本發(fā)明涉及核能領(lǐng)域，尤其涉及一種用于壓水堆燃料元件振動性能測試的試驗元件及實驗方法。

背景技術(shù)：

燃料組件是核反應(yīng)堆堆芯的關(guān)鍵部件，它產(chǎn)生熱能并將此熱能傳遞給冷卻劑。壓水堆燃料組件通常采用柵格支撐的棒束結(jié)構(gòu)，通過柵格結(jié)構(gòu)，對燃料棒提供夾持和支撐，確保裝載含鈾芯塊的燃料棒在反應(yīng)堆內(nèi)保持所需的間距，從而獲得冷卻劑的冷卻。由于柵格結(jié)構(gòu)復雜，在反應(yīng)堆內(nèi)受流體高速沖刷時，可能會產(chǎn)生異常的流致振動現(xiàn)象，過大的流致振動會對柵格本身及其夾持的燃料棒的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定型都造成不良的影響。因此一種新的燃料組件定位柵格設(shè)計需要通過試驗來測試是否會產(chǎn)生異常的流致振動。在定位柵格設(shè)計初期，直接采用全比例的定位柵格及燃料棒來進行振動試驗成本較高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是預(yù)估定位柵格的流致振動性能，為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種用于壓水堆燃料組件振動性能測試的試驗元件，包括頂部夾持柵格、測量目標柵格、底部夾持柵格、模擬燃料棒和剛桿，頂部夾持柵格、測量目標柵格和底部夾持柵格自上而下依次同軸固定在剛桿上，模擬燃料棒套設(shè)在各個柵格的柵元中，柵元的組合形式采用實際正方形柵元陣列最中央的n×n個柵元的組合形式，n×n個柵元包括至少一個用于固定剛桿且位于最中央位置處的柵元，模擬燃料棒與實際燃料棒的線密度相同。

進一步地，n值等于5。

進一步地，測量目標柵格的數(shù)量至少為1個，測量目標柵格的間距與實際柵格的間距一致。

進一步地，頂部夾持柵格和底部夾持柵格可移動地固定在剛桿上。

進一步地，柵元的尺寸、結(jié)構(gòu)與實際柵元相同。

進一步地，剛桿和各個柵格通過機械連接或焊接固定。

進一步地，剛桿包括控制棒導向管/通量測量管。

進一步地，各個柵格間設(shè)置有攪混翼片。

進一步地，模擬燃料棒的材質(zhì)包括透明材料。

本發(fā)明還公開一種使用如權(quán)利要求1的試驗元件的實驗方法，包括如下步驟：

步驟一，將試驗元件安裝在透明流道中，調(diào)節(jié)頂部夾持柵格和底部夾持柵格與各自最接近的測量目標柵格的間距，并使得設(shè)置在中間的測量目標柵格的上下游流場流動情況與真實燃料組件相同；

步驟二，采用激光測振儀將激光穿過透明流道，聚焦在被測結(jié)構(gòu)表面，從而測量燃料棒或外側(cè)條帶的振動；

當需測量內(nèi)測條帶的振動，選用透明材料制作的模擬燃料棒。

本發(fā)明具有如下有益效果：

1、本發(fā)明給出一種能夠表征定位柵格振動性能的小比例試驗件，通過采用小比例的試驗元件來預(yù)估定位柵格的流致振動性能是比較經(jīng)濟的方式。

附圖說明

圖1本發(fā)明的含5個小比例柵格的用于壓水堆燃料組件振動性能測試的試驗元件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是典型的不帶攪混翼片的15x15定位柵格的小比例試驗件截取方法示意圖；

圖3是典型的帶攪混翼片的17x17定位柵格的小比例試驗件截取方法示意圖。圖中，頂部夾持柵格1、測量目標柵格2、底部夾持柵格3、模擬燃料棒4、控制棒導向管柵元5、燃料棒柵元6、截取的小比例試驗件7。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖并參照數(shù)據(jù)進一步詳細描述本發(fā)明。應(yīng)理解，實施方式只是為了舉例說明本發(fā)明，而非以任何方式限制發(fā)明的范圍。

如圖1所示，一種用于壓水堆燃料組件振動性能測試的試驗元件，包括頂部夾持柵格、測量目標柵格、底部夾持柵格、模擬燃料棒和剛桿，頂部夾持柵格、測量目標柵格和底部夾持柵格自上而下依次同軸固定在剛桿上，模擬燃料棒套設(shè)在各個柵格的柵元中，各個柵格的柵元的組合形式采用實際正方形柵元陣列最中央的n×n個柵元的組合形式，n×n個柵元包括至少一個用于固定剛桿軸向位置的柵元。其中冷卻劑流動方向的上游為上，冷卻劑流動方向的下游為下。其中頂部夾持柵格和底部夾持柵格可移動地固定在剛桿上，頂部夾持柵格和底部夾持柵格在提供夾持的同時，通過調(diào)節(jié)間距可以模擬實際上下游流場，測量目標柵格中各個柵格的間距與實際燃料組件中柵格間距相同。模擬燃料棒通過配重的模擬芯塊保持與真實燃料棒相同的線密度，其材質(zhì)可以是透明材料，內(nèi)部可以配置加速度及偏于振動的測量。各個柵元的尺寸、結(jié)構(gòu)與實際柵元相同。

測量目標柵格的數(shù)量至少為1個，測量目標柵格的間距與實際柵格的間距一致，在一個實施例中測量目標柵格的數(shù)量為3個。

如圖2和3所示，實際使用的定位柵格通常包括由若干細長的帶材組成正多邊形柵元陣列，常見的包括15×15、16×16、17×17等正方形柵元陣列，六角形柵元陣列等。陣列中的柵元通常包括兩類，燃料棒柵元和控制棒導向管/通量測量管柵元，燃料棒柵元通過彈性變形帶來的夾持力對燃料棒進行定位，控制棒導向管/通量測量管柵元則通過機械連接或焊接與通量測量管固定。由于控制棒導向管/通量測量管柵元的固定連接能相對最大限度的抑制振動，因此定位柵格的條帶最容易發(fā)生異常振動的位置應(yīng)在相距柵元數(shù)最多的兩個控制棒導向管/通量測量管柵元之間。鑒于該情況，所以本發(fā)明截取方法為截取最中央的n×n個柵元，此處代表高頻流致振動最為劇烈的部分。

另外，目前的壓水堆燃料元件定位柵格設(shè)計通常會在流動方向上布置干擾流動的攪混翼片以改變柵格下游的冷卻劑流動(如圖3所示)，使燃料棒冷卻更加充分。因此在試驗件設(shè)計時，還需考慮上述攪混翼片的布置，鑒于該情況，本發(fā)明在柵格中設(shè)置有攪混翼片并和實際布置相同，因此既能夠體現(xiàn)定位柵格攪混翼片的布置特點，又確保小比例試驗件的柵格承受的沖刷力保持平衡，避免因此產(chǎn)生額外的振動影響測量的效果。

本發(fā)明的柵元的組合截取整個正方形柵元陣列最中央的n×n個柵元的組合形式，小比例柵格中應(yīng)包含至少1個控制棒導向管/通量測量管柵元用于固定軸向位置，n由除中心用于固定軸向位置的控制棒導向管/通量測量管柵元外，相鄰的控制棒導向管/通量測量管柵元間的柵元數(shù)確定。

如圖2和圖3所示，本發(fā)明提供了兩種典型的定位柵格的用于開展定位柵格和燃料棒流致振動性能的試驗元件的小比例柵格截取方法。可以看到無論是不帶攪混翼片的15×15定位柵格(圖2)，還是帶攪混翼片的17×17定位柵格(圖3)，都由控制棒導向管柵元5和燃料棒柵元6組成，能截取出的只含一個控制棒導向管柵元的柵元最大的、對稱的小比例柵格7如圖所示，都為中心的5×5柵格。該柵格能代表從整個柵格中截取的高頻流致振動最為劇烈的部分。

本發(fā)明還公開一種實驗方法，包括如下步驟

步驟一，將試驗元件安裝在透明流道中，調(diào)節(jié)頂部夾持柵格和底部夾持柵格與各自最接近的測量目標柵格的間距，并使得設(shè)置在中間的測量目標柵格的上下游流場流動情況與真實燃料組件相同。

步驟二，采用激光測振儀將激光穿過透明流道，聚焦在被測結(jié)構(gòu)表面，可以測量燃料棒或外側(cè)條帶的振動。

如果想測量內(nèi)側(cè)條帶的振動，則模擬燃料棒需要采用透明材料制作。

以上詳細描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應(yīng)當理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。