一种测量核燃料组件格架栅元刚度特性的装置的制作方法

本实用新型涉及一种核反应堆堆芯燃料组件的检测装置，特别涉及一种用于测量燃料组件格架栅元刚度特性的装置。

背景技术：

燃料组件是核反应堆堆芯的关键部件，它发生核裂变反应产生热量并传递给冷却剂。燃料组件由一定排列方式的燃料棒和固定约束燃料棒的燃料组件骨架组成。燃料组件骨架上有若干个定位格架，沿轴向间隔布置。定位格架是由金属条带互相焊接构成的方形栅格结构，其栅元中的刚性支撑和弹簧组成的弹簧-刚凸夹持系统能够为燃料棒定位提供夹持力，弹簧-刚度夹持系统的刚度特性即栅元刚度特性对燃料组件的制造、运输、运行等工况下的特性有显著影响，是燃料组件的关键特性之一。

由于燃料组件定位格架栅元结构及边界复杂，同时燃料棒插入新格架后栅元内的弹簧可能会发生一定的屈服，需采用试验手段方能准确获得格架栅元夹持力。由于格架栅元尺寸小且弹簧和刚凸均位于格架栅元内部，同时格架栅元弹簧实际变形量小，这些因素导致格架栅元刚度特性测量难度大、精度要求高。一般采用材料万能试验机，对弹簧和刚凸分别加载获得其刚度特性，再推算出栅元整体刚度特性，这是一种间接的方法。

因此，特别需要一种测量核燃料组件格架栅元刚度特性的装置，以解决上述现有存在的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种测量核燃料组件格架栅元刚度特性的装置，针对现有技术的不足，能够同时对弹簧和刚凸进行加载并高精度获得栅元弹簧-刚度夹持系统的刚度特性。

本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种测量核燃料组件格架栅元刚度特性的装置，其特征在于，它包括悬吊装置、栅元刚度测量工具及控制系统，所述悬吊装置的上端固定，所述悬吊装置的下端与所述栅元刚度测量工具相连接，所述控制系统与所述栅元刚度测量工具互相通信连接。这种测量核燃料组件格架栅元刚度特性，也可由栅元刚度测量工具及控制系统组成。

在本实用新型的一个实施例中，所述悬吊装置由高度调整机构、弹性结构、承重柔性体及连接件组成，所述高度调整机构的上部固定在一承重结构上，所述高度调整机构的底部通过承重绳与所述连接件相连接，所述承重绳之间设置有弹簧，所述连接件与所述栅元刚度测量工具相连接。

进一步，所述高度调整机构包括高度调节螺栓和锁紧螺母，所述固定梁上设置有与高度调节螺栓相配合的螺栓孔。

进一步，所述连接件为一吊具。

在本实用新型的一个实施例中，所述栅元刚度测量工具由加载机构和伺服电机组成，所述伺服电机通过一伺服电机安装座设置在所述加载机构的上端，所述加载机构的下端伸入格架栅元中对格架栅元中的弹簧和刚凸进行加载，在所述伺服电机的的转轴上设置有加载螺母。

进一步，所述加载机构由至少2个加载杠杆臂通过转动轴互相连接形成。

进一步，所述加载机构上设置有应变片和位移传感器。

进一步，所述加载机构的底部还设置有限制加载机构伸入栅元内的深度以保证加载位置准确性的限位装置。

在本实用新型的一个实施例中，所述控制系统由步进电机控制系统、应变信号放大系统、位移信号放大系统、数据采集系统及计算机系统组成，所述计算机系统的输出端与所述步进电机控制系统的输入端互相通信连接，所述计算机系统的输入端与所述数据采集系统的输出端互相通信连接，所述数据采集系统的输入端分别与所述应变信号放大系统的输出端和所述位移信号放大系统的输出端互相通信连接，所述步进电机控制系统的输出端、所述应变信号放大系统的输入端和所述位移信号放大系统的输入端分别与所述栅元刚度测量工具互相通信连接。

本实用新型的测量核燃料组件格架栅元刚度特性的装置，与现有技术相比，能够对格架栅元内的弹簧和刚凸同时加载，此外还采用了位移修正、偏心力调整等技术，能够高精度直接获得格架栅元刚度特性数据，实现本实用新型的目的。

本实用新型的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。

附图说明

图1为本实用新型的测量核燃料组件格架栅元刚度特性的装置的结构示意图；

图2为本实用新型的栅元刚度测量工具的结构示意图；

图3为本实用新型的控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

实施例

如图1至图3所示，本实用新型的测量核燃料组件格架栅元刚度特性的装置，它包括悬吊装置10、栅元刚度测量工具20及控制系统30，悬吊装置10的上端固定，悬吊装置10的下端与栅元刚度测量工具20相连接，控制系统30与栅元刚度测量工具20互相通信连接。

在本实施例中，悬吊装置10由高度调节螺栓11、锁紧螺母12、固定梁13、承重绳14、弹簧15和吊钩16组成。

承重结构13上的螺栓孔与高度调节螺栓11配合，通过旋转高度调节螺栓11，可以实现吊具16的上下移动，使用锁紧螺母12可以将高度调节螺栓11锁紧避免工作过程中松动。弹性结构15的变形能力可以使得高度调节螺栓11锁定后吊具16仍具有一定的轴向运动能力，确保吊具16及其悬吊的栅元刚度测量工具20处于悬浮状态。

同时，吊具16与栅元刚度测量工具20的连接位置可以实现栅元刚度测量工具20处于竖直状态，确保加载方向的准确，避免偏心力对测量结果产生不利影响。当对测量精度要求不高时，可以不适用悬吊装置。

悬吊装置10主要承担栅元刚度测量工具20的重量，并具有栅元刚度测量工具20的高度调整功能。悬吊装置10能够使栅元刚度测量工具20的加载部分在格架栅元内处于悬浮状态，实现其对栅元弹簧和刚凸加载的同时不受栅元刚度测量工具20重力及相关摩擦因素的影响。

栅元刚度测量工具20由伺服电机安装座21、加载螺母22、伺服电机23、应变片24、加载杠杆臂25、加载杠杆臂26、限位装置27、位移传感器28和复位弹簧29组成。

加载杠杆臂25和加载杠杆臂26通过销钉连接形成加载杠杆机构，其下端可以伸入格架栅元中对格架栅元中的弹簧和刚凸进行加载。加载杠杆臂25的下端对弹簧进行加载，加载杠杆臂26的下端对刚凸进行加载。伺服电机安装座21与加载杠杆臂26的上端连接。伺服电机23安装在伺服电机安装座21上，伺服电机23上带螺纹的转轴上带有加载螺母22，伺服电机23轴转动时加载螺母22可以沿转轴推动加载杠杆臂25的上端驱动加载杠杆机构运动。加载螺母回退时，复位弹簧29可以协助加载杠杆臂25回退。在加载杠杆臂25上贴装有应变片24，可以采用标准砝码对应变片24进行标定，获得应变读数与载荷的读数关系。在加载杠杆机构的加载杠杆臂26上安装有位移传感器28，位移传感器28检测加载杠杆臂25的位移，利用加载杠杆机构的等比例原理，可以得到加载杠杆机构下方对弹簧和刚凸的加载位移。

由于格架栅元尺寸狭小，加载杠杆机构具有一定的柔性，可以根据应变片24测得的载荷读数对加载位移进行修正，从而提高测量精度。限位装置27可以限制加载杠杆机构伸入栅元内的深度，保证加载位置的准确性。当不采用悬吊装置10时，限位装置27承担将栅元刚度测量工具20的重量。

栅元刚度测量工具20能够实现对弹簧和刚凸的加载。在加载杠杆机构上安装有应变片24和位移传感器28，能够在加载的同时测量加载的位移(即栅元弹簧和刚凸变形量)及其施加的载荷。伺服电机23能够在控制系统30的驱动下，驱动加载杠杆机构实现指定的开合运动。

控制系统30由步进电机控制系统31、应变信号放大系统32、位移信号放大系统33、数据采集系统34及计算机系统35组成，计算机系统35的输出端与步进电机控制系统31的输入端互相通信连接，计算机系统35的输入端与数据采集系统34的输出端互相通信连接，数据采集系统34的输入端分别与应变信号放大系统32的输出端和位移信号放大系统33的输出端互相通信连接，步进电机控制系统31的输出端与伺服电机23的控制端互相通信连接，应变信号放大系统32的输入端与应变片24互相通信连接，位移信号放大系统33的输入端与位移传感器28互相通信连接。

计算机系统35可以根据数据采集系统34采集的应变读数高精度的计算载荷结果，并实现对位移读数进行实时修正从而获得高精度的位移读数。计算机系统35根据数据采集系统34获得的位移和载荷读数对步进电机进行控制，实现位移控制模式或载荷控制模式对格架栅元进行加载。

控制系统30主要实现对伺服电机23的控制，实现加载机构的运动。该系统可以根据栅元测量工具上的载荷读数对位移读数进行修正提高位移测量精度，并以位移和载荷控制模式执行测试任务。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。