[发明专利]压水反应堆燃料组件模拟体及其设计方法

说明书

技术领域

本发明属于机械领域，涉及核能发电领域，特别是一种反应堆燃料组件模拟 体及其设计方法。

背景技术

反应堆堆内构件是反应堆主冷却剂系统中的关键设备之一。其主要功能是支 承容纳堆芯，为堆芯和控制棒提供合适的定位、支承、导向和保护，堆内构件的 结构比较复杂，各关键零、部件设计可靠是反应堆安全运行的前提之一。

反应堆结构部件的流致振动问题是重要的动力学问题之一，是反应堆安全运 行必须重点考虑的问题。国外压水堆核电站因流致振动而发生过不少事故，涉及 吊篮、热屏蔽、螺栓、销钉、热导管、热交换器传热管等部件，造成巨大的经济 损失。相关规范对流致振动研究作了明确的规定：在设计初期首先必须进行分析 计算，预估流致振动大小，并同时开展流致振动模型试验，在设备安装、系统调 试阶段则要进行现场实测检查，以确保反应堆安全运行。

在反应堆堆内构件流致振动模型试验中，为了更经济且能较准确的获得堆内 构件主要部件的流致振动响应，多采用缩比试验模型进行试验，然后按照相似准 则，将模型试验结果反推到原型结构上，从而完成对结构的流致振动安全评定。

反应堆堆内构件模型设计，按照流致振动模拟相似准则，各重要部件均需按 相似比，严格进行模拟设计，并保证边界条件；而非测试部件则可简化结构形式 及材料，但需考虑其对其他结构及对流场的影响，使其保持与原型基本相同，并 保证其在试验过程中对其它结构的流致振动响应影响能够基本代表原型。

反应堆原型燃料组件结构，由燃料棒、上管座、下管座、格架、导向管、通 量测量管等部件构成。组件中有上很多根燃料棒、还有数根导向管、测量导管； 有多层格架。原型燃料组件结构极为复杂，加工制造难度非常大，如果按照缩小 比例进行精确模拟，加工制造就更加困难。

反应堆燃料组件，其结构非常复杂，制造加工要求很高，其格架和燃料包壳 材料也很特殊，并且价格非常昂贵，而在反应堆堆内构件流致振动模型试验中， 燃料组件本身的流致振动响应并不测量(有专门的试验完成)，而且燃料组件位 于吊篮筒体内部，为了使其形状、尺寸变化对吊篮组件、压紧组件和二次支承组 件等的流致振动响应不会带来明显的影响，因而对试验模型中燃料组件的模拟采 用合适而实用的特殊的方法——动力相似模拟方法。

动力相似模拟方法：必须考虑作用于结构上的各种力相似。在模型设计中， 要同时满足全部动力相似条件是很困难的，只能针对具体问题分析哪些力起主要 作用，保证它们的相似关系，而其它作用较小的力，相似关系可以不满足，可分 析它们对结果的影响，甚至不考虑它们。

在压水堆或冷却剂流速较低的反应堆系统流致振动问题中，由于流动速度V 远小于声音的传播速度C_f，所以流体压缩性可以不考虑。

在封闭流动系统中，如管道流或容器充满液体的振动问题，重力的影响可不 计。

表面张力在核工程流致振动研究中也不考虑。

此外，当不计试验环境条件差异对材料特性和流体介质性能的影响时，如果 模型试验采用与原型相同的结构材料和流体介质，则无量纲(相似准则)数都自 然满足。在流致振动模型试验中，不满足Re数相似是允许的。

在反应堆堆内构件流致振动试验中，燃料组件本身不是项目的研究对象(有 专门的试验进行研究)，而位于吊篮筒体内部，通过研究发现其形状、尺寸变化 对吊篮组件、上部堆内构件的上支承柱及导向筒等试验件的流致振动响应不会带 来明显的影响，但其结构质量、刚度、总的结构间隙、却会对堆内构件的流致振 动响应带来影响。为了为反应堆堆内构件流致振动模型试验提供了一种经济适用 而又满足上述要求的燃料组件模拟体，代替实际的反应堆燃料组件，使反应堆堆 内构件流致振动模型试验既能降低模型设计加工的难度、节约经费，又能较准确 的获得堆内构件主要部件的流致振动响应，从而较好地完成对反应堆堆内构件主 要部件的流致振动安全评定，我们发明了一种满足上述要求的反应堆燃料组件模 拟体。

发明内容

为克服现有技术不足，本发明提供一种反应堆燃料组件模拟体及其设计方 法。

本发明所述反应堆燃料组件模拟体，用于在反应堆堆内构件流致振动试验研 究中模拟堆芯燃料组件，包括至少一个燃料组件模拟体，所述燃料组件模拟体包 括刚杆和安装在刚杆不同高度位置的多个质量块。