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具有单独的SCRAM闩锁接合和锁定的控制杆驱动机构

阅读：585发布：2023-01-14

专利汇可以提供具有单独的SCRAM闩锁接合和锁定的控制杆驱动机构专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种控制杆驱动机构(CRDM)，其配置成闩锁到控制杆组件的升降杆上并且包括单独的闩锁接合和闩锁保持机构。CRDM配置成闩锁到控制杆组件的升降杆上并且包括关闭闩锁的四连杆机构，其中所述四连杆机构偏压在重力作用下被关闭的闩锁。，下面是具有单独的SCRAM闩锁接合和锁定的控制杆驱动机构专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种控制杆驱动机构(CRDM)，包括：
导螺杆；
升降杆；
闩锁，其固定到所述导螺杆，并且配置成将所述升降杆的上端闩锁到所述导螺杆；
闩锁接合机构，其配置成将所述闩锁关闭到所述升降杆的上端上；以及闩锁保持机构，其配置成保持所述闩锁关闭；
其中，所述闩锁保持机构与所述闩锁接合机构是分开的。
2.根据权利要求1所述的控制杆驱动机构，进一步包括：
四连杆机构，其包括凸轮棒，所述四连杆机构配置成向内驱动所述凸轮棒，以凸轮带动响应于所述闩锁接合机构的操作而关闭的闩锁，所述闩锁保持机构配置成将所述凸轮棒保持在向内位置，以保持所述闩锁关闭。
3.根据权利要求2所述的控制杆驱动机构，其中，所述四连杆机构配置成偏压在重力作用下被关闭的闩锁。
4.根据权利要求1所述的控制杆驱动机构，其中，所述闩锁接合机构响应于将所述闩锁降低在所述升降杆的上端上而进行操作，并且在所述闩锁接合机构操作之后，当所述闩锁被再次提升时，不能有效地保持所述闩锁关闭。
5.根据权利要求4所述的控制杆驱动机构，其中，所述闩锁保持机构位于所述CRDM的顶部，并且配置成接合所述凸轮棒的上端以保持凸轮棒处于向内位置。
6.根据权利要求5所述的控制杆驱动机构，其中，所述闩锁保持机构包括磁联接，该磁联接包括电磁体，其在通电时磁性地保持所述凸轮棒处于所述向内位置。
7.根据权利要求5所述的控制杆驱动机构，其中，所述闩锁保持机构包括配置成响应于由致动器施加以保持所述凸轮棒处于所述向内位置的保持力而在水平平面中移动的元件。
8.一种核反应堆，包括：
压水反应堆(PWR)，其包括：
压力容器；
布置在所述压力容器中的反应堆堆芯；以及
布置在所述压力容器中的如权利要求1所述的控制杆驱动机构。
9.根据权利要求8所述的核反应堆，其中，所述闩锁保持机构被磁性地操作。
10.根据权利要求8所述的核反应堆，包括多个控制杆驱动机构，其中，每个控制杆驱动机构具有独立的闩锁保持机构。
11.根据权利要求10所述的核反应堆，其中，所述闩锁保持机构被磁性地操作。
12.根据权利要求11所述的核反应堆，其中，所述闩锁保持机构彼此独立地操作。
13.一种控制杆驱动机构(CRDM)，包括：
CRDM 马达；
在所述CRDM马达的控制下平移的元件；
闩锁，其配置成闩锁支撑具有在所述CRDM马达的控制下平移的元件的至少一个控制杆的升降杆；
闩锁接合机构，其配置成将所述闩锁关闭到所述升降杆上；以及
闩锁保持机构，其与所述闩锁接合机构是分开的，配置成将所述闩锁保持在其关闭位置。
14.根据权利要求13所述的控制杆驱动机构，其中，所述闩锁保持系统可操作地连接到四连杆机构，所述四连杆机构配置成凸轮带动响应于所述闩锁接合机构的操作而关闭的闩锁。
15.根据权利要求14所述的控制杆驱动机构，其中，所述闩锁保持系统被磁性地致动。
16.根据权利要求14所述的控制杆驱动机构，其中，所述闩锁保持系统可操作地连接到四连杆机构，所述四连杆机构配置成偏压在重力作用下被关闭的闩锁。
17.根据权利要求16所述的控制杆驱动机构，其中，所述闩锁保持系统被磁性地致动。

说明书全文

具有单独的SCRAM闩锁接合和锁定的控制杆驱动机构

[0001] 本申请构思于由能源部合作协议第DE-NE0000583号支持的工作过程。能源部可以拥有本申请的某些权利。

[0002] 本申请要求2013年03月15日提交的、标题为“具有单独的SCRAM闩锁接合和锁定的CRDM设计”的美国临时申请第61/792235号的优先权。2013年03月15日提交的、标题为“具有单独的SCRAM闩锁接合和锁定的CRDM设计”的美国临时申请第61/792235号的全部内容在此通过引用并入到本申请的说明书中。

背景技术

[0003] 2011年9月15日出版的DeSantis等人的美国公开号2011/0222640A1的全部内容通过引用并入本文，该文献公开了(除其他主题之外)一种CRDM(CRDM)，用于采用由马达接合的导螺杆(有时被称为滚珠螺杆，本文表示采用设置在螺杆与螺母螺纹之间的滚珠螺母的特定导螺杆实施例)的核反应堆，以提供受控的垂直平移，其中与导螺杆相连接的单独的闩锁组件闩锁至控制杆的升降杆(或者至包括由支架或三脚架连接到升降杆的多个控制杆的控制杆组件的升降杆)。闩锁主动关闭以连接包括升降杆和控制杆的平移组件，使得平移组件在CRDM马达的控制下随导螺杆平移。一旦去除关闭力，例如在SCRAM期间，闩锁就打开来释放升降杆和SCRAM 控制棒，同时导螺杆保持接合CRDM马达并且不倒。在一些说明性实施例中，闩锁由凸轮棒主动关闭，该凸轮棒由液压活塞、螺线管或其他升降机构升降，其中每个凸轮棒是四连杆机构的一部分，该四连杆机构响应于升降沿水平方向移动凸轮棒，以便用凸轮使闩锁关闭。在DeSantis等人的美国公开号2011/0222640A1中，该四连杆机构布置成使得在重力作用下四连杆机构操作来向外移动凸轮棒从而释放闩锁。

[0004] 通过非限制性的说明性示例，图1和2分别对应于DeSantis等人的美国公开号2011/0222640A1的图纸1和16。参考图1，示意性地描绘了压水反应堆(PWR)型的说明性核反应堆容器。示出的主容器10包含反应堆堆芯12、内部蒸汽发生器14以及内部控制杆
20。说明性反应堆容器包括四个主要部件，即：1)下部容器22、2)上部内部结构24、3)上部容器26以及4)上部容器头28。中间凸缘29设置在下部容器部22和上部容器部26之间。
其他容器构造也是可以预期的。要指出的是，图1是示意性的并且不包括细节，比如二次冷却剂流入流出蒸汽发生器的压力容器穿透、用于电气部件的电穿透等等。图1的说明性反应堆容器10的下部容器22包含反应堆堆芯12，其可以具有基本上任何合适的构造。说明性的上部容器26容纳用于该说明性PWR的蒸汽发生器14，其具有内部蒸汽发生器设计(有时被称为整体式PWR设计)。在图1中，示意性地示出了蒸汽发生器14。在典型的循环模式中，主冷却剂由反应堆堆芯12加热，并且上升通过中心上升区域32以退出护罩30的顶部，于是主冷却剂经由降液管区域34向下流回并通过整个蒸汽发生器14。这样的主冷却剂流动可以通过自然对流、通过内部或外部的主冷却剂泵(未示出)或者通过泵协助的自然对流的组合而被驱动。虽然示出了整体式PWR设计，但是同样可以设想反应堆容器具有外部蒸汽发生器(未示出)，在这种情况下，压力容器穿透允许将主冷却剂传递至外部蒸汽发生器以及从其传递。说明性的上部容器头28是一个单独的部件，但是同样可以设想容器头与上部容器26是一体的。虽然图1示出了整体式PWR，但是在其它实施例中，PWR可以不是整体式PWR，即在一些实施例中，示出的内部蒸汽发生器可以被省略，取而代之的是一个或多个外部蒸汽发生器。更进一步地，说明性的PWR是一个示例，并且在其他实施例中，还可以采用沸水反应堆(BWR)或其它反应堆设计，具有或内部或外部的蒸汽发生器。

[0005] 参考图2，对控制杆系统实施例进行说明，例如图1的核反应堆的上部内部结构24的适当部分，其提供了电磁灰杆功能(即连续可调控制杆定位)和提供SCRAM功能的液压闩锁系统(即在紧急情况下，控制杆可以完全插入，以便快速淬灭核反应，本领域中公知的操作为SCRAM)。图2的控制杆系统允许控制杆束的故障保护SCRAM，而不会快速停止导螺杆。采用马达/滚珠螺母组件，使得导螺杆40永久地接合到滚珠螺母组件42，其通过驱动马达44来提供导螺杆40的轴向平移。说明性马达44安装在支座45上，该支座定位并底部支撑马达44于上部内部结构24的支撑结构中；还可以设想其他支撑布置。控制杆束(未示出)经由升降/连接杆或升降/连接杆组件46和闩锁组件48而连接到导螺杆40。导螺杆40基本上是中空的，升降/连接杆46同轴装配在导螺杆40的内径的内部，并且在导螺杆40内自由垂直平移。具有受载弹簧闩锁的闩锁组件48连接到(即安装在)导螺杆40的顶部。当闩锁组件48的闩锁与升降杆46接合时，它们将升降/连接杆46联接到导螺杆40，并且当闩锁脱开时，它们将升降/连接杆46从导螺杆40释放。在所示的实施例中，闩锁的接合与脱开是通过使用包括两个凸轮棒50以及每个凸轮棒50的至少两个凸轮棒连杆
52的四连杆凸轮系统来实现的。还可以添加附加的凸轮棒连杆来为凸轮棒提供进一步支撑。当凸轮棒50向上移动时，四连杆机构的凸轮棒连杆52同样采用凸轮向内带动凸轮棒
50，以便使闩锁组件48的闩锁旋转成与升降/连接杆46接合。在示出的实施例中，液压升降组件56用于提升凸轮棒组件50。在替代实施例(未示出)中，电螺线管升降系统用于提升凸轮棒组件。当升降力被施加到凸轮系统时，凸轮棒50的向上和向内的凸轮运动将闩锁旋转成接合，从而将升降/连接杆46联接到导螺杆40。这会导致控制杆束跟随导螺杆运动。当移除升降力时，凸轮棒50向下摆动，并且由四连杆机构的凸轮棒连杆52向外凸轮带动，从而允许闩锁组件48的闩锁旋转成脱离与升降/连接杆46的接合。这将升降/连接杆46从导螺杆40脱开，从而使控制杆束SCRAM。在SCRAM期间，导螺杆40仍处于其当前保持位置。在SCRAM事件之后，导螺杆40通过电动马达44被驱动到其行程的底部。当升降力通过液压升降组件56被重新施加到凸轮系统时，闩锁组件48的闩锁重新接合且升降杆46重新联接到导螺杆40，以及正常操作可以继续。还可以考虑其他闩锁驱动方式，比如气动闩锁驱动，其中气动压力取代所示升降组件56中的液压压力。为了说明的目的，在图2中，导螺杆40被任意地描绘在部分抽出的位置。闩锁组件48连接到(即安装在)导螺杆
40的顶部。滚珠螺母42和马达44在控制杆驱动机构(CDRM)的底部，闩锁凸轮棒50延伸达机构行程的全长，液压升降系统56位于机构的顶部。在一些实施例中，图2的CDRM是整体式CDRM，其中整个机构(包括电动马达44和滚珠螺母42)和闩锁组件48在整个工作温度和压力条件下位于反应堆压力容器10内(参见图1)。采用具有四连杆机构的凸轮棒的CRDM设计的进一步说明性实施例描述在DeSantis等人的美国公开号2011/0222640A1中，其全部内容通过引用并入本文。
发明内容

[0006] 在一些说明性的实施例中，一种控制杆驱动机构(CRDM)，包括：导螺杆，其由CRDM马达接合；升降杆，其支撑至少一个控制杆；闩锁，其固定到所述导螺杆，并且配置成将所述升降杆的上端闩锁到所述导螺杆；闩锁接合机构，其配置成将所述闩锁关闭到所述升降杆的上端上；以及闩锁保持机构，其配置成保持所述闩锁关闭；其中，所述闩锁保持机构与所述闩锁接合机构是分开的。在一些实施例中，所述CRDM进一步包括四连杆机构，其包括凸轮棒，所述四连杆机构配置成向内驱动所述凸轮棒，以凸轮带动响应于所述闩锁接合机构的操作而关闭的闩锁，所述闩锁保持机构配置成将所述凸轮棒保持在向内位置，以保持所述闩锁关闭。在一些这样的实施例中，所述四连杆机构配置成偏压在重力作用下被关闭的闩锁。在一些实施例中，所述闩锁接合机构响应于将所述闩锁降低在所述升降杆的上端上而进行操作，并且在所述闩锁接合机构操作之后，当所述闩锁被再次提升时，不能有效地保持所述闩锁关闭。

[0007] 在一些说明性的实施例中，一种控制杆驱动机构(CRDM)，包括：导螺杆，其由CRDM马达接合；升降杆，其支撑至少一个控制杆；闩锁，其固定到所述导螺杆，并且配置成将所述升降杆的上端闩锁到所述导螺杆；闩锁接合机构，其配置成将所述闩锁关闭到所述升降杆的上端上；以及闩锁保持机构，其配置成保持所述闩锁关闭；其中，所述闩锁接合机构在所述闩锁支撑所述升降杆的重量并支撑至少一个控制杆时不能有效地保持所述闩锁关闭。在一些实施例中，所述闩锁保持机构不能有效地关闭所述闩锁。在一些实施例中，所述CRDM进一步包括四连杆机构，其包括凸轮棒，所述四连杆机构配置成向内驱动所述凸轮棒，以凸轮带动响应于所述闩锁接合机构的操作而关闭的闩锁，所述闩锁保持机构配置成将所述凸轮棒保持在向内位置，以保持所述闩锁关闭。在一些这样的实施例中，所述四连杆机构配置成偏压在重力作用下被关闭的闩锁。在一些实施例中，所述闩锁接合机构响应于将所述闩锁降低在所述升降杆的上端上而进行操作，并且在所述闩锁接合机构操作之后，当所述闩锁被再次提升时，不能有效地保持所述闩锁关闭。

[0008] 在一些说明性的实施例中，一种控制杆驱动机构(CRDM)，包括：导螺杆，其由CRDM马达接合；升降杆，其支撑至少一个控制杆；闩锁，其固定到所述导螺杆，并且配置成将所述升降杆的上端闩锁到所述导螺杆；以及四连杆机构，其包括凸轮棒，所述四连杆机构配置成向内驱动所述凸轮棒，以凸轮带动响应于闩锁接合机构的操作而关闭的闩锁；其中，所述连杆机构配置成偏压在重力作用下被关闭的闩锁。

[0009] 在一些说明性的实施例中，一种控制杆驱动机构(CRDM)包括：CRDM马达；在所述CRDM马达的控制下平移的元件；

[0010] 闩锁，其配置成闩锁支撑具有在CRDM马达的控制下平移的元件的至少一个控制杆的升降杆；闩锁接合机构，其配置成将闩锁关闭到升降杆上；以及闩锁保持机构，其与闩锁接合机构是分开的，配置成将闩锁保持在其关闭位置。

[0011] 在一些说明性的实施例中，一种控制杆驱动机构(CRDM)包括：CRDM马达；在所述CRDM马达的控制下平移的元件；闩锁，其配置成闩锁支撑具有在CRDM马达的控制下平移的元件的至少一个控制杆的升降杆；以及四连杆机构，其包括凸轮棒，所述四连杆机构配置成凸轮带动响应于闩锁接合机构的操作而关闭的闩锁；其中，所述四连杆机构配置成偏压在重力作用下被关闭的闩锁。

[0012] 在一些说明性的实施例中，一种控制杆驱动机构(CRDM)配置成闩锁到控制杆组件的升降杆上，并且包括单独的闩锁接合和闩锁保持机构。

[0013] 在一些说明性的实施例中，一种控制杆驱动机构(CRDM)配置成闩锁到控制杆组件的升降杆上，并且包括关闭所述闩锁的四连杆机构，其中，所述四连杆机构偏压在重力作用下被关闭的闩锁。附图说明

[0014] 本发明可以采取各种部件和制造方法的形式。以下是附图的简要说明，这些附图所呈现的目的是说明本文所公开的示例性实施例，而不是限制这些实施例。

[0015] 图1示意性地示出了在DeSantis等人的美国公开号2011/0222640A1中所示的核反应堆。

[0016] 图2示意性地示出了在DeSantis等人的美国公开号2011/0222640A1中所示的控制杆系统。

[0017] 图3示意性地示出了CRDM的等距视图，其中控制杆被完全插入。

[0018] 图4和5分别示意性地示出了图3中的CRDM的等距视图和侧剖视图，其中闩锁装置是脱开的。

[0019] 图6示意性地示出了图3-5中的CRDM的侧剖视图，其中闩锁是接合的。

[0020] 图7-18示意性地示出了具有如本文所述的自接合凸轮/闩锁系统和电磁保持系统的CRDM实施例的各方面。

[0021] 图19-22示意性地示出了另一说明性保持机构的各方面，其例如适用于图3-6的CRDM或图7-18的CRDM。

[0022] 图23-32示意性地示出了另一说明性保持机构的各方面，其例如适用于图3-6的CRDM或图7-18的CRDM。

[0023] 图33-38示意性地示出了另一说明性保持机构的各方面，其例如适用于图3-6的CRDM或图7-18的CRDM。

[0024] 图39-48示意性地示出了包括保持机构和变型闩锁机构的另一说明性CRDM的各方面。

[0025] 图49-52示意性地示出了另一说明性保持机构的各方面，其例如适用于图3-6的CRDM或图7-18的CRDM。

具体实施方式

[0026] 本文公开的是对采用四连杆机构的凸轮棒的DeSantis等人的美国公开号2011/0222640A1的CRDM设计的改进。

[0027] 在一个方面，CRDM通过分离闩锁接合和闩锁保持功能而得到改进。因为提供了单独的闩锁接合机构和闩锁保持机构，这可能需要增加CRDM部件的数量。然而，在此要认识到的是，这种增加在部分上由改进的能量效率抵消。这是因为闩锁接合是极不频繁(可能每个燃料循环仅有一次)发生的瞬时事件。与此相反，在整个燃料循环上执行闩锁保持操作(禁止任何SCRAM事件)。通过采用单独的闩锁接合和保持机构，则不需要闩锁保持机构执行将闩锁从解锁位置移动到闭锁位置的相对较高能量的操作。因此，闩锁保持机构可以被制成更加节能。

[0028] 在另一方面，闩锁接合机构(其不再需要执行闩锁保持功能)可以得到极大地改善。在一个实施例中(参见图3-6)，闩锁接合机构包括内置在CRDM中的下部的下凸轮连杆，其由闩锁箱或壳体接合，因为其朝向升降杆降低(其由于当前未被闩锁而通常位于对应于控制杆最大插入到核反应堆堆芯中的其最下面位置)。降低的闩锁壳体接合弯曲且枢转安装的下凸轮连杆，使得从由闩锁壳体进行凸轮带动的端部的远端被促使向内驱动凸轮棒至闩锁位置。一旦处于闩锁位置，则单独的闩锁保持机构就接合，且此后当闩锁壳体由CRDM和导螺杆提升时，下凸轮连杆脱开，但闩锁仍由单独的闩锁保持机构的作用而保持关闭。

[0029] 在另一方面，闩锁接合机构被实施为自接合凸轮/闩锁系统(参见图7-18)。这种方法是通过修改四连杆机构使得在重力作用下该四连杆机构操作成向内移动凸轮棒以便接合闩锁来实现的。类似于图3-6的闩锁接合，此闩锁接合在降低闩锁壳体于升降杆的上端上时启动。在该自接合方法中，闩锁通常因四连杆机构默认为在重力作用下向内移动凸轮棒而关闭，升降杆的上端包括凸轮表面，其随着闩锁壳体降低于升降杆的上端上而凸轮带动闩锁打开。一旦在上端的凸轮表面上，闩锁就因四连杆机构的定向而在重力作用下再次关闭。单独的闩锁保持机构随后被启动，以保持凸轮棒处于向内位置来维持闩锁关闭。令人惊奇的是，本实施例能够使得SCRAM可靠，即使四连杆机构在重力作用下偏压关闭的闩锁。这是因为四连杆机构被设计成以大角度带有其连杆且长度相对较长，使得抵抗四连杆机构的重力关闭偏压来打开闩锁所需的力是相当适度的。(详情请参见图7-18及相关的讨论)。因此，平移组件(即升降杆和所连接的控制杆以及可选的三脚架或支架)的重量足以很容易地克服四连杆机构的关闭偏压。

[0030] 在进一步公开的方面，公开了闩锁保持机构的各个实施例。参见图19及以下。

[0031] 在图2的CRDM系统中，升降系统56(如图所示是液压的，或者可替代地是电螺线管)在保持和平移操作中支持闩锁启动和长期接合。在下面描述的变型实施例中，与图2中的CRDM相似功能的构件(例如，四连杆机构的凸轮棒50和凸轮棒连杆52)标以相同的附图标记。

[0032] 参考图3-6以及参照针对图2的上下文，对CRDM实施例进行说明，其中闩锁启动和长期保持/平移功能被分开，从而降低操作功率要求。该CRDM包括机械致动的闩锁装置。图3示出了CRDM的等距视图，其中控制杆(未示出)被完全插入。图4和5分别示出了等距视图和侧剖视图，其中闩锁装置是脱开的。图6示出了侧剖视图，其中闩锁是接合的。闩锁机构利用CRDM马达44、导螺杆40(例如，通过如图2所示的滚珠螺杆(滚珠丝杆)42与CRDM马达44螺纹接合)以及闩锁箱102，以将闩锁104接合至连接(即升降)杆46的顶部。弹簧106偏压闩锁104打开。闩锁箱102和弹簧偏压的闩锁104形成与图2的闩锁组件48相对应的闩锁组件。在图3-6中，示出了安装构件108，闩锁箱102通过其被安装到导螺杆40的顶部，但是在图3-6中省略了导螺杆本身。类似地，仅升降杆46的顶部示出在图3-6中，但要理解的是，升降杆46向下延伸，如图2的上下文所示。在本操作中，控制杆最初完全插入，且升降杆46的上端从闩锁104脱开。

[0033] 然后操作CRDM马达44来促使导螺杆40向下平移，从而朝向升降杆46的上端降低闩锁箱102。通过滚珠螺杆(滚珠丝杆)42由CRDM马达44供给的向下的力移动闩锁箱102与内置于CRDM的下部112中的下凸轮连杆110接触。图4和5分别示出了闩锁箱102在接触区114刚刚开始接触下凸轮连杆110的状态的等距视图和侧剖视图。

[0034] 如在图6中看出，持续施加的马达转矩迫使闩锁箱102向下，以便向下按压下凸轮连杆110，导致围绕枢轴点116的旋转动作。此旋转动作升降和平移凸轮棒50进入接合位置，以便凸轮抵抗并关闭闩锁104于闩锁箱102中。

[0035] 单独的保持机构(在图3-6中并没有示出，但其实施例公开在本申请的其他地方)保持凸轮棒50接合，因为闩锁箱102在闩锁接合之后向上平移回来，以便向上提升升降杆46和所连接的控制杆。(要指出的是，控制杆未在图3-6中示出)。

[0036] 图3-6的实施例的这种方法分离CRDM的闩锁致动和长期保持/平移功能，这导致减少操作功率要求。(同样，图3-6仅示出了闩锁启动—长期保持/平移部件的适当实施例描述在本申请中的其他地方。)闩锁启动与长期保持/平移功能的分离简化了闩锁组件，使得更容易制造且成本更低。参照图3-6所述的机械致动的闩锁装置被电操作(假定导螺杆40按照图2由电动CRDM马达44驱动)。在与电操作的保持机构(同样，公开在本申请的其他地方)的组合中，这构成了全电动的CRDM。

[0037] 参考图7-18，对具有自接合凸轮/闩锁系统及电磁保持的CRDM实施例进行说明。在这些CRDM实施例中，四连杆机构被修改成使得在重力作用下四连杆机构操作来向内移动凸轮棒50，以便接合闩锁。这些CRDM实施例还包括仅保持闩锁且不执行接合的保持机构。

[0038] 参考图7，示出了与控制杆组件140组合的CRDM，该控制杆组件经由导(或滚珠)螺杆40通过升降/连接杆46连接到CRDM，其包括马达组件44、经修改的凸轮组件144(带有经修改的四连杆机构)以及闩锁组件148。

[0039] 参考图8，示出了图7的CRDM的放大视图，包括安装在支座45上的马达44、具有修改的四连杆机构的凸轮组件144、闩锁组件148以及可选的位置传感器149。说明性的CRDM还包括在凸轮组件144顶部的电磁体保持系统150。

[0040] 参考图9和10，它们分别示出了处于SCRAM模式(完全插入)和处于正常操作模式(平移或保持控制杆)的CRDM的剖视透视图，CRDM允许控制杆(或控制杆束)140的故障安全SCRAM，而不需要SCRAM导螺杆40。导螺杆/滚珠螺母组件永久地连接到提供轴向平移的电动马达44(仅其中的顶部在图9中是可见的)。控制杆束140经由连接(即升降)杆46和闩锁组件148(参见图7)连接到导螺杆40。如在图9中看出，导螺杆40是中空的，升降杆46装配在导螺杆内径(ID)的内部并且在导螺杆40内自由地垂直平移。具有两个闩锁154(虽然还可以设想三个或更多个闩锁)的闩锁组件由导螺杆/闩锁组件联接部156(例如，安装到导螺杆上端的闩锁壳体)固定到导螺杆40的顶部。当闩锁154与升降杆46接合时，它们将升降杆46联接到导螺杆40(正常操作)，从而使得导螺杆40和升降杆46一起移动。当闩锁154脱开时，它们将升降杆46从导螺杆40释放(被称为SCRAM的事件)。

[0041] 闩锁接合和脱开是通过使用具有被提供用于包括凸轮棒160和凸轮棒连杆162的每个闩锁的四连杆凸轮系统144来实现的。然而，与图2的实施例不同的是，在图7-18的CRDM实施例中，凸轮棒连杆162定向成使得当重力使凸轮棒160向下移动时，四连杆机构动作向内旋转凸轮棒160，从而使闩锁154旋转成与升降杆46接合。由于这种自接合构件，不需要动作来将闩锁154接合到升降杆46(除了操作CRDM马达44来降低闩锁组件148于升降杆46的上端上)，且没有弹簧来偏压闩锁154(相比于图3-6的实施例的弹簧106)。

[0042] 因此，重力足以导致凸轮棒160在升降杆46处于其最低位置(对应于控制杆被完全插入)时凸轮带动闩锁154来接合该升降杆。然而，重力不能够在图7-18的CRDM被操作成通过升降杆46提升控制杆组件140时保持闩锁154接合。因此，提供了单独的保持机构150，其包括电磁体170和磁联接器172，它们每个与凸轮棒160中的相应一个的上端相连。在本文参照图7-18所描述的实施例中，说明性的电磁体保持系统150被引入来保持凸轮棒160且因此闩锁154全面接合用于长期保持和平移操作。当电力从电磁体170移除时(按照图9)，平移组件140、46的重量足以旋转闩锁154和凸轮棒160脱离接合，从而使CRDM进行SCRAM。(术语“平移组件”或类似用语是指升降杆46和包括一组通过支架或三脚架与升降杆46连接的控制杆的控制杆组件140的组合)。虽然在图7-18中描述的电磁体保持机构实施例150是为了说明的目的，但是在本申请的其他地方中，公开了可以取代保持机构150的其他保持机构实施例。

[0043] 在SCRAM事件之后，导螺杆40经由电动CRDM马达被驱动回到其行程的底部。随着闩锁组件接近行程的底部，其通过对连接杆46的上端的锥形表面176的凸轮动作与升降杆46自动地重新接合。相同的自动重新接合动作还可以用于在控制杆卡住而SCRAM无法完成的情况下重新接合。

[0044] 图7-8示出了总体CRDM组件。要指出的是，导螺杆40还可以被称为“滚珠螺杆”，这在螺纹接合采用滚珠螺母(即，与设置在螺纹中的滚珠轴承联接螺母/螺纹)时是等价的术语。图7-18的CRDM的布局类似于参照图2所描述的说明性CRDM。然而，在图7-18的CRDM中，在CRDM顶部的电磁体保持机构150已经取代了图2的CRDM实施例的液压(或螺线管)升降组件56。

[0045] 图9示出了处于全SCRAM模式的图7-18的CRDM，其中滚珠螺杆40和控制杆组件被完全插入。在图9中，仅升降杆46(有时也称为连接杆)的上端是可见的。相反的(如与图2的实施例相比)凸轮连杆定向在凸轮棒160的向下重力重量下导致四连杆机构动作，以向内旋转凸轮棒160充分接合，从而使闩锁154与平移组件的升降杆46(的上端)完全接合。这是正常的自接合凸轮棒位置，其中没有负载从平移组件于闩锁上且没有由电磁体保持机构150施加的电磁体夹持力。

[0046] 图10示出了正常CRDM操作(或是长期保持模式或是控制杆组件在CRDM马达的控制下的平移)。对于此操作条件来说，电磁体170被加电来保持凸轮棒160且因此闩锁154处于完全接合，使得它们可以携带最大的平移组件重量力。如在图10中看出，凸轮棒
160在其中连接有磁性联接器172的凸轮壳体的顶板上方延伸。这些联接器172(在适当的实施例中由410SS磁性材料制成)完成磁回路，以获得最佳的电磁体保持力。

[0047] 图11示出了在SCRAM开始时图7-18的CRDM。闩锁154已经由因平移组件的重量引起的向下力而旋转脱离接合。与凸轮棒160接触的闩锁跟部向外推动凸轮棒，由此允许连接杆进行SCRAM。这个动作是由图11中的力指示180来标明的。图11示出的闩锁154处于地对地(land-on-land)(LOL)位置，刚好越过连接杆46的上端的外径。

[0048] 图12示出了图7-18的CRDM，其中闩锁154和凸轮棒160处于完全脱开的位置。这种定向是非操作位置，其可能会在如果闩锁154在SCRAM期间被平移组件的向下运动向外“踢”时发生。虽然这是具有图7-18的自接合凸轮棒设计的非操作位置，但示出了在闩锁154的内表面与连接杆46之间具有宽松的间隙用于SCRAM可靠性。这在插图图12中示出，其中间隙用d间隙表示。

[0049] 图13示出了用于SCRAM操作的力平衡。在图13中，平移组件的重量表示为WTA，向外推动凸轮棒的力表示为F推，且凸轮棒的重量表示为W凸轮棒。在该说明性设计中，向外推动每个凸轮棒组件用于进行SCRAM所需的最大力(即，所需的最大F推)仅为几磅。凸轮棒组件重量W凸轮棒的这种横向力分量可以通过增加凸轮连杆162的定向角度而尽量减小，例如在某些计算出的设计中最小角度约为70°。一般来说，使凸轮连杆162更长或者以更大的角度(相对于水平)降低为推出凸轮棒而所需的最大力。可用来将每个凸轮棒160向外推动的最小力通过因平移组件的向下重力而引起的闩锁旋转产生。该最小可用力基于平移组件重量WTA减去控制杆通道中的最坏情况假设的机械摩擦阻力和在所有接触表面的最坏情况的摩擦。SCRAM可靠性得到确保，因为用于SCRAM的最小可用力F推比用于SCRAM需要的力要大得多。有利的是，SCRAM完全由重力驱动，而不需要任何其它负载。

[0050] 图14示出了进行正常操作的力平衡。必须在每个闩锁154的跟部施加足够的横向力F保持来为各种操作模式保持平移组件重量WTA。在图7-18的说明性实施例中，该力由CRDM顶部的电磁体保持系统150提供。由于凸轮棒160是自接合的，所以凸轮棒侧载荷减小了所需的电磁力。在控制杆组件的平移期间为保持闩锁接合而在保持磁体170所需的最小保持力F磁基于平移组件重量WTA加上控制杆通道中的最坏情况假设的机械摩擦阻力而被计算出。在所计算出来的设计中，对于所有正常工作条件具有足够的保持力余量。

[0051] 图15示出了在CRDM顶部的电磁体保持系统150的等距视图。图15示出了完全接合的操作配置(上部视图，磁体170或通电或断电)，SCRAM操作配置(中间视图，磁体170断电)，完全脱开的操作配置(底部视图，磁体170断电)。在完全接合模式(上部视图)中，或具有或不具有电磁体保持力，磁性联接器172座落成抵靠着电磁体壳体170。这为凸轮棒160以及为闩锁提供向内止挡，用于完全操作接合。

[0052] 图16示出了与图15A、15B和15C的等距视图相对应的平面视图。从图16中看出，对于所有的操作模式来说，电磁体保持系统150完好地装配在CRDM包络空间内。

[0053] 图17示出了对于完全接合条件而言的电磁体保持系统150的放大剖视图。电磁体170通过反应堆压力容器内部对于高温使用的焊接和封闭而被适当地密封。对于部件来说，一些合适材料如下：对于电磁体170来说，电磁体壳体可以是合金625非磁性材料，电磁体芯可以是410不锈钢磁性材料，电磁体绕组可以是24号铜线；磁体联接器172可以适当地是410 不锈钢磁性材料。采用这些材料设计被预估提供计算出的310lbs的保持力。这些仅是说明性示例，还可以根据反应堆的设计采用其它材料和/或设计基准的保持力。

[0054] 图18示出了闩锁重新接合动作。各视图为：(1)左上视图；(2)顶部中间视图；(3)右上视图；(4)底部左视图；(5)底部中间视图；以及(6)右下视图。在SCRAM事件之后，当希望重新接合时，滚珠螺杆由CRDM马达驱动回到底部。随着闩锁组件到达底部，闩锁154与升降/连接杆46自动重新接合。为此，锥形凸轮表面176被引入到连接杆46的上端部的结构中。随着闩锁组件被驱动回落，闩锁154的内侧表面在连接杆46的顶部上向下滑动，由锥形凸轮表面176克服重力偏压朝向由四连杆机构驱动的关闭而被凸轮带动打开，直到自接合闩锁154卡入到正常接合凹处中。正常操作然后就可以恢复。

[0055] 如图18所示，同样的闩锁自动重新接合动作还可以用来重新接合SCRAM期间被卡住的控制杆(或控制杆边沿)。闩锁组件在卡住杆(或杆边沿)的连接杆46的上端上被向下驱动，直到闩锁154卡入正常接合凹处中。如果期望的是将杆完全插入反应堆堆芯中(如SCRAM事件中的典型情况)，则闩锁组件被滚珠螺杆和马达向下驱动，其中闩锁154向下推动在卡住杆上。在这种情况下，闩锁154的底部表面接触连接杆46中的接合凹处的平坦部。随着施加负载，接触表面的偏心导致闩锁154保持接合而没有任何附加的保持系统。随着马达向下驱动滚珠螺杆，闩锁向里驱动卡住杆。

[0056] 参考图19-22，对用于CRDM的另一保持机构实施例进行了说明。在这方面，图3-6和7-18示出的实施例中闩锁启动和长期保持/平移功能是分开的，从而降低操作功率要求。图3-6示出了闩锁启动的实施例，而图7-18示出了与长期保持/平移功能的实施例150相结合的闩锁启动(自接合凸轮/闩锁系统)的实施例。图19-22示出了长期保持/平移功能的另一实施例，其可以与图3-6的实施例结合使用，或者替代图7-18的实施例的保持机构150。

[0057] 图19示出了图19-22的闩锁保持机构的等距视图，其结合图2-6的凸轮组件即结合凸轮棒50进行操作。图20和图21分别示出了处于脱开位置的闩锁保持机构的侧视图和侧剖视图。图22示出了处于接合位置的闩锁保持机构的侧剖视图。在图19-22中示出的保持机构利用了大的电磁体200，其与磁性吊架202联接，该磁性吊架通过销204与凸轮棒50的上端连接，如图19所示。电磁体200通过支撑柱206与吊架202隔开，该支撑柱从固定到(或形成)凸轮棒组件144的顶部的底板208延伸。由于CRDM由接合机构接合(比如参考图3-6所描述的接合结构，在说明性的图19-22中)，电磁体200被启动，导致吊架202和电磁体200之间的磁吸引，其保持吊架202与电磁体200接触，如图22所示(或者在替代实施例中，与介于电磁体和吊架之间的着陆表面接触)。凸起的吊架棒202经由销204将凸轮棒50保持在它们的提升(即接合)位置。当切断电磁体200的电源时，磁体200和吊架202之间的吸引力被切断，使吊架200和凸轮棒50下降到图20和21所示的脱开位置。吊架202中的销槽210容纳凸轮棒50因四连杆机构的横向运动。图21和22的剖视图说明了电磁体200的铜绕组212。

[0058] 通过分离CRDM的闩锁的闩锁启动和长期保持/平移功能，本文认识到的是，操作功率要求可以得到降低，因为不需要保持机构来实际提升凸轮棒，而仅仅是维持凸轮棒在(不同的)接合机构操作之后处于提升位置。特征的分离简化了保持构件，使得更容易制造且成本更低。

[0059] 参考图23-32，对用于CRDM的另一保持机构实施例进行了说明，其可以与图3-6的实施例结合使用，或者替代图7-18的实施例的保持机构150。图23-25分别示出了处于完全接合位置的保持机构的两个等距视图和平面视图。图26-28分别示出了处于SCRAM位置的保持机构的两个等距视图和平面视图。图29-31分别示出了处于完全脱开位置的保持机构的两个等距视图和平面视图。图23、26和29的等距视图以大约45°的视角示出了包括保持机构的CRDM的顶部区域。图24、27和30的等距视图在大于45°的更倾斜视角示出了包括保持机构的CRDM的顶部区域。

[0060] 图32示出了保持机构的平面视图，其中标记有电磁体保持力F电，用于施加足以保持凸轮棒160的力F凸轮棒。

[0061] 图19-28的保持机构利用具有槽232的水平保持臂230，在凸轮棒160顶部(例如凸轮棒销234)的销234装配在该槽中。当凸轮棒160由接合机构(例如比如参照图3-6所述的接合机构，或图7-18的实施例的自接合凸轮/闩锁系统)移动到接合位置时，各个销槽232中的凸轮棒销234推动支撑臂230以旋转到紧密接近电磁体240的位置。该旋转围绕臂枢轴点242，保持机构的各个部件安装在固定到(或形成)凸轮棒组件144的顶部的底板244上。当功率被施加到电磁体240时，他们吸引并保持由磁性材料制成的臂230。受到约束的臂反过来又通过销槽232中的凸轮棒销234将凸轮棒160保持在接合位置，从而维持闩锁接合。图23-25分别示出了处于此完全接合位置的保持机构的两个替代等距视图和顶视图。

[0062] 参考图26-28(SCRAM模式)和图29-31(完全脱开模式)，当对电磁体240断电时，电磁体240和臂230之间的吸引力被切断，从而允许臂230旋转脱离接合。平移组件的重量足以使闩锁脱开，并且移动凸轮棒160远离(即向外)以便进行SCRAM。在该动作期间，保持臂230自由地移远。

[0063] 特别参照图32，图23-32的保持机构因保持臂230的结构而提供了机械优势。这是由臂枢轴点242、凸轮棒接触点(即凸轮棒销234和销槽232之间的接合)和电磁体保持力接触点(对应于电磁体240的位置)的相对位置来完成的，适当地由磁体240与枢轴点242之间的距离d磁和凸轮棒接触点(大约凸轮棒销234)与枢轴点242之间的距离d销量化的。由于这种机械优势，由电磁体240提供的保持力F电可以减小，以提供用于保持凸轮棒160的给定的力F凸轮棒。这便于使用较小且较不复杂的电磁体作为电磁体240以及使用较低的功率需求进行操作。

[0064] 图23-32的电磁保持机构的结构将根据凸轮棒160和四连杆机构的结构而有所变化。销槽232布置成容纳水平凸轮棒行程，同时提供适当的接合来旋转水平保持臂230。

[0065] 在变型实施例中，磁体被嵌入到保持臂中，以提供增加的保持强度。在一些实施例中，这一增加的力希望足以使得图23-32的保持机构能够执行接合和保持操作，并且例如可以用于取代图2中的实施例的液压提升组件56。

[0066] 回顾前面，图23-25示出了处于完全接合位置的凸轮棒160和保持臂230，在对电磁体240供电之前或通过电磁体240保持或通过外部装置接合(例如，比如参考图3-6所描述的外部装置或图7-18实施例的自接合凸轮/闩锁系统)。图26-28示出了SCRAM模式，其中臂230且因此凸轮棒160对于闩锁来说已经移动得足够，以完全释放连接(即升降)杆和控制杆组件。图29-31示出了完全脱开的位置。由于4连杆机构的动作，凸轮棒160随着它们从接合位置横向移动到脱开位置而上升和下降。这个动作在图24、27和30的等距视图中得到最好地展示。由于保持臂230围绕固定的支柱(枢轴臂点242)枢转，所以销槽232被引入到保持臂230中，以容纳凸轮棒160的上升和下降。这些槽232的尺寸和位置应该被确定成容纳凸轮棒160的上升和下降以及因响应于凸轮棒160上升/下降的四连杆机构动作的凸轮棒160的横向运动。

[0067] 当结合本文中参照图7-18所描述的自接合凸轮/闩锁系统使用时，对于保持臂枢轴点242的所示位置的直接机械优势已经被估计约为4.5:1(对应于图32中的比率dmag/dpin)。然而，在这种机械优势与所需的保持力之间不存在直接关系，因为保持臂230不随着凸轮棒160的崩溃平面拉动。需要与保持臂角度的余弦成比例的力校正。用于本文所示的配置的净效应是2.4:1的有效机械优势。这种力平衡连同有效的机械优势示意性地示于图32。图23-32的保持机构具有由保持臂的结构所提供的机械优势的好处。

[0068] 参考图33-38，对用于CRDM的另一保持机构实施例进行了说明，其可以与图3-6的实施例结合使用，或者替代图7-18实施例的保持机构150。图33-35分别示出了具有处于未闩锁位置的凸轮系统的CRDM的顶部(更具体地，凸轮组件和保持机构的顶部)的以不同视角的两个等距视图和顶视图。图36-38分别示出了包括具有处于闩锁位置的凸轮系统的保持机构的CRDM的顶部的以不同视角的两个等距视图和顶视图。说明性的图33-38示出了与图3-6的实施例组合的保持机构，且因此凸轮棒标记为图33-38中的凸轮棒50。

[0069] 一旦凸轮系统处于接合(即“闩锁”)位置，则图33-38的保持机构就保持凸轮棒50使得它们接合闩锁并且保持连接(即升降)杆的闩锁。图33-38的保持机构包括两个高温磁体260和磁性连杆262，它们在CRDM的顶端连接到两个凸轮棒50中的每一个的上端。
两个罐装的高温电磁体以平行方式被适当地用电线连接。

[0070] 当凸轮系统从非闩锁位置(图33-35)过渡到接合(闩锁)位置(图36-38)时，接合磁性连杆262的凸轮棒50的上端使磁性连杆262围绕枢轴264旋转，使得远离凸轮棒/磁性连杆关节272的磁性连杆262的端部270由凸轮棒50的向内移动而运动成紧密接近电磁体260。当电磁体260被通电时，磁性连杆262的这些远端270保持抵靠着磁体270，并且防止在连杆262的另一端的凸轮棒50移动。这保持闩锁处于闩锁位置。电磁体260的保持功率足以保持凸轮棒50的重量以及由闩锁施加在凸轮棒50上的力。闩锁状态示于替代的等距视图(图36和37)和平面视图(图38)。固定到(或形成)凸轮棒组件的顶部并支撑保持机构部件的底板278中的槽276在未闩锁/闩锁过渡期间容纳凸轮棒50的横向运动。

[0071] 当与图3-6的实施例结合使用时(如图33-38所示)，操作如下。当电磁体260断电时，磁性连杆262与电磁体260脱离，且凸轮棒50在其自身重量下自由下降并摆动到非闩锁位置。在非闩锁位置，凸轮棒50与闩锁脱开，然后闩锁可以旋转脱离与连接杆的接合。当凸轮棒50从闩锁脱开时，闩锁可以由闩锁弹簧106(对于图3-6的实施例来说)旋转脱离与连接杆的接合。因此，在非闩锁位置，凸轮棒50不与闩锁接合，闩锁不与升降杆接合，且平移组件(包括升降杆和所连接的控制杆)然后可以在其自身重量下下降(SCRAM)。图
33-38的保持结构在如果电源中断电磁体260则连杆将因重力而进行SCRAM的意义上是故障安全的。

[0072] 图33-38的保持机构结合图7-18的凸轮布置(自闩锁)的操作是相似的，不同之处在于当电磁体260断电时凸轮棒160不在重力作用下打开，而是由在下降平移组件的升降杆46的上端的凸轮表面凸轮带动打开。(详情请参见图7-18的描述)。此外，电磁体260的断电允许磁性连杆262且因此凸轮棒160自由地移动以执行SCRAM。

[0073] 参考图39-48，对用于CRDM的另一保持机构实施例进行了说明，其可以与图3-6的实施例结合使用，或者替代图7-18实施例的保持机构150。图39-48的实施例示出为结合具有如在图2-6的实施例中定向的凸轮棒和凸轮棒连杆的四连杆机构；因此，在图39-48中，凸轮棒和凸轮棒连杆分别标记为凸轮棒50和凸轮棒连杆52。

[0074] 图39-48的实施例示出了位于凸轮组件下方的变型闩锁机构，其中液压缸300(或者可替换地是电磁螺线管)向上提升升降柱塞或活塞302，以在凸轮棒50的底端接合凸轮棒升降辊304，以便提升凸轮棒50—通过由凸轮棒连杆52所提供的四连杆机构的动作，凸轮棒50的这一提升同时向内移动凸轮棒50来接合闩锁。(通过比较，在参考图2所描述的实施例中，位于凸轮组件上方的液压升降组件56抬起凸轮棒50的上端以接合闩锁)。图39-48的实施例还示出了位于凸轮组件上方的保持机构，其中固定到(或形成)凸轮棒组件的顶部的底板308支撑保持机构部件。

[0075] 图39示出了凸轮组件的示意性侧视图，其中升降系统(包括结合凸轮棒升降辊304的电磁螺线管或液压缸300和活塞302)未被启动且保持机构(示意性地示出在倾斜视图中)也未被启动。图40示出了与图39相对应的未被启动的保持机构。图41示出了凸轮组件的示意性侧视图，其中升降系统被启动，保持机构仍未被启动。图42示出了与图41相对应的未被启动的保持机构的顶视图。图43示出了其中升降系统和保持机构都被启动的凸轮组件的示意性侧视图，图44示出了启动的保持机构的相应顶视图。图45示出了其中升降系统未被启动且保持机构仍被启动的凸轮组件的示意性侧视图，以及图46示出了启动的保持机构的相应顶视图。图47和48示出了保持机构的几何面貌。

[0076] 图39-48的实施例的保持机构保持四连杆机构凸轮系统50、52在杆平移和保持功能期间处于接合位置，并且在随后未被启动时提供SCRAM功能。其还在结构上内化为保持闩锁处于接合位置所需的凸轮棒保持力的大部分，并且利用机械优势来尽量减少剩余的保持力，从而导致结构上有效的单元。

[0077] 图39和40示出了处于未被启动状态的保持机构(以及图39中的相关升降系统)。保持机构包括旋转保持棒310、保持螺线管312(其中螺线管312的壳体是可见的)、保持螺线管柱塞314以及保持棒辊316，该保持机构位于凸轮棒组件的顶部或底板308。图39和
40示出了在起动时未被启动的保持机构。在起动前，包括电磁螺线管或液压缸300和升降柱塞或活塞302的升降系统(电磁螺线管或液压)同样未被启动。因此，闩锁不由四杆凸轮系统50、52接合，使得连接杆及连接的控制杆处于完全插入的位置。如在图40的顶视图中最佳示出，在四连杆机构50、52的非闩锁状态，凸轮棒50处于其外侧位置(即，向外移动并远离闩锁)。还要注意的是，底板308包括槽，以容纳凸轮棒50的上端在其内侧(即移入)和外侧(即移出)的水平位置之间运动。

[0078] 参考图41和42，在启动升降系统(图41所示)时，升降柱塞或活塞302通过与凸轮棒升降辊304接触来将凸轮棒50提升到闩锁接合位置。在升降机构的初始接合，保持机构仍未被启动，如图图41和42所示。由于启动了升降系统，闩锁现在与静止不动的连接杆接合，其中所连接的控制杆处于完全插入的位置。如在图42中最佳示出，凸轮棒50的提升还通过四连杆机构的动作将凸轮棒50移动到其内侧位置，该向内运动就是接合闩锁，正如参照图2-6的实施例所进行的更详细说明。

[0079] 参考图43和44，紧随升降系统的启动，保持机构的保持螺线管312被启动，从而扩展螺线管柱塞314，这使得保持棒310随着底板308而围绕保持棒310的枢转接合318旋转。在螺线管柱塞314的完全伸展，保持棒辊316旋转到凸轮棒50的上极端(即上端)后面的位置(再次指出，凸轮棒50的上端突出穿过底板308中的槽)，以便在保持容量中起作用。要指出的是，保持螺线管312围绕将螺线管312固定在底板308上的支柱座320自由旋转。还要指出的是，螺线管柱塞314被销连接到保持棒310，其提供旋转自由度用于操作。所有相关部件在该操作阶段的相对定向被示出在图43和44中。

[0080] 参考图45和46，保持机构被启动，升降系统可以未被启动，保持系统此后保持闩锁接合。在未启动升降系统时，升降柱塞或活塞302被释放，因此不再(底部)支撑凸轮棒50。在这一点上，凸轮棒50仅由保持机构保持在接合位置。四杆凸轮系统50、52现在由保持机构保留连接杆的长期保留。

[0081] 参考图47，在保持棒310的旋转中心与凸轮棒50(的上端)和保持棒辊316之间的接触力的作用线之间存在偏心E接触。该偏心E接触在由保持螺线管312施加的力被移除时导致保持杆310上的力矩不平衡。在保持螺线管312的功率损失时的该力矩不平衡是用于快速旋转保持棒310和所连接的辊316不接触凸轮棒50的驱动机构—导致进行SCRAM(连接杆的快速释放)。为了在凸轮棒50的接触表面上创建保持棒辊316的平滑滚动作用，将接触表面的轮廓确定至滚动接触点的圆弧。

[0082] 继续参照图47并进一步参照图48，保持机构的所需的低功耗是该单元的显著机械优势的产物。相对于保持棒310的枢转中心，保持螺线管柱塞314的力矩臂E柱塞比在保持棒辊316的凸轮棒50的接触力的力矩臂要大得多，如图47和48所示。因此，由保持螺线管312所需的力显著小于支撑连接杆负载所需的闩锁到凸轮棒的接触力。进一步的优势在于，与通过保持棒310反作用的载荷相等且相反的凸轮棒保持力大部分的内化通过保持机构的其余部分消除了力反作用，从而导致结构上有效的单元。

[0083] 如前所述，参考图39-48所描述的保持机构分离闩锁启动和长期保持/平移功能，导致减少操作功率要求。保持机构在杆平移和保持功能期间保持四连杆机构凸轮系统处于接合位置，并且在随后不被启动时提供SCRAM功能。其同样在结构上内化保持闩锁处于接合位置所需的凸轮棒保持力的大部分，并且利用机械优势来尽量减少剩余的保持力，从而导致结构上有效的单元。

[0084] 参考图49-52，对用于CRDM的另一保持机构实施例进行了说明，其可以与图3-6的实施例结合使用，或者替代图7-18实施例的保持机构150。图49示出了包括保持机构的CRDM的顶部区域的等距视图，其中垂直连杆被接合以提升凸轮棒。图50示出了其中垂直连杆脱开以允许凸轮棒下降的相应的等距视图。图51对应于图49的接合视图，但包括局部剖开，类似地，图52对应于图50的脱开视图，但包括局部剖开。

[0085] 图49-52的闩锁保持机构利用一种垂直连杆系统，其包括连接到吊架342的垂直连杆340，该吊架设置在图7-18的凸轮棒160(的上端)之间(如图所示；或者可替代的是图2-6的凸轮棒50)，并且(在图49和51所示的接合位置)由电磁体344保持在接合位置。当凸轮棒160由单独的闩锁接合机构移动到接合位置时(例如，如图3-6的实施例或图7-18的实施例)，其会导致吊架342向上移动，这反过来又将垂直连杆340提升至水平驱动构件348紧密接近电磁体344的位置。当功率被施加到电磁体344时，他们吸引并保持嵌入到水平驱动构件348中的磁体。(可替代地，水平构件348可以由钢或其它铁磁材料制成，但不包括磁体)。受约束的垂直连杆340反过来又将吊架342且因此凸轮棒160保持在接合位置，并由此保持闩锁接合。

[0086] 当对电磁体344断电时，电磁体344和水平驱动构件348之间的吸引力被切断，从而使垂直连杆340下降脱离接合，如在图50和52中看出。平移组件的重量足以脱开闩锁，并且将凸轮棒160移开以便进行SCRAM。在该动作中，连杆系统自由地向下移开。

[0087] 概括来说，图49和50以约45°的视角分别示出了接合和脱开状态的CRDM的顶部区域的等距视图。图49示出了处于完全接合(全向上)位置的垂直连杆系统，或由电磁体344保持或在对电磁体供电之前由外部装置接合。对于SCRAM模式，如图50所示，连杆系统已对闩锁完全向下移动以完全释放连接杆和控制杆组件。

[0088] 图51和52分别示出了接合和脱开状态的CRDM的顶部区域的等距剖视图。图51示出了处于完全接合(全向上)位置的垂直连杆系统，或由电磁体344保持或在对电磁体344供电之前由外部装置接合。图52示出了处于全向下(SCRAM)位置的连杆系统。

[0089] 在说明性实施例中，处于完全接合位置(图49和51)的垂直连杆340的最小角度被设定为约10°，这预期确保足够的SCRAM可靠性范围。在脱开位置(图50和52)，垂直连杆340崩溃至该说明性实施例中的约40°的最大角度。

[0090] 参照图49-52所描述的闩锁保持机构提供了因连杆系统的结构所带来的机械优势。这是由于同水平驱动构件348相比的垂直连杆340长度的相对位置和尺寸。另外，嵌入在水平臂348中的永久磁体提供增加的保持力。对于本公开的垂直连杆系统的真实机械优势被计算为在最小连杆角度的2.9:1。然而，当添加每个连杆组件的假设的永磁力时，有效的机械优势更高，估计更接近4.0:1。由于这种机械优势，电磁体所需要的所需保持力减小。这导致较小的、较不复杂的电磁体以及用于进行操作的较低的功率需求。

[0091] 已经对包括优选实施例的示例性实施例进行了说明。尽管已经示出并详细描述了具体实施例来说明本发明及方法的应用和原理，但要理解的是，这并不意味着本发明受限于此，且本发明还可以在不脱离这些原则的情况下以其他方式得到体现。在本发明的一些实施例中，本发明的某些特征有时还可以有利地使用，而不相应地使用其它特征。因此，所有这些变化和实施例适当地落入以下权利要求的范围之内。显然，对于本领域技术人员来说，在阅读并理解了前述的详细描述之后，可以进行修改和变更。所希望的是，本发明应被解释为包括所有这些修改和变更，前提是只要它们落入所附权利要求或其等同物的范围之内。

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