本發(fā)明屬于核電設(shè)備抗震試驗領(lǐng)域，涉及乏燃料格架與組件地震試驗中碰撞力測試方法，以及附帶的調(diào)整、安裝精度檢查裝置。

背景技術(shù)：

乏燃料貯存格架是核燃料循環(huán)中的核心設(shè)備，廣泛應(yīng)用于乏燃料在堆貯存、中間離堆貯存以及后處理廠貯存。乏燃料貯存格架位于輔助廠房乏燃料水池內(nèi)，水池內(nèi)壁設(shè)有不銹鋼覆面。典型的乏燃料貯存格架頂部都設(shè)有導(dǎo)向口，底部分別有4個或8個可以調(diào)節(jié)水平高度的調(diào)整螺桿。各乏燃料貯存格架均為自由站立，調(diào)整螺桿居中放置于墊板上。調(diào)整螺桿、墊板及水池之間均可相對自由滑移。

乏燃料貯存格架為抗震i類設(shè)備，其設(shè)計應(yīng)滿足在地震載荷作用下保持結(jié)構(gòu)完整性和執(zhí)行安全功能能力。乏燃料貯存格架在各種環(huán)境載荷和異常載荷（例如地震）的作用下，使燃料組件能夠保持安全的形狀。

為解決核電站廠內(nèi)乏燃料貯存能力美國等國家開發(fā)了自由式的密集型乏燃料貯存格架。由于整體試驗件質(zhì)量很大，還需考慮水動力效應(yīng)，對試驗設(shè)備要求較高，試驗難度較大，因此乏燃料貯存格架抗震試驗國外開展得較少。2012年，日本三菱重工發(fā)表會議論文表明其近期在空氣和水中開展了單個燃料貯存格架1:1模型的地震試驗，并開展了分析工作。由于乏燃料貯存格架數(shù)量眾多，貯存格架內(nèi)含大量燃料組件，抗震問題牽涉流固耦合和非線性碰撞問題，目前占有一半乏燃料貯存格架市場的美國holtec公司仍使用經(jīng)典的梁單元模擬和分析。具體分析參數(shù)和細(xì)節(jié)均為各國際公司保密內(nèi)容，如holtec公司開發(fā)了專用軟件，作為其自主知識產(chǎn)權(quán)加以保護。

由于地震反應(yīng)分析涉及燃料組件與貯存格架貯存腔之間的碰撞，以及流固耦合作用，具有強非線性因素。而且計算參數(shù)無法完全確定，因此有必要對乏燃料貯存格架試驗件進行地震試驗，獲得貯存格架地震反應(yīng)試驗數(shù)據(jù)，對貯存格架抗震分析模型及方法進行驗證和修正。而地震試驗中的重點、難點是燃料組件與貯存格架貯存腔之間的動態(tài)載荷（碰撞力）的測量，試驗過程中燃料組件浸沒在去離子水中，空間狹小，碰撞點多而且無法預(yù)測，試驗測試裝置和安裝形式對原有結(jié)構(gòu)的剛度、碰撞邊界條件影響較大，因此試驗難度較大。目前尚無相關(guān)資料和經(jīng)驗借鑒，為此創(chuàng)新了測試方法，并設(shè)計了動態(tài)載荷的測量裝置和配套的調(diào)整、檢查裝置，在試驗中取得了較好的效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是測量燃料組件與貯存格架貯存腔在地震時的相互碰撞力，包含動態(tài)載荷測試方法，測量裝置，安裝間隙調(diào)整、精度檢查裝置。具體包括：

碰撞力測量點的選擇主要以最可能發(fā)生碰撞的位置，如上管座、下管座、攪混格架、中間格架位置等，且主要集中在中上部高程。

貯存格架貯存腔的開孔，以燃料組件上的中間格架圍板的大小尺寸為依據(jù)在貯存腔上對應(yīng)位置開孔，并在開孔周圍焊接對接用的對接支座。

由力傳感器短梁將碰撞力傳導(dǎo)至兩只力傳感器上，最終通過力傳感器底板、螺栓傳導(dǎo)至貯存格架本體；單個測點的碰撞力為兩只力傳感器響應(yīng)時程的疊加。

盡量減小碰撞力的測量裝置對原有碰撞條件的改變，如局部剛度等；可以通過調(diào)整裝置零件的厚度尺寸等調(diào)整。

測量碰撞力的裝置對加工精度、安裝精度要求較高。試驗中通過環(huán)形墊片、矩形墊片調(diào)整安裝間隙，調(diào)整的依據(jù)由精度檢查裝置通過實際測量計算出。

精度檢查裝置主要利用激光位移傳感器測量力傳感器短梁與貯存格架貯存腔內(nèi)壁的高程差，激光位移信號在力傳感器短梁與貯存格架貯存腔內(nèi)壁交界處會發(fā)生信號跳躍，信號跳躍差代表了高程差。具體測量時，需要將激光位移傳感器固定在一滑動裝置上，該滑動裝置能夠在貯存格架貯存腔內(nèi)壁沿直線滑動，且能適應(yīng)貯存腔內(nèi)壁加工精度差異。

附圖說明

圖1為1×9型貯存格架；

圖2為3×3型貯存格架；

圖3為3×3型貯存格架測碰撞力的測點位置；

圖4為1×9型貯存格架測碰撞力的測點位置；

圖5為力傳感器對接支座；

圖6為貯存腔上的開孔示意圖；

圖7為力傳感器短梁；

圖8為力傳感器底板；

圖9為碰撞力測量裝置安裝示意圖；

圖10為碰撞力測量裝置的剖面圖；

圖11為調(diào)整間隙用環(huán)形墊片；

圖12為調(diào)整間隙用矩形墊片；

圖13為安裝間隙檢查裝置；

圖14為安裝間隙檢查裝置俯視圖；

圖中標(biāo)號如下：

1—圍板；2—對接支座；3—格架本體；4—預(yù)緊螺栓；5—力傳感器短梁；6—力傳感器底板；7—壓電晶體力傳感器；8—環(huán)形墊片；9—矩形墊片；10—上頂板；11—牛眼滑動鉸；12—立柱；13—下底板；14—出線孔；15—吊環(huán)；16—激光位移傳感器；17—微距攝像頭；18—led燈；19—激光位移傳感器信號線；20—led電源線；21—微距攝像頭信號線；22—固定立柱的螺母；23—激光射線；

具體實施方式

以某核電站為例，其典型的乏燃料貯存格架主要由：1臺i區(qū)乏燃料貯存格架a，3臺i區(qū)乏燃料貯存格架b，3臺ii區(qū)乏燃料貯存格架a，1臺ii區(qū)乏燃料貯存格架b組成。如果以真實的貯存格架做試驗，則其重量、尺寸均超出現(xiàn)有的試驗條件。為此選擇貯存格架的特征子結(jié)構(gòu)（外圍支撐、邊界條件與原型一致）做試驗，共選取了1×9型和3×3型的貯存格架試驗件，見圖1和圖2。燃料組件試驗件分為模擬燃料組件和等效燃料組件，其中模擬燃料組件以鉛塊代替燃料棒內(nèi)部的芯塊，其它特征與真實燃料組件完全相同。等效燃料組件采用多組總重、重心位置、剛度與真實燃料組件相同的鋼結(jié)構(gòu)模擬件。

試驗包括單腔試驗和多腔試驗。在單腔試驗中：乏燃料貯存格架試驗件分別采用3×3型和1×9型的貯存格架試驗件。貯存格架試驗件底部通過螺栓固定在地震臺上，在正中間的貯存腔內(nèi)放置模擬燃料組件。進行動力特性探查試驗和sse地震試驗。

多腔試驗：乏燃料貯存格架試驗件分別采用3×3型和1×9型的貯存格架試驗件。貯存格架試驗件底部通過螺栓固定在地震臺上。在正中間的貯存腔內(nèi)放置模擬燃料組件，在其余貯存腔內(nèi)按試驗組合的要求放置相應(yīng)數(shù)量的等效燃料組件。進行動力特性探查試驗和sse地震試驗。

在兩種試驗方案中，均采集試驗過程中的動態(tài)載荷，對應(yīng)的測點布置如圖3和圖4所示，每次試驗中均測試7個點的碰撞力。

(1)力傳感器安裝裝置結(jié)構(gòu)說明

根據(jù)燃料組件的結(jié)構(gòu)形式，以上管座位置為例，在乏燃料貯存格架相應(yīng)位置開孔。附帶的13毫米厚的圍板1也需要相應(yīng)的開槽，并在外圍焊接對接用的對接支座2（孔板上預(yù)留對接的螺紋孔），貯存腔上的開孔參見圖5。

傳感器安裝零件包括力傳感器短梁5、力傳感器底板6、對接支座2（焊接在貯存腔開孔處），具體如圖5、6、7、8。力傳感器底板上預(yù)留了兩個傳感器的安裝孔位，每個孔位安裝一只防水型壓電晶體力傳感器7，傳感器安裝示意圖參見圖9，其剖面圖為圖10，其中環(huán)形墊片8和矩形墊片9由試驗測量決定。

(2)碰撞力測點位置選擇

在每次試驗中，力傳感器共布置7個測點，每個測點安裝兩只力傳感器（有一定的預(yù)緊力）。

測點f1～f4：測試燃料組件上部與貯存腔之間的動態(tài)載荷。力傳感器安裝在貯存腔上，安裝高度與料組件的上管座對應(yīng)。參見圖3、4。

測點f5～f7：測試模擬燃料組件上部、中部、下部與貯存腔之間的動態(tài)載荷。傳感器安裝在存腔上，高度與模擬燃料組件的中上部（3/4位置處）、中部（1/2高度位置）、底部（距離底板50mm高）上的格架位置相對應(yīng)。

(3)力傳感器安裝間隙調(diào)節(jié)

由于接觸間隙對動態(tài)載荷影響顯著，并且考慮到實際燃料組件、乏燃料貯存格架的加工精度、運輸影響、安裝中的誤差等因素，設(shè)計了一批不同厚度的環(huán)、墊片，用于調(diào)整安裝間隙（厚度規(guī)格可以有多種，根據(jù)實際加工、安裝情況定，本次試驗中共計采取了5種厚度規(guī)格）。實際每個測點需要的墊片數(shù)量由實測數(shù)據(jù)得出，調(diào)整的依據(jù)為力傳感器短梁與貯存格架內(nèi)腔壁盡量處在一個平面，并由力傳感器安裝間隙檢查裝置檢驗。墊片如下圖11、12所示。

(4)力傳感器安裝間隙檢查

在實際安裝過程中，由于空間狹小、實際加工精度、安裝精度等因素，造成實際力傳感器的短梁與燃料組件間的間隙不確定程度較大，而地震考核工況中動態(tài)載荷對間隙大小較為敏感，為此設(shè)計了測量間隙的專用裝置（參見圖13～14）。該裝置由上頂板10、立柱12、下底板13、吊環(huán)15構(gòu)成了主要的受力框架，在上頂板、下底板四邊各安裝了2只滑動的牛眼滑動鉸（共計16只牛眼滑動鉸）。此裝置由吊環(huán)15控制在貯存格架內(nèi)腔（放置燃料組件的空腔）無間隙地滑動（牛眼球鉸可以伸縮，抵消了格架內(nèi)壁不平整的因素），16只滑動的牛眼滑動鉸滑動路線（由牛眼滑動鉸的安裝位置決定）需要避開貯存腔內(nèi)壁的開孔。測量裝置安裝了兩只激光位移傳感器16，激光傳感器的光路23照射在力傳感器短梁的寬度范圍里，在本裝置沿內(nèi)壁滑動時，測出力傳感器短梁與內(nèi)壁的高程差（激光位移傳感器的數(shù)據(jù)被實時采集，在經(jīng)過力傳感器短梁與貯存格架腔內(nèi)壁開孔位置時，位移信號發(fā)生跳躍，該跳躍值即為力傳感器短梁與內(nèi)壁的高程差，可采用線性擬合等給出綜合的結(jié)果）。該裝置上還設(shè)置了led燈、微距攝像儀等設(shè)備，用于檢查、核實安裝情況。