CN110853778A - 一种实现燃料元件轴向长度变化实时测量的辐照装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现燃料元件轴向长度变化实时测量的辐照装置，通过与LVDT耦合，实现轴向长度变化实时测量的辐照装置，装置包括：吊装环、密封头、堆顶盖法兰、连接段、中心直管组件、保护管组件、LVDT固定组件、耦合组件以及紧固件；燃料元件通过上端板组件、固定板和下端板固定，LVDT通过LVDT固定组件固定，LVDT测量端部与压板直接接触，而压板与新型燃料元件端面直接接触，当新型燃料元件轴向尺寸发生变化时，产生电流信号，LVDT电缆通过中心直管组件和密封头传输到显示端，经过信号处理计算出新型燃料元件轴向变化值，从而实现辐照过程中在线监测轴向长度变化的功能；该装置的研发提升了国内辐照过程中在线监测技术的能力。

Description

一种实现燃料元件轴向长度变化实时测量的辐照装置

技术领域

本发明涉及辐照技术领域，具体地，涉及一种适用于新型燃料元件与LVDT耦合实现在线测量的辐照装置。

背景技术

辐照试验是新型核燃料元件研制过程中的重要环节，受反应堆内放射性裂变产物、中子以及各种射线的影响，燃料元件会有肿胀及生长等辐照形变行为发生。辐照形变会改变燃料组件中的力学分布以及流道情况，这对反应堆内的安全构成影响。在新型燃料元件研制过程中，辐照试验中获取的辐照形变等关键参数是燃料元件优化中的重要反馈。针对新型燃料元件能够实时测量轴向板长度变化显得尤为重要，现有技术中缺乏一种能够实时测量轴向板长度变化的辐照装置。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明提出了一种实现燃料元件轴向长度变化实时测量的辐照装置，通过LVDT与新型燃料元件进行耦合设计，实现辐照试验过程中新型燃料元件在线测量的目的。

本发明具体研究的是一种在辐照考验过程中能够实时测量新型核燃料轴向长度变化的辐照装置。

本发明提供了一种适用于新型燃料元件，通过与LVDT耦合，实现轴向长度变化实时测量的辐照装置。所述装置包括：吊装环、密封头、堆顶盖法兰、连接段、中心直管组件、保护管组件、LVDT固定组件、耦合组件以及紧固件。

其中，所述中心直管组件具体包括：连接杆、中心直管、固定环。四根连接杆均穿过固定环，且在固定环上均匀分布，与固定环点焊，中心直管从固定环中心穿过，与固定环点焊。轴向每隔1.2m布置一个固定环，共布置6个。中心直管组件上端通过紧固件与连接段相连，下端通过紧固件与LVDT固定组件相连。

其中，所述保护管组件具体包括：保护管、组件固定管和下接头，三者通过对接焊构成一个整体。保护管上下两端开有数个进出水孔，确保新型燃料元件能够进行冷却。

其中，所述LVDT固定组件具体包括：上隔板、支撑杆、支撑座、锁紧螺钉以及紧固件。支承座处于LVDT组件中心位置，上下两端分别通过支撑杆与上隔板和耦合组件连接。LVDT放置在支承座的内孔，通过周向布置的锁紧螺钉把LVDT固定。LVDT固定组件提供冷却流道，并确保LVDT能够抵抗水流冲刷，减少震动扰动。

其中，所述耦合组件由燃料元件、上端板组件、下端板、固定板和夹板组成。固定板分为前后固定板，表面镂空，方便冷却剂带走新型燃料元件产的热量，前后固定板侧面焊接后与下端板焊接。新型燃料元件插入前后固定板和下端板组成的空腔后，焊接上端板组件。上端板组件由上端板、弹簧、压板焊接而成。压板直接与燃料组件端面接触，上端板组件与前后固定板端面焊接构成一体后，放入由两个对称焊接的夹板中。LVDT测量端部与压板焊接，与上端板孔间歇配合。由于压板与新型燃料元件端面直接接触，当新型燃料元件轴向尺寸发生变化时，引起LVDT铁芯的移动，铁芯移动导致初、次级线圈之间互感量发生改变，次级线圈产生感应电压，通过电缆传输到显示端，经过信号处理计算出新型燃料元件轴向变化值。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1.本发明设计的辐照装置设包括：吊装环、密封头、堆顶盖法兰、连接段、中心组件、保护管组件、LVDT固定组件、耦合组件以及紧固件的技术方案，能够通过LVDT的耦合设计实现新型燃料元件轴向长度变化实时监测的功能，整个装置结构紧凑，实用性强；

2.本发明中吊装环焊接在堆顶盖法兰中心的位置，方便吊装和转运；

3.本发明中LVDT电缆通过中心直管组件，从密封头引起与二次仪表连接。中心直管组件保护电缆，避免水流冲刷对电缆造成外部干扰。同时密封头通过弯管与堆顶盖法兰焊接，也对电缆起到密封保护作用；

4.本发明中连接段与保护管组件采取螺钉固定，当新型燃料元件考验完毕后，去除螺钉，并卸载LVDT固定组件紧固件，即可获得尺寸较小的耦合组件，极大地方便了人员操作和转运；

5.本发明中中心支管组件由连接杆、中心直管、固定环组成。四根连接杆均穿过固定环，且在固定环上均匀分布，与固定环点焊，中心直管从固定环中心穿过，与固定环点焊，保证了中心支管组件的整体刚度。中心直管上端开有吊装孔，方便吊运；

6.本发明中LVDT固定组件由上隔板、支撑杆、支撑座、锁紧螺钉以及紧固件组成。支撑内孔可以安装不同尺寸的LVDT，均可通过周向布置的锁紧螺钉把LVDT固定。固定组件提供冷却流道，并确保LVDT能够抵抗水流冲刷，减少震动扰动；

7.本发明中耦合组件由燃料元件、上端板组件、下端板、前固定板和后固定板组成。前后固定板均为表面镂空的平板，方便冷却剂带走新型燃料元件产的热量；

8.本发明中上端板组件由上端板、弹簧和压板组成，LVDT测量端与压板直接接触，新型燃料元件轴向伸长通过压板传递给LVDT测量端。采用弹簧和压板的设计，避免新型燃料燃料元件与上下端部硬接触，在轴向留有自由伸长空间。

9.本发明中夹板采用对称的半圆形结构，上端留有螺纹孔，方便与LVDT固定组件中的支持杆连接。半圆形结构采取焊接的方式，中间构成一个空腔，固定住上端板组件、下端板和固定板。

10.本发明中固定板设置4个椭圆形孔，为水流提供通道，并起到辐照装置轻量化的目的。

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；

图1是本申请实施例一中用于新型燃料元件与LVDT耦合的辐照装置结构示意图；

图2是本申请实施例一中中心管组件的结构示意图；

图3是本申请实施例一中保护管组件的结构示意图；

图4是本申请实施例一中LVDT固定组件的结构示意图；

图5是本申请实施例一中耦合组件的结构示意图；

图6是本申请实施例一中上端板组件的结构示意图；

其中，1.吊装环；2.密封头；3.堆顶盖法兰；4.连接段；5.中心管组件；6.保护管组件；7.LVDT固定组件；8.耦合组件；9.连接杆；10.固定环；11.中心直管；12.保护管；13.组件固定管；14.下接头；15上隔板；16.支撑杆；17.支撑座；18.锁紧螺钉；19.LVDT；20.上端板组件；21.夹板；22.固定板；23.燃料元件；24.下端板；25.上端板；26.弹簧；27.压板。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明提供了一种通过与LVDT耦合实现新型燃料元件轴向长度变化实时测量的辐照装置。该辐照装置，丰富了国内燃料元件辐照过程中在线测量的技术，为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

在实施例一中，提供了适用于新型燃料元件辐照过程中在线测量的高温高压辐照装置，请参考图1-图6，所述装置包括：吊装环、密封头、堆顶盖法兰、连接段、中心直管组件、保护管组件、LVDT固定组件以及耦合组件等。

其中，在本申请实施例中，吊装环通过螺纹连接与堆顶盖法兰固定，密封头通过弯管与堆顶盖法兰焊接。连接段上端与堆顶盖法兰对接焊。装配时先把LVDT安装到位，通过锁紧螺钉固定后，LVDT固定组件的支撑杆与耦合组件的夹板上端螺纹孔拧紧，组成一个整体后，开始穿LVDT的电缆，LVDT的电缆从中心直管内部穿入，从密封头穿出，预穿完毕后，中心直管组件上端通过紧固件与连接段下端相连，中心直管组件下端通过紧固件与LVDT固定组件的上隔板相连，然后整体吊装入保护管组件中，通过紧固件把保护管组件与连接杆固定，然后拉紧电缆，拧紧密封头，整个装置组装完毕。

其中，在本申请实施例中，所述中心直管组件具体包括：连接杆、中心直管和固定环。四根连接杆均穿过固定环，且在固定环上均匀分布，与固定环点焊，固定环轴向每隔1.2m布置一个，共布置6个。中心直管从固定环中心穿过，与固定环点焊。

其中，在本申请实施例中，所述保护管组件具体包括：保护管、组件固定管和下接头，三者通过对接焊构成一个整体。保护管上下两端开有数个进出水孔，确保板燃料组件能够进行冷却。

其中，在本申请实施例中，所述LVDT固定组件具体包括：上隔板、支撑杆、支撑座、锁紧螺钉以及紧固件组成。支承座处于LVDT组件中心位置，上下两端分别通过支撑杆与上隔板和耦合组件连接。LVDT放置在支承座的内孔，通过周向布置的锁紧螺钉把LVDT固定。LVDT固定组件提供冷却流道，并确保LVDT能够抵抗水流冲刷，减少震动扰动。

其中，在本申请实施例中，所述耦合组件具体包括：新型燃料元件、上端板组件、下端板、固定板和夹板组成。固定板分为前后两块，均为表面镂空的平板，方便冷却剂带走新型燃料元件产的热量。上端板组件由上端板、弹簧、压板焊接而成。压板直接与燃料组件端面接触，新型燃料元件插入前后固定板和下端板组成的空腔后，焊接上端板组件。端板组件与前后固定板端面焊接构成一体后，放入由两个对称焊接的夹块中。LVDT测量端部与压板焊接，与上端板孔间歇配合。

其中，在本申请实施例中，所述夹板采用对称的半圆形结构，上端留有螺纹孔，方便与LVDT固定组件中的支持杆连接。半圆形结构采取焊接的方式，中间构成一个空腔，固定住上端板组件、下端板和固定板。

下面结合附图进行介绍，如图1至图6所示，一种适用于辐照过程中在线测量新型燃料元件轴向长度变化的辐照装置主要包括吊装环1、密封头2、堆顶盖法兰3、连接段4、中心直管组件5、保护管组件6、LVDT固定组件7以及耦合组件8。

吊装环1通过螺纹连接与堆顶盖法兰3固定，密封头2通过弯管与堆顶盖法兰3焊接。连接段4上端与堆顶盖法兰3对接焊。LVDT19安装到位后，通过锁紧螺钉18固定，LVDT固定组件7与耦合组件8连接，组成一个整体后，开始穿LVDT19的电缆，LVDT19的电缆从中心直管11内部穿入，从密封头2穿出，然后中心直管组件5上端通过紧固件与连接段(4)下端相连，下端通过紧固件与LVDT固定组件7的上隔板15相连，然后整体吊装入保护管组件6中，通过紧固件把保护管组件6与连接杆9固定，然后拉紧电缆，拧紧密封头2，整个装置组装完毕。

中心直管组件5主要由连接杆9、中心直管11和固定环10组成。四根连接杆9均穿过固定环10，且在固定环10上均匀分布，与固定环10点焊；固定环10轴向每隔1.2m布置布置一个，共布置6个。中心直管11从固定环10中心穿过，与固定环10点焊。

保护管组件6主要由保护管12、组件固定管13和下接头14组成，三者通过对接焊构成一个整体。保护管12上下两端开有数个进出水孔，确保新型燃料组件23能够进行冷却。

LVDT固定组件7主要由上隔板15、支撑杆16、支撑座17、锁紧螺钉18以及紧固件组成。支承座处于LVDT19组件中心位置，上下两端分别通过支撑杆16与上隔板15和耦合组件8连接。LVDT19放置在支承座的内孔，通过周向布置的锁紧螺钉18把LVDT19固定。LVDT固定组件7提供冷却流道，并确保LVDT19能够抵抗水流冲刷，减少震动扰动。

耦合组件8主要由燃料元件23、上端板组件20、下端板24、固定板22和夹板21组成。固定板22分为前后两块，均为表面镂空的平板，方便冷却剂带走燃料元件23产的热量。上端板组件20由上端板25、弹簧26、压板27焊接而成。压板27直接与新型燃料组件23端面接触，燃料元件23插入前后固定板22和下端板24组成的空腔后，焊接上端板组件20。

本方案的工作原理是：辐照试验时，辐照装置整体安装固定，堆顶盖法兰3与反应堆辐照孔道固定，保护管组件6的下接头插入到反应堆的栅格板中。燃料元件23通过上端板组件20、固定板22和下端板24固定，LVDT19通过LVDT固定组件7固定，LVDT19测量端部与压板27直接接触，由于压板27与燃料元件23端面直接接触，当燃料元件23轴向尺寸发生变化时，引起LVDT19铁芯的移动，铁芯移动导致初、次级线圈之间互感量发生改变，次级线圈产生感应电压，LVDT19电缆通过中心直管组件5和密封头2传输到显示端，经过信号处理计算出燃料元件23轴向变化值，从而实现辐照过程中在线监测轴向长度变化的功能。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种实现燃料元件轴向长度变化实时测量的辐照装置，其特征在于，所述装置包括：

吊装环、密封头、堆顶盖法兰、连接段、中心直管组件、保护管组件、LVDT、LVDT固定组件以及耦合组件；

吊装环与堆顶盖法兰固定连接，密封头与堆顶盖法兰固定连接；连接段上端与堆顶盖法兰固定连接，LVDT通过LVDT固定组件进行固定，LVDT固定组件与耦合组件固定连接，安装时，LVDT电缆从底部往上端方向穿过中心直管组件，从密封头穿出；中心直管组件上端与连接段下端相连，中心直管组件下端与LVDT固定组件相连，中心直管组件、LVDT、LVDT固定组件以及耦合组件均位于保护管组件内，保护管组件与中心直管组件通过通过螺钉固定。

2.根据权利要求1所述的实现燃料元件轴向长度变化实时测量的辐照装置，其特征在于，所述中心直管组件具体包括：若干连接杆、中心直管和若干固定环；每个连接杆均穿过每个固定环，若干连接杆均匀分布在每一个固定环上；若干固定环沿轴向均匀分布；中心直管从固定环中心穿过，与每个固定环均点焊。

3.根据权利要求1所述的实现燃料元件轴向长度变化实时测量的辐照装置，其特征在于，保护管组件包括：保护管、组件固定管和下接头；保护管与组件固定管固定连接，组件固定管与下接头固定连接，保护管上下两端开有若干个进出水孔。

4.根据权利要求1所述的实现燃料元件轴向长度变化实时测量的辐照装置，其特征在于，LVDT固定组件包括：上隔板、若干支撑杆、支撑座、锁紧螺钉；支承座位于LVDT固定组件中心位置，支承座上下两端分别通过支撑杆与上隔板和耦合组件连接；LVDT放置在支承座的内孔，通过锁紧螺钉将LVDT固定。

5.根据权利要求1所述的实现燃料元件轴向长度变化实时测量的辐照装置，其特征在于，耦合组件具体包括：燃料元件、上端板组件、下端板、正面固定板、背面固定板、正面夹板、背面夹板；正面夹板与背面夹板采用互相对称的半椭圆形结构，下端板与正面固定板、背面固定板焊接，组成一个开口空腔，燃料元件放入空腔后，上端板组件从上端压紧燃料元件后，与接触面焊接；组装完成后，装入正面夹板和背面夹板中，正面夹板与背面夹板通过对接焊固定。

6.根据权利要求5所述的实现燃料元件轴向长度变化实时测量的辐照装置，其特征在于，正面固定板和背面固定板均为表面镂空的平板。

7.根据权利要求5所述的实现燃料元件轴向长度变化实时测量的辐照装置，其特征在于，正面夹板和背面夹板的上端均留有螺纹孔，用于与LVDT固定组件连接。

8.根据权利要求5所述的实现燃料元件轴向长度变化实时测量的辐照装置，其特征在于，上端板组件包括：上端板、弹簧、压板；上端板设有上端板孔，LVDT测量端部穿过上端板孔后与压板固定连接，弹簧连接在上端板与压板之间，压板与燃料组件端面接触，LVDT测量端部与上端板孔间歇配合。

9.根据权利要求5所述的实现燃料元件轴向长度变化实时测量的辐照装置，其特征在于，正面固定板和背面固定板均设置4个椭圆形孔。

10.根据权利要求1所述的实现燃料元件轴向长度变化实时测量的辐照装置，其特征在于，堆顶盖法兰与反应堆辐照孔道固定，保护管组件的下接头插入到反应堆的栅格板中。

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