CN114396434A - 一种球床式高温气冷堆控制棒驱动机构电磁联轴器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种球床式高温气冷堆控制棒驱动机构电磁联轴器，包括安装基座、固定卡盘、输出卡盘和活动卡盘，安装基座内嵌有电磁线圈；固定卡盘连接于驱动电机的输出轴；输出卡盘连接于主减速器输入轴，活动卡盘通过限位固定件连接于输出卡盘上端，活动卡盘上端和固定卡盘下端设有相互啮合的齿盘，活动卡盘的材质为铁磁性材料，活动卡盘通过电磁线圈控制升降，当活动卡盘上升至与固定卡盘的齿盘相啮合时，驱动电机的输出轴驱动主减速器输入轴同步转动。本发明可以实现断电落棒时驱动电机与链轮、环链脱开，驱动电机不被拖动发生反转，不为落棒提供额外阻尼，提高了紧急停堆的可靠性和堆芯的安全性；占用空间小，稳定可靠。

Description

一种球床式高温气冷堆控制棒驱动机构电磁联轴器

技术领域

本发明涉及反应堆工程技术领域，尤其涉及一种球床式高温气冷堆控制棒驱动机构电磁联轴器。

背景技术

球床式高温气冷堆是一种固有安全性好，可用于高效发电和高温供热的先进核反应堆，是国际核能领域***核能***中的首选堆型之一。该反应堆的控制棒***的驱动机构采用断电落棒的控制逻辑，可以实现更可靠的停堆。

高温气冷堆控制棒驱动机构采用驱动电机驱动，链轮链条传动的方式实现控制棒的提升、下插、保持和落棒功能。为了实现反应堆的非能动安全性，控制棒***采用了断电落棒的设计，即驱动机构断电时，控制棒依靠自身重力下落***堆芯，使堆芯裂变反应停止，达到安全停堆的作用。在断电落棒时，控制棒棒体与环链、链轮无法脱开，在棒体下落过程中，驱动电机被拖拽变为发电机。控制棒落棒速度过高会造成电机击穿，同时驱动电机会产生较大的阻尼，导致落棒速度减小，增大落棒卡涩概率。

为了优化断电落棒时驱动机构的阻尼，避免驱动电机因急速反转造成高压击穿，最好的方案是在断电落棒时断开驱动电机与棒体的连接，即在正常运行时，驱动电机与链轮、环链连接，实现正常提棒、插棒和棒位保持功能，在断电落棒时，将驱动电机与链轮、环链脱开，实现控制棒断电落入堆芯。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

本发明的目的在于提供一种球床式高温气冷堆控制棒驱动机构电磁联轴器，可以实现断电落棒时驱动电机与链轮、环链脱开，驱动电机不被拖动发生反转，保障高温气冷堆控制棒驱动机构断电落棒的可靠性，降低驱动机构阻尼，提高堆芯安全性。

本申请实施例提出一种球床式高温气冷堆控制棒驱动机构电磁联轴器，包括：安装基座、固定卡盘、输出卡盘和活动卡盘，所述安装基座的上端可拆卸固定连接控制棒驱动机构的驱动电机的机壳，安装基座的下端可拆卸固定连接控制棒驱动机构的主减速器的机壳，安装基座内自上而下依次设有固定卡盘、活动卡盘和输出卡盘，安装基座内嵌有电磁线圈；所述固定卡盘中心处固定连接于驱动电机的输出轴下端；所述输出卡盘中心处固定连接于主减速器输入轴上端，主减速器输入轴与驱动电机的输出轴同轴设置；所述活动卡盘通过限位固定件连接于输出卡盘上端，活动卡盘上端和固定卡盘下端设有相互啮合的齿盘，活动卡盘的材质为铁磁性材料，活动卡盘通过电磁线圈控制升降，当活动卡盘上升至与固定卡盘的齿盘相啮合时，驱动电机的输出轴驱动主减速器输入轴同步转动。

在一些实施例中，所述限位固定件设有若干个，每个限位固定件包括限位螺钉和限位弹簧，活动卡盘上设有上宽下窄的阶梯孔，限位螺钉穿过阶梯孔后固定在输出卡盘上，限位弹簧通过限位螺钉的端头卡设在阶梯孔内，限位弹簧的上端顶住限位螺钉的端头，限位弹簧的下端顶住活动卡盘，活动卡盘沿着限位螺钉升降，限位弹簧随之压缩或复原。

在一些实施例中，所述限位螺钉包括自上而下依次连接的端头、导向部和螺纹部，螺纹部旋入输出卡盘内，限位弹簧套在导向部上，端头的外径大于限位弹簧的外径。

在一些实施例中，所述安装基座包括一体成型的内筒和外筒，固定卡盘设于内筒中，活动卡盘和输出卡盘设于外筒中，电磁线圈设于内筒和外筒之间的环形卡槽内，并通过线圈盖板从环形卡槽的下端可拆卸固定，外筒侧壁开有电磁线圈的过线孔。

在一些实施例中，所述内筒的内表面设有凸台，固定卡盘和凸台之间卡设有第一角接触球轴承，固定卡盘中心处开有用于驱动电机的输出轴***的上插槽，上插槽的内侧壁上开有键槽，固定卡盘和驱动电机的输出轴之间通过键连接。

在一些实施例中，所述输出卡盘的下端中心处开有用于主减速器输入轴***的下插槽，下插槽的内侧壁上开有键槽，输出卡盘和主减速器输入轴之间通过键连接。

在一些实施例中，所述活动卡盘沿着外圆周向下设有若干个导向键，输出卡盘外侧面开设有与导向键尺寸和形状相配合的导向槽。

在一些实施例中，所述安装基座下端可拆卸固定连接轴承套，轴承套的上端托住输出卡盘，轴承套和主减速器输入轴之间卡接有第二角接触球轴承。

在一些实施例中，所述电磁线圈的绝缘层的材质为聚酰亚胺材料。

在一些实施例中，所述限位弹簧的材质为合金钢丝。

本发明的有益效果为：

1、本发明可以实现断电落棒时驱动电机与链轮、环链脱开，驱动电机不被拖动发生反转，不为落棒提供额外阻尼，提高了紧急停堆的可靠性和堆芯的安全性；

2、本发明在固定卡盘和活动卡盘的啮合采用齿盘形式，啮合可靠不易脱落；

3、本发明的电磁线圈耐辐射和耐高温环境，可以在高温气冷堆压力边界内部安装使用；

4、本发明占用空间小，对原***设备改动小，***简单，稳定可靠。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，

其中：

图1为本申请实施例中电磁线圈失电情况下的球床式高温气冷堆控制棒驱动机构电磁联轴器的内部结构示意图；

图2为图1中限位弹簧和限位螺钉的结构示意图；

图3为本申请实施例中电磁线圈通电情况下的球床式高温气冷堆控制棒驱动机构电磁联轴器的内部结构示意图；

图4为本申请实施例的球床式高温气冷堆控制棒驱动机构电磁联轴器的立体结构示意图；

图5为本申请实施例中电磁线圈失电情况下的球床式高温气冷堆控制棒驱动机构电磁联轴器的内部立体结构示意图；

图6为本申请实施例中电磁线圈通电情况下的球床式高温气冷堆控制棒驱动机构电磁联轴器的内部立体结构示意图；

附图标记：

1-过线孔，2-电磁线圈，3-固定卡盘，4-活动卡盘，5-限位弹簧，6-限位螺钉，61-端头，62-导向部，63-螺纹部，7-输出卡盘，8-主减速器输入轴，9-轴承套，10-驱动电机，11-输出轴，12-第一角接触球轴承，13-安装基座，131-凸台，132-内筒，133-外筒，14-线圈盖板，15-上齿盘，16-导向键，17-下齿盘，18-第二角接触球轴承，19-导向槽。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例的球床式高温气冷堆控制棒驱动机构电磁联轴器。

如图1-6所示，本申请实施例提出一种球床式高温气冷堆控制棒驱动机构电磁联轴器，该电磁联轴器安装在控制棒驱动机构的驱动电机10和控制棒驱动机构的主减速器之间。该电磁联轴器具体包括：安装基座13、固定卡盘3、输出卡盘7、活动卡盘4、电磁线圈2、线圈盖板14、限位弹簧5、限位螺钉6和轴承套9。

安装基座13为内外双层圆筒形结构，包括一体成型的内筒132、外筒133、顶部法兰和底部法兰，如图4所示，顶部法兰和底部法兰分别在四角处设有安装孔，顶部法兰通过4个螺栓安装控制棒驱动机构的驱动电机10的机壳，底部法兰通过4个螺栓安装控制棒驱动机构的主减速器的机壳。安装基座13内自上而下依次设有固定卡盘3、活动卡盘4和输出卡盘7。固定卡盘3设于内筒132中，活动卡盘4和输出卡盘7设于外筒133中，电磁线圈2设于内筒132和外筒133之间的环形卡槽内，并通过线圈盖板14从环形卡槽的下端可拆卸固定，将电磁线圈2保护起来。外筒133侧壁(即环形卡槽的外侧壁)开有电磁线圈2的过线孔1，用于电磁线圈2的接线。内筒132的内表面设有凸台131，固定卡盘3和凸台131之间卡设有第一角接触球轴承12。

线圈盖板14为圆盘结构，安装于电磁线圈2底部，起到对电磁线圈2的密封保护的作用。

电磁线圈2使用耐高温耐辐照的聚酰亚胺材料作为绝缘层的电缆绕制成圆环形，并采用真空浸漆技术实现高的绝缘性能。活动卡盘4的材质为铁磁性材料，活动卡盘4设于电磁线圈2下方，活动卡盘4通过电磁线圈2来控制升降。

固定卡盘3安装在安装基座13内的上部，固定卡盘3中心处开有上插槽，驱动电机10的输出轴11***上插槽内，上插槽的内侧壁上开有键槽，固定卡盘3和驱动电机10的输出轴11之间通过键连接。固定卡盘3中心处通过螺钉贯穿上插槽后固定连接于输出轴11下端，防止运行过程中固定卡盘3脱落。固定卡盘3的外表面为阶梯面，用于与内筒132的凸台131配合安装第一角接触球轴承12，第一角接触球轴承12用于驱动电机10的输出轴11在转动过程中的定位。固定卡盘3下端面堆焊耐磨材料，在堆焊层上加工上齿盘15。

活动卡盘4由高强度铁磁性材料加工而成，形状为法兰盘状结构，活动卡盘4上端面堆焊耐磨材料，在堆焊层上加工下齿盘17，在运行过程中，上齿盘15与下齿盘17的啮合齿可相互啮合。活动卡盘4上表面围绕下齿盘周围开设有3个以上阶梯孔，每个阶梯孔内都安装有限位固定件，活动卡盘4通过限位固定件连接于输出卡盘7上端。阶梯孔为上宽下窄的结构。每个限位固定件包括限位螺钉6和限位弹簧5，限位螺钉6穿过阶梯孔后固定在输出卡盘7上。如图2所示，限位螺钉6为三层阶梯状，包括自上而下依次连接的端头61、导向部62和螺纹部63，端头61的直径大于导向部62的直径，导向部62的直径大于螺纹部63的外径。阶梯孔上部直径略大于端头61的直径，阶梯孔下部直径略大于导向部62直径。螺纹部63旋入输出卡盘7内，限位弹簧5套在导向部62上，限位弹簧5通过端头61卡设在阶梯孔内。端头61的直径大于限位弹簧5的外径，可以保证活动卡盘4与固定卡盘3啮合时限位弹簧5处于压缩状态。限位弹簧5的上端顶住限位螺钉6的端头61，限位弹簧5的下端顶住活动卡盘4。限位弹簧5为钢丝弹簧，材料使用耐高温的90合金钢丝制造，耐高温耐辐照，可以在高温环境中保持较好的回弹性能。活动卡盘4沿着限位螺钉6升降，限位弹簧5随之压缩或复原。

当电磁线圈2通电时，如图3、6所示，活动卡盘4上升，限位弹簧5被压缩，活动卡盘4的下齿盘17与固定卡盘3的上齿盘15相啮合，驱动电机10的输出轴11驱动主减速器输入轴8同步转动。当电磁线圈2失电时，如图1、5所示，活动卡盘4可以在限位弹簧5的回弹力和自身重力的作用下恢复原位，使活动卡盘4与固定卡盘3脱离啮合。

活动卡盘4沿着外圆周向下设有3个以上导向键16，与输出卡盘7的导向槽19配合，在活动卡盘4上下移动时起到限位导向的作用。

输出卡盘7安装在安装基座13内的下部，输出卡盘7为法兰盘结构，下端中心处开有下插槽，主减速器输入轴8***下插槽内，下插槽的内侧壁上开有键槽，输出卡盘7和主减速器输入轴8之间通过键连接，将转动传输至主减速器。输出卡盘7中心处通过螺钉固定连接于主减速器输入轴8上端，螺钉从输出卡盘7上端外侧穿过下插槽内，防止运行过程中输出卡盘7与主减速器输入轴8脱开。输出卡盘7上表面开有3个以上螺纹孔，用于限位螺钉6的螺纹部63的旋入固定，使得活动卡盘4固定连接于输出卡盘7。输出卡盘7外侧面开设有与导向键16尺寸和形状相配合的导向槽19，为活动卡盘4的上下移动提供限位导向。

主减速器输入轴8的下端为锥齿轮结构，与控制棒主减速器啮合传动。主减速器输入轴8与驱动电机10的输出轴11同轴设置。主减速器输入轴8的上部轴端开有键槽，通过平键与输出卡盘7连接。

安装基座13下端可拆卸固定连接轴承套9，轴承套9为T型法兰盘结构，轴承套9上部用于安装定位，轴承套9的上端托住输出卡盘7，轴承套9和主减速器输入轴8中部之间卡接有第二角接触球轴承18。轴承套9的中心开孔，用于主减速器输入轴8两端的第二角接触球轴承18的安装定位，为减速器轴提供支撑。

驱动电机10为控制棒驱动机构的驱动电机，为控制棒提升、保持和下插提供动力，驱动电机10通过输出轴11将旋转运动通过主减速器传动至链轮和环链。

在正常运行时，电磁联轴器的电磁线圈2通电产生电磁场，活动卡盘4为铁磁性材料，在电磁线圈2产生的电磁场作用下使得活动卡盘4上升，使活动卡盘4的下齿盘17与固定卡盘3的上齿盘15啮合，将控制棒驱动机构的驱动电机10与主减速器、链轮和环链连接。此时驱动电机10的输出轴11的转动可以实现控制棒的提升、保持或下插。

当发生落棒事故时，电磁联轴器的电磁线圈2失电，活动卡盘4在限位弹簧5的回弹力和自身重力的作用下下降，使活动卡盘4的下齿盘17与固定卡盘3的上齿盘15脱开，将控制棒驱动机构的驱动电机10与主减速器、链轮和环链分离。此时控制棒失去保持力矩，依靠重力下插。由于驱动电机10与主减速器脱开，因此主减速器反转不会带动驱动电机10反转，落棒过程不受驱动电机10阻尼的影响，可以实现较小的阻尼和更高的安全性。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种球床式高温气冷堆控制棒驱动机构电磁联轴器，其特征在于，包括：

安装基座，所述安装基座的上端可拆卸固定连接控制棒驱动机构的驱动电机的机壳，安装基座的下端可拆卸固定连接控制棒驱动机构的主减速器的机壳，安装基座内自上而下依次设有固定卡盘、活动卡盘和输出卡盘，安装基座内嵌有电磁线圈；

固定卡盘，所述固定卡盘中心处固定连接于驱动电机的输出轴下端；

输出卡盘，所述输出卡盘中心处固定连接于主减速器输入轴上端，主减速器输入轴与驱动电机的输出轴同轴设置；

活动卡盘，所述活动卡盘通过限位固定件连接于输出卡盘上端，活动卡盘上端和固定卡盘下端设有相互啮合的齿盘，活动卡盘的材质为铁磁性材料，活动卡盘通过电磁线圈控制升降，当活动卡盘上升至与固定卡盘的齿盘相啮合时，驱动电机的输出轴驱动主减速器输入轴同步转动。

2.根据权利要求1所述的球床式高温气冷堆控制棒驱动机构电磁联轴器，其特征在于，所述限位固定件设有若干个，每个限位固定件包括限位螺钉和限位弹簧，活动卡盘上设有上宽下窄的阶梯孔，限位螺钉穿过阶梯孔后固定在输出卡盘上，限位弹簧通过限位螺钉的端头卡设在阶梯孔内，限位弹簧的上端顶住限位螺钉的端头，限位弹簧的下端顶住活动卡盘，活动卡盘沿着限位螺钉升降，限位弹簧随之压缩或复原。

3.根据权利要求2所述的球床式高温气冷堆控制棒驱动机构电磁联轴器，其特征在于，所述限位螺钉包括自上而下依次连接的端头、导向部和螺纹部，螺纹部旋入输出卡盘内，限位弹簧套在导向部上，端头的外径大于限位弹簧的外径。

4.根据权利要求1所述的球床式高温气冷堆控制棒驱动机构电磁联轴器，其特征在于，所述安装基座包括一体成型的内筒和外筒，固定卡盘设于内筒中，活动卡盘和输出卡盘设于外筒中，电磁线圈设于内筒和外筒之间的环形卡槽内，并通过线圈盖板从环形卡槽的下端可拆卸固定，外筒侧壁开有电磁线圈的过线孔。

5.根据权利要求4所述的球床式高温气冷堆控制棒驱动机构电磁联轴器，其特征在于，所述内筒的内表面设有凸台，固定卡盘和凸台之间卡设有第一角接触球轴承，固定卡盘中心处开有用于驱动电机的输出轴***的上插槽，上插槽的内侧壁上开有键槽，固定卡盘和驱动电机的输出轴之间通过键连接。

6.根据权利要求1所述的球床式高温气冷堆控制棒驱动机构电磁联轴器，其特征在于，所述输出卡盘的下端中心处开有用于主减速器输入轴***的下插槽，下插槽的内侧壁上开有键槽，输出卡盘和主减速器输入轴之间通过键连接。

7.根据权利要求1-6任一项所述的球床式高温气冷堆控制棒驱动机构电磁联轴器，其特征在于，所述活动卡盘沿着外圆周向下设有若干个导向键，输出卡盘外侧面开设有与导向键尺寸和形状相配合的导向槽。

8.根据权利要求1所述的球床式高温气冷堆控制棒驱动机构电磁联轴器，其特征在于，所述安装基座下端可拆卸固定连接轴承套，轴承套的上端托住输出卡盘，轴承套和主减速器输入轴之间卡接有第二角接触球轴承。

9.根据权利要求1所述的球床式高温气冷堆控制棒驱动机构电磁联轴器，其特征在于，所述电磁线圈的绝缘层的材质为聚酰亚胺材料。

10.根据权利要求2所述的球床式高温气冷堆控制棒驱动机构电磁联轴器，其特征在于，所述限位弹簧的材质为合金钢丝。

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