控制棒驱动机构及其防偏转钩爪组件

文档序号:831867 发布日期:2021-03-30 浏览:28次 >En<

阅读说明:本技术 控制棒驱动机构及其防偏转钩爪组件 (Control rod drive mechanism and anti-deflection claw assembly thereof ) 是由 卢朝晖 陈叶青 李泽文 刘亚男 胡伦宝 靳书武 刘青松 周国丰 芮旻 唐叔建 路 于 2020-12-11 设计创作,主要内容包括:本发明公开一种控制棒驱动机构及防偏转钩爪组件,防偏转钩爪组件包含上端构件、提升衔铁、移动衔铁、钩爪、保持磁极、保持衔铁、钩爪支承套、下端构件、缓冲管轴、导向键及套管轴。缓冲管轴套于套管轴,导向键嵌于缓冲管轴,上端构件、提升衔铁、移动衔铁、保持磁极、保持衔铁和钩爪支承套及下端构件依次布;钩爪装于缓冲管轴上并与移动衔铁连动;移动衔铁和导向键中的一者开设有轴向导向凹而另一者设有轴向导向凸,轴向导向凸嵌于轴向导向凹内并于轴向导向凹内做轴向滑移;以减少在摇摆、倾斜等复杂工况下防偏转钩爪组件的磨损,确保控制棒驱动机构的可靠运行。(The invention discloses a control rod driving mechanism and an anti-deflection hook component. The buffer pipe shaft is sleeved on the sleeve shaft, the guide key is embedded in the buffer pipe shaft, and the upper end component, the lifting armature, the moving armature, the holding magnetic pole, the holding armature, the claw bearing sleeve and the lower end component are sequentially distributed; the hook claw is arranged on the buffer pipe shaft and is linked with the movable armature; one of the movable armature and the guide key is provided with an axial guide concave while the other is provided with an axial guide convex which is embedded in the axial guide concave and slides axially in the axial guide concave; the abrasion of the deflection-preventing hook component under complex working conditions of swinging, inclining and the like is reduced, and the reliable operation of the control rod driving mechanism is ensured.)

控制棒驱动机构及其防偏转钩爪组件

技术领域

本发明涉及核反应堆领域,尤其涉及一种控制棒驱动机构及其防偏转钩爪组件。

背景技术

众所周知,有此反应堆会处于周期性摇摆、倾斜等复杂工况的场合中,在此场合中运行的控制棒驱动机构将不能保持固定竖直状态,而运行环境的变化将影响钩爪组件的动作。

目前,例如在中国专利申请号为200710050738.9所公开的步进式磁力提升型反应堆控制棒驱动机构中,其在竖直工作状态时可以正常动作,但是在倾斜、摇摆等复杂工况下,控制棒驱动机构会时刻处于摇摆或倾斜状态中,这会对钩爪组件的移动衔铁造成相对偏转的趋势,此时就会对移动钩爪相关运动件施加有害的附加作用力,加剧其接触面的磨损,降低控制棒驱动机构动作的可靠性以及使用寿命。

因此,亟需一种控制棒驱动机构及其防偏转钩爪组件来克服上述的缺陷。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种防偏转钩爪组件,能够限制移动衔铁在倾斜、摇摆等复杂工况下的偏转,减少移动钩爪各相关运动零件的磨损,并对移动衔铁进行轴向导向,保证控制棒驱动机构的可靠运行。

本发明的另一目的在于提供一种控制棒驱动机构,能够限制移动衔铁在倾斜、摇摆等复杂工况下的偏转,减少移动钩爪各相关运动零件的磨损,并对移动衔铁进行轴向导向,保证控制棒驱动机构的可靠运行。

为实现上述目的,本发明的防偏转钩爪组件包括上端构件、提升衔铁、移动衔铁、钩爪、保持磁极、保持衔铁、钩爪支承套、下端构件、导向键、套管轴及缓冲管轴。所述上端构件固定地套装于所述套管轴的上端,所述下端构件固定地套装于所述套管轴的下端,所述保持磁极固定地套装于所述套管轴的位于所述上端构件与所述下端构件之间的部位处;所述缓冲管轴可轴向滑移地套装于所述套管轴的位于所述上端构件和保持磁极之间的部位处,所述导向键固定地内嵌于所述缓冲管轴的侧壁处,所述提升衔铁和移动衔铁从所述套管轴的上至下方向依次地套装于所述缓冲管轴上,所述提升衔铁还与所述缓冲管轴固定连接,所述移动衔铁可在所述缓冲管轴上做轴向滑移;所述保持衔铁和钩爪支承套从所述套管轴的上至下方向依次可轴向滑移地套装于所述套管轴上,所述保持衔铁和钩爪支承套还位于所述保持磁极与下端构件之间;所述钩爪可枢摆地安装于所述缓冲管轴并与所述移动衔铁连动,所述移动衔铁在相对所述缓冲管轴轴向滑移过程中连动所述钩爪做枢摆运动,所述移动衔铁和导向键中的一者开设有轴向导向凹而另一者设置有轴向导向凸,所述轴向导向凸呈间隙配合地嵌置于所述轴向导向凹内,所述轴向导向凸还可于所述轴向导向凹内做相对所述轴向导向凹的轴向滑移。

较佳地,所述移动衔铁的轴向导向凹朝靠近所述保持磁极的方向轴向贯穿所述移动衔铁。

较佳地,所述移动衔铁的侧壁上开设有用于与所述移动衔铁的轴向导向凹在径向相通的侧向通孔。

较佳地,所述轴向导向凸用于与所述轴向导向凹间隙配合的配合面和/或所述轴向导向凹用于与所述轴向导向凸间隙配合的配合面上镀有耐磨层。

较佳地,所述缓冲管轴开设有径向贯穿所述缓冲管轴之侧壁的嵌设空间,所述导向键位于所述嵌设空间内。

较佳地,本发明的防偏转钩爪组件还包括位于所述移动衔铁内的连杆,所述连杆的一端与所述移动衔铁铰接,所述连杆的另一端与所述钩爪铰接,所述套管轴的侧壁开设有供所述钩爪做枢摆运动的避让空间。

较佳地,所述导向键为方形块,所述轴向导向凸为带倒角的结构。

较佳地,所述上端构件、套管轴及下端构件三者共同围出供控制棒驱动机构中的驱动杆组件轴向穿设并做轴向提升或下降的轴向通道,所述轴向通道之通道壁上形成有径向限位定心结构,所述径向限位定心结构使部分的所述轴向通道界定出供所述驱动杆组件穿设并对所述驱动杆组件径向限位定心的径向限位定心通道,所述径向限位定心通道的尺寸小于所述轴向通道的尺寸。

较佳地,所述径向限位定心结构还使部分的所述轴向通道界定出用于径向拓展所述径向限位定心通道的冷却剂轴向流道,所述冷却剂轴向流道为一个或多个,所述多个冷却剂轴向流道在周向隔开排列。

较佳地,所述径向限位定心结构分别形成于所述上端构件和下端构件处的轴向通道之通道壁。

较佳地,所述上端构件和下端构件中至少一者的侧壁开设有与所述冷却剂轴向流道或轴向通道相连通的冷却剂侧向流道,所述冷却剂侧向流道贯穿该侧壁。

较佳地,所述上端构件和/或下端构件上的冷却剂侧向流道及冷却剂轴向流道各在周向呈辐射排列。

较佳地,所述上端构件为提升磁极,或者,所述上端构件为由提升磁极及与所述提升磁极轴向拓展延伸的上拓展件组成;所述下端构件为提升磁极,或者,所述下端构件为由定位螺母及与所述定位螺母轴向拓展延伸的下拓展件组成。

较佳地,所述径向限位定心结构的横截面之轮廓为正多边形,所述正多边形所在的内圆的尺寸小于所述轴向通道的尺寸。

较佳地,所述径向限位定心结构的横截面之轮廓为花型轮廓,所述花型轮廓包含曲率不同且交替排列以共同构成中心对称的第一圆弧和第二圆弧,所有所述第一圆弧围出所述径向限位定心通道之横截面的轮廓,所述第二圆弧围出所述冷却剂轴向流道之横截面的轮廓。

较佳地,所述第一圆弧的圆心位于中心对称线上,所述第二圆弧的圆心与所述中心对称线相错位,所述轴向通道的横截面之轮廓的尺寸大于所述第一圆弧所在的圆之直径,所述轴向通道的横截面之轮廓的尺寸小于圆心位于所述中心对称线上且与所述第二圆弧相切的圆之直径。

为实现上述的目的,本发明的控制棒驱动机构包括防偏转钩爪组件、棒位探测器组件、耐压壳组件、驱动杆组件及线圈组件。所述棒位探测器组件套装于所述耐压壳组件中的行程套管上,所述驱动杆组件安装于所述密封壳内,所述线圈组件套装于所述密封壳外,所述防偏转钩爪组件套装于所述密封壳内,所述驱动杆组件还穿置于所述防偏转钩爪组件中并伸向所述行程套管。

与现有技术相比,由于本发明的防偏转钩爪组件还包括缓冲管轴,缓冲管轴可轴向滑移地套装于套管轴的位于上端构件和保持磁极之间的部位处,导向键固定地内嵌于缓冲管轴的侧壁处,提升衔铁和移动衔铁从套管轴的上至下方向依次地套装于缓冲管轴上,提升衔铁还与缓冲管轴固定连接,移动衔铁可在缓冲管轴上做轴向滑移;再结合移动衔铁和导向键中的一者开设有轴向导向凹而另一者设有轴向导向凸,轴向导向凸呈间隙配合地嵌置于轴向导向凹内,轴向导向凸还可于轴向导向凹内做相对轴向导向凹的轴向滑移,因此,在轴向导向凸和轴向导向凹的作用,能把在摇摆、倾斜等复杂工况下移动衔铁对钩爪产生的附加作用力转移到轴向导向凹与轴向导向凸两者的配合面上,改善本发明的防偏转钩爪组件中易磨损件(如钩爪、连杆等)的受力状态,减弱易磨损件各接触面的磨损,从而提高本发明的防偏转钩爪组件动作的可靠性以及使用寿命。同时,将轴向导向凹和轴向导向凸对应地设计在原有的移动衔铁和导向键上,故结构简单和紧凑,并保证了制造加工的经济性。再者,轴向导向凸和轴向导向凹彼此采用间隙配合,既能实现移动衔铁的轴向运动,又可通过设置配合公差来限制其偏转量,原理简单,易于实现。

附图说明

图1是本发明的控制棒驱动机构被局部剖后的平面结构示意图。

图2是本发明的控制棒驱动机构中的防偏转钩爪组件在中部处被局部剖后的平面结构示意图。

图3是本发明的控制棒驱动机构中的防偏转钩爪组件在上下两端处被局部剖后的平面结构示意图。

图4是本发明的控制棒驱动机构中的防偏转钩爪组件中的移动衔铁在轴向观看时且被局部剖后的结构示意图。

图5是沿图4中B-B线局部剖切后的结构示意图。

图6是沿图5中箭头C所指方向观看的部分结构示意图。

图7是本发明的控制棒驱动机构中的防偏转钩爪组件的导向键的平面结构示意图。

图8是沿图7中D-D线剖切后的内部结构示意图。

图9是图3所示的防偏转钩爪组件中的上端构件被局部剖的平面结构示意图。

图10是沿图9中E-E线剖切后的内部结构示意图。

图11是在图10上显示出第一圆弧所在的圆、与第二圆弧相切的圆及轴向通道的横截面之轮廓的示意图。

图12是图3所示的防偏转钩爪组件中的下端构件被局部剖的平面结构示意图。

图13是沿图12中F-F线剖切后的内部结构示意图。

图14是图3所示的防偏转钩爪组件在变形后的结构示意图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例,附图中类似的元件标号代表类似的元件。

请参阅图1,本发明的控制棒驱动机构100包括防偏转钩爪组件10、棒位探测器组件20、耐压壳组件30、驱动杆组件40及线圈组件50。棒位探测器组件20套装于耐压壳组件30中的行程套管31上,以在本发明的控制棒驱动机构100运行时,用于给出驱动杆组件40的实际位置信号;驱动杆组件40安装于密封壳32内;线圈组件50套装于密封壳32外,用于为防偏转钩爪组件10的动作提供动力;防偏转钩爪组件10套装于密封壳32内,用于实现对驱动杆组件40的抓持、提升、下插功能,而驱动杆组件40还穿置于防偏转钩爪组件10中并伸向行程套管31,由行程套管31为驱动杆组件40提供运动行程空间。由于棒位探测器组件20、耐压壳组件30、驱动杆组件40及线圈组件50的具体结构为本领域所熟知的,故在此不再赘述,下面将详细说明防偏转钩爪组件10。

结合图2和图3,防偏转钩爪组件10包括上端构件11a、提升衔铁11b、移动衔铁11c、钩爪11d、保持磁极12、保持衔铁13、钩爪支承套14、下端构件15、导向键16、套管轴17及缓冲管轴18。上端构件11a固定地套装于套管轴17的上端,例如采用焊接或螺纹连接等方式与套管轴17的上端固定,但不以此为限;下端构件15固定地套装于套管轴17的下端,例如采用焊接或螺纹连接等方式与套管轴17的下端固定,但不以此为限;保持磁极12固定地套装于套管轴17的位于上端构件11a与下端构件15之间的部位处,例如采用焊接或螺纹连接等方式与套管轴17固定,但不以此为限;缓冲管轴18可轴向滑移地套装于套管轴17的位于上端构件11a和保持磁极12之间的部位处,导向键16固定地内嵌于缓冲管轴18的侧壁处,使得导向键16能跟随缓冲管轴18一起于套管轴17上做轴移滑移;提升衔铁11b和移动衔铁11c从套管轴17的上至下方向(即箭头A所指方向)依次地套装于缓冲管轴18上,提升衔铁11b还与缓冲管轴18固定连接,以使得提升衔铁11b与缓冲管轴18固定在一起;移动衔铁11c可在缓冲管轴18上做轴向滑移,使得移动衔铁11c能相对缓冲管轴18做轴向滑移;保持衔铁13和钩爪支承套14从套管轴17的上至下方向依次可轴向滑移地套装于套管轴17上,保持衔铁13和钩爪支承套14还位于保持磁极12与下端构件15之间;钩爪11d可枢摆地安装于缓冲管轴18并与移动衔铁11c连动,移动衔铁11c在相对缓冲管轴18轴向滑移过程中连动钩爪11d做枢摆运动,以使得钩爪11d与驱动杆组件40啮合或脱啮合;移动衔铁11c开设有轴向导向凹111,导向键16设置有轴向导向凸161,轴向导向凸161呈间隙配合地嵌置于轴向导向凹111内,轴向导向凸161还可于轴向导向凹111内做相对轴向导向凹111的轴向滑移。可理解的是,根据实际需要,轴向导向凸161可由移动衔铁11c所设置,对应地,轴向导向凹111由导向键16所开设,一样能实现防止移动衔铁11c在轴向滑移过程中产生周向偏转的目的。更具体地,如下:

如图2所示,为使得移动衔铁11c更可靠地与钩爪11d连动,防偏转钩爪组件10还包括位于移动衔铁11c内的连杆11e,连杆11e的一端与移动衔铁11c铰接,连杆11e的另一端与钩爪11d铰接,套管轴17的侧壁开设有供钩爪11d做枢摆运动的避让空间171。

如图5和图6所示,移动衔铁11c的轴向导向凹111朝靠近保持磁极12的方向(也是箭头A所指方向)轴向贯穿移动衔铁11c,以提高轴向导向凸161装入轴向导向凹111或从轴向导向凹111取出操作的便利性。具体地,移动衔铁11c的侧壁上开设有用于与移动衔铁11c的轴向导向凹111在径向相通的侧向通孔112,以方便装配和观察导向键16。更具体地,在图4和图8中,轴向导向凸161用于与轴向导向凹111间隙配合的配合面1611和轴向导向凹111用于与轴向导向凸161间隙配合的配合面1111上各镀有耐磨层,该耐磨层例如为但不限于此的铬层,既提高了配合面1111(1611)的耐磨性,也减少导向过程的摩擦阻力。可理解的是,根据实际需要,也可由轴向导向凸161用于与轴向导向凹111间隙配合的配合面1611或轴向导向凹111用于与轴向导向凸161间隙配合的配合面1111上镀有耐磨层,故不以此为限。其中,为满足导向键16的安装需要,在图2中,缓冲管轴18开设有径向贯穿缓冲管轴18之侧壁的嵌设空间181,导向键16位于嵌设空间181内。为使得导向键16的结构更简单,导向键16为方形块,且轴向导向凸161为带倒角的结构1612,以减少轴向导向凸161与轴向导向凹111之间的摩擦阻力。

如图3所示,上端构件11a、套管轴17及下端构件15三者共同围出供驱动杆组件40轴向穿设并做轴向提升或下降的轴向通道19a,轴向通道19a之通道壁191上形成有径向限位定心结构19b,径向限位定心结构19b使部分的轴向通道19a界定出供驱动杆组件40穿设并对驱动杆组件40径向限位定心的径向限位定心通道19c,径向限位定心通道19c的尺寸小于轴向通道19a的尺寸,详细可见图11中C1与C2的关系;以借助径向限位定心通道19c对处于倾斜、摇摆等复杂工况下的控制棒驱动机构100的驱动杆组件40的晃动进行限制,减少在摇摆、倾斜等复杂工况下驱动杆组件40的晃动及倾斜幅度,相应地,减少驱动杆组件40对防偏转钩爪组件10的冲击及对防偏转钩爪组件10产生的额外附加力,提高防偏转钩爪组件10的使用寿命,因而更有效地确保控制棒驱动机构100动作的可靠性;同时,可以保证在落棒时对驱动杆组件40的限位对中,减少摩擦阻力,以实现在摇摆、倾斜等复杂工况下控制棒顺利地插入堆芯,安全停堆。另,径向限位定心结构19b易于实现,并保证了制造加工的经济型。

又如图3所示,径向限位定心结构19b分别形成于上端构件11a和下端构件15处的轴向通道19a之通道壁191,较优的是,上端构件11a上的径向限位定心结构19b和下端构件15上的径向限位定心结构19b同心(即两者中心线相重合),以使得一对径向限位定心结构19b分布在防偏转钩爪组件10的两端,这样保证了两个定心点之间的距离,更可靠地对细长的驱动杆组件40产生明显的限位定心作用,故定心更可靠;当然,根据实际需要,径向限位定心结构19b还可以形成于防偏转钩爪组件10中的其它部件处的轴向通道19a之通道壁191,故不以此为限。举例而言,在图3中,上端构件11a为提升磁极,下端构件15为定位螺母;当然,根据实际需要,如图14所示,在其它实施方式中,上端构件11a`可由提升磁极11a1及与提升磁极11a1轴向拓展延伸的上拓展件11a2组成,此时,上端构件11a`处的径向限位定心结构19b较优是位于上拓展件11a2上;同理,下端构件可由定位螺母及与定位螺母轴向拓展延伸的下拓展件组成,此时,下端构件处的径向限位定心结构19b较优是位于下拓展件上,故不以上述的说明为限。

如图3、图9、图10、图12及图13所示,径向限位定心结构19b还使部分的轴向通道19a界定出用于径向拓展径向限位定心通道19c的冷却剂轴向流道19e,较优的是,冷却剂轴向流道19e为四个,四个冷却剂轴向流道19e在周向隔开排列,以借助冷却剂轴向流道19e为冷却剂的轴向流动提供通道,用于减少驱动杆组件40的流阻,从而有效地缩短落棒时间。具体地,在图3、图9、图10、图12及图13中,上端构件11a和下端构件15两者的侧壁111a(151)开设有与冷却剂轴向流道19e相连通的冷却剂侧向流道19d,冷却剂侧向流道19d贯穿该侧壁111a(151),以借助冷却剂侧向流道19d为冷却剂的侧向流动提供通道,从而进一步地减少驱动杆组件40的流阻,因而能进一步地缩短落棒时间。较优的是,上端构件11a和下端构件15上的冷却剂侧向流道19d及冷却剂轴向流道19e各在周向(指防偏转钩爪组件10的周向)呈辐射排列,以达到更好地减少驱动杆组件40流阻的目的。可理解的是,冷却剂轴向流道19e可为一个、二个、三个或五个不等,它是根据实际需要而灵活选择的;另,冷却剂侧向流道19d也可由上端构件11a的侧壁111a或下端构件15的侧壁151所开设;此外,冷却剂侧向流道19d还可设成与轴向通道19a连通而不与冷却剂轴向流道19e连通,故不以上述说明为限。

如图10至图11所示,在上端构件11a中,径向限位定心结构19b的横截面之轮廓为花型轮廓,花型轮廓包含曲率不同且交替排列以共同构成中心对称的第一圆弧192和第二圆弧193,较优的是,第一圆弧192的曲率小于第二圆弧193的曲率,以使得第一圆弧192的半径大于第二圆弧193的半径;所有第一圆弧192围出径向限位定心通道19c之横截面的轮廓,第二圆弧192围出冷却剂轴向流道19e之横截面的轮廓,以使得径向限位定心结构19b的结构紧凑、结构简单且易于实现,并保证了制造加工的经济性。具体地,在图10至图11中,第一圆弧192的圆心位于中心对称线L上,第二圆弧193的圆心P1与中心对称线L相错位,轴向通道19a的横截面之轮廓C2的尺寸大于第一圆弧192所在的圆C1之直径,轴向通道19a的横截面之轮廓C2的尺寸小于圆心位于中心对称线L上且与第二圆弧193相切的圆C3之直径,以进一步地使得径向限位定心结构19b的结构紧凑、结构简单且易于实现,并保证了制造加工的经济性。同理,在图12和图13中,下端构件15的径向限位定心结构19b的横截面之轮廓也为花型轮廓,该花型轮廓的具体结构与上端构件11a中的一样,故在此不再赘述。可理解的是,于其它实施方式中,径向限位定心结构19b的横截面之轮廓也为正多边形,正多边形所在的内圆的尺寸小于轴向通道19a的尺寸,一样能实现对驱动杆组件40的径向限位定心的目的。

与现有技术相比,由于本发明的防偏转钩爪组件10还包括缓冲管轴18,缓冲管轴18可轴向滑移地套装于套管轴17的位于上端构件11a和保持磁极12之间的部位处,导向键16固定地内嵌于缓冲管轴18的侧壁处,提升衔铁11b和移动衔铁11c从套管轴17的上至下方向依次地套装于缓冲管轴18上,提升衔铁11b还与缓冲管轴18固定连接,移动衔铁11c可在缓冲管轴18上做轴向滑移;再结合移动衔铁11c和导向键13中的一者开设有轴向导向凹111而另一者设有轴向导向凸161,轴向导向凸161呈间隙配合地嵌置于轴向导向凹111内,轴向导向凸161还可于轴向导向凹111内做相对轴向导向凹111的轴向滑移,因此,在轴向导向凸161和轴向导向凹111的作用,能把在摇摆、倾斜等复杂工况下移动衔铁11c对钩爪11d产生的附加作用力转移到轴向导向凹111与轴向导向凸161两者的配合面1111(1611)上,改善本发明的防偏转钩爪组件10中易磨损件(如钩爪、连杆等)的受力状态,减弱易磨损件各接触面的磨损,从而提高本发明的防偏转钩爪组件10动作的可靠性以及使用寿命。同时,将轴向导向凹111和轴向导向凸161对应地设计在原有的移动衔铁11c和导向键16上,故结构简单和紧凑,并保证了制造加工的经济性。再者,轴向导向凸161和轴向导向凹111彼此采用间隙配合,既能实现移动衔铁11c的轴向运动,又可通过设置配合公差来限制其偏转量,原理简单,易于实现。

需要说明的是,本发明的控制棒驱动机构100在使用时竖直地安装于反应堆压力容器的顶盖上。另,套管轴17和缓冲管轴18是指空心的轴件,但是,这都是本领域所熟知的。此外,在图11中,C1(即内圆)表示第一圆弧192所在的圆C1,也是径向限位定心通道19c的横截面之轮廓所在的圆;C3(即外圆)表示圆心位于中心对称线L上且与第二圆弧193相切的圆,也是冷却剂轴向流道19e的横截面之轮廓所在的圆;C2(即中间圆)表示轴向通道19a的横截面之轮廓。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,因此依本发明申请专利范围所作的等同变化,仍属本发明所涵盖的范围。

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