《压水堆核电厂燃料组件格架力学性能试验方法 第4部分：动态压塌强度试验》（征求意见稿）

ICS

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T/CNEA

团体标准

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压水堆核电厂燃料组件格架动态压塌强度

试验方法

TestMethodforDynamicCrushStrengthofFuelAssemblySpacerGridin

PressurizedWaterRactors

（工作组讨论稿）

XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

中国核能行业协会发布

中国核能行业协会（ChinaNuclearEnergyAssociation，CNEA）是经国务院同意、民政

部批准设立的全国性非营利社会团体，成立于2007年4月18日。协会的中心任务是做好政

府与会员单位之间、会员单位之间、国内与国际之间的沟通与交流，维护全行业和会员的合

法权益，向政府建言献策，为企业排忧解难，努力发挥桥梁和纽带作用。制定中国核能行业

协会团体标准（以下简称：核协团标），以满足我国核能行业标准化发展市场需求为导向，

为核能行业和相关社会事业提供行业领先的标准化服务，是中国核能行业协会的工作内容之

一。中国境内的团体和个人，均可提出制、修订核协团标的建议并参与有关工作。

核协团标按《中国标准化协会标准管理办法》进行制定和管理。

核协团标草案经向社会公开征求意见，并得到参加审定会议的3/4以上的专家、成员的

投票赞同，方可作为核协团标予以发布。

在本标准实施过程中，如发现需要修改或补充之处，请将意见和有关资料寄给中国核能

行业协会，以便修订时参考。

本标准版权为中国核能行业协会所有。除了用于国家法律或事先得到中国

核能行业协会文字上的许可外，不许以任何形式复制该标准。

中国核能行业协会地址：北京市海淀区西三环北路72号世纪经贸大厦B

座层。

28

固话真/p>

网址：电子信箱：

cnea_standard@

I

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前言

本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。

本标准起草单位：上海核工程研究设计院有限公司、上海交通大学

本标准起草人：孙靖雅、卢俊强、林卓英、徐时吟、郑轶雄、朱丽兵

考虑到本标准中的某些条款可能涉及专利，中国核能行业协会不负责对任何该类专利的鉴别。

本标准为首次发布。

III

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压水堆核电厂燃料组件格架动态压塌强度试验方法

1范围

本标准规定了采用摆锤式试验机开展压水堆核电燃料组件定位格架动态压塌强度试验的方法。

本标准适用于压水堆核电厂燃料组件格架动态压塌强度的确定，其它方形截面燃料组件格架动态压

塌强度的确定可参照本标准执行。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

NB/T20057.3压水堆核电厂反应堆系统设计堆芯第3部分：燃料组件

NB/T20566压水堆燃料组件及相关组件抗震设计规范

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1压塌强度CrushStrength

当结构所受载荷达到某一值时，若增加一微小的增量，则结构的平衡位形将发生很大的改变，这种

情况叫做结构失稳或压塌，相应的载荷成为压塌强度。

4试验目的

采用试验方法获得反应堆运行温度下格架动态压塌强度。试验中的加载速度需要与分析预测的地震

和失水事故下燃料组件格架之间的碰撞速度相当。根据试验测得的格架载荷-变形特性确定格架的压塌

强度，并对格架的失效模式进行评估。

5试验件要求

所有格架试验件均应为满足设计要求并代表实际制造工艺水平的正式产品。用于插入格架试验件的

包壳管段和导向管段应满足图纸和技术条件要求。包壳管段的长度应保证其插入格架栅元后能够被有效

夹持，导向管段的长度应大于格架高度。

6试验装置要求

6.1装置概述

1

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摆锤式格架动态压塌强度试验装置原理图见图1。该装置主要由带有反力柱的基座、加热炉、摆锤、

测量系统、辅助安装夹具等组成。基座与刚性地面连接，同时为其他系统提供支撑。基座上的反力柱可

以为安装格架的碰撞板提供刚性支撑。碰撞板与反力柱之间还安装有测力传感器，用于测量格架受到的

碰撞力。加热炉主要用于将格架试验件加热至反应堆运行温度。摆锤主要用于模拟临近燃料组件对格架

的冲击。试验时，将摆锤提升一定角度后释放使其摆动并撞击格架，逐步增加初始角度试验直至格架发

生垮塌。

图1格架动态压塌强度试验装置原理图

6.2试验装置刚度要求

试验装置在安装格架的碰撞板位置应具有足够的支撑刚度，以避免试验装置的振动特性对测量结果

产生影响。

6.3加热炉性能要求

加热炉应能在要求的时间内，将格架加热至设定的反应堆运行温度。同时，加热炉内的温度分布应

均匀。

6.4摆锤要求

摆锤的质量应与燃料组件一个格架跨段的质量相同。摆臂长度应使得摆锤与格架之间的碰撞速度与

分析预测的地震和失水事故下燃料组件格架之间的碰撞速度相当。摆锤上用于与格架发生碰撞的面，应

与安装格架的碰撞面应保持平行。

6.5测量系统要求

试验装置上的传感器、数据采集系统应满足测量精度要求，在格架产品试验时应经过标定。

6.6辅助工装要求

2

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用于固定格架的碰撞板，可以根据格架与堆芯围筒之间的接触形式进行专门设计，以模拟格架与围

筒的碰撞情况。

7试验条要求

7.1试验温度

试验时应将格架加热至反应堆运行温度。

7.2试验工况

应根据格架与堆芯围筒之间的接触特点，确定格架的试验工况，如围筒能够对格架外条带面全部支

撑的标准支撑工况，以及不能实现格架外条带面全部支撑的圆角支撑工况。每种工况中的试验件应有一

定的数量，建议每种工况下开展10个格架试验件试验。

7.3格架安装要求

每种工况中应开展相同数量的格架A面碰撞和B面碰撞试验。根据格架上方向角的位置，定义格架的

碰撞面，如位于图2中A位置时则定义格架为A面碰撞，当位于B位置时则定义为格架B面碰撞。

图2格架安装方向与温度传感器布置图

7.4温度传感器布置

至少在格架的5个位置安装温度传感器，可参考的点见图2所示。

7.5试验步骤

格架动态刚度试验的一般步骤如下：

(a)对格架进行编号，并识别格架的Y角。

(b)根据需要在格架中插入包壳管段，保证包壳管段端面基本位于同一水平面上，且两端露出格架

的长度基本相等。

3

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(c)用卡具将插满包壳管段的格架试验件安装到试验装置的碰撞板上，然后在格架套管位置插入导

向管段。安装时需要区分格架的正反和Y角的方位。方位角（Y角）定义见错误!未找到引用源。所示。

(d)按照错误!未找到引用源。所示的位置1~5布置热电偶，并安装好加热炉。

(e)调整摆锤质量至指定重量，将摆锤杆的初始摆角即碰撞角度调整至4°。

(f)关闭炉门，启动电炉进行加热。当格架的温度升高到指定温度，打开炉门并释放摆锤，角度传

感器、测力传感器和加速度计连续记录直到碰撞过程结束，随后立刻关闭炉门。

(g)将摆锤杆的碰撞角度增加1°，重复步(7)，直到碰撞载荷峰值显著降低。

(h)将格架从加热炉内取出后，拔下包壳管段，拍照记录格架失效模式。

(i)重复以上步骤开展其他格架的动态刚度试验。

8试验数据处理

8.1压塌强度确定

根据不同落锤角度下的最大被动碰撞力，绘制格架的碰撞载荷-碰撞角度曲线，取曲线上的碰撞载

荷最大值作为该格架试验件的动态压塌强度。根据相同工况下所有格架试验件的动态压塌强度，采用统

计方法确定该工况下格架95%置信水平的平均动态压塌强度。该平均压塌强度即为该型号格架产品的压

塌强度，可用作相应抗震分析工况的限值。

8.2动态刚度计算方法

可采用碰撞时间法计算格架动态刚度。假定碰撞载荷遵循正弦曲线，则有如下关系式：

K

wf==2

M

其中，f——频率，等于1/T；

T——周期（等于碰撞时间的2倍）；

w——角频率；

K——格架动态刚度；

M——摆锤质量。

则根据碰撞时间方法得到格架动态刚度如下：

2M

K=42

T

9试验报告

试验报告至少包含如下内容：

a)本标准号；

b)试验件编号；

c)包壳管段和导向管段形状及尺寸；

d)试验装置相关参数：摆锤质量、碰撞板形状及尺寸；

e)试验时间及温度；

f)各角度下格架碰撞载荷、摆锤加速度等测量数据；

4

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g)格架试验件失效模式；

h)的格架动态压塌强度、动态刚度等结论数据。

A

_________________________________

5

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目次

前言...............................................................................III

1范围...............................................................................1

2规范性引用文件.....................................................................1

3术语和定义.........................................................................1

4试验目的...........................................................................1

5试验件要求.........................................................................1

6试验装置要求.......................................................................1

7试验要求...........................................................................3

8试验数据处理.......................................................................4

II

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压水堆核电厂燃料组件格架动态压塌强度试验方法

1范围

本标准规定了采用摆锤式试验机开展压水堆核电燃料组件定位格架动态压塌强度试验的方法。

本标准适用于压水堆核电厂燃料组件格架动态压塌强度的确定，其它方形截面燃料组件格架动态压

塌强度的确定可参照本标准执行。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

NB/T20057.3压水堆核电厂反应堆系统设计堆芯第3部分：燃料组件

NB/T20566压水堆燃料组件及相关组件抗震设计规范

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1压塌强度CrushStrength

当结构所受载荷达到某一值时，若增加一微小的增量，则结构的平衡位形将发生很大的改变，这种

情况叫做结构失稳或压塌，相应的载荷成为压塌强度。

4试验目的

采用试验方法获得反应堆运行温度下格架动态压塌强度。试验中的加载速度需要与分析预测的地震

和失水事故下燃料组件格架之间的碰撞速度相当。根据试验测得的格架载荷-变形特性确定格架的压塌

强度，并对格架的失效模式进行评估。

5试验件要求

所有格架试验件均应为满足设计要求并代表实际制造工艺水平的正式产品。用于插入格架试验件的

包壳管段和导向管段应满足图纸和技术条件要求。包壳管段的长度应保证其插入格架栅元后能够被有效

夹持，导向管段的长度应大于格架高度。

6试验装置要求

6.1装置概述