CN104751918B - 一种燃料组件变形测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于核电厂燃料组件形态变形分析、超声波测距领域，具体涉及一种燃料组件变形测量装置及方法。该装置包括燃料组件、上部支撑固定夹板、延长支撑架、探头托盘滑架、乏燃料水池闸门通道和若干个探头；上部支撑固定夹板和延长支撑架整体构成为直角形支撑架，上部支撑固定夹板固定于乏燃料水池闸门通道上部，延长支撑架固定于乏燃料水池闸门通道内侧，探头托盘滑架安装在延长支撑架上，并且可以沿着延长支撑架上下滑动，若干个探头固定于探头托盘滑架上，燃料组件位于两个乏燃料水池闸门通道中间。本发明解决高辐射环境下，通过超声波方法以不接触组件的方式测量燃料组件自身变形情况。

Description

一种燃料组件变形测量装置及方法
技术领域
本发明属于核电厂燃料组件形态变形分析、超声波测距领域，具体涉及一种燃料组件变形测量装置及方法。
背景技术
燃料组件在堆芯中处于高温、高压、强中子辐射、腐蚀、冲刷和水力振动等条件下工作，燃料组件在经过一定的燃耗后，处于不同位置的组件承受中子辐射和相邻棒束的挤压后，整个棒束将会出现不同程度的变形，该变形表现为棒束组件的弯曲和组件的扭曲。棒束组件的弯曲和组件的扭曲将导致装料时无法正常将燃料组件装入燃料栅格中。如果能测量出燃料组件的上下管座的相对位置（偏移与扭曲），利用上管座与下管座的相对位置使下管座***栅格中，控制上管座的准确位置，可将燃料组件顺利***栅格中。
可以通过测量每组燃料组件中的上管座与下管座以及固定格架的相对位置来判断燃料组件中的燃料棒是否出现变形。原则上，一个完好的燃料组件，其上管座与下管座以及格架的相对水平截面上的位置应是重叠的或固定的;若燃料组件发生变形，则其上管座与下管座以及格架的相对水平截面上的位置将不会重叠或出现错位。因此，只要测量上管座与下管座以及格架的水平相对位置即可达到目的。
根据上述的基本检测原理，可采用超声波技术测量上管座与下管座以及格架的侧面相对探头位置平面（基准）的距离，用标定值与测量值进行比较，得出每个探头测试点的偏差。然后根据各探头的偏差值及标定值可分析判断被测组件实际变形量。
目前，尚无此类采用超声波方法对燃料组件变形进行测量的技术设计和应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃料组件变形测量装置及方法，以解决高辐射环境下，通过超声波方法以不接触组件的方式测量燃料组件自身变形情况。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种燃料组件变形测量装置，包括燃料组件、上部支撑固定夹板、延长支撑架、探头托盘滑架、乏燃料水池闸门通道和若干个探头；上部支撑固定夹板和延长支撑架整体构成为直角形支撑架，上部支撑固定夹板固定于乏燃料水池闸门通道上部，延长支撑架固定于乏燃料水池闸门通道内侧，探头托盘滑架安装在延长支撑架上，并且可以沿着延长支撑架上下滑动，若干个探头固定于探头托盘滑架上，燃料组件位于两个乏燃料水池闸门通道中间。
所述燃料组件位于两个乏燃料水池闸门通道中间，距离探头的距离为250—280mm。
所述探头分成10排上下分布在探头托盘滑架上，每排有五个探头安装孔，每排探头安装孔从左到右编号为5、4、3、2、1，每列探头孔从上到下编号为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10。
所述探头在50个探头安装孔上选择16个位置来布置超声波测量探头，探头的选取与排列分布规律如下：第一、第二、第九、第十排的1、3、5安装孔分别安装1个探头；第三、第五、第七、第八排的3安装孔分别安装1个探头；探头分别与燃料组件1的上管座、固定格架、下管座对应。
一种燃料组件变形测量方法，包括如下步骤：
1)将上述燃料组件变形测量装置进行组装：
a)在乏燃料水池闸门通道一侧的岸上固定在上部支撑固定夹板的平台上；
b)组合安装延长支架和探头托盘滑架；
c)在延长支架和探头托盘滑架上安装探头的电缆线；
d)在探头托盘滑架上按检查布置安装探头；
e)使探头托盘滑架的位置与被测燃料组件的位置相对应；
2)将超声***进行调整
a)将多通道自动超声仪器与采集平台远程控制连接；
b)设置超声***基本参数；
c)进行超声仪与探头的连接与调试；
3)进行超声***的标定
a)将假燃料组件（标定组件）置于乏燃料水池闸门通道被测量位置并使假燃料组件暂时处于微量摆动状态；
b)数据采集人员确定假燃料组件状态后，开始使用超声***进行数据采集、保存采集的数据文件，并读取标定初始数据；
4)实施测量
a)将被测燃料组件置于乏燃料水池闸门通道被测量位置并使燃料组件暂时处于微量摆动状态；
b)环吊操作人员调整燃料组件方位，使被测面正对超声波探头；
c)数据采集人员确定被测燃料组件状态后，开始使用超声***进行数据采集；
d)数据采集人员在确定采集到稳定数据后，将对采集数据进行命名保存；
e)数据采集人员在保存完成上次数据采集文件后，将发出命名给环吊操作人员将燃料组件以吊杆为轴逆时针旋转90°并保持燃料组件暂时处于微量摆动状态；
f)数据采集人员重复启动超声测量***等操作，同样地测量燃料组件正对探头的侧面，并保存数据采集文件；
g)数据分析人员对采集的数据文件进行在线或离线分析并完成相应的检验报告工作。
所述步骤2）将超声***进行调整的方法如下：
降低数据采样点平均值和数据压缩值，各测量点的数值应在同一时刻获得，采用高频率的通道触发使各通道测量时间间隔尽量缩短；测量时各超声通道连续采集信号，对所有通道统一进行时间或位置编码，以获取同一时刻的各通道信号，在没有编码器的情况下，直接利用超声仪中的内部时钟触发进行信号编码。
所述步骤g）实现方法如下：
对于每组燃料组件，测量两个相邻的侧面，由超声仪获得数据有2组32个；当采集完一组燃料组件的数据后，在分析时利用软件的分析显示功能同时显示一组纵列探头通道的B-scan和A-scan。读数时，先选定某一时刻（在扫查线上显示的是距离值mm），对同一组纵列的所有探头在这一时刻测量各自的声程值；测量时将反射波区域放大，逐点移动测量标尺线，以反射最高波点为测量点，记录各点的数据；将记录的数据与利用假燃料组件建立的基准进行比较，得出各探头在同一时刻的读数偏移值；此时，选择的测量瞬间燃料组件的被测侧面与探头的参考基准面不平行，此时得出的读数偏移量并非是各个测量点的绝对偏移量；
对于这些读数偏移量数值可进行两种方式的处理有：其一，在参考基准面内直接连接各测量点的读数偏移量得出燃料组件的整体弯曲轮廓；其二，采用上管座与第一个格架测量点的连线作为基准，利用Excel和Autocad软件计算并作图得出下管座和其他格架测量点相对基准的偏移量，以修正测量瞬间燃料组件由于摆动引起被测侧面与探头组不平行的影响，分别得出燃料组件在270°方向和0°方向各测量点的实际偏移量；
另一方面，利用上管座与下管座不同列辅助测量探头的测量结果，可分别得出燃料组件在270°方向和0°方向的扭转角度。
所述探头采用水浸直探头，频率5MHz，晶片尺寸聚焦范围250mm～280mm，由探头参数提供的测量的灵敏度可达0.15mm（λ/2）。
所述超声仪采用Tomoscan-III多通道超声数据采集***（至少有16通道），采样频率不小于50MHz，采样点平均及数据压缩设置为低数值（1），选用内部时钟触发进行信号编码，各通道的检测灵敏度不能使反射信号出现饱和。
本发明所取得的有益效果为：
·所有测量点的数据测量精度可达0.15mm；
·可动态测量燃料组件相邻侧面；
·对每个燃料组件侧面进行测量时，可以在摆动的情况下连续采集数据；
·整个测量过程操作简便快捷，从而缩短燃料组件测量工期；
·测量过程不接触组件，不影响燃料组件的转运；
·测量结果可帮助燃料组件中装料快速***栅格。
附图说明
图1为本发明所述燃料组件变形测量装置结构图；
图2为本发明所述燃料组件变形测量装置检查示意图；
图3为同一纵列测量点的偏移示意图；
图4为上管座相对下管座的偏移及扭转示意图；
图中：1、燃料组件；2、上部支撑固定夹板；3、延长支撑架；4、探头托盘滑架；5、探头；6、乏燃料水池闸门通道。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步描述。
如图1、图2所示，本发明所述燃料组件变形测量装置包括燃料组件1、上部支撑固定夹板2、延长支撑架3、探头托盘滑架4、乏燃料水池闸门通道6和若干个探头5；上部支撑固定夹板2和延长支撑架3整体构成为直角形支撑架，上部支撑固定夹板2固定于乏燃料水池闸门通道6上部，延长支撑架3固定于乏燃料水池闸门通道6内侧，探头托盘滑架4安装在延长支撑架3上，并且可以沿着延长支撑架3上下滑动，若干个探头5固定于探头托盘滑架4上，燃料组件1位于两个乏燃料水池闸门通道6中间，距离探头5的距离为250—280mm；
所述探头5分成10排上下分布在探头托盘滑架4上，每排有五个探头5安装孔，每排探头安装孔从左到右编号为5、4、3、2、1，每列探头孔从上到下编号为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10；
探头5在50个探头安装孔上选择16个位置来布置超声波测量探头（如图2所示）。探头5的选取与排列分布规律如下：第一、第二、第九、第十排的1、3、5安装孔分别安装1个探头5；第三、第五、第七、第八排的3安装孔分别安装1个探头。探头5分别与燃料组件1的上管座、固定格架、下管座对应。探头5具***置如下表所示：
注：位于中间的探头5为主探头，探头位置的最后一位数字表示该排探头的位置，前边两位数字表示探头的排数，以013为例，表示第一排第三个探头。
基于上述燃料组件变形测量装置的测量方法包括如下步骤：
5)将上述燃料组件变形测量装置进行组装：
a)在乏燃料水池闸门通道一侧的岸上固定在上部支撑固定夹板2的平台上；
b)组合安装延长支架3和探头托盘滑架4
c)在延长支架3和探头托盘滑架4上安装探头5的电缆线；
d)在探头托盘滑架4上按检查布置安装探头5；
e)使探头托盘滑架4的位置与被测燃料组件1的位置相对应；
6)将超声***进行调整
a)将多通道自动超声仪器与采集平台远程控制连接；
b)设置超声***基本参数；
c)进行超声仪与探头5的连接与调试；
7)进行超声***的标定
a)将假燃料组件（标定组件）置于乏燃料水池闸门通道6被测量位置并使假燃料组件暂时处于微量摆动状态；
b)数据采集人员确定假燃料组件状态后，开始使用超声***进行数据采集、保存采集的数据文件，并读取标定初始数据；
8)实施测量
a)将被测燃料组件置于乏燃料水池闸门通道6被测量位置并使燃料组件1暂时处于微量摆动状态；
b)环吊操作人员调整燃料组件1方位，使被测面正对超声波探头5；
c)数据采集人员确定被测燃料组件1状态后，开始使用超声***进行数据采集；
d)数据采集人员在确定采集到稳定数据后，将对采集数据进行命名保存；
e)数据采集人员在保存完成上次数据采集文件后，将发出命名给环吊操作人员将燃料组件1以吊杆为轴逆时针旋转90°并保持燃料组件1暂时处于微量摆动状态；
f)数据采集人员重复启动超声测量***等操作，同样地测量燃料组件1正对探头的侧面，并保存数据采集文件；
g)数据分析人员对采集的数据文件进行在线或离线分析并完成相应的检验报告工作。
所述步骤2）将超声***进行调整的方法如下：
数据采样点平均及数据压缩虽然可以使数据量减少，降低仪器载荷，优化显示波型，但采样点的减少会导致最大反射波样点的丢失，降低测量精度，因此应尽量降低数据采样点平均值和数据压缩值。
由于数据采集时燃料组件1是非静止的，为保证各测量点间的可比较性，各测量点的数值应在同一时刻获得。而超声通道是依次触发，采用高频率的通道触发可以使各通道测量时间间隔尽量缩短。另一方面，测量时各超声通道是连续采集信号，为获取同一时刻的各通道信号，对所有通道必须统一进行时间或位置编码，再没有编码器的情况下，可直接利用超声仪中的内部时钟触发进行信号编码。
整个测量方法的关键在于确保测量精度以及由于摆动的原因对测量数据的处理。选取合适的探头参数和超声仪设置参数将是保证测量精度的主要手段。
所述步骤g）实现方法如下：
对于每组燃料组件1，要测量两个相邻的侧面，由超声仪获得数据有2组32个。当采集完一组燃料组件1的数据后，在分析时利用软件的分析显示功能同时显示一组纵列探头通道的B-scan和A-scan。读数时，先选定某一时刻（在扫查线上显示的是距离值mm），对同一组纵列的所有探头在这一时刻测量各自的声程值（如图3所示）。测量时将反射波区域放大，逐点移动测量标尺线，以反射最高波点为测量点。记录各点的数据。将记录的数据与利用假燃料组件建立的基准进行比较，得出各探头5在同一时刻的读数偏移值。此时，选择的测量瞬间燃料组件1的被测侧面与探头5的参考基准面不平行，此时得出的读数偏移量并非是各个测量点的绝对偏移量。
对于这些读数偏移量数值可进行两种方式的处理有。其一，在参考基准面内直接连接各测量点的读数偏移量得出燃料组件1的整体弯曲轮廓。其二，采用上管座与第一个格架测量点的连线作为基准，利用Excel和Autocad软件计算并作图（如图4所示）得出下管座和其他格架测量点相对基准的偏移量，这样，就可以修正测量瞬间燃料组件1由于摆动引起被测侧面与探头组不平行的影响，分别得出燃料组件1在270°方向和0°方向各测量点的实际偏移量。
另一方面，利用上管座与下管座不同列辅助测量探头的测量结果，可分别得出燃料组件1在270°方向和0°方向的扭转角度。由于测量距离较短（仅有160mm），所以得出扭曲角度精度不是很高，但是实际燃料组件1的扭曲角度最大约为5°，用这种方法测量出的扭曲角度已足够满足现场的需求。
（1）探头5的参数
·水浸直探头
·探头频率5MHz
·晶片尺寸
·聚焦范围250mm～280mm
采用水浸直探头，指向性好，采用较高频率，脉冲宽度小，分辨率高，超声波在水中的声速约为1500m/s，由探头参数提供的测量的灵敏度可达0.15mm（λ/2）。
（2）超声仪参数
·Tomoscan-III多通道超声数据采集***（至少有16通道）
·采样频率不小于50MHz
·采样点平均及数据压缩设置为低数值（1）
·通道触发频率高
·选用内部时钟触发进行信号编码
·各通道的检测灵敏度不能使反射信号出现饱和。

Claims (4)

1.一种基于燃料组件变形测量装置的燃料组件变形测量方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
燃料组件变形测量装置包括燃料组件(1)、上部支撑固定夹板(2)、延长支撑架(3)、探头托盘滑架(4)、乏燃料水池闸门通道(6)和若干个探头(5)；上部支撑固定夹板(2)和延长支撑架(3)整体构成为直角形支撑架，上部支撑固定夹板(2)固定于乏燃料水池闸门通道(6)上部，延长支撑架(3)固定于乏燃料水池闸门通道(6)内侧，探头托盘滑架(4)安装在延长支撑架(3)上，并且可以沿着延长支撑架(3)上下滑动，若干个探头(5)固定于探头托盘滑架(4)上，燃料组件(1)位于两个乏燃料水池闸门通道(6)中间；所述燃料组件(1)位于两个乏燃料水池闸门通道(6)中间，距离探头(5)的距离为250—280mm；所述探头(5)分成10排上下分布在探头托盘滑架(4)上，每排有五个探头(5)安装孔，每排探头安装孔从左到右编号为5、4、3、2、1，每列探头安装孔从上到下编号为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10；所述探头(5)在50个探头安装孔上选择16个位置来布置超声波测量探头，探头(5)的选取与排列分布规律如下：第一、第二、第九、第十排的1、3、5安装孔分别安装1个探头(5)；第三、第五、第七、第八排的3号安装孔分别安装1个探头；探头(5)分别与燃料组件(1)的上管座、固定格架、下管座对应；
1)将上述燃料组件变形测量装置进行组装：
a)在乏燃料水池闸门通道一侧的岸上的平台上固定上部支撑固定夹板(2)；
b)组合安装延长支撑架(3)和探头托盘滑架(4)；
c)在延长支撑架(3)和探头托盘滑架(4)上安装探头(5)的电缆线；
d)在探头托盘滑架(4)上按检查布置安装探头(5)；
e)使探头托盘滑架(4)的位置与被测燃料组件(1)的位置相对应；
2)将超声***进行调整
a)将多通道超声仪与采集平台远程控制连接；
b)设置超声***基本参数；
c)进行超声仪与探头(5)的连接与调试；
3)进行超声***的标定
a)将标定组件置于乏燃料水池闸门通道(6)被测量位置并使假燃料组件暂时处于微量摆动状态；
b)数据采集人员确定假燃料组件状态后，开始使用超声***进行数据采集、保存采集的数据文件，并读取标定初始数据；
4)实施测量
a)将被测燃料组件置于乏燃料水池闸门通道(6)被测量位置并使燃料组件(1)暂时处于微量摆动状态；
b)环吊操作人员调整燃料组件(1)方位，使被测面正对超声波探头(5)；
c)数据采集人员确定被测燃料组件(1)状态后，开始使用超声***进行数据采集；
d)数据采集人员在确定采集到稳定数据后，将对采集数据进行命名保存；
e)数据采集人员在保存完成上次数据采集文件后，将发出命名给环吊操作人员将燃料组件(1)以吊杆为轴逆时针旋转90°并保持燃料组件(1)暂时处于微量摆动状态；
f)数据采集人员重复启动超声测量***操作，同样地测量燃料组件(1)正对探头的侧面，并保存数据采集文件；
g)数据分析人员对采集的数据文件进行在线或离线分析并完成相应的检验报告工作。
2.按照权利要求1所述的燃料组件变形测量方法，其特征在于：所述步骤2)子步骤b)将超声***进行调整的方法如下：
降低数据采样点平均值和数据压缩值，各测量点的数值应在同一时刻获得，采用高频率的通道触发使各通道测量时间间隔尽量缩短；测量时各超声通道连续采集信号，对所有通道统一进行时间或位置编码，以获取同一时刻的各通道信号，在没有编码器的情况下，直接利用超声仪中的内部时钟触发进行信号编码。
3.按照权利要求1所述的燃料组件变形测量方法，其特征在于：所述探头(5)采用水浸直探头，频率5MHz，晶片尺寸聚焦范围250mm～280mm，由探头参数提供的测量的灵敏度可达0.15mm。
4.按照权利要求1所述的燃料组件变形测量方法，其特征在于：所述超声仪采用Tomoscan-III多通道超声数据采集***，采样频率不小于50MHz，采样点平均及数据压缩设置为低数值1，选用内部时钟触发进行信号编码，各通道的检测灵敏度不能使反射信号出现饱和。
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