阅读说明：本技术 一种用于核反应堆的控制棒驱动装置 (Control rod driving device for nuclear reactor ) 是由 徐博 孔祥波 包世刚 李志军 邹杨 傅瑶 翟丽芳 朱世峰 于 2020-06-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于核反应堆的控制棒驱动装置,其包括驱动机构、收拢部件和控制棒组件,控制棒组件连接于收拢部件,驱动机构控制控制棒组件的运动,控制棒组件能够弯曲以实现控制棒组件收纳于收拢部件。本发明的一种用于核反应堆的控制棒驱动装置,通过驱动机构控制控制棒组件的提落棒运动及收纳入收拢部件的过程,减少了所需竖直方向的空间,使控制棒驱动装置能更好地应用于小型堆或模块化堆等运行环境。同时,本发明的一种用于核反应堆的控制棒驱动装置,通过控制棒组件柔性部的弯曲区别于现役所有核电站以及核反应装置中的刚性控制棒,本方案的成功实施将为更好地拓展核反应堆新结构的发展提供实际参考。(The invention discloses a control rod driving device for a nuclear reactor, which comprises a driving mechanism, a furling component and a control rod assembly, wherein the control rod assembly is connected with the furling component, the driving mechanism controls the movement of the control rod assembly, and the control rod assembly can be bent to realize the control rod assembly to be accommodated in the furling component. According to the control rod driving device for the nuclear reactor, the lifting rod movement of the control rod assembly and the process of storing the control rod assembly into the furling component are controlled through the driving mechanism, so that the space in the required vertical direction is reduced, and the control rod driving device can be better applied to operating environments such as small-sized reactors or modular reactors. Meanwhile, the control rod driving device for the nuclear reactor is different from rigid control rods in all active nuclear power stations and nuclear reaction devices through bending of the flexible parts of the control rod assemblies, and successful implementation of the scheme provides practical reference for better expanding development of new structures of the nuclear reactor.)

一种用于核反应堆的控制棒驱动装置

技术领域

本发明涉及核反应堆设备领域，特别涉及一种用于核反应堆的控制棒驱动装置。

背景技术

控制棒驱动装置是一种安装于核反应堆容器上的设备，其主要由驱动机构和控制棒组成。其中控制棒体上具有能够吸收中子的“中子毒物”，通过下插控制棒吸收更多中子，从而减缓核裂变反应的速率，而提升控制棒可以减少吸收中子的速率，从而加快核反应速率。调节控制棒在堆芯内的***深度，以此实现调节核反应堆的功率和紧急停堆的功能。

传统的核电用控制棒驱动装置中控制棒组件都是刚性棒体结构，控制棒驱动装置以重力为落棒动力源，设计者只需选择用于提升控制棒的动力源，控制棒驱动装置对竖直空间需求大，要求运行环境平稳，但需考虑地震工况。因此，传统的核电用控制棒驱动装置都需要安装在竖直方向足够大的空间中，在重力的辅助下完成控制棒的落棒动作，在其他形式的动力源驱动下完成控制棒的提升动作。

然而随着科技的发展，小型堆和模块化堆的出现，在安装空间和运行环境两个方面，展现出了与传统堆的不同。传统控制棒驱动装置不适用于小型堆和模块化堆运行环境，因此有必要提出一种新型控制棒驱动装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中控制棒驱动装置所需竖直空间过大不能适用于小型堆和模块化堆等的缺陷，提供一种用于核反应堆的控制棒驱动装置。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种用于核反应堆的控制棒驱动装置，其特点在于，所述控制棒驱动装置包括驱动机构、收拢部件和控制棒组件，所述控制棒组件连接于所述收拢部件，所述驱动机构控制所述控制棒组件的运动，所述控制棒组件能够弯曲以实现所述控制棒组件收纳于所述收拢部件。

在本方案中，采用上述结构，通过将控制棒组件的部分弯曲并收纳至收拢部件的空间，显著减少运行环境所需的竖直空间，使控制棒驱动装置能更好地应用于小型堆或模块化堆。

较佳地，所述控制棒组件包括柔性部，所述柔性部的端部连接于所述收拢部件。

在本方案中，采用上述结构，使控制棒组件的部分具备弯曲的能力，从而通过弯曲运动实现控制棒组件的提落。

较佳地，所述控制棒组件还包括刚性部，所述刚性部与所述柔性部远离所述收拢部件的端部相连接。

在本方案中，采用上述结构，刚性部提升了控制棒的机械坚固性，耐高温，确保燃料的燃烧水平。

较佳地，所述柔性部包括若干个柔性单元，若干个所述柔性单元通过球铰接杆依次相串接。

在本方案中，通过若干个柔性单元组成柔性部，使得控制棒组件具有类似链条结构的可缠绕性，不再使控制棒组件运行路线为固定直线，且球铰接杆的连接方式使控制棒组件具备柔性的同时又可承受一定推力。

较佳地，所述收拢部件包括卷曲轮和支撑架，所述卷曲轮可转动地连接于所述支撑架，所述驱动机构驱动所述卷曲轮转动，所述控制棒组件连接于所述卷曲轮。

在本方案中，支撑架为收拢部件的卷曲轮提供稳定的支撑，卷曲轮使控制棒组件在其回转空间内收纳，有效减少垂直方向的占用空间。

较佳地，所述收拢部件还包括导向管，所述导向管连接于所述卷曲轮，所述控制棒组件穿过所述导向管。

在本方案中，通过导向管对控制棒组件的运动方向进行引导，容纳控制棒组件的非缠绕运动。

较佳地，所述收拢部件还包括至少一个限位部件，所述限位部件与所述卷曲轮的外周面具有间隙，所述控制棒组件穿过所述间隙。

在本方案中，采用上述结构，通过限位部件有效限制柔性单元的运动轨迹，保证其不会因离心力而脱离卷曲轮，加强柔性部运动的稳定性。

较佳地，所述限位部件包括稳定轮和弧形部，所述稳定轮连接于所述支撑架并沿所述卷曲轮径向向内凸出所述弧形部，所述稳定轮、所述弧形部均与所述卷曲轮的外周面形成所述间隙。

在本方案中，弧形部限制和矫正控制棒组件的环型运动，且加强了柔性部运动的稳定性，稳定轮能提供拉力保证柔性部运动过程中出现卡阻和堆叠现象，从而保证控制棒驱动装置提棒与落棒运动的可靠性。

较佳地，所述驱动机构包括电机和减速器，所述电机与所述减速器的输入端相连接，所述减速器的输出端与所述收拢部件相连接。

在本方案中，通过电机和减速器的配合使用，使得控制棒提棒与落棒的运动速度能被精确控制，从而控制反应速率，加强了控制棒驱动装置的安全性。

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。

本发明的积极进步效果在于：

本发明的一种用于核反应堆的控制棒驱动装置，通过驱动机构控制控制棒组件的提落棒运动及收纳入收拢部件的过程，减少了所需竖直方向的空间，使控制棒驱动装置能更好地应用于小型堆或模块化堆等运行环境。同时，本发明的一种用于核反应堆的控制棒驱动装置，通过控制棒组件柔性部的弯曲区别于现役所有核电站以及核反应装置中的刚性控制棒，本方案的成功实施将为更好地拓展核反应堆新结构的发展提供实际参考。

附图说明

图1为控制棒驱动装置的整体结构示意图。

图2为控制棒驱动装置的控制棒组件拆解示意图。

图3为图2中的控制棒组件的A部放大示意图。

图4为图2中的控制棒组件的B部放大示意图。

图5为控制棒驱动装置的收拢部件拆解示意图。

图6为控制棒驱动装置的驱动机构拆解示意图。

图7为控制棒驱动装置的落棒运动示意图。

图8为图7中的控制棒驱动装置的C部放大示意图。

附图标记说明：

驱动机构1

电机11

减速器12

收拢部件2

卷曲轮21

支撑架22

导向管23

限位部件24

稳定轮241

弧形部242

控制棒组件3

柔性部31

柔性单元311

球铰接杆312

固定球单元313

锁紧螺母314

刚性部32

具体实施方式

下面通过实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明，但并不因此将本发明限制在下述的实施例范围之中，应当特别指出的是，说明书中的运动方式仅仅只是用于解释说明，并非对本发明的限定条件。

如图1所示的一种用于核反应堆的控制棒驱动装置，其包括驱动机构1、收拢部件2和控制棒组件3，控制棒组件3连接于收拢部件2，驱动机构1 控制控制棒组件3的运动，控制棒组件3能够弯曲以实现控制棒组件3收纳于收拢部件2。

本发明的一种用于核反应堆的控制棒驱动装置，通过驱动机构1控制控制棒组件3的提落棒运动及收纳入收拢部件2的过程，减少了所需竖直方向的空间，使控制棒驱动装置能更好地应用于小型堆或模块化堆等运行环境。同时，本发明的一种用于核反应堆的控制棒驱动装置，通过控制棒组件3柔性部31的弯曲区别于现役所有核电站以及核反应装置中的刚性控制棒，本方案的成功实施将为更好地拓展核反应堆新结构的发展提供实际参考。

如图2所示，控制棒组件3包括柔性部31，柔性部31的端部连接于收拢部件2。柔性部31包括中子毒物、金属包壳等，柔性部31具备弯曲的能力，从而通过弯曲运动实现控制棒组件3的提落。

如图2所示，控制棒组件3还包括刚性部32，刚性部32与柔性部31远离收拢部件2的端部相连接。刚性部32提升了控制棒的机械坚固性，耐高温，确保燃料的燃烧水平。

如图3所示，柔性部31包括若干个柔性单元311，若干个柔性单元311 通过球铰接杆312依次相串接。若干个柔性单元311组成柔性部31，柔性单元311分为两种，一种是包含中子毒物的柔性单元311，一种是不包含中子毒物的柔性单元311。若干个柔性单元311可为一节一节的小圆柱体毒物单元串接而成，整体设计为一种珠串链状结构，使得控制棒组件3具有类似链条结构的可缠绕性，不再使控制棒组件3运行路线为固定直线，且球铰接杆312的连接方式使控制棒组件3具备柔性的同时又可承受一定推力。球铰接杆312一端为光滑球头，另一端为内凹球面，如此结构，可以使球铰接杆312 光滑球头端嵌入前一节内凹球面，同时为后一节提供内凹球面用于球头嵌入，球铰接杆312前后通过凹弧压盖固定。如此串接而成的柔性部31可以使柔性部31各单元之间在运动上满足弯曲运动的需求。

如图5所示，收拢部件2包括卷曲轮21和支撑架22，卷曲轮21可转动地连接于支撑架22，驱动机构1驱动卷曲轮21转动，控制棒组件3连接于卷曲轮21。卷曲轮21成为控制棒组件3的收纳装置，而传统机构中控制棒组件3以棒体形态留置于反应堆上方的竖直圆筒中，本实施例中以回转空间代替竖直空间。卷曲轮21设置有固定销，用于在控制棒组件3提升时向控制棒体提供动力，支撑架22为收拢部件2的卷曲轮21提供稳定的支撑，卷曲轮21使控制棒组件3在其回转空间内收纳，有效减少垂直方向的占用空间。柔性部31与卷曲轮21连接的端部设有固定球单元313和锁紧螺母314，固定球单元313固定在卷曲轮21上(请参阅图4和8)，固定球单元313将卷曲轮21和柔性部31的联结为一体。随着卷曲轮21的转动，可以带动固定球单元313进行圆周运动，从而拉动柔性部31进行圆周运动，进而带动控制棒组件3完成起吊运动。

如图5所示，收拢部件2还包括导向管23，导向管23连接于卷曲轮21，控制棒组件3穿过导向管23。导向管23可分为竖直管和弧形管，竖直管用于容纳刚性部32，弧形管用于容纳柔性部31，刚性部32仅在竖直通道内运动，柔性部31可满足竖直及弯曲两种运动方式，通过导向管23对控制棒组件3的运动方向进行引导，容纳控制棒组件3的非缠绕运动。

如图5所示，收拢部件2还包括至少一个限位部件24，限位部件24与卷曲轮21的外周面具有间隙，控制棒组件3穿过间隙。通过限位部件24有效限制柔性单元311的运动轨迹，保证其不会因离心力而脱离卷曲轮21，加强柔性部31运动的稳定性。

如图5所示，限位部件24包括稳定轮241和弧形部242，稳定轮241连接于支撑架22并沿卷曲轮21径向向内凸出弧形部242，稳定轮241、弧形部242均与卷曲轮21的外周面形成间隙。当卷曲轮21反向转动时，不仅有固定球单元313对柔性单元311有一定的推力，同时位于顶部的稳定轮241 也在反向转动，通过与柔性部31的摩擦，会提供一定的拉力，在推力和拉力的共同作用下，可以完成柔性部31自缠绕状态至完全展开状态的转变，从而完成落棒运动(如图7所示)。稳定轮241用于在控制棒组件3落棒时对棒体提供动力，弧形部242用于限制和矫正控制棒组件3的环型运动，且加强了柔性部31运动的稳定性，稳定轮241能提供拉力保证柔性部31运动过程中出现卡阻和堆叠现象，从而保证控制棒驱动装置提棒与落棒运动的可靠性。

如图6所示，驱动机构1包括电机11和减速器12，电机11与减速器 12的输入端相连接，减速器12的输出端与收拢部件2相连接。电机11与减速器12可通过法兰连接，驱动机构1还可包括传动箱，传动箱由防护罩和封板组成，其内部设有齿轮部件，减速器12的输入端与齿轮部件的一端连接，输出端与齿轮部件的另一端相连，输入端通过啮合的齿轮带动输出端转动。电机11和减速器12的配合使用，使得控制棒提棒与落棒的运动速度能被精确控制，从而控制反应速率，加强了控制棒驱动装置的安全性。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。