CN113654751B - 一种足尺燃料组件的抗震试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种足尺燃料组件的抗震试验方法，涉及核试验设备技术领域，解决了无相应试验台架以对足尺燃料组件的抗震性能进行试验的技术问题。该足尺燃料组件的抗震试验方法包括燃料组件通过抗震试验台架固定到地震模拟振动台上、注水模拟工作状态并进行测试；该抗震试验台架，包括盛有水的水箱、放置在水箱内用于固定燃料组件的内部框架、设置在水箱顶部以对燃料组件压紧的预紧机构、以及设置在水箱上与内部框架顶紧以进行限位的稳框组件；水箱安装在地震模拟振动台上，还包括放置在燃料组件、水箱和/或内部框架上的检测元件。本发明用于燃料组件的抗震试验，是一次由无到有的过程，能对燃料组件进行足尺寸抗震试验。

Description

一种足尺燃料组件的抗震试验方法

技术领域

本发明涉及核试验设备技术领域，尤其是涉及一种足尺燃料组件的抗震试验方法。

背景技术

如图24所示，核电站反应堆燃料组件是由燃料棒500、上管座400部件、下管座300部件、定位格架、导向管部件、通量测量管等构成，燃料组件上有多层定位格架(定位格架A600、定位格架B700、定位格架C800)，定位格架焊接在导向管上，通过内部的弹簧将燃料棒固定，形成燃料组件。燃料组件上、下端部分别通过上、下管座的管孔和销钉与外部支撑结构固定连接。

燃料组件的抗震问题是关系到核电站安全的重要课题。根据我国核安全法规和《核电厂的抗震设计与鉴定(HAD102/02)》规定，燃料组件属I类抗震物项，其设计应满足在地震载荷作用下保持结构完整性和执行安全功能能力。由于在地震作用下，燃料组件存在间隙、碰撞、摩擦、滑移等复杂因素，而且还存在流固耦合作用。迄今燃料组件的足尺抗震研究是利用软件分析评估燃料组件抗震安全性，并依据分析结果改进和检验计算分析方法和程序。这种软件分析方法存在简化模型待验证、计算参数欠合理的缺点。

本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：

现有技术中还未有直接对足尺燃料组件进行抗震试验的装置或方法，没有用于燃料组件抗震试验使用的抗震试验台架的相关产品和专利，从国内外公开发表的文献来看，也没有燃料组件抗震试验台架的描述。

发明内容

本发明的目的在于提供一种足尺燃料组件的抗震试验方法，以解决现有技术中存在的无直接对足尺燃料组件进行抗震试验的装置或方法的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种足尺燃料组件的抗震试验方法，包括如下步骤：

步骤100、选择需测试的燃料组件；

步骤200、将选定的燃料组件固定到抗震试验台架上，然后将抗震试验台架固定到地震模拟振动台上，将检测元件固定到燃料组件和/或抗震试验台架上；

步骤300、向抗震试验台架内注入水以模拟燃料组件实际工作状态；

步骤400、启动地震模拟振动台向抗震试验台架输入地震波形，并利用抗震试验台架将该地震波形传递到燃料组件上，进行地震模拟。

作为本发明的进一步改进，步骤200中，检测元件包括电涡流位移计、加速度计、碰撞力传感器和应变片。

作为本发明的进一步改进，步骤200中将燃料组件固定到抗震试验台架上包括如下步骤：

A1、进行抗震试验台架中内部框架的组装，并在内部框架组装过程中进行燃料组件的吊入安装，安装完成后要保证燃料组件的轴线与内部框架的顶面和底面垂直；

A2、安装防水型电涡流位移计、加速度计、碰撞力传感器，并在燃料组件表面粘贴应变片。

作为本发明的进一步改进，步骤200中将抗震试验台架固定在地震模拟振动台上包括如下步骤：

A3、将抗震试验台架中的水箱与地震模拟振动台锚固，再将抗震试验台架中的内部框架及燃料组件整体吊入水箱，水箱底部通过支头定位销钉与内部框架顶紧，同时将水箱中、上部通过锚杆与内部框架顶紧，并将水箱顶部与内部框架中的上堆芯板锚固，再将支撑组件与水箱锚固，完成水箱和支撑组件的安装；

A4、将抗震试验台架中的压板安装在上堆芯板上，通过调节螺栓从板弹簧预紧槽上对燃料组件板弹簧进行预紧，当预紧位移达到设计压缩量时，即完成燃料组件的全部安装工作。

作为本发明的进一步改进，步骤A1中，当测试的燃料组件数量为1组时，还包括在内部框架对应单独燃料组件的插槽中垂直插入隔板，再将单组燃料组件垂直吊入；或者是，当测试的燃料组件数量多于1组时，还包括在内部框架对应多组燃料组件的插槽中垂直插入隔板，再将多组燃料组件依次垂直吊入。

作为本发明的进一步改进，步骤A1中，当测试的燃料组件间隙不同时，还包括对内部框架中的上堆芯板和下堆芯板更换步骤，以使得上堆芯板和下堆芯板上的定位销钉与不同间隙的燃料组件上、下管座的管孔对正。

作为本发明的进一步改进，燃料组件的不同间隙包括2.0mm和3.0mm。

作为本发明的进一步改进，步骤200中，所述抗震试验台架的基频不低于燃料组件体系的地震频响高频限值33Hz。

本发明提供的一种用于实施所述燃料组件抗震试验方法的抗震试验台架，其特征在于，包括水箱和内部框架，燃料组件固定在所述内部框架内，所述内部框架固定在所述水箱内，所述水箱固定在地震模拟振动台上。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

本发明提供的燃料组件抗震试验方法，能根据燃料组件的大小、形状、工作环境、不同组件数目、不同组件间隙，并重点考虑地震模拟试验的要求进行，能满足不同组件数目和不同间隙燃料组件抗震试验的需要；本发明能实现燃料组件的抗震试验，相比软件进行抗震分析具有数据更加真实、准确的特点。

本发明提供的抗震试验台架，是一次由无到有的过程，现有技术中没有对足尺燃料组件进行抗震试验的装置，只是通过软件对燃料组件进行抗震性能分析，即使存在格架抗震试验件，该格架抗震试验件也只是用于放置乏燃料，然后将乏燃料浸没于水中进行收纳的装置，而且现有技术中仅仅对用于放置乏燃料的格架进行抗震试验，由此，本发明提出了一种对足尺燃料组件进行抗震试验时所需的抗震试验台架，通过将燃料组件放置在本发明的试验台架上，利用地震模拟振动台能够对燃料组件进行各种抗震试验；

本发明的进一步可选实施方案中，通过设置可拆卸的隔板，能满足1×N组组件(1×1、1×3、1×5、1×7、1×9、1×11、1×13、1×15、1×17)和不同组件间隙(2.0mm、3.0mm)的条件下燃料组件抗震试验的要求，以达到节约成本和测试准确的目的；

本发明的进一步可选实施方案中，水箱底部通过支头定位销钉对内部框架进行限位，同时，分别沿下部、中部和上部设计有若干锚杆，通过锚杆将水箱和内部框架顶紧，提高试验台架整体刚度；

本发明的进一步可选实施方案中，抗震试验台架内的隔板设计为可拆卸的，内部框架内壁特定位置设置插槽，隔板插入不同位置插槽，以满足不同组件数目的限位要求；

本发明的进一步可选实施方案中，上、下堆芯板设计为两套，分别用于小间隙和大间隙的试验，不同间隙的抗震试验只需更换上、下堆芯板，并将销钉插入上、下堆芯板对应的销钉孔即可；

本发明的进一步可选实施方案中，通过压板和调节螺栓对燃料组件上管座板弹簧的顶紧，能满足不同预紧力的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明抗震试验台架的立体结构示意图；

图2是本发明抗震试验台架的俯视图；

图3是图2中AA向剖视图；

图4是本发明抗震试验台架中将内部框架放入到水箱中的立体结构示意图；

图5是本发明抗震试验台架中将内部框架放入到水箱中的俯视图；

图6是图5中BB向剖视图；

图7是本发明抗震试验台架中内部框架的俯视图；

图8是图7中CC向剖视图；

图9是本发明抗震试验台架中上堆芯板从底部仰视的结构示意图；

图10是本发明抗震试验台架中上堆芯板的俯视图；

图11是本发明抗震试验台架中上堆芯板的主视图；

图12是本发明抗震试验台架中上堆芯板的侧视图；

图13是本发明抗震试验台架中支撑组件的立体结构示意图；

图14是本发明抗震试验台架中支撑组件的俯视图；

图15是本发明抗震试验台架中支撑组件的主视图；

图16是本发明抗震试验台架中支撑组件的侧视图；

图17是本发明抗震试验台架中水箱的立体结构示意图；

图18是本发明抗震试验台架中水箱的俯视图；

图19是图18中DD向剖视图；

图20是图19中EE向剖视图；

图21是本发明抗震试验台架中下堆芯板的立体结构示意图；

图22是本发明抗震试验台架中下堆芯板的俯视图；

图23是本发明抗震试验台架中下堆芯板的主视图；

图24是本发明抗震试验台架处理的燃料组件的主视图；

图25是图24的仰视图；

图26是图24的俯视图；

图27是本发明足尺燃料组件抗震试验方法用于单组燃料组件测试时燃料组件的固定结构；

图28是本发明足尺燃料组件抗震试验方法用于三组燃料组件测试时燃料组件的固定结构。

图中1、水箱；11、箱体；12、加强筋；13、底板；2、内部框架；21、围板；22、上堆芯板；23、下堆芯板；24、销钉孔；25、插槽；26、隔板；3、预紧机构；31、压板；32、调节螺栓；33、预紧槽；4、稳框组件；5、支撑组件；51、斜撑；52、第一支撑板；53、第二支撑板；54、连梁；100、燃料组件；200、定位销钉；300、下管座；301、下管座管孔；400、上管座；401、上管座管孔；500、燃料棒；600、定位格架A；700、定位格架B；800、定位格架C；900、板弹簧。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

如图27和28所示，本发明提供了一种燃料组件抗震试验方法，包括如下步骤：

步骤100、选择需测试的燃料组件100，测试的燃料组件100数量可以为1组也可以为多于1组，测试的燃料组件100间隙可以相同，也可以不同；

步骤200、将选定的燃料组件固定到抗震试验台架上，然后将抗震试验台架固定到地震模拟振动台上，将检测元件固定到燃料组件和/或抗震试验台架上；地震模拟振动台为现有技术产品，检测元件也是现有技术产品，是根据地震试验所需而安装的各种检测仪器或传感器，以及与数据收集和分析设备连接的数据线；

步骤300、向抗震试验台架内注入水以模拟燃料组件实际工作状态；

步骤400、启动地震模拟振动台向抗震试验台架输入地震波形，并利用抗震试验台架将该地震波形传递到燃料组件上，进行地震模拟。

具体的，在上述提到的检测元件包括电涡流位移计、加速度计、碰撞力传感器和应变片，当然，还可有可能包括更多其他用途或功能的检测元件，检测元件部分安装在抗震试验台架上，部分安装在燃料组件上。

将燃料组件100固定到抗震试验台架上包括如下步骤：

A1、进行抗震试验台架中内部框架2的组装，并在内部框架2组装过程中进行燃料组件100的吊入安装，安装完成后要保证燃料组件的轴线与内部框架2的顶面和底面垂直；具体的，此处的内部框架2的顶面是上堆芯板22的顶面，内部框架2的底面是下堆芯板23的底面；

A2、安装防水型电涡流位移计、加速度计、碰撞力传感器，并在燃料组件表面粘贴应变片。

将抗震试验台架固定在地震模拟振动台上包括如下步骤：

A3、将抗震试验台架中的水箱1与地震模拟振动台锚固，再将抗震试验台架中的内部框架2及燃料组件100整体吊入水箱1，水箱1底部通过支头定位销钉与内部框架2顶紧，同时将水箱1中、上部通过锚杆与内部框架2顶紧，并将水箱1顶部与内部框架2中的上堆芯板22锚固，再将支撑组件5与水箱1锚固，完成水箱1和支撑组件5的安装；

A4、将抗震试验台架中的压板31安装在上堆芯板22上，通过调节螺栓32从板弹簧900预紧槽33上对燃料组件100的板弹簧900进行预紧，当预紧位移达到设计压缩量时，即完成燃料组件的全部安装工作。

进一步的，当测试的燃料组件数量为1组时，还包括在内部框架对应单独燃料组件的插槽25中垂直插入隔板26，再将单组燃料组件垂直吊入；或者是，当测试的燃料组件数量多于1组时，还包括在内部框架对应多组燃料组件的插槽25中垂直插入隔板26，再将多组燃料组件依次垂直吊入；

具体的需要说明的是，当测试的燃料组件间隙不同时，还包括对内部框架2中的上堆芯板22和下堆芯板23更换步骤，以使得上堆芯板和下堆芯板上的定位销钉与不同间隙的燃料组件上、下管座的管孔对正。

具体的，燃料组件的不同间隙包括2.0mm和3.0mm；抗震试验台架的基频不低于燃料组件体系的地震频响高频限值33Hz。

本发明提供的燃料组件抗震试验方法，能根据燃料组件的大小、形状、工作环境、不同组件数目、不同组件间隙，并重点考虑地震模拟试验的要求进行，能满足不同组件数目和不同间隙燃料组件抗震试验的需要；本发明能实现燃料组件的抗震试验，相比软件进行抗震分析具有数据更加真实、准确的特点。

本发明还提供了一种用于实施上述的燃料组件抗震试验方法的抗震试验台架，包括水箱1和内部框架2，燃料组件100固定在内部框架2内，内部框架2固定在水箱1内，水箱1固定在地震模拟振动台上。

如图1-图3所示，水箱1内盛有水，内部框架2用于固定燃料组件；还包括设置在水箱1顶部以对燃料组件压紧的预紧机构3、以及设置在水箱1上与内部框架2顶紧以进行限位的稳框组件4；水箱1安装在地震模拟振动台上，还包括放置在燃料组件、水箱1和/或内部框架2上的检测元件。

具体的，在本实施例中，燃料组件100被放置和固定在内部框架2中，然后将内部框架2放入到水箱1中，并利用稳框组件4使内部框架1与水箱1之间形成稳固连接，然后将检测元件按照试验需要安装到所需位置，将水箱1内填充水，并将水箱1固定到地震模拟振动台上，进行地震模拟试验，通过各种检测元件以检测燃料组件在地震中的各项试验参数，从而完成燃料组件的抗震试验。

在本实施例中，水箱1通过高强螺栓与地震模拟振动台锚固连接，内部框架2通过高强螺栓与水箱1锚固连接，将定位销钉插入上堆芯板和下堆芯板上的销钉孔，然后将燃料组件垂直放入内部框架2中，定位销钉正好插入燃料组件上、下管座的管孔中，燃料组件则限位于内部框架2中。如图25和图16所示，具体的，定位销钉200的下端首先插入到上堆芯板22和下堆芯板23的销钉孔24内，然后再将定位销钉200的上端插入到燃料组件的上管座管孔301和下管座管孔401中。

进一步需要说明的是，检测元件放置的位置也需要根据试验实际需要设置，当然，在需要安装的位置可设置安装孔、安装槽等结构，以保证元件能够被准确、牢固的安装。

本发明提供的抗震试验台架，是一次由无到有的过程，现有技术中均没有对足尺燃料组件进行抗震试验的装置，现有技术中只是通过软件对燃料组件进行抗震性能分析，即使存在格架抗震试验件，该格架抗震试验件也只是用于放置乏燃料，然后将乏燃料浸没于水中进行收纳的装置，并且现有技术中仅仅对用于放置乏燃料的格架进行抗震试验，由此，本发明提出了一种对燃料组件进行足尺寸抗震试验时所需的抗震试验台架，通过将燃料组件放置在本发明的试验台架上，利用地震模拟振动台能够对燃料组件进行各种抗震试验。

为了进一步提高水箱1的稳定性，抗震试验台架还包括设置在水箱1外部的支撑组件5。

通过支撑组件5以进一步提高水箱1的刚度和稳定性。

如图6和图8所示，更进一步的，在本实施例中，内部框架2为长方体框架结构，用来限定燃料组件，包括周侧的围板21以及设置在围板21顶部和底部的上堆芯板22和下堆芯板23，如图22和图23所示，上堆芯板22和下堆芯板23上对应于燃料组件的定位销钉200位置设置有销钉孔24。

如图2、图7、图9、图10和图21所示，更进一步的，在本发明的一种实施例中，内部框架2内能同时放置多组燃料组件，由此，在上堆芯板22和下堆芯板23上各设计了若干销钉孔24，其中，每一对销钉孔24与燃料组件上、下管座的两个对角线布置的上管座管孔401和下管座管孔301相互对应。

如图8所示，围板21顶部和底部设置有上下法兰，上下法兰上加工若干螺孔，用于与上下堆芯板锚固。

如图5、图6和图8所示，具体的，围板21围合成上下敞口的长方体框架结构，内部具有容纳腔，容纳腔用于放置待测燃料组件，上堆芯板22位于顶部敞口处，上堆芯板22与围板21顶部连接，实现内部框架2顶部的封闭，上堆芯板的定位销钉200可插入燃料组件上管座管孔401，从而实现燃料组件的上部限位固定；下堆芯板23位于底部敞口处，下堆芯板23与围板21底部连接，实现内部框架2底部的封闭，下堆芯板的定位销钉200可插入燃料组件下管座管孔，从而实现燃料组件的下部限位固定。

在此需要说明的是，内部框架2的容纳腔具有一个、两个或两个以上的放件位，所有的放件位沿内部框架2长度方向依次设置，也就是说内部框架2中可以容纳一组燃料组件，两组燃料组件或者多组燃料组件，可测试一组燃料组件的抗震性能，也可以同时测试两组或多组燃料组件的抗震性能；而且在本发明的内部框架2的容纳腔内，放件位沿容纳腔长度方向依次设置；由此可以适用于1×N燃料组件的抗震试验。

在地震模拟振动台台面尺寸及承载能力允许的条件下，本发明技术方案可以推广到1×N组(N>17)、不同格架位置、不同高度燃料组件的抗震试验台架的设计中。

如图3所示，每个放件位能放置一个燃料组件；上堆芯板22和下堆芯板23上对应于每个放件位均设置有销钉孔24；围板21内壁上特定位置设置有插槽25，内部框架2还包括可拆卸设置在插槽25内的隔板26，用于对燃料组件限位。内部框架2与隔板26之间通过螺栓锚固，形成整体性较好的燃料组件存贮结构。

本发明的抗震试验台架内的隔板设计为可拆卸的，内部框架内壁特定位置设置插槽，隔板插入不同位置插槽，以满足不同组件数目的限位要求。

如图27和图28所示，具体的使用时，当进行一组燃料组件的抗震测试时，将隔板26插设在第一个放件位和第二个放件位之间的插槽25内，当进行三组燃料组件的抗震试验时，三组燃料组件依次放入第一到第三个放件位，然后将隔板26插设在第三个和第四个放件位之间的插槽26内。

更进一步的，隔板26与插槽25为可拆卸连接关系，具体的可拆卸结构在此不做具体限定，可采用现有技术中的结构实现，例如，可采用U形插槽，然后将隔板26从插槽25顶部插拔。

本发明通过设置可拆卸的隔板，能满足1×N组组件(1×1、1×3、1×5、1×7、1×9、1×11、1×13、1×15、1×17)和不同组件间隙(2.0mm、3.0mm)的条件下燃料组件抗震试验的要求，以达到节约成本和测试准确的目的。

如图4-图6和图17-图20所示，进一步的，水箱1用来模拟盛水容器，包括箱体11和设置在箱体11外侧的加强筋12，箱体11顶部敞口，底部设置有底板13。

如图17-图20所示，具体的，箱体11形状与内部框架2形状相适配，均为长方体结构，加强筋12为井字形加强筋，用于增加箱体11强度；底板13面积大于箱体11俯视图投影面积，使得箱体11更稳定的竖直放置。

如图1、图2和图10所示，作为本发明的一种可选实施方式，预紧机构3包括压板31、调节螺栓32和预紧槽33；预紧槽33开设在上堆芯板22上，且对应于燃料组件顶部的板弹簧900位置，压板31锚固在上堆芯板22顶部且覆盖在预紧槽33上方，调节螺栓32锚固在压板31上，且末端与燃料组件顶部的板弹簧900顶紧以提供预紧力使燃料组件板弹簧900预紧位移达到设计压缩量。

本发明通过压板和调节螺栓对燃料组件上管座板弹簧900的顶紧，能满足不同预紧力的要求。

如图10-图11所示，进一步需要说明的是，在上堆芯板22上对应于每一个燃料组件位置或者是对应于每一个放件位位置开设的预紧槽33数量为四个，四个预紧槽33呈矩形设置；压板31通过螺栓固定在上堆芯板22上，然后在压板31上开有螺纹孔，调节螺栓32螺接在螺纹孔上，并在向下锚进过程中使燃料组件上管座的板弹簧900压紧，当板弹簧900的压缩位移达到设计压缩量后预紧工作完成，等待进行抗震试验。

如图1-3、图12-图16所示，进一步的，支撑组件5包括斜撑51、第一支撑板52、第二支撑板53和连梁54，第一支撑板52贴合设置在水箱1外壁整圈加强筋12上，且第一支撑板52分成多层设置分别位于水箱1的上中下位置，斜撑51倾斜设置，与每个第一支撑板52直接连接或通过连梁54连接，位于同一侧的相邻两根斜撑51之间通过连梁54连接；第二支撑板53设置在斜撑51底部。

具体的，多层第一支撑板52的上下两层正对设置，斜撑51数量与一层内第一支撑板52的数量相同，也就是，每一根斜撑51与所有层的同一位置的第一支撑板52连接。

在此需要说明的是，斜撑51的倾斜角度在此并不做具体限定，只要能实现水箱1的稳定不倾倒，以及能对水箱1起到稳固加强作用即可，实际倾斜角度可根据结构力学计算获得。另，在本发明中，支撑组件5采用宽翼缘工字钢及槽钢焊接而成，水箱1长边方向的两斜撑51之间采用槽钢相连。斜撑51通过第一支撑板52及若干螺栓与水箱1锚固连接。

如图4所示，作为本发明的一种可选实施方式，稳框组件4包括支头定位销钉和锚杆，支头定位销钉穿设在水箱1前后两侧底部，且末端抵接在内部框架2上，以对内部框架2进行限位；锚杆穿设在水箱1四边处，且末端抵接在内部框架2上。更进一步的，锚杆设置有多层，分别设置在水箱1的上中下位置，以在不同高度对内部框架2进行抵接固定，通过锚杆将水箱1和内部框架2顶紧，提高抗震试验台架的整体刚度。

本发明的水箱底部通过支头定位销钉对内部框架进行限位，同时，分别沿下部、中部和上部设计有若干锚杆，通过锚杆将水箱和内部框架顶紧，提高试验台架整体刚度。

在本实施例中，在内部框架2和隔板26上设计有若干定位孔和测量孔，用于检测元件的安装与测量，以满足对位移、加速度、应变以及格架与围板21和/或隔板26间的碰撞力等地震响应的测量。具体定位孔和测量孔位置根据试验需要设置。为了方便，在前后两侧的围板21上对应于每个放件位位置均设置多个窗口，用于传感器的布置。

进一步的，上堆芯板22和下堆芯板23分别包括两套，为小间隙上、下堆芯板和大间隙上、下堆芯板，小间隙上、下堆芯板和大间隙上、下堆芯板上的销钉孔24位置不同。

需要说明的是，此处所指的大小间隙是指燃料组件格架之间的间隙。

本发明的进一步可选实施方案中，上、下堆芯板设计为两套，分别用于小间隙和大间隙的试验，不同间隙的抗震试验只需更换上、下堆芯板，并将销钉插入上、下堆芯板对应的销钉孔即可；

本发明的抗震试验台架能满足1×N燃料组件的试验要求，还能满足不同组件间隙的试验要求，燃料组件抗震试验台架的作用是安放堆芯燃料组件内部框架和盛水以模拟燃料组件实际工作状态，此外，它的另一个主要作用是传递振动台的输入波形到上堆芯板。该抗震试验台架必须满足基频不得低于堆芯燃料组件体系的地震频响高频限值33Hz，以保证台架有足够的刚度，能将台面加速度输入波形传递到台架顶部的燃料组件上堆芯板。

本发明的设计原理为：

本发明根据燃料组件的大小、形状、工作环境、不同组件数目、不同组件间隙，并重点考虑地震模拟试验的要求设计了上述抗震试验台架。

围板21设置于燃料组件的四周，起到界限燃料组件的目的，围板21内侧设置插槽25，插槽25的位置根据燃料组件规格确定，隔板26设计为可拆卸的，根据不同燃料组件数目安装到围板21不同插槽位置，以满足不同燃料组件排列模型抗震试验的需求。

上、下堆芯板用于燃料组件的定位，根据燃料组件的不同间隙要求，设置成具有不同间隔的多组销钉孔24的上、下堆芯板，不同间隙的抗震试验只需更换上、下堆芯板，并将销钉插入上、下堆芯板对应的销钉孔24即可。这样便于满足不同组件间隙条件下燃料组件抗震试验的要求。

围板21与上、下堆芯板锚固后，作为燃料组件的主要承重结构。考虑到燃料组件需在有水环境下进行试验，设置了水箱1作为燃料组件盛水容器，同时在水箱1下部、中部和上部与内部框架2顶紧，将水箱1与内部框架2形成一个整体。

支撑组件5与水箱1锚固后，将提高台架的整体刚度，保证能将地震模拟振动台台面加速度输入波形传递到台架顶部的燃料组件上堆芯板22。

本发明专利在上堆芯板22设置了燃料组件板弹簧900预紧槽33(与燃料组件上管座400板弹簧900对应)和压板锚固螺孔，压板31通过螺栓与上堆芯板22锚固，并从板弹簧900预紧槽33上部利用调节螺栓32对燃料组件板弹簧900进行预紧，预紧位移根据燃料组件实际情况确定，保证了燃料组件的预紧力。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合几种不同数目燃料组件进行抗震试验，对本发明进一步的详细说明。

(1)1×1组燃料组件进行试验的装配方法：

A1、在下堆芯板23上安装一组下销钉200，并将内部框架2的围板21与下堆芯板23锚固，在单组燃料组件对应的插槽25中垂直插入隔板26，再将1组燃料组件100垂直吊入，下销钉200插入燃料组件下管座管孔301中，然后将对应的一组上销钉200安装在上堆芯板22上，上堆芯板22垂直压在燃料组件100上，上销钉200插入燃料组件上管座管孔401中，并将围板21与上堆芯板22锚固，完成内部框架2及单组燃料组件100的安装。被测燃料组件100的轴线与下堆芯板23顶面、上堆芯板22底面垂直；

B1、在内部框架2的围板21和隔板26预留孔上安装电涡流位移计、加速度计、碰撞力传感器，在被测燃料组件100表面粘贴应变片，传感器及数据线需进行防水处理，具体安装位置和贴片位置根据试验要求决定；

C1、将水箱1与地震模拟振动台锚固，再将内部框架2及单组燃料组件100整体吊入水箱1，水箱1底部通过支头定位销钉与内部框架2顶紧，同时将水箱1中、上部通过锚杆与内部框架2顶紧，并将水箱1顶部与上堆芯板22锚固，再将支撑组件5与水箱1锚固，完成水箱1和支撑组件5的安装；

D1、将压板31安装在上堆芯板22上，通过调节螺栓32从板弹簧900预紧槽33上对燃料组件100进行预紧，当预紧位移达到设计压缩量时，即完成单组燃料组件100的全部安装工作。

(2)1×N组(N＝3,5,7,9,11,13,15,17)燃料组件进行试验的装配方法：

A2、在下堆芯板23上安装N组下销钉200，并将内部框架2的围板21与下堆芯板23锚固，在N组燃料组件对应的插槽25中垂直插入隔板26，再将N组燃料组件100依次垂直吊入，下销钉插入燃料组件下管座管孔301中，然后将对应的上销钉200安装在上堆芯板22上，上堆芯板22垂直压在燃料组件上，上销钉插入燃料组件上管座管孔401中，并将围板21与上堆芯板22锚固，完成内部框架2及N组燃料组件100的安装。被测燃料组件100的轴线与下堆芯板23顶面、上堆芯板22底面垂直；

B2、在内部框架2的围板21和隔板26预留孔上安装电涡流位移计、加速度计、碰撞力传感器，在被测燃料组件100表面粘贴应变片，传感器及数据线需进行防水处理；

C2、将水箱1与地震模拟振动台锚固，再将内部框架2及N组燃料组件100整体吊入水箱1，水箱1底部通过支头定位销钉与内部框架2顶紧，同时将水箱1中、上部通过锚杆与内部框架2顶紧，并将水箱1顶部与上堆芯板22锚固，再将支撑组件5与水箱1锚固，完成水箱1和支撑组件5的安装。

D2、将N组压板31安装在上堆芯板22上，通过调节螺栓32从板弹簧900预紧槽33上依次对燃料组件100进行预紧，当各组燃料组件的预紧位移均达到设计压缩量时，即完成N组燃料组件100的全部安装工作。

(3)不同组件间隙进行试验的装配方法：

A3、更换不同组件间隙对应的下堆芯板23和上堆芯板22，在下堆芯板23上安装N组下销钉200，并将内部框架2的围板21与下堆芯板23锚固，在N组燃料组件对应的插槽25中垂直插入隔板26，再将N组燃料组件100依次垂直吊入，下销钉插入燃料组件下管座管孔301中，然后将对应的上销钉200安装在上堆芯板22上，上堆芯板22垂直压在燃料组件上，上销钉插入燃料组件上管座管孔401中，并将围板21与上堆芯板22锚固，完成内部框架2及N组燃料组件100的安装。被测燃料组件100的轴线与下堆芯板23顶面、上堆芯板22底面垂直；

B3、在内部框架2的围板21和隔板26预留孔上安装电涡流位移计、加速度计、碰撞力传感器，在被测燃料组件100表面粘贴应变片，传感器及数据线需进行防水处理；

C3、将水箱1与地震模拟振动台锚固，再将内部框架2及N组燃料组件100整体吊入水箱1，水箱1底部通过支头定位销钉与内部框架2预紧，同时将水箱1中、上部通过锚杆与内部框架2顶紧，并将水箱1顶部与上堆芯板22锚固，再将支撑组件5与水箱1锚固，完成水箱1和支撑组件5的安装；

D3、将N组压板31安装在上堆芯板22上，通过调节螺栓32从板弹簧900预紧槽33上依次对燃料组件100进行预紧，当各组燃料组件的预紧位移均达到设计压缩量时，即完成N组燃料组件100的全部安装工作。

燃料组件抗震试验台架的作用是安放堆芯燃料组件框架和盛水以模拟燃料组件实际工作状态，此外，它的另一个主要作用是传递振动台的输入波形到上堆芯板。该抗震试验台架必须满足基频不得低于堆芯燃料组件体系的地震频响高频限值33Hz，以保证台架有足够的刚度，能将台面加速度输入波形传递到台架顶部的燃料组件上堆芯板；还应能满足1×N组组件(1×1、1×3、1×5、1×7、1×9、1×11、1×13、1×15、1×17)和不同组件间隙(2.0mm、3.0mm)的条件下燃料组件抗震试验的要求，以达到节约成本和测试准确的目的。

这里首先需要说明的是，“向内”是朝向容置空间中央的方向，“向外”是远离容置空间中央的方向。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种足尺燃料组件的抗震试验方法，其特征在于，基于一种抗震试验台架，该抗震试验台架包括水箱和内部框架，燃料组件固定在所述内部框架内，所述内部框架固定在所述水箱内，所述水箱固定在地震模拟振动台上；还包括设置在所述水箱顶部以对燃料组件压紧的预紧机构、以及设置在所述水箱上与所述内部框架顶紧以进行限位的稳框组件；还包括放置在燃料组件、所述水箱和/或所述内部框架上的检测元件；还包括设置在所述水箱外部的支撑组件；所述内部框架为长方体框架结构，包括周侧的围板以及设置在围板顶部和底部的上堆芯板和下堆芯板，所述上堆芯板和所述下堆芯板上对应于燃料组件的定位销钉位置设置有销钉孔；所述围板内壁上设置有插槽，所述内部框架还包括可拆卸设置在所述插槽内的隔板；

所述预紧机构包括压板、调节螺栓和预紧槽；所述预紧槽开设在上堆芯板上，且对应于燃料组件顶部的板弹簧位置，所述压板锚固在上堆芯板顶部且覆盖在所述预紧槽上方，所述调节螺栓锚固在所述压板上，且末端与燃料组件顶部的板弹簧顶紧以提供预紧力使燃料组件板弹簧预紧位移达到设计压缩量；

所述抗震试验方法包括如下步骤：

步骤100、选择需测试的燃料组件；

步骤200、将选定的燃料组件固定到抗震试验台架上，然后将抗震试验台架固定到地震模拟振动台上，将检测元件固定到燃料组件和/或抗震试验台架上；

步骤300、向抗震试验台架内注入水以模拟燃料组件实际工作状态；

步骤400、启动地震模拟振动台向抗震试验台架输入地震波形，并利用抗震试验台架将该地震波形传递到燃料组件上，进行地震模拟；

步骤200中，检测元件包括电涡流位移计、加速度计、碰撞力传感器和应变片。

2.根据权利要求1所述的足尺燃料组件的抗震试验方法，其特征在于，步骤200中将燃料组件固定到抗震试验台架上包括如下步骤：

A1、进行抗震试验台架中内部框架的组装，并在内部框架组装过程中进行燃料组件的吊入安装，安装完成后要保证燃料组件的轴线与内部框架的顶面和底面垂直；

A2、安装防水型电涡流位移计、加速度计、碰撞力传感器，并在燃料组件表面粘贴应变片。

3.根据权利要求2所述的足尺燃料组件的抗震试验方法，其特征在于，步骤200中将抗震试验台架固定在地震模拟振动台上包括如下步骤：

A3、将抗震试验台架中的水箱与地震模拟振动台锚固，再将抗震试验台架中的内部框架及燃料组件整体吊入水箱，水箱底部通过支头定位销钉与内部框架顶紧，同时将水箱中、上部通过锚杆与内部框架顶紧，并将水箱顶部与内部框架中的上堆芯板锚固，再将支撑组件与水箱锚固，完成水箱和支撑组件的安装；

A4、将抗震试验台架中的压板安装在上堆芯板上，通过调节螺栓从板弹簧预紧槽上对燃料组件板弹簧进行预紧，当预紧位移达到设计压缩量时，即完成燃料组件的全部安装工作。

4.根据权利要求2所述的足尺燃料组件的抗震试验方法，其特征在于，步骤A1中，当测试的燃料组件数量为1组时，还包括在内部框架对应1组燃料组件的插槽中垂直插入隔板，再将单组燃料组件垂直吊入；或者是，当测试的燃料组件数量多于1组时，还包括在内部框架对应多组燃料组件的插槽中垂直插入隔板，再将多组燃料组件依次垂直吊入。

5.根据权利要求2所述的足尺燃料组件的抗震试验方法，其特征在于，步骤A1中，当测试的燃料组件间隙不同时，还包括对内部框架中的上堆芯板和下堆芯板更换步骤，以使得上堆芯板和下堆芯板上的定位销钉与不同间隙的燃料组件上、下管座的管孔对正。

6.根据权利要求5所述的足尺燃料组件的抗震试验方法，其特征在于，燃料组件的不同间隙包括2.0mm和3.0mm。

7.根据权利要求1所述的足尺燃料组件的抗震试验方法，其特征在于，步骤200中，所述抗震试验台架的基频不低于燃料组件体系的地震频响高频限值33Hz。

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