用于高温气冷堆控制棒驱动机构的限位装置及驱动机构

摘要

本发明提供一种用于高温气冷堆控制棒驱动机构的限位装置及驱动机构，包括主体、传动齿轮、丝杠、第一电极、第二电极和第三电极；所述传动齿轮设置于所述主体的内部，所述丝杠设置于所述传动齿轮的输出端，所述传动齿轮被配置为在驱动组件的驱动下旋转并带动所述丝杠旋转；所述第一电极设置于所述丝杠的预设位置；所述第二电极设置于所述丝杠，并在所述丝杠的旋转驱动下朝所述预设位置移动；所述第三电极可拆卸地设置于所述主体的内部并靠近所述预设位置。本发明的一个技术效果在于，结构设计合理，能够对控制棒的移动进行准确的限位，保障了驱动机构的可靠稳定运行。

说明书

技术领域

本发明属于高温气冷堆技术领域，具体涉及一种用于高温气冷堆控制棒驱动机构的限位装置及驱动机构。

背景技术

高温气冷堆控制棒驱动机构是针对高温气冷堆的技术特点而设计的反应堆控制执行机构。其功能是准确地执行反应堆控制系统的命令，以精确地提升、下插控制棒。限位装置的作用是反映控制棒提升的上限位以及下插的下限位。

例如，当控制棒提升至上限位时，限位装置向控制系统提供上限位信号，从而闭锁DCS(Distributed Control System，集散控制系统)的控制棒提棒功能，同时模拟盘上限位指示灯亮起，防止控制棒提升时超出其行程范围对控制棒系统机械结构造成损伤。相同原理，当控制棒下插至下限位时，提供下限位信号，从而闭锁DCS的控制棒下插功能，防止控制棒下插时超出其行程范围对控制棒系统机械结构造成损伤。

但是，目前的限位装置结构设计不合理，其在高温高压以及长期压紧状态下，会出现机械结构损坏、节点粘连故障，导致DCS不能正常提升控制棒、下插控制棒，从而提高了驱动机构的维修工作难度。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种用于高温气冷堆控制棒驱动机构的限位装置及驱动机构的新技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于高温气冷堆控制棒驱动机构的限位装置，包括：

主体；

传动齿轮和丝杠，所述传动齿轮设置于所述主体的内部，所述丝杠设置于所述传动齿轮的输出端，所述传动齿轮被配置为在驱动组件的驱动下旋转并带动所述丝杠旋转；

第一电极、第二电极和第三电极，所述第一电极设置于所述丝杠的预设位置；所述第二电极设置于所述丝杠，并在所述丝杠的旋转驱动下朝所述预设位置移动；所述第三电极可拆卸地设置于所述主体的内部并靠近所述预设位置；

第二电极朝所述预设位置移动时，所述第二电极与所述第三电极接触并挤压所述第三电极，继而所述第二电极与所述第一电极接触，所述第一电极通过所述第二电极与所述第三电极导通，以向驱动机构提供限位信号。

可选地，所述预设位置包括第一预设位置和第二预设位置，第一预设位置和第二预设位置分别位于所述丝杠的相对两端；

两个所述第一电极分别位于所述第一预设位置和所述第二预设位置，两个所述第二电极均设置于所述丝杠的中部并与两个所述第一电极一一对应，两个所述第三电极分别靠近所述第一预设位置和所述第二预设位置；

所述丝杠沿第一方向旋转时，其中一个所述第二电极向所述第一预设位置移动，位于第一预设位置的第一电极通过所述第二电极与靠近所述第一预设位置的第三电极导通，以向驱动机构提供第一限位信号；

所述丝杠沿第二方向旋转时，另一个所述第二电极向所述第二预设位置移动，位于第二预设位置的第一电极通过所述第二电极与靠近所述第二预设位置的第三电极导通，以向驱动机构提供第二限位信号。

可选地，位于所述第一预设位置的第一电极为上限位电极，且所述第一限位信号为上限位信号；位于所述第二预设位置的第一电极为下限位电极，所述第二限位信号为下限位信号；

在上限位电极与第三电极导通时，向驱动机构提供上限位信号；

在下限位电极与第三电极导通时，向驱动机构提供下限位信号。

可选地，该用于高温气冷堆控制棒驱动机构的限位装置还包括：

导杆，所述导杆设置于所述主体的内部，且所述导杆与所述丝杠平行设置；所述第三电极可拆卸地设置于所述导杆。

可选地，所述第三电极包括绝缘壳体、弹簧、导电杆和导电键；

所述绝缘壳体固定于所述导电杆，所述弹簧设置于所述绝缘壳体内，且所述弹簧的一端与导电杆连接，另一端与所述绝缘壳体连接；所述导电杆的远离所述弹簧的一端延伸至所述绝缘壳体的外部，并与所述导电键固定连接，且所述导电杆与导线连接；

在第二电极朝所述预设位置移动时，所述第二电极与所述导电键接触并挤压所述弹簧。

可选地，所述第三电极还包括压线螺栓、第一固定螺栓、夹紧件、夹紧螺栓和第二固定螺栓；

所述压线螺栓固定于所述导电杆靠近所述弹簧的一端，所述导线与所述压线螺栓电连接；且所述弹簧通过所述压线螺栓固定于所述导电杆，所述第一固定螺栓将所述弹簧固定于所述绝缘壳体；所述夹紧件与所述绝缘壳体配合形成安装孔，所述导杆穿设于所述安装孔内，所述夹紧螺栓将所述夹紧件固定于所述绝缘壳体；所述第二固定螺栓将导电键固定于所述导电杆。

可选地，所述导电键的靠近所述第二电极的表面凸出于所述第一电极的靠近所述第二电极的表面。

可选地，所述导电杆的外表面上设置有沿所述导电杆的长度方向延伸的导向键；所述绝缘壳体的内表面设置有与所述导向键配合的导向槽，所述导向键嵌设于所述导向槽中。

根据本发明的第二方面，提供了一种驱动机构，包括：

上述的限位装置；

驱动组件，所述驱动组件包括步进电机和联轴器，所述传动齿轮通过所述联轴器安装于所述步进电机的第一输出端；

减速组件，所述减速组件安装于所述步进电机的第二输出端；

环链单元，所述环链单元的一端固定于所述减速组件的输出端，另一端固定于控制棒；

所述步进电机旋转以带动所述环链单元卷绕或解绕于所述减速组件的输出端，以提升或下插所述控制棒。

可选地，驱动机构还包括：

涡流限速器，所述涡流限速器设置于所述减速组件；

在所述步进电机失电的情况下，所述涡流限速器用以减小控制棒的下降速度。

本发明的一个技术效果在于：

在本申请实施例中，传动齿轮设置于主体的内部，丝杠设置于传动齿轮的输出端，第一电极设置于丝杠的预设位置；第二电极设置于丝杠，并在丝杠的旋转驱动下朝预设位置移动；第三电极可拆卸地设置于主体的内部并靠近预设位置。传动齿轮在驱动组件的驱动下旋转并带动丝杠旋转，进而带动第二电极朝预设位置移动，从而使得第二电极与第三电极接触并挤压第三电极，继而第二电极与第一电极接触。因此，第一电极通过第二电极与第三电极导通以形成闭合节点，以向控制系统提供限位信号，闭锁DCS的控制棒提棒功能或控制棒下插功能，同时模拟盘的指示灯亮起，防止控制棒超出其行程范围对控制棒系统机械结构造成损伤。

因此，该限位装置不仅能够对控制棒的移动进行准确的限位，安全性较高，而且有效地防止限位装置出现机械结构损坏、节点粘连故障的情况，保证了驱动机构安全稳定的运行。

附图说明

图1为本发明一实施例的一种驱动机构的结构示意图；

图2为本发明一实施例的一种用于高温气冷堆控制棒驱动机构的限位装置的结构示意图；

图3为本发明一实施例的一种用于高温气冷堆控制棒驱动机构的限位装置的第三电极的结构示意图。

图中：

100、限位装置；200、驱动组件；201、步进电机；202、联轴器；300、减速组件；400、旋转变压器；500、环链单元；600、贮链盒；700、涡流限速器；

1、主体；2、传动齿轮；3、丝杠；31、第一预设位置；32、第二预设位置；4、第一电极；5、第二电极；6、第三电极；61、绝缘壳体；62、弹簧；63、导电杆；64、导电键；65、压线螺栓；66、第一固定螺栓；67、夹紧件；68、夹紧螺栓；69、第二固定螺栓；7、导杆。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。

下面将详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请的描述中，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申请和简化描述，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申请的限制。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如图2和图3所示，根据本发明的第一方面，提供了一种用于高温气冷堆控制棒驱动机构的限位装置100，其能够对高温气冷堆控制棒驱动机构进行准确的限位。

具体地，该用于高温气冷堆控制棒驱动机构的限位装置100包括主体1、传动齿轮2、丝杠3、第一电极4、第二电极5和第三电极6。其中，主体1用于承载传动齿轮2、丝杠3、第一电极4、第二电极5等结构，同时又能较好地保护传动齿轮2、丝杠3、第一电极4、第二电极5等。

进一步具体地，所述传动齿轮2设置于所述主体1的内部，所述丝杠3设置于所述传动齿轮2的输出端，所述传动齿轮2被配置为在驱动组件200的驱动下旋转并带动所述丝杠3旋转。同时，丝杠3也能间接反应驱动组件200驱动控制棒移动的情况。

参见图1，所述第一电极4设置于所述丝杠3的预设位置；所述第二电极5设置于所述丝杠3，并在所述丝杠3的旋转驱动下朝所述预设位置移动；所述第三电极6可拆卸地设置于所述主体

1的内部并靠近所述预设位置。

需要说明的是，预设位置可以与控制棒提升的上限位相对应。也即，当通过驱动组件200将控制棒提升至上限位的过程中，通过驱动组件200带动丝杠3旋转，进而带动第二电极5向预设位置移动，直至对第一电极4形成抵压，从而实现第一电极4、第二电极5、第三电极6导通，以向驱动机构提供限位信号，则驱动组件200停止提升控制棒。此时，控制棒所在的位置为控制棒上限位，而第二电极5所在的位置为限位装置100上限位。

同理，预设位置可以与控制棒下插的下限位对应。也即，当通过驱动组件200将控制棒下插至下限位的过程中，通过驱动组件200带动丝杠3旋转，进而带动第二电极5向预设位置移动，直至对第一电极4形成抵压，从而实现第一电极4、第二电极5、第三电极6导通，以向驱动机构提供限位信号，则驱动组件200停止下插控制棒。此时，控制棒所在的位置为控制棒下限位，而第二电极5所在的位置为限位装置100下限位。

当然，也可以分别设置两个不同的预设位置，分别与控制棒的上限位以及控制棒的下限位相对应，从而使得该限位装置100不仅能对控制棒的上限位进行限制，也能够对控制棒的下限位进行限制。

第二电极5朝所述预设位置移动时，所述第二电极5与所述第三电极6接触并挤压所述第三电极6，继而所述第二电极5与所述第一电极4接触，所述第一电极4通过所述第二电极5与所述第三电极6导通，以向驱动机构提供限位信号。

在本申请实施例中，传动齿轮2设置于主体1的内部，丝杠3设置于传动齿轮2的输出端，第一电极4设置于丝杠3的预设位置；第二电极5设置于丝杠3，并在丝杠3的旋转驱动下朝预设位置移动；第三电极6可拆卸地设置于主体1的内部并靠近预设位置。传动齿轮2在驱动组件200的驱动下旋转并带动丝杠3旋转，进而带动第二电极5朝预设位置移动，从而使得第二电极5与第三电极6接触并挤压第三电极6，继而第二电极5与第一电极4接触。因此，第一电极4通过第二电极5与第三电极6导通以形成闭合节点，以向控制系统提供限位信号，闭锁DCS的控制棒提棒功能或控制棒下插功能，同时模拟盘的指示灯亮起，防止控制棒超出其行程范围对控制棒系统机械结构造成损伤。

因此，该限位装置100不仅能够对控制棒的移动进行准确的限位，安全性较高，而且有效地防止限位装置100出现机械结构损坏、节点粘连故障的情况，保证了驱动机构安全稳定的运行。

可选地，所述预设位置包括第一预设位置31和第二预设位置32，第一预设位置31和第二预设位置32分别位于所述丝杠3的相对两端。

两个所述第一电极4分别位于所述第一预设位置31和所述第二预设位置32，两个所述第二电极5均设置于所述丝杠3的中部并与两个所述第一电极4一一对应，两个所述第三电极6分别靠近所述第一预设位置31和所述第二预设位置32。并在两个第二电极5之间设置绝缘隔板，以更好地保护第二电极5，有效防止两个第二电极5之间的电连接。

所述丝杠3沿第一方向旋转时，其中一个所述第二电极5向所述第一预设位置31移动，位于第一预设位置31的第一电极4通过所述第二电极5与靠近所述第一预设位置31的第三电极6导通，以向驱动机构提供第一限位信号。

所述丝杠3沿第二方向旋转时，另一个所述第二电极5向所述第二预设位置32移动，位于第二预设位置32的第一电极4通过所述第二电极5与靠近所述第二预设位置32的第三电极6导通，以向驱动机构提供第二限位信号。

在上述实施方式中，通过控制丝杠3的旋转方向，能够控制第二电极5向相应的第一电极4移动以实现第一电机、第二电极5和第三电极6的导通，即可实现向驱动机构提供不同的限位信号，从而实现停止提升控制棒或者停止下插控制棒，这使得该限位装置100能够对控制棒的移动进行准确的限位，保障了驱动机构可靠稳定的运行。

可选地，位于所述第一预设位置31的第一电极4为上限位电极，且所述第一限位信号为上限位信号；位于所述第二预设位置32的第一电极4为下限位电极，所述第二限位信号为下限位信号；

在上限位电极与第三电极6导通时，向驱动机构提供上限位信号；

在下限位电极与第三电极6导通时，向驱动机构提供下限位信号。

在上述实施方式中，上限位电极与第三电极6导通，以向驱动机构提供上限位信号；下限位电极与第三电极6导通，以向驱动机构提供下限位信号。通过丝杠3旋转方向不同，以带动不同的第二电极5移动，以使得上限位电极与相应的第一电极4导通，或是，使得下限位电极与相应的第一电极4导通，不仅结构简单，易于操作，而且能够稳定地向驱动机构提供限位信号，从而实现对控制棒的移动进行准确的限位，有利于更好地保护驱动机构。

可选地，该用于高温气冷堆控制棒驱动机构的限位装置100还包括：

导杆7，所述导杆7设置于所述主体1的内部，且所述导杆7与所述丝杠3平行设置；所述第三电极6可拆卸地设置于所述导杆7。

在上述实施方式中，导杆7设置于主体1的内部，有利于将第三电极6快速且稳定地固定在导杆7上，组装方便，而且也便于保证第一电极4、第二电极5、第三电极6之间连接的稳定性。

可选地，所述第三电极6包括绝缘壳体61、弹簧62、导电杆63和导电键64；

所述绝缘壳体61固定于所述导电杆63，所述弹簧62设置于所述绝缘壳体61内，且所述弹簧62的一端与导电杆63连接，另一端与所述绝缘壳体61连接；所述导电杆63的远离所述弹簧62的一端延伸至所述绝缘壳体61的外部，并与所述导电键64固定连接，且所述导电杆63与导线连接；

在第二电极5朝所述预设位置移动时，所述第二电极5与所述导电键64接触并挤压所述弹簧62。

在上述实施方式中，第三电极6的结构设计合理，有利于实现第二电极5移动时通过导电键64与第三电极6稳定连接，进而实现第一电极4、第二电极5、第三电极6导通。

例如，导电键64、导电杆63和压线螺栓65均采用导电良好的纯铜(T1)制造；绝缘壳体61和夹紧件67均采用耐高温、绝缘性能良好的工程塑料(PEEK-GF30)。第一固定螺栓66、第二固定螺栓69均采用低碳金钢。这使得第三电极6的结构更加稳定，有助于实现第三电极6、第二电极5、第一电极4之间的稳定连接。

可选地，参见图3，所述第三电极6还包括压线螺栓65、第一固定螺栓66、夹紧件67、夹紧螺栓68和第二固定螺栓69；

所述压线螺栓65固定于所述导电杆63靠近所述弹簧62的一端，所述导线与所述压线螺栓65电连接；且所述弹簧62通过所述压线螺栓65固定于所述导电杆63，所述第一固定螺栓66将所述弹簧62固定于所述绝缘壳体61；所述夹紧件67与所述绝缘壳体61配合形成安装孔，所述导杆7穿设于所述安装孔内，所述夹紧螺栓68将所述夹紧件67固定于所述绝缘壳体61；所述第二固定螺栓69将导电键64固定于所述导电杆63。

在上述实施方式中，通过第一固定螺栓66能够将弹簧62的一端牢固地固定于绝缘壳体61，从而使得弹簧62对导电杆63的移动进行较好地缓冲，能够更好地保护第三电极6。夹紧螺栓68将夹紧件67固定于绝缘壳体61，能够实现第三电极6对导杆7之间的快速安装和拆卸，操作非常方便，也易于将第三电极6稳定地固定在导杆7上。第二固定螺栓69将导电键64固定于导电杆63，使得第二电极5在挤压第三电极6时，能够与第三电极6保持较好地连接，有助于实现第一电极4通过第二电极5与第三电极6稳定的导通，以向驱动机构提供准确的限位信号。

需要说明的是，在对第三电极6进行安装时，只有在确定第二电极5、第一电极4和第二电极5能可靠连接后，再将夹紧螺栓68压紧，以将第三电极6牢固地固定在导杆7上。

可选地，所述导电键64的靠近所述第二电极5的表面凸出于所述第一电极4的靠近所述第二电极5的表面。这有利于第二电极5在移动时先与第三电极6接触，而第二电极5继续移动时，将挤压第三电极6直至与第一电极4接触，能够较好地实现第一电极4、第二电极5、第三电极6之间的导通，从而便于向驱动机构提供精确的限位信号。

可选地，所述导电杆63的外表面上设置有沿所述导电杆63的长度方向延伸的导向键；所述绝缘壳体61的内表面设置有与所述导向键配合的导向槽，所述导向键嵌设于所述导向槽中。

在上述实施方式中，导电杆63与绝缘壳体61之间的配合为键配合，有效地防止了导电杆63在移动的过程中相对与绝缘壳体61发生转动，保证在第二电极5移动过程中始终通过导电键64与第三电极6稳定的连接。

根据本发明的第二方面，如图1所示，提供了一种驱动机构，包括：

上述的限位装置100；

驱动组件200，所述驱动组件200包括步进电机201和联轴器202，所述传动齿轮2通过所述联轴器202安装于所述步进电机201的第一输出端。驱动组件200用于驱动控制棒移动，也用于驱动限位装置100中的传动齿轮2旋转，以实现对控制棒的移动进行准确的限位。

减速组件300，所述减速组件300安装于所述步进电机201的第二输出端，减速组件300用于对步进电机201进行减速，以保证控制棒安全、稳定、均匀的移动。

环链单元500，所述环链单元500的一端固定于所述减速组件300的输出端，另一端固定于控制棒。环链单元500用于固定控制棒，驱动组件200带动环链单元500移动，进而通过环链单元500的移动以带动控制棒的移动，有助于保证控制棒移动的稳定性。

所述步进电机201旋转以带动所述环链单元500卷绕或解绕于所述减速组件300的输出端，以提升或下插所述控制棒，从而能够对控制棒的移动进行较好的控制。

在上述实施方式中，该驱动结构设计合理，结构简单，仅能够对控制棒的移动进行准确的限位，安全性较高，而且有效地防止限位装置100出现机械结构损坏、节点粘连故障的情况，保证了驱动机构安全稳定的运行。

可选地，驱动机构还包括：

涡流限速器700，所述涡流限速器700设置于所述减速组件300；

在所述步进电机201失电的情况下，所述涡流限速器700用以减小控制棒的下降速度，进而减轻控制棒断电下落对驱动机构的冲击。从而能够更好地保护控制棒以及驱动机构，从而保证驱动机构整体运行的稳定性。

可选地，驱动机构还包括用于对控制棒棒位进行测量的旋转变压器400，旋转变压器400设置于减速组件300。在步进电机201带动控制棒提升(下插)过程中，旋转变压器400可以反映控制棒的棒位高度，同时控制棒棒位测量系统提供棒位上限位、下限位报警，供操纵员参考，使得控制棒的移动更加安全。

在一个具体的实施方式中，在提升控制棒时，步进电机201带动传动齿轮2旋转，传动齿轮2带动丝杠3旋转，丝杠3带动第二电极5到达上限位位置时，先压紧第三电极6，再压紧第一电极4，以形成限位开关并保证第一电极4、第二电极5、第三电极6可靠压紧，从而送出上限位信号。而后在下插控制棒时，丝杠3带动第二电极5移动并与第一电极4、第三电极6断开连接，即可停止送出上限位信号。同样原理送出下限位信号。本申请依靠第二电极5在第一电极4和第三电极6之间搭桥建立通路，能可靠分合，消除了传统行程开关机械结构压坏和节点粘连的隐患。

在本申请中，驱动机构的传动过程如下：

通过控制系统控制步进电机201的正(反)转，然后通过减速组件300将动力传递至环链单元500，环链单元500提升(下插)控制棒。例如链窝齿轮设置于减速组件300的输出轴上，减速组件300能够带动链窝齿轮旋转，进而带动固定于链窝齿轮的环链单元500移动，进而带动控制棒移动以更好地控制反应堆反应性。

例如，通过链窝齿轮提升的环链单元500贮存至贮链盒600，从而能够较好地保护环链单元500。

限位装置100传动过程如下：

步进电机201带动控制棒提升(下插)，步进电机201通过联轴器202带动传动齿轮2旋转，传动齿轮2带动丝杠3旋转，丝杠3带动第二电极5移动至上限位(下限位)，并与第一电极4、第三电极6导通，从而将上限位(下限位)节点送出，以更好地控制控制棒上限位以及下限位。

因此，该限位装置以及驱动机构能够保障控制棒系统可靠稳定运行，减小维修工作难度，提高了工作效率。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。