CN104931181B - 一种用于测量控制棒落棒冲击力的测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于测量控制棒落棒冲击力的测量装置，解决了现有技术中无法采用常规力传感器进行冲击力测量的技术问题，所述装置包括：空心圆柱，所述圆柱中心竖直方向设有一通孔，所述圆柱竖直方向中部外表面设计有凹槽，所述凹槽使得所述圆柱中部呈均匀壁厚的圆筒状，且方便在凹槽轴向安装多个防水应变计，多个防水应变计在环向等间隔均匀安装在所述圆筒凹槽中部，所述装置替换安装在控制棒缓冲组件的压紧环结构位置处，实现了在不改变控制棒的落棒高度的同时保证了落棒试验缓冲结构冲击力数据测量的准确有效，该测量装置结构简单，加工和安装方便，达到了节省试验经费和时间的技术效果。

Description

一种用于测量控制棒落棒冲击力的测量装置

技术领域

本发明涉及核动力设备研究领域，尤其涉及一种用于测量控制棒落棒冲击力的测量装置。

背景技术

反应堆运行时通过控制棒提升高度来控制反应功率，在地震等紧急状况下控制棒会在自重作用下快速落棒进入堆芯停止反应堆运行，控制棒落棒的冲击力载荷是计算控制棒缓冲组件结构和相应接触的堆芯结构是否安全的重要参数，所以在控制棒驱动线设计阶段就应采用1:1的控制棒驱动线试验模型进行落棒试验以测量冲击力载荷，通过试验结果确定控制棒缓冲结构设计的合理性和安全性。

常规的冲击力测量采用力传感器即可进行测量，对于细长的控制棒驱动线结构，其位于有水的导向管内，空间狭小，且安装力传感器以后还要求保持原设计结构的落棒高度，所以无法采用常规力传感器进行试验，因此，设计出满足狭小安装空间的经济实用的冲击力测量装置具有很大的难度和创新性。

综上所述，本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

在现有技术中，由于对于细长的控制棒驱动线结构，其位于有水的导向管内，空间狭小，且安装力传感器以后还要求保持原设计结构的落棒高度，所以存在无法采用常规力传感器进行试验的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种用于测量控制棒落棒冲击力的测量装置，解决了现有技术中存在无法采用常规力传感器进行试验的技术问题，实现了在不改变控制棒的落棒高度的同时保证了落棒试验缓冲结构冲击力数据测量的准确有效，该测量装置结构简单，加工和安装方便，达到了节省试验经费和时间的技术效果。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种用于测量控制棒落棒冲击力的测量装置，所述装置包括：

圆柱，所述圆柱竖直方向设有一通孔，所述圆柱竖直方向中部外表面设有凹槽，所述凹槽使得所述圆柱中部呈均匀壁厚的圆筒状，所述圆筒外部轴向安装有M个防水应变计，所述M为大于等于1的正整数，各防水应变计在环向间隔360°/M均匀安装在所述圆筒中部，所述测量装置替换安装在控制棒缓冲组件的压紧环结构位置处。

其中，所述圆柱下端均设有N个接口，所述N为大于等于1的正整数，所述2N个接口均匀分布在所述圆柱下端，所述圆柱的高度、内径和最大外径尺寸与所述压紧环结构的相应尺寸大小匹配，所述圆柱上的接口的尺寸和所述压紧环结构上的接口尺寸大小匹配。

其中，所述圆筒的壁厚具体为5-15mm之间的数值，当取最小数值时应通过力学计算确定该圆筒的强度能承受控制棒最大冲击力载荷，当取最大数值时应通过力学计算确定该圆筒在测量控制棒最小冲击力载荷时能产生大于20MPa的应力以提高测量精度，其中控制棒的最大和最小冲击力载荷根据类似试验的相关经验确定。

其中，所述防水应变计通过防水胶安装在所述圆筒上。

其中，所述防水应变计上设有导线，所述防水应变计通过所述导线与动态应变仪、数据采集系统连接。

其中，取M个防水应变计测量的平均值能够提高冲击力测量的精度，考虑到在圆筒外部安装M个防水应变计的空间有限，一般取4个应变片均匀安装在圆筒的4个方位可以代表整体冲击力载荷，所以M可优选为4。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

将用于测量控制棒落棒冲击力的测量装置设计为包括：圆柱，所述圆柱竖直方向设有一通孔，所述圆柱竖直方向中部外表面设有凹槽，所述凹槽使得所述圆柱中部呈均匀壁厚的圆筒状，所述圆筒外部轴向安装有M个防水应变计，所述M为大于等于1的正整数，各防水应变计在环向间隔360°/M均匀安装在所述圆筒中部，所述测量装置替换安装在控制棒缓冲组件的压紧环结构位置处，的技术方案，即首先分析了控制棒落棒缓冲结构的设计和受力特点，选取能代表控制棒落棒冲击力的压紧环部件，设计一个相同高度和两端相同接口尺寸的装置替换原压紧环结构部件，然后将该装置中部外壁设计和加工为均匀薄壁圆筒，根据预计的冲击力大小和材料的力学性能确定圆筒壁厚在5-15mm的范围，确保圆筒在承受冲击力时一方面不产生塑性变形，另一方面又有足够大的应变响应以提高测量精度，接着在圆筒外部轴向采用防水胶安装M个防水应变计，各应变计在环向间隔360°/M均匀安装在中部，该部位在冲击力作用下的应变响应很稳定，待应变计的防水胶固化以后，在材料试验机上标定该装置受轴向力载荷和应变的线性关系，采用M个应变计的测量平均值可以提高测量精度，最后将该测量装置替换安装在控制棒缓冲组件的压紧环结构位置，通过测量落棒时的应变即可等效换算出落棒冲击力，测量装置安装于控制棒驱动线上，M个应变计连接动态应变仪、数据采集系统，完成控制棒落棒冲击力测量；采用多次落棒测量的平均值可以提高冲击力测量结果的精度，测量装置模拟了原型的落棒高度，确保了落棒时缓冲组件冲击力测量结果的准确可靠，为该反应堆的控制棒驱动线缓冲结构设计选型和结构安全评审提供了依据，有效解决了现有技术中存在无法采用常规力传感器进行试验的技术问题，进而实现了在不改变控制棒的落棒高度的同时保证了落棒试验缓冲结构冲击力数据测量的准确有效，该测量装置结构简单，加工和安装方便，达到了节省试验经费和时间的技术效果。

附图说明

图1是本申请实施例一中反应堆控制棒驱动线缓冲试验结构示意图；

图2是本申请实施例一中用于测量控制棒落棒冲击力的测量装置的结构示意图；

图3是本申请实施例一中用于测量控制棒落棒冲击力的测量装置的仰视图；

其中，1-控制棒驱动线试验模型；2-用于测量控制棒落棒冲击力的测量装置；3-防水应变计；4-圆柱；5-导线；6-通孔；7-凹槽；8-接口。

具体实施方式

本发明提供了一种用于测量控制棒落棒冲击力的测量装置，解决了现有技术中存在无法采用常规力传感器进行试验的技术问题，实现了在不改变控制棒的落棒高度的同时保证了落棒试验缓冲结构冲击力数据测量的准确有效，该测量装置结构简单，加工和安装方便，节省了试验经费和时间的技术效果。

本申请实施中的技术方案为解决上述技术问题。总体思路如下：

将用于测量控制棒落棒冲击力的测量装置设计为包括：圆柱，所述圆柱竖直方向设有一通孔，所述圆柱竖直方向中部外表面设有凹槽，所述凹槽使得所述圆柱中部呈均匀壁厚的圆筒状，所述圆筒外部轴向安装有M个防水应变计，所述M为大于等于1的正整数，各防水应变计在环向间隔360°/M均匀安装在所述圆筒中部，所述测量装置替换安装在控制棒缓冲组件的压紧环结构位置处，的技术方案，即首先分析了控制棒落棒缓冲结构的设计和受力特点，选取能代表控制棒落棒冲击力的压紧环部件，设计一个相同高度和两端相同接口尺寸的装置替换原压紧环结构部件，然后将该装置中部外壁设计和加工为均匀薄壁圆筒，根据预计的冲击力大小和材料的力学性能确定圆筒壁厚在5-15mm的范围，确保圆筒在承受冲击力时一方面不产生塑性变形，另一方面又有足够大的应变响应以提高测量精度，接着在圆筒外部轴向采用防水胶安装M个防水应变计，各应变计在环向间隔360°/M均匀安装在中部，该部位在冲击力作用下的应变响应很稳定，待应变计的防水胶固化以后，在材料试验机上标定该装置受轴向力载荷和应变的线性关系，采用M个应变计的测量平均值可以提高测量精度，考虑到在圆筒外部安装M个防水应变计的空间有限，一般取4个应变片均匀安装在圆筒的4个方位可以代表整体冲击力载荷，所以M可优选为4，最后将该测量装置替换安装在控制棒缓冲组件的压紧环结构位置，通过测量落棒时的应变即可等效换算出落棒冲击力，测量装置安装于控制棒驱动线上，M个应变计连接动态应变仪、数据采集系统，完成控制棒落棒冲击力测量；采用多次落棒测量的平均值可以提高冲击力测量结果的精度，测量装置模拟了原型的落棒高度，确保了落棒时缓冲组件冲击力测量结果的准确可靠，为该反应堆的控制棒驱动线缓冲结构设计选型和结构安全评审提供了依据，有效解决了现有技术中存在无法采用常规力传感器进行试验的技术问题，进而实现了在不改变控制棒的落棒高度的同时保证了落棒试验缓冲结构冲击力数据测量的准确有效，该测量装置结构简单，加工和安装方便，达到了节省试验经费和时间的技术效果。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例一：

在实施例一中，提供了一种用于测量控制棒落棒冲击力的测量装置，请参考图1-图3，所述装置包括：

圆柱4，所述圆柱4竖直方向设有一通孔6，所述圆柱4竖直方向中部外表面设有凹槽7，所述凹槽7使得所述圆柱4中部呈均匀壁厚的圆筒状，所述圆筒外部轴向安装有M个防水应变计3，各防水应变计3在环向间隔360°/M均匀安装在所述圆筒中部，所述测量装置替换安装在控制棒缓冲组件的压紧环结构位置处。

其中，在实际应用中，请参考图1，用于测量控制棒落棒冲击力的测量装置2安装在控制棒驱动线试验模型1内。

其中，在本申请实施例中，所述圆柱下端均设有N个接口8，所述N为大于等于1的正整数，所述2N个接口8均匀分布在所述圆柱下端，所述圆柱的尺寸与所述压紧环结构的尺寸大小匹配，所述圆柱上的接口8的尺寸和所述压紧环结构上的接口尺寸大小匹配。

其中，在本申请实施例中，选取能代表控制棒落棒冲击力的压紧环部件，设计一个相同高度和两端相同接口尺寸的测量装置替换原压紧环结构部件，一方面测量装置可方便地替换压紧环安装在控制棒缓冲组件中，且不改变控制棒的落棒高度，即测量的落棒冲击力和原压紧环部件承受的冲击力是一致的。

其中，在本申请实施例中，压紧环结构部件具体为空心均匀圆柱，圆柱下端均设有N个均匀分布的接口，这些接口方便压紧环结构安装在控制棒缓冲结构上，而细长的控制棒组件从上部落下时直接掉落在压紧环的上端产生冲击力。

其中，在本申请实施例中，所述圆筒的壁厚具体为5-15mm之间的数值，当取最小数值时应通过力学计算确定该圆筒的强度能承受控制棒最大冲击力载荷，当取最大数值时应通过力学计算确定该圆筒在测量控制棒最小冲击力载荷时能产生大于20MPa的应力以提高测量精度，其中控制棒的最大和最小冲击力载荷根据类似试验的相关经验确定。

其中，在本申请实施例中，在该装置中部设计和加工为均匀薄壁圆筒，根据预计的冲击力大小和材料的力学性能确定圆筒壁厚，确保圆筒在承受冲击力时一方面不产生塑性变形，另一方面又有足够大的应变响应以提高测量精度。

其中，在本申请实施例中，所述防水应变计通过防水胶安装在所述圆筒上。

其中，在本申请实施例中，在圆筒外部轴向采用防水胶安装M个防水应变计，所述M为大于等于1的正整数，各应变计在环向间隔360°/M均匀安装在中部，该部位在冲击力作用下的应变响应相对较稳定，待应变计的防水胶固化以后，在材料试验机上标定该装置受轴向力载荷和应变的线性关系，采用N个应变计的测量平均值可以提高测量精度，由于导向管内有水，因此采用防水胶和防水应变计。

其中，在本申请实施例中，防水应变计具体为10mm长、4mm宽、1mm厚的薄片，可用防水胶牢固粘贴在结构表面上。

其中，在本申请实施例中，所述防水应变计上设有导线5，所述防水应变计通过所述导线与动态应变仪、数据采集系统连接。

其中，在本申请实施例中，将该测量装置替换安装在控制棒缓冲组件的压紧环结构位置，通过测量落棒时圆筒的应变即可等效换算出落棒冲击力，采用多次落棒测量的平均值可以提高冲击力测量结果的精度，动态应变仪、数据采集系统均为现有技术中常用的数据采集处理装置或系统，当应变计采集到数据后，传输到动态应变仪、数据采集系统中，根据预设的规则即可计算出冲击力。

其中，在本申请实施例中，本申请中的装置首先确定代表落棒冲击力的原型压紧环结构部件，然后设计替代原型部件的测量装置，测量装置上安装有防水应变计，并在材料试验机上标定了该测量装置轴向力和应变的关系，最后安装测量装置到控制棒驱动线上，根据测量的应变换算得到冲击力结果，推而广之，本发明可以方便实现各类控制棒落棒试验的狭小空间的水下冲击力测量。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

将用于测量控制棒落棒冲击力的测量装置设计为包括：圆柱，所述圆柱竖直方向设有一通孔，所述圆柱竖直方向中部外表面设有凹槽，所述凹槽使得所述圆柱中部呈均匀壁厚的圆筒状，所述圆筒外部轴向安装有M个防水应变计，所述M为大于等于1的正整数，各防水应变计在环向间隔360°/M均匀安装在所述圆筒中部，所述测量装置替换安装在控制棒缓冲组件的压紧环结构位置处，的技术方案，即首先分析了控制棒落棒缓冲结构的设计和受力特点，选取能代表控制棒落棒冲击力的压紧环部件，设计一个相同高度和两端相同接口尺寸的装置替换原压紧环结构部件，然后将该装置中部外壁设计和加工为均匀薄壁圆筒，根据预计的冲击力大小和材料的力学性能确定圆筒壁厚在5-15mm的范围，确保圆筒在承受冲击力时一方面不产生塑性变形，另一方面又有足够大的应变响应以提高测量精度，接着在圆筒外部轴向采用防水胶安装M个防水应变计，各应变计在环向间隔360°/M均匀安装在中部，该部位在冲击力作用下的应变响应很稳定，待应变计的防水胶固化以后，在材料试验机上标定该装置受轴向力载荷和应变的线性关系，采用M个应变计的测量平均值可以提高测量精度，最后将该测量装置替换安装在控制棒缓冲组件的压紧环结构位置，通过测量落棒时的应变即可等效换算出落棒冲击力，测量装置安装于控制棒驱动线上，M个应变计连接动态应变仪、数据采集系统，完成控制棒落棒冲击力测量；采用多次落棒测量的平均值可以提高冲击力测量结果的精度，测量装置模拟了原型的落棒高度，确保了落棒时缓冲组件冲击力测量结果的准确可靠，为该反应堆的控制棒驱动线缓冲结构设计选型和结构安全评审提供了依据，有效解决了现有技术中存在无法采用常规力传感器进行试验的技术问题，进而实现了在不改变控制棒的落棒高度的同时保证了落棒试验缓冲结构冲击力数据测量的准确有效，该测量装置结构简单，加工和安装方便，达到了节省试验经费和时间的技术效果。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种用于测量控制棒落棒冲击力的测量装置，其特征在于，所述装置包括：圆柱，所述圆柱竖直方向设有一通孔，所述圆柱竖直方向中部外表面设有凹槽，所述凹槽使得所述圆柱中部呈均匀壁厚的圆筒状，所述圆筒外部轴向安装有M个防水应变计，所述M为大于等于1的正整数，各防水应变计在环向间隔360°/M均匀安装在所述圆筒中部，所述测量装置替换安装在控制棒缓冲组件的压紧环结构位置处；所述圆柱下端设有N个接口，所述N为大于等于1的正整数，所述N个接口均匀分布在所述圆柱下端，所述圆柱的尺寸与所述压紧环结构的尺寸大小匹配，所述圆柱上的接口的尺寸和所述压紧环结构上的接口尺寸大小匹配；所述圆筒的壁厚位于第一预设范围内，所述第一预设范围为5mm-15mm。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述防水应变计通过防水胶安装在所述圆筒上。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述防水应变计上设有导线，所述防水应变计通过所述导线与动态应变仪、数据采集系统连接。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，M可优选为4，取M个防水应变计测量的平均值能够提高冲击力测量的精度。