阅读说明：本技术 控制棒驱动机构及具有其的反应堆 (Control rod driving mechanism and reactor with same ) 是由 彭朝晖 郭志家 张金山 刘兴民 柯国土 衣大勇 范月容 周寅鹏 孙征 姚成志 石 于 2020-07-28 设计创作，主要内容包括：本发明的实施例公开了一种控制棒驱动机构及具有其的反应堆,包括：壳体,固定设置,壳体具有容置通道；传动结构,至少部分设置在容置通道内,传动结构可沿容置通道移动,传动结构在其移动方向上具有第一端和第二端,传动结构的第一端与控制棒连接；驱动结构,与传动结构的第二端驱动连接,以驱动传动结构移动；弹性件,设置于容置通道和传动结构之间,弹性件对传动结构加朝向控制棒的弹性力。本发明的技术方案能够在反应堆处于摇摆、倾斜状态时将控制棒压紧在堆芯上,避免控制棒晃动或脱离堆芯,控制棒能够按照要求升降,从而保证了反应堆的生产运行。(The embodiment of the invention discloses a control rod driving mechanism and a reactor with the same, comprising: the shell is fixedly arranged and provided with an accommodating channel; the transmission structure is at least partially arranged in the accommodating channel and can move along the accommodating channel, the transmission structure is provided with a first end and a second end in the moving direction, and the first end of the transmission structure is connected with the control rod; the driving structure is in driving connection with the second end of the transmission structure so as to drive the transmission structure to move; and the elastic piece is arranged between the accommodating channel and the transmission structure and applies elastic force towards the control rod to the transmission structure. According to the technical scheme, the control rods can be tightly pressed on the reactor core when the reactor is in a swinging and inclining state, the control rods are prevented from shaking or separating from the reactor core, and the control rods can be lifted as required, so that the production operation of the reactor is ensured.)

控制棒驱动机构及具有其的反应堆

技术领域

本发明涉及反应堆领域，特别涉及一种控制棒驱动机构及具有其的反应堆。

背景技术

控制棒驱动机构是保证反应堆的生产运行和安全控制的重要设备。在现有技术中，控制棒驱动机构仅适用于平稳的陆基反应堆，而在摇摆、倾斜的环境下(例如应用于海洋中的船用反应堆)，现有的控制棒驱动机构不能满足使用要求。

发明内容

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控制棒驱动机构及具有其的反应堆。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种控制棒驱动机构，包括：壳体，固定设置，壳体具有容置通道；传动结构，至少部分设置在容置通道内，传动结构可沿容置通道移动，传动结构在其移动方向上具有第一端和第二端，传动结构的第一端与控制棒连接；驱动结构，与传动结构的第二端驱动连接，以驱动传动结构移动；弹性件，设置于容置通道和传动结构之间，弹性件对传动结构加朝向控制棒的弹性力。

进一步地，驱动结构与传动结构之间可选择性地连接或断开。

进一步地，当驱动结构与传动结构之间连接和/或断开时，弹性件对传动结构始终施加弹性力。

进一步地，弹性力大于传动结构和控制棒的重力之和。

进一步地，控制棒驱动机构还包括：连断装置，连接在驱动结构和传动结构之间，通过连断装置实现驱动结构与传动结构的连接或断开。

进一步地，控制棒驱动机构还包括：柔性连接件，连接在驱动结构和传动结构之间。

进一步地，控制棒驱动机构还包括：位置检测装置，用于检测传动结构在其移动方向上的位置。

进一步地，控制棒驱动机构还包括：感应部，设置在传动结构的至少部分上，感应部与位置检测装置配合。

进一步地，控制棒驱动机构还包括：第一限位部，设置在容置通道的内壁上；第二限位部，设置在传动结构上；其中，第一限位部与第二限位部分别与弹性件的两端相配合。

进一步地，弹性力为压力，第一限位部位于第二限位部和驱动结构之间。

进一步地，弹性力为拉力，第二限位部位于第一限位部和驱动结构之间，弹性件的两端分别与第一限位部和第二限位部固定连接。

进一步地，第一限位部沿容置通道的内壁的周向方向延伸以形成环形；和/或，第二限位部沿传动结构的外壁的周向方向延伸以形成环形。

进一步地，传动结构呈杆状，弹性件为弹簧，弹簧套设在传动结构上。

进一步地，两个以上导向部，其中一部分设置在传动结构的第一端上，其余部分设置在连断装置上和/或传动结构的第二端上，在驱动结构与传动结构之间连接且传动结构移动时，至少一个导向部位于容置通道内并与容置通道的内壁滑动配合。

进一步地，传动结构的第一端设置有接头，通过接头连接控制棒，接头能够在容置通道内移动，接头的至少部分周向外壁形成两个以上导向部中的一个。

进一步地，接头与传动结构可拆卸地设置。

进一步地，连断装置能够在容置通道内移动，连断装置的至少部分周向外壁形成两个以上导向部中的一个。

根据本发明的另一方面，提供了一种反应堆，包括：控制棒和控制棒驱动机构，其中，控制棒驱动机构为上述的控制棒驱动机构。

应用本发明的技术方案，在传动结构与容置通道之间设置弹性件，该弹性件对传动结构始终施加一个朝向控制棒方向有弹性力。当反应堆处于摇摆、倾斜状态时，在上述弹性力的作用下，控制棒能够被压紧在堆芯上，避免控制棒晃动或脱离堆芯，控制棒能够按照要求升降，从而保证了反应堆的生产运行。

除了上面描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

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。在附图中：

图1示出了根据本发明实施例一的控制棒驱动机构的结构示意图；以及

图2示出了根据本发明实施例二的控制棒驱动机构的结构示意图。

需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。

附图标记说明：

100、控制棒驱动机构；10、壳体；11、容置通道；12、第一限位部；20、传动结构；21、第二限位部；22、接头；30、驱动结构；40、弹性件；50、位置检测装置；60、连断装置；70、柔性连接件；200、控制棒。

具体实施方式

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。

需要说明的是，除非另外定义，本申请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。若全文中涉及“第一”、“第二”等描述，则该“第一”、“第二”等描述仅用于区别类似的对象，而不能理解为指示或暗示其相对重要性、先后次序或者隐含指明所指示的技术特征的数量，应该理解为“第一”、“第二”等描述的数据在适当情况下可以互换。此外，若全文中出现“和/或”，其含义为包括三个并列方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。

图1为根据本发明实施例一的控制棒驱动机构100的结构示意图。

如图1所示，实施例一的控制棒驱动机构100包括壳体10、传动结构20、驱动结构30以及弹性件40。其中，壳体10固定设置，壳体10具有容置通道11。传动结构20至少部分设置在容置通道11内。传动结构20可沿容置通道11移动。传动结构20在其移动方向上具有第一端和第二端。传动结构20的第一端与控制棒200连接。驱动结构30与传动结构20的第二端驱动连接，以驱动传动结构20沿着壳体10的容置通道11移动。在驱动结构30的驱动下，传动结构20与设置在其第一端的控制棒200沿容置通道11往复移动，从而实现控制棒200在堆芯内的升降。弹性件40设置在容置通道11和传动结构20之间。弹性件40对传动结构20施加朝向控制棒200的弹性力。在本实施例中，控制棒驱动机构100应用于海洋中的船用反应堆，控制棒驱动机构100设置于反应堆堆芯结构上部，壳体10与反应堆部件固定，控制棒驱动机构100用于驱动控制棒200在堆芯内的升降与保持，从而控制反应堆堆芯内的反应性。

应用本实施例的控制棒驱动机构100，在容置通道11与传动结构20之间设置弹性件40，该弹性件40对传动结构20始终施加一个朝向控制棒200方向的弹性力。当反应堆处于摇摆、倾斜状态时，在上述弹性力的作用下，控制棒200能够被压紧在堆芯上，避免控制棒200晃动或脱离堆芯，控制棒200能够按照要求升降，从而保证了反应堆的生产运行。

需要说明的是，本实施例的控制棒驱动机构100应用于海洋中的船用反应堆，当然，控制棒驱动机构100的应用场景不限于此，在其他实施方式中，控制棒驱动机构100可以应用于其他会出现摇摆、倾斜的环境工况。

如图1所示，在实施例一的控制棒驱动机构100中，驱动结构30与传动结构20之间可选择性地连接或断开。当控制棒驱动机构100正常驱动控制棒200升降和保持时，驱动结构30与传动结构20连接在一起。在发生冲击、倾覆等事故或者其他需要紧急停堆的情况时，驱动结构30与传动结构20断开，依靠弹性件40的弹性力以及控制棒驱动机构100和控制棒200的自重，使控制棒200完全插进反应堆的堆芯，实现反应堆紧急停堆。此外，由于弹性件40的弹性力给控制棒200落棒提供加速动力，从而使控制棒200实现快速落棒。

在如图1所示的实施例一中，弹性件40的弹性力为压力，弹性件40始终处于压缩状态。在驱动结构30驱动传动结构20提升控制棒200时，弹性件40被逐渐压缩积蓄弹性势能，在驱动结构30与传动结构20断开连接后，弹性件40释放在提升过程中积蓄的弹性势能，给控制棒200落棒提供加速动力，并在传动结构20与控制棒200重力的作用下进行控制棒200的***。

在实施例一的控制棒驱动机构100中，弹性力大于传动结构20和控制棒200的重力之和。

弹性件40设置成对传动结构20朝向控制棒200一侧的力始终大于传动结构20与控制棒200的重力，这样设置的意义在于，当反应堆出现倾覆时，控制棒200不会从反应堆的堆芯掉落。具体地，当反应堆倾覆时，弹性件40施加的弹性力能够克服传动结构20和控制棒200的重力，使控制棒200可靠稳固地保持在堆芯内部，不会掉落，保证反应堆的安全性。

需要说明的是，弹性力与传动结构20和控制棒200的重力之和的关系不限于此，在其他实施方式中，弹性力也可以小于或者等于传动结构20和控制棒200的重力之和，在此情况下，虽然起不到反应堆倾覆时防掉落的作用，但是计算好弹性力的大小，仍然可以起到快速落棒和反应堆处于摇摆、倾斜状态时防止控制棒200掉落的作用。

如图1所示，在实施例一的控制棒驱动机构100中，控制棒驱动机构100还包括连断装置60。连断装置60连接在驱动结构30和传动结构20之间。通过连断装置60实现驱动结构30与传动结构20的连接或断开。

在反应堆发生事故或其他情况需要停堆时，连断装置60接收断开信号，断开驱动结构30与传动结构20之间的连接，具体为连断装置60始终连接在驱动结构30上，连断装置60与传动结构20之间在接收断开信号后断开。当然，在其他实施方式中，连断装置60也可以始终连接在传动结构20上，连断装置60与驱动结构30之间在接收断开信号后断开。

在本实施例中，连断装置60采用电磁组件，通过电磁力来控制传动结构20与驱动结构30之间的接合。当然，连断装置60的具体结构不限于此，在其他实施方式中，连断装置60也可以采用气动卡锁组件或其他能够实现同样功能的装置。

如图1所示，在实施例一的控制棒驱动机构100中，控制棒驱动机构100还包括柔性连接件70。柔性连接件70连接在驱动结构30与传动结构20之间。在本实施例中，柔性连接件70为钢丝绳结构。

在本实施例的控制棒驱动机构100中，驱动结构30与传动结构20之间通过柔性连接件70进行连接，驱动结构30通过柔性连接件70驱动传动结构20升降，在提棒过程中，驱动结构30克服传动结构20和控制棒200的重力以及弹性件40的弹性力，将控制棒200进行提升。在落棒的过程中，由于驱动结构30通过柔性连接件70与传动结构20连接，因此是通过调节驱动结构30拉力的大小，依靠传动结构20和控制棒200的重力以及弹性件40的弹性力，进行落棒。调节驱动结构30的拉力大小可以控制落棒的速度与加速度。

由于驱动结构30与传动结构20之间通过柔性连接件70连接，如果不设置弹性件40，在反应堆处于摇摆、倾斜状态时，传动结构20的顶部缺少刚性约束，传动结构20和控制棒200更有可能会晃动甚至脱离堆芯。而本实施例中设置了弹性件40，在弹性件40的弹性力的压紧下，控制棒200不会发生上述情况，提高了反应堆整体的安全性。

需要说明的是，驱动结构30与传动结构20之间的连接方式不限于此，在其他实施方式中，驱动结构30与传动结构20之间也可以通过刚性件连接，即使通过刚性件连接，当反应堆发生摇摆、倾斜状况时，控制棒200也可能会晃动和脱离堆芯。

在本实施例中，连断装置60可以用于控制柔性连接件70与传动结构20之间的连接与断开，当反应堆控制系统判断反应堆出现事故时，反应堆控制系统控制连断装置60断开与柔性连接件70的连接，实现柔性连接件70与传动结构20之间的断开，从而依靠传动结构20与控制棒200的重力以及弹性件40的弹性力进行快速落棒。

需要说明的是，在本实施例中，柔性连接件70直接连接在连断装置60和驱动结构30之间。当然，柔性连接件70与连断装置60的设置方式不限于此，在其他实施方式中，连断装置60可以直接连接于柔性连接件70和驱动结构30之间。此外，在其他实施方式中，也可以不设置连断装置60，柔性连接件70直接连接驱动结构30和传动结构20，通过剪断柔性连接件70实现驱动结构30和传动结构20之间的断开。

如图1所示，在实施例一的控制棒驱动机构100中，控制棒驱动机构100还包括位置检测装置50。位置检测装置50用于检测传动结构20在其移动方向上的位置。

需要说明的是，位置检测装置50用于检测传动结构20在移动方向上的位置，进一步可以得知控制棒200在反应堆堆芯的位置，反应堆的控制系统通过位置检测装置50获取控制棒200的位置信息，从而根据反应堆的反应性要求进行进一步的调节。

此外，控制棒驱动机构100还包括感应部。感应部设置在传动结构20的至少部分上，感应部与位置检测装置50配合。在本实施例中，将传动结构20本身的一部分设置成感应部。当然，在其他实施方式中，也可以将传动结构20的整体都设置成感应部。

在本实施例中，位置检测装置50设置在壳体10外壁上。位置检测装置50包括检测线圈，传动结构20本身的一部分设置成的感应部为导磁体，导磁体在检测线圈内移动，线圈可以感应出传动结构20的位置信号，从而实时监测控制棒200的具***置。具体地，感应部的移动路径信息反馈给反应堆控制系统，反应堆获取控制棒200在堆芯内的信息，由此进一步调节控制棒200在反应堆堆芯内的升降与保持。

需要说明的是，位置检测装置50的设置位置不限于此，在其他实施方式中，位置检测装置50也可以设置在容置通道11的内壁上或者设置在壳体10外。此外，位置检测装置50和感应部的具体形式不限于此，在其他实施方式中，位置检测装置50可以为导磁体结构，设置在容置通道11的内壁或壳体10上，即壳体10的一部分或全部设置为导磁体结构。感应部可以为线圈结构，设置于传动结构20的相应部位上。

如图1所示，在实施例一的控制棒驱动机构100中，还包括第一限位部12和第二限位部21。第一限位部12设置在容置通道11的内壁。第二限位部21设置在传动结构20上。其中，第一限位部12与第二限位部21分别与弹性件40的两端相配合。

在控制棒驱动机构100中，弹性件40设置在容置通道11与传动结构20之间，其中，在容置通道11内壁设置第一限位部12，在传动结构20上设置第二限位部21，两限位部与弹性件40进行配合设置。可选地，弹性件40为弹簧装置，弹簧装置的两端分别与两限位部配合设置。

在实施例一中，弹性力为压力，第一限位部12位于第二限位部21和驱动结构30之间。

如图1所示，在实施例一的控制棒驱动机构100中，弹性件40对传动结构20的弹性力为压力，此时，弹性件40的两端与限位部弹性设置，可以与两限位部固定连接或者不连接。在本实施方式中，弹性件40为弹簧装置，弹簧装置两端与两限位部配合设置，第一限位部12位于第二限位部21和驱动结构30之间，弹簧装置设置相应的预压缩量，使得始终对驱动结构30有朝向控制棒200方向的压力。同时，在控制棒200提升的过程中，弹簧被逐渐压缩积蓄弹性势能，使得落棒时，释放在提升过程中积蓄的弹性势能，给控制棒200提供加速动力。配合传动结构20与控制棒200的重力，在出现摇摆、倾斜的情况下也能够正常地实现升降控制棒200及快速落棒。

在本实施方式中，弹簧装置的预压缩量所能够产生的压力被设置为大于传动结构20和控制棒200的重力之和，这样设置使得在反应堆发生倾覆的情况下控制棒200不会出现弹棒事故。

如图1所示，在实施例一的控制棒驱动机构100中，第一限位部12沿容置通道11的内壁的周向方向延伸以形成环形，第二限位部21沿传动结构20的外壁的周向方向延伸以形成环形。

具体地，第一限位部12呈环形，设置在容置通道11的内壁，内孔直径要大于传动结构20的外径设置，使得传动结构20在通过所述第一限位部12时不受影响。在本实施方式中，第一限位部12在容置通道11内壁上设置为内卡环结构。

第二限位部21呈环状，设置在传动结构20的外壁，外径要小于容置通道11的内径设置，使得传动结构20在通过第二限位部21时不受影响。在本实施方式中，第二限位部21在传动结构20上设置为凸台结构。

需要说明的是，第一限位部12和第二限位部21的具体形式不限于此，在其他实施方式中，第一限位部12或第二限位部21可以不呈环形，只要保证能够对弹性件40的端部进行限位即可。

如图1所示，在实施例一的控制棒驱动机构100中，传动结构20呈杆状，弹性件40为弹簧，弹簧套设在传动结构20上。具体地，传动结构20为杆状，在容置通道11内移动，弹性件40为弹簧，两端分别与两限位部配合设置。弹簧套设在传动结构20上。上述弹性件40的结构简单，易于安装。

在本实施例中，弹簧为一个，当然，在其他实施方式中，弹性件40可以包括多个弹簧，分散设置在传动结构20与容置通道11之间，分别设置对应的限位部，使得弹性件40整体对传动结构20有朝向控制棒200方向的弹性力。

在实施例一的控制棒驱动机构100中，控制棒驱动机构100包括两个导向部，其中一个设置在传动结构20的第一端上，另外一个设置在连断装置60上，在驱动结构30与传动结构20之间连接且传动结构20移动时，至少一个导向部位于容置通道11内并与容置通道11的内壁滑动配合。上述设置可以保证与容置通道11之间始终有导向配合，从而便于传动结构20移动。此外，这样设置的好处还有在保证导向的前提下，可根据实际需要，调整容置通道11的长短。

如图1所示，在本实施例中，传动结构20的第一端设置有接头22，通过接头22连接控制棒200。为了便于控制棒驱动机构100各部件之间的安装，接头22设置成与传动结构20可拆卸地设置。反应堆正常启动运行时，柔性连接件70与连断装置60连接，沿控制棒驱动机构100驱动线竖直向下运动，通过与传动结构20的第二端连接，按照反应性变化，上、下移动传动结构20，进而通过接头22控制控制棒200的上、下运动，最终实现对反应堆功率的调节。

上述接头22能在容置通道11内移动，接头22的周向外壁形成两个导向部中的一个。接头22的径向尺寸与容置通道11的径向尺寸相适配，接头22的整个周向外壁可与容置通道11的内壁之间滑动配合。当然，在其他实施方式中，接头22也可以仅部分位置的周向外壁形成导向部，与容置通道11的内壁之间滑动配合。

如图1所示，在本实施例中，连断装置60设置在驱动结构30与传动结构20之间，连断装置60能够在容置通道11内移动。连断装置60的周向外壁形成两个导向部中的另一个。连断装置60的径向尺寸与容置通道11的径向尺寸相适配，连断装置60的整个周向外壁可与容置通道11的内壁之间滑动配合，使得在传动结构20移动过程中，可以通过连断装置60导向。当然，在其他实施方式中，连断装置60也可以仅部分外壁设置成导向部，与容置通道11的内壁之间滑动配合。

需要说明的是，导向部的数量和设置位置不限于此，在图中未示出的其他实施方式中，导向部的数量可以为三个以上，至于其设置位置也可以是一部分设置在传动结构20的第一端上，其余部分设置在连断装置60上和/或传动结构20的第二端上。例如，在传动结构20的两端设置导向部，使得传动结构20可以沿着容置通道11移动。壳体10设置有容置通道11，容置通道11可以为圆管状、方管状或满足容置导向条件的其他形状。此外，在本实施例中，导向部与容置通道11的内壁直接滑动配合，在其他实施方式中，导向部也可以设置成与容置通道11内壁上的导向槽配合。

图2为根据本发明实施例二的控制棒驱动机构100的结构示意图。

如图2所示，实施例二的控制棒驱动机构100与实施例一的主要区别在于，弹性力为拉力，第二限位部21位于第一限位部12和驱动结构30之间，弹性件40的两端分别与第一限位部12和第二限位部21固定连接。

如图2所示，在实施例二的控制棒驱动机构100中，第二限位部21位于第一限位部12和驱动结构30之间，弹性件40的两端分别与第一限位部12和第二限位部21固定连接。此时对传动结构20的弹性力为朝向控制棒200方向的拉力。具体地，弹性件40可以是弹簧装置，弹簧装置的两端分别与第一限位部12和第二限位部21固定连接，第二限位部21位于第一限位部12与驱动结构30之间，弹簧装置设置相应的预拉伸量，使得对驱动结构30始终有朝向控制棒200方向的拉力。同时在控制棒200提升的过程中，弹簧装置进行弹性势能的积蓄，使得落棒时，加快落棒的速度，并且在出现摇摆、倾斜的情况下也能够正常地实现升降控制棒200及快速落棒。

在实施例二中，弹簧装置的预拉伸量所能够产生的拉力被设置为大于传动结构20和控制棒200的重力之和，这样设置使得在反应堆发生倾覆的情况下，控制棒200也不会出现弹棒事故。实施例二的其他结构和工作原理与实施例一相同，在此不再赘述。

在本发明的上述实施例中，设置有弹性件40使得控制棒驱动机构100在摇摆、倾斜状态下，仍能按照要求升降控制棒200及快速落棒。预设弹性力大于控制棒200和传动结构20的重力之和，使得在冲击、颠覆状态下能把控制棒200保持在堆芯中，防止弹棒事故的发生。设置导向部，可以根据控制棒驱动机构100与反应堆安装时的配合要求，方便地设置容置通道11的长度。控制棒驱动机构100的整体设计简单，并且能够满足反应堆不稳定情况下的升降控制棒200以及快速落棒。

该种控制棒驱动机构100在实现核反应堆功率调节和停堆保护功能的基础上，具有结构简单、安装容易、检修方便、经济性好等特点，弹性件40的设计，可使该控制棒驱动机构100能适用于海洋下摇摆、倾斜、倾覆等特殊环境条件，保证反应堆的安全性。

本申请还提供了一种反应堆，根据本申请的反应堆的实施例，包括控制棒200和上述控制棒驱动机构100。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。

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。