1.本发明涉及核试验设备技术领域，尤其是涉及一种动水中足尺燃料组件动态特性试验装置及方法。
背景技术：2.地震作用下，核电站的安全性是核工业领域乃至全社会关注的一个重要问题。燃料组件是核电站反应堆堆芯的关键部件，其抗震安全性尤为重要。采用物理试验方法模拟实际堆芯条件，获得燃料组件的动态特性参数，可为堆芯中燃料组件地震反应分析模型参数的合理确定及燃料组件的抗震安全裕度评估提供重要的参考依据。
3.目前，压水反应堆(pwr)是核电站中应用数量最多、容量最大的堆型。压水反应堆一般采用低富集度的uo2陶瓷燃料，以轻水作为中子慢化剂和冷却剂，高温、高压、高流速的水体将核燃料的裂变能输送到蒸汽发生器并产生蒸汽，带动汽轮机转动发电或作为动力装置产生驱动力。以某典型压水堆(pwr)堆芯结构为例，177组燃料组件以平均间隙约2mm紧密排列，每根燃料组件由燃料骨架及以17
×
17正方形规则排列的264根燃料棒组成，燃料骨架主要由24根导向管、1根仪表管与11层格架(8层定位格架和3层跨间搅混格架)焊接而成，24根导向管与上管座、下管座固定连接。燃料组件定位格架将燃料棒夹持，使其保持相互间的横向间隙及与上、下管座间的轴向间隙，导向管用于容纳控制棒及堆芯相关组件棒的插入。仪表管位于组件中心，用于容纳堆芯测量仪表的插入。反应堆堆芯中，轴向水流(流速约5m/s，压力约15兆帕，雷洛数re 约5
×
105)在主冷却剂回路中循环流过燃料组件，传递燃料棒内部产生的热量，冷却堆芯燃料组件。地震时，应确保控制棒在燃料组件中的可插入性，保证反应堆能安全停堆；同时，还需要保证燃料组件可冷却的几何形状，并具有足够的冷却液通道，以便排出余热。
4.为了研究燃料组件的抗震安全性，需要分析这些紧密排列的燃料组件之间及燃料组件与堆芯围筒间的碰撞、冲击效应，评估燃料组件的弯曲、变形情况；同时，高温、高压、高流速的轴向水流与燃料组件之间会发生复杂的相互作用，影响燃料组件的动态特性及地震响应。
5.目前，足尺燃料组件的动态特性及地震响应分析和试验多基于常温、常压、静水或空气条件下开展，工程师、设计人员对于高速轴向水流与燃料组件结构在地震作用下的耦合机理尚未完全理解。为了有效设计和维护反应堆堆芯，确保地震时压水堆(pwr)控制棒能自由掉落冷却堆芯，需设计有效的振动台试验装置和方法，模拟实际堆芯高速轴向水流在燃料组件中的运动，研究动水中足尺燃料组件的动态特性，依据试验结果改进和检验现有的计算模型、计算参数和分析方法。
6.本技术人发现现有技术至少存在以下技术问题：现有的试验装置不能获得燃料组件在动水条件下的动态特性。
技术实现要素：7.本发明的目的在于提供一种动水中足尺燃料组件动态特性试验装置及方法，以解决现有技术中存在的试验装置不能获得燃料组件在动水条件下的动态特性的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
8.为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
9.本发明提供的动水中足尺燃料组件动态特性试验装置，包括振动平台、装置本体、动水循环回路及测量机构，所述装置本体设置在振动平台上，其中：
10.所述装置本体从底部到顶部依次包括进水段、试验段及回水段，所述试验段包括堆芯下板、整体套筒及堆芯上板，燃料组件设置在所述整体套筒内，所述堆芯下板固定在所述进水段上，所述整体套筒连接在所述堆芯下板与所述堆芯上板之间，所述回水段设置在所述堆芯上板上方，所述进水段和所述回水段分别与所述动水循环回路连通，所述动水循环回路用以向所述装置本体提供轴向水流；
11.所述整体套筒由两组x侧围板和两组y侧围板围合而成，所述x侧围板沿加振方向设置，在所述x侧围板两端部设置有与所述y侧围板尺寸相适配的定位槽，在所述定位槽与所述y侧围板之间设置有隔板，通过设置不同厚度的隔板能够调节加振方向上燃料组件与所述整体套筒之间的间隙；
12.在所述堆芯上板上方设置有预紧支架，在所述堆芯上板上设置有预留槽，所述预留槽和所述预紧支架均对应于燃料组件顶部的板弹簧位置，所述预紧支架包括支架上板、支架下板及设置在所述支架上板与所述支架下板之间的第一力传感器，所述支架上板通过调节螺栓连接在所述堆芯上板上，所述调节螺栓能够使所述支架下板穿过所述预留槽顶紧在燃料组件顶部的板弹簧上，以提供预紧力；
13.所述测量机构包括电磁流量计、加速度传感器、压差传感器、压力传感器、及第二力传感器。
14.作为本发明的进一步改进，所述装置本体还包括钢支撑结构，所述钢支撑结构包括斜撑、横梁、加强槽钢及支撑板，所述支撑板焊接在所述整体套筒上，所述斜撑通过所述横梁与所述支撑板连接，所述加强槽钢连接在所述横梁与所述斜撑之间。
15.作为本发明的进一步改进，所述动水循环管路包括储水罐、离心泵及管道，所述进水段与所述回水段均通过所述管道与所述储水罐连接，所述离心泵设置在所述储水罐与所述进水段之间，所述离心泵用以将储水罐内的水经所述进水段泵送至所述试验段内，再经所述回水段回流至所述储水罐。
16.作为本发明的进一步改进，所述进水段包括封底、支撑块、底部转接板、进水口底板、梯形过渡板、喇叭型接管及l型接管，所述封底固定在所述振动平台上，所述底部转接板通过所述支撑块固定在所述封底内壁上，所述梯形过渡板的底部与所述底部转接板连接，所述梯形过渡板的顶部、所述进水口底板、所述堆芯下板及所述整体套筒通过螺栓固定连接，所述喇叭型接管与所述进水口底板固定连接，所述l型接管连接在所述喇叭型接管底端。
17.作为本发明的进一步改进，在所述堆芯上板和所述堆芯下板上设置有定位销钉孔，燃料组件的上管座与下管座上均设置有销钉管孔，所述定位销钉孔与所述销钉管孔相互对应。
18.作为本发明的进一步改进，所述电磁流量计设置在所述整体套筒的顶端和底端、所述加速度传感器设置在燃料组件的上管座、下管座上及燃料组件的各个定位格架上，所述压差传感器设置在整体套筒的中下部和中上部侧壁上，所述压力传感器设置在整体套筒的顶端和底端，所述第二力传感器设置在燃料组件下管座的四个支腿底部。
19.一种动水中足尺燃料组件动态特性试验方法，采用上所述的动水中足尺燃料组件动态特性试验装置，其步骤如下：
20.步骤1、选择待测试燃料组件，确定燃料组件与整体套筒之间的间隙，选择合适的隔板，以安装整体套筒；
21.步骤2、将整体套筒、堆芯下板及进水段固定连接，然后将燃料组件固定至整体套筒中，再将堆芯上板固定在整体套筒上；
22.步骤3、安装预紧支架至堆芯上板上，以对燃料组件顶部的板弹簧施加预紧力；
23.步骤4、安装回水段，并将进水段和回水段分别与动水循环回路连接；
24.步骤5、安装钢支撑结构；
25.步骤6、动水循环回路开启以提供轴向水流，启动振动平台，对装置本体施加不同幅值的白噪声和正弦扫频波，通过测量机构测量燃料组件的动态特性。
26.作为本发明的进一步改进，步骤1中，先将隔板安装在y侧围板与定位槽之间，然后通过螺栓将两组x侧围板和两组y侧围板锚固连接。
27.作为本发明的进一步改进，步骤2中，先将整体套筒、堆芯下板、进水口底板及梯形过渡板锚固连接，然后将燃料组件吊入至整体套筒内，燃料组件的底部与堆芯下板连接，燃料组件的顶部与堆芯上板连接，最后将整体套筒与堆芯上板连接。
28.作为本发明的进一步改进，步骤3中，支架下板穿过堆芯上板上的预留槽压紧在燃料组件顶部的板弹簧上，通过调节螺栓使支架下板对燃料组件板弹簧施加预紧力。
29.本发明的有益效果是：本发明提供的动水中足尺燃料组件动态特性试验装置，包括振动平台、装置本体、动水循环回路及测量机构，装置本体设置在振动平台上，振动平台能够通过地震模拟对装置本体施加不同幅值的白噪声和正弦扫频波，装置本体包括进水段、整体套筒及回水段，所述进水段和所述回水段分别与所述动水循环回路连通，动水循环回路用于向装置本体内输送轴向水流，测量机构用于测量燃料组件在动水环境下受到不同激励作用时的动态特性；
30.整体套筒由两组x侧围板和两组y侧围板围合而成，并且能够通过增加隔板以调节加振方向上燃料组件与所述整体套筒之间的间隙，以满足燃料组件与围板沿加振方向不同间隙的试验要求；
31.为了监测燃料组件在不同流速轴向水流作用下的受力情况，在堆芯上板顶面设计了板弹簧预紧支架，用于对燃料组件板弹簧施加预静载，并监测燃料组件在轴向流体作用下板弹簧受力的变化情况；
32.通过动水循环回路向试验段内供水，使试验段充满水，关闭动水循环回路，即可开展静水条件下燃料组件的动态特性试验；采用本发明提供的动水中足尺燃料组件动态特性试验装置，能够实现静水条件、动水条件以及在动水条件或静水条件下燃料组件与整体套筒之间的不同间隙下的试验要求。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1是本发明试验装置的立体图；
35.图2是本发明实验装置的结构示意图；
36.图3是本发明装置本体的结构示意图；
37.图4是本发明整体套筒的剖视图(一)；
38.图5是本发明整体套筒的剖视图(二)；
39.图6是本发明预紧支架的结构示意图；
40.图7是本发明燃料组件的结构示意图；
41.图8是本发明燃料组件f-f剖视图；
42.图9是本发明燃料组件g-g剖视图；
43.图10本发明试验装置原理图。
44.图中1、振动平台；2、装置本体；3、动水循环回路；4、测量机构；5、燃料组件；21、进水段；22、试验段；23、回水段；24、预紧支架；25、钢支撑结构；211、封底；212、支撑块；213、底部转接板；214、进水口底板；215、梯形过渡板；216、喇叭型接管；217、l型接管；218、竖向支撑；221、堆芯下板；222、整体套筒；223、堆芯上板；224、x侧围板；225、y侧围板；226、定位槽；227、隔板；241、支架上板；242、支架下板；243、第一力传感器； 244、调节螺栓；251、斜撑；252、横梁；253、加强槽钢；254、支撑板；31、储水罐；32、离心泵；33、管道；41、电磁流量计；42、加速度传感器；43、压差传感器；44、压力传感器；45、第二力传感器；51、下管座；52、上管座； 53、燃料棒；54、定位格架；55、板弹簧。
具体实施方式
45.下面可以参照附图图1～图10以及文字内容理解本发明的内容以及本发明与现有技术之间的区别点。下文通过附图以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。需要说明的是：本实施例中的任何技术特征、任何技术方案均是多种可选的技术特征或可选的技术方案中的一种或几种，为了描述简洁的需要本文件中无法穷举本发明的所有可替代的技术特征以及可替代的技术方案，也不便于每个技术特征的实施方式均强调其为可选的多种实施方式之一，所以本领域技术人员应该知晓：可以将本发明提供的任一技术手段进行替换或将本发明提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到新的技术方案。本实施例内的任何技术特征以及任何技术方案均不限制本发明的保护范围，本发明的保护范围应该包括本领域技术人员不付出创造性劳动所能想到的任何替代技术方案以及本领域技术人员将本发明提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到的新的技术方案。
46.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，
″
多个
″
的含义是两个或两个以上；术语
″
上
″
、
″
下
″
、
″
左
″
、
″
右
″
、
″
内
″
、
″
外
″
、
″
前端
″
、
″
后端
″
、
″
头部
″
、
″
尾部
″
等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而
不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语
″
第一
″
、
″
第二
″
、
″
第三
″
等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
47.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语
″
安装
″
、
″
相连
″
、
″
连接
″
应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
48.本发明提供了一种能够在动水条件下试验的动态特性的动水中足尺燃料组件动态特性试验装置。
49.下面结合图1～图10对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。
50.本发明提供了一种动水中足尺燃料组件动态特性试验装置，包括振动平台、装置本体、动水循环回路及测量机构，所述装置本体设置在振动平台上，其中：
51.所述装置本体从底部到顶部依次包括进水段、试验段及回水段，所述试验段包括堆芯下板、整体套筒及堆芯上板，燃料组件设置在所述整体套筒内，所述堆芯下板固定在所述进水段上，所述整体套筒连接在所述堆芯下板与所述堆芯上板之间，所述回水段设置在所述堆芯上板上方，所述进水段和所述回水段分别与所述动水循环回路连通，所述动水循环回路用以向所述装置本体提供轴向水流；
52.所述整体套筒由两组x侧围板和两组y侧围板围合而成，所述x侧围板沿加振方向设置，在所述x侧围板两端部设置有与所述y侧围板尺寸相适配的定位槽，在所述定位槽与所述y侧围板之间设置有隔板，通过设置不同厚度的隔板能够调节加振方向上燃料组件与所述整体套筒之间的间隙；
53.在所述堆芯上板上方设置有预紧支架，在所述堆芯上板上设置有预留槽，所述预留槽和所述预紧支架均对应于燃料组件顶部的板弹簧位置，所述预紧支架包括支架上板、支架下板及设置在所述支架上板与所述支架下板之间的第一力传感器，所述支架上板通过调节螺栓连接在所述堆芯上板上，所述调节螺栓能够使所述支架下板穿过所述预留槽顶紧在燃料组件顶部的板弹簧上，以提供预紧力；
54.所述测量机构包括电磁流量计、加速度传感器、压差传感器、压力传感器、及第二力传感器。
55.本发明提供的动水中足尺燃料组件动态特性试验装置，包括振动平台、装置本体、动水循环回路及测量机构，装置本体设置在振动平台上，振动平台能够通过地震模拟对装置本体施加不同幅值的白噪声和正弦扫频波，装置本体包括进水段、整体套筒及回水段，所述进水段和所述回水段分别与所述动水循环回路连通，动水循环回路用于向装置本体内输送轴向水流，测量机构用于测量燃料组件在动水环境下受到不同激励作用时的动态特性；
56.整体套筒由两组x侧围板和两组y侧围板围合而成，并且能够通过增加隔板以调节加振方向上燃料组件与所述整体套筒之间的间隙，以满足燃料组件与围板沿加振方向不同间隙的试验要求；
57.为了监测燃料组件在不同流速轴向水流作用下的受力情况，在堆芯上板顶面设计了板弹簧预紧支架，用于对燃料组件板弹簧施加预静载，并监测燃料组件在轴向流体作用下板弹簧受力的变化情况；
58.通过动水循环回路向试验段内供水，使试验段充满水，关闭动水循环回路，即可开展静水条件下燃料组件的动态特性试验；采用本发明提供的动水中足尺燃料组件动态特性试验装置，能够实现静水条件、动水条件以及在动水条件或静水条件下燃料组件与整体套筒之间的不同间隙下的试验要求。
59.作为本发明的进一步改进，所述装置本体还包括钢支撑结构，所述钢支撑结构包括斜撑、横梁、加强槽钢及支撑板，所述支撑板焊接在所述整体套筒上，所述斜撑通过所述横梁与所述支撑板连接，所述加强槽钢连接在所述横梁与所述斜撑之间。
60.所述钢支撑结构用以提高装置本体的整体刚度，斜撑通过横梁与支撑板连接，围合在整体套筒四周，斜撑通过螺栓锚固在振动平台上，以满足振动平台上开展燃料组件动态特性试验的要求。
61.作为本发明的进一步改进，所述动水循环管路包括储水罐、离心泵及管道，所述进水段与所述回水段均通过所述管道与所述储水罐连接，所述离心泵设置在所述储水罐与所述进水段之间，所述离心泵用以将储水罐内的水经所述进水段泵送至所述试验段内，再经所述回水段回流至所述储水罐。
62.离心泵为一台立式管道泵，由变频电机控制，可连续调节管道流量；管道采用高压水管加工，在回路的不同部位分别采用高压软管、高压硬管、弯管段及法兰连接。在动水循环回路中设置调节阀、球阀等，用于启闭动水循环通道。利用动水管道竖向支架对回水管道进行竖向支撑。
63.作为本发明的进一步改进，所述进水段包括封底、支撑块、底部转接板、进水口底板、梯形过渡板、喇叭型接管及l型接管，所述封底固定在所述振动平台上，所述底部转接板通过所述支撑块固定在所述封底内壁上，所述梯形过渡板的底部与所述底部转接板连接，所述梯形过渡板的顶部、所述进水口底板、所述堆芯下板及所述整体套筒通过螺栓固定连接，所述喇叭型接管与所述进水口底板固定连接，所述l型接管连接在所述喇叭型接管底端。
64.进水段作为试验段的竖向承重结构，在封底焊接的l型接管与动水循环回路连接，将水流水平导入进水段内，通过l型接管和喇叭形接管，转为轴向水流。所述梯形过渡板的顶部、所述进水口底板、所述堆芯下板及所述整体套筒通过螺栓固定连接，确保进水段与试验段连接强度。
65.通过喇叭型接管连接进水口底板，进水口底板上预留四个进水孔，孔径和位置模拟实际堆芯，保证水流由四个进水孔均匀注入试验段的整体套筒内。此外，封底还作为整体套筒及燃料组件(含水)的竖向承重结构，沿封底外圈底部圆周均匀焊接六个加劲板，对封底进行局部加强。
66.作为本发明的进一步改进，在所述堆芯上板和所述堆芯下板上设置有定位销钉孔，燃料组件的上管座与下管座上均设置有销钉管孔，所述定位销钉孔与所述销钉管孔相互对应。
67.吊装燃料组件时，堆芯下板的定位销钉孔内安装下销钉，燃料组件垂直吊入，下销钉插入燃料组件下管座销钉管孔中，完成燃料组件与堆芯下板的定位；堆芯上板的定位销钉孔中安装上销钉，堆芯上板垂直压在燃料组件上方，上销钉插入燃料组件上管座的销钉管孔中，然后将整体套筒与堆芯上板锚固，完成燃料组件的安装。
68.作为本发明的进一步改进，所述电磁流量计设置在所述整体套筒的顶端和底端、所述加速度传感器设置在燃料组件的上管座、下管座上及燃料组件的各个定位格架上，所述压差传感器设置在整体套筒的中下部和中上部侧壁上，所述压力传感器设置在整体套筒的顶端和底端，所述第二力传感器设置在燃料组件下管座的四个支腿底部。
69.在整体套筒中上部、中下部侧壁安装毕托管并配套压差传感器，可对试验段的流体速度进行监测；在整体套筒的底部和顶部侧壁安装压力传感器，可对燃料组件的水头损失进行监测；同时，在燃料组件上、下管座布置加速度传感器，在与各层格架相应高度的导向管内埋设加速度传感器，测量燃料组件的运动加速度，用于不同间隙、不同动水流速条件下燃料组件动态特性的分析。所述第二力传感器用于监测轴向流体作用下燃料组件对堆芯下板作用力的变化情况。
70.一种动水中足尺燃料组件动态特性试验方法，采用上所述的动水中足尺燃料组件动态特性试验装置，其步骤如下：
71.步骤1、选择待测试燃料组件，确定燃料组件与整体套筒之间的间隙，选择合适的隔板，以安装整体套筒；
72.步骤2、将整体套筒、堆芯下板及进水段固定连接，然后将燃料组件固定至整体套筒中，再将堆芯上板固定在整体套筒上；
73.步骤3、安装预紧支架至堆芯上板上，以对燃料组件顶部的板弹簧施加预紧力；
74.步骤4、安装回水段，并将进水段和回水段分别与动水循环回路连接；
75.步骤5、安装钢支撑结构；
76.步骤6、动水循环回路开启以提供轴向水流，启动振动平台，对装置本体施加不同幅值的白噪声和正弦扫频波，通过测量机构测量燃料组件的动态特性。
77.作为本发明的进一步改进，步骤1中，先将隔板安装在y侧围板与定位槽之间，然后通过螺栓将两组x侧围板和两组y侧围板锚固连接。
78.作为本发明的进一步改进，步骤2中，先将整体套筒、堆芯下板、进水口底板及梯形过渡板锚固连接，然后将燃料组件吊入至整体套筒内，燃料组件的底部与堆芯下板连接，燃料组件的顶部与堆芯上板连接，最后将整体套筒与堆芯上板连接。
79.作为本发明的进一步改进，步骤3中，支架下板穿过堆芯上板上的预留槽压紧在燃料组件顶部的板弹簧上，通过调节螺栓使支架下板对燃料组件板弹簧施加预紧力。
80.实施例1:
81.本发明提供的一种动水中足尺燃料组件动态特性试验装置，包括振动平台1、装置本体2、动水循环回路3及测量机构4，所述装置本体2设置在振动平台1上；
82.所述装置本体2从底部到顶部依次包括进水段21、试验段22及回水段23，所述动水循环回路3包括储水罐31、离心泵32及管道33，所述进水段21与所述回水段23均通过所述管道33与所述储水罐31连接，所述离心泵32设置在所述储水罐31与所述进水段21之间，所述离心泵32用以将储水罐31内的水经所述进水段21泵送至试验段22内，用以向所述试验段22内提供轴向水流，而后经所述回水段23回流至所述储水罐31。
83.具体地，离心泵32为一台立式管道泵，由变频电机控制，可连续调节管道 33流量；管道33采用高压水管加工，在回路的不同部位分别采用高压软管、高压硬管、弯管段及法兰连接。在动水循环回路3中设置调节阀、球阀等，用于启闭动水循环通道。动水管道竖向支架
用于对回水管道进行竖向支撑。
84.所述试验段22包括堆芯下板221、整体套筒222及堆芯上板223，所述整体套筒222连接在所述堆芯下板221与所述堆芯上板223之间，燃料组件5设置在所述整体套筒222内；所述整体套筒222由两组x侧围板224和两组y侧围板225围合而成，所述x侧围板224沿加振方向设置，在所述x侧围板两端部设置有与所述y侧围板225尺寸相适配的定位槽226，在所述定位槽226与所述y侧围板225之间设置有隔板227，通过设置不同厚度的隔板227能够调节加振方向上燃料组件5与所述整体套筒222之间的间隙。
85.具体地，燃料组件5包括下管座51、上管座52、燃料棒53、定位格架54 及板弹簧55，燃料棒53固定在下管座51和上管座52之间，并通过定位格架 54夹持，板弹簧55设置在下管座51上。
86.所述进水段21包括封底211、支撑块212、底部转接板213、进水口底板214、梯形过渡板215、喇叭型接管216及l型接管217，所述封底211固定在所述振动平台1上，所述底部转接板213通过所述支撑块212固定在所述封底 211内壁上，所述梯形过渡板215的底部与所述底部转接板213连接，所述梯形过渡板215的顶部、所述进水口底板214、所述堆芯下板221及所述整体套筒222通过螺栓固定连接，所述喇叭型接管216与所述进水口底板214固定连接，所述l型接管217连接在所述喇叭型接管216底端。另外，在l型接管217 底部还设置有竖向支撑218，竖向支撑218固定在封底211底部，以支撑l型接管217。
87.在所述堆芯上板223和所述堆芯下板221上设置有定位销钉孔，燃料组件 5的下管座51与上管座52上均设置有销钉管孔，所述定位销钉孔与所述销钉管孔相互对应。吊装燃料组件5时，堆芯下板221的定位销钉孔内安装下销钉，燃料组件5垂直吊入，下销钉插入燃料组件5上管座52销钉管孔中，完成燃料组件5与堆芯下板221的定位；堆芯上板223的定位销钉孔中安装上销钉，堆芯上板223垂直压在燃料组件5上方，上销钉插入燃料组件5下管座51的销钉管孔中，然后将整体套筒222与堆芯上板223锚固，完成燃料组件5的安装。
88.在所述堆芯上板223上设置有预紧支架24，在所述堆芯上板223上设置有预留槽，所述预留槽和所述预紧支架24均对应于燃料组件5顶部的板弹簧55 位置，所述预紧支架24包括支架上板241、支架下板242及设置在所述支架上板241与所述支架下板242之间的第一力传感器243，所述支架上板241通过调节螺栓244连接在所述堆芯上板223上，所述调节螺栓244能够使所述支架下板242穿过所述预留槽顶紧在燃料组件5顶部的板弹簧55上，以提供预紧力。
89.进一步地，在支架下板242设计四个竖向压块，其平面位置与燃料组件5 下管座51板弹簧55的平面位置相对应；在支架上板241和支架下板242间安装两个第一力传感器243并锚固；将预紧支架24安装在堆芯上板223，支架下板242的竖向压块正好穿过堆芯上板223上的预留槽与板弹簧55接触；调节螺栓244对预紧支架24整体施加向下的荷载，实现对燃料组件5板弹簧55的预紧，预紧力由第一力传感器243拾取；当预紧力达到指定载荷时，停止加载，并通过调节螺栓244将预紧支架24固定在堆芯上板223。此外，在燃料组件5 上管座52四个支腿底部布置四个第二力传感器45，监测轴向流体作用下燃料组件5对堆芯下板221作用力的变化情况。
90.所述装置本体2还包括钢支撑结构25，所述钢支撑结构25用以提高装置本体2的整体刚度，所述钢支撑结构25包括斜撑251、横梁252、加强槽钢253 及支撑板254，所述支撑板
254焊接在所述整体套筒222上，所述斜撑251通过所述横梁252与所述支撑板254连接，所述加强槽钢253连接在所述横梁252 与所述斜撑251之间。
91.所述测量机构4包括电磁流量计41、加速度传感器42、压差传感器43、压力传感器44、及第二力传感器45，所述电磁流量计41设置在所述整体套筒 222的顶端和底端、在燃料组件5的下管座51和上管座52上所述加速度传感器42，且在各层定位格架54上均设置有加速度传感器42，所述压差传感器43 设置在整体套筒222的中下部和中上部侧壁上，所述压力传感器44设置在整体套筒222的顶端和底端，所述第二力传感器45设置在燃料组件5上管座52的四个支腿底部。
92.一种动水中足尺燃料组件动态特性试验方法，采用如上所述的动水中足尺燃料组件动态特性试验装置，其步骤如下：
93.步骤1、选择待测试燃料组件5，确定燃料组件5与整体套筒222之间的间隙，选择合适的隔板227，先将隔板227安装在y侧围板225与定位槽226之间，然后通过螺栓将两组x侧围板224和两组y侧围板225锚固连接，以安装整体套筒222；
94.步骤2、先将整体套筒222、堆芯下板221、进水口底板214及梯形过渡板 215锚固连接，然后将燃料组件5吊入至整体套筒222内，堆芯下板221的定位销钉孔内安装下销钉，燃料组件5垂直吊入，下销钉插入燃料组件5上管座 52销钉管孔中，完成燃料组件5与堆芯下板221的定位；堆芯上板223的定位销钉孔中安装上销钉，堆芯上板223垂直压在燃料组件5上方，上销钉插入燃料组件5下管座51的销钉管孔中，将整体套筒222与堆芯上板223锚固；
95.步骤3、安装预紧支架24至堆芯上板223上，以对燃料组件5顶部的板弹簧55施加预紧力；
96.步骤4、安装回水段23，并将进水段21和回水段23分别与动水循环回路 3连接；
97.步骤5、安装钢支撑结构25；
98.步骤6、动水循环回路3开启以提供轴向水流，启动振动平台1，对装置本体2施加不同幅值的白噪声和正弦扫频波，通过测量机构4测量燃料组件5的动态特性。
99.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
技术特征：1.一种动水中足尺燃料组件动态特性试验装置，其特征在于，包括振动平台、装置本体、动水循环回路及测量机构，所述装置本体设置在所述振动平台上，其中：所述装置本体从底部到顶部依次包括进水段、试验段及回水段，所述试验段包括堆芯下板、整体套筒及堆芯上板，燃料组件设置在所述整体套筒内，所述堆芯下板固定在所述进水段上，所述整体套筒连接在所述堆芯下板与所述堆芯上板之间，所述回水段设置在所述堆芯上板上方，所述进水段和所述回水段分别与所述动水循环回路连通，所述动水循环回路用以向所述装置本体提供轴向水流；所述整体套筒由两组x侧围板和两组y侧围板围合而成，所述x侧围板沿加振方向设置，在所述x侧围板两端部设置有与所述y侧围板尺寸相适配的定位槽，在所述定位槽与所述y侧围板之间设置有隔板，通过设置不同厚度的隔板能够调节加振方向上燃料组件与所述整体套筒之间的间隙；所述测量机构包括电磁流量计、加速度传感器、压差传感器、压力传感器、及第二力传感器。2.根据权利要求1所述的动水中足尺燃料组件动态特性试验装置，其特征在于，在所述堆芯上板上方设置有预紧支架，在所述堆芯上板上设置有预留槽，所述预留槽和所述预紧支架均对应于燃料组件顶部的板弹簧位置，所述预紧支架包括支架上板、支架下板及设置在所述支架上板与所述支架下板之间的第一力传感器，所述支架上板通过调节螺栓连接在所述堆芯上板上，所述调节螺栓能够使所述支架下板穿过所述预留槽顶紧在燃料组件顶部的板弹簧上，以提供预紧力。3.根据权利要求2所述的动水中足尺燃料组件动态特性试验装置，其特征在于，所述装置本体还包括钢支撑结构，所述钢支撑结构包括斜撑、横梁、加强槽钢及支撑板，所述支撑板焊接在所述整体套筒上，所述斜撑通过所述横梁与所述支撑板连接，所述加强槽钢连接在所述横梁与所述斜撑之间。4.根据权利要求3所述的动水中足尺燃料组件动态特性试验装置，其特征在于，所述进水段包括封底、支撑块、底部转接板、进水口底板、梯形过渡板、喇叭型接管及l型接管，所述封底固定在所述振动平台上，所述底部转接板通过所述支撑块固定在所述封底内壁上，所述梯形过渡板的底部与所述底部转接板连接，所述梯形过渡板的顶部、所述进水口底板、所述堆芯下板及所述整体套筒通过螺栓固定连接，所述喇叭型接管与所述进水口底板固定连接，所述l型接管连接在所述喇叭型接管底端。5.根据权利要求4所述的动水中足尺燃料组件动态特性试验装置，其特征在于，在所述堆芯上板和所述堆芯下板上设置有定位销钉孔，燃料组件的上管座与下管座上均设置有销钉管孔，所述定位销钉孔与所述销钉管孔相互对应。6.根据权利要求5所述的动水中足尺燃料组件动态特性试验装置，其特征在于，所述动水循环管路包括储水罐、离心泵及管道，所述进水段与所述回水段均通过所述管道与所述储水罐连接，所述离心泵设置在所述储水罐与所述进水段之间，所述离心泵用以将储水罐内的水经所述进水段泵送至所述试验段内，再经所述回水段回流至所述储水罐。7.根据权利要求1所述的动水中足尺燃料组件动态特性试验装置，其特征在于，所述电磁流量计设置在所述整体套筒的顶端和底端、所述加速度传感器设置在燃料组件的上管座、下管座上及燃料组件的各个定位格架上，所述压差传感器设置在整体套筒的中下部和
中上部侧壁上，所述压力传感器设置在整体套筒的顶端和底端，所述第二力传感器设置在燃料组件下管座的四个支腿底部。8.一种动水中足尺燃料组件动态特性试验方法，其特征在于，采用如权利要求5所述的动水中足尺燃料组件动态特性试验装置，其步骤如下：步骤1、选择待测试所述燃料组件，确定所述燃料组件与所述整体套筒之间的间隙，选择合适的隔板，先将所述隔板安装在所述y侧围板与所述定位槽之间，然后通过螺栓将两组所述x侧围板和两组所述y侧围板锚固连接，以安装所述整体套筒；步骤2、先将所述整体套筒、所述堆芯下板、所述进水口底板及所述梯形过渡板锚固连接，所述堆芯下板的定位销钉孔内安装下销钉，然后将所述燃料组件吊入至所述整体套筒内，所述燃料组件垂直吊入，下销钉插入所述燃料组件下管座销钉管孔中，完成所述燃料组件与所述堆芯下板的定位；所述堆芯上板的定位销钉孔中安装上销钉，所述堆芯上板垂直压在所述燃料组件上方，上销钉插入所述燃料组件上管座的销钉管孔中，将所述整体套筒与所述堆芯上板锚固；步骤3、安装所述预紧支架至所述堆芯上板上，以对所述燃料组件顶部的板弹簧施加预紧力；步骤4、安装所述回水段，并将所述进水段和所述回水段分别与所述动水循环回路连接；步骤5、安装所述钢支撑结构；步骤6、所述动水循环回路开启以提供轴向水流，启动所述振动平台，对所述装置本体施加不同幅值的白噪声和正弦扫频波，通过所述测量机构测量所述燃料组件的动态特性。
技术总结本发明提供了一种动水中足尺燃料组件动态特性试验装置及方法，涉及核试验设备技术领域，解决了现有技术中存在的试验装置不能获得燃料组件在动水条件下的动态特性的技术问题。该动水中足尺燃料组件动态特性试验装置包括振动平台、装置本体、动水循环回路及测量机构，装置本体从底部到顶部依次包括进水段、试验段及回水段，试验段包括堆芯下板、整体套筒及堆芯上板，堆芯下板固定在进水段上，整体套筒连接在堆芯下板与堆芯上板之间，回水段设置在堆芯上板上方，进水段和回水段分别与动水循环回路连通，动水循环回路用以向装置本体提供轴向水流。本发明用于提供一种能够在动水条件下试验的动水中足尺燃料组件动态特性试验装置及方法。方法。方法。
技术研发人员：张艳红 胡晓 高建勇 朱洪东 邢国良 吕玮 刘国庆 张立红 王茂华 杨陈 曾迪 曾新翔
受保护的技术使用者：中国水利水电科学研究院
技术研发日：2022.07.15
技术公布日：2022/11/1
