具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面将结合附图及具体的实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的范围。

如图1和图2所示，本发明一种非能动停堆装置，利用铅基快堆冷却剂的高密度产生的大浮力。采用从弹射、浮力、约束和恢复的方式在停堆装置断电时完成紧急停堆任务防止核反应堆发生意外。

所述非能动停堆装置：控制棒1，弹射装置2，稳定器3，约束装置4，驱动装置5，逻辑电路6，导向装置7；

所述控制棒1一端设置所述稳定器3，另一端设置有导向装置7；所述稳定器3下方设置弹射装置2，约束装置4一端连接所述稳定器3，另一端穿过所述弹射装置2与控制器连接。

所述控制棒1的材料为B₄C，所述控制棒1处于铅基快堆冷却剂环境中；

所述稳定器3为含铁磁金属的配重装置，弹射装置2底部具有电磁装置，在未触发紧急停堆时，电磁装置通电，稳定器3与电磁装置磁性连接，弹射装置2处于压缩状态。

具体各个结构的作用和功能如下：

其中，所述的控制棒1具有良好中子吸收能力，控制棒1通常采用B₄C材料，而铅基快堆冷却剂密度比控制棒材料B₄C的密度大的多，控制棒在冷却剂中会受到很大的浮力，因此不能采用传统自由落体的方式进行非能动停堆，本发明提出的非能动停堆装置利用浮力作为驱动，利用控制棒1与冷却剂之间存在较大的密度差，为控制棒1提供足够的驱动力。

弹射装置2，弹射装置核心部件为弹簧，在未触发紧急停堆时弹射装置应处于储能状态，即弹簧应处于压缩状态。核反应堆正常工作期间环路存在电流，由稳定器3的电磁装置参与工作将控制棒1固定于核反应堆底部，并使弹射装置处于储能状态。

稳定器3，稳定器是位于控制棒1下端含铁磁金属的配重装置，稳定器在非能动停堆装置中有两个作用：

作用一：在核反应堆正常运行利用电磁力将控制棒1稳定在反应堆底部；

作用二：在触发非能动停堆后，控制棒1被弹出，在浮力作用下向上运动过程中，改变控制棒1重心位置保持控制棒1姿态稳定。

约束装置4，约束装置4为柔性金属链条，其柔性是为了在控制棒1弹出时约束装置4对控制棒1的运行不产生明显影响，金属材质防止高温冷却剂的腐蚀。作用有两个：

作用一：在控制棒弹出后通过拉力牵引控制棒保持竖直状态；

作用二：在完成停堆任务后通过驱动装置5的牵引，将控制棒归位。

驱动装置5为电机，用于在完成紧急停堆提供动力，通过牵引约束装置4将控制棒1归位。

导向装置7，导向是两个同轴圆环可替换为圆柱套筒，约束装置通过限制控制棒的自由度保持控制棒1弹出后的姿态，并在完成工作后配合驱动装置5重新启堆时完成控制棒1的归位。

逻辑电路6，用于触发非能动停堆装置和完成非能动停堆装置后复原的控制电路。电路逻辑为：当触发非能非能动紧急停堆信号时，环路断电，稳定器3电磁力消失，弹簧将控制棒弹出。当触发重新启动核反应堆时，启动机构工作将约束装置4收回，稳定器3通电产生电磁力将控制棒固定在底部，完成固定后驱动装置5将约束装置释放，使约束装置4的张力消失保证下次紧急停堆时控制棒1可以有效弹出。

如图4所示，在核反应堆未触发非能动紧急停堆装置时非能动紧急停堆装置静止位于核反应堆的底部。控制棒下端布置有稳定器和约束装置，其中稳定器是带有铁磁金属的配重装置。在核反应堆正常运行期间，非能动紧急停堆装置通电，带有电磁铁的装置将吸附稳定器并将控制棒固定在核反应堆的底部，弹射装置处于压缩状态。

此时电磁力的大小应为：

F_磁＝ξ(F_浮+F_弹-F_重)

其中F_磁为电磁吸附力，F_重为控制棒、稳定器和约束的总重力，F_浮为控制棒、稳定器和约束收到的总浮力，F_弹为弹簧的弹力、，ξ为安全系数，取1<ξ≤2。

当触发非能动紧急停堆信号时，系统断电，电磁力消失，此时控制棒受力不平衡，在浮力和弹簧弹力作用下控制棒自下而上飞出，飞出时加速度为：

其中a为控制棒飞出时的加速度，M_棒为控制棒，稳定器、约束装置的总质量。为保证控制棒能够顺利插入堆芯，在堆芯底部布置导向装置用于约束控制棒初始运动方向，导向装置应不高于未工作状态控制棒的顶端如图1中所示。导向装置可以采用圆柱筒结构或者双环结构且圆柱筒的长度和双环之间的距离应根据控制棒的长度选取。不宜过大，也不易过小。当控制棒完全插入堆芯时，导向装置应不低于控制棒的底端，如图2所示。

弹射系统将控制棒弹出控制棒将不再收弹射装置的弹力作用，且随着控制棒速度的增加，控制棒受到的阻力逐渐增加，当合力为0时控制棒达到最大速度，随后控制棒将以这个速度匀速上升。控制棒的最大速度为：

其中V_max为控制棒可能的最大速度，ε为阻力系数，该系数与冷却剂的运动粘度有关。

当控制棒运动至中段时，此时导向装置的作用减弱，为了维持控制棒的姿态和运动方向控制棒的底端布置有稳定器。稳定器的工作原理如图3所示，稳定器是带有铁磁金属的配重装置其密度应尽可能的大于控制棒，这样控制棒下端受到的合力小，上端受到的合力大，当控制棒反生倾斜时，上端合力将产生一个更大的转矩使控制棒重新恢复竖直状态。

如图2所示，当控制棒运动至末段时，此时导向装置基本失去导向作用，为了控制棒约束控制棒的最终状态除稳定器外，控制棒的底端还连接了约束装置。约束装置在控制棒插入堆芯后维持控制棒位置使其不发生偏斜或者漂浮，可以类比气球在空中中的漂浮状态，为了维持气球的稳定状态下端通过柔性约束。而铅基快堆运行温度较高且具有一定的腐蚀性，一般的材料很难应用于该环境。金属制的线过细容易断裂，过粗柔韧性不好在控制棒上升阶段容易干扰控制棒运动，因此应采用链条结构。

当非能动紧急停堆装置完成停堆任务后的再启动阶段，驱动装置可以通过驱动电机将约束装置收回，在收回过程中，导向装置，约束装置和稳定器仍保持其原本功能，随后在驱动装置和约束装置的牵引下压缩弹射装置使其处于储能状态并通过电磁铁将其固定在底端。电机停止工作，释放约束装置，系统恢复初始状态。值得注意的是约束装置在恢复初始状态后应处于松弛状态，这样做的目的是为了保证在非能动紧急停堆时控制棒能尽可能快的插入堆芯。

如图3所示，本发明还提供一种非能动停堆装置的控制方法，包括以下步骤：

当触发非能非能动紧急停堆信号时，电磁装置环路断电，稳定器3电磁力消失，弹簧将控制棒弹出；

当触发重新启动核反应堆时，启动机构工作将约束装置4收回，稳定器3通电产生电磁力将控制棒1固定在底部，完成固定后驱动装置5将约束装置4释放，使约束装置4的张力消失。

触发非能动停堆装置的逻辑电路、非能动弹射装置、姿态矫正、姿态和位置约束、完成非能动停堆后的系统复原；非能动停堆装置工作步骤：

S1、初始阶段即未触发非能动紧急停堆时，稳定器3利用电磁力将控制棒固定在核反应堆底部，此时约束装置4不存在张力；

S2、触发非能动紧急停堆时，稳定器4电磁力消失，弹射装置2将控制棒弹出，在控制棒1弹出后的初始阶段由导向装置7稳定控制棒1姿态，在初始动能的作用下能较好的保持控制棒1的姿态和运动轨迹，使控制棒1沿预定轨迹插入反应堆；

S3、在控制棒1弹出后的中间时段，在浮力作用下细长的控制棒1容易失去竖直的姿态，稳定器作为配重可以改变控制棒的重心位置进而调节控制棒姿态，控制棒1插入的中段需由导向装置7和稳定器3共同参与控制控制棒1姿态和运动轨迹；

S4、在控制棒1弹出后的末段，此时由约束装置4提供拉力和稳定器3共同参与控制控制棒1姿态和运动轨迹；

S5、完成非能动紧急停堆后，系统应保持稳定静止，待电源恢复后准备系统复原；

S6、电源恢复且接受到重新启动信号后，驱动装置5牵引约束装置4将控制棒1拉回，在此过程中导向装置7用于在复原过程初始阶段保持控制棒1姿态，导向装置7和稳定器3用于在复原的中间阶段保持控制棒7姿态，稳定器3和约束装置4用于在复原的结束阶段保持控制7姿态并最终控制棒稳定在堆芯底部等待下次任务。

以上，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。