一种微小型反应堆控制鼓驱动机构

技术领域

本发明涉及反应堆工程技术领域，具体涉及一种微小型反应堆控制鼓驱动机构。

背景技术

控制鼓系统目前主要用于空间核反应堆电源、特别是热离子型空间核反应堆电源。控制鼓系统是空间核动力装置上执行功率调节、紧急停堆的核安全设备，其能否正常运行直接关系到核动力装置的安全性。大型空间核动力装置，例如核火箭发动机和核电推进反应堆的控制也常采用控制鼓方案。目前，在SPACE－R、TOPAZ－1、TOPAZ－2等空间核反应堆电源上均采用控制鼓系统进行反应堆功率调控。

液态金属(钠/铅/铅铋共晶合金等)具有熔点低、沸点高、载热效率高、中子慢化作用弱等突出优点，被选作快中子反应堆的主要冷却剂。目前在一些小型化特种动力反应堆的设计趋势中，采用的是以控制转鼓代替传统的控制棒的方案，对于反应性调节、补偿以及停堆功能的控制鼓均匀地布置在堆芯周围，随着控制鼓不同的旋转角度和速度向堆芯引入不同的反应性，以代替传统方案中插入堆芯的控制棒组件。

反应性控制驱动机构对于反应堆能否按要求进行正常停闭及功率调节起着至关重要的作用。转动控制鼓是利用控制鼓内中子吸收材料的位置变化来调节反应堆的反应性。为了保证反应堆的安全运行，反应堆设置有不同原理的独立的反应性控制系统。控制鼓系统成为液态金属冷却反应堆的选择之一。微小型液态金属反应堆由于空间体积、重量限制及高温等要求，需要合适的控制鼓驱动机构来实现反应性控制。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种微小型反应堆控制鼓驱动机构，具有结构紧凑、安全可靠的特点，可适应液态金属冷却剂高温环境，同时较大程度降低顶盖以上高度和重量。

为了达到上述目的，本发明提出以下技术方案：

一种微小型反应堆控制鼓驱动机构，所述驱动机构包括电机驱动传动机构，支撑筒、转筒连杆、角度测量器、电磁离合机构、实心棒、复位弹簧、密封导向管和气体保护系统；

所述电机驱动传动机构包括驱动电机、减速器和齿轮传动箱；所述齿轮传动箱安装在支撑筒顶端；所述减速器和驱动电机依次倒立安装在齿轮传动箱下端，且与支撑筒平行；所述转筒连杆同轴安装于支撑筒内，上端通过连接器安装于齿轮传动箱下端，所述转筒连杆在电机驱动传动机构作用下轴向转动；

所述角度测量器固定安装于支撑筒外壁；

所述电磁离合机构固定安装于支撑筒上；

所述密封导向管同轴设置于支撑筒下方，且所述密封导向管的上端安装有上顶盖板；

所述转筒连杆下端通过法兰与控制鼓固定连接，同轴设置于支撑筒及密封导向管内；

所述复位弹簧同轴设置于转筒连杆内，下端固定，上端与所述实心棒连接；

所述实心棒同轴活动设置于转筒连杆内，上面固定安装滑动销；

所述气体保护系统包括密封隔热层、充气接口、排气接口、密封圈；充气接口、排气接口设置于支撑筒外壁下端。

进一步地，所述电磁离合机构包括外置的电磁铁、内置的弹簧和衔铁；所述电磁铁为环状，安装于支撑筒台阶上；所述弹簧一端沿周向排布固定在转筒连杆内壁，另一端连接衔铁；衔铁上设有凸起。

进一步地，一个所述弹簧与一个所述衔铁形成一个可伸缩模块；所述转筒连杆内表面周向均匀布置2-4～个可伸缩模块。

进一步地，所述转筒连杆两侧开有滑槽,与所述滑动销配合；所述滑动销在滑槽内上下运动，带动实心棒上下运动。

进一步地，所述实心棒下部分外表面周向分布凹槽，与所述衔铁上的凸起配合；所述实心棒下端与复位弹簧连接。

进一步地，所述角度测量器为分体式结构，包括信号电缆、转换器、测量环和磁环；所述磁环固定安装于实心棒上表面，与实心棒一起上下移动和周向转动。

进一步地，所述支撑筒下端通过法兰连接安装于上顶盖板上，所述支撑筒内部设置密封隔热层；所述支撑筒上部开有对称弧形横截面，用于限制所述滑动销运动方向。

进一步地，所述控制鼓为实心圆柱，包含小部分的中子吸收体和大部分中子反射体。

进一步地，所述气体保护系统充入的保护气体为惰性气体，气体为流动状态。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1)本发明采用单个电机驱动控制鼓旋转和弹簧滑动销复位方式，利用直线运动变旋转运动机械结构，实现控制鼓周向角度调节及快速复位功能，结构紧凑，安全可靠，有效降低了顶盖以上高度和重量，更适合微小型反应堆运用；

2)采用分体式磁致伸缩角度测量方案，克服了高温带来的影响，结合电机行程检测，能够真实检测驱动轴的实时角度位置，提高了本发明的运行的准确性；

3)设置了惰性气体保护系统，以防导向管内温度过高造成部件破坏，同时避免金属蒸气逸出至控制鼓驱动机构上部结构，提高了本发明的设备安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为一种微小型反应堆控制鼓驱动机构总体结构示意图；

图2为一种微小型反应堆控制鼓驱动机构复位后总体结构示意图；

图3为一种微小型反应堆控制鼓驱动机构运行复位弹簧储能状态外部结构示意图；

图4为一种微小型反应堆控制鼓驱动机构复位状态外部结构示意图。

图中附图标记含义为：1.驱动电机；2.减速器；3.齿轮传动箱；4.支撑筒；5.连接器；6.转筒连杆；7.角度测量器；8.电磁离合机构；9.实心棒；10.滑动销；11.复位弹簧；12.密封隔热层；13.充气接口；14.排气接口；15.上顶盖板；16.密封圈；17.密封导向管；18.控制鼓；19.中子吸收体；601.滑槽；701.信号电缆；702.转换器；703.测量环；704.磁环；801.电磁铁；802.弹簧；803.衔铁。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员较好的理解本发明，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、完整的描述。显而易见，下面所述的实施例仅是本发明实施例中的一部分，而不是全部。基于发明记载的实施例，本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下得到的其它所有实施例，均在本发明保护的范围内。

实施例1：

如图1～2所示，本发明一种微小型反应堆控制鼓驱动机构由电机驱动传动机构、支撑筒4、转筒连杆6、角度测量器7、电磁离合机构8、实心棒9、复位弹簧11、密封导向管17、气体保护系统组成。

所述电机驱动传动机构包括驱动电机1、减速器2、齿轮传动箱3；所述齿轮传动箱3安装在支撑筒4顶端；所述减速器2和驱动电机1依次倒立安装在齿轮传动箱3下端，与支撑筒4平行；所述转筒连杆6同轴安装于支撑筒4内，上端通过连接器5安装于齿轮传动箱3下端，在电机驱动传动机构作用下轴向转动。

所述角度测量器7固定安装于支撑筒4外壁。

所述电磁离合机构8固定安装于支撑筒4上。

所述密封导向管17同轴设置于支撑筒4下方，且所述密封导向管17的上端安装在上顶盖板15。

所述转筒连杆6下端通过法兰与控制鼓18固定连接，同轴设置于支撑筒4及密封导向管17内；所述控制鼓18为实心圆柱，包含小部分的中子吸收体19和大部分中子反射体。

所述转筒连杆6两侧开有跑道形滑槽601，与所述滑动销10配合；所述滑动销10在滑槽601内上下运动，带动实心棒9上下运动。

所述复位弹簧11同轴设置于转筒连杆6内，下端固定，上端与所述实心棒9连接。

所述实心棒9同轴活动设置于转筒连杆6内，上面固定安装滑动销10；所述实心棒9下端与复位弹簧11连接，下部分外表面周向分布凹槽，与所述衔铁803上的凸起配合。

所述支撑筒4下端通过法兰连接安装于上顶盖板15上，内部设置密封隔热层12；所述支撑筒4上部开有对称弧形横截面，用于限制所述滑动销10运动方向。

本实施例的工作原理如下：

启动步骤：堆芯完成装料后，通过外力操作滑动销10向下运动至最下端位置，电磁离合机构8上电锁紧实心棒9，复位弹簧11被压缩并储能，控制鼓18上的中子吸收体19远离堆芯；

旋转角度调节步骤：复位弹簧11在储能状态，电机驱动传动机构驱动转筒连杆6周向转动，丝转筒连杆6带动控制鼓18周向转动，使控制鼓18停留在预定位置；

快速复位步骤：中子吸收体19远离堆芯位置，电磁离合机构8松开实心棒9，复位弹簧11向上恢复原状，释放预紧力，在弹力作用下，实心棒9带动滑动销10向上快速直线运动，通过滑动销10、转筒连杆6上的滑槽601以及支撑筒4对称弧形横截面配合，实现转筒连杆6快速旋转运动，带动控制鼓18快速旋转复位，中子吸收体19靠近堆芯；

停堆换料步骤：电磁离合机构9松开实心棒9，复位弹簧11处于原始状态，电机驱动传动机构驱动转筒连杆6周向转动，中子吸收体19靠近堆芯。

实施例2：

如图1～2所示，所述电磁离合机构8包括外置的电磁铁801、内置的弹簧802和衔铁803；所述电磁铁801为环状，安装于支撑筒4台阶上；所述弹簧802一端沿周向排布固定在转筒连杆6内壁，另一端连接衔铁803；衔铁803上设有凸起。

所述弹簧802与衔铁803形成一个可伸缩模块；所述转筒连杆6内表面周向均匀布置2～4个可伸缩模块。

外置的电磁铁801为永磁体与电磁铁组合形式，在通电情况下，电磁铁801抵消内部永磁铁磁力，对衔铁803没有吸引作用，衔铁803在弹簧802的作用下收紧，上面凸起与实心棒9上的凹槽配合卡紧，将实心棒9锁紧，此时复位弹簧被压缩储能。在失电情况下，电磁铁801内永磁体吸引衔铁803，克服弹簧弹力，衔铁803张开，释放实心棒9向上直线运动。

实施例3：

如图1～2所示，所述角度测量器7为分体式结构，包括信号电缆701、转换器702、测量环703、磁环704；所述磁环704固定安装于实心棒9上表面，与实心棒9一起上下移动和周向转动。转换器702将测量环703探测获得的磁环704位置信息进行电信号转换后，通过信号电缆701传输至可接收设备上。

实施例4：

如图1～4所示，所述气体保护系统包括密封隔热层12、充气接口13、排气接口14、密封圈16；充气接口13、排气接口14设置于支撑筒4外壁下端。通过上述部件设置，控制鼓驱动机构导向管内部形成密封腔体，腔体内充入的保护气体为惰性气体，如氩气，气体为流动状态，流动的气体不断带走密封导向管内积蓄的热量，保护控制鼓组件，同时避免高温向上传递，影响上部器件性能。密封导管内气体压力高于反应堆内金属蒸气压力，防止金属蒸气逸出至上部腔体内，保护腔体内部件安全。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。