用于控制棒驱动机构的吸能降速装置

1.本发明应用于核反应堆运动设备领域，更具体的说，本发明涉及一种核反应堆控制棒驱动机构高温环境用吸能降速装置。


背景技术：

2.反应堆控制棒从高位落棒时，具有较大的势能，若不施加有效缓冲措施，落棒末期与支承面碰撞时将产生较大的冲击力，该冲击力一般会超出结构的承受能力对结构的完整性及可靠性造成较大的影响，进而影响反应堆的安全。
3.因此在反应堆控制棒驱动线的结构设计中，通常必须设计相应的结构在控制棒落棒过程中起到缓冲作用，以将落棒时的冲击力限制在合理的范围内。控制棒落棒降速、缓冲装置是缓解事故工况下控制棒紧急落棒时冲击力过大对驱动机构或是核反应堆堆内构件、堆容器等造成损伤的问题。
4.在现役压水堆中，紧急落棒时，控制棒棒体与驱动机构脱开，在燃料组件内控制棒导向管末段设置一段缩径段，在落棒末期通过控制棒棒束挤压导向管内的冷却剂，对控制棒产生向上的流体力，对控制棒驱动线运动部件起到缓冲作用，熔盐堆控制棒驱动机构在高温空气环境中运行，此种缓冲方式并不适用。
5.高温气冷堆通过在控制棒驱动机构顶部设置永磁式阻尼器的方式来限制控制棒的落棒速度，以减小落棒冲击，但由于其允许的落棒时间较长，且磁阻尼在高温环境下易退磁，导致落棒时间不稳定。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中永磁式阻尼器在高温环境下易退磁、摩擦接触式缓冲器由于磨损问题而导致的落棒时间不稳定，效果差的问题，提供一种适用于高温环境的机械式吸能降速装置，该装置不受高温影响，无磨损问题，可将落棒时间控制在合理稳定的范围内。
7.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：一种用于控制棒驱动机构的吸能降速装置，其包括传动轴、传动机构、超越离合器和飞轮，超越离合器的内环与传动轴同轴连接，超越离合器的外环与飞轮同轴连接；传动机构设置于传动轴上，传动机构与控制棒连接；
8.传动机构能使传动轴在控制棒加速下降时处于第一旋转方向且加速旋转，超越离合器设置为传动轴处于第一旋转方向且加速旋转时处于结合状态；传动机构能使传动轴在控制棒下降到位静止后处于第一旋转方向且减速旋转或静止，超越离合器由于自身构造在传动轴处于第一旋转方向且减速旋转时处于超越状态。
9.在本技术方案中，控制棒下降时，带动传动机构驱使传动轴在第一旋转方向转动，传动轴带动超越离合器内环加速转动，此时，由于超越离合器的特性，其在加速过程中处于内环和外环结合的状态，进而带动与外环结合的具有较大转动惯量的飞轮进行旋转；当控
制棒下降到位静止后，超越离合器由于自身构造而为超越状态，此时，飞轮仍处于较高的速度，带动超越离合器的外环进行旋转，而超越离合器的内环与传动轴以较低的速度进行旋转，此时飞轮与传动机构断开联动，从而避免将惯性动能传递给传动机构。
10.较佳地，传动机构能使传动轴在控制棒上升时处于第二旋转方向，第二旋转方向与第一旋转方向相反，超越离合器由于自身构造在第二旋转方向时处于超越状态。
11.在本技术方案中，超越离合器在第二旋转方向时处于超越状态，保证了控制棒在上升过程中，传动机构及吸能降速装置不会对控制棒提供向下的作用力。
12.较佳地，传动机构包括齿轮组和连动机构，连动机构与控制棒相连接；齿轮组将连动机构与传动轴相连动；控制棒下降时通过连动机构带动齿轮组转动，齿轮组带动传动轴处于第一旋转方向。
13.在本技术方案中，通过设置齿轮组与连动机构，将控制棒下降的动能通过连动机构传递至齿轮组，设置齿轮组于传动轴连接，进而将动能传递至传动轴。
14.较佳地，齿轮组包括主动齿轮、从动齿轮、传动轴齿轮和转换轴，主动齿轮、从动齿轮与转换轴同轴固定，连动机构带动主动齿轮转动，从动齿轮与传动轴齿轮相啮合，传动轴齿轮同轴固定于传动轴。
15.在本技术方案中，设置主动齿轮与连动机构连接，主动齿轮以一定的速度进行转动，设置不同齿数的从动齿轮在同一转换轴上，可以不同的速度传输至传动轴齿轮,达到控制落棒时间的效果。
16.较佳地，吸能降速装置还包括支座和两个第一轴承，两个第一轴承分别设置于转换轴两端，支座设置两个第一支撑孔，转换轴的两端分别伸入两个第一支撑孔中，两个第一轴承设置于转换轴和第一支撑孔之间。
17.在本技术方案中，转换轴两端设置轴承，外侧设置支座，转换轴通过轴承与支座连接，在不影响转换轴旋转的同时，设置的支座起到保护作用。
18.较佳地，连动机构包括链条和链轮，链条的一端连接控制棒、链条的另一端卷取在链轮上，链轮还与齿轮组相连接。
19.在本技术方案中，将连动机构设置为链条链轮配合，达到传递动力的目的。
20.较佳地，连动机构包括钢丝绳和卷筒，钢丝绳的一端连接控制棒、钢丝绳的另一端卷取在卷筒上，卷筒还与齿轮组相连接。
21.在本技术方案中，将连动机构设置为钢丝绳和卷筒配合，达到传递动力的目的。本装置还可用其它各种传动型式的旋转机构。
22.较佳地，吸能降速装置还设置有支座，支座支撑传动轴、超越离合器和飞轮。
23.在本技术方案中，支座可起到支撑作用。
24.较佳地，吸能降速装置还包括支座和两个第二轴承，两个第二轴承分别设置于传动轴两端，支座设置两个第二支撑孔，传动轴的两端分别伸入两个第二支撑孔中，两个第二轴承设置于传动轴和第二支撑孔之间。
25.在本技术方案中，传动轴两端设置轴承，外侧设置支座，传动轴通过轴承与支座连接，在不影响传动轴旋转的同时，设置的支座起到保护作用及支撑作用。在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
26.本发明的积极进步效果在于：
27.本装置为适用于高温环境的机械式缓冲装置，设置超越离合器，在控制棒紧急落棒过程中，对控制棒驱动机构起到持续的吸能降速作用，且在控制棒减速下降时，内环与外环分离，外环保持高速转动消耗动能，不影响内环的转动。
附图说明
28.图1为本发明的吸能降速装置的示意图。
29.图2为本发明连动机构的示意图。
30.附图标记说明：1、支座；2、飞轮；3、超越离合器；4、第一轴承；5、传动轴；6、主动齿轮；7、传动轴齿轮；8、从动齿轮；9、转换轴；10、控制棒；11、连动机构；12、第二轴承
具体实施方式
31.下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
32.术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
33.下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。
34.如图1所示，一种用于控制棒10驱动机构的吸能降速装置，其包括传动轴5、传动机构、超越离合器3和飞轮2，超越离合器3的内环与传动轴5同轴连接，超越离合器3的外环与飞轮2同轴连接；传动机构设置于传动轴5上，传动机构与控制棒10连接；
35.传动机构能使传动轴5在控制棒10下降时处于第一旋转方向，超越离合器3设置为传动轴5处于第一旋转方向旋转时处于结合状态；传动机构能使传动轴5在控制棒10下降到位静止后处于第一旋转方向且减速旋转或静止，超越离合器3设置为传动轴5处于第一旋转方向且减速旋转时处于超越状态。
36.当控制棒10落棒过程中，控制棒10牵引着传动机构，将控制棒10的势能转换成动能，通过传动机构带动传动轴5在第一旋转方向进行加速转动，传动轴5带动超越离合器3进行加速转动，此时超越离合器3处于结合状态，超越离合器3的外环与飞轮2相连接，飞轮2转动消耗动能。当控制棒10落落棒到位静止后，飞轮2依旧以很快的速度进行旋转，但此时由于转动轴速度远低于飞轮2的速度，超越离合器3处于超越状态，从而与传动机构断开联动，转动轴5与飞轮2以不同的速度旋转。达到了吸能降速的效果。传动机构能使传动轴5在控制棒10上升时处于第二旋转方向，第二旋转方向与第一旋转方向相反，超越离合器3由于自身构造在传动轴5处于第二旋转方向时处于超越状态。
37.当控制棒10被提升的过程中，传动轴5处于第二旋转方向，而超越离合器3在处于第二旋转方向时，也处于超越状态，即在提升过程中，拉动控制棒10的拉力无需考虑飞轮2的转动惯量。
38.如图1所示，传动机构包括齿轮组和连动机构11，连动机构11与控制棒10相连接；齿轮组将连动机构11与传动轴5相连动；控制棒10下降时通过连动机构11带动齿轮组转动，
齿轮组带动传动轴5处于第一旋转方向。通过设置连动机构11与齿轮组，将控制棒10下降的势能转化为齿轮组转动的动能。
39.如图1所示，齿轮组包括主动齿轮6、从动齿轮8、传动轴齿轮7和转换轴9，主动齿轮6、从动齿轮8与转换轴9同轴固定，连动机构11带动主动齿轮6转动，从动齿轮8与传动轴齿轮7相啮合，传动轴齿轮7同轴固定于传动轴5。当对落棒时间有需求时，可根据需求调整齿轮组传动比或调整飞轮转动惯量。
40.如图1所示，吸能降速装置还包括支座1和两个第一轴承4，两个第一轴承4分别设置于转换轴9两端，支座1设置两个第一支撑孔，转换轴9的两端分别伸入两个第一支撑孔中，两个第一轴承4设置于转换轴9和第一支撑孔之间。通过设置支座1保护转换轴9及齿轮组，也可以更好的安装转换轴9及齿轮组，且通过设置轴承4的方式与支座1连接，既不影响转换轴9的转动，也可以很好的起到支撑的作用。
41.如图2所示，为了更好的将控制棒10的势能传递到吸能降速装置中，连动机构11可为链条和链轮，链条的一端连接控制棒10、链条的另一端卷取在链轮上，链轮还与齿轮组相连接。通过链条与链轮的设置，将来自控制棒10的势能传递至齿轮组，且不易出现链条脱落的风险，有效提高传动效率，且链条传动变形小，对控制落棒时间等参数有极大帮助。
42.如图2所示，连动机构11也可为钢丝绳和卷筒，钢丝绳的一端连接控制棒10、钢丝绳的另一端卷取在卷筒上，卷筒还与齿轮组相连接。在其他实施例中，连动机构11也可以更换成其他起到连动效果的部件。如图1所示，吸能降速装置还设置有支座1，支座1包围传动轴5、超越离合器3和飞轮2。超越离合器3、飞轮2等部件为精密部件，因此设置支座1包围传动轴5、超越离合器3和飞轮2，且在工作状态中，飞轮2及超越离合器3会以极高的速度进行转动，有设置支座1的必要，有效提高安全性及装置寿命。
43.如图1所示，吸能降速装置还包括支座1和两个第二轴承12，两个第二轴承12分别设置于传动轴5两端，支座1设置两个第二支撑孔，传动轴5的两端分别伸入两个第二支撑孔中，两个第二轴承12设置于传动轴5和第二支撑孔之间。通过设置两个第二支撑孔作为放置轴承4的孔洞，有效减少了外界物质进入装置的面积，其也可以起到支撑传动轴5的作用，当吸能降速装置工作时，轴承4内圈随着传动轴5高速旋转，且支座1无需随之转动。
44.上述吸能降速装置在实际应用的过程中，在控制棒10下落的过程中，可以有效的将其势能转化为动能，通过连动机构11，齿轮组，传动轴5，超越离合器3，最终将动能传递至具有很大旋转惯量的飞轮2上，控制棒10在运动的过程中，也因此会受到连动机构11向上的拉力，控制棒10的后期下落过程中，其速度不断减小，齿轮组的速度也将减小，此时，超越离合器3进入超越状态，其内外环分离，外部的外轮依旧在高速旋转消耗能量的过程中，而内部的传动轴5则与齿轮组一样处于低速，持续的对控制棒10产生拉力，进而最终使得控制棒10缓慢静止，达到吸能降速的效果。
45.以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。