CN107369482B - 单根快堆组件热弯曲试验约束装置及热变形接触测量方法 - Google Patents

单根快堆组件热弯曲试验约束装置及热变形接触测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单根快堆组件热弯曲试验约束装置及热变形接触测量方法，该装置包括立柱，立柱的上部和中部各安装一个支撑座，每个支撑座上设有螺杆固定座，螺杆可在螺杆固定座上做直线移动，螺杆固定座两侧各有一个螺帽用于将螺杆固定；C型连接件将螺杆与六角卡箍连接起来；本发明还提供采用该装置进行热变形接触测量方法；该约束装置最大程度上模拟了实际反应堆内单根快堆组件的约束和受力情况，该热变形接触测量方法为单根组件的热‑变形‑接触机理研究提供丰富、有效的数据。

Description

单根快堆组件热弯曲试验约束装置及热变形接触测量方法
技术领域
本发明属于快堆组件热弯曲试验技术领域，具体涉及一种单根快堆组件热弯曲试验约束装置及热变形接触测量方法。
背景技术
钠冷快堆装料后，堆芯围筒对外围组件进行约束，而内部组件之间通过六角形套管的上、下垫块的相互接触达到约束效果。反应堆运行后，高温、高压差、高中子通量都可使组件发生弯曲变形，相邻组件的接触力会造成更严重的弯曲，较大的组件变形会给核电站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。
组件受到接触力后的热‐变形‐接触耦合问题具有高度非线性特性，大多数国家都是对简化的组件进行数值模拟来预测堆芯组件的变形行为，但简化后的模型大大降低了准确性；更好的方法是通过半经验公式对耦合问题进行数学建模，而数学模型的验证则需要开展相关的组件受限热弯曲试验来提供数据支撑。其中，单根组件受限热弯曲试验是最简单的情形：对单根组件施加约束后给定一个温度梯度，测量组件位移以及与约束件的接触力，得到温度梯度、位移、接触力三者的关系。单根组件受限热弯曲试验研究了组件受热弯曲后对相邻组件的影响，为研究全堆芯组件的热‐变形‐接触问题奠定基础。
国内外公开的资料中，只有日本开展过单根组件对边受限热弯曲实验(E.OKUDA,K.MAEDA,N.MIZOO.STAGE 2 EXAMPLES Appendix.1 Example Problem Specification(EX‐1A).VERIFICATION AND VALIDATION OF LMFBR STATIC CORE MECHANICS CODES PARTⅠ,p.18‐27,IAEA,VIENNA,1990)。实验方式是在一根组件六角形套管内壁面的一边上放置金属加热片，金属加热片模拟活性区的燃料芯块，加热边下垫块及对边上垫块处设置固定的压力传感器来限制组件的横向位移；通过金属加热片施加一定的温度梯度，组件沿着加热边的对边弯曲，力传感器测得接触力信号，该接触力近似于堆芯内组件热变形的接触力，通过热电偶测得对边温度梯度大小，再通过不同高度上的激光位移传感器来测量组件的横向位移。该实验装置虽然能够得到组件的对边温差、位移与接触力的关系，但存在较大缺陷——组件只能发生一个方向的热变形，只能测量一个方向的接触力，同时激光位移传感器只能测量一个方向的水平位移，这些与实际情况是不符的。实际堆芯中组件温度分布复杂，组件会沿着任意方向弯曲且组件变形情况复杂，应该开展实验模拟实际堆芯的情况，横向约束组件六个方向的上、下垫块，测量组件温度分布，测量组件热变形的三维位移并测量每个垫块处的接触力大小，从而得到单根组件热‐变形‐接触的经验关系式，为组件变形分析程序提供数学模型。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种单根快堆组件热弯曲试验约束装置及热变形接触测量方法，该装置能够限制快堆组件的上垫块、下垫块六个方向的横向位移，解决现有技术中快堆组件无法往不同方向热变形的问题；本发明测量方法，能够测量快堆组件的温度分布、热变形后三维位移量以及垫块处的接触力，解决现有技术中，无法测量快堆组件三维位移以及不同方向接触力大小的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种单根快堆组件热弯曲试验约束装置，包括固定的立柱8，立柱8上部和中部各安装一个支撑座7，每个支撑座7上设有螺杆固定座5，螺杆4一端设置在螺杆固定座5上并能够在螺杆固定座5上做直线移动，C型连接件3将螺杆4的另一端与六角卡箍1连接起来；上部的六角卡箍1用于箍住快堆组件2的上垫块，中部的六角卡箍1用于箍住快堆组件2的下垫块，能够限制快堆组件2在这两个高度的横向位移；单根快堆组件2通过六角卡箍1来模拟反应堆内的约束情况；实验测量的是快堆组件2的温度分布、位移、垫块处的接触力，测得三类参数后可通过多种数学手段(如人工神经网络)拟合出参数之间的数学关系，得到单根组件的热‐变形‐接触机理模型，同时可为组件变形分析程序的验证提供数据支撑。
所述立柱8与立柱底板10之间通过四个均布的立柱筋板11加强刚度。
所述支撑座7包括安装板703、面板702和筋板704；安装板703与立柱8的一侧贴合，安装板703上有四个槽孔701，通过槽孔701来微调支撑座7的标高，通过螺钉将支撑座7固定在立柱8上；面板702与安装板703垂直焊接成一体，两者之间通过两块筋板704来加强刚度；面板702上有八个固定座安装孔705，用于与螺杆固定座5进行固定连接。
所述螺杆固定座5包括立板502和底板503；立板502上有一个螺杆装配孔501与螺杆4配合，底板503上有两个较长的槽孔504，用于调节螺杆固定座5的水平位置，调节完成后通过螺钉将螺杆固定座5固定在支撑座7的面板702上。
所述六角卡箍1整体加工后再通过线切割分为左右两半部分；左半部分与C型连接件3的槽口进行配合，左半部分有三个通孔与C型连接件3的三个卡箍安装孔相对并通过螺钉进行连接；左、右两半部分通过螺栓和螺母进行连接。
所述快堆组件热弯曲试验约束装置的热变形接触测量方法，包括以下步骤：
1)在快堆组件2的六个内壁面粘贴加热带，六个外壁面多个高度上粘贴热电偶用于测量温度分布以及粘贴摄影测量编码点用于测量三维位移，在上垫块和下垫块上粘贴薄膜压力传感器用于测量接触力；
2)安装快堆组件2，利用六角卡箍1限制上垫块、下垫块的横向位移；
3)加热带对快堆组件2加热，热电偶测量温度分布，工业摄影测量仪测量组件的三维位移，薄膜压力传感器测量垫块处的接触力。
和现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：
(1)该约束装置能够通过六角卡箍1对快堆组件2的上垫块、下垫块进行周向刚性约束，限制这两个高度的横向位移，最大程度地模拟实际反应堆中组件的约束情况。
(2)在该约束装置的基础上利用薄膜压力传感器能够测量六个方向上的接触力，准确获得接触力分布情况。
(3)工业摄影测量仪能够测量快堆组件2的三维位移，真实反映快堆组件2的变形情况。
(4)丰富的温度、位移和接触力数据通过多种数学手段(如人工神经网络)可得到单排快堆组件2热‐变形‐接触的经验关系式，为组件变形分析程序提供数学模型。
附图说明
图1A为单根快堆组件约束装置的局部正视图，图1B为单根快堆组件约束装置的局部右视图，图1C为单根快堆组件约束装置的俯视图。
其中：1、六角卡箍；2、快堆组件；3、C形连接件；4、螺杆；5、螺杆固定座；6、螺帽；7、支撑座；8、立柱；9、地脚螺栓；10、立柱底板；11、立柱筋板。
图2A为支撑座的正视图，图2B为支撑座的右视图，图2C为支撑座的俯视图。
其中：701、槽孔；702、面板；703、安装板；704、筋板；705、固定座安装孔。
图3A为螺杆固定座的主视图，图3B为螺杆固定座的俯视图。
其中：501、螺杆装配孔；502、立板；503、底板；504、槽孔。
图4A为C型连接件的剖视图，图4B为C型连接件的俯视图。
其中：301、卡箍安装孔；302、螺栓装配孔。
图5为六角卡箍的俯视图。
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。
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“上”“中”“下”“左”“右”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。
如图1A、图1B和图1C所示，本发明一种单根快堆组件热弯曲试验约束装置，包括立柱8，立柱8为标准的空心方形钢管，立柱8与立柱底板10焊接为一体，立柱底板10与实验室地基通过地脚螺栓9固定，立柱8与立柱底板10之间通过四个均布的立柱筋板11加强刚度；立柱8上部和中部的一侧安装支撑座7；螺杆固定座5通过螺钉固定在支撑座7上，螺杆4安装在螺杆固定座5上，调节好螺杆4的行程后可通过螺帽6锁紧将螺杆4固定；螺杆4的末端通过螺钉与C型连接件3固定连接；C型连接件3再通过螺钉与六角卡箍1的左半部分固定连接，六角卡箍1左、右两半通过螺栓和螺母进行连接。
如图2A、图2B和图2C所示，支撑座7包括安装板703、面板702、筋板704；安装板703与立柱8的一侧贴合，安装板703上有四个槽孔701，通过槽孔701来微调支撑座7的标高，然后通过螺钉将支撑座7固定在立柱8上；面板702与安装板703垂直焊接成一体，两者之间通过两块筋板704来加强刚度；面板702上有八个固定座安装孔705，用于与螺杆固定座5进行固定连接。
如图3A和图3B所示，螺杆固定座5包括立板502和底板503；立板502上有一个螺杆装配孔501与螺杆4配合，底板503上有两个较长的槽孔504，用于调节螺杆固定座5的水平位置，调节完成后通过螺钉将螺杆固定座5固定在支撑座7的面板702上。
如图4A和图4B所示，C型连接件3左侧的螺栓装配孔302与螺杆4连接，右侧的槽口与六角卡箍1配合后在上、下三个卡箍安装孔301处用螺钉进行连接。
如图5所示，六角卡箍1整体加工后再通过线切割分为左右两半部分；左半部分与C型连接件3的槽口进行配合，左半部分有三个通孔与C型连接件3的三个卡箍安装孔301相对并通过螺钉进行连接；左、右两半部分通过螺栓和螺母进行连接。
本发明还提供一种单根快堆组件热变形接触测量方法，包括以下步骤：
1)在快堆组件2六个内壁面粘贴加热带，六个外壁面多个高度上粘贴热电偶用于测量温度分布以及粘贴摄影测量编码点用于测量三维位移，在每个垫块上粘贴薄膜压力传感器用于测量接触力；
2)将螺杆4、C型连接件3、六角卡箍1左半部分依次连接，螺杆4与螺杆固定座5配合，并将螺杆固定座5安装在支撑座7上，通过槽孔504调节螺杆固定座5的水平位置，使螺杆4中心线对准快堆组件2轴心线；
3)将支撑座7安装在立柱8上，通过槽孔701调节支撑座7的标高，使螺杆4与上垫块或下垫块在同一水平高度上；
4)安装快堆组件2，调节螺杆4行程，使六角卡箍1左半部分靠近快堆组件2，将六角卡箍1左、右两半通过螺栓和螺母进行连接，至此约束装置安装完毕；
5)按照实验规程利用加热带对快堆组件2加热，热电偶测量温度分布，工业摄影测量仪测量组件的三维位移，薄膜压力传感器测量垫块处的接触力。
综上所述，本发明单根快堆组件约束装置能够对快堆组件上、下垫块施加周向刚性约束，限制这两个高度的横向位移，最大程度地模拟实际反应堆内的组件约束和受力情况；本发明单根快堆组件热变形接触测量方法能测量组件的温度分布、三维位移以及垫块处的接触力，为单根快堆组件的热‐变形‐接触机理研究提供丰富、有效的数据。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。

Claims (6)

1.一种单根快堆组件热弯曲试验约束装置，其特征在于：包括固定的立柱(8)，立柱(8)上部和中部各安装一个支撑座(7)，每个支撑座(7)上设有螺杆固定座(5)，螺杆(4)一端设置在螺杆固定座(5)上并能够在螺杆固定座(5)上做直线移动，C型连接件(3)将螺杆(4)的另一端与六角卡箍(1)连接起来；上部的六角卡箍(1)用于箍住快堆组件(2)的上垫块，中部的六角卡箍(1)用于箍住快堆组件(2)的下垫块，能够限制快堆组件(2)在这两个高度的横向位移；单根快堆组件(2)通过六角卡箍(1)来模拟反应堆内的约束情况。
2.根据权利要求1所述的一种单根快堆组件热弯曲试验约束装置，其特征在于：所述立柱(8)与立柱底板(10)之间通过四个均布的立柱筋板(11)加强刚度。
3.根据权利要求1所述的一种单根快堆组件热弯曲试验约束装置，其特征在于：所述支撑座(7)包括安装板(703)、面板(702)和筋板(704)；安装板(703)与立柱(8)的一侧贴合，安装板(703)上有四个槽孔(701)，通过槽孔(701)来微调支撑座(7)的标高，通过螺钉将支撑座(7)固定在立柱(8)上；面板(702)与安装板(703)垂直焊接成一体，两者之间通过两块筋板(704)来加强刚度；面板(702)上有八个固定座安装孔(705)，用于与螺杆固定座(5)进行固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种单根快堆组件热弯曲试验约束装置，其特征在于：所述螺杆固定座(5)包括立板(502)和底板(503)；立板(502)上有一个螺杆装配孔(501)与螺杆(4)配合，底板(503)上有两个较长的槽孔(504)，用于调节螺杆固定座(5)的水平位置，调节完成后通过螺钉将螺杆固定座(5)固定在支撑座(7)的面板(702)上。
5.根据权利要求1所述的一种单根快堆组件热弯曲试验约束装置，其特征在于：所述六角卡箍(1)整体加工后再通过线切割分为左右两半部分；左半部分与C型连接件(3)的槽口进行配合，左半部分有三个通孔与C型连接件(3)的三个卡箍安装孔相对并通过螺钉进行连接；左、右两半部分通过螺栓和螺母进行连接。
6.权利要求1至5任一项所述的单根快堆组件热弯曲试验约束装置的热变形接触测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)在快堆组件(2)的六个内壁面粘贴加热带，六个外壁面多个高度上粘贴热电偶用于测量温度分布以及粘贴摄影测量编码点用于测量三维位移，在上垫块和下垫块上粘贴薄膜压力传感器用于测量接触力；
2)安装快堆组件(2)，利用六角卡箍(1)限制上垫块和下垫块的横向位移；
3)加热带对快堆组件(2)加热，热电偶测量温度分布，工业摄影测量仪测量快堆组件(2)的三维位移，薄膜压力传感器测量垫块处的接触力。
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