CN107192462A - 一种钠冷快堆组件试验件的多维度扫描测温装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种钠冷快堆组件试验件的多维度扫描测温装置及方法，该装置包括调节座；与调节座通过高强度螺栓连接的龙门架；Z轴总成，主要包括固定导轨以及伸缩杆，搭载非接触式测温探头沿着Z轴的直线运动；Z轴支撑座；对Z轴进行刚性支撑；Y轴总成，实现Z轴总成以及Z轴支撑座沿着Y轴方向的直线运动；X轴总成，实现Z轴总成、Z轴支撑座以及Y轴总成沿着其滑动导轨进行直线运动；测温探头旋转机构，实现微型测温探头在XY平面内按指定角度进行转动；微型测温探头，接收快堆组件试验件六角形套管内壁面的红外辐射，从而反馈内壁面的温度信号给计算机处理单元；本发明还公开了该装置的测温方法；该装置能够满足堆外实验过程中对于组件试验件温度场的测量需求。
Description
技术领域
本发明属于实验装置领域，具体涉及一种钠冷快堆组件试验件的温度测量的多维度扫描测温装置及方法。
背景技术
钠冷快堆中的组件在整个钠冷快堆的运行过程中占有非常重要的地位。在钠冷快堆的运行过程中，燃料组件的活性区中会发生裂变反应释放大量的热量，而燃料组件周围充当冷却剂的钠会通过流动的方式将燃料组件内裂变反应释放的热量带出堆芯外。由于快堆组件释热功率分布不均匀，在堆芯内部不同组件区域的温度差异非常大。对于某一组件而言，在不同的组件高度以及不同的组件周向方向上温度也会有较大的区别，组件温度的差异会使得组件发生热弯曲变形。组件变形程度如果较为明显的话，会给钠冷快堆的安全运行带来不利影响，如增加组件插拔力、组件倒换困难、加速组件破损、堆芯象限功率倾斜等。
为了研究钠冷快堆堆芯组件热弯曲变形的物理行为，要开展堆外的组件试验件热弯曲变形实验。为了在堆外的实验过程中使组件试验件的温度场尽可能符合钠冷快堆内的真实温度分布情况，要在组件试验件的不同高度以及不同周向方向上进行加热，同时要对于组件试验件在六角形套管区域内部不同高度以及周向不同方向上的温度进行测量，来标定获得堆外实验中组件试验件的温度场分布，从而为组件试验件的热弯曲变形实验提供数据支持。
然而，由于组件试验件的堆外热弯曲实验为精密的力学实验，为了不破坏组件试验件原有的机械以及力学特性，因此传统的接触测温方式不能满足堆外实验的需求；此外钠冷快堆堆芯组件区域内组件与组件之间的间隙非常小，组件的直径同样非常小，因此若不采用特殊方法的话，外围组件会对内部组件的非接触式温度测量产生干涉，因此必须通过特殊的手段来满足堆外实验中组件试验件的温度场分布的测量需求。
可以看出，要实现组件试验件内的多维度温度测量，必须将测温探头小型化，从而可以伸入到组件试验件的内部。为了测量组件试验件在不同高度上的温度分布，测温探头在组件试验件内部要能进行伸缩运动。为了满足对于不同组件试验件的温度测量需求，测温探头要能够在组件试验件的顶部进行二维的平移运动。此外为了使得测温探头在组件试验件的某一高度上能够实现周向不同方向的温度测量，测温探头还要能够在平面内按照一定角度进行旋转。
基于以上的目的，必须开发出一套能够进行多维度运动的非接触测温装置对于组件试验件进行温度测量。尽管国内外已经发明出了一些运动扫描机构来实现相应的扫描功能，但是这些发明均不涉及到核反应堆工程背景，并且现有的专利发明无法满足对于组件试验件温度场测量的需求。
例如，专利申请号201610242854.X公开了一种应用于三维激光图像扫描领域的十字轨道物品的三维扫描成型装置。在实际操作过程中将被测物件放在载物板上进行测量。安装在滑块上的激光传感器用于对待测物品进行扫描，滑块安装在传动杆上，从而滑块可以根据需求在固定高度上进行二维的平移运动。当待测物体较小，需要拉近载物板与激光传感器的距离时，可以通过升降载物板来实现这一功能。对于堆外实验而言，这一装置虽然具有多维度运动以及扫描的特征，不过该专利是一个箱体结构，因此对于较小的部件进行扫描记录是可行的，但是对于组件试验件而言，箱体结构显然不能满足要求。其次，激光传感器是固定的在滑块上的，因此其也不能实现对于堆外实验所需的测温探头的旋转功能。最重要的一点，滑块不能进行高度方向的移动，而且滑块的尺寸会远远超过组件试验件六角形套管的对边距，因此测温探头将无法深入到套管的内部。综上所述，该装置的三维扫描装置无法满足对于堆外实验的温度测量需求。
又例如，专利申请号201510793413.4公开了一种应用于芯片焊点缺陷检测方法技术领域的扫描测温检测方法。该方法将芯片固定在一个三维运动的平台之上，将红外热像仪固定在一个支架上，芯片随着三维平台的平移运动而运动，红外热像仪对每一个焊点的温度进行测量，进而判断出该焊点是否为合格的焊点。可以发现，这种方法虽然实现了三维运动测温，但是由于待测件要放在三维平台上进行测量，而且红外摄像仪的探头也不能进行周向旋转，因此该专利所公布的扫描测温检测方法也不能应用于堆外实验的组件试验件温度测量。
综上所述，为了保证堆外的组件试验件热弯曲变形实验顺利进行，必须克服现有的技术瓶颈，提出一种新的测温途径来满足对于堆外实验组件试验件的温度场测量。
发明内容
本发明的目的是克服现有测温手段的不足之处，提供一种钠冷快堆组件试验件的多维度扫描测温装置及方法，，该装置能够满足堆外实验过程中对于组件试验件温度场的测量需求。
为实现上述的目的，本发明采用如下技术方案：
一种钠冷快堆组件试验件的多维度扫描测温装置，包括调节座1，其作用是对于整个装置的水平度以及垂直度进行调节；龙门架2，其主要作用是对整个装置进行刚性支撑，龙门架2与调节座1之间通过高强度螺栓进行连接；Z轴总成3，主要包括固定导轨以及伸缩杆，其主要作用是搭载非接触式测温探头沿着Z轴的直线运动，从而实现对组件试验件内壁面不同高度处的温度测量，固定导轨沿Z轴方向固定于Z轴支撑座之上，伸缩杆沿着固定导轨进行沿Z轴方向的滑动；Z轴支撑座4，其主要作用是对Z轴进行刚性支撑，Z轴总成3能够在Y轴总成的滑动导轨上沿Y轴方向进行移动；Y轴总成5，主要由一段滑动导轨组成，在两端有滑块嵌入X轴总成的滑动导轨之中，其主要作用是实现Z轴总成3以及Z轴支撑座4沿着Y轴方向的直线运动，其两端能够在X轴总成的滑动导轨上沿X轴方向进行移动；X轴总成6，主要由两条平行的滑动导轨组成，其主要作用是实现Z轴总成3、Z轴支撑座4以及Y轴总成5沿着X轴总成6的滑动导轨进行直线运动；测温探头旋转机构7，其上端与Z轴总成伸缩杆的末端固连，可以实现微型测温探头在XY平面内按指定角度进行转动；微型测温探头8，通过螺栓与测温探头旋转机构7进行连接，其主要作用是接收快堆组件试验件六角形套管内壁面的红外辐射，从而反馈内壁面的温度信号给计算机处理单元。
所述钠冷快堆组件试验件的多维度扫描测温装置测量快堆组件试验件内壁温的方法，包括以下步骤：
步骤1：首先将该装置固定于快堆组件试验件区域的正上方，保证固定过程中装置的水平度以及垂直度满足实验的需求；
步骤2：通过X轴总成3以及Y轴总成5来控制Z轴总成3以及Z轴支撑座4在XY平面内进行水平移动，达到待测组件试验件的正上方，使得Z轴总成3的伸缩杆的中轴线和快堆组件试验件的中轴线对齐；
步骤3：通过调节Z轴总成3中伸缩杆的高度使得微型测温探头8进入到快堆组件试验件的内部，从而实现组件试验件在不同高度上温度的测量；
步骤4：通过改变微型测温探头8的测量角度来实现在快堆组件试验件内同一高度上不同套管内壁的温度的测量；
步骤5：待获得目标快堆组件试验件所需的所有温度信息以后，通过Z轴总成3的固定导轨将微型测温探头8提出到快堆组件试验件的外部，恢复到Z方向的零位，根据需求重新调节微型测温探头8在XY平面的位置，从而继续对其它组件试验件的温度数据进行测量。
本发明在快堆组件试验件区域的上方设置独立的测温探头驱动机构，从而可以驱动微型测温探头在组件试验件区域的上方进行三维的直线运动，并可以插入到快堆组件试验件的内部。这样做可以避免在非接触式温度测量的过程中外围组件试验件对内部组件试验件产生干涉作用。由于Z轴总成上的伸缩杆可以驱动测温探头沿高度方向进行直线运动，因此可以对组件试验件不同的高度进行温度的测量。此外，由于微型测温探头可以在XY平面内进行旋转运动，因此可以对组件试验件内部在同一高度上对于不同的套管内壁面进行温度的测量。本发明的驱动机构具有极高的精度以及稳定性，此外该装置的操作使用以及维护非常方便，客观上降低了经济成本。
如上所述，本发明是一种为了对钠冷快堆堆外的组件试验件热弯曲变形实验中所需温度进行测量而专门发明的测温装置及方法，具有以下有益效果：
1.该装置能够实现对于组件试验件的温度进行非接触式测量，从而避免对于组件试验件的结构进行破坏，保证其机械以及力学性能不因测温手段而发生变化。
2.该装置固定于组件试验件区域的顶部，而不在区域四周，因此可以有效避免测量过程中外围组件对于内部组件的温度测量产生干涉。
3.测温探头可以沿着Z轴进行直线运动，因此测温探头可以伸入到组件试验件的套管内部，同时可以根据实验需求改变测温探头在组件试验件中的高度，因此可以获取组件试验件在不同高度上的温度数据。
4.测温探头在XY平面内可以按需求进行旋转运动，因此可以测量组件试验件在某一高度上不同的套管壁面的温度。
5.理论上测温探头以及组件试验件上方的测温探头驱动机构在整个测量过程中是不和组件试验件发生接触的，因此可以满足多次重复测量的要求。
6.这种测温方式具有经济实用，稳定度高，测量重复性好的特点。
附图说明
图1为多维度扫描测温装置主视图。
图2为多维度扫描测温装置左视图。
图3为多维度扫描测温装置俯视图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
参照图1至图3。须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的修改或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达到的目的下，均应仍落在本发明所解释的技术内容能涵盖的范围内同时，本说明书中所引用的如“大”“小”“上”“下”“左”“右”“中间”“内”“外”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明的可实施的范畴。
图1、图2和图3为多维度扫描测温装置的三视图，可以通过该装置测量快堆组件试验件的套管内壁面的壁温，包括调节座1，其作用是对于整个装置的水平度以及垂直度进行调节，使其符合相应的技术指标；龙门架2，其主要作用是对整个装置进行刚性支撑，龙门架2与调节座1之间通过高强度螺栓进行连接；Z轴总成3，主要包括固定导轨以及伸缩杆，其主要作用是搭载非接触式测温探头、沿着Z轴的直线运动，从而实现对组件试验件内壁面不同高度处的温度测量，固定导轨沿Z轴方向固定于Z轴支撑座之上，伸缩杆可以沿着固定导轨进行沿Z轴方向的滑动；Z轴支撑座4，其主要作用是对Z轴进行刚性支撑，Z轴总成3可以在Y轴总成的滑动导轨上沿Y轴方向进行移动；Y轴总成5，主要由一段滑动导轨组成，在两端有滑块可以嵌入X轴总成的滑动导轨之中。其主要作用是实现Z轴总成3以及Z轴支撑座4进行沿着Y轴方向的直线运动，其两端可以在X轴总成的滑动导轨上沿X轴方向进行移动；X轴总成6，主要由两条平行的滑动导轨组成，其主要作用是实现Z轴总成3、Z轴支撑座4以及Y轴总成5沿着X轴总成6的滑动导轨进行直线运动；测温探头旋转机构7，其上端与Z轴总成伸缩杆的末端固连，可以实现微型测温探头在XY平面内按指定角度进行转动；微型测温探头8，通过螺栓与测温探头旋转机构7进行连接，其主要作用是接收快堆组件试验件六角形套管内壁面的红外辐射，从而反馈内壁面的温度信号给计算机处理单元。
本发明还提供一种测量快堆组件试验件套管内壁温的方法，该方法可以测量快堆组件试验件内部任意高度以及XY平面内任意角度的内壁温，包括以下步骤：
(1)首先将该装置固定于组件试验件区域的正上方，保证固定过程中装置的水平度以及垂直度满足实验的需求。
(2)通过X轴总成3以及Y轴总成5来控制Z轴总成3以及Z轴支撑座4在XY平面内进行水平移动，达到待测组件试验件的正上方，使得Z轴总成3的伸缩杆的中轴线和组件试验件的中轴线对齐。
(3)通过调节Z轴总成3中伸缩杆的高度使得微型测温探头8进入到组件试验件的内部，从而实现组件试验件在不同高度上温度的测量。
(4)通过改变微型测温探头8的测量角度来实现在组件试验件内同一高度上不同套管内壁的温度的测量。
(5)待获得目标组件试验件所需的所有温度信息以后通过Z轴总成3的固定导轨将微型测温探头8提出到组件试验件的外部，恢复到Z方向的零位，从而根据需求重新调节微型测温探头8在XY平面的位置，从而继续对其它组件试验件的温度数据进行测量。
综上所述，本发明中测量快堆组件试验件套管内壁温的多维度扫描测温装置及方法，能够实现实验中对任意快堆组件试验件套管内部任意高度以及XY平面内任意角度的六角形套管内壁温进行测量，不仅具有测量简便自动化程度高的优点，而且可以获得丰富的套管内壁面温度场数据，从而为组件变形程序的验证提供丰富的数据支撑。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具有高度的利用价值。
以上内容仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
Claims (2)
1.一种钠冷快堆组件试验件的多维度扫描测温装置，其特征在于：包括调节座(1)，其作用是对于整个装置的水平度以及垂直度进行调节；龙门架(2)，其主要作用是对整个装置进行刚性支撑，龙门架(2)与调节座(1)之间通过高强度螺栓进行连接；Z轴总成(3)，主要包括固定导轨以及伸缩杆，其主要作用是搭载非接触式测温探头沿着Z轴的直线运动，从而实现对组件试验件内壁面不同高度处的温度测量，固定导轨沿Z轴方向固定于Z轴支撑座之上，伸缩杆沿着固定导轨进行沿Z轴方向的滑动；Z轴支撑座(4)，其主要作用是对Z轴进行刚性支撑，Z轴总成(3)能够在Y轴总成的滑动导轨上沿Y轴方向进行移动；Y轴总成(5)，主要由一段滑动导轨组成，在两端有滑块嵌入X轴总成的滑动导轨之中，其主要作用是实现Z轴总成(3)以及Z轴支撑座(4)沿着Y轴方向的直线运动，其两端能够在X轴总成的滑动导轨上沿X轴方向进行移动；X轴总成(6)，主要由两条平行的滑动导轨组成，其主要作用是实现Z轴总成(3)、Z轴支撑座(4)以及Y轴总成(5)沿着X轴总成(6)的滑动导轨进行直线运动；测温探头旋转机构(7)，其上端与Z轴总成伸缩杆的末端固连，可以实现微型测温探头在XY平面内按指定角度进行转动；微型测温探头(8)，通过螺栓与测温探头旋转机构(7)进行连接，其主要作用是接收快堆组件试验件六角形套管内壁面的红外辐射，从而反馈内壁面的温度信号给计算机处理单元。
2.权利要求1所述钠冷快堆组件试验件的多维度扫描测温装置测量快堆组件试验件内壁温的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：首先将该装置固定于快堆组件试验件区域的正上方，保证固定过程中装置的水平度以及垂直度满足实验的需求；
步骤2：通过X轴总成(3)以及Y轴总成(5)来控制Z轴总成(3)以及Z轴支撑座(4)在XY平面内进行水平移动，达到待测组件试验件的正上方，使得Z轴总成(3)的伸缩杆的中轴线和快堆组件试验件的中轴线对齐；
步骤3：通过调节Z轴总成(3)中伸缩杆的高度使得微型测温探头(8)进入到快堆组件试验件的内部，从而实现组件试验件在不同高度上温度的测量；
步骤4：通过改变微型测温探头(8)的测量角度来实现在快堆组件试验件内同一高度上不同套管内壁的温度的测量；
步骤5：待获得目标快堆组件试验件所需的所有温度信息以后，通过Z轴总成(3)的固定导轨将微型测温探头(8)提出到快堆组件试验件的外部，恢复到Z方向的零位，根据需求重新调节微型测温探头(8)在XY平面的位置，从而继续对其它组件试验件的温度数据进行测量。
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