽的螺旋角为60
°
；（2）在活塞外圆相对180
°
设置矩形凸台；（3）向管道内装如弹簧后，活塞两侧凸台对准外管的凹槽旋转装入预定位置，在活塞右侧空间装入模拟中子吸收元件。
28.实施效果：该方式实施效果良好，中子吸收元件的释放时间为9秒。
29.实施例3采用矩形截面双螺旋通道，，螺旋升角为45
°
时，（1）在反应性元件储存管的内壁加工双螺旋型凹槽，凹槽在管内180
°
对称分布，凹
槽截面为矩形，凹槽的螺旋角为45
°
；（2）在活塞外圆相对180
°
设置矩形凸台；（3）向管道内装如弹簧后，活塞两侧凸台对准外管的凹槽旋转装入预定位置，在活塞右侧空间装入模拟中子吸收元件。
30.实施效果：该方式实施效果良好，中子吸收元件的释放时间为14秒。
31.实施例4采用本发明制作三角形截面双螺旋通道，螺旋升角为60
°
时，实施过程如下：（1）在反应性元件储存管的内壁加工双螺旋型凹槽，凹槽在管内180
°
对称分布，凹槽截面为等边三角形，凹槽的螺旋角为60
°
；（2）在活塞外圆相对180
°
设置等边三角形凸台；（3）向管道内装如弹簧后，活塞两侧凸台对准外管的凹槽旋转装入预定位置，在活塞右侧空间装入模拟中子吸收元件。
32.实施效果：该方式实施效果良好，中子吸收元件的释放时间为9秒。实施效果。
33.实施例5采用本发明制作三角形截面螺旋4通道，螺旋升角为60
°
时，实施过程如下：（1）在反应性元件储存管的内壁加工4个螺旋型凹槽，凹槽在管内间隔90
°
均分布，凹槽截面为等边三角形，凹槽的螺旋角为60
°
；（2）在活塞外圆90
°
均布加工4个等边三角形凸台；（3）向管道内装如弹簧后，活塞两侧凸台对准外管的凹槽旋转装入预定位置，在活塞右侧空间装入模拟中子吸收元件。
34.实施效果：该方式实施效果良好，中子吸收元件的释放时间为10秒，采用4个通道后系统运行更平稳，噪声和振动都大幅度降低。
35.除上述实施例外，本发明装置还可以有其他型式，应当指出，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明的保护范围内。