CN111781059A - 一种适用于应力静态加载的蠕变辐照装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于应力静态加载的蠕变辐照装置，该装置包括上壳体、下壳体、置于上壳体内的螺纹式动力传动机构和位移杆、置于下壳体内的测力部件、可移动样品架I、可移动样品架II及固定样品架；本发明适用于应力静态加载的蠕变辐照装置，无需连接管道至研究堆外，避免了研究堆内冷却水对管道的冲击而影响整个装置稳定性。利用本发明的应力静态加载蠕变辐照装置，在实现试验样品应力、温度、中子等试验环境同时加载的同时，装置结构紧凑，无需引出管线至反应堆外，提高了试验可靠性与安全性。
Description
技术领域
本发明属于核电材料，具体涉及一种适用于应力静态加载的蠕变辐照装置。
背景技术
核电材料技术始终是支撑核电发展的最关键技术之一，同时材料问题也是制约核电技术飞速发展的瓶颈之一。燃料包壳作为包容放射性物质的第一道屏障，是保持燃料元件结构完整性、防止放射性物质泄露的关键部件。燃料包壳在核电站反应堆内服役期间，需要长期承受高温、应力及强辐射场的耦合作用，其长度随时间而改变，即“蠕变”。蠕变不仅导致包壳材料变形，还有损伤、断裂效应，可能致使燃料元件包壳无法在服役期间达到预期设计功能，甚至引发放射性物质泄漏。随着我国核电自主化工作的深入，燃料元件在高温、应力辐照环境下的蠕变效应亟需深入研究，开展该项工作，首先要解决高温、应力及中子的多种试验环境加载技术问题。
目前较为常用的做法是试验环境独立加载技术，即先在研究堆外构建高温、应力的辐照环境，考核燃料包壳材料样品，达到预定时间后，将包壳样品放入研究堆中子场内，达到预定辐照剂量后取出，即完成试验。然而，该类试验环境独立加载技术无法还原样品的真实服役环境，目前还不能有效地说明试验结果与燃料包壳服役期间蠕变行为的等效性。
另外，本领域还通过多重试验环境同步加载技术进行蠕变研究，主要是将一种具有在线气压调节功能的蠕变辐照装置放入研究堆内，通过调节气体压力获取目标应力，通过上述措施达到样品多重试验环境同步加载。而现有的该类仪表化气压调节的多重试验环境原位加载装置需连接数根管道至研究堆外，这对试验装置在研究堆内的安装提出了额外的要求，增加了技术难度，同时也不适合部分研究堆。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种适用于应力静态加载的蠕变辐照装置。
一种适用于应力静态加载的蠕变辐照装置，其特征在于，所述的装置包括上壳体、下壳体、置于上壳体内的螺纹式动力传动机构和位移杆、置于下壳体内的测力部件、可移动样品架I、可移动样品架II及固定样品架；其中，所述的上壳体、下壳体之间密封连接；所述的螺纹式动力传动机构与位移杆通过变向连接器相连，所述的位移杆穿过下壳体顶部的密封盘、通过测力部件与可移动样品架I相连，所述的可移动样品架I通过连杆组与可移动样品架II连接；所述的固定样品架位于可移动样品架I和可移动样品架II之间，且固定连接于下壳体；其中所述的密封盘通过密封螺母连接至下壳体；所述的位移杆上套设有密封金属波纹管，密封金属波纹管一端与位移杆连接，另外一端连接在密封盘上。
进一步，所述的螺纹式动力传动机构包括传动杆、可拆卸地设置于传动杆上的手柄、填充于上壳体上部的密封填料及填料压盖，其中，填料压盖旋接于上壳体的顶端，所述的传动杆穿过填料压盖、连接至变向连接器。
进一步，所述的传动杆设有传送螺纹，所述的传送螺纹为梯形螺纹。
进一步，所述的密封填料为柔性石墨填料。
进一步，所述的变向连接器包括钢珠、销钉及止回档，其中止回档的外表面与螺纹式动力传动机构的传动杆相连接，内表面通过销钉与位移杆相连。
进一步，所述的位移杆包括一体化设计的连接头、弹簧压盖和弹簧内杆。
进一步，所述的测力部件包括压缩弹簧、弹簧套筒、压力传送片及压力测量元件，其中，所述的弹簧套筒固定于可移动样品架I上端面，其内表面与弹簧压盖的外周面紧密接触，所述的压力测量元件、压力传送片及压缩弹簧依次放置于弹簧套筒内，其中，所述的压缩弹簧与弹簧压盖的下端面相接触，压力测量元件与可移动样品架I的上端面相接触。
进一步，所述的下壳体的上端面设有防水密封连接器，所述的防水密封连接器穿过下壳体，二者钎焊密封；防水密封连接器通过耐高温导线与压力测量元件电连接。
进一步，所述的连杆组包括周向均匀分布的多个连杆、平衡调节螺母，各连杆穿过可移动样品架I、可移动样品架II。
进一步，所述的密封金属波纹管竖直周向通过焊接环密封焊接于位移杆，密封金属波纹管与密封盘之间设有密封垫片，所述的密封垫片同时位于上壳体与下壳体之间。
本发明有益效果：
(1)本发明通过设计密封金属波纹管、密封盘和密封螺母，使得下壳体内的气体不会泄露至密封金属波纹管外。同时，本发明可调整下壳体内径及下壳体内的密封气体种类，即实现了下壳体保温效果的调节，从而使测试样品温度符合辐照要求。
(2)本发明适用于应力静态加载的蠕变辐照装置，无需连接管道至研究堆外，避免了研究堆内冷却水对管道的冲击而影响整个装置稳定性。
(3)利用本发明的应力静态加载蠕变辐照装置，在实现试验样品应力、温度、中子等试验环境同时加载的同时，装置结构紧凑，无需引出管线至反应堆外，提高了试验可靠性与安全性。
附图说明
图1为本发明的应力静态加载蠕变辐照装置示意图；
图中，1.上壳体 2.螺纹式动力传动机构 3.位移杆 4.变向连接器 5.下壳体 6.密封盘 7.测力部件 8.可移动样品架I 9.连杆组 10.可移动样品架II 11.固定样品架 12.密封金属波纹管 13.手柄 14.传动杆 15.传送螺纹 16.密封填料 17.填料压盖 18.钢珠19.销钉 20.止回档 21.连接头 22.弹簧压盖 23.弹簧内杆 24.压缩弹簧 25.弹簧套筒26.压力传送片 27.压力测量元件 28.防水密封连接器 29.平衡调节螺母 30.焊接环 31.密封垫片。
具体实施方式
如图1所示，本发明适用于应力静态加载的蠕变辐照装置包括上壳体1、下壳体5、置于上壳体1内的螺纹式动力传动机构2和位移杆3、置于下壳体5内的测力部件7、可移动样品架I 8、可移动样品架II 10及固定样品架11；其中，所述的上壳体1、下壳体5之间通过螺纹帽密封连接或焊接密封连接。所述的螺纹式动力传动机构2与位移杆3通过变向连接器4相连，所述的位移杆3穿过下壳体5顶部的密封盘6、通过测力部件7与可移动样品架I 8相连，所述的可移动样品架I 8通过连杆组9与可移动样品架II 10连接；所述的固定样品架11位于可移动样品架I 8和可移动样品架II 10之间，且固定连接于下壳体5；其中所述的密封盘6通过密封螺母连接至下壳体；所述的位移杆3上套设有密封金属波纹管12，密封金属波纹管12一端与位移杆3连接，另外一端连接在密封盘6上。所述的密封金属波纹管12用于密封下壳体5中的保温气体。其中，测试样品利用销钉一端固定在固定样品架11上，另外一端固定在可移动样品架II 10上；可移动样品架II 10外径与下壳体5内径紧密配合。
将本发明的蠕变辐照装置置于研究堆中，通过预先确定的下壳体内腔尺寸及其内的气体成分，可使测试样品保持在目标温度状态。本发明通过同步加载应力、中子且模拟高温等试验环境，该装置结构简单，广泛适用于各种堆型。
进一步，所述的螺纹式动力传动机构2包括传动杆14、可拆卸地设置于传动杆14上的手柄13、填充于上壳体上部的密封填料16及填料压盖17，其中，填料压盖17旋接于上壳体1的顶端，所述的传动杆14穿过填料压盖17、连接至变向连接器4，本发明在辐照前，在研究堆外，调节螺纹式动力传动机构2中手柄13的旋转角度通过变向连接器4下压位移杆3，位移杆3带动可移动样品架I 8、II 10移动，对测试样品施加拉伸应力，从而获取目标应力，获得目标应力后，将本发明辐照装置放入堆内。
进一步，所述的传动杆14设有传送螺纹15，所述的传送螺纹15为梯形螺纹，以实现动力传送。
进一步，所述的密封填料16用以防水，如，可为柔性石墨填料。
进一步，所述的变向连接器包括钢珠18、销钉19及止回档20，其中止回档20的外表面与螺纹式动力传动机构的传动杆14相连接，内表面通过销钉19与位移杆3相连。所述的销钉19为2个。
进一步，所述的位移杆包括一体化设计的连接头21、弹簧压盖22和弹簧内杆23。
进一步，所述的测力部件包括压缩弹簧24、弹簧套筒25、压力传送片26及压力测量元件27，其中，所述的弹簧套筒25固定于可移动样品架I 8上端面，其内表面与弹簧压盖22的外周面紧密接触，所述的压力测量元件27、压力传送片26及压缩弹簧24依次放置于弹簧套筒25内，其中，所述的压缩弹簧24与弹簧压盖22的下端面相接触，压力测量元件27与可移动样品架I 8的上端面相接触。本发明通过压缩弹簧24，将施加于螺纹式动力传动机构的压力传送至压力传送片26，从而传递至可移动样品架I 8，最终经过连杆组9及可移动样品架II 10、将压力传递至测试样品。
进一步，所述的下壳体5的上端面设有防水密封连接器28。所述的防水密封连接器28穿过下壳体5，二者钎焊密封；防水密封连接器28通过耐高温导线与压力测量元件27电连接。
进一步，所述的连杆组9包括周向均匀分布的多个连杆、平衡调节螺母29；其中连杆组9穿过可移动样品架I 8、可移动样品架II 10。本发明通过平衡调节螺母29调节可移动样品架I 8、可移动样品架II 10距离，保持二者相对平行。所述的可移动样品架II 10可设计为圆环式。
进一步，所述的密封金属波纹管12竖直周向通过焊接环30密封焊接于位移杆3，密封金属波纹管12与密封盘6之间设有密封垫片31，所述的密封垫片31同时位于上壳体、下壳体之间。
Claims (10)
1.一种适用于应力静态加载的蠕变辐照装置，其特征在于，所述的装置包括上壳体(1)、下壳体(5)、置于上壳体(1)内的螺纹式动力传动机构(2)和位移杆(3)、置于下壳体(5)内的测力部件(7)、可移动样品架I(8)、可移动样品架II(10)及固定样品架(11)；其中，所述的上壳体(1)、下壳体(5)之间密封连接；所述的螺纹式动力传动机构(2)与位移杆(3)通过变向连接器(4)相连，所述的位移杆(3)穿过下壳体(5)顶部的密封盘(6)、通过测力部件(7)与可移动样品架I(8)相连，所述的可移动样品架I(8)通过连杆组(9)与可移动样品架II(10)连接；所述的固定样品架(11)位于可移动样品架I(8)和可移动样品架II(10)之间，且固定连接于下壳体(5)；其中所述的密封盘(6)通过密封螺母连接至下壳体；所述的位移杆(3)上套设有密封金属波纹管(12)，密封金属波纹管(12)一端与位移杆(3)连接，另外一端连接在密封盘(6)上。
2.根据权利要求1所述的适用于应力静态加载的蠕变辐照装置，其特征在于，所述的螺纹式动力传动机构(2)包括传动杆(14)、可拆卸地设置于传动杆(14)上的手柄(13)、填充于上壳体上部的密封填料(16)及填料压盖(17)，其中，填料压盖(17)旋接于上壳体(1)的顶端，所述的传动杆(14)穿过填料压盖(17)、连接至变向连接器(4)。
3.根据权利要求1所述的适用于应力静态加载的蠕变辐照装置，其特征在于，所述的传动杆(14)设有传送螺纹(15)，所述的传送螺纹(15)为梯形螺纹。
4.根据权利要求1所述的适用于应力静态加载的蠕变辐照装置，其特征在于，所述的密封填料(16)为柔性石墨填料。
5.根据权利要求1所述的适用于应力静态加载的蠕变辐照装置，其特征在于，所述的变向连接器(4)包括钢珠(18)、销钉(19)及止回档(20)，其中止回档(20)的外表面与螺纹式动力传动机构的传动杆(14)相连接，内表面通过销钉(19)与位移杆(3)相连。
6.根据权利要求1所述的适用于应力静态加载的蠕变辐照装置，其特征在于，所述的位移杆(3)包括一体化设计的连接头(21)、弹簧压盖(22)和弹簧内杆(23)。
7.根据权利要求1所述的适用于应力静态加载的蠕变辐照装置，其特征在于，所述的测力部件(7)包括压缩弹簧(24)、弹簧套筒(25)、压力传送片(26)及压力测量元件(27)，其中，所述的弹簧套筒(25)固定于可移动样品架I(8)上端面，其内表面与弹簧压盖(22)的外周面紧密接触，所述的压力测量元件(27)、压力传送片(26)及压缩弹簧(24)依次放置于弹簧套筒(25)内，其中，所述的压缩弹簧(24)与弹簧压盖(22)的下端面相接触，压力测量元件(27)与可移动样品架I(8)的上端面相接触。
8.根据权利要求1所述的适用于应力静态加载的蠕变辐照装置，其特征在于，所述的下壳体(5)的上端面设有防水密封连接器(28)，所述的防水密封连接器(28)穿过下壳体(5)，二者钎焊密封；防水密封连接器(28)通过耐高温导线与压力测量元件(27)电连接。
9.根据权利要求1所述的适用于应力静态加载的蠕变辐照装置，其特征在于，所述的连杆组(9)包括周向均匀分布的多个连杆、平衡调节螺母(29)，各连杆穿过可移动样品架I(8)、可移动样品架II(10)。
10.根据权利要求1所述的适用于应力静态加载的蠕变辐照装置，其特征在于，所述的密封金属波纹管(12)竖直周向通过焊接环(30)密封焊接于位移杆(3)，密封金属波纹管(12)与密封盘(6)之间设有密封垫片(31)，所述的密封垫片(31)同时位于上壳体(1)与下壳体(5)之间。
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