CN109785982A - 核反应堆石墨砖液体附加质量的试验装置及试验方法 - Google Patents

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杨正玺
李宝海
肖健
常洪振
李亚南
王鹏辉
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Abstract

本发明公开了核反应堆石墨砖液体附加质量试验装置及试验方法，可实现利用共振法测量石墨砖在液体中的固有频率和阻尼，并通过选用不同边界模拟组件，实现对单个边界效应或者复合边界效应的模拟。装置中的压簧可根据试验要求选择适当的弹性系数，并可选用不同的弹性系数以验证数据结果的稳定性；装置中的边界模拟组件可根据试验需要选用不同的形式，实现对法向碰撞效应、环向摩擦效应等单个边界效应以及复合边界效应的模拟。因此，使用本发明设计的装置可以有效的完成核反应堆石墨砖液体附加质量测试试验，获得不同边界效应下核反应堆石墨砖液体附加质量的影响，为石墨堆芯的安全性仿真评估提供数据基础。

Description

核反应堆石墨砖液体附加质量的试验装置及试验方法
技术领域
本发明涉及核反应堆石墨砖液体附加质量的测量技术，具体是核反应堆石墨砖液体附加质量的试验装置及试验方法。
背景技术
核反应堆的石墨堆芯由数以百计的石墨砖、销和键以间隙配合的方式堆砌组合而成。对于石墨堆芯这样的复杂砌体结构，需要全面考察其在辐照、热、熔盐以及外部机械载荷和约束情况下的功能性和结构完整性变化规律，以确保整个石墨堆芯在其服役周期内都能满足安全性和功能性的要求。石墨堆芯散体结构在地震等外载荷作用下的动响应，是含间隙散体结构在液态熔盐中的多体运动学与动力学问题，涉及到运动、接触、碰撞、流固耦合等方面，需要在准确获取石墨砖在熔盐中运动时不同边界效应下液体附加质量影响的基础上，利用仿真分析的结果进行安全性评估。目前国内对于核反应堆石墨砖液体附加质量的测试技术还不成熟。
现有技术尚未有针对核反应堆石墨砖液体附加质量的测试装置的相关技术，仅有一些关于液体对于在其中运动的固体产生附加质量的理论文献资料，经过调研得知，液体附加质量的影响可体现在固体运动的固有频率和阻尼的变化上，利用共振法获取不同边界效应条件下固体运动的固有频率和阻尼就可反推出液体的附加质量。
发明内容
本发明的目的在于提供核反应堆石墨砖液体附加质量的试验装置及试验方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
反应堆石墨砖液体附加质量的试验装置，包括：井字梁、吊葫芦、电磁激振器、导链、压簧、激振杆、水槽、边框、底板、力传感器以及加速度传感器，水槽中装有水，所述导链的一端连接吊葫芦，所述吊葫芦悬挂在井字梁上；底板的中心设置有可开闭的通道，打开时可嵌入不同规格的边框；压簧设置在导链上；激振杆的顶端连接电磁激振器，激振杆的底端通过力传感器与石墨砖试块连接，石墨砖试块上设置加速度传感器，电磁激振器、力传感器以及加速度传感器组成固有频率测试系统。
反应堆石墨砖液体附加质量的试验方法，包括以下步骤：
(1)、首先根据试验需求，初步计算选取合适弹性系数的压簧，搭建无边框、底板等边界模拟组件时的试验装置，通过固有频率测试系统获取石墨砖试块在近似无限流体域中的固有频率和阻尼；
(2)、根据试验需求加入单个边界效应或者复合边界响应的模拟组件，通过固有频率测试系统获取石墨砖试块在近似无限流体域中的固有频率和阻尼，最后通过固有频率和阻尼的变化反推出边界效应下液体附加质量。
作为本发明进一步的方案：步骤(2)中所述加入单个边界效应或者复合边界响应的模拟组件包括：加入闭合通道的底板、加入打开通道底板并嵌入边框、加入闭合通道的底板并连接倒扣边框来分别模拟不同边界效应，石墨砖在各单一边界效应及复合边界效应下的固有频率和阻尼。
作为本发明进一步的方案：反应堆石墨砖液体附加质量的试验方法，还包括确认数据、装置撤收，确认数据、装置撤收的方法为：确认各个状态测试数据，更换压簧规格再次试验以验证结果稳定性，测试试验完成后，按照试验装置装配顺序倒序拆除试验装置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明设计了一种新型的核反应堆石墨砖液体附加质量测试试验装置，该试验装置可实现利用共振法测量石墨砖在液体中的固有频率和阻尼，并通过选用不同边界模拟组件，实现对单个边界效应或者复合边界效应的模拟。装置中的压簧可根据试验要求选择适当的弹性系数，并可选用不同的弹性系数以验证数据结果的稳定性；装置中的边界模拟组件可根据试验需要选用不同的形式，实现对法向碰撞效应、环向摩擦效应等单个边界效应以及复合边界效应的模拟。因此，使用本发明设计的装置可以有效的完成核反应堆石墨砖液体附加质量测试试验，获得不同边界效应下核反应堆石墨砖液体附加质量的影响，为石墨堆芯的安全性仿真评估提供数据基础。
附图说明
图1为反应堆石墨砖液体附加质量的试验装置的结构示意图。
图2为反应堆石墨砖液体附加质量的试验装置中边框(未嵌入)与底板的结构示意图。
图3为反应堆石墨砖液体附加质量的试验装置中边框倒扣时(未嵌入)与底板的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，反应堆石墨砖液体附加质量的试验装置，包括：井字梁1、吊葫芦2、电磁激振器3、导链4、压簧5、激振杆6、水槽8、边框10、底板11、力传感器12以及加速度传感器13，水槽8中装有水，边框10和底板11为边界模拟组件。所述导链4的一端连接吊葫芦2，所述吊葫芦2悬挂在井字梁1上，井字梁1为整个装置提供悬挂及承载点；吊葫芦2和导链4用于调节石墨砖试件9与底板11的相对高度，以模拟法向碰撞边界效应；底板11的中心设置有可开闭的通道111，打开时可嵌入不同规格的边框10以模拟环向摩擦边界效应，闭合时用于模拟法向碰撞边界效应；压簧5设置在导链4上，可根据试验要求选择适当的弹性系数，并可选用不同的弹性系数以验证数据结果的稳定性；激振杆6的顶端连接电磁激振器3，激振杆6的底端通过力传感器12与石墨砖试块9连接，石墨砖试块9上设置加速度传感器13，电磁激振器3、力传感器12以及加速度传感器13组成固有频率测试系统用于共振法测量石墨砖固有频率。
实施例一，核反应堆石墨砖液体附加质量测试试验包括以下步骤：
1、测试装置各部件准备：依据试验件结构尺寸和重量预估测试装置各部件的规格，特别是压簧的弹性系数，选用不同的部件进行安装；
2、测试装置各部件的连接装配，包括以下步骤：
(1)、依次连接吊葫芦2、电磁激振器3、导链4、压簧5、激振杆6、力传感器12以及加速度传感器13和石墨砖试块9；
(2)、通过吊葫芦2和导链4调节各个方向的悬吊长度，通过水平尺测量石墨砖试块9、底板11、边框10的水平状态，保持部件处于要求的悬吊状态；
3、模拟各种边界效应的测试：搭建无边框10、底板11的边界模拟组件的测试装置，通过固有频率测试系统，测试石墨砖在近似无限流体域中的固有频率和阻尼；
4、确认数据、装置撤收
确认各个状态测试数据，必要时可更换压簧规格再次试验以验证结果稳定性，实验结果如表1；测试试验完成后，按照(2)装配顺序倒序拆除加载装置。
表1，模拟无限域及环向摩擦边界效应试验结果
边框规格 频率(Hz) 阻尼比(％)
16cm*16cm(间隙5mm) 2.95 2.0
18cm*18cm(间隙15mm) 2.95 1.4
20cm*20cm(间隙25mm) 2.95 2.0
模拟无限域 3.11 2.3
实施例二，核反应堆石墨砖液体附加质量测试试验包括以下步骤：
1、测试装置各部件准备：依据试验件结构尺寸和重量预估测试装置各部件的规格，特别是压簧的弹性系数，选用不同的部件进行安装；
2、测试装置各部件的连接装配，包括以下步骤：
(1)、依次连接吊葫芦2、电磁激振器3、导链4、压簧5、激振杆6、力传感器12以及加速度传感器13和石墨砖试块9；
(2)、通过吊葫芦2和导链4调节各个方向的悬吊长度，通过水平尺测量石墨砖试块9、底板11、边框10的水平状态，保持部件处于要求的悬吊状态；
3、模拟各种边界效应的测试：如图2，将底板11的通道111闭合，放入底板11，模拟法向碰撞效应，获取石墨砖试块9在流体法向碰撞效应下的固有频率和阻尼；如图3，闭合通道的底板11并连接倒扣边框10来分别模拟不同边界效应；
4、确认数据、装置撤收
确认各个状态测试数据，必要时可更换压簧规格再次试验以验证结果稳定性，实验结果如表2；测试试验完成后，按照(2)装配顺序倒序拆除加载装置。
表2，模拟法向碰撞边界效应试验结果
试件底面与板距离(mm) 频率(Hz) 阻尼比(％)
6 2.95 3.2
9 2.99 3.1
15 3.05 3.18
20 3.07 3.29
30 3.07 2.58
实施例三，核反应堆石墨砖液体附加质量测试试验包括以下步骤：
1、测试装置各部件准备：依据试验件结构尺寸和重量预估测试装置各部件的规格，特别是压簧的弹性系数，选用不同的部件进行安装；
2、测试装置各部件的连接装配，包括以下步骤：
(1)、依次连接吊葫芦2、电磁激振器3、导链4、压簧5、激振杆6、力传感器12以及加速度传感器13和石墨砖试块9；
(2)、通过吊葫芦2和导链4调节各个方向的悬吊长度，通过水平尺测量石墨砖试块9、底板11、边框10的水平状态，保持部件处于要求的悬吊状态；
3、模拟各种边界效应的测试：打开通道111并嵌入边框10，模拟环向摩擦效应，测试石墨砖试块9在流体环向摩擦效应下的固有频率和阻尼；
4、确认数据、装置撤收
确认各个状态测试数据，必要时可更换压簧规格再次试验以验证结果稳定性；测试试验完成后，按照(2)装配顺序倒序拆除加载装置。
实施例四，核反应堆石墨砖液体附加质量测试试验包括以下步骤：
1、测试装置各部件准备：依据试验件结构尺寸和重量预估测试装置各部件的规格，特别是压簧的弹性系数，选用不同的部件进行安装；
2、测试装置各部件的连接装配，包括以下步骤：
(1)、依次连接吊葫芦2、电磁激振器3、导链4、压簧5、激振杆6、力传感器12以及加速度传感器13和石墨砖试块9；
(2)、通过吊葫芦2和导链4调节各个方向的悬吊长度，通过水平尺测量石墨砖试块9、底板11、边框10的水平状态，保持部件处于要求的悬吊状态；
3、模拟各种边界效应的测试：底板通道111闭合并连接倒扣边框10，模拟复合效应，测试石墨砖在流体复合效应下的固有频率和阻尼；
4、确认数据、装置撤收
确认各个状态测试数据，必要时可更换压簧规格再次试验以验证结果稳定性；测试试验完成后，按照(2)装配顺序倒序拆除加载装置。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.反应堆石墨砖液体附加质量的试验装置，其特征在于：包括：井字梁、吊葫芦、电磁激振器、导链、压簧、激振杆、水槽、边框、底板、力传感器以及加速度传感器，水槽中装有水，所述导链的一端连接吊葫芦，所述吊葫芦悬挂在井字梁上；底板的中心设置有可开闭的通道，打开时可嵌入不同规格的边框；压簧设置在导链上；激振杆的顶端连接电磁激振器，激振杆的底端通过力传感器与石墨砖试块连接，石墨砖试块上设置加速度传感器，电磁激振器、力传感器以及加速度传感器组成固有频率测试系统。
2.反应堆石墨砖液体附加质量的试验方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)首先根据试验需求，初步计算选取合适弹性系数的压簧，搭建无边框、无底板的边界模拟组件时的试验装置，通过固有频率测试系统获取石墨砖试块在近似无限流体域中的固有频率和阻尼；
(2)根据试验需求加入单个边界效应或者复合边界响应的模拟组件，通过固有频率测试系统获取石墨砖试块在近似无限流体域中的固有频率和阻尼，最后通过固有频率和阻尼的变化反推出边界效应下液体附加质量。
3.根据权利要求2所述的反应堆石墨砖液体附加质量的试验方法，其特征在于：步骤(2)中所述加入单个边界效应或者复合边界响应的模拟组件包括：加入闭合通道的底板、加入打开通道的底板并嵌入边框、加入闭合通道的底板并连接倒扣的边框来分别模拟不同边界效应。
4.根据权利要求2所述的反应堆石墨砖液体附加质量的试验方法，其特征在于：还包括步骤(3),所述步骤(3)方法为：确认各个状态测试数据，更换压簧规格再次试验以验证结果稳定性，测试试验完成后，按照试验装置装配顺序倒序拆除试验装置。
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