(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210741212.X (22)申请日 2022.06.27 (71)申请人 中国科学院力学研究所 地址 100190 北京市海淀区北四环西路15 号 (72)发明人 刘俊　刘小明　 (74)专利代理 机构 北京和信华成知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11390 专利代理师 胡剑辉 (51)Int.Cl. G21C 17/12(2006.01) G21C 17/00(2006.01) G01M 7/02(2006.01) G01M 7/08(2006.01) G01N 3/02(2006.01)G01N 3/04(2006.01) G01N 3/06(2006.01) G01N 3/303(2006.01) (54)发明名称 一种反应堆控制棒偏心落棒实验装置及模 拟方法 (57)摘要 本发明提供了一种反应堆控制棒偏心落棒 实验装置及模拟方法,该实验装置包括支撑架、 调平板、 导向管、 气浮轴承、 控制棒、 装夹机构、 气 路单元和测量单元； 调平板水平布置,内支撑架 竖直固定于调平板上部； 导向管竖直安装于调平 板顶面； 气浮轴承安装于导向管上部； 控制棒竖 直安装于气浮轴承上部； 装夹机构设在支撑架顶 部； 气路单元和测量单元位于支撑架外侧且通过 供气管路与气浮轴承连接。 本发 明可研究反应堆 控制棒落棒过程、 落棒时间和孔隙水压力、 流场、 水动力特性及落棒冲击力， 采用气浮轴承实现精 确定位， 尤其适用于对控制棒偏心落棒的模拟， 以及柔性结构下落的流固耦合等问题的研究， 有 利于偏心落棒过程及机理的分析， 结果可以为工 程师设计和安装控制棒驱动机构等提供科学依 据。 权利要求书2页 说明书7页 附图7页 CN 115132386 A 2022.09.30 CN 115132386 A 1.一种反应堆控制棒偏心落棒实验装置,其特征在于:所述实验装置包括支撑架、 调平 板、 导向管、 气浮轴承、 控制棒、 装夹 机构、 气路单 元和测量单元； 所述调平板水平布置,所述内支撑架匹配竖直固定安装于所述调平板的上部； 所述导 向管匹配竖直安装于所述调平板的顶面； 所述气浮轴承匹配安装于所述导向管 的上部； 所 述控制棒匹配竖直安装于所述气浮轴承的上部； 所述装夹机构匹配设置在所述支撑架的顶 部； 所述气路单元和所述测量单元位于所述支撑架外侧且通过供气管路与所述气浮轴承连 接； 所述测量单元包括测量终端以及与所述测量终端通过数据线连接的高速移动式跟踪 摄像测量仪、 拉绳位移传感器、 冲击力传感器、 孔隙水压力传感器和粒子图像速度测量仪； 所述高速移动式跟踪摄像测量仪架设在所述 实验装置外侧； 所述拉绳位移传感器匹配安装 在所述支撑架的顶部； 所述冲击力 传感器和孔隙水压力传感器匹配安装在所述导向管的底 端； 所述粒子图像速度测量仪架设在所述实验 装置外侧。 2.如权利要求1所述的反应堆控制棒偏心落棒实验装置,其特征在于:所述气浮轴承位 于所述支撑架的中段内侧， 其包括气浮轴套安装座、 气浮轴套、 气浮轴套固定板和气浮轴套 安装法兰； 所述气浮轴套安装座的下部安装有所述气浮轴套安装法兰并通过所述气浮轴套安装 法兰固定安装于所述导向管的顶部； 所述气浮轴套安装座的上下两端内侧均匹配安装有 所 述气浮轴套具； 所述气浮轴套固定板水平安装于所述气浮轴套安装座的上部且两端与所述 支撑架固定连接 。 3.如权利要求2所述的反应堆控制棒偏心落棒实验装置,其特征在于:所述气浮轴 套安 装座的下部还设有 进气口和排水口。 4.如权利要求2所述的反应堆控制棒偏心落棒实验装置,其特征在于:所述气路单元包 括气泵和所述供气管路； 所述气泵通过 所述供气管路与所述气浮轴套连接 。 5.如权利要求2所述的反应堆控制棒偏心落棒实验装置,其特征在于： 所述控制棒位于 所述支撑架的上端内侧， 其包括控制棒主体和夹紧吊环； 所述控制棒主体的下端穿过所述 气浮轴套固定板后插入所述气浮轴套内侧， 所述控制棒主体的上端向所述支撑架的顶端 上 方伸出且伸出端匹配安装有所述夹紧吊环； 所述控制棒主体可在所述气浮轴套内上下移 动。 6.如权利要求1所述的反应堆控制棒偏心落棒实验装置,其特征在于： 所述调平板包括 成水平布置的第一调平板和匹配水平固定安装于所述第一调平板顶面中央的第二调平板； 所述第二调平板沿圆周边缘区域还匹配竖直开设有调平板螺纹孔， 通过在所述调平板螺纹 孔内拧入螺杆， 可实现所述第二调平板的水平度调节。 7.如权利要求1所述的反应堆控制棒偏心落棒实验装置,其特征在于： 所述导向管位于 所述支撑架内侧且包括导向管主体、 匹配水平固定于所述导向管主体底端的位置调整板和 匹配水平固定于所述导向管主体顶端的固定板； 所述位置调整板固定安装在所述第二调平 板的顶面， 所述位置调整板的相对两侧区域匹配对称开设有成竖直方向贯通的滑槽； 所述 位置调整板通过 所述滑槽可 前后滑动调节其在所述第二调平板上的横向位置 。 8.如权利要求1所述的反应堆控制棒偏心落棒实验装置,其特征在于： 所述装夹机构包 括安装板、 移动导轨、 滑块、 装夹板、 伺服电机和位置感应开关； 所述安装板匹配固定安装于权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115132386 A 2所述支撑架的顶部； 所述移动导轨匹配固定于所述安装板的顶面； 所述滑块匹配滑动安装 于所述移动导轨上； 所述装夹板匹配固定在所述滑块上； 所述伺服电机匹配安装于所述移 动导轨一端， 其动力输出端通过丝杠螺母副与所述滑块匹配连接； 所述位置感应开关匹配 安装于所述移动导轨上。 9.一种反应堆控制棒偏心落棒模拟方法， 基于上述权利要求1至8任意一项所述的反应 堆控制棒偏心落 棒实验装置， 其特 征在于， 所述模拟方法主 要包括以下步骤： (1)调节实验装置的调 平板水平， 调节使得实验装置的导向管、 气浮轴承和控制棒保持 竖直； (2)向实验装置的控制棒施加一个以上已知的确定位移值， 并记录实验装置的测量单 元的拉绳位移传感器相应的电压值， 再根据位移 值与电压值确定拉绳位移传感器的标定系 数； (3)标定实验 装置的高速移动式跟踪摄 像测量仪； (4)调节实验装置的导向管的水平位置， 使得实验装置的导向管与实验装置的控制棒 之间的距离达到实验预定偏心率， 提升实验装置的控制棒到预定高度后通过实验装置的装 夹机构夹紧； (5)向实验装置的导向管内加实验流体至达到预定高度， 松开实验装置的装夹机构释 放实验装置的控制棒使其竖直下落， 同步测量 实验装置的控制棒下落过程、 孔隙水压力、 控 制棒触底冲击力和流场结构； (6)对于地震工况， 将实验装置安装在振动 台上， 调节振动 台的振动参数， 重复前述步 骤(4)和步骤(5)进行地震工况的模拟。 10.如权利要求9所述的反应堆控制棒偏心落棒模拟方法， 其特征在于， 所述步骤(2)中 根据位移值与电压值确定拉绳位移传感器的标定系 数， 具体是指： 对位移值与电压值进行 拟合， 以得到拉绳位移传感器的标定系数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115132386 A 3