反应堆的控制棒组件以及反应堆系统

技术领域

本公开涉及反应堆技术领域，尤其涉及一种反应堆的控制棒组件以及反应堆系统。

背景技术

控制棒是一种快速控制核反应堆反应性的工具。在反应堆正常工作状态下，控制棒可通过反应堆的顶部进入至反应堆的堆芯内，并通过调节控制棒伸入至堆芯内的位置实现反应堆的启动、功率调节、功率补偿和停堆等。

然而，在反应堆发生异常事故时，控制棒容易在反应堆内反应性的巨大压力作用下由反应堆的开口处冲出，如此存在一定的安全隐患。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种反应堆的控制棒组件以及反应堆系统。

第一方面，本公开提供了一种反应堆的控制棒组件，包括锁紧套筒、旋转件和控制棒本体；所述控制棒本体用于伸入至所述反应堆内，所述锁紧套筒用于设置在所述反应堆的上方；

所述锁紧套筒上开设有锁紧通道和过渡孔，所述锁紧通道设置在所述锁紧套筒的对应所述控制棒本体的位置处，所述过渡孔连通于所述锁紧通道，所述控制棒的侧壁上设置有限位槽，所述限位槽可在所述控制棒本体移动至所述锁紧通道内时与所述过渡孔连通；

所述旋转件设置在所述锁紧套筒的外围，且相对于所述锁紧套筒可转动，所述旋转件与所述锁紧套筒之间设置有限位件，所述限位件可在所述限位槽与所述过渡孔连通时通过所述旋转件的转动带动移动至所述过渡孔中，且部分伸入至所述限位槽内。

可选的，所述锁紧通道内还设置有滑动套筒，所述滑动套筒可沿所述锁紧通道的轴向相对于所述锁紧套筒移动，所述滑动套筒上开设有可与所述过渡孔连通的避让孔；

所述控制棒本体可在进入所述锁紧通道内时与所述滑动套筒抵接，并推动所述滑动套筒在所述锁紧通道内移动至所述避让孔与所述过渡孔连通的位置处。

可选的，所述滑动套筒和所述锁紧套筒的其中一者上开设有沿所述锁紧套筒的轴向延伸的止转槽，所述滑动套筒和所述锁紧套筒的其中另一者上设置有与所述止转槽滑动连接的止转件；

所述控制棒本体移动至所述限位槽与所述过渡孔连通时，所述止转件抵接至所述止转槽的顶部一侧。

可选的，所述滑动套筒和所述锁紧套筒之间设置有弹性件。

可选的，所述旋转件上具有轴孔，所述锁紧套筒穿设于所述轴孔中；

所述轴孔的孔壁上具有朝向远离所述旋转件的中心方向凹陷的容置腔，所述限位件的部分位于所述容置腔内。

可选的，所述旋转件和所述限位件均至少为两个，所有所述旋转件在所述锁紧套筒的轴向上间隔排布，所述限位件与所述旋转件一一对应设置；

所述过渡孔和所述限位槽均至少为两个，且所述过渡孔和所述限位槽一一对应设置，至少一个所述旋转件上的限位件可通过至少一个所述过渡孔部分伸入至对应的所述限位槽内。

可选的，相邻的两个所述旋转件之间夹设有滚动件，所述滚动件可沿所述旋转件的表面滚动；

或者，相邻的两个所述旋转件之间设置有垫片，所述垫片设置在所述锁紧套筒的外围，所述旋转件与所述垫片之间夹设有滚动件，所述滚动件可沿所述旋转件的表面和所述垫片的表面滚动。

可选的，所述锁紧套筒包括下筒段和设置在所述下筒段顶部的上筒段；所述旋转件设置在所述上筒段的外周侧；

所述上筒段上还设置有压紧件，所述旋转件位于所述压紧件与所述下筒段之间。

可选的，所述锁紧通道的朝向所述反应堆的开口处设置有密封件，所述密封件上开设有与所述锁紧通道连通的避让口；

所述控制棒本体可通过所述避让口穿入至所述锁紧通道内，且与所述避让口之间密封配合。

第二方面，本公开提供了一种反应堆系统，包括如上所述的反应堆的控制棒组件。

本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本公开提供的反应堆的控制棒组件以及反应堆系统，通过设置控制棒、锁紧套筒和旋转件，使锁紧套筒上具有供控制棒本体由反应堆的堆芯冲出时进入并移动的锁紧通道，进一步地，旋转件设置在锁紧套筒的外围，且与锁紧套筒之间设置有限位件，锁紧套筒上设置过渡孔，控制棒本体上设置可与过渡孔连通的限位槽，从而能够在控制棒本体进入锁紧通道内后，通过旋转件绕锁紧套筒的轴线旋转来带动限位件进入过渡孔并且部分伸入至限位槽内，以对控制棒本体进行固定。这样设置，在反应堆事故工况下，控制棒本体能够冲入至锁紧通道中，且通过限位件固定在锁紧通道内，实现了对控制棒本体的锁紧，进而能够在一定程度上避免控制棒本体继续冲出时发生危险的情况的发生，进一步提高了使用安全性。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例所述的反应堆的控制棒组件的结构示意图；

图2为本公开实施例所述的反应堆的控制棒组件的部分结构示意图；

图3为本公开实施例所述的反应堆的控制棒组件中控制棒本体的部分结构示意图；

图4为本公开实施例所述的反应堆的控制棒组件中动力结构的结构示意图；

图5为本公开实施例所述的反应堆的控制棒组件中旋转件的结构示意图。

其中，1、控制棒本体；101、限位槽；2、锁紧套筒；21、下筒段；22、上筒段；23、定位孔；231、止转件；24、锁紧通道；25、过渡孔；26、导向套；3、旋转件；31、轴孔；32、容置腔；4、动力结构；41、动力输出轴；42、第一齿轮；43、第二齿轮；44、传动轴；45、轴承座；46、轴承；47、密封端盖；48、安装底座；49、垫块；5、限位件；6、压紧件；7、滑动套筒；8、止转槽；9、滚动件；91、滚珠套；10、弹性件；11、垫片；12、密封件；13、压板。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例一

参照图1至图5所示，本实施例提供一种反应堆的控制棒组件。该反应堆的控制棒组件具体包括锁紧套筒2、旋转件3和控制棒本体1。其中，控制棒本体1用于伸入至反应堆内，锁紧套筒2用于设置在反应堆的上方。

具体实施时，在锁紧套筒2上开设锁紧通道24和过渡孔25，锁紧通道24设置在锁紧套筒2的对应控制棒本体1的位置处，过渡孔25连通于锁紧通道24，控制棒本体1的侧壁上设置有限位槽101，限位槽101可在控制棒本体1移动至锁紧通道24内时与过渡孔25连通。

其中，上述的设置在锁紧套筒2的对应控制棒本体1的位置处，具体是指，将反应堆的控制棒组件中的锁紧套筒2设置在反应堆的上方，并使锁紧套筒2与反应堆顶部的供控制棒本体1插入至反应堆的堆芯或从堆芯内拔出的插口对应，以使控制棒本体1从反应堆冲出时能够进入至锁紧套筒2内。

同时，旋转件3设置在锁紧套筒2的外围，且相对于锁紧套筒2可转动，旋转件3与锁紧套筒2之间设置有限位件5，限位件5可在限位槽101与过渡孔25连通时通过旋转件3的转动带动移动至过渡孔25中，且部分伸入至限位槽101内。示例性的，限位件5比如可以为限位球体。

其中，限位件5移动至过渡孔25中，且限位件5的部分伸入至限位槽101内时，具体是指限位件5位于过渡孔25的位置处，并且限位件5的部分能够从过渡孔25的朝向限位槽101的一侧伸出，以与限位槽101进行配合。

由于限位件5的一部分位于过渡孔25中，且限位件5的一部分位于限位槽101内，因此，限位件5能够限制锁紧套筒2与控制棒本体1之间的相对移动，从而对控制棒本体1起到了限位固定的效果。

示例性的，在反应堆事故工况下，即控制棒本体1由反应堆的顶部开口处冲出时，控制棒本体1会朝向锁紧套筒2移动并进入至锁紧通道24中，通过旋转件3绕锁紧套筒2的轴线旋转来带动限位件5进入过渡孔25并且限位件5的部分伸入至限位槽101内，以对控制棒本体1进行固定锁紧，进而能够在一定程度上避免控制棒本体1继续冲出时发生危险的情况的发生，提高了使用安全性。

示例性的，当需要解除对控制棒本体1的锁紧固定时，比如可以使旋转件3继续旋转，限位件5即可在旋转件3的带动下由限位槽101和过渡孔25脱离，从而解除了对控制棒本体1的锁紧。

同时，还可以在反应堆的控制棒组件外部设置控制棒驱动装置，且控制棒驱动装置可与控制棒本体1连接，并在反应堆事故工况结束后，驱动控制棒本体1在反应堆内进行升降，以插入反应堆的堆芯或从堆芯中拔出。

具体实施时，可以在锁紧套筒2的过渡孔25处连接导向套26，导向套26用于在限位件5的部分伸入至过渡孔25和限位槽101内时，对限位件5进行导向。

其中，控制棒本体1包括棒本体以及可拆卸连接在棒本体上方的引棒。反应堆上具有供棒本体伸入的开口，且位于反应堆内的棒本体的部分显露在反应堆的外部。具体实施时，可以使引棒伸入至锁紧通道24内，并在引棒的外侧壁上设置上述的限位槽101，以通过对引棒的固定实现对控制棒本体1的固定。

本实施例提供的反应堆的控制棒组件，通过设置控制棒本体1、锁紧套筒2和旋转件3，使锁紧套筒2上具有供控制棒本体1由反应堆的堆芯冲出时进入并移动的锁紧通道24，进一步地，旋转件3设置在锁紧套筒2的外围，且与锁紧套筒2之间设置有限位件5，锁紧套筒2上设置过渡孔25，控制棒本体1上设置可与过渡孔25连通的限位槽101，从而能够在控制棒本体1进入锁紧通道24内后，通过旋转件3绕锁紧套筒2的轴线旋转来带动限位件5进入过渡孔25并且部分伸入至限位槽101内，以对控制棒本体1进行固定。这样设置，在反应堆事故工况下，控制棒本体1能够冲入至锁紧通道24中，且通过限位件5固定在锁紧通道24内，实现了对控制棒本体1的锁紧，进而能够在一定程度上避免控制棒本体1继续冲出时发生危险的情况的发生，进一步提高了使用安全性。

在一些实施例中，限位槽101为沿控制棒本体1的周向延伸设置的环形槽。也就是说，当控制棒本体1移动至限位槽101与过渡孔25对应的位置处时，只要旋转件3带动限位件5旋转至过渡孔25处时，限位件5即可进入环形槽内。

这样能够进一步提高对控制棒本体1的锁紧效果，进一步减小了控制棒本体1由反应堆冲出发生危险的可能。

参照图3所示，在一些实施例中，在沿限位槽101的槽口至槽底的方向上，限位槽101的槽宽逐渐减小。

也就是说，限位槽101的侧槽壁为斜面，使得限位件5进入至限位槽101以及限位件5由限位槽101脱离时，限位槽101能够对限位件5起到一定的导向作用，从而提高了限位件5对控制棒本体1进行固定和解除固定时的效率。

在一些实施例中，锁紧套筒2内还设置有滑动套筒7，滑动套筒7可沿锁紧通道24的轴向相对于锁紧套筒2移动，滑动套筒7上开设有可与所述过渡孔25连通的避让孔。控制棒本体1可在进入锁紧通道24内时与滑动套筒7抵接，并推动滑动套筒7在锁紧通道24内移动至避让孔与过渡孔25连通的位置处。

示例性的，当控制棒本体1由反应堆冲出时，控制棒本体1能够带动滑动套筒7同步移动至避让孔与过渡孔25连通的位置处，便于对控制棒本体1进行固定锁紧。

示例性的，具体实施时，可以在滑动套筒7上设置抵挡台阶，控制棒本体1上设置止位台阶，且当控制棒本体1进入锁紧通道24内，且在止位台阶抵挡在抵挡台阶的背离旋转件3的一侧时，控制棒本体1即可推动滑动套筒7移动，有利于确保避让孔与过渡孔25连通的准确性。

在一些实施例中，滑动套筒7和锁紧套筒2的其中一者上开设有沿锁紧套筒2的轴向延伸的止转槽8，滑动套筒7和锁紧套筒2的其中另一者上设置有与止转槽8滑动连接的止转件231。控制棒本体1移动至限位槽101与过渡孔25连通时，止转件231抵接至止转槽8的顶部一侧。

也就是说，当止转件231移动至止转槽8的顶部一侧时，限位槽101恰好与过渡孔25处于连通状态。

这样设置，一方面，能够进一步确保控制棒本体1推动滑动套筒7移动至避让孔与过渡孔25连通的位置处，保证了控制棒组件对控制棒本体1的锁紧固定效果。

另一方面，还能够在一定程度上避免滑动套筒7与锁紧套筒2之间发生轴向上的旋转，使得滑动套筒7沿锁紧套筒2的轴向移动时稳定较好。

其中，可以在滑动套筒7上开设沿锁紧套筒2的轴向延伸的止转槽8，并在锁紧套筒2上设置有与止转槽8滑动连接的止转件231。当然，也可以是在锁紧套筒2上开设沿锁紧套筒2的轴向延伸的止转槽8，并在滑动套筒7上设置有与止转槽8滑动连接的止转件231。

具体实施时，比如可以在锁紧套筒2的筒壁上开设定位孔23，且止转件231穿设在定位孔23内并伸入至止转槽8中。止转件231比如可以穿设在定位孔23内的止转销。

参照图2所示，在一些实施例中，滑动套筒7和锁紧套筒2之间还设置有弹性件10。如此能够在一定程度上提高滑动套筒7在锁紧套筒2轴向上的滑移动时的稳定性。示例性的，弹性件10比如可以弹簧、弹性绳等。

参照图1、图2以及图5所示，在一些实施例中，旋转件3上具有轴孔31，锁紧套筒2穿设于轴孔31中。其中，轴孔31的孔壁上具有朝向远离旋转件3的中心方向凹陷的容置腔32，限位件5的部分位于容置腔32内。

也就是说，容置腔32朝向远离轴孔31中心的方向凹陷。轴孔31用于与锁紧套筒2的外围匹配，且容置腔32用于对限位件5进行一定的限位和固定。

这样设置，一方面，旋转件3的结构简单，且与锁紧套筒2匹配时方便；另一方面，便于限位件5的设置，且旋转件3绕锁紧套筒2旋转时稳定性较高。

在一些实施例中，旋转件3和限位件5均至少为两个，所有旋转件3在锁紧套筒2的轴向上间隔排布，限位件5与旋转件3一一对应设置。其中，过渡孔25和限位槽101均至少为两个，且过渡孔25和限位槽101一一对应设置，至少一个旋转件3上的限位件5可通过至少一个过渡孔25部分伸入至对应的限位槽101内。

这样设置，可以根据需求选择至少一者旋转件3进行转动以带动限位件5对控制棒本体1进行锁紧固定，使用时的灵活性较高。比如，可以只使其中一个旋转件3旋转，且使对应的限位件5进入至任意一个过渡孔25和对应的限位槽101内，从而在一定程度上提高了限位件5对控制棒本体1固定锁紧的效果。

此外，当两个旋转件3均旋转时，也可以是两个旋转件3上的限位件5均进入至对应的过渡孔25和限位槽101内，如此，对控制棒本体1的锁紧固定效果更可靠，锁紧效果更优。

其中，旋转件3比如可以为旋转齿轮。参照图4所示，该反应堆的控制棒组件还包括用于驱动旋转件3进行旋转的动力结构4。动力结构4包括动力输出轴41、第一齿轮42、第二齿轮43以及和动力输出轴41平行设置的传动轴44。其中，第一齿轮42固定在动力输出轴41的外围，第二齿轮43固定在传动轴44的外围。

动力输出轴41的一端比如可以与驱动电机的输出端连接，以使驱动电机带动动力输出轴41连接。此时第一齿轮42与动力输出轴41同步旋转并带动第二齿轮43转动。其中，第二齿轮43与旋转齿轮匹配啮合，从而即可实现对旋转齿轮进行驱动。

其中，动力结构4还包括轴承座45，且动力输出轴41与传动轴44分别通过轴承组固定于轴承座45中。比如，可以使轴承座45为两个，两个轴承座45沿动力输出轴41的轴向间隔设置，且通过垫块49连接，两个轴承座45均套设在动力输出轴41和传动轴44的外围，且第一齿轮42和第二齿轮43位于两个轴承座45之间。

具体地，轴承组为两个，各轴承组分别为两个轴承46，其中一个轴承组对应套设在动力输出轴41的外围，且该轴承组中的两个轴承46分别位于第一齿轮42的两侧。其中另一个轴承组对应套设在传动轴44的外围，且该轴承组中的两个轴承46分别位于第二齿轮43的两侧。

其中，轴承座45上对应轴承46的位置处设置有密封端盖47，以对动力输出轴41以及传动轴44和对应的轴承46之间的接合处进行一定的密封。同时，与动力输出轴41的一端的位置处设置有供动力输出轴41伸出以与驱动电机的输出端连接的避让安装孔。

参照图4所示，位于下方的轴承座45的底部还设置有安装底座48，各轴承座45、安装底座48以及垫块49之间通过第一螺栓连接在一起。同时，安装底座48再通过第二螺栓固定连接相对固定在锁紧套筒2外围的压板13连接，以实现动力结构4和锁紧套筒2之间的固定。

示例性的，第一齿轮42和第二齿轮43比如可以为普通直齿圆柱齿轮。

参照图2以及图3所示，在一些实施例中，相邻的两个旋转件3之间夹设有滚动件9，滚动件9可沿旋转件3的表面滚动。

这样设置能够减小相邻两个旋转件3相对转动时相邻两个旋转件3之间的摩擦力，对旋转件3进行了一定的保护。同时，且两个旋转件3可以分别进行旋转，使得旋转件3旋转时方便。

在一些实施例中，相邻的两个旋转件3之间设置有垫片11，垫片11设置在锁紧套筒2的外围，旋转件3与垫片11之间夹设有滚动件9，至少一个旋转件3上设置有垫片11，滚动件9可沿旋转件3的表面和垫片11的表面滚动。

如此设置，通过垫片11将相邻的两个旋转件3分隔开，以在相邻的两个旋转件3相对转动时，其中一个旋转件3对另一个旋转件3的磨损较小，且能够进一步确保两个旋转件3旋转时的独立性。

具体实施时，参照图2以及图3所示，垫片11的对应滚动件9的部分开设有凹槽，滚动件9的部分位于凹槽内。如此，能够对滚动体进行一定的限位，使得滚动件9滚动时的稳定性较高。

具体地，旋转件3比如可以为上述的旋转齿轮，且旋转齿轮包括轮轴段与轮齿段，轮轴段套设在锁紧套筒2的外围，轮齿段用于与动力结构4中的第一齿轮42或第二齿轮43匹配。其中，可以在旋转件3上开设安装槽(比如可以在旋转齿轮的轮齿段端面上开设安装槽)，安装槽内设置有滚珠套91，滚动件9比如可以为位于滚珠套91内的珠体，且珠体的部分由滚珠套91以及安装槽伸出并在旋转件3旋转时进行滚动。

示例性的，各旋转件3上比如可以设置三个滚动件9，且三个滚动件9沿旋转件3的周向均匀、间隔排布。同时，当旋转件3上开设安装槽时，安装槽也为三个，且与个滚动件9一一对应。

参照图2所示，在一些实施例中，锁紧套筒2包括下筒段21以及设置在下筒段21顶部的上筒段22；旋转件3设置在上筒段22的外周侧。其中，上筒段22上还设置有压紧件6，旋转件3位于压紧件6和下筒段21之间。

这样设置，能够在一定程度上避免旋转件3转动时沿锁紧套筒2的轴向移动，对旋转件3在锁紧套筒2轴向上的位置进行了良好的限位，进而确保了限位件5对控制棒本体1的锁紧效果。

具体实施时，上筒段22的顶部外壁上具有外螺纹，压紧件6比如可以为紧固螺母，且紧固螺母的内螺纹可以与上述外螺纹匹配连接，以通过螺纹配合对旋转件3进行紧固。

当然，压紧件6还可以为设置在上筒段22上的压紧板，且压紧板可以压合在旋转件3的顶端。

参照图2所示，在一些实施例中，锁紧套筒2的朝向所述反应堆的开口处设置有密封件12，密封件12上开设有与锁紧通道24连通的避让口。控制棒本体1可通过避让口穿入至锁紧通道24内，且与避让口之间密封配合。

如此设置，能够在限位件5对控制棒本体1进行锁紧后，对锁紧套筒2的锁紧通道24处进行一定的密封，避免外部物质进入至锁紧套筒2内。

其中，密封件12比如可以为伸入至锁紧套筒2内的环状的密封法兰，且密封法兰比如可以和锁紧套筒2的筒壁通过螺栓连接，密封法兰的环状空间形成为上述的避让口。此外，还可以在密封法兰的外壁开设密封槽，并在密封槽内设置密封圈，且密封圈可与锁紧套筒2的筒壁贴合。

当然，密封件12也可以为环状的密封棉柱。

实施例二

本实施例提供了一种反应堆系统，包括反应堆的控制棒组件。

示例性的，具体实施时，可以将反应堆的控制棒组件设置在反应堆的上方，以在反应堆事故状态下，便于使由反应堆的堆芯冲出的控制棒本体1能够冲入至锁紧通道24中，且通过限位件5固定在锁紧通道24内，以实现对控制棒本体1的锁紧，进而能够在一定程度上避免控制棒本体1继续冲出时发生危险的情况的发生，提高了使用的安全性。

本实施例中的反应堆的控制棒组件的具体结构和实现原理与实施例一提供的反应堆的控制棒组件相同，并能带来相同或者类似的技术效果，具体可参照实施例一的描述。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。