DE3415422A1 - Vorrichtung zum untersuchen des bruchverhaltens von druckbehaelterstaehlen - Google Patents

Vorrichtung zum untersuchen des bruchverhaltens von druckbehaelterstaehlen

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DE3415422A1 DE19843415422 DE3415422A DE3415422A1 DE 3415422 A1 DE3415422 A1 DE 3415422A1 DE 19843415422 DE19843415422 DE 19843415422 DE 3415422 A DE3415422 A DE 3415422A DE 3415422 A1 DE3415422 A1 DE 3415422A1
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Description

Vorrichtung zum Untersuchen des Bruchverhaltens von Druckbehälterstählen
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für Zugfestigkeitsversuche, insbesondere auf eine Vorrichtung zum Untersuchen des Bruchverhaltens von Druckbehälterstählen.
Druckbehälter haben dicke Stahlwände, so daß eine Rißbildung nur durch sehr große Kräfte hervorgerufen werden kann. Es gibt verschiedene Verfahren, das Bruchverhalten von Druckbehälterstählen zu untersuchen. Bei einem solchen Verfahren wird eine ebene Platte des Materials mittels hydraulischer Einrichtungen Zugkräften unterworfen. Gemäß einem anderen Verfahren wird ein verkleinertes Modell eines Druckbehälters aus einem für den Bau einer Gebrauchsausführung, z.B. eines Druckbehälters für einen Kraftswerks-Druckwasserreaktor, vorgesehenen Material einer pneumatischen oder hydraulichen Druckprüfung unterworfen. Jedes der beiden beschriebenen Verfahren weist gewisse Nachteile auf.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, einen aus dem zu O(- untersuchenden Material gefertigten Hohlzylinder mit einer
solchen Geschwindigkeit in Drehung zu versetzen, daß die dabei durch die Fliehkraft hervorgerufenen Zugspannungen in Umfangsrichtung bis nahe an die Elastizitätsgrenze des Materials heranreichen. Die Erfindung richtet sich auf eine
n Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens. 30
Gemäß der Erfindung arbeitet eine Vorrichtung zum Untersuchen des Bruchverhaltens von für den Bau von Druckbehältern verwendeten dicken Stahlplatten mit einem Probestück in
Form eines Hohlzylinders aus dem zu untersuchenden Material, 35
dessen Wandstärke im wesentlichen der Plattenstärke entspricht. Der Hohlzylinder ist an einer senkrechten Spindel aufgehängt, welche mit einer Drehzahl von einigen Tausend
β "ö -
Umdrehungen pro Minute antreibbar ist, wobei der Zylinder und die Spindel gegen Biegeresonanzschwingungen gedämpft sind und Einrichtungen zum Erhitzen des rotierenden Zylinders sowie Einrichtungen zum Hervorrufen eines thermischen Schocks am rotierenden Zylinder vorgesehen sind.
Die Einrichtungen zum Erhitzen des rotierenden Zylinders haben beispielsweise die Form eines den rotierenden Zylinder umgebenden Behälters, dessen Innenraum mittels dafür vorgesehener Einrichtungen auf eine gewünschte Temperatur aufheizbar ist.
Die Einrichtungen zum Hervorrufen eines thermischen Schocks am rotierenden Zylinder können so ausgebildet sein, daß sie es gestatten, einen Strom eines kalten Strömungsmittels auf eine Oberfläche des rotierenden Zylinders zu richten.
Die gesamte Untersuchungsvorrichtung ist vorzugsweise in einem Schutzbau untergebracht, um jegliche Gefährdung von Bedienungspersonen bei einem Bruch des Probestücks auszuschließen.
Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer Vorrichtung zum Untersuchen des Bruchverhaltens von Druckbehälterstählen in einer Ausführungsform der Erfindung, und
Fig. 2 eine in kleinerem Maßstab dargestellte Ansicht der Vorrichtung nach Fig. 1 und eines sie umgebenden Schutzbaus.
Eine in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zum Untersuchen des Bruchverhaltens von Druckbehälterstählen weist eine Eingangswelle 1 auf, welche von einer in Fig. 2 gezeigten An-
t ' G ·
triebsquelle 25 mit einer Geschwindigkeit von einigen Tausend Umdrehungen pro Minute antreibbar ist. Die Welle 1 ist über ein Kreuzgelenk 2 mit einem Getriebe 3 verbunden, dessen Ausgangswelle 4 eine Zahnkupplung 5 antreibt. Das Getriebe 3 ruht auf einer Rahmenplatte 6. Die Zahnkupplung 5 überträgt den Antrieb auf eine Tragspindel 8, welche mittels einer Lageranordnung 9 in einer weiteren Rahmenplatte 10 gelagert ist. An der Rahmenplatte 10 ist ein mit öffnungen versehenes Gehäuse 11 mittels Zugstreben 12 aufgehängt. Außerdem ist das Gehäuse 11 an einem freitragenden Ausleger 13 eines geschweißten Rahmens 14 befestigt. Die Spindel 8 ragt durch eine Öffnung 15 hindurch in das Gehäuse 11 hinein und trägt am unteren Ende eine drehfest mit ihr verbundene Tragscheibe 16. Eine aufrecht stehend auf der Tragscheibe 16 befestigte Buchse 17 trägt ein Kugellager 18, an dessen Außenring ein oder mehrere hydraulische Schwingungsdämpfer 19 angreifen, welche dazu dienen, eventuell auftretende Biegeresonanzschwingungen der rotirenden Spindel 8 und eines von dieser getragenen Probestücks zu dämpfen.
An der Tragscheibe 16 ist ein spannring 20 mittels Zugschrauben 21 aufgehängt. Ein die Form eines Hohlzylinders aufweisendes Probestück S aus dem zu untersuchenden Druckbehälterstahl umschließt die Zugschrauben 21. Der Hohlzylinder kann durch Biegen und Schweißen aus einer dicken Stahlplatte geformt oder geschmiedet sein. Elektrische Anschlüsse für am Probestück S angebrachte (nicht gezeigte) Thermoelemente, Dehnungsmeßstreifen und dergl. sind durch die hohle Tragspindel 8 und das Getriebe 3 hindurch zu einem Schleifringaufsatz 7 geführt,, an welchem (nicht gezeigte) überwachungs- und Aufzeichnungsinstrumente angeschlossen sein können. Die Zugschrauben 21 werden genügend fest angezogen, um das Probestück S fest mit der Tragscheibe 16 zu verbinden, so daß es sich zusammen mit dieser mit hoher Geschwindigkeit in Drehung versetzen läßt.
Das Gehäuse 11 hat einen Einlaß 22 mit einem Schieber 23
/ * τι für die Zufuhr von Heißluft in den Innenraum des Gehäuses 11. Durch eine Öffnung 24 in der Unterseite des Gehäuses und den Spannring 20 hindurch ist eine (nicht gezeigte) Anordnung von Kühlwasserdüsen in das Gehäuse 11 einführbar, um die Innenfläche des Probestücks S mit Kühlwasser zu beaufschlagen. Durch die Zufuhr von Heißluft zum Innenraum des Gehäuses 11 und die Beaufschlagung der Innenfläche des Probestücks S mit Kühlwasserstrahlen läßt sich je nach Bedarf ein thermischer Schock am Probestück hervorrufen.
Zum Untersuchen des Bruchverhaltens bzw. der Fortpflanzung von Rissen wird zunächst ein Riß von beknnten Abmessungen im Probestück S erzeugt und dieses dann mit einer solchen Drehzahl in Drehung versetzt, daß die dabei durch Fliehkräfte hervorgerufenen Zugspannungen in Umfangsrichtung bis nahe an die Elastizitätsgrenze des Materials heranreichen. Durch die Zufuhr von Heißluft zum Gehäuse 11 wird das Probestück S dabei auf eine nahezu derjenigen des Druckbehälters eines im Betrieb befindlichen Kernreaktors entsprechende Temperatur erhitzt. Durch die Zufurh von Kühlwasserstrahlen läßt sich das Probestück in einen Zustand thermischen Schocks versetzen. Die Temperaturverhältnisse am Probestück sowie die Fortpflanzung von Rissen von Null bis zum Bruch können dabei mittels Thermoelementen bzw. Dehnungsmeßstreifen und anderer am Probestück S angebrachter Meßeinrichtungen messen.
In Fig. 2 sind Vorkehrungen für die Sicherheits des Bedienungspersonals in schematisierter Form dargestellt. Die Antriebsquelle 25 ist von herkömmlicher Art, dargestellt als ein Elektromotor, welcher in einem Schacht 26 mit Wandungen 27 aus Beton unterhalb der Erdoberfläche 28 aufgestellt ist. Eine an den Schacht 26 anschließende Kammer hat eine Decke 30 und Seitenwände 31 aus Beton sowie einen in den des Schachts 26 übergehenden Boden 32 aus Beton. Der Schacht 26 und die Kammer 29 können zusätzlich eine Auskleidung 33 aus Holz und gegebenenfalls eine weitere Auskleidung 34 aus Stahlblech aufweisen und durch eine
·οι Stahlwand 35 voneinander getrennt sein. Die Welle 1, das Untersetzungsgetriebe 3, die Tragspindel 8, die Lageranordnung 9, das Gehäuse 11 und die zugeordneten Einrichtungen sind in der Kammer 29 untergebrächt. D"er Schacht ist oben offen und gewährt somit freien Zugang zur Antriebsquelle 25.
Die beschriebene Vorrichtung für Untersuchungen an einem rotierenden Zylinder weisen in erster Linie den Vorteil auf, daß sich sehr hohe Umfangsspannungen in Zylindern jeder praktisch möglichen Wandstärke hervorrufen lassen. Begrenzungen hinsichtlich der erzeugbaren Spannungen und der Wandstärke ergeben sich allein aus der Höchstdrehzahl des Antriebsund dem größten Gewicht, welches die Lager zu tragen vermögen.Die erzeugbaren Umfangsspannungen sind größer als die mittels der größten hydraulischen Prüfvorrichtungen Erzeugbaren. Weiterhin ist die Verteilung der Spannungen über die Wandstärke des Probestücks im wesentlichen die gleiche wie bei einem Druckbehälter, einmal abgesehen von der fehlenden Biaxialität, auf welche es jedoch im Hinblick auf Rißbildung oder plastisches Versagen nicht ankommt. Ferner lassen sich am Probestück mühelos thermische Schocks hervorrufen, und zwar mit sehr hohen Wärmeübertragungskoeffizienten, wie sie unter Notkühlungsbedingungen am Druckbehälter eines Druckwasserreaktors auftreten. Schließlich sind die Kosten für die beschriebene Untersuchungsvorrichtung bescheiden im Vergleich zu denen für eine servohydraulische Anlage.
- Leerseite -

Claims (7)

  1. BERG ■· STAPF- \ SCHWABE :-SAND MAI R " SWTANwalte" :
    ο 4 I ο 4 ζ ζ
    MAUERKIRCHERSTRASSE 45 8000 MÜNCHEN 80
    Anwaltsakte 33
    United Kingdom
    Atomic Energy Authority 11 Charles II Street London SW1Y 4QP
    ENGLAND
    Vorrichtung zum Untersuchen des Bruchverhaltens von Druckbehälterstählen
    Patentansprüche
    C 1. Vorrichtung zum Untersuchen der Fortpflanzung von Rissen in dicken Stahlplatten aus einem für den Bau von Druckbehältern geeigneten Material, dadurch g e k e η η _ zeichnet, daß ein Probestück die Form eines aus dem zu untersuchenden Material gefertigten Hohlzylinders (S) aufweist, dessen Wandstärke im wesentlichen der Plattenstärke entspricht, und welcher an einer mit einer Drehzahl von einigen Tausend Umdrehungen pro Minute antreibbaren, senkrechten Spindel (8) aufgehängt ist, daß der Zylinder (S) und die Spindel (8) gegenüber Biegeresonanzspannungen gedämpft sind, und daß Einrichtungen (22, 23)
    «(089) 98 82 72 - 74 Telex: 05 24 560 BERG d Bankkonten: Bayer. Vereinsbank München 453100 (BLZ /00 202 70)
    Telegramme (cable): Telekopierer: (089) 983049 Hypo-Bank München 4410122850 (BLZ 70020011) Swift Code: HYPO DE MM
    zum Erhitzen des rotierenden Zylinders (S) sowie Einrichtungen (24) zum Hervorrufen eines thermischen Schocks am rotierenden Zylinder vorgesehen sind.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erhitzen des rotierenden Zylinders (S) ein diesen umgebendes Gehäuse (11) sowie eine Einrichtung zum Erhitzen des Innenraums des Gehäuses auf eine gewünschte Temperatur aufweist.
  3. 3- Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erhitzen des Innenraums des Gehäuses (11) eine Heißluftzufuhr (22, 23) zum Gehäuse aufweist.
  4. 4. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Hervorrufen eines thermischen Schocks am rotierenden Zylinder (S) eine Einrichtung zum Beaufschlagen einer Oberfläche des rotierenden Zylinders mit einem kalten Strömungsmittel aufweisen.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des rotierenden Zylinders (S) von dem kalten Strömungsmittel beaufschlagbar ist.
  6. 6 . Vorrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn.zeichnet, daß die senkrechte Spindel (8) hohl ist und daß elektrische Anschlüsse von am Zylinder angeordneten Überwachungsinstrumenten durch die hohle Spindel (8) hindurch zu einer Schleifringeinheit (7) geführt sind, von welcher weitere Anschlüsse zu feststehenden überwachungs- und Aufzeichnungseinrichtungen geführt sind.
  7. 7. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie
    1 zur Vermeidung von Gefahren für Bedienungspersonen im ' Falle eines Bruchs des rotierenden Zylinders (S) in einer schutzbietenden Umgebung (26 bis 35) aufgestellt ist.
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