Устройство торможения барабана сервопривода систем управления и защиты атомных реакторов

Изобретение относится к области электромеханики и может быть использовано в электроприводах систем управления и защиты атомных реакторов. Устройство торможения барабана содержит бесконтактную электрическую машину с беспазовым якорем и магнитоэлектрическим индуктором, связанным с валом барабана через планетарный редуктор. Обмотка якоря выполнена в виде втулки, соединенной с якорем через винтовые пазы и выступы, обеспечивающие возможность ее осевого перемещения в рабочем зазоре под действием вращающего момента. С валом барабана втулка соединена через кольцевую канавку, шариковый фиксатор и планетарную ступень редуктора, содержащую корончатые подвижное и неподвижное колеса с различным количеством зубьев, общие для них свободные сателлиты и солнечное колесо, закрепленное на валу барабана. Расположенное на валу водило соединено через дополнительные сателлиты с неподвижным корончатым колесом и расположенным на валу индуктора солнечным колесом. Технический результат - создание тормозного устройства барабана сервопривода. 2 ил.

 

Изобретение относится к области электромеханики и может быть использовано в электроприводах систем управления и защиты атомных реакторов, в частности в сервоприводе, опускающем стержни посредством ленточной тяги, намотанной на барабан, в канал атомного реактора при аварийной защите, когда по тем или иным причинам необходимо его заглушить независимо от наличия электропитания.

Устройство торможения барабана сервопривода должно обеспечить быстрый набор скорости ввода стержня в канал реактора, движение его с большой скоростью и гашение скорости стержня в конце рабочего хода до безопасной при посадке его на упор.

При этом тормозное устройство барабана не должно оказывать существенного влияния при подъеме стержня в процессе перевода реактора в рабочее состояние.

Известные фрикционные, гистерезисные и гидравлические тормозные устройства не обладают требуемой характеристикой (Кожевников С.Н., Есипенко Я.И., Роскин А.Н. Механизмы. Справочник. Изд. 4-е, перераб. и доп. /Под ред. С.Н.Кожевникова. - М.: Машиностроение, 1976).

Требуемыми свойствами может обладать устройство торможения барабана сервопривода, выполненное на основе бесконтактной электрической машины с беспазовым якорем и магнитоэлектрическим индуктором, связанным с валом барабана через планетарный редуктор.

Описание различных бесконтактных и электрических машин приведено в книге: Бут Т.А. Бесконтактные электрические машины: Учебное пособие для электромеханических и электроэнергетических специальностей вузов. - М.: Высшая школа, 1985. - 225 с., ил. Описание планетарной передачи типа 3к приведено на рис.5 книги: Кудрявцев В.Н. Планетарные передачи. - М.: Машиностроение, 1966. - 302 с., ил.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в создании тормозного устройства барабана сервопривода, имеющего:

- малую величину тормозного момента при подъеме стержня, чтобы нагрузка на электродвигатель сервопривода была несущественной,

- малую величину тормозного момента при отпускании стержня, чтобы он мог быстро набрать скорость и пройти рабочий ход, составляющий более 6 м, со скоростью, достигающей 3 м/сек,

- большой тормозной момент в конце рабочего хода стрежня, чтобы погасить скорость до безопасной при последующей посадке стержня на упор.

Для решения поставленной задачи применено устройство торможения барабана, содержащее бесконтактную электрическую машину с беспазовым якорем и магнитоэлектрическим индуктором, связанным с валом барабана через планетарный редуктор, в котором обмотка якоря выполнена в виде втулки, соединенной с якорем через винтовые пазы и выступы, обеспечивающие возможность ее осевого перемещения в рабочем зазоре под действием вращающего момента, а с валом барабана втулка соединена через кольцевую канавку, шариковый фиксатор и планетарную ступень редуктора, содержащую корончатые подвижное и неподвижное колеса с различным количеством зубьев, общие для них свободные сателлиты и солнечное колесо, закрепленное на валу барабана, причем расположенное на нем водило соединено через дополнительные сателлиты с неподвижным корончатым колесом и расположенным на валу индуктора солнечным колесом.

На фиг.1 представлено устройство торможения барабана, на фиг.2 представлен разрез устройства по сечению А-А.

На валу 1 расположен магнитоэлектрический индуктор 2.

В корпусе 3 устройства расположен беспазовый якорь 4 бесконтактной электрической машины, на якоре 4 имеется выступ 5. В рабочем зазоре δ расположена обмотка, выполненная в виде втулки 6, имеющей винтовые пазы 7. На втулке 6 выполнена кольцевая канавка 8, в которую при выдвинутом положении втулки 6 входит шариковый фиксатор 9, приводимый в движение подвижным корончатым колесом 10, на наружной поверхности которого выполнены впадины 11. Неподвижное корончатое колесо 12 и подвижное корончатое колесо 10 имеют различное количество зубьев и через общие для них свободные сателлиты 13 сопряжены с солнечным колесом 14, закрепленным на валу барабана 15. Водило 16, соединенное с валом барабана 15, через дополнительные сателлиты 17 входит в зацепление с неподвижным корончатым колесом 12 и солнечным колесом 18, соединенным с валом 1 индуктора.

Устройство торможения барабана сервопривода работает следующим образом.

В исходном состоянии, когда стержень находится в нижнем положении, устройство торможения находится в состоянии, показанном на фиг.1 и 2 основными линиями.

При подъеме стержня вал барабана 15 вращается по часовой стрелке. Через солнечное колесо 14 движение передается на свободные сателлиты 13, которые обкатываются по корончатому неподвижному колесу 12 и корончатому подвижному колесу 10, поворачивающемуся к концу хода стержня на угол

где ϕ_δ - угол поворота вала барабана 15;

Z₁ - число зубьев солнечного колеса 14;

Z₂ - число зубьев неподвижного корончатого колеса 12;

Z₃ - число зубьев подвижного корончатого колеса 10.

Одновременно с вращением солнечного колеса 14 вращается водило 16, а его дополнительные сателлиты 17, обкатываясь по солнечному колесу 18, вращают вал 1 магнитоэлектрического индуктора. Магнитоэлектрический индуктор 2, вращаясь, наводит во втулке 6 ЭДС, от действия которой протекает ток и создает магнитное поле, взаимодействующее с полем индуктора 2, создавая тормозной момент на валу индуктора 7, а следовательно, и на валу барабана 15. Под действием вращающего момента втулка 6 за счет винтовых пазов 7 и выступов 5 на якоре 4 выдвигается из рабочего зазора δ положение, показанное тонкими линиями. При выдвинутой из рабочего зазора δ втулке 6 тормозной момент, создаваемый бесконтактной электрической машиной, работающей в генераторном короткозамкнутом режиме, имеет малое значение и не оказывает существенной нагрузки на электродвигатель сервопривода. При дальнейшем вращении вала барабана, когда стержень выходит из зоны торможения, шариковые фиксаторы 9 выходят из впадин 11 корончатого колеса 10 в кольцевую канавку 8 и удерживают втулку 6 в выдвинутом из зазора положении на протяжении всего рабочего хода, включая нахождение стержня в верхнем и любом промежуточном положении. Удержание стержня в промежуточном и верхнем положении осуществляется стояночным тормозом сервопривода.

При аварийной защите стержень вводится в канал реактора выключением стояночного тормоза и отключающей муфтой вала барабана 15. Под действием силы гравитации стержень падает, раскручивая вал барабана 15, и через водило 16, сателлиты 17 и солнечное колесо 18 раскручивает индуктор 2. Поскольку втулка 6 удерживается шариковым фиксатором 9 в выдвинутом из рабочего зазора δ положении, тормозной момент устройства имеет малую величину, стержень лишь притормаживается и с большой скоростью, достигающей 3 м/сек, быстро вводится (в течение примерно 2 сек) в канал реактора. При этом в конце рабочего хода, когда стержень введен в активную зону, подвижное корончатое колесо 10 поворачивается на угол ϕ_k и впадины 11 подвижного корончатого колеса 10 подходят под шариковые фиксаторы 9, которые выходят из кольцевой канавки 8 втулки 6, и под действием вращающего момента за счет винтовых пазов 7 и выступов 5 втулка 6 втягивается в рабочий зазор δ. При этом тормозной момент бесконтактной электрической машины многократно увеличивается, вал барабана 15 замедляет свое вращение и гасит скорость стержня до безопасной при последующей посадке его на упор.

Таким образом, устройство торможения барабана имеет малый тормозной момент при подъеме и быстром вводе стержня в канал реактора, большой тормозной момент, обеспечивающий гашение скорости стержня до безопасной перед посадкой его на упор, и осуществляется это без использования источника электропитания. Следовательно, требуемый технический результат достигается.

Устройство торможения барабана может применяться как в системах защит, так и в системах управлении реактором.

Устройство торможения барабана сервопривода систем управления и защиты атомных реакторов, содержащее бесконтактную электрическую машину с беспазовым якорем и магнитоэлектрическим индуктором, связанным с валом барабана через планетарный редуктор, отличающееся тем, что обмотка якоря выполнена в виде втулки, соединенной с якорем через винтовые пазы и выступы, обеспечивающие возможность ее осевого перемещения в рабочем зазоре под действием вращающего момента, а с валом барабана втулка соединена через кольцевую канавку, шариковый фиксатор и планетарную ступень редуктора, содержащую корончатые подвижное и неподвижное колеса с различным количеством зубьев, общие для них свободные сателлиты и солнечное колесо, закрепленное на валу барабана, причем расположенное на нем водило соединено через дополнительные сателлиты с неподвижным корончатым колесом и расположенным на валу индуктора солнечным колесом.