CN108871959A - 一种乏燃料组件压紧板弹簧非线性刚度测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种乏燃料组件压紧板弹簧非线性刚度测量装置，包括用于固定测量单元的夹持单元和固定在夹持单元上方的测量单元；测量单元包括丝杠机构，丝杠机构包括设置在定位组件上的导向杆和丝杠，设置在导向杆上的上支撑座，丝杠上套设有驱动板，力传感器和位移传感器均设置在丝杠机构上，力传感器的上端与丝杠机构的驱动板连接，力传感器的下端与承压板连接，位移传感器的上端与上支撑座连接，位移传感器的下端与驱动板连接，第一齿轮套设在丝杠外能带动丝杠转动，第二齿轮和驱动电机组件连接，第一齿轮和第二齿轮传动连接。本发明能够在现场对高放射性板弹簧进行全行程任意位置的压紧力与形变进行精确测量。

Description

一种乏燃料组件压紧板弹簧非线性刚度测量装置及方法

技术领域

本发明属于核工业检测技术领域，具体涉及一种乏燃料组件压紧板弹簧非线性刚度测量装置及方法。

背景技术

压紧板弹簧是燃料组件中的重要部件，主要功能是提供适当的压紧力以保持燃料组件在反应堆运行中被压紧于堆芯支撑下板上表面，防止水流冲刷下引起组件跳动而损坏燃料组件。在某压紧板弹簧材料研制过程中，需对若干个辐照考验循环后的压紧板弹簧刚度进行测量，以检验材料的辐照性能。

经过辐照考验后的压紧板弹簧具有高放射性，且仍与燃料组件连为一体，因此需要在现场对高放射性的板弹簧进行受力与形变的测量。另外，辐照后的板弹簧具有非线性的特点，因此需要对其进行压紧全行程的受力与形变的测量，以建立起非线性刚度模型。

发明内容

本发明目的在于提供一种乏燃料组件压紧板弹簧非线性刚度测量装置，以解决现场无法对高放射性的板弹簧进行受力与形变的测量的难题。本装置能够在现场对高放射性压紧板弹簧进行全行程任意位置的压紧力与形变的精确测量，而且测量高效、安全可靠。

本发明通过下述技术方案实现：

一种乏燃料组件压紧板弹簧非线性刚度测量装置，包括用于固定测量单元的夹持单元和固定在夹持单元上方的测量单元；

夹持单元包括用于将夹持单元限位在燃料组件上管座上的定位组件和用于将测量单元固定在燃料组件上管座内的抓取组件；

测量单元用于压紧板弹簧的压紧力和位移测量，包括丝杠机构、力传感器、位移传感器、第一齿轮、第二齿轮、驱动电机组件，丝杠机构包括设置在定位组件上的导向杆和丝杠，设置在导向杆上的上支撑座，丝杠上套设有驱动板，力传感器和位移传感器均设置在丝杠机构上，力传感器的上端与丝杠机构的驱动板连接，力传感器的下端与承压板连接，位移传感器的上端与上支撑座连接，位移传感器的下端与驱动板连接，第一齿轮、第二齿轮均设置在丝杠机构顶端，第一齿轮套设在丝杠外能带动丝杠转动，第二齿轮和驱动电机组件连接，第一齿轮和第二齿轮传动连接，第二齿轮通过驱动电机组件的扭矩输出可带动第一齿轮和丝杠旋转，进而带动驱动板上下运动。

抓取组件包括抓钩，抓钩设置在用于驱动抓钩的驱动环上，滑动杆套设在驱动环内，滑动杆的上端套设连接有气缸。通过对气缸的抽吸提升以此来驱动抓钩的开合和合拢，从而能够使得抓取组件松开或者抓紧燃料组件的管座。

气缸上连接有吊绳。当气缸失效时，抓取组件无法从燃料组件的管座上松脱时，可通过设置在气缸上的钢丝绳，手动解除测量装置与燃料组件上管座之间的连接关系，取出测量装置。

驱动电机组件包括伺服电机、联轴器，联轴器的一端与伺服电机相连，另一端与第二齿轮相连。

联轴器和第二齿轮之间设置有离合器。

测量单元还包括第三齿轮和手动驱动轴，第三齿轮设置在丝杠机构顶端，第三齿轮套设在手动驱动轴外。当电机失效后，可以通过操作离合器解除第二齿轮与电机连接关系，通过手动驱动轴驱动第三齿轮，进一步带动第一齿轮和丝杠旋转，更进一步带动驱动板上下运动，继续完成测量。

驱动板上设置有上接近开关，承压板上设置有下接近开关。上接近开关和下接近开关的设置能够使得驱动板的上下移动具有自动限位功能。

一种乏燃料组件压紧板弹簧非线性刚度测量方法，包括以下步骤：

(1)、将测量单元放置在燃料组件的管座上方，用驱动电机组件驱使驱动板向下按压，带动承压板向下移动，直到压力传感器受力发生变化，记录此时的力和位移值，并以此作为测量的零点；

(2)、进一步驱使驱动板下移，继续压缩燃料组件的压紧板弹簧，连续记录力和位移值，直至驱动板不能下移为止；

(3)、驱使驱动板上移，逐步松开燃料组件的压紧板弹簧，连续记录力和位置值，直到驱动板上移至初始位置为止。

在实施时，将测量单元放置在燃料组件的管座上方具体是：将测量装置用定位组件定位在燃料组件的管座上方，并用抓取组件将测量装置固定在燃料组件管座上方。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明能够在现场对高放射性板弹簧进行全行程任意位置的压紧力与形变进行精确测量；

2、本发明在测量过程无人体直接接触，其通过传感器对压紧力及弹簧形变的微小变化进行测量，检测更加安全、高效、可靠。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明结构剖视图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-燃料组件上管座，101-定位销孔，102-压紧板弹簧，2-定位销，3-夹持支座，4-压力传感器，5-承压板，6-下接近开关，7-驱动板，8-导向杆，9-气缸，10-钢丝绳，11-离合器，12-抓钩，13-驱动环，14-滑动杆，15-丝杠，16-上接近开关，17-第一齿轮，18-第三齿轮，19-手动驱动轴，20-伺服电机，21-上支撑座，22-第二齿轮，23-丝杠螺母，24-位移传感器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1和2所示，一种乏燃料组件压紧板弹簧非线性刚度测量装置，包括用于固定测量单元的夹持单元和固定在夹持单元上方的测量单元；

夹持单元包括用于将夹持单元限位在燃料组件上管座1上的定位组件和用于将测量单元固定在燃料组件上管座1内的抓取组件；

测量单元用于压紧板弹簧102的压紧力和位移测量，包括丝杠15机构、压力传感器4、位移传感器24、第一齿轮17、第二齿轮22、驱动电机组件，丝杠15机构包括设置在定位组件上的导向杆8和丝杠15，设置在导向杆8上的上支撑座21，丝杠15上套设有驱动板7，压力传感器4和位移传感器24均设置在丝杠15机构上，压力传感器4的上端与丝杠15机构的驱动板7连接，压力传感器4的下端与承压板5连接，位移传感器24的上端与上支撑座21连接，位移传感器24的下端与驱动板7连接，第一齿轮17、第二齿轮22均设置在丝杠15机构顶端，第一齿轮17套设在丝杠15外能带动丝杠15转动，第二齿轮22和驱动电机组件连接，第一齿轮17和第二齿轮22传动连接，第二齿轮22通过驱动电机组件的扭矩输出可带动第一齿轮17和丝杠15旋转，进而带动驱动板7上下运动。本发明中的定位组件包括定位销2和夹持支座3，定位销2设置在夹持支座3上。定位销2能够插入燃料组件上管座1的定位销孔102内。

抓取组件包括抓钩12，抓钩12设置在用于驱动抓钩12的驱动环13上，滑动杆14套设在驱动环13内，滑动杆14的上端套设连接有气缸9。通过对气缸9的抽吸提升以此来驱动抓钩12的开合和合拢，从而能够使得抓取组件松开或者抓紧燃料组件的管座。本发明中，丝杠15上套设有驱动板7，驱动板7通过丝杠螺母23套设在丝杠15。

实施例2

和实施例1类似，区别在于：气缸9上连接有吊绳。当气缸9失效时，抓取组件无法从燃料组件上管座1上松脱时，可通过设置在气缸9上的钢丝绳10，手动解除测量装置与燃料组件上管座1之间的连接关系，取出测量装置。

实施例3

和实施例1类似，区别在于：驱动电机组件包括伺服电机20、联轴器，联轴器的一端与伺服电机20相连，另一端与第二齿轮22相连。联轴器和第二齿轮22之间设置有离合器11。

测量单元还包括第三齿轮18和手动驱动轴19，第三齿轮18设置在丝杠15机构顶端，第三齿轮18套设在手动驱动轴19外。当电机失效后，可以通过操作离合器11解除第二齿轮22与电机连接关系，通过手动驱动轴19驱动第三齿轮18，进一步带动第一齿轮17和丝杠15旋转，更进一步带动驱动板7上下运动，继续完成测量。

驱动板7上设置有上接近开关16，承压板5上设置有下接近开关6。上接近开关16和下接近开关6的设置能够使得驱动板7的上下移动具有自动限位功能。

用实施例1装置的具体测量方法的步骤如下：

步骤一、单作用气缸9通气，提升滑动杆14和驱动环13，进一步带动抓钩12，使其处于闭合状态；

步骤二、通过四个吊耳将测量装置吊至被测乏燃料组件上方，使两定位销插入被测乏燃料组件1上管座的定位销孔102；

步骤三、单作用气缸9断气，压下滑动杆14和驱动环13，进一步带动抓钩12，使其处于张开状态；

步骤四、伺服电机20通电，缓慢驱动第二齿轮22进一步带动第一齿轮17，更进一步驱动丝杠15带动驱动板7下压压力传感器4，在压力传感器4的作用下承压板5向下移动，直至压力传感器4的受力发生变化，记录此时的力和位移值，以此作为测量的零点；

步骤五、伺服电机20进一步驱动驱动板7向下移动，继续压缩板弹簧102，连续记录力和位移值，直至下接近开关6报警；

步骤六、伺服电机20反转，进一步驱动驱动板7向上移动，逐步松开板弹簧，连续记录力和位移值，直至上接近开关16报警；

步骤七、单作用气缸9通气，提升滑动杆14和驱动环13，进一步带动抓钩12，使其处于闭合状态；

步骤八、通过四个吊耳将测量装置吊出被测乏燃料组件。

当电机失效时，步骤四、五、六略有变化，其余步骤相同：

步骤四、操作离合器10解除第二齿轮与伺服电机20连接关系，通过长柄工具旋转手动驱动轴19驱动第三齿轮18，进一步带动第一齿轮17和丝杠15旋转带动驱动板7下压压力传感器4，在压力传感器4的作用下承压板5向下移动在压力传感器4的作用下承压板5向下移动，直至压力传感器4的受力发生变化，记录此时的力和位移值，以此作为测量的零点；

步骤五、通过长柄工具(不属于本发明)旋转手动驱动轴19进一步驱动驱动板7向下移动，继续压缩板弹簧102，连续记录力和位移值，直至下接近开关6报警；

步骤六、通过长柄工具(不属于本发明)反向旋转手动驱动轴19，进一步驱动驱动板7向上移动，逐步松开压紧板弹簧102，连续记录力和位移值，直至上接近开关16报警。

根据连续记录的力和位移值采用现有拟合等算法即可获得非线性刚度值。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种乏燃料组件压紧板弹簧非线性刚度测量装置，其特征在于，包括用于固定测量单元的夹持单元和固定在夹持单元上方的测量单元；

夹持单元包括用于将夹持单元限位在燃料组件上管座(1)上的定位组件和用于将测量单元固定在燃料组件上管座(1)内的抓取组件；

测量单元用于压紧板弹簧(102)的压紧力和位移测量，包括丝杠机构、压力传感器(4)、位移传感器(24)、第一齿轮(17)、第二齿轮(22)、驱动电机组件，丝杠机构包括设置在定位组件上的导向杆(8)和丝杠(15)，设置在导向杆(8)上的上支撑座(21)，丝杠(15)上套设有驱动板(7)，压力传感器(4)和位移传感器(24)均设置在丝杠机构上，压力传感器(4)的上端与丝杠机构的驱动板(7)连接，压力传感器(4)的下端与承压板(5)连接，位移传感器(24)的上端与上支撑座(21)连接，位移传感器(24)的下端与驱动板(7)连接，第一齿轮(17)、第二齿轮(22)均设置在丝杠机构顶端，第一齿轮(17)套设在丝杠(15)外能带动丝杠(15)转动，第二齿轮(22)和驱动电机组件连接，第一齿轮(17)和第二齿轮(22)传动连接，第二齿轮(22)通过驱动电机组件的扭矩输出可带动第一齿轮(17)和丝杠(15)旋转，进而带动驱动板(7)上下运动。

2.根据权利要求1所述的乏燃料组件压紧板弹簧非线性刚度测量装置，其特征在于，抓取组件包括抓钩(12)，抓钩(12)设置在用于驱动抓钩(12)的驱动环(13)上，滑动杆(14)套设在驱动环(13)内，滑动杆(14)的上端套设连接有气缸(9)。

3.根据权利要求2所述的乏燃料组件压紧板弹簧非线性刚度测量装置，其特征在于，气缸(9)上连接有吊绳。

4.根据权利要求1所述的乏燃料组件压紧板弹簧非线性刚度测量装置，其特征在于，驱动电机组件包括伺服电机(20)、联轴器，联轴器的一端与伺服电机(20)相连，另一端与第二齿轮(22)相连。

5.根据权利要求4所述的乏燃料组件压紧板弹簧非线性刚度测量装置，其特征在于，联轴器和第二齿轮(22)之间设置有离合器(11)。

6.根据权利要求4所述的乏燃料组件压紧板弹簧非线性刚度测量装置，其特征在于，测量单元还包括第三齿轮(18)和手动驱动轴(19)，第三齿轮(18)设置在丝杠机构顶端，第三齿轮(18)套设在手动驱动轴(19)外。

7.根据权利要求1所述的乏燃料组件压紧板弹簧非线性刚度测量装置，其特征在于，驱动板(7)上设置有上接近开关(16)，承压板(5)上设置有下接近开关(6)。

8.一种乏燃料组件压紧板弹簧非线性刚度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、将测量单元放置在燃料组件的管座上方，用驱动电机组件驱使驱动板(7)向下按压，带动承压板(5)向下移动，直到压力传感器(4)受力发生变化，记录此时的力和位移值，并以此作为测量的零点；

(2)、进一步驱使驱动板(7)下移，继续压缩燃料组件的压紧板弹簧(102)，连续记录力和位移值，直至驱动板(7)不能下移为止；

(3)、驱使驱动板(7)上移，逐步松开燃料组件的压紧板弹簧(102)，连续记录力和位置值，直到驱动板(7)上移至初始位置为止。