CN109612669A - 燃料组件跌落试验台及操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料组件跌落试验台及操作方法，该试验台包括提升系统、运输系统、加速释放系统以及支撑系统；支撑系统包括立柱和横梁；提升系统包括吊装装置和燃料组件吊钩，可实现组件从地面吊至指定高度的功能；运输系统包括移动装置、旋转装置、夹持装置和托板，以实现组件从提升系统到加速释放系统的运输过程；加速释放系统包括弹射装置、电磁吸盘和碰撞面，实现组件从某一高度以一定速度竖直下落到撞击地面的功能，电磁吸盘的高度可在一定范围内调整，组件跌落速度可以通过弹射装置进行一定的调整，以实现模拟在不同高度组件下落的过程；本发明能较好的模拟核电厂组件换料过程中组件不慎跌落到地面或其他系统结构上的过程，具有良好的可操作性和可重复性。

Description

燃料组件跌落试验台及操作方法

技术领域

本发明属于跌落测试设备技术领域，尤其涉及一种燃料组件跌落试验台及操作方法。

背景技术

在反应堆装卸料过程中，需要对核燃料组件进行吊装和运输，在此过程由于误操作、吊具断裂或系统故障等导致的燃料组件从高处跌落，将有可能造成组件破裂或结构的损坏，进而导致辐射泄漏的风险。目前，国内外对反应堆燃料组件跌落的分析仅停留于数值模拟，其难以准确再现组件与地面或与其他结构在冲击过程中的碎裂等细微过程。此外，由于反应堆燃料组件结构的特殊性，以及最高跌落高度的限制，现有的一般的跌落试验台无法满足要求，从而需要设计一种针对反应堆燃料组件，并能满足各种试验要求的跌落试验台。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种反应堆燃料组件模拟跌落造成的后果的试验台及操作方法，以获得组件跌落与地面或乏燃料格架等碰撞后的轴向冲击力，组件跌落速度，导向管冲击应变，导向管冲击轴力和弯矩，导向管不均匀分布因子等一系列试验结果，真实模拟核电厂燃料组件跌落后对组件和核电厂内结构造成破坏的情况。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种燃料组件跌落试验台，包括提升系统，运输系统，加速释放系统以及支撑系统；所述支撑系统包括多根立柱2和横梁3，立柱2固定于地面，横梁3设置在立柱2顶端，起到承重的作用；所述提升系统包括吊装装置4和吊钩5，吊装装置4安装在横梁3下方，能沿着横梁3左右移动，吊钩5安装在吊装装置4底部；所述运输系统包括移动装置6、旋转装置11、夹持装置12、托板14以及上固定杆10和下固定杆13，移动装置6安装在横梁3上且能沿着横梁3左右移动，上固定杆10固定在移动装置6下方，旋转装置11安装在上固定杆10内部空腔底部，下固定杆13固定在旋转装置11下方，通过旋转装置11能使得下固定杆13旋转180度；夹持装置12固定在下固定杆13上，托板14水平安装在下固定杆13底部；所述加速释放系统包括弹射装置7和电磁吸盘8，弹射装置7安装在横梁3下方，在运输系统左侧，弹射装置7下端与电磁吸盘8通过螺栓固定；弹射装置7底部正对的地面挖地坑，地坑内放置碰撞面15。

所述移动装置6包括固定钢板602、移动装置伺服电机603、移动装置减速机606、滑块604、导轨607以及齿轮605和齿条601；固定钢板602通过两排螺栓连接固定在与横梁3中部；导轨607和齿条601水平固定在固定钢板602上；滑块604固定安装在移动装置6的整体结构上，随移动装置6一起沿导轨607做水平运动，齿轮605安装在移动装置减速机606末端，与齿条601配合。

所述弹射装置7包括导向柱701、弹射装置气缸702、气缸外壳703、推动轴704和限位板705；气缸外壳703固定在横梁3上，通过螺栓连接固定；四个导向柱701通过螺栓连接连接在气缸外壳703四周下部；推动轴704固定在气缸外壳703下部中间位置；限位板705上开有四个通孔，装配在四个导向柱701上，能沿导向柱701上下移动；限位板705和电磁吸盘8通过螺栓固定在推动轴704上。

所述旋转装置11包括旋转装置伺服电机1101、旋转装置传动轴1102和旋转装置减速机1103；旋转装置伺服电机1101、旋转装置传动轴1102和旋转装置减速机1103依次安装在上固定杆10内的空腔中，旋转装置传动轴1102和旋转装置减速机1103键连接，旋转装置减速机1103通过齿轮传动带动下固定杆13绕轴线做旋转运动。

所述夹持装置12包括夹持装置气缸1201、推拉杆1202、夹爪1203、夹持装置筒体1204和夹持装置筋板1205；夹持装置筒体1204垂直固定在下固定杆13上，两者之间间用夹持装置筋板1205加强刚度，夹持装置气缸1201在夹持装置筒体1204中，推拉杆1202安装在夹持装置气缸1201上，能够沿夹持装置筒体1204做直线运动，夹爪1203一端铰接在夹持装置筒体1204上，另一端为倒钩状，中部与推拉杆1202通过转动副相连形成连杆机构。

所述托板14包括托板筋板1401和托板支撑板1402；托板支撑板1402与下固定杆13垂直焊接，通过三个托板筋板1401加强刚度。

地面与地坑之间设置有阶梯1，便于操作人员的往返。

所述立柱2底部设置立柱底板17，立柱2与立柱底板17之间通过四周四个立柱筋板16加强刚度，立柱与地面通过地脚螺栓18连接。

所述燃料组件跌落试验台的操作方法，包括以下步骤：

1)燃料组件9与提升系统的吊钩5固定，通过驱动吊装装置4将已布好测量系统的燃料组件9从地面缓慢吊至指定高度，在水平方向通过限位控制将燃料组件9移动到运输系统的托板14上方，放下燃料组件9；

2)通过夹持装置气缸1201推动推拉杆1202使夹爪1203张开并向前移动接触到燃料组件；夹持装置气缸1201拉动推拉杆1202使夹爪1203闭合；吊钩5与燃料组件9脱离，驱动吊装装置4移回原位；

3)操作旋转装置伺服电机1101，使其带动旋转装置传动轴1102和旋转装置减速机1103旋转，旋转装置减速机1103带动下固定杆13沿轴线做180度旋转；控制移动装置6，使整个运输系统将燃料组件9沿横梁3方向移动到弹射装置7正下方；

4)控制弹射装置气缸703，推动电磁吸盘8直到与燃料组件9吸附；

5)松开夹爪1203，操作移动装置6远离弹射装置7；

6)控制弹射装置气缸702，使燃料组件提升至高位，瞬间提供一个较大推力，电磁吸盘8在0.01～0.05s的延迟时间后与燃料组件9脱离，燃料组件9与碰撞面15冲击；

7)记录获得的燃料组件整体动态应力，轴向冲击力，冲击速度等数据，并检查冲击造成的应变和燃料组件内元件的破坏情况。

和现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：

(1)在吊运过程中，对燃料组件具有一定的保护作用，如设置了托板支撑燃料组件，而夹爪只是起限定位置的作用，可以避免燃料组件中的燃料棒受到力的作用而损坏。

(2)通过加速释放系统，可以模拟核电厂燃料组件吊运过程中从近20米以上高空自由落体掉落到地面的情况，相比于直接搭建20米高的室内试验台架更具有可行性和经济性，且通过数字控制调节弹射系统气缸，改变跌落的初速度，即可等效模拟燃料组件从不同高度跌落的情形。

(3)整个试验台为半地穴式，即燃料元件释放后落入低于地平面的地坑中，其具有保护操作人员，防止其被跌落组件的飞射物砸伤的用途，与跌落的燃料组件碰撞的碰撞面可以根据需要进行设置，可以模拟核电厂的地面，也可以模拟燃料组件跌落到乏燃料水池或乏燃料水池格架上的情形。

附图说明

图1A为燃料组件跌落试验台正视图，图1B为燃料组件跌落试验台俯视图。

其中：1、阶梯；2、立柱；3、横梁；4、吊装装置；5、吊钩；6、移动装置；7、弹射装置；8、电磁吸盘；9、燃料组件；10、上固定杆；11、旋转装置；12、夹持装置；13、下固定杆；14、托板；15、碰撞面；16、立柱筋板；17、立柱底板；18、地脚螺栓；。

图2A为运输系统的正视图，图2B为运输系统的俯视图。

其中：601、齿条；602、固定钢板；603、移动装置伺服电机；604、滑块；605、齿轮；606、移动装置减速机；607、导轨。

图3为加速释放系统的正视图。

其中：701、导向柱；702、弹射装置气缸；703、气缸外壳；704、推动轴；705、限位板。

图4为旋转装置的正视图。

其中：1101、旋转装置伺服电机；1102、旋转装置传动轴；1103、旋转装置减速机。

图5A为夹持装置的正视图，图5B为夹持装置的俯视图。

其中：1201、夹持装置气缸；1202、推拉杆；1203、夹爪；1204、夹持装置筒体；1205、夹持装置筋板。

图6为托板的正视图。

其中：1401、托板筋板；1402、托板支撑板。

具体实施方式

为更加清楚地说明本发明的目的、技术方案及优点，以下将结合附图具体阐述本发明的实施方式。

由于燃料组件结构的特殊性，以及跌落高度的限制，一般的跌落试验台无法满足模拟核电厂燃料组件跌落的过程与造成的后果。本发明的原理是通过加速释放系统提供不同的燃料组件释放初速度，以等效不同高度自由落体的情形，达到减小试验台高度的目的。通过更换碰撞面15的材料或用其他结构替代，以模拟核电厂不同地点燃料组件跌落造成的后果。

如图1A和图1B所示，本发明提供一种燃料组件跌落试验台，包括提升系统，运输系统，加速释放系统以及支撑系统几部分组成。支撑系统包括立柱2和横梁3，其能承受至少一个燃料组件以及运输系统，加速释放系统和支撑系统的重量，并还留有一定的裕度。提升系统包括吊装装置4和吊钩5，通过提升系统将已布好测量系统的燃料组件从地面缓慢吊至指定高度，水平方向通过限位控制将组件移动到运输系统托板上方。

运输系统包括移动装置6，旋转装置11，夹持装置12和托板14组成，夹持装置12如图5A和图5B所示，当组件通过吊装装置4移动到指定位置后，通过夹持装置气缸1201推动推拉杆1202使夹爪1203张开并向前移动接触到燃料组件9，然后夹持装置气缸1201拉动推拉杆1202使夹爪1203闭合并通过夹爪1203前的倒钩使燃料组件9固定在夹爪1203范围内，托板14如图6所示，其能承受几吨重物，待燃料组件平稳放置于托板支撑板1402后，吊钩5与燃料组件9脱离，吊装装置4移回原位置。

如图2A和2B所示，移动装置6包括固定钢板602、移动装置伺服电机603、移动装置减速机606、滑块604、导轨607以及齿轮605和齿条601；固定钢板603与横梁3通过螺栓连接，导轨607固定在固定钢板602上，滑块604与整个运输系统箱体固定，可以在导轨607上水平移动，齿轮605通过螺栓连接在移动装置减速机606上，并与齿条601配合，通过数字控制电机转速控制上固定杆10的水平移动，移动范围在弹射装置7和吊装装置4之间限位。

如图4所示，所述旋转装置11包括伺服电机1101、传动轴1102和减速机1103；伺服电机1101固定在上固定杆10内，传动轴1102和减速机1103通过键装配，通过数字控制伺服电机1101,以控制下固定杆13的周向旋转，将放置在托板14上的燃料组件旋转180度到弹射装置7的下方，控制移动装置伺服电机603，通过齿轮齿条传动调整燃料组件的横向位置，使其处于弹射装置7的正下方。

如图3所示，加速释放系统包括弹射装置7，电磁吸盘8和碰撞面13，所述弹射装置7包括导向柱701、弹射装置气缸702、气缸外壳703、限位板705和推动轴704；气缸外壳703固定在横梁3上，导向柱701与气缸外壳703通过螺栓连接固定，限位板705上开有四个通孔，装配在四个导向柱701上，限位板705和电磁吸盘8通过螺栓固定在推动轴704上，燃料组件9被运送到弹射装置7正下方时，向下移动限位板705和电磁吸盘8吸住燃料组件9后，松开夹爪1203，控制移动装置伺服电机603带动齿轮605，使移动装置6移动到不妨碍燃料组件跌落过程的位置。

控制弹射装置气缸702，使燃料组件提升至高位，弹射装置7瞬间提供一个较大推力，电磁吸盘8在0.01～0.05s的延迟时间后与燃料组件9脱离，燃料组件9与碰撞面15冲击。操作人员可记录获得的燃料组件整体动态应力，轴向冲击力，冲击速度等数据，并检查冲击造成的应变和燃料组件内元件的破坏情况。

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。本领域技术人员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 (9)

1.一种燃料组件跌落试验台，其特征在于：包括提升系统，运输系统，加速释放系统以及支撑系统；所述支撑系统包括多根立柱(2)和横梁(3)，立柱(2)固定于地面，横梁(3)设置在立柱(2)顶端，起到承重的作用；所述提升系统包括吊装装置(4)和吊钩(5)，吊装装置(4)安装在横梁(3)下方，能沿着横梁(3)左右移动，吊钩(5)安装在吊装装置(4)底部；所述运输系统包括移动装置(6)、旋转装置(11)、夹持装置(12)、托板(14)以及上固定杆(10)和下固定杆(13)，移动装置(6)安装在横梁(3)上且能沿着横梁(3)左右移动，上固定杆(10)固定在移动装置(6)下方，旋转装置(11)安装在上固定杆(10)内部空腔底部，下固定杆(13)固定在旋转装置(11)下方，通过旋转装置(11)能使得下固定杆(13)旋转180度；夹持装置(12)固定在下固定杆(13)上，托板(14)水平安装在下固定杆(13)底部；所述加速释放系统包括弹射装置(7)和电磁吸盘(8)，弹射装置(7)安装在横梁(3)下方，在运输系统左侧，弹射装置(7)下端与电磁吸盘(8)通过螺栓固定；弹射装置(7)底部正对的地面挖地坑，地坑内放置碰撞面(15)。

2.根据权利要求1所述的燃料组件跌落试验台，其特征在于：所述移动装置(6)包括固定钢板(602)、移动装置伺服电机(603)、移动装置减速机(606)、滑块(604)、导轨(607)以及齿轮(605)和齿条(601)；固定钢板(602)通过两排螺栓连接固定在与横梁(3)中部；导轨(607)和齿条(601)水平固定在固定钢板(602)上；滑块(604)固定安装在移动装置(6)的整体结构上，随移动装置(6)一起沿导轨(607)做水平运动，齿轮(605)安装在移动装置减速机(606)末端，与齿条(601)配合。

3.根据权利要求1所述的燃料组件跌落试验台，其特征在于：所述弹射装置(7)包括导向柱(701)、弹射装置气缸(702)、气缸外壳(703)、推动轴(704)和限位板(705)；气缸外壳(703)固定在横梁(3)上，通过螺栓连接固定；四个导向柱(701)通过螺栓连接连接在气缸外壳(703)四周下部；推动轴(704)固定在气缸外壳(703)下部中间位置；限位板(705)上开有四个通孔，装配在四个导向柱(701)上，能沿导向柱(701)上下移动；限位板(705)和电磁吸盘(8)通过螺栓固定在推动轴(704)上。

4.根据权利要求1所述的燃料组件跌落试验台，其特征在于：所述旋转装置(11)包括旋转装置伺服电机(1101)、旋转装置传动轴(1102)和旋转装置减速机(1103)；旋转装置伺服电机(1101)、旋转装置传动轴(1102)和旋转装置减速机(1103)依次安装在上固定杆(10)内的空腔中，旋转装置传动轴(1102)和旋转装置减速机(1103)键连接，旋转装置减速机(1103)通过齿轮传动带动下固定杆(13)绕轴线做旋转运动。

5.根据权利要求1所述的燃料组件跌落试验台，其特征在于：所述夹持装置(12)包括夹持装置气缸(1201)、推拉杆(1202)、夹爪(1203)、夹持装置筒体(1204)和夹持装置筋板(1205)；夹持装置筒体(1204)垂直固定在下固定杆(13)上，两者之间间用夹持装置筋板(1205)加强刚度，夹持装置气缸(1201)在夹持装置筒体(1204)中，推拉杆(1202)安装在夹持装置气缸(1201)上，能够沿夹持装置筒体(1204)做直线运动，夹爪(1203)一端铰接在夹持装置筒体(1204)上，另一端为倒钩状，中部与推拉杆(1202)通过转动副相连形成连杆机构。

6.根据权利要求3所述的燃料组件跌落试验台，其特征在于：所述托板(14)包括托板筋板(1401)和托板支撑板(1402)；托板支撑板(1402)与下固定杆(13)垂直焊接，通过三个托板筋板(1401)加强刚度。

7.根据权利要求1所述的燃料组件跌落试验台，其特征在于：地面与地坑之间设置有阶梯(1)，便于操作人员的往返。

8.根据权利要求1所述的燃料组件跌落试验台，其特征在于：所述立柱(2)底部设置立柱底板(17)，立柱(2)与立柱底板(17)之间通过四周四个立柱筋板(16)加强刚度，立柱与地面通过地脚螺栓(18)连接。

9.权利要求1至8中任一项所述燃料组件跌落试验台的操作方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)燃料组件(9)与提升系统的吊钩(5)固定，通过驱动吊装装置(4)将已布好测量系统的燃料组件(9)从地面缓慢吊至指定高度，在水平方向通过限位控制将燃料组件(9)移动到运输系统的托板(14)上方，放下燃料组件(9)；

2)通过夹持装置气缸(1201)推动推拉杆(1202)使夹爪(1203)张开并向前移动接触到燃料组件；夹持装置气缸(1201)拉动推拉杆(1202)使夹爪(1203)闭合；吊钩(5)与燃料组件(9)脱离，驱动吊装装置(4)移回原位；

3)操作旋转装置伺服电机(1101)，使其带动旋转装置传动轴(1102)和旋转装置减速机(1103)旋转，旋转装置减速机(1103)带动下固定杆(13)沿轴线做180度旋转；控制移动装置(6)，使整个运输系统将燃料组件(9)沿横梁(3)方向移动到弹射装置(7)正下方；

4)控制弹射装置气缸(703)，推动电磁吸盘(8)直到与燃料组件(9)吸附；

5)松开夹爪(1203)，操作移动装置(6)远离弹射装置(7)；

6)控制弹射装置气缸(702)，使燃料组件提升至高位，瞬间提供一个较大推力，电磁吸盘(8)在0.01～0.05s的延迟时间后与燃料组件(9)脱离，燃料组件(9)与碰撞面(15)冲击；

7)记录获得的燃料组件整体动态应力，轴向冲击力，冲击速度等数据，并检查冲击造成的应变和燃料组件内元件的破坏情况。