60°扇区快堆组件约束装置及热变形接触测量方法与流程

本发明属于快堆组件热弯曲试验技术领域，具体涉及一种60°扇区快堆组件热弯曲试验约束装置及热变形接触测量方法。

背景技术：

钠冷快堆装料后，堆芯围筒对外围组件进行约束，而内部组件之间通过上、下垫块的相互接触达到约束效果。反应堆运行后，高温、高压差、高中子通量都可使组件发生弯曲变形，弯曲的组件可能与相邻组件接触，造成相邻组件更严重的弯曲，较大的组件变形会给核电站的安全运行带来不利影响，如增加组件插拔力、组件倒换困难、加速组件破损、堆芯象限功率倾斜等。

组件受到接触力后的热‐变形‐接触耦合问题具有高度非线性特性，大多数国家都是对简化的组件进行数值模拟来预测堆芯组件的变形行为，但简化后的模型大大降低了准确性；更好的方法是通过半经验公式对耦合问题进行数学建模，而数学模型的验证则需要开展相关的组件受限热弯曲试验来提供数据支撑。实际的快堆堆芯组件呈60°镜像对称分布，因此开展60°扇区组件受限热弯曲试验研究扇区组件的受热与变形情况，根据对称性可以直接推广到全堆芯，解决全堆芯组件的热‐变形‐接触问题。

根据快堆堆型的不同，60°扇区组件数量多达上百根，且组件的间距很小，因此对于60°扇区内部区域组件实验参数(如位移、接触力)的测量十分困难，国内外公开的资料中暂无60°扇区组件受限热弯曲的实验装置和相关的测量方法。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种60°扇区快堆组件热弯曲试验约束装置及热变形接触测量方法，取少量组件排布成60°扇区，模拟实际反应堆内的约束条件限制组件上垫块、下垫块的横向位移，测量受热后组件的位移和接触力，研究60°扇区组件受热弯曲后的变形和受力情况。

为实现上述目的，本发明采样如下技术方案：

一种60°扇区快堆组件约束装置，包括立于60°扇区三个角上的三根立柱1，在立柱1上部和中部各安装一个支撑座2，每个支撑座2上设有螺杆固定座5，螺杆3一端设置在螺杆固定座5上并能够在螺杆固定座5上做直线移动，螺杆3另一端和c型连接件6连接；c型连接件6的槽口与三角形约束件11的一个角配合后通过螺栓连接，螺杆3为三角形约束件11提供支撑；60°扇区快堆组件10的上垫块和下垫块通过三角形约束件11进行支撑，限制这两个位置的横向位移。

由于实际堆芯60°扇区组件数量庞大，为了降低实验的成本，可选取60°扇区组件中的典型组件作为实验对象，在本发明中采用六排二十一根快堆组件的方案。

60°扇区快堆组件10分为外围快堆组件和内部快堆组件，无法通过接触或非接触手段测量内部快堆组件的位移，因此仅测量外围快堆组件的变形情况；第六排快堆组件(共六根)为堆芯外侧快堆组件，在实际反应堆中由围筒提供支撑，因此三角形约束件11的一侧为锯齿约束条1105用以模拟围筒；实验测量的参数为全部快堆组件的温度分布，外围快堆组件的位移，垫块间的接触力以及垫块与锯齿约束条1105之间的接触力，测得三类参数后可以通过多种数学手段(如人工神经网络)拟合出参数之间的数学关系，得到堆芯组件实际的热‐变形‐接触机理模型，同时可为组件变形分析程序的验证提供数据支撑。

所述立柱1与立柱底板8之间通过四个均布的立柱筋板9加强刚度。

所述支撑座2包括安装板203、面板202和筋板204；安装板203与立柱1的一侧贴合，安装板203上有四个槽孔201，通过槽孔201来微调支撑座2的标高，通过螺栓将支撑座2固定在立柱1上；面板202与安装板203垂直焊接成一体，两者之间通过两块筋板204来加强刚度；面板202上有四个固定座安装孔205，螺杆固定座5通过固定座安装孔205安装在面板202上。

所述螺杆固定座5包括立板502和底板503；立板502上有一个螺杆装配孔501与螺杆3配合，底板503上有两个较长的槽孔504，用于调节螺杆固定座5的水平位置，调节完成后通过螺钉将螺杆固定座5固定在支撑座2的面板202上。

所述c型连接件6包括上、下两块安装板601和一侧的连接板604；安装板601左侧有三个等间距的约束件安装孔605，通过螺钉将三角形约束件11与c型连接件6固定连接；安装板601右侧有三个非等间距的连接孔603，通过螺钉将两块安装板601和侧边的连接板604固定连接；连接板604除了上、下各有三个对应的连接孔外，在中间还有一个螺杆安装孔602，通过螺钉将螺杆3与c型约束件6固定连接。

所述三角形约束件11包括右约束条1101、左约束条1104、锯齿约束条1105；三个约束条两端开有约束条连接孔1102，相邻两个约束条之间通过螺钉进行固定连接；每个约束条的两端还开有c型连接件安装孔1103，c型连接件安装孔1103与约束件安装孔605一一对应，通过螺钉将c型连接件6和三角形约束件11固定连接。

所述60°扇区快堆组件热弯曲试验约束装置的热变形接触测量方法，包括以下步骤：

1)在60°扇区快堆组件10中每个快堆组件的六个内壁面粘贴加热带，六个外壁面多个高度粘贴热电偶用于测量温度分布，60°扇区快堆组件10的外围快堆组件外壁面多个高度粘贴摄影测量编码点用于测量三维位移，在每个垫块上粘贴薄膜压力传感器用于测量接触力；

2)快堆组件按次序安装成60°扇区快堆组件10，利用三角形约束件11限制上、下垫块的横向位移；

3)加热带对60°扇区快堆组件10加热，热电偶测量温度分布，工业摄影测量仪测量外围快堆组件的三维位移，薄膜压力传感器测量垫块处的接触力。

和现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：

(1)该约束装置最大程度地模拟实际反应堆中组件的约束情况——三角约束件11由锯齿约束条1105、左约束条1104、右约束条1101组成；锯齿约束条1105的内侧为锯齿形能够限制组件的位移，模拟了堆芯外围的围筒；左约束条1104、右约束条1101内侧为平面，组件间能够相互接触但不能向外位移，模拟了60°扇区的镜像对称边界。

(2)在该约束装置的基础上利用薄膜压力传感器能够测量60°扇区快堆组件10之间以及快堆组件与锯齿约束条1105的接触力，提供丰富的实验数据。

(3)工业摄影测量仪能够测量60°扇区外围快堆组件10的三维位移，真实反映快堆组件的变形情况。

(4)丰富的温度、位移和接触力数据通过多种数学手段(如人工神经网络)可得到60°扇区快堆组件10热‐变形‐接触的经验关系式，为组件变形分析程序提供数学模型。

附图说明

图1a为60°扇区快堆组件约束装置的局部正视图，图1b为60°扇区快堆组件约束装置的俯视图。

其中：1、立柱；2、支撑座；3、螺杆；4、螺帽；5、螺杆固定座；6、c型连接件；7、地脚螺栓；8、立柱底板；9、立柱筋板；10、快堆组件；11、三角形约束件。

图2a为支撑座的正视图，图2b为支撑座的右视图，图2c为支撑座的俯视图。

其中：201、槽孔；202、面板；203、安装板；204、筋板；205、固定座安装孔。

图3a为螺杆固定座的正视图，图3b为螺杆固定座的俯视图。

其中：501、螺杆装配孔；502、立板；503、底板；504、槽孔。

图4a为c型连接件的剖视图，图4b为c型连接件的俯视图。

其中：601、安装板；602、螺杆安装孔；603、连接孔；604、连接板；605、约束件安装孔。

图5为三角形约束件的俯视图。

其中：1101、右约束条；1102、约束条连接孔；1103、c型连接件安装孔；1104、左约束条；1105、锯齿约束条。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的修改或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达到的目的下，均应仍落在本发明所解释的技术内容能涵盖的范围内同时，本说明书中所引用的如“上”“中”“下”“左”“右”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明的可实施的范畴。

如图1a和图1b所示，本发明提供一种60°扇区快堆组件热弯曲试验约束装置，包括三根立柱1，立柱1为标准的空心方形钢管，立柱1与立柱底板8焊接为一体，立柱底板8与实验室地基通过地脚螺栓7固定，立柱1与立柱底板8之间通过四个均布的立柱筋板9加强刚度；立柱1上部和中部的一侧安装支撑座2；螺杆固定座5安装在支撑座2上，螺杆3安装在螺杆固定座5上，调节好螺杆3的行程后可通过螺帽4锁紧将螺杆3固定；螺杆3的末端通过螺钉与c型连接件6固定连接。c型连接件6的槽口与三角形约束件11的一个角配合后通过螺栓连接，螺杆3为三角形约束件11提供支撑。60°扇区快堆组件10的上垫块和下垫块通过三角形约束件11进行支撑，限制这两个位置的横向位移。

如图2a、图2b和图2c所示，支撑座2包括安装板203、面板202和筋板204；安装板203与立柱1的一侧贴合，安装板203上有四个槽孔201，通过槽孔201来微调支撑座2的标高，然后通过螺栓将支撑座2固定在立柱1上；面板202与安装板203垂直焊接成一体，两者之间通过两块筋板204来加强刚度；面板202上有四个固定座安装孔205，螺杆固定座5通过固定座安装孔205安装在面板202上。

如图3a和图3b所示，螺杆固定座5包括立板502和底板503；立板502上有一个螺杆装配孔501与螺杆3配合，底板503上有两个较长的槽孔504，用于调节螺杆固定座5的水平位置，调节完成后通过螺钉将螺杆固定座5固定在支撑座2的面板202上。

如图4a、4b所示，c型连接件6包括上、下两块安装板601和一侧的连接板604；安装板601左侧有三个等间距的约束件安装孔605，通过螺钉将三角形约束件11与c型连接件6固定连接；安装板601右侧有三个非等间距的连接孔603，通过螺钉将两块安装板601和侧边的连接板604固定连接；连接板604除了上、下各有三个对应的连接孔外，在中间还有一个螺杆安装孔602，通过螺钉将螺杆3与c型约束件6固定连接。

如图5所示，三角形约束件11包括右约束条1101、左约束条1104、锯齿约束条1105；三个约束条两端开有约束条连接孔1102，相邻两个约束条之间通过螺钉进行固定连接；每个约束条的两端还开有c型连接件安装孔1103，c型连接件安装孔1103与约束件安装孔605一一对应，然后通过螺钉将c型连接件6和三角形约束件11固定连接。

本发明还提供一种60°扇区快堆组件热变形接触测量方法，包括以下步骤：

1)在二十一根60°扇区快堆组件10的六个内壁面粘贴加热带，六个外壁面多个高度粘贴热电偶用于测量温度分布，外围快堆组件外壁面多个高度粘贴摄影测量编码点用于测量三维位移，在每个垫块上粘贴薄膜压力传感器用于测量接触力；

2)在立柱1上安装支撑座2，支撑座2上安装螺杆固定座5，螺杆固定座5上安装螺杆3，螺杆3末端安装c型连接件6；

3)将二十一根快堆组件依次安装排布成60°扇区快堆组件10；

4)在快堆组件上、下垫块位置安装好三角形约束件11，三角形约束件11再和c型连接件6连接，约束装置安装完毕；

5)按照实验规程利用加热带对60°扇区快堆组件10进行加热，热电偶测量温度分布，工业摄影测量仪测量外围快堆组件的三维位移，薄膜压力传感器测量垫块处的接触力。

综上所述，本发明60°扇区快堆组件约束装置设计了三角形约束件11最大程度上模拟实际反应堆内的组件约束情况；本发明60°扇区快堆组件热变形接触测量方法能够测量组件的温度分布、三维位移以及垫块处的接触力，为全堆芯快堆组件的热‐变形‐接触机理研究提供丰富、有效的数据。

以上内容仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。