一种水平振动下球形燃料运动轨迹及密实化测量实验装置的制作方法

1.本发明属于核反应堆热工水力技术领域，涉及一种水平振动下球形燃料运动轨迹及密实化测量实验装置。


背景技术：

2.堆芯燃料元件是反应堆的核心，其性能直接关系到反应堆的安全运行。采用石墨作为基体材料，内部弥散分布 triso(tristructural-isotropic)燃料颗粒具有耐高温特点，在1600℃仍能保证将裂变产物限制在燃料球内部，防止放射性物质向外扩散。这项燃料技术有效地提高了反应堆的固有安全性，且其具有的耐高温特点能使反应堆获得更高的冷却剂出口温度，进一步为提高了系统运行效率与经济水平奠定了基础。
3.高温气冷堆活性区堆内构件围成的圆柱状空腔和可流动的球形燃料构成，球形燃料和传统带有定位格架的棒状燃料元件不同，受外力或地震作用会引起反应堆结构或密实度发生变化。
4.目前针对于球床堆积规律的理论和试验研究还不充分，尤其是在外力或地震作用对球床密实度变化的影响规律仍不明确，这给高温气冷堆的安全分析造成了一定的影响。当高温气冷堆反应堆厂房发生地震时，一方面地震会影响球床结构的稳定性，另一方面地震也会改变球床堆芯的密实度，从而使得堆芯内中子泄露率发生变化。这将会给反应堆引入一定的反应性，若反应堆核功率或堆芯出口热氦温度达到保护定值时则会导致反应堆发生紧急停堆。
5.当地震发生时，首先将会从震源地产生纵波和横波两个地震波发生，而纵波和横波传播速度不同，因此对于地表建筑通常分开收到纵摇和横向震动两种形式的振动，因此有必要对这两种振动对高温气冷堆堆芯的影响分别研究，
6.为研究地震或其他外力条件下所引起震动带来球床堆堆芯结构或密实度变化规律，有必要设计一种水平震动条件下多面可视化的球床结构测量实验装置，该实验装置模拟获取地震或其他外力条件下燃料球2的运动轨迹以及密实化变化规律。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种水平振动下球形燃料运动轨迹及密实化测量实验装置，该装置能够模拟获取地震或其他外力条件下燃料球的运动轨迹以及密实化变化规律。
8.为达到上述目的，本发明所述的水平振动下球形燃料运动轨迹及密实化测量实验装置包括铝型材框架、圆柱滑轨、步进电机、螺纹丝杠、试验台底座、高速摄像机及控制器；
9.铝型材框架的底部设置有螺纹滑块及平移滑块，圆柱滑轨的端部活动连接于不锈钢台座上，且圆柱滑轨穿过所述平移滑块，螺纹丝杠的一端与步进电机的输出轴相连接，螺纹丝杠的另一端穿过螺纹滑块后活动连接于不锈钢台座上；
10.试验台底座固定于铝型材框架上，试验本体竖立固定于试验台底座上，试验本体
内设置有若干燃料球；
11.高速摄像机位于铝型材框架上，且高速摄像机中的广角镜头正对所述试验本体，所述试验本体为透平结构，控制器与高速摄像机及步进电机相连接。
12.还包括本体周向固定钢圈及若干试验本体固定角钢；各试验本体固定角钢竖立固定于试验台底座上，各试验本体固定角钢之间通过本体周向固定钢圈相连接，且本体周向固定钢圈位于各试验本体固定角钢的中间，试验本体套接于所述本体周向固定钢圈内。
13.还包括升降台架，升降台架固定于铝型材框架上，高速摄像机位于升降台架上。
14.螺纹丝杠上安装有限位卡槽。
15.所述燃料球为刚性材质。
16.燃料球为透平结构。
17.升降台架通过螺栓及焊接的方式与铝型材框架固定连接。
18.试验台底座通过螺栓及焊接的方式与铝型材框架固定连接。
19.本发明具有以下有益效果：
20.本发明所述的水平振动下球形燃料运动轨迹及密实化测量实验装置在具体操作时，控制器控制步进电机，通过步进电机、螺纹丝杠及螺纹滑块相配合，带动试验本体往复平动运动，以模拟地震或其他外力作用下燃料球运动造成的密实度变化，与此同时，通过高速摄像机捕获试验本体中燃料球的运动轨迹，另外，可以通过控制步进电机控制燃料球的振幅及频率，结构简单，灵活度高，可用于验证不同振动强度下球床堆燃料球运动数值仿真结果，燃料球床堆密实化变化规律以及球床堆防晃装置设计等方面研究。
附图说明
21.图1为本发明的结构示意图；
22.图2为步进电机14的控制原理图。
23.其中，1为试验本体、2为燃料球、3为试验本体固定角钢、4为本体周向固定钢圈、5为试验台底座、6为铝型材框架、7为高速摄像机、 8为广角镜头、9为升降台架、10为平移滑块、11为螺纹滑块、12为螺纹丝杠、13为圆柱滑轨、14为步进电机、15为限位卡槽、16为不锈钢台座。
具体实施方式
24.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。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前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
25.在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形
状、大小、相对位置的区域/层。
26.参考图1及图2，本发明所述的水平振动下球形燃料运动轨迹及密实化测量实验装置包括试验本体1、燃料球2、试验本体固定角钢3、本体周向固定钢圈4、试验台底座5、铝型材框架6、高速摄像机7、广角镜头8、升降台架9、平移滑块10、螺纹滑块11、螺纹丝杠12、圆柱滑轨13、步进电机14、限位卡槽15及不锈钢台座16；
27.铝型材框架6的底部设置有螺纹滑块11及平移滑块10，圆柱滑轨 13的端部活动连接于不锈钢台座16上，且圆柱滑轨13穿过所述平移滑块10，螺纹丝杠12的一端与步进电机14的输出轴相连接，螺纹丝杠12 的另一端穿过螺纹滑块11后活动连接于不锈钢台座16上；
28.试验台底座5固定于铝型材框架6上，各试验本体固定角钢3竖立固定于试验台底座5上，各试验本体固定角钢3之间通过本体周向固定钢圈4相连接，且本体周向固定钢圈4位于各试验本体固定角钢3的中间，试验本体1竖立固定于试验台底座5上，且试验本体1套接于所述本体周向固定钢圈4内，试验本体1内设置有若干燃料球2；
29.升降台架9固定于铝型材框架6上，高速摄像机7位于升降台架9 上，且高速摄像机7中的广角镜头8正对所述试验本体1，所述试验本体1为透平结构。
30.本发明能够为试验本体1提供不同的水平振动速度与位移，并通过高速摄像机7实时捕捉燃料球2运动轨迹及球床密实度随水平振动变化规律，研究工况范围广，试验台结构简单，价格低廉，可以用于验证不同振动强度下球床堆燃料球运动数值仿真结果，燃料球床堆密实化评估以及球床堆防晃装置设计等方面研究。
31.在工作时，控制器控制步进电机14，通过步进电机14、螺纹丝杠 12及螺纹滑块11相配合，带动试验本体1往复平动运动，以模拟地震或其他外力作用下燃料球2运动造成的密实度变化，与此同时，通过高速摄像机7捕获试验本体1中燃料球2的运动轨迹，并进行存储。
32.进一步，所述螺纹丝杠12上安装有限位卡槽15，用于防止震荡试验平台与步进电机14发生碰撞事故。
33.所述燃料球2为刚性材料，燃料球2为透平结构，既保证可视性，同时可以在燃料球2相互作用下保证不发生形变。
34.升降台架9及试验台底座5均通过螺栓及焊接的方式与铝型材框架 6固定连接，防止振动过程中产生相对位移。
35.所述高速摄像机7拍摄得到燃料球2运动图像通过ptv(particletracking velocimetry)测速技术检测每个燃料球2及其3d质心，并随时间跟踪所述3d质心的位置，通过互相关算法得到燃料球2运动轨迹及速度。
36.本发明能够为球床试验本体提供不同的水平振动速度与位移，并通过高速摄像机7实时捕捉燃料球2运动轨迹及球床密实度随水平振动变化规律，本发明研究工况范围广，试验台结构简单，价格低廉，可以用于验证不同振动强度下球床堆燃料球运动数值仿真结果，燃料球床堆密实化评估以及球床堆防晃装置设计等方面研究。
37.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。