本发明涉及反应堆工程，具体涉及一种紧凑型液态重金属冷却反应堆控制棒驱动机构。
背景技术：
1、液态重金属(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。铅基反应堆以铅或铅合金作为冷却剂，其在物理热工的性能以及安全运行方面具有明显优点，铅冷快堆已被公认为能够最快实现产业化发展的第四代工业示范堆型。进入21世纪后，世界范围内多个国家积极推进和开展铅基反应堆相关技术的研究，俄罗斯、美国、欧盟等世界核电发展大国都积极推进铅基反应堆的商业应用，而小型铅基堆也成为当前发展主要方向。
2、控制棒驱动机构是反应堆控制系统和安全保护系统的执行机构，是核反应堆系统中重要的机械设备，是反应堆控制和保护系统的一部分，具有按照反应堆控制系统和安全保护系统的指令驱动控制棒组件从堆芯提升、保持在某一位置上、从任意工作位置上插入或快速插入堆芯，完成反应堆启动、调节功率、维持功率、反应性补偿、正常停堆和紧急工况下快速停堆的功能。目前各种反应堆采用的控制棒驱动机构种类很多，主要的驱动方式有磁力提升式、滚珠螺母式、齿条齿轮式三种，基本采用双电机驱动方式，一电机驱动上下运动，另一个电机驱动抓手的开合，总体尺寸和重量都较大。而液态重金属反应堆由于高温及浮力影响，现有设计常采用配重方式，更是增加了控制棒驱动机构轴向尺寸和总体重量，限制了其在小型堆上的应用。微小型铅基堆由于空间体积、重量限制及高温等要求，对控制棒驱动机构提出新的挑战。为解决该问题，中国专利申请cn117174344a(一种液态重金属冷却微小型反应堆控制棒驱动机构)提出了一种采用单个倒置安装的电机驱动滚珠丝杆螺母机构，配合液态重金属浮力作用，实现控制棒的上下运动及落棒功能，实现机构的小型化。但由于该机构顶部电机占有体积较大，都采用此控制棒驱动机构不利于堆芯的紧凑设计。另外，根据核反应堆运行法规要求，为了保证反应堆的安全运行，需设置有不同原理的独立的反应性控制系统。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种紧凑型液态重金属冷却反应堆控制棒驱动机构，具有结构紧凑、安全可靠的特点，可适应液态重金属冷却剂高温环境，同时能有效降低控制棒驱动机构轴向高度和整体重量。本发明提出中间位置布置单电机驱动齿轮齿条方式的控制棒驱动机构，可有效解决反应堆小型化及安全运行的问题。
2、为了达到上述目的，本发明提出以下技术方案：
3、一种紧凑型液态重金属冷却反应堆控制棒驱动机构，包括电机驱动传动机构、外筒、齿条、连杆、棒位测量器、辅助弹簧、导向管和气体保护系统；
4、所述电机驱动传动机构包括驱动电机、减速器、齿轮传动箱；所述齿轮传动箱固定安装于外筒中部，内部依次安装第一锥齿轮、第二锥齿轮、轴承、传动轴、电磁离合器、齿轮；所述驱动电机、减速器依次安装在所述齿轮传动箱上部，用于驱动所述第一锥齿轮转动，从而驱动所述齿轮转动；
5、所述连杆上部固定安装齿条，反面固定安装滑块，下端与控制棒固定连接，同轴活动设置于外筒及导向管内；所述齿条与所述齿轮啮合安装；所述外筒内壁中间位置安装导轨，与所述滑块滑动配合；
6、所述棒位测量器包括变送器、磁块、测量杆；所述变送器、测量杆固定安装于外筒外壁；所述磁块固定安装于所述连杆上端，随连杆上下移动；
7、所述气体保护系统包括排气接口、充气接口、密封隔热层；所述排气接口、充气接口分别设置于外筒上下两端侧；所述密封隔热层安装于外筒内下端，外筒内部形成一密封腔室。
8、进一步地，所述第二锥齿轮、轴承、电磁离合器、齿轮依次同轴安装所述传动轴上。
9、进一步地，所述第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合安装，所述第一锥齿轮同轴安装在减速器下方。
10、进一步地，所述密封隔热层上表面固定安装辅助弹簧的一端，所述辅助弹簧套在连杆上。
11、进一步地，所述辅助弹簧的上端为活动端；当齿轮驱动齿条及连杆下行时，所述齿条下端接触并压缩辅助弹簧，辅助弹簧储能。
12、进一步地，所述外筒顶端设置限位器，当所述磁块接触限位器，连杆到达最高位置，停止向上运动。
13、进一步地，所述外筒通过其下部设有的法兰连接安装于堆顶盖板上，下端同轴设置导向管。
14、进一步地，所述导向管上端设置一圈泄流孔，当连杆带动控制棒向上移动时，导向管内液态金属通过泄流孔向外排出。
15、进一步地，所述连杆下部设置有联轴器，用于装换料时控制棒与上部驱动机构脱开。
16、进一步地，所述气体保护系统充入的保护气体为惰性气体，所述惰性气体的压力高于反应堆内金属蒸气压力。
17、本发明与现有技术相比的有益效果在于：
18、1)本发明通过单个电机驱动齿轮齿条以及电磁离合连接和断开传动，利用液态重金属浮力作用，配合辅助弹簧储能释放，实现控制棒上下调节运动及快速落棒功能，结构紧凑，安全可靠，有效降低了控制棒驱动机构轴向高度和重量，有利于反应堆的小型化；
19、2)本发明采用分体式磁致伸缩棒位测量方案，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位置，提高了本发明的运行的准确性；
20、3)本发明设置了惰性气体保护系统，避免金属蒸气逸出至控制棒驱动机构腔体内，提高了本发明的设备安全性。
1.一种紧凑型液态重金属冷却反应堆控制棒驱动机构，其特征在于：包括电机驱动传动机构、外筒(4)、齿条(5)、连杆(6)、棒位测量器(7)、辅助弹簧(10)、导向管(15)和气体保护系统；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)固定安装于外筒(4)中部，内部依次安装第一锥齿轮(301)、第二锥齿轮(302)、轴承(303)、传动轴(304)、电磁离合器(305)、齿轮(306)；所述驱动电机(1)、减速器(2)依次安装在所述齿轮传动箱(3)上部，用于驱动所述第一锥齿轮(301)转动，从而驱动所述齿轮(306)转动；
2.根据权利要求1所述的一种紧凑型液态重金属冷却反应堆控制棒驱动机构，其特征在于：所述第二锥齿轮(302)、轴承(303)、电磁离合器(305)、齿轮(306)依次同轴安装所述传动轴(304)上。
3.根据权利要求1-2所述的一种紧凑型液态重金属冷却反应堆控制棒驱动机构，其特征在于：所述第一锥齿轮(301)与第二锥齿轮(302)啮合安装；所述第一锥齿轮(301)同轴安装在减速器(2)下方。
4.根据权利要求1所述的一种紧凑型液态重金属冷却反应堆控制棒驱动机构，其特征在于：所述密封隔热层(12)上表面固定安装辅助弹簧(10)的一端，所述辅助弹簧(10)套在连杆(6)上。
5.根据权利要求4所述的一种紧凑型液态重金属冷却反应堆控制棒驱动机构，其特征在于：所述辅助弹簧(10)的上端为活动端；当齿轮(306)驱动齿条(5)及连杆(6)下行时，所述齿条(5)下端接触并压缩辅助弹簧(10)。
6.根据权利要求1所述的一种紧凑型液态重金属冷却反应堆控制棒驱动机构，其特征在于：所述外筒(4)的顶端设置限位器(8)，当所述磁块(702)接触限位器(8)，连杆(6)到达最高位置，停止向上运动。
7.根据权利要求1所述的一种紧凑型液态重金属冷却反应堆控制棒驱动机构，其特征在于：所述外筒(4)通过其下部设有的法兰连接安装于堆顶盖板(13)上，所述外筒(4)的下端同轴设置导向管(15)。
8.根据权利要求1或7所述的一种紧凑型液态重金属冷却反应堆控制棒驱动机构，其特征在于：所述导向管(15)的上端设置一圈泄流孔(151)，当连杆(6)带动控制棒(16)向上移动时，导向管(15)内液态金属通过泄流孔(151)向外排出。
9.根据权利要求1-7任一项所述的一种紧凑型液态重金属冷却反应堆控制棒驱动机构，其特征在于：所述连杆(6)下部设置有联轴器(14)，用于装换料时控制棒(16)与上部驱动机构脱开。
10.根据权利要求1所述的一种紧凑型液态重金属冷却反应堆控制棒驱动机构，其特征在于：所述气体保护系统充入的保护气体为惰性气体，所述惰性气体的压力高于反应堆内金属蒸气压力。
