CN113643836B - 一种铅冷快堆的可视化燃料棒加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铅冷快堆的可视化燃料棒加工方法。它包括如下步骤：选择有机玻璃燃料棒和绕丝；在有机玻璃燃料棒的下端装配下端塞，上端装配上端塞；连接管与有机玻璃燃料棒的上端塞进行装配，并使用胶带进行粘接固定；将绕丝一端连接在下端塞的定位孔中，将绕丝等螺距地缠绕在有机玻璃燃料棒上，然后将绕丝末端固定在有机玻璃燃料棒表面，且在绕丝的过程中，对绕丝进行紫外线烘烤进行同步固化，最后拆除连接管；将有机玻璃燃料棒进行烘烤，并补涂一次UV胶水，即得到铅冷快堆的可视化燃料棒。本发明能得到透光性高、螺距准确、粘接牢靠和使用寿命长的带绕丝燃料棒，且装配后相邻燃料棒的中心距更符合设计值。

Description

一种铅冷快堆的可视化燃料棒加工方法

技术领域

本发明涉及一种铅冷快堆的可视化燃料棒加工方法，属于核反应堆技术领域。

背景技术

铅冷快堆（Lead-cooled Fast Reactor, LFR）是指采用闭式燃料循环方式，以液态铅铋合金（Lead-Bismuth Eutectic, LBE）为冷却剂、在高温低压条件下运行的快中子反应堆。燃料组件内冷却剂的流动特性对反应堆系统的安全性和经济性具有十分重要的影响。绕丝作为LFR的常用定位部件，具有以下3个作用：（1）确定相邻燃料棒间距；（2）减小棒束震动和弯曲；（3）增强棒束流道的对流换热。因此，开展带绕丝燃料棒束通道内的流动特性研究，具有十分重要的影响。然而，使用LBE直接开展流动特性实验存在成本高、难度大且危险性高等问题。但是，基于量纲分析和相似理论，可以将模型实验的速度分布和压力分布等数据转换到原型实验中。

根据测量设备是否与流场直接接触，可以将测量方法分为侵入式测量和非侵入式测量。非侵入式测量技术，如粒子图像测速法（Particle Image Velocimetry, PIV），其优点是：（1）测量精度高；（2）测量范围广；（3）实验成本低；（4）安全系数高。影响可视化实验中成像质量最重要的5个因素是：（1）棒束模型材料和流动工质的透光性；（2）流动工质和棒束材料的折射率匹配效果；（3）流动工质和棒束模型材料的兼容性；（4）流动工质的稳定性（颜色和成分）；（5）激光杂光减弱或者消除。绕丝的加工精度和机械强度影响燃料棒束通道内流动工质的流动特性。利用3D 打印技术加工有机玻璃带绕丝的燃料棒束，表面粗糙度达不到光学实验的要求，容易引起激光的多次漫反射和示踪粒子在缝隙中附着；同时，3D 打印加工很难加工得到较长的实验段。而采用开模铸造的方法，成本非常高，且更改燃料棒或者绕丝的尺寸时需要重新加工模具。因而，一般是将一根绕丝缠绕到一根燃料棒表面，后期进行组合装配。如何将有机玻璃绕丝高精度和高效率地缠绕、牢靠地固定在燃料棒表面，并将绕丝上的应力有效释放，是一个棘手的问题。因为将一根笔直的绕丝加工成螺旋分布状态，绕丝内部产生的内力会试图将绕丝从螺旋状恢复到笔直状态，引起绕丝的位置发生变化或者出现裂纹或者断裂，特别是在受到流动工质连续冲刷或者腐蚀的情况下。

发明内容

本发明涉及一种铅冷快堆的可视化燃料棒加工方法。本发明能得到透光性高、螺距准确、粘接牢靠和使用寿命长的带绕丝燃料棒，且装配后相邻燃料棒的中心距更符合设计值。将满足实验要求的可视化燃料棒、上支撑栅格、下支撑栅格、外套管、上管座和下管座等部件进行装配，通过PIV可以实现以一种测量精度更高、测量范围更广、实验成本更低和安全系数更高的方式，研究液态金属冷却快堆燃料棒束通道内的压力分布和速度分布，丰富带绕丝燃料棒束通道流动特性的数据库。另外，本发明采用齿轮同步的定位装置能将绕丝高精度和高效率地缠绕、同步固定在燃料棒的外表面上，并能实时检测绕丝的螺距。

本发明提供的一种铅冷快堆的可视化燃料棒加工方法，包括如下步骤：

1）使用测量工具初步筛选所需直径的有机玻璃燃料棒和绕丝，然后再精细测量并记录每一根所述有机玻璃燃料棒和绕丝的直径，最终选择直径公差范围在±0.05mm、多次测量方差小于0.05的所述有机玻璃燃料棒和绕丝；

2）在所述有机玻璃燃料棒的下端设置圆槽；其上端为上端塞，上端塞上设置矩形方槽，用于与上支撑栅格定位和固定；

3）经步骤2）处理的所述有机玻璃燃料棒下端圆槽装配设有圆形凸台的下端塞，所述下端塞上还设有矩形方槽，并调整所述有机玻璃燃料棒与所述下端塞的角度，使所述燃料棒上端塞的矩形方槽和所述下端塞的矩形方槽平行，便于之后将所述有机玻璃燃料棒和上支撑栅格、下支撑栅格装配；

4）连接管上设置有矩形凸台，将步骤2）的所述有机玻璃燃料棒的上端塞与所述连接管的矩形凸台进行装配，并使用胶带进行粘接固定；

5）将绕丝一端固定在所述下端塞的定位孔中，将绕丝等螺距地缠绕在所述有机玻璃燃料棒上，然后将所述绕丝末端固定在所述有机玻璃燃料棒表面，最后拆除连接管；

6）沿所述绕丝与所述有机玻璃燃料棒之间的缝隙内等间距的点涂UV胶水，然后烘烤固化粘接位置的所述UV胶水；

7）经步骤6）处理的所述有机玻璃燃料棒进行烘烤，以进行快速热应力释放，并补涂一次所述UV胶水，即得到铅冷快堆的可视化燃料棒。

上述的方法中，步骤1）中，所述有机玻璃燃料棒和所述绕丝的透光性高于90%；

所述精细测量每一根所述有机玻璃燃料棒和绕丝直径的方法如下：在长度方向上等间距测量3~5个位置，在每个位置上沿所述有机玻璃燃料棒和绕丝一圈测量4~6组数据；

所述绕丝的直径不超过所述有机玻璃燃料棒直径的一半，有利于减小燃料棒的弯曲程度。

上述的方法中，步骤2）之后还包括清洗所述有机玻璃燃料棒上在所述加工过程中留下的油污的步骤；注意不能使用有机溶剂，例如酒精。

上述的方法中，步骤2）中下端塞具体采用不锈钢制成，是为了保证使用绕丝机夹持过程中变形小、不碎裂，且增强后续装配过程中的机械强度，也可以改成其他金属材料。

上述的方法中，步骤4）中所述有机玻璃燃料棒的上端塞矩形凹槽与所述连接管的矩形凸台进行装配为过盈配合。

本发明中，步骤4）中，所述胶带具体可为透明胶带，也可为本领域常见的其他胶带。

上述的方法中，步骤5）中，所述绕丝缠绕的螺距可为50~500mm；缠绕的预紧力可为5~10N，如此能确保在使用绕丝装置缠绕绕丝的过程中不打滑、不松动，且所述绕丝不会被缠绕的太紧，不然应力释放不充分容易引起绕丝出现裂纹或者断裂。

本发明中，步骤5）中还包括对要缠绕的一组燃料棒和绕丝进行尺寸组合，使二者的直径总和接近设计值，减小后期燃料组件的装配难度和确保装配后相邻燃料棒的中心距（实际流道）接近设计值；

本发明中，步骤5）中还包括对每一根燃料棒进行编号，记录每一根带绕丝燃料棒的直径总和以及它们在外套管中的装配位置，便于后续PIV拍摄时进行流道位置确定和CCD相机标定以及将实验数据与数值仿真结果进行对照。

上述的方法中，步骤5）之前还包括使用烘烤设备将所述绕丝加热折弯的步骤，所述烘烤设备具体可为聚焦式打火机。

上述的方法中，步骤5）中还包括采用胶带（具体可为压敏胶带）和轧带固定所述绕丝末端，并检查缠绕后的绕丝螺距是否均匀，确认每个螺距都准确后，在步骤6）处理之后拆除所述胶带和轧带，并清除胶带在燃料棒上残留的痕迹，具体可用橡皮擦清除。

上述的方法中，步骤6）中采用微型注射器或点胶机点涂所述UV胶水，每个粘接位置的长度为10~20mm，相邻两个所述粘接位置交替出现在所述绕丝的两侧，间隔距离为50~100mm，但第一个和最后一个所述粘接位置在绕丝两侧都点涂，防止流动工质在从下到上和从上到下两个方向上连续冲刷造成绕丝脱落；

需要说明的是，如果沿着绕丝与燃料棒的缝隙全部涂胶，即粘接位置的长度等于绕丝与燃料棒的缝隙长度，则绕丝上蕴藏的应力不容易被完全释放，在受到流动工质连续冲刷时容易断裂。因而建议每个粘接位置的长度为10~20mm，这样既能保证胶水的粘接强度，又能确保绕丝上应力的被绝大部分释放，满足实验要求。

所述UV胶水是从腐蚀程度（面积和数量）、粘接强度、是否发白、气泡堆积程度、折射率匹配和胶水黏度等方面比较选出，具体可为8105型UV胶水，商购于惠州汉高泰实业有限公司，产品目录号为YBG-8105；

所述烘烤采用紫外线灯进行，烘烤时间可为5~15min。

上述的方法中，步骤6）中还包括当所述粘接位置有缺损时补涂所述UV胶水，然后再烘烤固化补涂的所述UV胶水的步骤。

上述的方法中，步骤6）之后放置的时间为1~2天然后进行步骤7），以利于步骤7）中处理以进行应力释放，并且不会引起绕丝松动甚至断裂。如果绕丝螺距较大或者绕丝的直径较小，也可以省去放置1~2天的步骤，采用齿轮同步的定位装置一边缠绕、一边涂胶与烘烤固化的操作。

上述的方法中，步骤7）中，所述烘烤温度为30℃，烘烤时间可为30h，所述烘烤在烘箱中进行。

上述的方法中，步骤7）中还包括使用所述紫外线灯再烘烤固化补涂地所述UV胶水的步骤。

上述的方法中，步骤7）之后还包括使用锉刀打磨所述绕丝弯角的步骤，使燃料棒和绕丝的总宽度接近设计值，方便将所述的燃料棒束在外套管中装配。

上述的方法中，步骤7）中所述可视化燃料棒完成可视化流场实验后，放在清水中浸泡1~2天，拆除被染色的所述绕丝，可使用有机玻璃片将所述燃料棒上的所述UV胶水痕迹轻轻刮下，再使用抛光设备（如布轮）局部抛光，然后再清洗所述燃料棒，再按照步骤4）~步骤7）实施，可以得到新的铅冷快堆的可视化燃料棒，因为能够重复使用燃料棒，这样能极大提高加工效率。

上述的方法中，步骤2）之后包括：通过喷枪在所述有机玻璃燃料棒上预先喷涂所述绕丝缠绕的螺旋图案；在喷涂所述螺旋图案后通过摄像机拍摄所述绕丝缠绕轨迹的实时图像的步骤；所述螺旋图案用于指示后续所述绕丝的位置，即后续将所述绕丝覆盖在所述螺旋图案上；

其中，所述螺旋图案的粗细根据所述绕丝的粗细确定；

所述螺旋图案通过水溶性颜料喷涂而成。

上述的方法中，步骤5）中，所述绕丝具体采用齿轮同步的定位装置高精度、高效率地缠绕在所述有机玻璃燃料棒的外表面上；

所述齿轮同步的定位装置，包括：

支撑座，所述有机玻璃燃料棒可转动地安装在所述支撑座上；

驱动机构，安装在所述支撑座上，所述驱动机构被配置为用于驱动所述燃料棒转动；

直线机构，包括连接在所述支撑座上的驱动件以及连接在所述驱动件上的活动件，所述驱动件用于驱动所述活动件沿所述有机玻燃料棒的长度方向直线移动；

压紧块，所述压紧块固定在所述活动件上，所述压紧块被配置为随所述活动件直线移动进而将绕丝缠绕并压紧在所述有机玻璃燃料棒上。

进一步地，所述支撑座包括相互间隔设置的第一支撑板和第二支撑板，所述第一支撑板与第二支撑板相对的位置处分别转动安装有第一夹头和第二夹头，所述第一夹头和第二夹头分别用于夹持所述有机玻璃燃料棒的两端。

进一步地，所述直线机构包括：

丝杆，所述丝杆的两端分别与所述第一支撑板和第二支撑板转动连接以形成所述驱动件，所述丝杆与所述有机玻璃燃料棒平行安装；

支撑块，所述支撑块套设在所述丝杆上，且与所述丝杆螺旋连接以形成所述活动件；

所述驱动机构被配置为用于驱动所述有机玻璃燃料棒以及丝杆转动。

进一步地，所述驱动机构包括齿轮传动装置和驱动部件，其中所述齿轮传动装置包括大齿轮和与所述大齿轮啮合的小齿轮，所述大齿轮与小齿轮之间的传动比为1:A，所述大齿轮固定安装在传动轴上，所述传动轴的一端与所述有机玻璃燃料棒的一端连接，所述小齿轮与所述丝杆的一端连接；所述大齿轮与小齿轮均固定安装在所述第一支撑板的外侧。

所述驱动部件用于驱动所述大齿轮转动。

进一步地，所述驱动部件为驱动手柄，所述驱动手柄的一端与所述传动轴连接；

或者，所述驱动部件为电机或者是旋转气缸，所述电机或者旋转气缸的输出轴与所述传动轴连接。

进一步地，还包括滑动导轨，所述滑动导轨的两端分别与所述第一支撑板和第二支撑板固定连接，所述滑动导轨与所述丝杆平行，所述支撑块的底部与所述滑动导轨配合，且沿所述滑动导轨进行滑动。

进一步地，所述压紧块上开设有第一凹槽，所述第一凹槽的顶部的内壁上开设有螺旋槽，所述支撑块的顶部开设有第二凹槽，所述第一凹槽与第二凹槽配合形成为供燃料棒穿过、转动的圆形凹槽，所述圆形凹槽的直径大于等于所述有机玻璃燃料棒的直径。

进一步地，所述压紧块上开设有安装槽，所述支撑块的顶部插入至所述安装槽内，且二者之间形成固定连接，所述第一凹槽开设在所述安装槽的侧壁上，所述第一凹槽为倒U型凹槽，所述螺旋槽开设在所述倒U型凹槽的顶部，所述支撑块上开设的所述第二凹槽为U型槽，所述倒U型凹槽的顶部与所述U型槽的底部之间配合形成所述圆形凹槽。

进一步地，所述齿轮同步的定位装置还包括电控点胶装置，所述电控点胶装置安装在所述支撑块上，所述点胶装置包括：

点胶头，所述点胶头将胶水均匀地涂抹在燃料棒和绕丝的缝隙内；

点胶头固定装置，所述点胶头固定装置用于调整点胶头的角度并进行固定，点胶时竖直固定，其余时间水平固定；

点胶控制器，所述点胶控制器可以根据支撑块的行进速度和燃料棒与绕丝的缝隙大小，调整胶水挤出的粗细、速率以及位置，具体可以设置为连续点胶或者间隔点胶。

进一步地，所述齿轮同步的定位装置还包括电控烘烤装置，所述烘烤装置安装在所述支撑座的顶部和内侧壁面上，所述烘烤装置包括：

紫外线灯，所述紫外线灯两端固定在所述支撑板上方，且紫外线灯上设置有控制开关和滑动开关，所述控制开关控制紫外线灯的通断，所述滑动开关关联位移传感器，控制紫外线灯的开启范围；

位移传感器，所述位移传感器安装在所述支撑板上，用于追踪所述支撑块的移动位置，并将信号传导给烘烤控制器；

烘烤控制器，所述烘烤控制器通过接收所述位移传感器的信号，控制紫外线灯上的滑动开关，逐个开启所述支撑块经过位置的灯管单元烘烤完成点胶的区域。

进一步地，所述齿轮同步的定位装置还包括：

喷枪，用于在有机玻璃燃料棒上预先喷涂螺旋图案；

摄像机，通过摄像机拍摄喷涂螺旋图案和绕丝缠绕轨迹的实时图像；

比对模块，用于将绕丝缠绕轨迹的实时图像与喷涂螺旋图案进行比对；

提示模块，用于当比对结果超出阈值时，提示绕丝异常。

一种所述的齿轮同步的定位装置的使用方法，包括步骤：

（1）将所述绕丝的一端弯曲、固定在所述有机玻璃燃料棒的第一定位孔内，另一端为自由端；

（2）将步骤（1）的所述有机玻璃燃料棒的两端分别插入所述第一夹头和第二夹头中；

（3）调整压紧块与所述有机玻璃燃料棒的相对位置，使绕丝的初始缠绕起点在压紧块的螺旋槽的最外侧，绕丝的初始缠绕角度与螺旋槽的角度相同；

（4）通过所述驱动部件驱动所述大齿轮转动一圈，带动小齿轮转动A圈，其中丝杆的螺距为Bmm，支撑块沿所述导轨水平移动A×Bmm，所述绕丝在螺旋槽内按照A×Bmm的螺距缠绕在所述有机玻璃燃料棒的外表面上，同时使用电控点胶装置和电控烘烤装置进行点胶和烘烤固化的操作；

（5）完成最后一个螺距的缠绕后，将绕丝另一端固定在燃料棒的外表面上，松动第一夹头和第二夹头，取下压紧块，然后将带绕丝的燃料棒从齿轮同步的定位装置上取下。

（6）按照步骤（1）相同的办法将步骤（5）中绕丝另一端弯曲、固定在所述有机玻璃燃料棒的第二定位孔内。

本发明所述铅冷快堆的可视化燃料棒加工方法，同样适用于钠冷快堆的可视化燃料棒加工。

本发明具有以下优点：

1、本发明解决了可视化燃料棒的绕丝螺距不准确、应力大的问题，本发明采用的有机玻璃燃料棒和绕丝透光性好；筛选的燃料棒和绕丝的直径公差小、不圆度小，沿长度方向弯曲小；胶水粘接前，绕丝在燃料棒表面螺距精度高、张紧力适中，表面刮伤少；胶水烘干后，绕丝在燃料棒上粘接牢固、受胶水腐蚀裂纹少、没有断裂；胶水用量少，与有机玻璃折射率匹配，对流场形成和激光透过影响小，胶水烘干后不发白、气泡堆积少；螺旋绕丝上的应力释放充分；因此本发明得到透光性高、螺距准确、粘接牢靠和使用寿命长的带绕丝燃料棒；且本发明装配后相邻燃料棒的中心距（流道）更接近设计值，能减小后期燃料组件的装配难度，且因为每一根带绕丝燃料棒的尺寸和装配位置都被记录，便于后续PIV拍摄时进行流道位置确定和CCD相机标定，同时，可以采用真实尺寸进行三维建模，便于将实验数据与数值仿真结果对照；另外，本发明提供的重复使用燃料棒的方法，能极大的提高加工效率。

2、本发明采用齿轮同步的定位装置绕丝，该齿轮同步的定位装置使用齿轮传动装置，能够快速带动燃料棒转动，可以实现高效率绕制；同时因为齿轮传动装置和丝杆的稳定性，可以实现高精度绕制；齿轮同步的定位装置包含一个电控点胶装置和电控烘烤装置，能够在缠绕的同时将胶水均匀地涂抹在燃料棒与绕丝之间的缝隙内，并使用紫外线灯逐个位置、同步烘烤；齿轮同步的定位装置能够在缠绕的同时实时检查绕丝的螺距，及时纠正或者更换为新的绕丝进行缠绕，提高加工的成品率。因而，本发明采用齿轮同步的定位装置能够一边绕制、一边涂胶与烘烤固化，并能实时检测绕丝的螺距，将绕丝均匀、快速地缠绕及固定在燃料棒的外表面上，提高了缠绕精度、效率和成品率，加工的带绕丝燃料棒能够被用于准确分析燃料组件内部冷却剂的流动特性。

附图说明

图1为本发明中铅冷快堆的可视化燃料棒的结构示意图。

图2为本发明中下端塞的仰视图。

图3为本发明中下端塞的等轴测视图。

图4为本发明中连接管的结构示意图。

图5为本发明中连接管与有机玻璃燃料棒装配后的仰视图。

图6为本发明中连接管与有机玻璃燃料棒装配后的等轴测视图。

图7为本发明一实施例提供的齿轮同步的定位装置的一角度方向的结构示意图；

图8为齿轮同步的定位装置的另一角度方向的结构示意图；

图9为图7中的安装在支撑块上的电控点胶装置的局部放大视图；

图10为压紧块的结构示意图；

图11为支撑块的结构示意图；

图中各个部件标记如下：

200-绕丝，300-有机玻璃燃料棒，400-上端塞；500-下端塞；600-连接管；700-下端塞的定位孔（又称第二定位孔）；

1-支撑座、2-驱动机构、3-直线机构、6-压紧块、7-电控点胶装置、8-电控烘烤装置、9-夹头、10-导轨、11-第一支撑板、12-第二支撑板、13-连杆、21-大齿轮、22-驱动手柄、23-小齿轮、31-丝杆、32-支撑块、321-第二凹槽、61-第一凹槽、62-安装槽、63-螺旋槽、71-电控点胶控制器、72-点胶头固定装置、73-点胶头、74-点胶控制器线缆、81-紫外线灯、82-烘烤控制器、83-位移传感器、84-烘烤控制器线缆、91-第一夹头、92-第二夹头。

图12为2.0螺距到 5.0螺距内横向差压随Z轴坐标的变化关系。

图13为XZ平面2.25-3.25螺距第1间隙，雷诺数为2500时轴向速度分布的实验与模拟结果对比，其中图13（a）为数值仿真结果（CFD），图13（b）为实验测量数据（PIV）。

图14为XZ平面2.25-3.25螺距第1间隙，雷诺数为2500时横向速度分布的实验与模拟结果对比，其中图14（a）为数值仿真结果（CFD），图14（b）为实验测量数据（PIV）。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1、

如图1所示，为本发明中铅冷快堆的可视化燃料棒的结构示意图。本发明铅冷快堆的可视化燃料棒包括有机玻璃燃料棒300和有机玻璃绕丝200；绕丝200等螺距的缠绕在有机玻璃燃料棒300的外表面上。

有机玻璃燃料棒300上端设置上端塞400，上端塞400上设有矩形方槽；下端设置下端塞500（优选不锈钢材质，是为了保证使用绕丝机夹持过程中变形小、不碎裂，且增强后续装配过程中的机械强度，也可以改成其他金属材料。），如图2-3所示，下端塞500上设置圆形凸台和矩形方槽，以及下端塞的定位孔700。

一种铅冷快堆的可视化燃料棒加工方法，包括如下步骤：

1）选取透光性高于90%的有机玻璃燃料棒和绕丝；使用测量工具初步筛选所需直径的有机玻璃燃料棒和绕丝，然后再精细测量并记录每一根燃料棒和绕丝的直径，通过在长度方向上等间距测量3~5个位置，在每个位置的周向上测量4~6组数据，最终选择直径公差范围在±0.05mm、多次测量方差小于0.05的有机玻璃燃料棒和绕丝；绕丝的直径不超过所述机玻璃燃料棒直径的一半；

2）在有机玻璃燃料棒的下端设置圆槽，用于与下端塞装配；其上端为上端塞，上端塞上设置矩形方槽，用于与上支撑栅格定位和固定；然后清洗有机玻璃燃料棒上在加工过程中留下的油污；注意不能使用有机溶剂，例如酒精；

3）经步骤2）处理的有机玻璃燃料棒下端圆槽装配设有圆形凸台的下端塞，下端塞上还设有矩形方槽，并调整有机玻璃燃料棒与下端塞的角度，使燃料棒上端塞的矩形方槽和下端塞的矩形方槽平行，便于之后将有机玻璃燃料棒和上支撑栅格、下支撑栅格装配；

4）如图4所示，连接管上设置有矩形凸台，将步骤2）的有机玻璃燃料棒的上端塞与连接管的矩形凸台进行过盈装配（如图5-6所示），并使用透明胶带进行粘接固定；

5）使用烘烤设备（具体可为聚焦式打火机）将绕丝加热折弯；将绕丝一端固定在下端塞的定位孔700中，将绕丝等螺距地缠绕在有机玻璃燃料棒上（具体采用齿轮同步的定位装置，如图7-8所示），然后采用压敏胶带和轧带将绕丝末端固定在有机玻璃燃料棒表面，并检查缠绕后的绕丝螺距是否均匀，确认每个螺距都准确；最后拆除连接管；

其中，绕丝缠绕的螺距可为50~500mm；缠绕的预紧力可为5~10N；对要缠绕的一组燃料棒和绕丝进行尺寸组合，使二者的直径总和接近设计值，减小装配难度和确保装配后相邻燃料棒的中心距（实际流道）为设计值；并对每一根燃料棒进行编号，记录每一根带绕丝燃料棒的直径总和以及它们在外套管中的装配位置，便于后续PIV拍摄时进行位置确定和CCD相机标定以及将实验数据与数值仿真结果进行对照；

6）沿绕丝与有机玻璃燃料棒之间的缝隙内等间距的采用微型注射器点涂8105型号UV胶水（商购于惠州汉高泰实业有限公司，产品目录号为YBG-8105），每处粘接位置的长度为10~20mm，相邻两个粘接位置交替出现在绕丝的两侧，间隔为50~100mm，但第一个和最后一个粘接位置在绕丝两侧都点涂；然后使用紫外线灯烘烤固化8105型号UV胶水；当粘接位置处有缺损时补涂UV胶水，然后进行烘烤固化补涂的UV胶水；最后拆除胶带和轧带，并使用橡皮擦清除胶带在燃料棒上残留的痕迹；然后放置1~2天（如果绕丝螺距较大或者绕丝的直径较小，也可以省去放置1~2天的步骤，采用齿轮同步的定位装置一边缠绕、一边涂胶与烘烤固化的操作。）；

7）经步骤6）处理的有机玻璃燃料棒使用烘箱进行烘烤（烘烤温度30℃，烘烤时间30h），以进行热应力释放，并补涂一次UV胶水，然后使用紫外线灯烘烤固化补涂的UV胶水，再使用锉刀打磨绕丝弯角，使燃料棒和绕丝的总宽度为设计值，方便将的燃料棒束在外套管中装配；即得到铅冷快堆的可视化燃料棒。

进一步的，步骤2）之后包括：通过喷枪在有机玻璃燃料棒上预先喷涂绕丝缠绕的螺旋图案；在喷涂螺旋图案后通过摄像机拍摄绕丝缠绕轨迹的实时图像的步骤；螺旋图案用于指示后续绕丝的位置，即后续将绕丝覆盖在螺旋图案上；

其中，螺旋图案的粗细根据绕丝的粗细确定；

螺旋图案通过水溶性颜料喷涂而成。

进一步的，步骤7）中得到的铅冷快堆的可视化燃料棒完成可视化流场实验后，拆除被染色的绕丝，可以使用有机玻璃片将燃料棒上的胶水痕迹轻轻刮下，再使用抛光设备（如布轮）局部抛光，然后再清洗燃料棒，再按照步骤4）~步骤7）操作，即得到新的铅冷快堆的可视化燃料棒；这样可以重复使用有机玻燃料棒，能极大提高有机玻燃料棒的加工效率。

需要说明的是，按照本发明介绍的方法加工得到的可视化燃料棒同样适用于钠冷快堆的流场可视化实验。

进一步的，步骤5）中绕丝200采用的齿轮同步的定位装置缠绕在有机玻璃燃料棒300的外表面上，齿轮同步的定位装置结构用于将绕丝均匀、快速地缠绕在有机玻璃燃料棒300的外表面上。如图7和图8所示，为本发明一实施例提供的齿轮同步的定位装置，包括支撑座1、驱动机构2、直线机构3、压紧块6、电控点胶装置7和电控烘烤装置8。有机玻璃燃料棒300可转动地安装在支撑座1上。直线机构3用于带动压紧块6沿有机玻璃燃料棒300的长度方向直线移动，同时将绕丝200按照固定的螺距缠绕并压紧在有机玻璃燃料棒300上。驱动机构2安装在支撑座1上，用于驱动有机玻璃燃料棒300转动。电控点胶装置7用于能够在缠绕的同时将胶水均匀地涂抹在有机玻璃燃料棒300与绕丝200之间的缝隙内；电控烘烤装置8用于对涂抹的胶水进行逐个位置、同步烘烤。

采用本发明的齿轮同步的定位装置，能够将绕丝200高精度和高效率地缠绕、同步固定在有机玻璃燃料棒300上，并能实时检测绕丝200的螺距，提高了缠绕的精度、效率和成品率，电控点胶装置7和电控烘烤装置8能够在缠绕的同时将胶水均匀地涂抹在有机玻璃燃料棒300与绕丝200之间的缝隙内，并使用紫外线灯逐个位置、同步烘烤。加工的带绕丝200的有机玻璃燃料棒300能够被用于准确地分析螺旋形空腔中流过的冷却剂的流动和传热特性。

支撑座1包括两个相互间隔设置的第一支撑板11和第二支撑板12。第一支撑板11与第二支撑板12相对的位置处分别转动安装有第一夹头91和第二夹头92，第一夹头91和第二夹头92分别用于夹持有机玻璃燃料棒300的两端。第一支撑板11与第二支撑板12之间通过连杆13固定连接成为一体。

具体地，第一夹头91与第一支撑板11之间通过第一轴承转动连接，第二夹头92与第二支撑板12之间通过第二轴承转动连接。第一夹头91和第二夹头92分别用于夹持有机玻璃燃料棒300的两端。

或者，第二夹头92也可简化为一个圆槽，让有机玻璃燃料棒300端部在圆槽内自由转动，圆槽直径大于等于有机玻璃燃料棒300的直径。

结合图1和图7所示，有机玻璃燃料棒300包括两端部（上端塞400和下端塞500）和一燃料棒主体，燃料棒主体的端部侧表面各设有一定位孔，分别为第一定位孔（图中未示）和第二定位孔（即下端塞的定位孔700）。第一夹头91和第二夹头92分别用于夹持有机玻璃燃料棒300的两端部。

直线机构3包括安装在支撑座1上的丝杆31以及连接在丝杆31上的支撑块32，丝杆31用于驱动支撑块32沿有机玻璃燃料棒300的长度方向直线移动。丝杆31的两端分别与第一支撑板11和第二支撑板12转动连接，丝杆31与有机玻璃燃料棒300平行安装。具体地，丝杆31的两端分别与第一支撑板11和第二支撑板12之间通过轴承转动连接。驱动机构2被配置为用于驱动有机玻璃燃料棒300以及丝杆31转动。支撑块32套设在丝杆31上，且与丝杆31螺旋连接。

如图10所示，压紧块6固定在支撑块32的顶部，压紧块6上开设有供有机玻璃燃料棒300穿过的第一凹槽61，第一凹槽61的内壁上开设有螺旋槽63，螺旋槽63的螺距与绕丝200的螺距相同，螺旋槽63的宽度大于等于绕丝200的直径。

驱动机构2包括齿轮传动装置和驱动部件。齿轮传动装置包括大齿轮21和与大齿轮21啮合的小齿轮23，大齿轮21与小齿轮23之间的传动比为1:A，大齿轮21固定安装在传动轴上，传动轴的一端与第一夹头91固定连接，大齿轮21转动带动第一夹头91转动，进而带动有机玻璃燃料棒300和第二夹头92转动，小齿轮23与丝杆31的一端固定连接。为方便安装，大齿轮21与小齿轮23均固定安装在第一支撑板11的外侧。

驱动部件用于驱动大齿轮21转动。进一步地，驱动部件为驱动手柄22，驱动手柄22的一端与传动轴固定连接。通过转动驱动手柄22可以带动大齿轮21进行转动。

作为其他的实施方式，驱动部件为电机或者是旋转气缸，电机或者旋转气缸的输出轴与传动轴固定连接。

结合图7和图9所示，电控点胶装置7安装在支撑块32上，电控点胶装置7包括：

点胶头73，点胶头73将胶水均匀地涂抹在有机玻璃燃料棒300和绕丝200的缝隙内；

点胶头固定装置72，点胶头固定装置72用于调整点胶头73的角度并进行固定，点胶时竖直固定，其余时间水平固定；

点胶控制器71，点胶控制器71可以根据支撑块32的行进速度（燃料棒的转速）和有机玻璃燃料棒300与绕丝200的缝隙大小，调整胶水挤出的粗细、速率以及位置，具体可以设置为连续点胶或者间隔点胶。

如图8所示，支撑座1上还安装有烘烤固化胶水的电控烘烤装置8，电控烘烤装置8包括：

紫外线灯81，紫外线灯81两端固定在第一支撑板11和第二支撑板12上方，且紫外线灯81上设置有控制开关和滑动开关，控制开关控制紫外线灯81的通断，滑动开关关联位移传感器83，控制紫外线灯81的开启范围；

位移传感器83，位移传感器83安装在第一支撑板11上，用于追踪支撑块32的移动位置，并将信号传导给烘烤控制器82；

烘烤控制器82，烘烤控制器82通过接收位移传感器83的信号，控制紫外线灯81上的滑动开关，逐个开启支撑块32经过位置的灯管单元，烘烤完成点胶的区域，不会照射伤害到操作人员。完成所有的缠绕和点胶操作后，提高烘烤功率，完成烘烤和固化。

齿轮同步的定位装置的工作原理为：

当驱动部件驱动大齿轮21、有机玻璃燃料棒300转动一圈，进而有机玻璃燃料棒300带动绕丝200转动一圈，大齿轮21转动一圈带动小齿轮23转动A圈，其中丝杆31的螺距为Bmm，因此当大齿轮21转动一圈，支撑块32沿丝杆31水平移动A×Bmm，则压紧块6被支撑块32固定和支撑并沿水平方向运输前进了A×Bmm，与绕丝200在螺纹槽63旋转一圈时，螺纹槽63需要前进的距离同步且相等，因此实现将绕丝200按照A×Bmm的螺距缠绕在有机玻璃燃料棒300的外表面上。在绕丝200进行缠绕的过程中同时通过电控点胶装置7将胶水均匀地涂抹在有机玻璃燃料棒300与绕丝200之间的缝隙内，并使用电控烘烤装置8逐个位置、同步烘烤。

本发明中在进行缠绕的同时通过支撑块32的支撑顶起以及压紧块6的按压作用，能够使绕丝200紧贴在有机玻璃燃料棒300上，因为较长的有机玻璃燃料棒300不可避免的会存在一定程度的弯曲，特别是正中间部分，通过压紧块6和支撑块32的约束，能够减少有机玻璃燃料棒300局部弯曲造成绕丝200打滑或者松动，从而提高缠绕精度。

综上，相比与手工转动有机玻璃燃料棒300，使用齿轮传动装置能够快速带动有机玻璃燃料棒300转动，可以实现高效率绕制和固定；同时因为齿轮传动装置和丝杆31的稳定性，可以实现高精度绕制。本发明提供的齿轮同步的定位装置能够将绕丝200均匀、快速地缠绕并固定在有机玻璃燃料棒300的外表面上，一边绕制、一边涂胶水并烘烤固化，并能实时检测绕丝200的螺距，提高了缠绕精度、效率和成品率，加工的带绕丝200的有机玻璃燃料棒300能够被用于准确分析燃料组件内部冷却剂的流动和传热特性等。

如图10和图11所示，压紧块6上开设有第一凹槽61，第一凹槽61的顶部的内壁上开设有螺旋槽63，支撑块32的顶部开设有第二凹槽321，为U型槽，第一凹槽61与第二凹槽321配合形成为供燃料棒穿过、转动的圆形凹槽，圆形凹槽的直径大于等于有机玻璃燃料棒300的直径。

为方便安装，压紧块6上开设有安装槽62，支撑块32的顶部与安装槽62形状配合，支撑块32插入至安装槽62内，且二者之间形成固定连接，具体可用卡扣或者销钉进行固定。第一凹槽61开设在安装槽62的侧壁上，第一凹槽61为倒U型凹槽，螺旋槽63开设在倒U型凹槽的顶部，倒U型凹槽与U型槽的底部之间配合形成圆形凹槽，圆形凹槽和螺旋槽63用于约束有机玻璃燃料棒300和绕丝200。

本发明中还可以通过压紧块6同时实现以下4个功能：（1）通过第一凹槽61提供有机玻璃燃料棒300的旋转通道；（2）通过第一凹槽61向下、向前和向后压紧有机玻璃燃料棒300起到约束作用，避免因有机玻璃燃料棒300局部弯曲造成绕丝200在缠绕过程中打滑或者松动；（3）通过螺旋槽63提供绕丝200的缠绕通道，确定绕丝的初始缠绕起点和角度；（4）通过螺旋槽63向下压紧绕丝200，使绕丝200紧贴有机玻璃燃料棒300，减少绕丝200在缠绕过程中打滑或者松动。在使用时，将支撑块32以及压紧块6滑动至有机玻璃燃料棒300的一端41，并将绕丝200穿过压紧块6上的螺旋槽63，从而确定绕丝200的初始缠绕起点和角度。绕丝的初始缠绕起点和角度和预紧力对缠绕精度至关重要。

本发明中还可以通过支撑块32同时实现以下3个功能：（1）通过第二凹槽321提供有机玻璃燃料棒300的旋转通道；（2）通过第二凹槽321向上拱起、向前和向后压紧有机玻璃燃料棒300起到约束作用，避免因有机玻璃燃料棒300局部弯曲造成绕丝200在缠绕过程中打滑或者松动；（3）通过支撑块32固定、支撑和运输压紧块6，使绕丝200在转动一圈时压紧块6沿水平方向前进A×Bmm，与螺旋槽63的螺距相等，起到同步作用。

在进行缠绕时，绕丝200的一端可以固定于有机玻璃燃料棒300的第一定位孔，另一端在缠绕的过程中自由，在完成缠绕后可以将绕丝200固定于有机玻璃燃料棒300的第二定位孔700。具体可以将绕丝200插入第一定位孔内，使用打火机等加热设备软化绕丝200，将绕丝200的一端弯曲成90°倾角，使绕丝200紧贴有机玻璃燃料棒300的外表面上；同时，使用剪刀剪断绕丝200伸出第一定位孔多余的部分，使绕丝200的切面刚好与第一定位孔出口平齐，便于后期燃料组件的高精度装配。为了更好的固定，可以在第一定位孔内点涂UV胶水，并使用紫外线灯8进行烘烤固化，完成定位绕丝200一端固定。绕丝200另一端在第二定位孔700的处理方式，与此相同。

为了提高缠绕精度，使支撑块32以及压紧块6始终沿着水平方向进行移动，还包括导轨10，导轨10的两端分别与第一支撑板11和第二支撑板12固定连接，导轨10与丝杆31平行，支撑块32在丝杆31上水平往前移动。支撑块32的底部与导轨10和滑块配合，使支撑块32只能沿导轨10进行水平滑动，不能随丝杆31进行旋转运动。

在某些可能的实施例中，齿轮同步的定位装置还包括：

喷枪，用于在有机玻璃燃料棒300上预先喷涂螺旋图案；

摄像机，通过摄像机拍摄喷涂螺旋图案和绕丝200缠绕轨迹的实时图像；

比对模块，用于将绕丝200缠绕轨迹的实时图像与喷涂螺旋图案进行比对；

提示模块，用于当比对结果超出阈值时，提示绕丝异常。

具体的，通过喷枪在有机玻璃燃料棒300上预先喷涂螺旋图案；然后通过摄像机拍摄绕丝200缠绕轨迹的实时图像；螺旋图案用于指示后续绕丝200应该被缠绕的位置；螺旋图案的粗细根据绕丝的粗细确定；螺旋图案通过水溶性颜料喷涂而成。

具体的，涂螺旋图案的颜色根据绕丝200的颜色确定，选择与绕丝200相同或相似的颜色，螺旋图案根据预设的绕丝200螺距确定，预先在有机玻璃燃料棒300上喷涂上绕丝200的形状。

具体的，螺旋图案的粗细为（x）=a×绕丝的直径（d），其中1＜a＜2。

具体的，还可以将缠绕后的有机玻璃燃料棒300放置在水中，从而去除有机玻璃燃料棒300上的水溶性染料。

具体的，应当按照预先喷涂的螺旋图案进行绕丝，当绕丝200的实际缠绕出现异常时，采集到的绕丝200缠绕轨迹的实时图像与预先拍摄的螺旋图像会有较大差距，此时提示异常，可以在绕丝200的螺距出现异常时实时提醒，从而减少异常率，并且工作人员还可以在绕丝200完成后，对比绕丝200缠绕轨迹与预先绘制的螺旋图案，直观的判断绕丝200是否符合要求。

具体的，也可以使用肉眼直接比对绕丝缠绕轨迹与螺旋图案的重合程度，当偏差较大时，停止缠绕，更换为新的绕丝200。

具体的，也可以将螺旋图案简化为等螺距的竖直刻度，观察绕丝缠绕到不同刻度时的螺旋角度。

作为本发明中的另一个实施例，还提供了一种上述用于有机玻璃燃料棒300的齿轮同步的定位装置的使用方法，包括步骤：

（1）将绕丝200的一端弯曲、固定在有机玻璃燃料棒300的第一定位孔内，另一端为自由端；

（2）将步骤（1）的有机玻璃燃料棒300的两端分别插入第一夹头91和第二夹头92中；

（3）调整压紧块6与有机玻璃燃料棒300的相对位置，使绕丝200的初始缠绕起点在压紧块6的螺纹槽63的起始位置（最外侧），将压紧块6与支撑块32固定连接，然后使用钻夹头钥匙锁紧第一夹头91和第二夹头92，夹持固定有机玻璃燃料棒300的两端；

（4）通过驱动部件驱动大齿轮21转动一圈，带动小齿轮23转动A圈，其中丝杆31的螺距为Bmm，支撑块32沿导轨10水平移动A×Bmm，则压紧块6被支撑块32固定、支撑并沿水平方向运输前进了A×Bmm，与绕丝200在螺旋槽63旋转一圈时螺旋槽63需要同步前进的距离相等，因此实现绕丝200按照A×Bmm的螺距缠绕在有机玻璃燃料棒300的外表面上；缠绕过程中，需要一边按压压紧块6，通过倒U型凹槽和螺旋槽63分别按压有机玻璃燃料棒300和绕丝200；一边给绕丝200自由端以5~10N的牵引力，防止绕丝200打滑或者松动，同时使用电控点胶装置和电控烘烤装置进行同步点胶和烘烤固化的操作；

（5）完成最后一个螺距的缠绕后，将绕丝200另一端固定在有机玻璃燃料棒300的外表面上，松动第一夹头91和第二夹头92，取下压紧块6，然后将带绕丝200的有机玻璃燃料棒300从齿轮同步的定位装置上取下；

（6）按照步骤（1）相同的办法将步骤（5）中绕丝200另一端弯曲、固定在有机玻璃燃料棒300的第二定位孔700内。

步骤（4）中，如果是采用有机玻璃为有机玻璃燃料棒300和绕丝200的材料，建议在恒温环境下缠绕加工，减少温度变化引起的热应力对绕丝200使用寿命的的影响，并且在完成所有缠绕工序后，将绕丝200固定在有机玻璃燃料棒300的外表面上，然后进行热应力消除。

步骤（5）中，具体可用胶带和轧带进行固定绕丝200另一端。

需要说明的是，本发明中的齿轮传动装置，还可以替换为本领域的链条传动装置或者同步带轮传动装置，只要能够满足本发明中的传动比即可。

需要说明的是，可以通过更改丝杆31的螺纹方向或者齿轮传动装置中齿轮的数目来改变支撑块32的水平前进方向。

需要说明的是，如果有机玻璃燃料棒300和绕丝200的材质为金属，可以将电控点胶装置改为焊接装置，胶水改为焊丝。

本发明提供的用于有机玻璃燃料棒300的齿轮同步的定位装置及其使用方法相比现有技术而言，能够将绕丝高精度和高效率地缠绕、同步固定在有机玻璃燃料棒300的外表面上，并能实时检测绕丝200的螺距，提高了缠绕精度、效率和成品率，加工的带绕丝200的有机玻璃燃料棒300能够被用于准确分析燃料组件内部冷却剂的流动和传热特性等。

实施例2、

对上述实施例1中制备得到的铅冷快堆的可视化燃料棒，进行压力分布和速度分布测量。

测量压力分布的步骤为：

1）注入流动工质；2）进行回路排气；3）打开过滤器进行过滤除杂；4）调节流动工质温度；5）调节水泵变频装置切换不同试验工况；6）使用测量与控制程序监控和采集热电偶、流量计和压力传感器等测量设备的数据；7）实验数据处理和分析。

测量速度分布的步骤为：

1）注入流动工质；2）进行回路排气；3）打开过滤器进行过滤除杂；4）根据激光束与燃料组件模型的位置（前后间距和上下高度），调节激光束焦距，使激光束厚度最小、亮度最高的部分照亮拍摄流道中央。在外套管上粘贴标定刻度纸，辅助激光束定位，检查穿入穿出燃料组件的位置是否一致，并记录激光在燃料棒束通道的照射位置；5）通过运动控制器驱动电动升降台，调整CCD相机相对于拍摄流道的位置，使拍摄流道在CCD相机成像中央位置，调节镜头光圈大小，并进行对焦；6）使用Insight 4G软件拍摄所在流道的速度矢量背景图；7）调节流动工质的温度和流量，进行不同实验工况的拍摄后停泵；8）通过运动控制器驱动电动升降台，同步平移CCD相机和激光片光位置，进行下一流道的拍摄；9）使用Insight 4G软件对拍摄所得A、B两帧速度矢量图进行数据处理。

由图12可知，本发明中铅冷快堆的可视化燃料棒2.0螺距到5.0螺距内横向差压随Z轴坐标的变化关系。Pt（1#-4#）表示第1列上点的静压减去第4列上点的静压，数值为正数，表示第1列上的静压大；反之，第4列上的静压大，其他命名与此类似。由此可知，180°方向上边通道内两个压力测点之间的横向差压随Z轴变化而周期性变化，类似正弦函数，变化周期为1螺距，除了在绕丝附近有局部波动，相邻两条曲线的相位差为1/6螺距。

由图13可知，XZ平面第1间隙中间两通道的轴向速度分布相似，沿流动方向变化剧烈，最左通道和最右通道的轴向速度大小交替出现。CFD仿真结果与PIV测量结果趋势一样，数值大体相等。由图14可知，横向速度分布随雷诺数的变化规律与轴向速度分布一样。

对比例1、

其他条件与本发明实施例1中相同，对本发明实施例1中步骤5）中缠绕的预紧力进行选择，缠绕的预紧力分别为＜5N、＞10N，测试对绕丝形变和使用寿命，结果如表1中所示。

根据表1中结果可知，本发明中缠绕的预紧力采用5~10N与对比例中预紧力＜5N或＞10N相比，本发明缠绕的预紧力的选择5~10N缠绕过程容易不打滑，绕丝与燃料棒表面没有间隙；且绕丝表面几乎没有裂纹，也没有断裂。

表1 预紧力对绕丝形变和使用寿命的效果对比

对比例2、

其他条件与本发明实施例1中相同，对本发明实施例1中步骤6）中UV胶水型号进行选择，使用不同型号的UV胶水均匀地涂抹在绕丝与燃料棒的缝隙内，并使用紫外线灯烘烤后的效果对比如表2所示。为保证单一变量，使用相同直径的绕丝按照相同的螺距缠绕到相同直径的燃料棒表面上，并使用同一功率的紫外线灯烘烤相同的时间进行固化。

由表2可知，本发明选择8105型号的UV胶水的粘结效果最好，其透光性良好，与有机玻璃折射率匹配效果良好。固化后绕丝表面几乎没有裂纹，胶水内无气泡堆积，粘接强度适中。

表2 不同型号的UV胶水的粘接效果对比

对比例3、

与上述实施例1中方法相同，不同的是步骤7）中，除紫外线灯烘烤外，选用太阳光烘烤作为对照，实验结果及讨论如表3所示。

由表3可知，本发明使用紫外线灯烘烤，能控制固化时间，固化后绕丝在燃料棒表面粘接牢靠，灯管功率稳定，使用场所和时间自由。

表3 使用紫外线灯和太阳光烘烤固化效果对比

对比例4、

与上述实施例1中方法相同，本发明实施例中步骤7）中，烘烤温度30℃，烘烤时间30h；而对比例4中实验采用烘烤温度为30℃时烘烤10h，烘烤温度为30℃时烘烤50h，烘烤温度为50℃时烘烤30h，烘烤温度为50℃时烘烤50h，烘烤温度为70℃时烘烤30h的实验测试。

为减少偶然误差，使用同一批次的有机玻璃燃料棒和绕丝，每次试验时使用2根相同的带绕丝燃料棒。考虑到有机玻璃的热变形温度约为 96℃，当温度升高到 100~122℃时，会达到有机玻璃的玻璃转化温度，发生软化。

本次测试温度不超过90℃。测试了烘烤温度分别为30℃、50℃和70℃；烘烤时间分别为10h、30h和50h时的绕丝形变和使用寿命的效果对比，如表4所示。可以看到：升高烘烤温度和延长烘烤时间都有助于应力释放，其中烘烤温度比烘烤时间对绕丝应力释放的影响更大，虽然烘烤温度为30℃时烘烤50h与烘烤温度为30℃时烘烤30h的效果差不多，但从加工效率的角度考虑，30h会更节约时间；因此，综合不同烘烤温度和烘烤时间下绕丝形变和使用寿命的效果，优选烘烤温度30℃，烘烤时间30h，说明本发明烘烤温度30℃，烘烤时间30h条件的效果最好。

表4 不同烘烤温度和烘烤时间下绕丝形变和使用寿命的效果对比

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Claims (12)

1.一种铅冷快堆的可视化燃料棒加工方法，包括如下步骤：

1）使用测量工具初步筛选所需直径的有机玻璃燃料棒和绕丝，然后再精细测量并记录每一根所述有机玻璃燃料棒和绕丝的直径，最终选择直径公差范围在±0.05mm、多次测量方差小于0.05的所述有机玻璃燃料棒和绕丝；

2）在所述有机玻璃燃料棒的下端设置圆槽；其上端为上端塞，上端塞上设置矩形方槽，用于与上支撑栅格定位和固定；

3）经步骤2）处理的所述有机玻璃燃料棒下端圆槽装配设有圆形凸台的下端塞，所述下端塞上还设有矩形方槽，并调整所述有机玻璃燃料棒与所述下端塞的角度，使所述有机玻璃燃料棒上端塞的矩形方槽和所述下端塞的矩形方槽平行，便于之后将所述有机玻璃燃料棒和上支撑栅格、下支撑栅格装配；

4）连接管上设置有矩形凸台，将步骤2）的所述有机玻璃燃料棒的上端塞与所述连接管的矩形凸台进行装配，并使用胶带进行粘接固定；

5）将绕丝一端固定在所述下端塞的定位孔中，将绕丝等螺距地缠绕在所述有机玻璃燃料棒上，然后将所述绕丝末端固定在所述有机玻璃燃料棒表面，最后拆除连接管；

6）沿所述绕丝与所述有机玻璃燃料棒之间的缝隙内等间距的点涂UV胶水，然后烘烤固化粘接位置的所述UV胶水；

7）经步骤6）处理的所述有机玻璃燃料棒进行烘烤，以进行快速热应力释放，并补涂一次所述UV胶水，即得到铅冷快堆的可视化燃料棒。

2.根据权利要求1所述的铅冷快堆的可视化燃料棒加工方法，其特征在于：步骤1）中，所述有机玻璃燃料棒和所述绕丝的透光性高于90%；

步骤2）之后还包括清洗所述有机玻璃燃料棒上在所述加工过程中留下的油污的步骤；

所述下端塞采用不锈钢制成。

3.根据权利要求1或2所述的铅冷快堆的可视化燃料棒加工方法，其特征在于：步骤4）中所述有机玻璃燃料棒的上端塞矩形凹槽与所述连接管的矩形凸台进行装配为过盈配合。

4.根据权利要求1或2所述的铅冷快堆的可视化燃料棒加工方法，其特征在于：所述绕丝缠绕的螺距为50~500mm；缠绕的预紧力为5~10N。

5.根据权利要求1或2所述的铅冷快堆的可视化燃料棒加工方法，其特征在于：步骤5）之前还包括将所述绕丝加热折弯的步骤。

6.根据权利要求1或2所述的铅冷快堆的可视化燃料棒加工方法，其特征在于：步骤5）中采用胶带和轧带固定所述绕丝末端，在步骤6）处理之后拆除胶带和轧带，并清除胶带在燃料棒上残留的痕迹。

7.根据权利要求1或2所述的铅冷快堆的可视化燃料棒加工方法，其特征在于：步骤6）中采用微型注射器或点胶机点涂所述UV胶水，每个粘接位置的长度为10~20mm，相邻两个所述粘接位置交替出现在所述绕丝的两侧，间隔距离为50~100mm，但第一个和最后一个所述粘接位置在绕丝两侧都点涂；

所述UV胶水的型号具体为8105型UV胶水；

所述烘烤采用紫外线灯进行，烘烤时间为5~15min；

步骤6）中还包括当所述粘接位置有缺损时补涂所述UV胶水，然后再烘烤固化补涂的所述UV胶水的步骤。

8.根据权利要求7所述的铅冷快堆的可视化燃料棒加工方法，其特征在于：步骤6）之后放置的时间为1~2天然后进行步骤7）；

步骤7）中，烘烤温度为30℃，烘烤时间为30h，烘烤在烘箱中进行；

步骤7）中还包括使用所述紫外线灯再烘烤固化补涂地所述UV胶水的步骤；

步骤7）之后还包括使用锉刀打磨绕丝弯角的步骤。

9.根据权利要求1或8所述的铅冷快堆的可视化燃料棒加工方法，其特征在于：步骤7）中所述铅冷快堆的可视化燃料棒完成一次可视化流场实验后，放在清水中浸泡1~2天，拆除被染色的所述绕丝，使用有机玻璃片将所述有机玻璃燃料棒上的所述UV胶水痕迹刮下并抛光，然后再清洗所述有机玻璃燃料棒，再按照步骤4）~步骤7）实施，得到新的铅冷快堆的可视化燃料棒。

10.根据权利要求1或2所述的铅冷快堆的可视化燃料棒加工方法，其特征在于：步骤2）之后包括：通过喷枪在所述有机玻璃燃料棒上预先喷涂所述绕丝缠绕的螺旋图案；在喷涂所述螺旋图案后通过摄像机拍摄所述绕丝缠绕轨迹的实时图像的步骤；

其中，所述螺旋图案的粗细根据所述绕丝的粗细确定；

所述螺旋图案通过水溶性颜料喷涂而成。

11.根据权利要求1或2所述的铅冷快堆的可视化燃料棒加工方法，其特征在于：步骤5）中，采用齿轮同步的定位装置将所述绕丝缠绕在所述有机玻璃燃料棒的外表面上；

所述齿轮同步的定位装置，包括：

支撑座，所述有机玻璃燃料棒可转动地安装在所述支撑座上；

驱动机构，安装在所述支撑座上，所述驱动机构被配置为用于驱动所述燃料棒转动；

直线机构，包括连接在所述支撑座上的驱动件以及连接在所述驱动件上的活动件，所述驱动件用于驱动所述活动件沿所述有机玻璃燃料棒的长度方向直线移动；

压紧块，所述压紧块固定在所述活动件上，所述压紧块被配置为随所述活动件直线移动进而将绕丝缠绕并压紧在所述有机玻璃燃料棒上；

电子注胶装置，所述电子注胶装置设置在所述压紧块内部，电子注胶装置包括电控芯片和电池，所述电子注胶装置将胶水通过注胶槽均匀的涂抹在绕丝上；

紫外灯，所述紫外灯两端夹持在固定杆上方，且紫外灯上设置有控制开关和滑动开关，所述控制开关控制紫外灯的开启，所述滑动开关关联支撑块，所述支撑块的位置移动关联紫外灯开启的范围。

12.根据权利要求11所述的铅冷快堆的可视化燃料棒加工方法，其特征在于：所述齿轮同步的定位装置中，所述支撑座包括相互间隔设置的第一支撑板和第二支撑板，所述第一支撑板与第二支撑板相对的位置处分别转动安装有第一夹头和第二夹头，所述第一夹头和第二夹头分别用于夹持所述有机玻璃燃料棒的两端；

所述直线机构包括：丝杆，所述丝杆的两端分别与所述第一支撑板和第二支撑板转动连接以形成所述驱动件，所述丝杆与所述有机玻璃燃料棒平行安装；支撑块，所述支撑块套设在所述丝杆上，且与所述丝杆螺旋连接以形成所述活动件；所述驱动机构被配置为用于驱动所述有机玻璃燃料棒以及丝杆转动；

所述驱动机构包括齿轮传动装置和驱动部件，其中所述齿轮传动装置包括大齿轮和与所述大齿轮啮合的小齿轮，所述大齿轮与小齿轮之间的传动比为1:A，所述大齿轮固定安装在传动轴上，所述传动轴的一端与所述有机玻璃燃料棒的一端连接，所述小齿轮与所述丝杆的一端连接；所述大齿轮与小齿轮均固定安装在所述第一支撑板的外侧；所述驱动部件用于驱动所述大齿轮转动；

所述驱动部件为驱动手柄，所述驱动手柄的一端与所述传动轴连接；或者，所述驱动部件为电机或者是旋转气缸，所述电机或者旋转气缸的输出轴与所述传动轴连接；

所述齿轮同步的定位装置中，还包括滑动导轨，所述滑动导轨的两端分别与所述第一支撑板和第二支撑板固定连接，所述滑动导轨与所述丝杆平行，所述支撑块的底部与所述滑动导轨配合，且沿所述滑动导轨进行滑动；

所述压紧块上开设有第一凹槽，所述第一凹槽的顶部的内壁上开设有螺旋槽，所述支撑块的顶部开设有第二凹槽，所述第一凹槽与第二凹槽配合形成为供燃料棒穿过、转动的圆形凹槽，所述圆形凹槽的直径大于等于所述有机玻璃燃料棒的直径；

所述压紧块上开设有安装槽，所述支撑块的顶部插入至所述安装槽内，且二者之间形成固定连接，所述第一凹槽开设在所述安装槽的侧壁上，所述第一凹槽为倒U型凹槽，所述螺旋槽开设在所述倒U型凹槽的顶部，所述支撑块上开设有的所述第二凹槽为U型槽，所述倒U型凹槽的顶部与所述U型槽的底部之间配合形成所述圆形凹槽；

所述齿轮同步的定位装置还包括电控点胶装置，所述电控点胶装置安装在所述支撑块上，所述点胶装置包括：

点胶头，所述点胶头将胶水均匀地涂抹在燃料棒和绕丝的缝隙内；

点胶头固定装置，所述点胶头固定装置用于调整点胶头的角度并进行固定，点胶时竖直固定，其余时间水平固定；

点胶控制器，所述点胶控制器可以根据支撑块的行进速度和燃料棒与绕丝的缝隙大小，调整胶水挤出的粗细、速率以及位置，具体设置为连续点胶或者间隔点胶；

所述齿轮同步的定位装置还包括电控烘烤装置，所述烘烤装置安装在所述支撑座的顶部和内侧壁面上，所述烘烤装置包括：

紫外线灯，所述紫外线灯两端固定在所述支撑板上方，且紫外线灯上设置有控制开关和滑动开关，所述控制开关控制紫外线灯的通断，所述滑动开关关联位移传感器，控制紫外线灯的开启范围；

位移传感器，所述位移传感器安装在所述支撑板上，用于追踪所述支撑块的移动位置，并将信号传导给烘烤控制器；

烘烤控制器，所述烘烤控制器通过接收所述位移传感器的信号，控制紫外线灯上的滑动开关，逐个开启所述支撑块经过位置的灯管单元烘烤完成点胶的区域；

所述齿轮同步的定位装置还包括：

喷枪，用于在有机玻璃燃料棒上预先喷涂螺旋图案；

摄像机，通过摄像机拍摄喷涂螺旋图案和绕丝缠绕轨迹的实时图像；

比对模块，用于将绕丝缠绕轨迹的实时图像与喷涂螺旋图案进行比对；

提示模块，用于当比对结果超出阈值时，提示绕丝异常。