BR112020011113B1 - ROTATION APPARATUS USABLE WITH A CONTROL CYLINDER IN A NUCLEAR ENVIRONMENT - Google Patents
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Abstract
Um aparelho de rotação é utilizável com um cilindro de controle em um ambiente nuclear. O cilindro de controle está situado em um eixo que é rotativo em torno de um eixo geométrico de rotação horizontal, e o cilindro de controle inclui uma porção absorvente e uma porção refletora. O aparelho de rotação inclui um mecanismo de rotação que está estruturado para aplicar ao eixo em uma posição operacional uma força que enviesa o eixo para girar em direção a uma posição de desligamento, com a força sendo resistida por um motor para reter o eixo na posição operacional quando o motor é alimentado. A força não é resistida quando o motor não é alimentado. O aparelho de rotação inclui adicionalmente um sistema de gerenciamento de rotação que controla a rotação do eixo.A rotating apparatus is usable with a control cylinder in a nuclear environment. The control cylinder is situated on an axis that is rotatable about a horizontal axis of rotation, and the control cylinder includes an absorbing portion and a reflecting portion. The rotation apparatus includes a rotation mechanism that is structured to apply to the shaft in an operating position a force that biases the shaft to rotate toward an off position, with the force being resisted by a motor to retain the shaft in the position. operational when the engine is powered. The force is not resisted when the engine is not powered. The rotation apparatus additionally includes a rotation management system that controls the rotation of the shaft.
Description
[001] O conceito descrito e reivindicado refere-se geralmente a equipamentos de geração de energia nuclear e, mais particularmente, a um aparelho de rotação utilizável em conjunto com um cilindro de controle que é usado em um ambiente nuclear.[001] The described and claimed concept generally refers to nuclear power generation equipment and, more particularly, to a rotating apparatus usable in conjunction with a control cylinder that is used in a nuclear environment.
[002] Inúmeros tipos de reatores de fissão nuclear são conhecidos na técnica relevante. Como uma questão geral, esses reatores nucleares incluem um vaso de reator dentro do qual está situada uma quantidade de material físsil e várias estruturas de controle que controlam a reatividade da reação de fissão nuclear. Em certos tipos de reatores nucleares, hastes de controle são providas como as estruturas de controle. Tais hastes de controle são recebidas por distâncias variáveis no material físsil, em que as hastes funcionam como dispositivos absorvedores que reduzem progressivamente a reatividade da reação de fissão à medida que as hastes são recebidas no material físsil.[002] Numerous types of nuclear fission reactors are known in the relevant art. As a general matter, these nuclear reactors include a reactor vessel within which a quantity of fissile material is situated and various control structures that control the reactivity of the nuclear fission reaction. In certain types of nuclear reactors, control rods are provided as the control structures. Such control rods are received at varying distances into the fissile material, where the rods function as absorbing devices that progressively reduce the reactivity of the fission reaction as the rods are received into the fissile material.
[003] Outro tipo de estrutura de controle é um cilindro de controle que tem um formato aproximadamente cilíndrico e que está situado em um eixo pivotante. O cilindro de controle inclui uma porção refletora e uma porção absorvente. O eixo é rotativo em torno de um eixo geométrico de rotação para fazer com que a porção do refletor fique voltada para um núcleo do ambiente nuclear em um estado operacional do ambiente nuclear. O eixo é girado em torno do eixo geométrico de rotação para fazer com que a porção absorvente fique voltada para o núcleo, resultando em uma condição de desligamento do reator. Por exemplo, a porção do refletor reflete os nêutrons de volta ao núcleo no estado operacional, e a porção do refletor absorve os nêutrons no estado de desligamento. Embora os cilindros de controle desse tipo tenham sido geralmente eficazes para os propósitos pretendidos, eles não têm sido sem limitação.[003] Another type of control structure is a control cylinder that has an approximately cylindrical shape and is located on a pivot axis. The control cylinder includes a reflective portion and an absorbent portion. The axis is rotatable about a geometric axis of rotation to cause the reflector portion to face a core of the nuclear environment in an operational state of the nuclear environment. The shaft is rotated around the geometric axis of rotation to cause the absorbent portion to face the core, resulting in a reactor shutdown condition. For example, the reflector portion reflects neutrons back to the nucleus in the operating state, and the reflector portion absorbs neutrons in the off state. Although control cylinders of this type have generally been effective for their intended purposes, they have not been without limitation.
[004] Esses cilindros de controle são tipicamente rotacionados por motores de passo que requerem energia elétrica para operar. Em uma situação em que um desligamento de emergência do reator é desejado, uma ausência de energia elétrica para operar os motores de passo para mover os cilindros de controle para as posições de desligamento pode resultar potencialmente em uma situação catastrófica. Além disso, no caso do ambiente nuclear ser capaz de ser transportado fisicamente de um local para outro, é desejável garantir que a porção absorvente do cilindro de controle esteja voltada para o núcleo, a fim de evitar uma possível partida não intencional do reator. Tal partida não intencional do reator poderia potencialmente ocorrer se a porção refletora do cilindro de controle fosse inadvertidamente reposicionada para ficar total ou parcialmente voltada para o núcleo. Enquanto os motores de passo que controlam os cilindros de controle normalmente podem manter uma orientação do cilindro de controle, de modo que a porção do refletor fique voltada para longe do núcleo, esse controle pode potencialmente ser perdido se qualquer desses motores de passo perder energia elétrica e o transporte do ambiente nuclear de um local para outro aumenta um potencial significativo de uma perda de energia elétrica. Portanto, seriam desejáveis melhorias.[004] These control cylinders are typically rotated by stepper motors that require electrical power to operate. In a situation where an emergency shutdown of the reactor is desired, an absence of electrical power to operate the stepper motors to move the control cylinders to the shutdown positions could potentially result in a catastrophic situation. Furthermore, in the event that the nuclear environment is capable of being physically transported from one location to another, it is desirable to ensure that the absorbent portion of the control cylinder faces the core in order to prevent possible unintentional start-up of the reactor. Such unintentional starting of the reactor could potentially occur if the reflective portion of the control cylinder was inadvertently repositioned to face wholly or partially toward the core. While the stepper motors that control the control cylinders can normally maintain a control cylinder orientation such that the reflector portion faces away from the core, this control can potentially be lost if any of these stepper motors lose electrical power. and the transport of the nuclear environment from one location to another increases the significant potential for a loss of electrical energy. Therefore, improvements would be desirable.
[005] Um aparelho de rotação aprimorado é utilizável com um cilindro de controle em um ambiente nuclear. O cilindro de controle está situado em um eixo que é rotativo em torno de um eixo geométrico de rotação horizontal, e o cilindro de controle inclui uma porção absorvente e uma porção refletora. O aparelho de rotação inclui um mecanismo de rotação que está estruturado para aplicar ao eixo em uma posição operacional uma força que enviesa o eixo para girar em direção a uma posição de desligamento, com a força sendo resistida por um motor para reter o eixo na posição operacional quando o motor é alimentado. A força não é resistida quando o motor não é alimentado. O aparelho de rotação inclui adicionalmente um sistema de gerenciamento de rotação que controla a rotação do eixo.[005] An improved rotation apparatus is usable with a control cylinder in a nuclear environment. The control cylinder is situated on an axis that is rotatable about a horizontal axis of rotation, and the control cylinder includes an absorbing portion and a reflecting portion. The rotation apparatus includes a rotation mechanism that is structured to apply to the shaft in an operating position a force that biases the shaft to rotate toward an off position, with the force being resisted by a motor to retain the shaft in the position. operational when the engine is powered. The force is not resisted when the engine is not powered. The rotation apparatus additionally includes a rotation management system that controls the rotation of the shaft.
[006] Por conseguinte, um aspecto do conceito descrito e reivindicado é prover um aparelho de rotação que seja operável no caso de uma falha de energia elétrica para mover um cilindro de controle de uma posição operacional para uma posição de desligamento.[006] Therefore, one aspect of the described and claimed concept is to provide a rotating apparatus that is operable in the event of an electrical power failure to move a control cylinder from an operational position to a shutdown position.
[007] Outro aspecto do conceito descrito e reivindicado é prover um aparelho de rotação que mova rapidamente o cilindro de controle para a posição de desligamento na ausência de energia elétrica.[007] Another aspect of the described and claimed concept is to provide a rotating device that quickly moves the control cylinder to the shutdown position in the absence of electrical power.
[008] Outro aspecto do conceito descrito e reivindicado é prover um aparelho de rotação que adicionalmente possa reter o cilindro de controle na posição de desligamento quando o ambiente nuclear estiver sendo transportado de um local para outro e na ausência de energia elétrica em tal situação.[008] Another aspect of the described and claimed concept is to provide a rotating apparatus that can additionally retain the control cylinder in the shutdown position when the nuclear environment is being transported from one location to another and in the absence of electrical power in such a situation.
[009] Por conseguinte, um aspecto do conceito descrito e reivindicado é prover um aparelho de rotação melhorado utilizável com um cilindro de controle em um ambiente nuclear, o cilindro de controle tendo um eixo que é rotativo em torno de um eixo geométrico de rotação que é horizontal, uma porção refletora situada no eixo, uma porção absorvente situada no eixo e um motor que, quando alimentado, é operável para mover o eixo entre uma posição operacional em que a porção refletora está voltada para um núcleo do ambiente nuclear e uma posição de desligamento em que a porção absorvente está voltada em direção ao núcleo. O aparelho de rotação pode ser geralmente indicado como incluindo um mecanismo de rotação que está estruturado para aplicar ao eixo na posição operacional uma força que está estruturada para girar o eixo em direção à posição de desligamento, sendo a força resistida pelo motor para reter o eixo na posição operacional quando o motor é alimentado, a força que não está sendo resistida quando o motor não é alimentado e um sistema de gerenciamento de rotação estruturado para resistir à rotação do eixo quando o eixo está na posição de desligamento.[009] Therefore, one aspect of the described and claimed concept is to provide an improved rotation apparatus usable with a control cylinder in a nuclear environment, the control cylinder having an axis that is rotatable about a geometric axis of rotation that is horizontal, a reflecting portion situated on the shaft, an absorbing portion situated on the shaft, and a motor which, when powered, is operable to move the shaft between an operating position in which the reflecting portion faces a core in the nuclear environment and a position switch-off switch in which the absorbent portion faces toward the core. The rotating apparatus may generally be indicated as including a rotating mechanism that is structured to apply to the shaft in the operating position a force that is structured to rotate the shaft toward the off position, the force being resisted by the motor to retain the shaft. in the operating position when the motor is powered, the force that is not being resisted when the motor is not powered, and a rotation management system structured to resist rotation of the shaft when the shaft is in the off position.
[0010] Outros aspectos do conceito descrito e reivindicado são providos por um sistema de gerenciamento de rotação melhorado que é utilizável com um cilindro de controle em um ambiente nuclear, o cilindro de controle tendo um eixo que é rotativo em torno de um eixo geométrico de rotação que é horizontal, uma porção refletora situada no eixo, uma porção absorvente situada no eixo e um motor que, quando alimentado, é operável para mover o eixo entre uma posição operacional em que a porção refletora está voltada para um núcleo do ambiente nuclear e uma posição de desligamento em que a porção absorvedora está voltada em direção ao núcleo. O sistema de gerenciamento de rotação pode ser geralmente declarado como incluindo um atuador, um parafuso que está situado no atuador e o atuador sendo operável para mover o parafuso entre um primeiro local engatado com o eixo na posição de desligamento e um segundo local desengatado do eixo, o parafuso na primeira posição sendo estruturado para resistir à rotação do eixo.[0010] Other aspects of the described and claimed concept are provided by an improved rotation management system that is usable with a control cylinder in a nuclear environment, the control cylinder having an axis that is rotatable about a geometric axis of rotation that is horizontal, a reflecting portion situated on the shaft, an absorbing portion situated on the shaft, and a motor which, when powered, is operable to move the shaft between an operating position in which the reflecting portion faces a core of the nuclear environment and an off position in which the absorber portion faces toward the core. The rotation management system may be generally stated to include an actuator, a screw being situated on the actuator, and the actuator being operable to move the screw between a first location engaged with the shaft in the off position and a second location disengaged from the shaft. , the screw in the first position being structured to resist shaft rotation.
[0011] Um entendimento adicional do conceito descrito e reivindicado pode ser obtido a partir da seguinte Descrição, quando lida em conjunto com os desenhos anexos, nos quais: a Fig. 1 é uma vista em perspectiva de um aparelho cilíndrico de controle aprimorado tendo um aparelho de rotação aprimorado de acordo com uma primeira modalidade do conceito descrito e reivindicado, com o aparelho cilíndrico de controle estando em uma posição operacional; a Fig. 2 é uma vista semelhante à Fig. 1, exceto representando o aparelho cilíndrico de controle em uma posição de desligamento; a Fig. 3 é uma vista de uma porção do aparelho cilíndrico de controle da Fig. 1; a Fig. 4 é uma vista semelhante à Fig. 3, exceto representando a porção do aparelho cilíndrico de controle na posição de desligamento; a Fig. 5 é uma vista de outra porção do aparelho cilíndrico de controle da Fig. 1; a Fig. 6 é uma vista semelhante à Fig. 5, exceto representando a outra porção do aparelho cilíndrico de controle na posição de desligamento; a Fig. 7 é uma vista em perspectiva de outro aparelho cilíndrico de controle melhorado tendo um aparelho de rotação melhorado de acordo com uma segunda modalidade do conceito descrito e reivindicado, com o aparelho cilíndrico de controle estando em uma posição operacional; a Fig. 8 é uma vista de uma porção do outro aparelho cilíndrico de controle da Fig. 7; a Fig. 9 é uma vista semelhante à Fig. 8, exceto representando a porção do outro aparelho cilíndrico de controle em uma posição de desligamento; a Fig. 10 é uma vista de outra porção do outro aparelho cilíndrico de controle da Fig. 7; e a Fig. 11 é uma vista semelhante à Fig. 10, exceto representando a outra porção do outro aparelho cilíndrico de controle em uma posição de desligamento.[0011] A further understanding of the described and claimed concept can be obtained from the following Description, when read in conjunction with the accompanying drawings, in which: Fig. 1 is a perspective view of an improved cylindrical control apparatus having a improved rotation apparatus according to a first embodiment of the described and claimed concept, with the cylindrical control apparatus being in an operational position; Fig. 2 is a view similar to Fig. 1, except representing the cylindrical control apparatus in a shutdown position; Fig. 3 is a view of a portion of the cylindrical control apparatus of Fig. 1; Fig. 4 is a view similar to Fig. 3, except representing the portion of the cylindrical control apparatus in the shutdown position; Fig. 5 is a view of another portion of the cylindrical control apparatus of Fig. 1; Fig. 6 is a view similar to Fig. 5, except representing the other portion of the cylindrical control apparatus in the off position; Fig. 7 is a perspective view of another improved cylindrical control apparatus having an improved rotational apparatus in accordance with a second embodiment of the described and claimed concept, with the cylindrical control apparatus being in an operational position; Fig. 8 is a view of a portion of the other cylindrical control apparatus of Fig. 7; Fig. 9 is a view similar to Fig. 8, except representing the portion of the other cylindrical control apparatus in a shutdown position; Fig. 10 is a view of another portion of the other cylindrical control apparatus of Fig. 7; and Fig. 11 is a view similar to Fig. 10, except depicting the other portion of the other cylindrical control apparatus in a shut-off position.
[0012] Números semelhantes referem-se a partes semelhantes em todo o relatório descritivo.[0012] Similar numbers refer to similar parts throughout the specification.
[0013] Um aparelho de rotação melhorado 4 de acordo com uma primeira modalidade do conceito descrito e reivindicado é representado nas Figs. 1 e 2 como parte de um aparelho de controle cilíndrico melhorado 6. O aparelho cilíndrico de controle 6 é uma parte de um ambiente nuclear 8, como pode incluir um reator nuclear, uma usina nuclear, a título de exemplo e sem limitação.[0013] An improved rotation apparatus 4 according to a first embodiment of the described and claimed concept is represented in Figs. 1 and 2 as part of an improved cylindrical control apparatus 6. The cylindrical control apparatus 6 is a part of a nuclear environment 8, as may include a nuclear reactor, a nuclear power plant, by way of example and without limitation.
[0014] Como pode ser entendido a partir das Figs. 1 e 2, pode-se dizer que o aparelho cilíndrico de controle 6 inclui, além do aparelho de rotação 4, um cilindro de controle 10 e um eixo 12 sobre o qual o cilindro de controle 10 está situado. O ambiente nuclear 8 inclui um suporte 14 sobre o qual o eixo 12 é disposto de forma rotativa. Pode-se dizer que o cilindro de controle 10 inclui uma porção refletora 16 que está configurada para refletir nêutrons no ambiente nuclear 8 e uma porção absorvente 18 que está configurada para absorver nêutrons no ambiente nuclear 8. O eixo 12 é rotativo em torno de um eixo geométrico de rotação 20 pela operação de um motor de passo 24 que está conectado entre o suporte 14 e o eixo 12.[0014] As can be understood from Figs. 1 and 2, it can be said that the cylindrical control apparatus 6 includes, in addition to the rotation apparatus 4, a control cylinder 10 and an axis 12 on which the control cylinder 10 is situated. The core environment 8 includes a support 14 upon which the shaft 12 is rotatably disposed. The control cylinder 10 may be said to include a reflecting portion 16 which is configured to reflect neutrons in the nuclear environment 8 and an absorbing portion 18 which is configured to absorb neutrons in the nuclear environment 8. The axis 12 is rotatable about a geometric axis of rotation 20 by the operation of a stepper motor 24 which is connected between the support 14 and the axis 12.
[0015] O motor de passo 24 é eletricamente operável para girar o eixo 12 e o cilindro de controle 10 situado no mesmo entre uma posição operacional, como é representada geralmente na Fig. 1, e uma posição de desligamento, como é representada geralmente na Fig. 2. Na posição operacional da Fig. 1, a porção refletora 16 fica geralmente voltada para um núcleo 22 do ambiente nuclear 8 e, assim, aumenta a reatividade da reação de fissão no núcleo 22. Na posição de desligamento da Fig. 2, a porção absorvedora 18 fica geralmente voltada para o núcleo 22 e absorve nêutrons para reduzir a reatividade da reação de fissão.[0015] The stepper motor 24 is electrically operable to rotate the shaft 12 and the control cylinder 10 located thereon between an operating position, as is generally represented in Fig. 1, and a shutdown position, as is generally represented in Fig. Fig. 2. In the operating position of Fig. 1, the reflecting portion 16 generally faces a core 22 of the nuclear environment 8 and thus increases the reactivity of the fission reaction in the core 22. In the off position of Fig. 2 , the absorber portion 18 generally faces the nucleus 22 and absorbs neutrons to reduce the reactivity of the fission reaction.
[0016] O aparelho cilíndrico de controle 6 inclui o motor de passo 24 mencionado acima e inclui adicionalmente um codificador 27 que está conectado ao motor de passo 24 ou ao eixo 12 e que emite uma série de pulsos que são representativos do movimento de rotação do eixo 12 em torno do eixo geométrico de rotação 20. Os pulsos são detectados por um sistema de controle do aparelho cilíndrico de controle 6, a fim de verificar continuamente a posição rotacional do cilindro de controle 10 em relação ao núcleo 22 e/ou em relação a outras estruturas.[0016] The cylindrical control apparatus 6 includes the stepper motor 24 mentioned above and additionally includes an encoder 27 which is connected to the stepper motor 24 or shaft 12 and which outputs a series of pulses that are representative of the rotational movement of the axis 12 around the geometric axis of rotation 20. The pulses are detected by a control system of the cylindrical control apparatus 6 in order to continuously check the rotational position of the control cylinder 10 relative to the core 22 and/or relative to other structures.
[0017] Na modalidade exemplar representada, o eixo geométrico de rotação 20 é orientado ao longo da direção horizontal, como é indicado no número 26. Entende-se que a direção horizontal 26 é perpendicular à direção vertical, como é indicado no número 28.[0017] In the exemplary embodiment represented, the geometric axis of rotation 20 is oriented along the horizontal direction, as indicated in number 26. It is understood that the horizontal direction 26 is perpendicular to the vertical direction, as indicated in number 28.
[0018] Pode-se dizer que o aparelho de rotação 4 inclui um mecanismo de rotação 30 e um sistema de gerenciamento de rotação 32. Como será estabelecido em mais detalhes abaixo, o mecanismo de rotação 30 aplica uma força ao eixo 12 na posição operacional para enviesar o eixo em direção à posição de desligamento. A força é resistida pelo motor de passo 24 quando o motor de passo 24 é energizado. Quando o motor de passo 24 é desenergizado, como no caso de uma falha de energia elétrica no motor de passo 24, a força que é aplicada pelo mecanismo de rotação 30 ao eixo 12 não é mais resistida pelo motor de passo 24 e, assim, a força gira o eixo 12 da posição operacional da Fig. 1 em direção à posição de desligamento da Fig. 2. Embora a palavra “força” tenha sido usada neste documento, entende-se que essa força está sendo aplicada ao eixo 12 que é rotativo e, portanto, entende- se que a palavra “força” pode ser usada de forma intercambiável com a palavra “torque” em o contexto do eixo rotativo 12, na medida em que a força está sendo aplicada a uma distância do eixo geométrico de rotação 20, o que resultará em um torque sendo aplicado ao eixo 12.[0018] The rotation apparatus 4 can be said to include a rotation mechanism 30 and a rotation management system 32. As will be established in more detail below, the rotation mechanism 30 applies a force to the shaft 12 in the operating position to bias the shaft toward the off position. Force is resisted by the stepper motor 24 when the stepper motor 24 is energized. When the stepper motor 24 is de-energized, as in the case of an electrical power failure in the stepper motor 24, the force that is applied by the rotation mechanism 30 to the shaft 12 is no longer resisted by the stepper motor 24 and thus The force rotates the shaft 12 from the operating position of Fig. 1 toward the shutdown position of Fig. 2. Although the word “force” has been used in this document, it is understood that this force is being applied to the shaft 12 which is rotary and therefore it is understood that the word “force” can be used interchangeably with the word “torque” in the context of the rotary axis 12, insofar as the force is being applied at a distance from the geometric axis of rotation 20, which will result in a torque being applied to shaft 12.
[0019] Como será estabelecido em mais detalhes abaixo, pode-se dizer que o sistema de gerenciamento de rotação 32 inclui um iniciador de rotação 34, um freio de corrente de Foucault 36 e uma trava 38. Como também será estabelecido em mais detalhes abaixo, o iniciador de rotação 34 inicia o movimento rotacional do eixo 12 para longe da posição operacional que é representada geralmente nas Figs. 1, 3 e 5. O freio de corrente de Foucault 36 controla a velocidade rotacional do eixo 12 quando o eixo 12 se aproxima da posição de desligamento. A trava 38 resiste à rotação do eixo 12 para longe da posição de desligamento.[0019] As will be established in more detail below, the rotation management system 32 can be said to include a rotation starter 34, an eddy current brake 36 and a lock 38. As will also be established in more detail below , the rotation initiator 34 initiates the rotational movement of the shaft 12 away from the operating position that is generally depicted in Figs. 1, 3 and 5. The eddy current brake 36 controls the rotational speed of shaft 12 as shaft 12 approaches the off position. Latch 38 resists rotation of shaft 12 away from the off position.
[0020] Como pode ser entendido nas Figs. 1 a 4, pode-se dizer que o mecanismo de rotação 30 inclui um peso 40 tendo um centro de gravidade 42 que é espaçado do eixo geométrico de rotação 20. O peso 40 é fixado ao eixo 12 e, assim, move-se com o eixo 12 entre as posições operacional e de desligamento. Na medida em que o centro de gravidade 42 está espaçado do eixo geométrico de rotação 20, o peso 40 pode ser referido como um contrapeso que aplica um torque ao eixo 12 por operação de gravidade, dependendo da posição do centro de gravidade 42 em relação ao eixo geométrico de rotação 20. Por exemplo, quando o centro de gravidade 42 está situado diretamente na vertical acima do eixo geométrico de rotação 20, como é representado nas Figs. 1 e 3, que é quando o eixo 12 está na posição operacional, o peso 40 no máximo apenas aplica uma força verticalmente descendente no eixo 12 sem aplicar um torque ao eixo 12. Em tal condição, pode-se dizer que o peso 40 está situado em um estado de equilíbrio acima do eixo geométrico de rotação 20. No entanto, quando o centro de gravidade 42 está em qualquer outro lugar que não seja situado verticalmente acima do eixo geométrico de rotação 20, a distância ao longo da direção horizontal 26 entre o eixo geométrico de rotação 20 e o centro de gravidade 42 é a distância do eixo geométrico de rotação 20 no qual o peso 40 é aplicado ao eixo 12 para resultar em um torque sendo aplicado ao eixo 12.[0020] As can be understood from Figs. 1 to 4, it can be said that the rotation mechanism 30 includes a weight 40 having a center of gravity 42 that is spaced from the geometric axis of rotation 20. The weight 40 is fixed to the axis 12 and thus moves with axis 12 between the operational and shutdown positions. To the extent that the center of gravity 42 is spaced from the geometric axis of rotation 20, the weight 40 can be referred to as a counterweight that applies a torque to the axis 12 by operation of gravity, depending on the position of the center of gravity 42 relative to the geometric axis of rotation 20. For example, when the center of gravity 42 is situated directly vertically above the geometric axis of rotation 20, as depicted in Figs. 1 and 3, which is when the shaft 12 is in the operating position, the weight 40 at most only applies a vertically downward force on the shaft 12 without applying a torque to the shaft 12. In such a condition, it can be said that the weight 40 is situated in a state of equilibrium above the geometric axis of rotation 20. However, when the center of gravity 42 is anywhere other than situated vertically above the geometric axis of rotation 20, the distance along the horizontal direction 26 between the geometric axis of rotation 20 and the center of gravity 42 is the distance from the geometric axis of rotation 20 at which the weight 40 is applied to the axis 12 to result in a torque being applied to the axis 12.
[0021] O iniciador de rotação 34 provê assim uma rotação inicial do eixo 12 para longe da posição operacional das Figs. 1 e 3 para iniciar a rotação do eixo 12 da posição operacional em direção à posição de desligamento, no caso de ser necessário um desligamento quando o motor de passo 24 estiver em uma condição sem alimentação. Mais especificamente, e como pode ser entendido nas Figs. 3 e 4, o iniciador de rotação 34 inclui um par de ímãs permanentes que são indicados nos números 44A e 44B, e que podem ser coletivamente ou individualmente referidos aqui com o número 44. Os ímãs permanentes 44 incluem, cada um, um polo norte 46 e um polo sul 48 em lados opostos do mesmo. O ímã permanente 44A está situado em uma escora50 que está disposta no suporte 14 e o ímã permanente 44B está situado em um receptáculo 52 que é formado no peso 40. Os ímãs permanentes 44 têm seus polos norte e sul 46 e 48 dispostos de modo que se opõem mutuamente quando o eixo 12 está na posição operacional da Fig. 3.[0021] The rotation initiator 34 thus provides an initial rotation of the shaft 12 away from the operating position of Figs. 1 and 3 to initiate rotation of shaft 12 from the operating position toward the shutdown position, in the event that a shutdown is required when the stepper motor 24 is in an unpowered condition. More specifically, and as can be understood in Figs. 3 and 4, the rotation starter 34 includes a pair of permanent magnets which are indicated by numbers 44A and 44B, and which may be collectively or individually referred to herein by number 44. The permanent magnets 44 each include a north pole. 46 and a south pole 48 on opposite sides of it. The permanent magnet 44A is situated in a strut 50 which is disposed in the support 14 and the permanent magnet 44B is situated in a receptacle 52 which is formed in the weight 40. The permanent magnets 44 have their north and south poles 46 and 48 arranged so that oppose each other when axis 12 is in the operating position of Fig. 3.
[0022] A este respeito, pode-se dizer que o peso 40 está em uma primeira posição quando o eixo 12 está em sua posição operacional, como é representado geralmente na Fig. 3, e o peso 40 pode ainda ser dito que está em uma segunda posição quando o eixo 12 está na posição de desligamento, como é representado geralmente na Fig. 4. Para evitar que os ímãs permanentes 44 criem uma condição em que os ímãs permanentes 44 com sua repulsão magnética mútua estão em um estado de equilíbrio, os ímãs permanentes 44A e 44B são na verdade ligeiramente deslocados um do outro e não em um estado de equilíbrio quando o eixo 12 estiver na posição operacional. O resultado é que os ímãs permanentes 44 aplicam ao eixo 12 outro torque que enviesa o eixo 12 em direção à posição de desligamento, mas que é superado pelo motor de passo 24 enquanto o motor de passo 24 é eletricamente energizado. O deslocamento entre os ímãs permanentes 44A e 44B é da ordem de aproximadamente 5 a 8 graus de rotação do eixo 12, significando que os ímãs permanentes são posicionados de modo que eles se opõem diretamente um ao outro se o eixo 12 for girado 5 a 8 graus de rotação, conforme o caso, a partir da posição operacional. Quando o eixo 12 está na sua posição operacional e o peso 40 está na sua primeira posição, tal como é representado geralmente nas Figs. 1 e 3, os ímãs permanentes 44 já estão deslocados um do outro em aproximadamente 5 a 8 graus de rotação, de modo que uma perda de energia elétrica para o motor de passo 24 resultará imediatamente na oposição mútua dos ímãs que giram o eixo 12 além do deslocamento inicial de 5 a 8 graus de rotação em direção à posição de desligamento.[0022] In this regard, the weight 40 can be said to be in a first position when the shaft 12 is in its operating position, as is generally represented in Fig. 3, and the weight 40 can further be said to be in a second position when the shaft 12 is in the off position, as generally depicted in Fig. 4. To prevent the permanent magnets 44 from creating a condition in which the permanent magnets 44 with their mutual magnetic repulsion are in a state of equilibrium, permanent magnets 44A and 44B are actually slightly offset from each other and not in an equilibrium state when shaft 12 is in the operating position. The result is that the permanent magnets 44 apply to the shaft 12 another torque that biases the shaft 12 toward the off position, but which is overcome by the stepper motor 24 while the stepper motor 24 is electrically energized. The offset between permanent magnets 44A and 44B is on the order of approximately 5 to 8 degrees of rotation of axis 12, meaning that the permanent magnets are positioned so that they directly oppose each other if axis 12 is rotated 5 to 8 degrees of rotation, as applicable, from the operating position. When the shaft 12 is in its operating position and the weight 40 is in its first position, as generally depicted in Figs. 1 and 3, the permanent magnets 44 are already offset from each other by approximately 5 to 8 degrees of rotation, so that a loss of electrical power to the stepper motor 24 will immediately result in the mutual opposition of the magnets rotating the shaft 12 further. from the initial displacement of 5 to 8 degrees of rotation towards the off position.
[0023] Como pode ser entendido nas Figs. 1 a 4, o centro de gravidade 42 do peso 40 é mais alto na direção vertical 28 na primeira posição das Figs. 1 e 3 do que na sua segunda posição das Figs. 2 e 4. Uma vez que o eixo 12 é orientado paralelamente à direção horizontal 26, o peso 40 na primeira posição tem uma energia potencial maior do que na segunda posição, e essa energia potencial relativamente maior é empregada na rotação do eixo 12 com o cilindro de controle 10 no mesmo a partir da posição operacional para a posição de desligamento. Quando o peso 40 está na segunda posição exemplar das Figs. 2 e 4, o centro de gravidade 42 está situado verticalmente abaixo do eixo geométrico de rotação 20, o que significa que o centro de gravidade 42 na segunda posição e o centro de gravidade 22 estão alinhados um com o outro ao longo da direção vertical 28.[0023] As can be understood from Figs. 1 to 4, the center of gravity 42 of the weight 40 is highest in the vertical direction 28 in the first position of Figs. 1 and 3 than in its second position in Figs. 2 and 4. Since the axis 12 is oriented parallel to the horizontal direction 26, the weight 40 in the first position has a greater potential energy than in the second position, and this relatively greater potential energy is employed in rotating the axis 12 with the control cylinder 10 in it from the operating position to the shutdown position. When the weight 40 is in the second exemplary position of Figs. 2 and 4, the center of gravity 42 is located vertically below the geometric axis of rotation 20, which means that the center of gravity 42 in the second position and the center of gravity 22 are aligned with each other along the vertical direction 28 .
[0024] Assim, pode-se ver que o motor de passo 24, quando energizado, resiste ao viés da oposição mútua dos ímãs permanentes 44 quando o peso 40 está na primeira posição e isso mantém o eixo 12 na posição operacional. No entanto, se o motor de passo 24 ficar sem energia, o viés que é provido pelos ímãs permanentes 44 iniciando a rotação do eixo 12 para mover o peso 40 da primeira posição para a segunda posição. Assim que o centro de gravidade 42 é deslocado ao longo da direção horizontal 26 do eixo geométrico de rotação 20, a gravidade sendo aplicada ao peso 40 faz com que o eixo 12 continue a girar para a segunda posição do peso 40, que é a posição de desligamento do eixo 12. Como tal, a gravidade que age no peso 40 faz com que o eixo 12 seja girado para a posição de desligamento na ausência de energia elétrica sendo aplicada ao motor de passo 24.[0024] Thus, it can be seen that the stepper motor 24, when energized, resists the bias of the mutual opposition of the permanent magnets 44 when the weight 40 is in the first position and this maintains the shaft 12 in the operating position. However, if the stepper motor 24 runs out of power, the bias that is provided by the permanent magnets 44 initiates rotation of the shaft 12 to move the weight 40 from the first position to the second position. Once the center of gravity 42 is displaced along the horizontal direction 26 of the geometric axis of rotation 20, gravity being applied to the weight 40 causes the axis 12 to continue to rotate to the second position of the weight 40, which is the position of the shaft 12. As such, gravity acting on the weight 40 causes the shaft 12 to be rotated to the shutdown position in the absence of electrical power being applied to the stepper motor 24.
[0025] No entanto, note-se que a necessidade de um desligamento pode às vezes ser urgente, em que situação seria desejável posicionar o eixo 12 na posição de desligamento da Fig. 2 o mais rápido possível. Tal reposicionamento para a posição de desligamento seria desejável sem o eixo 12, por exemplo, girando além da posição de desligamento e oscilando para frente e para trás através da posição de desligamento até que o eixo finalmente se estabeleça na posição de desligamento. Como tal, o freio de corrente de Foucault 36 é provido para gerenciar a velocidade rotacional do eixo 12 à medida que se aproxima da posição de desligamento.[0025] However, it should be noted that the need for a shutdown may sometimes be urgent, in which case it would be desirable to position the axis 12 in the shutdown position of Fig. 2 as quickly as possible. Such repositioning to the shutdown position would be desirable without the shaft 12, for example, rotating beyond the shutdown position and oscillating back and forth through the shutdown position until the shaft finally settles into the shutdown position. As such, the eddy current brake 36 is provided to manage the rotational speed of the shaft 12 as it approaches the shutdown position.
[0026] Mais especificamente, o freio de corrente de Foucault 36 inclui um par de ímãs permanentes que são indicados nos números 54A e 54B e que podem ser coletivamente ou individualmente referidos neste documento com o número 54. Os ímãs permanentes 54 incluem cada um polo norte 56 e um polo sul 58, e os ímãs permanentes 54 são dispostos no suporte 14, de modo que um dos polos norte 56 esteja voltado para um dos polos sul 58, pelo qual os ímãs permanentes 54 podem ser dito para atrair um ao outro. O freio de corrente de Foucault 36 inclui adicionalmente um volante 60 que está situado no eixo 12 e que gira com o mesmo. O volante 60 é formado de um material eletricamente condutor, como alumínio, cobre, aço ou outro material apropriado. O volante 60 tem um número de entalhes 62 formados no mesmo para formar um número de aletas 64 orientadas radialmente situadas entre os entalhes e uma porção sólida 66 que está livre de entalhes 62. Conforme empregada neste documento, a expressão “um número de” e suas variações devem se referir amplamente a qualquer quantidade diferente de zero, incluindo uma quantidade de um.[0026] More specifically, the eddy current brake 36 includes a pair of permanent magnets which are indicated by numbers 54A and 54B and which may be collectively or individually referred to herein by number 54. The permanent magnets 54 each include a pole north pole 56 and a south pole 58, and the permanent magnets 54 are arranged in the support 14, so that one of the north poles 56 faces one of the south poles 58, whereby the permanent magnets 54 can be said to attract each other . The eddy current brake 36 additionally includes a flywheel 60 which is located on the axis 12 and which rotates therewith. Flywheel 60 is formed from an electrically conductive material, such as aluminum, copper, steel or other suitable material. The flywheel 60 has a number of notches 62 formed therein to form a number of radially oriented fins 64 located between the notches and a solid portion 66 that is free from notches 62. As used herein, the expression "a number of" and its variations must refer broadly to any non-zero quantity, including a quantity of one.
[0027] Quando o peso 40 está na primeira posição da Fig. 3, algumas das aletas 64 estão situadas entre os ímãs permanentes 54 e a porção sólida 66 é espaçada na direção vertical 28 acima do espaço entre os ímãs permanentes 54. À medida que o eixo 12 começa a girar da posição operacional da Fig. 3 em direção à posição de desligamento da Fig. 4, um subconjunto das aletas 64 viaja sucessivamente através do espaço entre os ímãs permanentes 54. Quando a porção sólida 66 começa a viajar entre os ímãs permanentes 54, as correntes de Foucault são induzidas na porção sólida 66 pelo campo magnético dos ímãs permanentes 54, sendo reiterado que os polos norte e sul 56 e 58 estão dispostos de modo que eles se atraiam mutuamente. De acordo com a Lei de Lenz, as correntes de Foucault que são induzidas na porção sólida 66 criarão seus próprios campos magnéticos que se opõem ao campo dos ímãs permanentes 54, com essa oposição magnética diminuindo a velocidade rotacional do eixo 12. As correntes de Foucault mencionadas acima não são induzidas de forma significativa nas aletas 64, uma vez que são relativamente pequenas ao longo da direção circunferencial em comparação com a porção sólida 66.[0027] When the weight 40 is in the first position of Fig. 3, some of the fins 64 are situated between the permanent magnets 54 and the solid portion 66 is spaced in the vertical direction 28 above the space between the permanent magnets 54. As As the shaft 12 begins to rotate from the operating position of Fig. 3 toward the off position of Fig. 4, a subset of the fins 64 successively travel through the space between the permanent magnets 54. When the solid portion 66 begins to travel between the permanent magnets 54, the eddy currents are induced in the solid portion 66 by the magnetic field of the permanent magnets 54, it being reiterated that the north and south poles 56 and 58 are arranged so that they attract each other. According to Lenz's Law, the eddy currents that are induced in the solid portion 66 will create their own magnetic fields that oppose the field of the permanent magnets 54, with this magnetic opposition decreasing the rotational speed of shaft 12. The eddy currents mentioned above are not significantly induced in the fins 64 since they are relatively small along the circumferential direction compared to the solid portion 66.
[0028] A frenagem do eixo 12 pela recepção em movimento de rotação da porção sólida 66 entre os ímãs permanentes 54 tem o efeito de retardar a rotação do eixo 12 para permitir que o eixo 12 seja posicionado de modo que o centro de gravidade 42 do peso 40 está na sua posição vertical mais baixa possível. Ou seja, a força de frenagem que é aplicada à porção sólida 66 pelo freio de corrente de Foucault 36 depende diretamente da velocidade rotacional do eixo 12 e da porção sólida 66 fixada no mesmo. À medida que a velocidade rotacional do eixo 12 é reduzida, a força de frenagem magnética é correspondentemente reduzida e o peso 40 é permitido mover para uma posição em que o centro de gravidade 42 está situado verticalmente abaixo do eixo geométrico de rotação 20 sem o peso 40 movendo-se após essa posição e depois oscilando para frente e para trás em relação a essa posição até que o peso 40 atinja naturalmente seu ponto mais baixo. Pelo contrário, uma vez que os ímãs permanentes 54 desaceleram a porção sólida 66 aplicando uma força de frenagem magnética que é baseada na velocidade da porção sólida 66, o movimento da porção sólida 66 é essencialmente reduzido a ponto do efeito da gravidade no peso 40 mantê-lo de modo que o centro de gravidade 42 esteja na sua posição mais baixa possível sem ter passado da sua posição mais baixa possível. Isso move rapidamente o eixo 12 de sua posição operacional para sua posição de desligamento, sem oscilar para frente e para trás em torno da posição de desligamento. Isso resulta em um rápido desligamento do ambiente nuclear 8, o que é desejável.[0028] Braking the shaft 12 by receiving the rotating motion of the solid portion 66 between the permanent magnets 54 has the effect of retarding the rotation of the shaft 12 to allow the shaft 12 to be positioned so that the center of gravity 42 of the weight 40 is in its lowest possible vertical position. That is, the braking force that is applied to the solid portion 66 by the eddy current brake 36 directly depends on the rotational speed of the shaft 12 and the solid portion 66 fixed thereto. As the rotational speed of the shaft 12 is reduced, the magnetic braking force is correspondingly reduced and the weight 40 is allowed to move to a position where the center of gravity 42 is situated vertically below the axis of rotation 20 without the weight. 40 moving past that position and then oscillating back and forth relative to that position until the weight 40 naturally reaches its lowest point. On the contrary, since the permanent magnets 54 decelerate the solid portion 66 by applying a magnetic braking force that is based on the speed of the solid portion 66, the movement of the solid portion 66 is essentially reduced to the point where the effect of gravity on the weight 40 maintains it so that the center of gravity 42 is in its lowest possible position without having gone beyond its lowest possible position. This quickly moves shaft 12 from its operating position to its shutdown position without oscillating back and forth around the shutdown position. This results in a rapid shutdown of the nuclear environment 8, which is desirable.
[0029] Como observado acima, o sistema de gerenciamento de rotação 32 inclui adicionalmente a trava 38 que é representada geralmente nas Figs. 1-2 e 5-6. A trava 38 inclui um parafuso 68 que pode ser considerado uma primeira porção da trava 38 e inclui adicionalmente um receptáculo 70 que é formado no eixo 12 e que pode ser dito que constitui uma segunda porção da trava 38. A trava 38 inclui adicionalmente um atuador 72 que está na forma de um atuador linear e que está situado no suporte 14. O atuador linear é operável para mover o parafuso 68 entre um primeiro local, como é representado geralmente na Fig. 6, que corresponde a uma posição travada da trava 38, e um segundo local, como é representado geralmente na Fig. 5 e que corresponde a uma posição destravada da trava 38.[0029] As noted above, the rotation management system 32 additionally includes the latch 38 which is generally depicted in Figs. 1-2 and 5-6. The latch 38 includes a screw 68 which may be said to constitute a first portion of the latch 38 and further includes a receptacle 70 which is formed on the shaft 12 and which may be said to constitute a second portion of the latch 38. The latch 38 further includes an actuator. 72 which is in the form of a linear actuator and which is situated in the bracket 14. The linear actuator is operable to move the screw 68 between a first location, as generally depicted in Fig. 6, which corresponds to a locked position of the latch 38 , and a second location, as generally represented in Fig. 5 and which corresponds to an unlocked position of the lock 38.
[0030] O atuador 72 é alimentado eletricamente, mas o parafuso 68 não se move entre o primeiro e o segundo locais, a menos que o atuador 72 seja energizado. Como tal, quando se deseja colocar o eixo 12 em uma configuração travada, o eixo 12 é girado para sua posição de desligamento e o atuador 72 é energizado para mover linearmente o parafuso 68 do segundo local da Fig. 5 para o primeiro local da Fig. 6, em que situação o parafuso 68 é recebido no receptáculo 70. O parafuso 68 que está sendo recebido no receptáculo 70 resiste ao movimento do eixo 12 para longe da posição de desligamento. O parafuso 68 permanece no primeiro local, independentemente do atuador 72 ser alimentado eletricamente ou não eletricamente. O eixo 12 pode assim permanecer em uma configuração travada durante o transporte do ambiente nuclear 8, a título de exemplo, independentemente do atuador 72 ser ou não energizado eletricamente. Quando se deseja que o eixo seja destravado, o atuador 72 é energizado para retornar o parafuso 68 da primeira posição da Fig. 6 para a segunda posição da Fig. 5, e o motor de passo 24 pode ser energizado para girar o eixo 12 da posição de desligamento da Fig. 6 para a posição operacional da Fig. 5.[0030] The actuator 72 is electrically powered, but the screw 68 does not move between the first and second locations unless the actuator 72 is energized. As such, when it is desired to place the shaft 12 in a locked configuration, the shaft 12 is rotated to its off position and the actuator 72 is energized to linearly move the screw 68 from the second location of Fig. 5 to the first location of Fig. 6, in which situation the screw 68 is received in the receptacle 70. The screw 68 being received in the receptacle 70 resists movement of the shaft 12 away from the shutdown position. Screw 68 remains in the first location regardless of whether actuator 72 is electrically or non-electrically powered. The shaft 12 may thus remain in a locked configuration during transport of the nuclear environment 8, for example, regardless of whether or not the actuator 72 is electrically energized. When the shaft is desired to be unlocked, the actuator 72 is energized to return the screw 68 from the first position of Fig. 6 to the second position of Fig. 5, and the stepper motor 24 may be energized to rotate the shaft 12 of the shutdown position of Fig. 6 to the operating position of Fig. 5.
[0031] Assim, pode ser entendido que o aparelho de rotação 4 pode fazer com que o aparelho cilíndrico de controle 6 gire da posição operacional para a posição de desligamento no caso de uma perda de energia elétrica para o motor de passo 24. Além disso, a trava 38 retém o eixo 12 na posição travada da Fig. 6, independentemente do atuador 72 continuar a ser eletricamente energizado depois de mover os parafusos 68 para o primeiro local da Fig. 6. Esta combinação de características permite vantajosamente que o ambiente nuclear 8 seja rapidamente desligado conforme necessário, mesmo no caso de uma falha de energia elétrica no motor de passo 24, e o ambiente nuclear 8 seja retido na posição de desligamento em virtude da trava 38, independentemente da energia elétrica estar disponível para o atuador 72. Outros benefícios serão aparentes.[0031] Thus, it can be understood that the rotation apparatus 4 can cause the cylindrical control apparatus 6 to rotate from the operating position to the shutdown position in the event of a loss of electrical power to the stepper motor 24. Furthermore , the lock 38 retains the shaft 12 in the locked position of Fig. 6, regardless of whether the actuator 72 continues to be electrically energized after moving the screws 68 to the first location of Fig. 6. This combination of features advantageously allows the nuclear environment 8 is quickly turned off as necessary, even in the event of an electrical power failure in the stepper motor 24, and the nuclear environment 8 is retained in the shutdown position by virtue of the latch 38, regardless of electrical power being available to the actuator 72. Other benefits will be apparent.
[0032] Um aparelho cilíndrico de controle aprimorado 106 é representado na Fig. 7 e é representado em parte nas Figs. 8 a 11. O aparelho cilíndrico de controle 106 inclui um aparelho de rotação aprimorado 104 de acordo com uma segunda modalidade do conceito descrito e reivindicado. O aparelho cilíndrico de controle 106 é semelhante ao aparelho cilíndrico de controle 6, na medida em que inclui um cilindro de controle 110 situado em um eixo 112 que é disposto rotativamente no suporte 114, com o cilindro de controle 110 incluindo uma porção refletora 116 e uma porção absorvente 118, e com o eixo 112 sendo rotativo em torno de um eixo geométrico de rotação 120 pela operação de um motor de passo 124. O aparelho de rotação 104 é diferente do aparelho de rotação 4, pois inclui um mecanismo de rotação 130 e um sistema de gerenciamento de rotação 132 que são diferentes do mecanismo de rotação 30 e do sistema de gerenciamento de rotação 32.[0032] An improved cylindrical control apparatus 106 is depicted in Fig. 7 and is depicted in part in Figs. 8 to 11. The cylindrical control apparatus 106 includes an improved rotation apparatus 104 in accordance with a second embodiment of the described and claimed concept. The cylindrical control apparatus 106 is similar to the cylindrical control apparatus 6 in that it includes a control cylinder 110 located on an axis 112 that is rotatably disposed in the support 114, with the control cylinder 110 including a reflective portion 116 and an absorbent portion 118, and with the axis 112 being rotatable about a geometric axis of rotation 120 by the operation of a stepper motor 124. The rotation apparatus 104 is different from the rotation apparatus 4 in that it includes a rotation mechanism 130 and a rotation management system 132 which are different from the rotation mechanism 30 and the rotation management system 32.
[0033] Mais especificamente, o mecanismo de rotação 130 inclui uma mola 133 que se estende entre o suporte 114 e o eixo 112 e que, na posição operacional da Fig. 8, é elasticamente desviada de modo que a mola 133 enviese o eixo 112 da posição operacional de Fig. 8 em direção à posição de desligamento da Fig. 9. O motor de passo 124 resiste a esse viés quando o motor de passo 124 é energizado. A mola 133 aplica assim ao eixo 112 a força, ou seja, torque, necessário para girar o eixo 112 da posição operacional da Fig. 8 para a posição de desligamento da Fig. 9 quando o motor de passo 124 fica desenergizado. A mola 133 também serve como um iniciador de rotação 134 do sistema de gerenciamento de rotação 132.[0033] More specifically, the rotation mechanism 130 includes a spring 133 which extends between the support 114 and the shaft 112 and which, in the operating position of Fig. 8, is elastically deflected so that the spring 133 biases the shaft 112 from the operating position of Fig. 8 toward the shutdown position of Fig. 9. The stepper motor 124 resists this bias when the stepper motor 124 is energized. The spring 133 thus applies to the shaft 112 the force, i.e., torque, necessary to rotate the shaft 112 from the operating position of Fig. 8 to the shutdown position of Fig. 9 when the stepper motor 124 is de-energized. The spring 133 also serves as a rotation initiator 134 of the rotation management system 132.
[0034] O aparelho de rotação 104 inclui adicionalmente um freio de corrente de Foucault 136 que é cooperável com um volante 160 a fim de diminuir a velocidade rotacional do eixo 112 quando uma porção sólida 166 do volante 160 está sendo recebida entre um par de ímãs permanentes 154 do freio de corrente de Foucault 136, que é quando o eixo 112 está começando a alcançar a posição de desligamento.[0034] The rotating apparatus 104 additionally includes an eddy current brake 136 that is cooperative with a flywheel 160 to decrease the rotational speed of the shaft 112 when a solid portion 166 of the flywheel 160 is being received between a pair of magnets. 154 of the eddy current brake 136, which is when the shaft 112 is beginning to reach the off position.
[0035] Na modalidade exemplar representada, a mola 133 está elasticamente em um estado livre e não refletido na posição de desligamento da Fig. 9. A operação do freio de corrente de Foucault 136 no volante 160 reduz a velocidade rotacional do eixo 112 quando o eixo 112 está começando a alcançar a posição de desligamento, de modo que o eixo 112 se acomoda na posição de desligamento em que a mola 133 está em um estado livre não defletido. Isso evita vantajosamente que o eixo 112 se mova além da posição de desligamento da Fig. 9 e oscila para frente e para trás em direções opostas em relação à posição de desligamento, o que vantajosamente coloca rapidamente o eixo 112 na posição de desligamento e permite o desligamento de um ambiente nuclear 108 em que o aparelho cilíndrico de controle 106 está situado.[0035] In the exemplary embodiment depicted, the spring 133 is elastically in a free state and not reflected in the off position of Fig. 9. Operation of the eddy current brake 136 on the flywheel 160 reduces the rotational speed of the shaft 112 when the axis 112 is beginning to reach the off position, so that the axis 112 settles into the off position in which the spring 133 is in a free, undeflected state. This advantageously prevents the shaft 112 from moving beyond the shutdown position of Fig. 9 and swinging back and forth in opposite directions relative to the shutdown position, which advantageously quickly places the shaft 112 in the shutdown position and allows the shutdown of a nuclear environment 108 in which the cylindrical control apparatus 106 is situated.
[0036] No entanto, entende-se que em modalidades alternativas o mecanismo de rotação 130 ou o sistema de gerenciamento de rotação 132 ou ambos podem incluir uma estrutura projetada radialmente situada no eixo 112 e uma parada fixa situada em um suporte 114, a título de exemplo. Com essa geometria, a mola 133 pode ser configurada de modo que permaneça em uma posição elasticamente deformada, mesmo na posição de desligamento do eixo 112 e, assim, enviesaria a estrutura projetada radialmente contra a parada fixa, a fim de reter o eixo 112 na posição de desligamento da Fig. 9. Neste respeito, entende-se que o uso de tal mola em combinação com uma estrutura projetada radialmente e uma parada fixa potencialmente poderia obviar o freio de corrente de Foucault 136. Esse cenário é completamente viável. No entanto, entende-se que a velocidade rotacional do eixo 112 quando atinge a posição de desligamento pode ser desconhecida, e o engate da estrutura que se projeta radialmente com a parada fixa pode resultar em um certo nível de oscilação rotacional do eixo 112 se a estrutura projetada radialmente deve se recuperar da parada fixa. Portanto, o freio de corrente de Foucault 136, ainda poderia ser útil em combinação com uma estrutura projetada radialmente e uma parada fixa.[0036] However, it is understood that in alternative embodiments the rotation mechanism 130 or the rotation management system 132 or both may include a radially projected structure located on the axis 112 and a fixed stop located on a support 114, by way of example. With this geometry, the spring 133 can be configured so that it remains in an elastically deformed position even in the shaft 112 off position and would thus bias the radially projected structure against the fixed stop in order to retain the shaft 112 in position. shutdown position of Fig. 9. In this regard, it is understood that the use of such a spring in combination with a radially designed structure and a fixed stop could potentially obviate the eddy current brake 136. This scenario is completely viable. However, it is understood that the rotational speed of the shaft 112 when it reaches the off position may be unknown, and engagement of the radially projecting structure with the fixed stop may result in a certain level of rotational oscillation of the shaft 112 if the Radially designed structure must recover from fixed stop. Therefore, the 136 eddy current brake could still be useful in combination with a radially designed structure and a fixed stop.
[0037] O sistema de gerenciamento de rotação 132 inclui adicionalmente uma trava 138 que inclui um atuador 172, um parafuso 168 e um receptáculo 170. Mais especificamente, o atuador está na forma de um motor de passo linear 176 que está situado em uma primeira sustentação 172 do suporte 114, em uma sede rotativa 180 que está situada em uma segunda sustentação 178 do suporte 114 e em um eixo roscado 182 que se estende entre o motor de passo 176 e a sede rotativa 180. O eixo roscado inclui um colar roscado 184 que está roscado no mesmo e ao qual o parafuso 168 é fixado.[0037] The rotation management system 132 additionally includes a lock 138 that includes an actuator 172, a screw 168 and a receptacle 170. More specifically, the actuator is in the form of a linear stepper motor 176 that is situated in a first support 172 of support 114, on a rotating seat 180 that is situated on a second support 178 of support 114, and on a threaded shaft 182 that extends between the stepper motor 176 and the rotating seat 180. The threaded shaft includes a threaded collar 184 which is threaded into it and to which screw 168 is fixed.
[0038] Quando o motor de passo 176 é eletricamente energizado, ele gira o eixo rosqueado 182 que faz com que o colar roscado 184 translade de maneira não rotacional ao longo do eixo roscado 182 entre a primeira e a segunda sustentações 174 e 178 enquanto carrega o parafuso 168 com o mesmo. Ou seja, quando o eixo roscado 182 gira, o colar roscado 184 não gira com o mesmo, e, em vez disso, o colar roscado 184 translada de maneira não rotacional ao longo do eixo roscado 182. Como tal, o atuador 172 é eletricamente operado para mover o parafuso 168 entre um primeiro local, tal como é representado geralmente na Fig. 11, que é uma posição travada da trava 138, e um segundo local, como é representado geralmente em Fig. 10, na qual a trava 138 está em uma posição destravada. Quando a trava 138 está na posição travada, o parafuso 168 é recebido no receptáculo 170, em que o parafuso 168 resiste à rotação do eixo 112 para longe da posição de desligamento da Fig. 11. Quando a trava 138 está na posição destravada, o parafuso 168 é espaçado do receptáculo 170, o que permite que o eixo 112 seja girado entre a posição de desligamento da Fig. 11 e a posição operacional da Fig. 10.[0038] When the stepper motor 176 is electrically energized, it rotates the threaded shaft 182 which causes the threaded collar 184 to translate non-rotally along the threaded shaft 182 between the first and second supports 174 and 178 while loading screw 168 with the same. That is, when the threaded shaft 182 rotates, the threaded collar 184 does not rotate with it, and instead, the threaded collar 184 non-rotationally translates along the threaded shaft 182. As such, the actuator 172 is electrically operated to move the screw 168 between a first location, as generally depicted in Fig. 11, which is a locked position of the latch 138, and a second location, as generally depicted in Fig. 10, in which the latch 138 is located. in an unlocked position. When latch 138 is in the locked position, screw 168 is received in receptacle 170, wherein screw 168 resists rotation of shaft 112 away from the shut-off position of Fig. 11. When latch 138 is in the unlocked position, the screw 168 is spaced from receptacle 170, which allows shaft 112 to be rotated between the shut-off position of Fig. 11 and the operating position of Fig. 10.
[0039] Uma vez que o atuador 172 cessa o movimento se estiver eletricamente energizado, o atuador 172 pode ser energizado na posição travada da trava 138, tal como durante o transporte do ambiente nuclear 108 no qual o cilindro de controle 106 está situado, enquanto ainda retém o eixo 112 na posição de desligamento, independentemente da presença ou ausência de energia elétrica para o atuador 172. Isso vantajosamente retém o eixo 112 na posição de desligamento e, assim, evita uma partida não intencional do ambiente nuclear 108. Além disso, o mecanismo de rotação 130 e o sistema de gerenciamento de rotação 132 girarão o eixo 112 da posição operacional para a posição de desligamento em um tempo muito curto na situação em que o motor de passo 124 fica eletricamente sem energia. Isso permite um rápido desligamento do ambiente nuclear 108 no qual o cilindro de controle 160 está situado.[0039] Since the actuator 172 ceases motion if electrically energized, the actuator 172 may be energized in the locked position of the latch 138, such as during transportation of the nuclear environment 108 in which the control cylinder 106 is situated, while further retains the shaft 112 in the shutdown position, regardless of the presence or absence of electrical power to the actuator 172. This advantageously retains the shaft 112 in the shutdown position and thus prevents an unintentional start-up of the nuclear environment 108. Furthermore, the rotation mechanism 130 and the rotation management system 132 will rotate the shaft 112 from the operating position to the shutdown position in a very short time in the situation where the stepper motor 124 is electrically de-energized. This allows rapid shutdown of the nuclear environment 108 in which the control cylinder 160 is situated.
[0040] Entende-se que qualquer um dos preceitos contidos neste documento em relação ao aparelho de rotação 104 pode ser implementado no aparelho de rotação 4 sem se afastar do espírito da presente descrição. Neste respeito, qualquer um dos preceitos pode ser combinado de qualquer maneira para resultar em aparelhos de rotação vantajosos que estão dentro do escopo da presente descrição. Outras variações serão aparentes.[0040] It is understood that any of the precepts contained in this document in relation to the rotation apparatus 104 can be implemented in the rotation apparatus 4 without departing from the spirit of the present description. In this regard, any of the precepts may be combined in any manner to result in advantageous rotation apparatus which are within the scope of the present description. Other variations will be apparent.
[0041] Embora modalidades específicas da invenção tenham sido descritas em detalhes, será reconhecido pelos versados na técnica que várias modificações e alternativas a esses detalhes podem ser desenvolvidas à luz dos preceitos gerais da descrição. Assim, as modalidades específicas descritas devem ser interpretadas apenas como ilustrativas, e não limitando o escopo da invenção que deve receber toda a amplitude das reivindicações anexas e toda e qualquer dos seus equivalentes.[0041] Although specific embodiments of the invention have been described in detail, it will be recognized by those skilled in the art that various modifications and alternatives to these details can be developed in light of the general precepts of the description. Thus, the specific embodiments described must be interpreted as illustrative only, and not as limiting the scope of the invention, which must receive the full breadth of the attached claims and any and all of their equivalents.
Claims (14)
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US15/830,632 | 2017-12-04 | ||
| US15/830,632 US10790066B2 (en) | 2017-12-04 | 2017-12-04 | Rotational apparatus usable with control drum apparatus in nuclear environment |
| PCT/US2018/058618 WO2019147317A2 (en) | 2017-12-04 | 2018-11-01 | Rotational apparatus usable with control drum apparatus in nuclear environment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BR112020011113A2 BR112020011113A2 (en) | 2020-11-17 |
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Family
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