一种用于核燃料起重设备载荷保护制动距离的测量装置技术领域
本发明应用于核电站装卸料机调试及定期试验，具体涉及一种用于核燃料
起重设备载荷保护制动距离的测量装置。
背景技术
压水堆核电站利用核燃料的受控自持链式裂变反应所释放的热量进行发
电，随着裂变反应的持续进行，装载在反应堆堆芯中的燃料组件富集度也逐渐
降低，因此在一定运行周期后，需对堆芯相应位置的燃料组件进行更换。燃料
组件在反应堆中的装载和卸出的更换工作主要利用燃料操作与贮存系统(简称
PMC系统)来完成，装卸料机、人桥吊车是核燃料组件的起重设备，也是PMC
系统的核心设备，其工作的安全可靠性与核安全直接相关。
燃料组件在反应堆堆芯与相邻组件间隙只有1mm，燃料棒包壳厚度仅为
0.8mm，因此燃料组件起升及下降过程中，与相邻组件存在较大挂碰风险。挂碰
会产生载荷变化，触发起重设备的超载或欠载保护系统动作，停止主提升运动，
避免因组件挂碰后继续运动导致燃料组件破损，甚至燃料棒包壳破裂，突破第
一道核安全屏障(也是换料大修期间，唯一一道屏障)。通过对国内燃料破损的
异常事件分析，90％都由于燃料组件提升过程中出现擦碰引起的。
从载荷发生突变，到燃料组件停止运动，期间燃料组件运动的距离称为制
动距离。制动距离由电控系统响应时间，机械制动器性能及状态共同决定。制
动距离的大小直接决定燃料组件挂碰后组件的损坏程度，甚至称为燃料棒包壳
是否破损，发生核泄漏的关键因素。
目前针对核燃料起重设备载荷保护后制动距离尚无直接、精确的测量装置
及方法。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术无法直接、精确地检测核燃料起重设备载荷
保护后制动距离的问题，提供了一种用于核燃料起重设备载荷保护制动距离的
测量装置。
本发明是这样实现的：
一种用于核燃料起重设备载荷保护制动距离的测量装置，其特征在于：它
包括底板、支撑环、基础重量模块、欠载配重补偿模块、超载配重补偿模块、
提升杆、抓取模块、顶板、吊耳、超载配重补偿模块支撑环、欠载配重补偿模
块支撑环和基础重量模块支撑环；
底板为圆形板状结构；支撑架为板状结构，共有3块呈120°均布，下端与
底板焊接连接，支撑架内侧为阶梯形状，可为各支撑环提供安装位置；顶板为
环形板状结构，与支撑架顶端螺栓连接；超载配重补偿模块支撑环、欠载配重
补偿模块支撑环、基础重量模块支撑环均为环形结构，且内、外径依次减小，
由上至下依次放置于支撑架内侧的台阶上，与支撑架采用螺栓连接；基础重量
模块为若干块不锈钢圆饼，且中心开圆形孔，圆孔直径略大于提升杆外径，放
置于基础重量模块支撑环上，其外径略小于欠载配重补偿模块支撑环内径；欠
载配重补偿模块为若干块不锈钢圆饼，且中心开圆形孔，圆孔直径略大于提升
杆外径，放置于欠载配重补偿模块支撑环上，其外径略小于超载配重补偿模块
支撑环内径；超载配重补偿模块为若干块不锈钢圆饼，且中心开圆形孔，圆孔
直径略大于提升杆外径，放置于超载配重补偿模块支撑环上；提升杆为圆杆，
下端连接有板状结构，可带动基础重量模块上升；抓取模块为方形，结构与核
燃料组件上管座完全相同，用于与核燃料起重设备抓具连接，其下端与提升杆
上端螺纹连接；吊耳共有3个，为板状结构，中间开孔，分别焊接在支撑架外
侧上部，用于装置吊装。
如上所述的超载配重补偿模块支撑环上表面加工有深度20mm、宽度100mm
的凹槽，凹槽通过环装结构中心，且贯穿整个支撑环上表面，此凹槽即为超载
制动距离测量位置槽。
如上所述的欠载配重补偿模块支撑环上表面加工有深度20mm、宽度100mm
的凹槽，凹槽通过环装结构中心，且贯穿整个支撑环上表面，此凹槽即为欠载
制动距离测量位置槽。
如上所述的抓取模块、提升杆、基础重量模块载荷相加，为燃料组件欠载
载荷，下降过程中触发核燃料起重设备欠载报警，此时基础重量模块与欠载配
重补偿模块之间的间隙即为欠载制动距离，通过欠载制动距离测量位置槽测出。
如上所述的抓取模块、提升杆、基础重量模块、欠载配重补偿模块载荷相
加，为燃料组件实际载荷，用于核燃料起重设备称重传感器载荷标定。
如上所述的抓取模块、提升杆、基础重量模块、欠载配重补偿模块、超载
配重补偿模块载荷相加，为燃料组件超载载荷，上升过程中触发核燃料起重设
备超载报警，此时超载配重补偿模块与超载配重补偿模块支撑环之间的间隙即
为超载制动距离，通过超载制动距离测量位置槽测出。
本发明的有益效果是：
本发明包括底板、支撑环、基础重量模块、欠载配重补偿模块、超载配重
补偿模块、提升杆、抓取模块、顶板、吊耳、超载配重补偿模块支撑环、欠载
配重补偿模块支撑环和基础重量模块支撑环。本发明测量数据为综合制动距离，
包含电控系统响应时间，以及机械制动器性能、状态等全部因素，真实模拟燃
料组件挂碰后实际制动距离，在核燃料组件起重设备调试及定期试验中，对核
燃料起重设备超载、欠载保护功能触发后，提供了核燃料起重设备载荷保护制
动距离的精确测量的解决方案。
本发明已应用于方家山1#、2#机组装卸料机的现场调试，以及首次装料前
的超载、欠载制动性能检查，效果良好。方家山1#及2#机组首次装料时间49
小时及43小时，先后刷新国内核电机组首次装料的最短用时，两台机组装卸料
机在首次装料过程中，主提升制动性能良好，超载、欠载功能正常。
附图说明
图1是本发明的一种用于核燃料起重设备载荷保护制动距离的测量装置的
结构示意图；
图2是本发明的一种用于核燃料起重设备载荷保护制动距离的测量装置的
超载制动距离测量示意图；
图3是本发明的一种用于核燃料起重设备载荷保护制动距离的测量装置的
欠载制动距离测量示意图。
其中：1.底板，2.支撑架，3.基础重量模块，4.欠载配重补偿模块，5.超载配
重补偿模块，6.提升杆，7.抓取模块，8.顶板，9.吊耳，10.超载配重补偿模块支
撑环，11.欠载配重补偿模块支撑环，12.基础重量模块支撑环，13.超载制动距离
测量位置槽，14.欠载制动距离测量位置槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。
如图1、图2和图3所示，一种用于核燃料起重设备载荷保护制动距离的测
量装置，包括底板1、支撑环2、基础重量模块3、欠载配重补偿模块4、超载
配重补偿模块5、提升杆6、抓取模块7、顶板8、吊耳9、超载配重补偿模块支
撑环10、欠载配重补偿模块支撑环11和基础重量模块支撑环12。
底板1为圆形板状结构；支撑架2为板状结构，共有3块呈120°均布，下
端与底板1焊接连接，支撑架2内侧为阶梯形状，可为各支撑环提供安装位置；
顶板8为环形板状结构，与支撑架2顶端螺栓连接；超载配重补偿模块支撑环
10、欠载配重补偿模块支撑环11、基础重量模块支撑环12均为环形结构，且内、
外径依次减小，由上至下依次放置于支撑架2内侧的台阶上，与支撑架2采用
螺栓连接；基础重量模块3为若干块不锈钢圆饼，且中心开圆形孔，圆孔直径
略大于提升杆6外径，放置于基础重量模块支撑环12上，其外径略小于欠载配
重补偿模块支撑环11内径；欠载配重补偿模块4为若干块不锈钢圆饼，且中心
开圆形孔，圆孔直径略大于提升杆6外径，放置于欠载配重补偿模块支撑环11
上，其外径略小于超载配重补偿模块支撑环10内径；超载配重补偿模块5为若
干块不锈钢圆饼，且中心开圆形孔，圆孔直径略大于提升杆6外径，放置于超
载配重补偿模块支撑环10上；提升杆6为圆杆，下端连接有板状结构，可带动
基础重量模块3上升；抓取模块7为方形，结构与核燃料组件上管座完全相同，
用于与核燃料起重设备抓具连接，其下端与提升杆6上端螺纹连接；吊耳9共
有3个，为板状结构，中间开孔，分别焊接在支撑架2外侧上部，用于装置吊
装。
超载配重补偿模块支撑环10上表面加工有深度20mm、宽度100mm的凹槽，
凹槽通过环装结构中心，且贯穿整个支撑环上表面，此凹槽即为超载制动距离
测量位置槽13；
欠载配重补偿模块支撑环11上表面加工有深度20mm、宽度100mm的凹槽，
凹槽通过环装结构中心，且贯穿整个支撑环上表面，此凹槽即为欠载制动距离
测量位置槽14；
其中，抓取模块7、提升杆6、基础重量模块3载荷相加，为燃料组件欠载
载荷，下降过程中可触发核燃料起重设备欠载报警，此时基础重量模块3与欠
载配重补偿模块4之间的间隙即为欠载制动距离，可通过欠载制动距离测量位
置槽14测出；
抓取模块7、提升杆6、基础重量模块3、欠载配重补偿模块4载荷相加，
为燃料组件实际载荷，可用于核燃料起重设备称重传感器载荷标定；
抓取模块7、提升杆6、基础重量模块3、欠载配重补偿模块4、超载配重
补偿模块5载荷相加，为燃料组件超载载荷，上升过程中可触发核燃料起重设
备超载报警，此时超载配重补偿模块5与超载配重补偿模块支撑环10之间的间
隙即为超载制动距离，可通过超载制动距离测量位置槽13测出。
本发明的具体工作过程如下：
1.装置通过吊耳9放置于确定坐标。
2.燃料起重设备对该装置进行精确定位并下降抓具与抓取模块7连接。
3.起升抓具，通过提升杆6带动基础重量模块3上升。此时起重设备处于
欠载状态，但提升过程中，不会触发欠载报警。
4.继续起升抓具，基础重量模块3穿过欠载配重补偿模块支撑环11，并带
起欠载配重补偿模块4，此时附加在抓具上的载荷等于燃料组件载荷。
5.继续起升抓具，基础重量模块3、欠载配重补偿模块4依次穿过超载配
重补偿模块支撑环10，并带起超载配重补偿模块5，此时起重设备处于超载状
态，触发超载报警，提升动作终止。
6.在超载制动距离测量位置槽13，使用塞尺，测量超载配重补偿模块5与
超载配重补偿模块支撑环10之间的间隙。测量过程中，要在对称位置取两个测
量点，并计算平均值，即为超载制动距离。
7.下降抓具，超载配重补偿模块5重新放置于超载配重补偿模块支撑环10，
此时附加在抓具上的载荷等于燃料组件载荷。
8.继续下降抓具，当欠载配重补偿模块4与欠载配重补偿模块支撑环11接
触后，起重设备处于欠载状态，触发欠载报警，下降动作终止。
9.在欠载制动距离测量位置槽14，使用塞尺，穿过欠载配重补偿模块支撑
环上表面的凹槽，测量基础重量模块3与欠载配重补偿模块4之间的间隙。测
量过程中，要在对称位置取两个测量点，并计算平均值，即为欠载制动距离。