控制棒驱动机构及其与控制棒的连接方式

摘要

本发明公开一种控制棒驱动机构，包括机座、电机、传动杆、空心轴、顶推杆及至少三个抓手；空心轴与机座固定连接，空心轴的内壁设置有螺纹区，顶推杆的侧壁设有外螺纹，顶推杆容置于空心轴内并与螺纹区螺纹配合，电机固定于机座并驱使传动杆转动，传动杆的下端伸入空心轴内并与顶推杆周向定位地连接，抓手枢接于空心轴的侧壁，且抓手的下端形成向空心轴的中心轴线延伸并倾斜向下的卡勾面，顶推杆向下顶推抓手的上端并驱使至少三个抓手的卡勾面共同夹持控制棒。本控制棒驱动机构与控制棒的装拆便捷，并能有效降低控制棒脱扣的危险性。相应的，本发明提供了一种控制棒驱动机构与控制棒的连接方式。

说明书

技术领域

本发明属于控制棒驱动机构技术领域，尤其涉及一种能够防止意外脱扣的 控制棒驱动机构。

背景技术

核反应堆堆芯的起停及功率控制均是通过控制棒驱动机构带动控制棒上下 运动进出堆芯来实现的，控制棒驱动机构与控制棒之间通过一定结构连接。需 要正常停堆时，控制棒驱动机构将控制棒逐步插入燃料组件而中止链反应；需 要紧急停堆时，控制棒驱动机构与控制棒断开连接，控制棒依靠自身重力快速 插入燃料组件内。

如图1中所示，控制棒1的上端形成有一上抓头11及一下抓头12，而上抓 头11与下抓头12的侧壁均由两段锥面上下连接而成，上段锥面由上而下向外 侧扩张，而下端锥面由上而下向内侧收缩。控制棒1的下端为采用能吸附中子 的材质制成的主体13。

以目前应用最多的压水堆核反应堆控制棒驱动机构与控制棒的连接形式为 例，其采用可拆接头与控制棒上端进行连接，其中可拆接头是一种两瓣的弹性 片，安装在驱动杆组件上，可拆接头的端头结构与控制棒上端的结构形状对应 并与控制棒连接，驱动杆组件中的一个胀头在弹簧力作用下，将可拆接头的两 瓣弹性片胀紧，使其端头与控制棒联扣。当需要拆卸控制棒(即脱扣)时，需 要专有的工具(如申请号为CN201010564489.7，公开日为2012年05月30日的 中国发明专利申请中公开的反应堆控制棒组件的应急脱扣装置)提起驱动杆组 件中的拆卸杆，来带动胀头上提，从而使可拆接头的两瓣弹性片在控制棒的自 重作用下向内收缩，从而使控制棒自动滑落。

对于这种结构的控制棒驱动机构，在正常运行时，胀头在弹簧作用下一直 顶着端头，可以使可拆接头与控制棒紧紧连接。但是当出现意外工况时，比如 有较大的冲击载荷时，控制棒上端会挤压端头向上运动，恶劣情况下可能出现 控制棒与可拆接头端头脱开的情况，导致意外脱扣。

因此，有必要提供一种与控制棒的装拆方便，并能够降低控制棒意外脱扣 风险的控制棒驱动机构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种与控制棒的装拆方便，并能够降低控制棒意外 脱扣风险的控制棒驱动机构。

本发明的另一目的在于提供一种控制棒驱动机构与控制棒的连接方式。

为了实现上述目的，本发明提供了一种控制棒驱动机构，包括机座、电机、 传动杆、空心轴、顶推杆及至少三个抓手；所述空心轴与所述机座固定连接， 所述空心轴的内壁设置有螺纹区，所述顶推杆的侧壁设有外螺纹，所述顶推杆 容置于所述空心轴内并与所述螺纹区螺纹配合，所述电机固定于所述机座并驱 使所述传动杆转动，所述传动杆的下端伸入所述空心轴内并与所述顶推杆周向 定位地连接，所述抓手枢接于所述空心轴的侧壁，且所述抓手的下端形成向所 述空心轴的中心轴线延伸并倾斜向下的卡勾面，所述顶推杆向下顶推所述抓手 的上端并驱使至少三个所述抓手的所述卡勾面共同夹持控制棒。

与现有技术相比，由于本发明中采用在所述抓手上设置所述卡勾面来夹持 所述控制棒，只要所述抓手的上端被向下顶推，至少三个所述抓手的下端相互 靠近，就能共同夹持控制棒，使控制棒与所述控制棒驱动机构连接，而欲将控 制棒拆卸时，只需解除对所述抓手的顶推即可，所述控制棒便能在重力的作用 下向下滑动并推动所述抓手转动而脱离倾斜向下的所述卡勾面。另外，由于顶 推所述抓手的所述顶推杆由所述传动杆驱动转动，而所述传动杆又由所述电机 驱动，当电机断电时，存在自锁而不会发生反转，因此所述传动杆被锁定而不 能转动，即此时所述顶推杆也被锁定而无法产生上下移动，从而能够保持对所 述抓手上端的抵顶，进而保证抓手对控制棒的稳固夹持，降低控制棒从抓手中 意外脱扣的风险。

较佳地，所述传动杆的上端与所述电机传动连接，所述传动杆的下端形成 第一连接部，所述顶推杆的上端形成第二连接部，所述第一连接部与第二连接 部中的一者为横截面呈非圆形的杆体，另一者为横截面呈与所述杆体相应的非 圆形的凹槽。所述第一连接部的横截面与所述第二连接部的横截面的形状为相 应的非圆形，并且其中一者为杆体，另一者为凹槽，因此所述第一连接部与第 二连接部相互套接后，可以实现周向定位而将所述传动杆的转动传递给所述顶 推杆。

具体地，所述第一连接部为横截面呈多边形的杆体，所述第二连接部为横 截面呈多边形的凹槽。

较佳地，所述控制棒驱动机构还包括一螺母，所述螺母形成所述螺纹区， 所述螺母固定于所述空心轴内并位于所述空心轴上端，所述顶推杆上端的侧壁 设置外螺纹并与所述螺母螺纹连接，所述传动杆穿入所述螺母内。在所述空心 轴内固定所述螺母，可以实现所述顶推杆与所述空心轴的螺纹连接，并且不需 要在所述空心轴的内壁加工螺纹，简化了制造工艺。

较佳地，所述顶推杆的下端形成向所述顶推杆的中心轴线延伸并倾斜向下 的锥形面。所述锥形面的存在便于所述顶推杆向下顶推所述抓手。

具体地，所述抓手的上端形成与所述锥形面相抵顶的斜面。所述斜面与所 述锥形面配合，增大所述顶推杆与所述抓手的接触面积，从而使得所述顶推杆 对所述抓手的抵顶更加稳固。

较佳地，至少三个所述抓手沿所述空心轴的周向均匀分布设置。将所述抓 手均匀分布设置，能够对所述控制棒施加平衡的夹持力，避免控制棒被夹持时 产生晃动。

较佳地，所述空心轴的侧壁开设至少两个呈贯穿设置的安装孔，所述抓手 枢接于所述安装孔内。

具体地，所述安装孔的下侧壁远离所述空心轴的中心轴线的一侧凸伸形成 与所述抓手下端的外侧抵顶的限位凸起。所述限位凸起的作用是限制所述抓手 的下端向外摆动的幅度，当所述抓手下端与所述限位凸起抵触后，所述抓手的 下端便不能再继续往外摆动。

具体地，所述控制棒驱动机构还包括套筒，所述套筒套设于所述空心轴外 并遮盖所述安装孔及所述抓手。所述套筒一方面起到遮盖作用，以保护内部的 抓手等部件，另一方面也起到与所述限位凸起类似的限位作用，防止所述抓手 的摆动幅度超出所述安装孔外。

更进一步地，所述空心轴的外壁设置有外螺纹，所述套筒内壁对应设置螺 纹并螺纹连接到所述空心轴上。通过在所述空心轴设置外螺纹，使套筒在空心 轴上的安装和拆卸更加便捷。

较佳地，所述空心轴的下端内壁形成向所述空心轴的中心轴线延伸并倾斜 向上的导向斜面。所述导向斜面在所述控制棒驱动机构欲抓取控制棒时，起到 导向作用，其与控制棒下抓头的斜面相互配合，而将控制棒的上抓头顺利导向 进入所述空心轴内。

较佳地，所述控制棒驱动机构还包括减速机构，所述减速机构传动地连接 与所述电机与所述传动杆之间。所述减速机构的作用是将电机的转速改变到实 际所需要的转速，并且所述减速机构可以是蜗轮蜗杆式的减速机构，这样的减 速机构具有自锁作用，从而能够结合电机的自锁，形成双重自锁，确保在断电 工况下，控制棒难以从抓手中脱扣。

相应地，为实现另一目的，本发明还提供了一种所述控制棒驱动机构与控 制棒的连接方式，所述控制棒上端形成有上抓头，所述连接方式具体为：所述 电机驱动所述传动杆正转时，所述传动杆带动所述顶推杆正转，所述顶推杆转 动的同时藉由与所述螺纹区的螺纹配合在所述空心轴内向下移动并向下顶推所 述抓手的上端，使所述抓手的下端相互靠拢，所述卡勾面夹持所述上抓头；所 述电机驱动所述传动杆反转时，所述传动杆带动所述顶推杆反转，所述顶推杆 转动的同时藉由与所述螺纹区的螺纹配合在所述空心轴内向上移动并脱离所述 抓手的上端，所述控制棒在自身重力作用下挤开所述卡勾面而与所述抓手分离。 本连接方式中抓头与控制棒的装拆更加便捷，且通过电机的自锁作用，能够降 低控制棒从抓手中脱扣的风险。

附图说明

图1是控制棒的结构示意图。

图2是本发明控制棒驱动机构中抓手夹持控制棒时的示意图。

图3是本发明控制棒驱动机构中抓手与控制棒分离后的示意图。

图4是本发明控制棒驱动机构中传动杆的结构示意图。

图5是本发明控制棒驱动机构中顶推杆的立体剖视图。

图6是本发明控制棒驱动机构中空心轴下轴的结构示意图。

图7是空心轴下轴的剖视图。

具体实施方式

下面结合给出的说明书附图对本发明的较佳实施例作出描述。

如图2所示，本发明提供了一种控制棒驱动机构，包括机座20、电机21、 传动杆22、空心轴23、顶推杆24及至少三个抓手25；所述空心轴23与所述机 座20固定连接，所述空心轴23的内壁设置有螺纹区，所述顶推杆24的侧壁设 有外螺纹，所述顶推杆24容置于所述空心轴23内并与所述螺纹区螺纹配合， 所述电机21固定于所述机座20并驱使所述传动杆22转动，所述传动杆22的 下端伸入所述空心轴23内并与所述顶推杆24周向定位地连接，所述抓手25枢 接于所述空心轴23的侧壁，且所述抓手25的下端形成向所述空心轴23的中心 轴线延伸并倾斜向下的卡勾面250，所述顶推杆24向下顶推所述抓手25的上端 并驱使至少三个所述抓手25的所述卡勾面250共同夹持控制棒1。所述控制棒 驱动机构凭借所述抓手25对所述控制棒1进行夹持以与所述控制棒1形成连接， 并且所述电机21采用具有自锁结构的电机21，使其不会在外力作用下被迫转动， 因此所述顶推杆24向下抵顶于所述抓手25的趋势能够被稳定维持从而降低所 述控制棒1从所述抓手25件脱扣的危险。

具体地，所述控制棒驱动机构还包括减速机构26、螺母27及套筒28，所 述空心轴23包括空心的上轴231与下轴232，所述抓手25的数量为三个。

所述减速机构26设置于所述机座20上并且所述减速机构26的输入端与所 述电机21的输出轴传动连接，所述减速机构26的输出端与所述传动杆22的传 动连接。所述减速机构26的作用是将所述电机21的转速转换到实际所需要的 转速，当所述减速机构26是采用蜗轮蜗杆等具有自锁功能的结构的减速机构时， 所述减速机构26也能对所述传动杆22及顶推杆24起到锁定作用而保证所述抓 手25对所述控制棒1的夹持，此时所述电机21则可以为不具备自锁功能的电 机。而通过将所述电机21及减速机构26均设置为具有自锁功能，则在双重锁 定的保护下，其作用将更加明显，即使在意外工况出现时，所述控制棒1也不 易从所述抓手25中脱扣。

所述上轴231的下端与所述下轴232的上端固定，所述下轴232的下端的 外径缩小，并且所述下轴232的外径大小过渡处的外壁设置有螺纹段232a。

在图2的基础上参照图5，所述螺母27固定于所述上轴231内并位于所述 上轴231的上端位置，所述螺母27内孔的螺纹即形成所述螺纹区。所述顶推杆 24上端的侧壁设置外螺纹区241并与所述螺母27螺纹连接。在所述上轴231内 固定所述螺母27，可以实现所述顶推杆24与所述空心轴23的螺纹连接，并且 不需要在所述上轴231的内壁加工螺纹，简化了制造工艺。凭借此螺纹配合， 所述顶推杆24在所述空心轴23内转动的同时，还会沿所述空心轴23的轴向向 上或向下移动。

结合图4及图5，所述传动杆22的上端与所述减速机构26连接，所述传动 杆22的下端形成第一连接部221，所述顶推杆24的上端形成第二连接部242， 所述第一连接部221与第二连接部242中的一者为横截面呈非圆形的杆体，另 一者为横截面呈与所述杆体相应的非圆形的凹槽。所述第一连接部221的横截 面与所述第二连接部242的横截面的形状为相应的非圆形，并且其中一者为杆 体，另一者为凹槽，因此所述第一连接部221与第二连接部242相互套接后， 可以实现周向定位而将所述传动杆22的转动传递给所述顶推杆24。具体地，所 述第一连接部221为横截面呈四边形的杆体，所述第二连接部242为横截面呈 四边形的凹槽，所述第一连接部221插入所述第二连接部242(即所述传动杆 22的部分伸入所述顶推杆24内)后，可以将所述传动杆22的转动传递给所述 顶推杆24，并且所述传动杆22还可以沿轴向在所述顶推杆24的第二连接部242 内进出，因此所述传动杆22不会对所述顶推杆24在所述空心轴23内的上下移 动产生影响。所述第一连接部221与第二连接部242可以对换设置，即第一连 接部221为凹槽，而第二连接部242为杆体，并且所述第一连接部221与第二 连接部242的横截面不仅仅限制于四边形，还可以是三角形等其他多边形或花 键形及其他不规则形状，只要能够实现周向定位并传递转动即可。

继续参阅图5，所述顶推杆24的下端形成向所述顶推杆24的中心轴线延伸 并倾斜向下的锥形面243。所述锥形面243的存在便于所述顶推杆24向下顶推 所述抓手25。

如图6及图7所示，所述下轴232外径较小的下端的侧壁均匀开设三个呈 贯穿设置的安装孔232b，三个所述抓手25分别枢接于三个所述安装孔232b内 且三个所述抓手25沿所述下轴232的周向均匀分布设置以对所述控制棒1施加 平衡的夹持力，避免控制棒1被夹持时产生晃动。所述抓手25的具体枢接方式 是在每个所述安装孔232b的侧壁开设枢接孔232c，所述抓手25通过销钉枢接 于所述枢接孔232c中从而能够在所述安装孔232b内摆动。

为了限制所述抓手25的下端向外摆动的幅度，所述安装孔232b的下侧壁 远离所述下轴232的中心轴线的一侧凸伸形成与所述抓手25下端的外侧抵顶的 限位凸起232d。当所述抓手25下端与所述限位凸起232d抵触后，所述抓手25 的下端便不能再继续往外摆动。

所述下轴232的下端内壁形成向所述下轴232的中心轴线延伸并倾斜向上 的导向斜面232e。所述导向斜面232e在所述控制棒驱动机构欲抓取控制棒1时， 一方面起到导向作用而将所述上抓头11顺利导入所述空心轴23内，另一方面 还可以起到定位作用，当所述导向斜面232e与所述下抓头12的上端斜面121 顶死时，驱使所述空心轴23运动的装置的转矩会突然增大，此时可以给信号所 述电机21使其动作。

回看图2，所述抓手25的上端形成与所述锥形面243相抵顶的斜面251。 所述斜面251与所述锥形面243配合，增大所述顶推杆24与所述抓手25的接 触面积，从而使得所述顶推杆24对所述抓手25的抵顶更加稳固。

所述套筒28套设于所述下轴232外并遮盖所述安装孔232b及所述抓手25。 所述套筒28一方面起到遮盖作用，以保护内部的抓手25等部件，另一方面也 起到与所述限位凸起232d类似的限位作用，防止所述抓手25的摆动幅度超出 所述安装孔232b外。所述套筒28在所述下轴232上的具体安装方式是在所述 套筒28内壁设置螺纹，并将其螺纹连接到所述下轴232外壁设置的螺纹端232a 上，这种螺纹连接的方式使得所述套筒28在空心轴23上的安装和拆卸更加便 捷。

需要说明的是，本实施例中仅具体说明了对与控制棒1连接起到关键作用 的部分部件，而并未完全列举出所述控制棒驱动机构中的所有部件，其他部件 如驱动所述机座20及空心轴23升降的装置等，是本领域技术人员公知的技术 内容，也并非本申请所要求保护的重点，因此不做详细介绍。另外，附图中所 显示的机座20仅作示意说明，而并非是实际中的形状及结构，其具体形状及结 构根据实际生产而定。

以下结合图2及图3对本控制棒驱动机构与控制棒1的具体连接方式做详 细介绍：需将所述控制棒1装入所述控制棒驱动机构时，将所述控制棒驱动机 构吊装到所述控制棒1上端并逐渐向下靠近所述控制棒1，使所述控制棒1的上 抓头11在所述导向斜面232e的导向下进入所述下轴232内，并使所述导向斜面 232e与所述控制棒1下抓头12的上端斜面121顶死，此时三个所述抓手25的 下端围绕所述上抓头11。然后启动所述电机21，使所述电机21驱动所述传动 杆22正转时，所述传动杆22带动所述顶推杆24正转，所述顶推杆24转动的 同时藉由与所述螺母27的螺纹配合在所述空心轴23内向下移动并同时向下顶 推三个所述抓手25的上端，使三个所述抓手25的下端相互靠拢，所述卡勾面 250夹持所述上抓头11。当需要拆卸所述控制棒1时，反向启动所述电机21， 所述电机21驱动所述传动杆22反转时，所述传动杆22带动所述顶推杆24反 转，所述顶推杆24转动的同时藉由与所述螺母27的螺纹配合在所述空心轴23 内向上移动并脱离所述抓手25的上端，所述控制棒1在自身重力作用下挤开所 述卡勾面250而与所述抓手25分离。

本发明与现有技术相比，由于本发明中采用在所述抓手25上设置所述卡勾 面250来夹持所述控制棒1，只要所述抓手25的上端被向下顶推，三个所述抓 手25的下端相互靠近，就能共同夹持控制棒1，使控制棒1与所述控制棒驱动 机构连接，而欲将控制棒1拆卸时，只需解除对所述抓手25的顶推即可，所述 控制棒1便能在重力的作用下向下滑动并推动所述抓手25转动而脱离倾斜向下 的所述卡勾面250。另外，由于顶推所述抓手25的所述顶推杆24由所述传动杆 22驱动转动，而所述传动杆22又由所述电机21通过减速机构26驱动，所述电 机21和/或所述减速机构26具备自锁功能而不会在外力作用下转动，因此所述 传动杆22被锁定而不能转动，即此时所述顶推杆24也被锁定而无法产生上下 移动，从而能够保持对所述抓手25上端的抵顶，进而保证抓手25对控制棒1 的稳固夹持，降低控制棒1从抓手25中意外脱扣的风险。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实例而已，其作用是方便本领域的技术人 员理解并据以实施，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，仍属于本发明所涵盖的范围。