CN113130098A - 一种核燃料组件防钩挂性能试验装置 - Google Patents

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Abstract

一种核燃料组件防钩挂性能试验装置，它包括安装底板、支撑和固定燃料组件的刚性背板组件、带横向加载装置的滑轨立柱组件及燃料组件提升装置；刚性背板组件垂直固定在安装底板上，核燃料组件安装在刚性背板组件上，滑轨立柱组件垂直固定在安装底板上并于刚性背板组件互相平行设置，滑轨立柱组件上垂直设置有可沿滑轨立柱上下自由滑动的横向加载装置，核燃料组件的顶部通过连接装置连接有燃料组件提升装置；能够用于核燃料组件整体防钩挂性能试验，直接完成核燃料组件所有防钩挂特征的验证；通过横向加载装置，能够实现恒定载荷加载，同时采用了消除重力设计，能够避免横向载荷波动对试验结果的影响，保证试验加载的稳定性和准确性。

Description

一种核燃料组件防钩挂性能试验装置
技术领域
本发明涉及一种检测核燃料组件性能的装置，特别涉及一种用于考核燃料组件防钩挂特性的核燃料组件防钩挂性能试验装置。
背景技术
核燃料组件由上管座、下管座、格架、导向管和燃料棒等零部件组成，是反应堆堆芯的关键部件，属于核安全级设备。在压水堆核电厂堆芯内，核燃料组件密集排列成近柱形，相邻燃料组件的间隙极小，在装卸料过程中燃料组件与相邻组件之间存在发生钩挂的风险。燃料组件钩挂后，将使得格架等关键零部件结构损坏，导致燃料组件无法继续使用，在某些情况下甚至会对反应堆的安全性产生影响。因此，防钩挂性能是燃料组件的关键性能之一，关系到核电厂运行的经济性和安全性，在燃料组件设计中需要重点考虑。
为了验证燃料组件在各种装卸料工况下均不会发生钩挂，需要一种能够模拟燃料组件在堆内可能出现的极限工况的试验装置。这种装置应能够模拟堆芯装卸料过程，以及在装卸料过程中燃料组件与相邻组件的不同的相对位置和相对角度，并能够考虑组件变形等因素引起的横向载荷对组件钩挂行为的影响。
目前，国内外尚无开展燃料组件防钩挂性能试验的装置。国内曾开发了专门针对燃料组件定位格架的钩挂试验装置并开展了试验研究，该试验装置仅针对定位格架，不适用于燃料组件整体的防钩挂性能试验。美国核电研发就够在燃料组件研制过程中没有开发专门的试验装置，只是利用成熟的设备配合一些简易辅助装置开展相关试验，对操作人员的要求高且引入较多不确定性。
因此，特别需要一种核燃料组件防钩挂性能试验装置，以解决上述现有存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种核燃料组件防钩挂性能试验装置，针对现有技术的不足，能够模拟堆芯装卸料过程，评估燃料组件在横向力作用下取不同的相对位置和角度与邻近组件之间发生刮擦或钩挂的可能性。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种核燃料组件防钩挂性能试验装置，其特征在于，它包括安装底板、支撑和固定燃料组件的刚性背板组件、带横向加载装置的滑轨立柱组件及燃料组件提升装置；所述刚性背板组件垂直固定在安装底板上，核燃料组件安装在所述刚性背板组件上，所述滑轨立柱组件垂直固定在安装底板上并于所述刚性背板组件互相平行设置，所述滑轨立柱组件上垂直设置有可沿滑轨立柱上下自由滑动的横向加载装置，核燃料组件的顶部通过连接装置连接有燃料组件提升装置。
在本发明的一个实施例中，所述安装底板包括刚性板和高度可调节的支脚，所述支脚安装在所述刚性板的底部四周，所述刚性板上设置有可采用螺栓固定在试验场地T型槽地轨上的安装孔。
进一步，所述刚性板由钢板和加强型钢互相焊接而成，所述钢板上设置有用于刚性背板和斜撑梁的螺纹孔，所述钢板上的大部分区域设置有用于安装滑轨立柱的螺纹孔。
在本发明的一个实施例中，所述刚性背板组件包括刚性背板、斜撑梁、格架保护垫块、模拟堆芯下板和燃料组件上管座固定装置；所述刚性背板的底部固定在所述安装底板上，所述刚性背板与所述安装底板之间设置有斜撑梁，在所述刚性背板的一面自上而下设置有格架保护垫块，所述格架保护垫块与格架接触的一面位于统一的平面内，所述模拟堆芯下板用于核燃料组件下管座的约束和固定，所述燃料组件上管座固定装置用于核燃料组件上管座的约束和固定。
在本发明的一个实施例中，所述滑轨立柱组件包括横向加载装置、格架夹紧装置、滑轨立柱和重力平衡装置；所述横向加载装置安装在所述滑轨立柱上并可沿着滑轨立柱上下自由滑动；所述横向加载装置通过格架夹紧装置与格架相连接，所述重力平衡装置与所述横向加载装置相连接并抵消横向加载装置的重力。
进一步，所述横向加载装置包括加载杆、套筒、滑轮和加载砝码；所述加载杆设置在所述套筒内并自由滑动，所述加载砝码通过滑轮与所述加载杆相连接，所述加载杆通过格架夹紧装置与格架相连接。
进一步，所述格架夹紧装置包括C形框架、旋紧螺母、万向铰和万向铰支座；所述格架夹紧装置通过C形框架两个悬臂上的旋紧螺钉固定在核燃料组件的格架上，万向铰支座安装在C形框架上，C形框架上的倒T形安装槽方便调整万向铰支座的位置；万向铰的活动端与所述横向加载装置的加载杆相连接。
再进一步，在所述C形框架两个悬臂上的旋紧螺钉与核燃料组件的格架之间安装有保护垫片。
进一步，所述滑轨立柱为一个带滑动轨道的立柱，所述立柱的下方带有安装孔并与安装在所述安装底板上的螺纹孔的位置。
进一步，所述重力平衡装置包括滑轮和配重砝码，所述配重砝码用于抵消横向加载装置的重力。
在本发明的一个实施例中，所述燃料组件提升装置包括起重装置、连接装置和载荷传感器；所述起重装置通过所述连接装置与核燃料组件互相连接，所述载荷传感器设置在所述起重装置与所述连接装置之间。
本发明的核燃料组件防钩挂性能试验装置，与现有技术相比，能够用于核燃料组件整体防钩挂性能试验，直接完成核燃料组件所有防钩挂特征的验证，如管座倒角设计、格架导向翼设计等；通过横向加载装置，能够实现恒定载荷加载，同时采用了消除重力设计，能够避免横向载荷波动对试验结果的影响，保证试验加载的稳定性和准确性，实现本发明的目的。
本发明的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。
附图说明
图1为本发明的核燃料组件防钩挂性能试验装置的结构示意图；
图2为本发明的核燃料组件防钩挂性能试验装置的俯视示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
实施例
如图2所示，本发明的核燃料组件防钩挂性能试验装置，它包括安装底板、支撑和固定燃料组件的刚性背板组件、带横向加载装置的滑轨立柱组件及燃料组件提升装置；刚性背板组件垂直固定在安装底板上，核燃料组件安装在刚性背板组件上，滑轨立柱组件垂直固定在安装底板上并于刚性背板组件互相平行设置，滑轨立柱组件上垂直设置有可沿滑轨立柱上下自由滑动的横向加载装置，核燃料组件的顶部通过连接装置连接有燃料组件提升装置。
安装底板：
安装底板如图1和图2所示，由支脚1、加强型钢2、钢板3、压紧螺杆组件4等组成。支脚1用于安装底板的支撑，调节支脚的高度可以调节安装底板的水平。加强型钢2和钢板3通过焊接成刚性板，是实施试验的基础平台。压紧螺杆组件4用于将安装底板与地基连接，保证安装底板的牢固。如图2所示，钢板3上布置的不同规格的螺纹孔可用于试验装置各零部件的固定。
支撑和固定燃料组件的刚性背板组件：
支撑和固定燃料组件的刚性背板组件由斜撑梁5、刚性背板6、格架保护垫块7、上管座固定装置8、模拟堆芯下板13等主要零部件组成。该装置主要用于固定核燃料组件14，模拟核燃料组件在堆芯内的固定状态。斜撑梁5与刚性背板6通过螺栓连接在一起，并安装在钢板3上。刚性背板6上安装有与核燃料组件的格架数量相等的格架保护垫块7。模拟堆芯下板13通过螺栓固定在钢板3上，模拟堆芯下板13上带有与核燃料组件下管座配合的销钉，保证核燃料组件下管座的约束状态与堆内安装相同。上管座固定装置8的一端通过螺钉安装在刚性背板6上，上管座固定装置8的另一端上的凸台伸入核燃料组件上管座上周边的孔内，对核燃料组件上管座形成约束，防止钩挂时核燃料组件14发生倾翻。上管座固定装置8上的凸台与核燃料组件上管座的孔之间留有一定的间隙，可允许核燃料组件上管座发生一定的偏移。
带横向加载装置的滑轨立柱组件：
带横向加载装置的滑轨立柱组件由横向加载装置、格架夹紧装置、滑轨立柱和重力平衡装置等组成。
横向加载装置由砝码16、钢丝绳17、吊钩18、滑轮19、加载杆20、套筒21等主要零部件组成。该装置安装在滑块25上，可以沿着滑轨27上下移动。钢丝绳17的一端与砝码16连接，通过滑轮18改变方向后，钢丝绳17的另一端连接到加载杆20上。试验时，砝码17的重力载荷与钢丝绳17拉动加载杆20的载荷相同，可以使得加载杆20从套筒21中伸出用于施加载荷。在试验准备阶段，可用吊钩18将砝码17吊起，方便安装调试等操作。
格架夹紧装置由保护垫块30、旋紧螺钉31、C形框架32、万向铰支座33、万向铰34等零部件组成。C形框架32的两个悬臂上安装有旋紧螺钉31。使用时，将C形框架32的凹槽卡入需要施加载荷的核燃料组件的格架，使C形框架32的横梁与核燃料组件的格架紧密贴合，然后转动旋紧螺钉31，使得C形框架32在核燃料组件的格架上牢固夹紧。旋紧螺钉31与核燃料组件的格架之间的保护垫块30，可以避免核燃料组件受损。万向铰支座33通过螺栓安装在C形框架梁上。C形框架32上的倒T型槽，可以方便调节万向铰支座33在C形框架32上的位置，即可以调节横向载荷的作用位置。万向铰34安装在万向铰支座33上，并与加载杆20连接。从加载杆20传递过来的横向载荷，经万向铰34、万向铰支座33和C形框架32作用在核燃料组件的格架上。
滑轨立柱由滑块25、立柱26、滑轨27、立柱底座28、立柱压紧装置29等组成。滑轨27安装在立柱26上，安装在滑轨27上的滑块25可沿着滑轨27上下自由运动。立柱底座28的底部还安装了万向球轴承，可以方便调整滑轨立柱上的位置和角度。立柱底座28通过立柱压紧装置29固定在安装底板的钢板3上。立柱压紧装置29可以绕其在钢板3上的安装螺钉转动，配合腰形孔设计，以及钢板3上布置的大量螺纹孔(见图2)，可用确保立柱在底板特定区域内的任何位置固定。
重力平衡装置由钢丝绳22、滑轮23、配重24等组成。钢丝绳22的一端连接在横向加载装置上，通过滑轮改变方向后，与配重24连接。配重24的重量与横向加载装置(含砝码16)的重量相等，从而抵消确保横向配重装置的重量，使横向加载装置停留在滑轨的任意位置。
燃料组件提升装置：
燃料组件提升装置由燃料组件提升操作工具9、载荷传感器10、钢丝绳11、起重装置12等组成。燃料组件提升操作工具9可以与燃料组件15的上管座连接，便于对燃料组件进升降操作。载荷传感器10与提升操作工具9采用钢丝连接，用于测量燃料组件升降过程中收到的提升力，当载荷超过特定值时，会自动停止升降操作。钢丝绳11的一端连接传感器，钢丝绳11的另一端连接起重装置12。起重装置12可以实现不同的速度升降核燃料组件15，模拟核燃料组件在堆内的升降操作。起重装置的控制系统通过比较载荷传感器10的读数与设定限值，实现自动载荷保护功能。
本发明的具体工作过程如下：试验时，将一个核燃料组件试验件(可称之为固定燃料组件)插入模拟堆芯下板，并采用上管座固定装置将其固定在刚性背板上；将另一组燃料组件试验件(可称之为移动燃料组件)连接到燃料组件提升装置，并调整该组件与固定燃料组件的位置及相对方向。将横向加载装置整体调整到合适的位置和方位，并将加载杆连接至移动核燃料组件的格架上，使移动燃料组件和固定燃料组件之间互相挤压接触；通过提升装置以特定的速度提升或降落模拟装卸料操作，让两组燃料组件之间相互刮擦，并通过测力系统监测并记录燃料组件提升力。根据试验后燃料组件各零部件检测结果和提升力，评估燃料组件各零部件钩挂情况。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种核燃料组件防钩挂性能试验装置，其特征在于，它包括安装底板、支撑和固定燃料组件的刚性背板组件、带横向加载装置的滑轨立柱组件及燃料组件提升装置；所述刚性背板组件垂直固定在安装底板上，核燃料组件安装在所述刚性背板组件上，所述滑轨立柱组件垂直固定在安装底板上并于所述刚性背板组件互相平行设置，所述滑轨立柱组件上垂直设置有可沿滑轨立柱上下自由滑动的横向加载装置，核燃料组件的顶部通过连接装置连接有燃料组件提升装置。
2.如权利要求1所述的核燃料组件防钩挂性能试验装置，其特征在于，所述安装底板包括刚性板和高度可调节的支脚，所述支脚安装在所述刚性板的底部四周，所述刚性板上设置有可采用螺栓固定在试验场地T型槽地轨上的安装孔。
3.如权利要求2所述的核燃料组件防钩挂性能试验装置，其特征在于，所述刚性板由钢板和加强型钢互相焊接而成，所述钢板上设置有用于刚性背板和斜撑梁的螺纹孔，所述钢板上的大部分区域设置有用于安装滑轨立柱的螺纹孔。
4.如权利要求1所述的核燃料组件防钩挂性能试验装置，其特征在于，所述刚性背板组件包括刚性背板、斜撑梁、格架保护垫块、模拟堆芯下板和燃料组件上管座固定装置；所述刚性背板的底部固定在所述安装底板上，所述刚性背板与所述安装底板之间设置有斜撑梁，在所述刚性背板的一面自上而下设置有格架保护垫块，所述格架保护垫块与格架接触的一面位于统一的平面内，所述模拟堆芯下板用于核燃料组件下管座的约束和固定，所述燃料组件上管座固定装置用于核燃料组件上管座的约束和固定。
5.如权利要求1所述的核燃料组件防钩挂性能试验装置，其特征在于，所述滑轨立柱组件包括横向加载装置、格架夹紧装置、滑轨立柱和重力平衡装置；所述横向加载装置安装在所述滑轨立柱上并可沿着滑轨立柱上下自由滑动；所述横向加载装置通过格架夹紧装置与格架相连接，所述重力平衡装置与所述横向加载装置相连接并抵消横向加载装置的重力。
6.如权利要求5所述的核燃料组件防钩挂性能试验装置，其特征在于，所述横向加载装置包括加载杆、套筒、滑轮和加载砝码；所述加载杆设置在所述套筒内并自由滑动，所述加载砝码通过滑轮与所述加载杆相连接，所述加载杆通过格架夹紧装置与格架相连接。
7.如权利要求5所述的核燃料组件防钩挂性能试验装置，其特征在于，所述格架夹紧装置包括C形框架、旋紧螺母、万向铰和万向铰支座；所述格架夹紧装置通过C形框架两个悬臂上的旋紧螺钉固定在核燃料组件的格架上，万向铰支座安装在C形框架上，C形框架上的倒T形安装槽方便调整万向铰支座的位置；万向铰的活动端与所述横向加载装置的加载杆相连接；在所述C形框架两个悬臂上的旋紧螺钉与核燃料组件的格架之间安装有保护垫片。
8.如权利要求5所述的核燃料组件防钩挂性能试验装置，其特征在于，所述滑轨立柱为一个带滑动轨道的立柱，所述立柱的下方带有安装孔并与安装在所述安装底板上的螺纹孔的位置。
9.如权利要求5所述的核燃料组件防钩挂性能试验装置，其特征在于，所述重力平衡装置包括滑轮和配重砝码，所述配重砝码用于抵消横向加载装置的重力。
10.如权利要求1所述的核燃料组件防钩挂性能试验装置，其特征在于，所述燃料组件提升装置包括起重装置、连接装置和载荷传感器；所述起重装置通过所述连接装置与核燃料组件互相连接，所述载荷传感器设置在所述起重装置与所述连接装置之间。
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