CN107389439B - 单排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
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Abstract
本发明公开了一种单排快堆组件热弯曲试验约束装置及热变形接触测量方法，该装置包括两根立柱，每根立柱上部和中部各安装一个支撑座；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；螺杆末端设有约束块用于约束单排快堆组件两端的快堆组件的上垫块、下垫块；支撑座上螺杆固定座的两侧设有两根约束挡板，约束挡板相对安装可通过双头螺柱和螺母进行调节；本发明还提供了采样该装置的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排快堆组件的约束和受力情况，该热变形接触测量方法为单排组件的热‑变形‑接触机理研究提供丰富、有效的数据。
Description
技术领域
本发明属于快堆组件热弯曲试验技术领域，具体涉及一种单排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，弯曲的组件可能与相邻组件接触，造成相邻组件更严重的弯曲，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，单排组件受限热弯曲试验可以研究一个方向上受热弯曲组件之间相互接触对组件变形的影响，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，只有日本开展过单排(10根)组件受限热弯曲实验(E.OKUDA,K.MAEDA,N.MIZOO.STAGE 2EXAMPLES Appendix.3Example ProblemSpecification(EX‐2).VERIFICATION AND VALIDATION OF LMFBR STATIC COREMECHANICS CODES PART Ⅰ,p.40‐56,IAEA,VIENNA,1990)。实验对象是一排(10根)紧密排列的组件(0～9号)，实验方式是在每根组件六角形套管内壁面的同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，在两端组件(0号、9号)的上、下垫块设置支撑件来限制组件的弯曲，在0号组件的多个关键高度上通过激光位移传感器测量其横向位移，通过塞尺测量组件的间隙推算出每根组件的横向位移，最终得到单排组件的位移与温度梯度的关系。该实验装置存在三个缺陷：(1)激光位移传感器只能测量横向位移，无法测量轴向位移；(2)不能测量组件之间的接触力；(3)加热面热量不均匀使组件发生扭曲和错位，给位移测量引入误差。
因此，希望有一种技术方法来克服上述的缺陷。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的的缺点，本发明的目的在于提供一种单排快堆组件热弯曲试验约束装置及热变形接触测量方法，给两端快堆组件的上、下垫块提供支撑的同时防止单排组件热变形过程发生扭曲和错位；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组件间接触力的问题。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种单排快堆组件热弯曲试验约束装置，包括立于单排快堆组件9两端的两根立柱1，在立柱1上部和中部各安装一个支撑座2，每个支撑座2上设有螺杆固定座4，螺杆6一端设置在螺杆固定座4上并能够在螺杆固定座4上做直线移动，螺杆6另一端设有约束块7，上部的约束块7用于约束单排快堆组件9两端的快堆组件的上垫块，中部的约束块7用于约束单排快堆组件9两端的快堆组件的下垫块；支撑座2上螺杆固定座4的两侧设有两根约束挡板3，约束挡板3两个面相对，约束挡板3之间的距离可通过约束挡板3两头的双头螺柱10和螺母11进行调节，约束挡板3用于防止受热变形的快堆组件的扭曲和错位；单根组件通过约束块7和约束挡板3来模拟反应堆内的约束情况；实验测量的是单排快堆组件9的温度分布、位移、垫块处的接触力，测得三类参数后可以通过多种数学手段(如人工神经网络)拟合出参数之间的数学关系，得到单排组件的热‐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。
所述单排快堆组件9为十根快堆组件组成。
所述立柱1与立柱底板12之间通过四个均布的立柱筋板13加强刚度。
所述支撑座2包括安装板203、面板202和筋板204；安装板203与立柱1的一侧贴合，安装板203上有四个槽孔201，通过槽孔201来微调支撑座2的标高，通过螺钉将支撑座2固定在立柱1上；面板202与安装板203垂直焊接成一体，两者之间通过两块筋板204来加强刚度；面板202上有八个通孔，螺杆固定座4通过中间四个固定座安装孔206安装在面板202上，两个约束挡板3通过其余四个约束挡板安装孔205安装在面板上。
所述螺杆固定座4包括立板402和底板403；立板402上有一个螺杆装配孔401与螺杆6配合，底板403上有两个较长的槽孔404，用于调节螺杆固定座4的水平位置，调节完成后通过螺钉将螺杆固定座4固定在支撑座2的面板202上。
所述约束挡板3的长边两头各有两个螺柱连接孔301，用于双头螺柱10与约束挡板3的连接；下短边两头各有一个槽孔302，用于水平微调约束挡板3的间距，间距调节完成后用螺母11固定锁死，限制单排快堆组件9在受热变形时的扭曲或错位；上短边中间有两个吊环孔303，用于安装吊环8便于约束挡板3的吊装。
所述单排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)在每根快堆组件沿单排方向的两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，在沿单排方向的每个边的上、下垫块处粘贴薄膜压力传感器用于测量接触力；
2)单排快堆组件9按次序安装在两个立柱1中间，用约束块7约束两端组件的上、下垫块，用约束挡板3约束单排组件两侧；
3)加热带对单排快堆组件9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约束块7、约束挡板3对单排快堆组件9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单排快堆组件9之间的接触力，提供丰富的实验数据。
(3)工业摄影测量仪能够测量单排快堆组件9的三维位移，真实反映快堆组件的变形情况。
(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9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为单排快堆组件约束装置的局部正视图，图1B为单排快堆组件约束装置的局部左视图，图1C为单排快堆组件约束装置的俯视图。
其中：1、立柱；2、支撑座；3、约束挡板；4、螺杆固定座；5、螺帽；6、螺杆；7、约束块；8、吊环；9、快堆组件；10、双头螺柱；11、螺母；12立柱底板；13、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：201、槽孔；202、面板；203、安装板；204、筋板；205、约束挡板安装孔；206、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：401、螺杆装配孔；402、立板；403、底板；404、槽孔。
图4A为约束挡板的主视图，图4B为约束挡板的俯视图。
其中：301、螺柱连接孔；302、槽孔；303、吊环孔。
图5为双头螺柱与约束挡板连接示意图。
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，本发明提供一种单排快堆组件热弯曲试验约束装置，包括两根立柱1，立柱1为标准的空心方形钢管，立柱1与立柱底板12焊接为一体，立柱底板12与实验室地基固定，立柱1与立柱底板12之间通过四个均布的立柱筋板13加强刚度；立柱1上部和中部的一侧安装支撑座2；螺杆固定座4安装在支撑座2上，螺杆6安装在螺杆固定座4上，调节好螺杆6的行程后可通过螺帽5锁紧将螺杆6固定，螺杆6的末端通过螺钉与约束块7固定连接。通过微调支撑座2的标高来保证螺杆与上垫块或下垫块在同一高度上。螺杆固定座4两侧设有约束挡板3，约束挡板3是标准的槽钢，两个约束挡板3的长边相对，短边通过螺钉固定在支撑座2上；两个约束挡板3两头各有两个双头螺柱10，每个双头螺柱10上有四个螺母11，两个螺母11为一对夹着槽钢的长边，约束挡板3可以微调间距，然后通过长边两侧的螺母11将约束挡板3的位置固定锁死；每个约束挡板3上有两个吊耳8用于约束挡板3的吊装。
如图2A、2B、2C所示，支撑座2包括安装板203、面板202和筋板204；安装板203与立柱1的一侧贴合，安装板203上有四个槽孔201，通过槽孔201来微调支撑座2的标高，然后通过螺钉将支撑座2固定在立柱1上；面板202与安装板203垂直焊接成一体，两者之间通过两块筋板204来加强刚度；面板202上有八个通孔，螺杆固定座4通过中间四个固定座安装孔206安装在面板202上，两个约束挡板3通过其余四个约束挡板安装孔205安装在面板上。
如图3A、3B所示，螺杆固定座4包括立板402和底板403；立板402上有一个螺杆装配孔401与螺杆6配合，底板403上有两个较长的槽孔404，用于调节螺杆固定座4的水平位置，调节完成后通过螺钉将螺杆固定座4固定在支撑座2的面板202上。
如图4A、4B和图5所示，约束挡板3的长边两头各有两个螺柱连接孔301，用于双头螺柱10与约束挡板3的连接；下短边两头各有一个槽孔302，用于水平微调约束挡板3的间距，间距调节完成后用螺母11固定锁死，限制单排快堆组件9在受热变形时的扭曲或错位；上短边中间有两个吊环孔303，用于安装吊环8便于约束挡板3的吊装。
本发明还提供一种单排快堆组件热变形接触测量方法，包括以下步骤：
1)在每根快堆组件沿单排方向的两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，在沿单排方向的每个边的上、下垫块处粘贴薄膜压力传感器用于测量接触力；
2)在立柱1上安装支撑座2，支撑座2上安装螺杆固定座4，装配好螺杆6和约束块7；
3)将十根快堆组件9依次安装在指定位置，在螺杆固定座4两侧安装约束挡板3，并通过双头螺柱10和螺母11调节约束挡板3的间隙，利用约束挡板3支撑单排快堆组件9两侧的上垫块或下垫块，防止热变形时的扭曲和错位；
4)调节螺杆6行程使约束块7靠近单排快堆组件9两端的上垫块或下垫块，并通过螺帽5将螺杆6固定，利用约束块7支撑两端快堆组件的上垫块或下垫块，限制单排快堆组件9的横向位移，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进行对边加热，热电偶测量对边的温度差，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，本发明单排快堆组件约束装置能够对单排组件两端施加横向约束，同时限制组件受热过程发生的扭曲和错位，最大程度地模拟实际反应堆内的组件约束情况；本发明单排快堆组件热变形接触测量方法能够测量组件的温度分布、三维位移以及组件间的接触力，为单排快堆组件的热‐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)
1.一种单排快堆组件热弯曲试验约束装置，其特征在于：包括立于单排快堆组件(9)两端的两根立柱(1)，在立柱(1)上部和中部各安装一个支撑座(2)，每个支撑座(2)上设有螺杆固定座(4)，螺杆(6)一端设置在螺杆固定座(4)上并能够在螺杆固定座(4)上做直线移动，螺杆(6)另一端设有约束块(7)，上部的约束块(7)用于约束单排快堆组件(9)两端的快堆组件的上垫块，中部的约束块(7)用于约束单排快堆组件(9)两端的快堆组件的下垫块；支撑座(2)上螺杆固定座(4)的两侧设有两根约束挡板(3)，约束挡板(3)两个面相对，约束挡板(3)之间的距离可通过约束挡板(3)两头的双头螺柱(10)和螺母(11)进行调节，约束挡板(3)用于防止受热变形的快堆组件的扭曲和错位；单根组件通过约束块(7)和约束挡板(3)来模拟反应堆内的约束情况；
所述支撑座(2)包括安装板(203)、面板(202)和筋板(204)；安装板(203)与立柱(1)的一侧贴合，安装板(203)上有四个槽孔(201)，通过槽孔(201)来微调支撑座(2)的标高，通过螺钉将支撑座(2)固定在立柱(1)上；面板(202)与安装板(203)垂直焊接成一体，两者之间通过两块筋板(204)来加强刚度；面板(202)上有八个通孔，螺杆固定座(4)通过中间四个固定座安装孔(206)安装在面板(202)上，两个约束挡板(3)通过其余四个约束挡板安装孔(205)安装在面板上；
所述约束挡板(3)的长边两头各有两个螺柱连接孔(301)，用于双头螺柱(10)与约束挡板(3)的连接；下短边两头各有一个槽孔(302)，用于水平微调约束挡板(3)的间距，间距调节完成后用螺母(11)固定锁死，限制单排快堆组件(9)在受热变形时的扭曲或错位。
2.根据权利要求1所述的一种单排快堆组件热弯曲试验约束装置，其特征在于：所述单排快堆组件(9)为十根快堆组件组成。
3.根据权利要求1所述的一种单排快堆组件热弯曲试验约束装置，其特征在于：所述立柱(1)与立柱底板(12)之间通过四个均布的立柱筋板13)加强刚度。
4.根据权利要求1所述的一种单排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(4)包括立板(402)和底板(403)；立板(402)上有一个螺杆装配孔(401)与螺杆(6)配合，底板(403)上有两个较长的槽孔(404)，用于调节螺杆固定座(4)的水平位置，调节完成后通过螺钉将螺杆固定座(4)固定在支撑座(2)的面板上。
5.根据权利要求1所述的一种单排快堆组件热弯曲试验约束装置，其特征在于：所述约束挡板(3)的上短边中间有两个吊环孔(303)，用于安装吊环(8)便于约束挡板(3)的吊装。
6.权利要求1至5任一项所述单排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)在每根快堆组件沿单排方向的两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，在沿单排方向的每个边的上、下垫块处粘贴薄膜压力传感器用于测量接触力；
2)单排快堆组件(9)按次序安装在两个立柱(1)中间，用约束块(7)约束两端组件的上、下垫块，用约束挡板(3)约束单排组件两侧；
3)加热带对单排快堆组件(9)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。
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Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| WWER-1000反应堆燃料棒弯曲的特点及分析;姚进国;《核动力工程》;20060613(第S1期);第390-396页 * |
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