[发明专利]一种反应堆燃料组件定位格架动态刚度的试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及反应堆燃料组件定位格架堆外试验装置，具体是一种反应堆燃料组件定位格架动态刚度的试验装置。

背景技术

核电站反应堆燃料组件是由燃料棒、上管座部件、下管座部件、端部格架、搅混格架部件、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。燃料组件是核反应堆的关键部件。国内外有关核反应堆的设计规范或设计手册中都明确规定，燃料组件的设计必须进行有关地震、冲击、LOCA、振动等工况下的动力分析，以确保核反应堆堆芯在任何工况下的结构完整性（燃料组件不破坏）、可冷却性（冷却剂流道不堵塞、燃料棒不相互接触）和可控性（控制棒可安全插入）。为了进行这些分析，首先必须通过试验得到格架的动力学特性参数－动刚度和临界载荷，以作为动力分析的输入参数和安全评定指标。

定位格架的整体刚度与整个燃料组件的结构完整性和功能可靠性密切相关；另一方面，定位格架的刚度又是燃料组件各种力学分析的基本参数。格架刚度试验对于发现格架的破坏模式，找出定位格架结构的薄弱环节，是非常必要的。定位格架临界失稳载荷是表示格架在受到外力作用失效时的最小作用力，是标志组件保持完整性的重要参数。由于格架在制造过程中的公差和缺陷，按传统的稳定性理论和有限元计算，对象格架这样复杂结构的临界失稳载荷计算，误差是相当大的。

由于定位格架本身的结构特点—薄壁、复杂、细密的栅格结构，并插有近四百根燃料棒和导向管，测试格架动刚度和临界荷载等结构动力特性的试验技术难度较大。国内外进行格架的碰撞试验时，通常采用摆锤式试验装置，将定位格架一边固定在刚性基础上，用摆锤去撞击格架，摆锤的质量为一跨燃料组件的质量，摆锤与格架接触前的速度为试验的主要输入参数，这种测量的误差很大。

发明内容

本发明的目的在于提供应用于一种反应堆燃料组件定位格架动态刚度的试验装置，解决目前没有设备可以用于燃料组件定位格架勾挂试验研究的问题，实现两个格架之间的勾挂试验。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种反应堆燃料组件定位格架动态刚度的试验装置，包括安装在地面的轨道，在轨道上安装有一个能沿轨道自由移动的小车，还包括位于轨道一端的触发装置、以及与小车对应的格架安装座。申请人经过长期的研究发现了目前的摆锤式试验装置存在误差的原因：由于摆锤沿圆周运动，格架在受到碰撞时，除了正向作用力外，还受到侧向力的作用，造成试验误差，以后又对该方法进行了改进，采用摆锤撞击小车，小车碰撞格架的方式进行，从而使格架受力的状态有了改善，但由于摆锤的速度与初始高度呈现非线性，小车又是通过与摆锤碰撞获得速度，故对碰撞速度的控制精度较低；同时格架撞击试验都是只测撞击质量块的速度、格架残余变形，再以当量换算的办法来确定格架的动刚度和临界载荷，有的也把碰撞动力学参数当做振动质量力来处理，基于此发现，申请人对现有的装置进行了改进，采用了触发装置作为小车的动力来源，可以控制其撞击力和撞击速度，从而实现线性的动能获取源，提高动能获得的精度，提高实验的精度，小车在工作状态呈匀速直线运动，且碰撞力与弹簧压缩量及小车运动速度成正比，因而轨道可以设计得很短以减少磨擦力的影响，所有运动部件和作用力均在同一轴线上，因而加工和安装简单，误差因素少，便于控制，弹簧在任何情况下都处于线弹性工作范围。

所述的触发装置包括平行安装的加载释放前支架、加载释放后支架、以及同时穿过加载释放前支架、加载释放后支架的外套管，在外套管内套装有内套管，在穿过加载释放前支架的内套管上设置有一个簧板，在簧板与加载释放前支架之间的内套管上套装有弹簧，在内套管内部设置有一个加载螺杆。加载释放前支架、加载释放后支架平行地安装在地面上，加载释放前支架、加载释放后支架作为触发装置的支撑结构，在加载释放前支架、加载释放后支架之间安装的外套管作为活动的通道，在该套管内安装有一个内套管，内套管可以沿外套管的轴线左右移动，内套管延伸出外套管的位置上设置有一个簧板，簧板的直径大于外套管的内径，在簧板和加载释放前支架之间的内套管外侧套装一个弹簧，在内套管内部设置有一个加载螺杆，通过改变加载螺杆的水平位置，可以带动簧板在水平方向改变位置，从而改变弹簧的形变量，在释放加载螺杆后，弹簧恢复形变就可以获得动能从而撞击小车，小车获得的动力可以通过加载螺杆来控制，小车获得的动力与弹簧的形变量之间呈高度的线性关系，因此，动力获得较为精确，大大提高了测试的精度。