DE7120513U - Kriechmeßzelle - Google Patents

Description

PATE NTANWAi-T
DR. HANS ULRICH MAY

D β MÜNCHEN 2, OTTOSTRASSE 1 a TELEGRAMME: MAYPATENT MÖNCHEN TELEFON CO81O 003682 B 3710.3 HD München, 26. Mai 1971

CQ 386/967 Dr.M./to&

Commissariat a ι·Energie Atomique in Paris, Frankreich KriechmeßzelIe

Die Neuerimg betrifft eine Iriechmeßzelle, die insbesondere in einem Cernreaktor verwendbar ist und die Untersuchung der Verformungen ermöglicht, velche ein Probekörper im Verlauf der Zeit in Abhängigkeit von einerseits dem auf ihn ausgeübten Zug und andererseits der Bestrahlung erfährt.

Bekannt sind Kriechme£sellen mit einem aus einem Druckluft zylindw mit Balgen bestehenden Belastungssystem und einem Dehnungsmesser sur kontinuierlichen Messung der Verformungen des Frobekorpers. Znsbesondere sind XriechmeBsellen bekannt, velche eine Metallmembran aufweisen, die einen Balgen bildet und in einem hermetisch geschlossenen rohrförmigen Behälter untergebracht ist. hex diesen Kriechmeßssellen bewirkt das Einleiten eines unter Druck stehenden Gases in den rohrförmigen Behälter einen Druckunterschied zwischen dem Innenraum des Balgens und dem Bvischen diesem Balgen und der Wand des rohrfömrigen Behälters liegenden Raum, und dieser Drookunterschied bewirkt das Zusammendrücken des Balgens, wodurch wiederum auf den Probeicörper eine Kraft ausgeübt wird, der seinerseits auf eine mit dem Dehnungsmesser fest verbundene stange wirkt« Der

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Dehnungsmesser mißt kontinuierlich die Verformungen des Probekörpers, der beispielsweise aus Bauwerkstoffen oder Brennstoffmaterial besteht.

Kriechmessungen im !inneren eines Kernreaktors müssen vor allem ferngesteuert durchgeführt werden, was schwierig ist, da die Fernsteuerung die Meßgenauigkeit nachteilig beeinflußt. Weitere Schwierigkeiten tauchen dadurch auf, daß der Probekörper unter einer gegebenen gleichbleibenden Zugspannung gehalten werden muß, welche von den Temperaturveränderungen der Umgebung nicht beeinflußt werden darf.

Die bekannten Kriechmeßzellen weisen vor allem den Nachteil auf, daß die zur Belastungserzeugung dienenden mechanischen Teile und die zur Messung dienenden Teile vereinigt sind, da so das Belasten elastiche Verformungen und Kriechen der Vergleichsmaßstäbe bewirkt.

Durch die Erfindung soll eine Kriechmeßzelle geschaffen werden, welche" den.praktischen Anforderungen besser als die bisher bekannten entspricht und insbesondere nicht die erwähnten Nachteile aufweist .

Diese Auf gäbe wird durch eine Kriechmeßzelle, insbesondere für Kernreaktoren, gelöst, welche die Messung der von einem Probekös.per im Verlauf der Zeit in Abhängigkeit von einerseits der auf ihn ausgeübten Zugspannung und andererseits der Bestrahlung erfahrenen Verformungen «rmöclicht und gemäß der Neuerung dadurch gekennzeichnet ist, daß sie eine im wesentlichen rohrförmige dichte Kammer und in dieser einen ersten, in der Nähe eines der Enden der Kammer angeordneten Kolben, ainen Probekörper in Form eines Zylinders, der an seinen beiden Enden mit einer unteren und oberen Bndplatte

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mit größerem Durchmesser als der Zylinder ausgebildet ist, ^obei die untere Endplatte mindestens zwei Bohrungen aufweist und an der Innenwand der Kammer befestigt ist» ainde&*:unr zw^i in den Bohrungen verschiebbare Metallteile, die einerseits mit einem ihrer Enden mit dem ersten Kolben und andererseits an ihrem anderen Ende mit der oberen Endplatte fest verbunden sind, eineü Vergleichs^ probekörper, der mit einem zweiten Kolben fest verbunden und in der Nähe dos ersten Frobekörpers angeordnet ist, wobei sich das eine seiner Enden an der unteren Endplatte und das andere Ende an der oberen Endplatte abstützen kann, ein Meßsystem mit Hochfrequenzresonanzhohlraum, Druckerseugungseinrichtungen, durch die auf . den ersten Kolben ein bekannter veränderlicher Druck P ausgeübt werden kann, wodurch der Probekörper einer Zugspannung unterworfen wird, Durckerzeugungseinrichtungen, welche auf den zweiten Kolben einen bekannten veränderlichen Druck ?_r ausüben, wodurch eine vergleichende Messung der Verformung*m der beiden Probekörper ermöglicht wird, Hochfrequenzmessvorrichtungen zur.Messung der Verschiebung des zweiten Kolbens, Dosimeter zur Bestimmung der von den Probekörpern empfangenen Bßstrahlungsdoäis und ein Temperaturregelsystem zur Regelung der Temperatur der Kriechmeßzelle aufweist.

Die Neuerung wird erläutert durch die folgende Beschreibung einer nur als Beispiel angegebenen Ausführungsform. Die Beschreibung bezieht sich auf die beigefügte Zeichnung, welche eine Kriechmeßzelle gemäß der Neuerung darstellt, die zum Einsetzen in einen Kernreaktorbehälter bestimmt ist.

Dis Kriechmeßzellen gemäß der Neuerung enthalten zwei Probekörper, :i die aus identischen oder nicht identischen Materialien hergestellt ^] sind. Der erste Probekörper ist einer Zugspannung und einem Fluß

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von Kernstrahlen unterworfen, während der zweite sogenannte Besugskbrper nur einer Bestrahlung unterliegt. Die untersuchung der Verformungen des ersten ProbekOrpers ermöglicht die Bestimmung der !Deh nung dieses Probekörpers la Verlauf der Zeit in Abhängigkeit von dem auf ihn ausgeübten Zug und der von ihn empfangenen Bestrahlung. Dis üiiis?such«S£ dsr YerfoiTHUngss des sveitea Probekttrpera. des Bezugskörpers, ermöglicht die Bestimmung der Dehnung dieses Besugskörpers in Abhängigkeit von der Bestrahlung· Wenn man für diese bei den Probekörper identische Materialien wählt, kann so der Einfluß jeder der beiden Parameter Bestrahlung und Zug bestimmt werden. Die anderen Prüfbedingungen,insbesondere die Temperatur, werden konstant gehalten· *

Die neuerungsgemäße Kriechmeßzelle, die in der einzigen Figur gezeigt ist, weist zunächst eine dichte Kammer 2 auf, die im wesentlichen rohrförmig und an ihrem einen Ende 4 geschlossen ist. Auf einem zylinder 6, dessen Achse mit der der Kammer zusammenfällt, ist ein Kolben 8 verschiebbar. Der Zylinder 6 weist eine durch seine Wand gehende Bohrung 7 auf. Die Abdichtung der Kammer 10, die vom Innenraum des ersten Kolbens 8 und einem Teil der Kammer 2 begrenzt wird, wird durch einen Abdichtungsbalgen 36 erhalten« Bin Probekörper 16, des* beispielsweise die Form eines Vollzylinder hat, der an seinen beiden Enden mit zwei Endpl&tt«n, einer fiteren Endplatte 18 und einer oberen Endplatte 20 ausgebildet ist» ist an der Innenwand der Kammer 2 durch einen Absatz der unteren Endplatte 18 festgehalten, der gegen eine Schulter 22 der Innenwand der Kammer 2 drttckt. Die Bndplatte 18 IaBt Metallteile 24 des Drucksystems frei hinäurchtnreten. Das eine der beiden Enden dieser Metallteile 24 i*t mit dem oberen Teil des ersten Kolbens 8 fest verbunden, während das andere Ende gegen die obere Endplatte 20

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drückt. Eine Bezugsprobekörper 26, der beispielweise aus einem Rohr 28 oder Stangen besteht, ist in der Nähe des Probekörpers 16 angeordnet. Die Länge des Rohrs 28 ist so gewählt, daß seine Basis in der unteren Stellung auf der unteren Endplatte 18 aufsitzt und in der oberen Stellung gegen die Unterseite der oberen Endplatte 20 drückt. Ein mittels Schrauben an der Schulter 22 befestigtes !ohr 32 umgibt die beiden Probekörper 16 und 26. Eine bewegliche Verbindung 29 ist einerseits mit dem Rohr 28 und andererseits mit der Basis eines zweiten Kolbens 30 fest verbunden. Bin Abdichtungsbalgen 34 ist am oberen Ende des Rohrs 32 und an der Basis des zweiten Kolbens 30 befestigt. Dieser lolben 30, das Rohr 32 und die Innenwand der rammer 2, die Abdichtungsbalgen 34 und 36 und der. erste Kolben 8 begrenzen eine Kammer 38. Der Innenraum dieser dichten Kammer kann durch die Leitung 40 mit einer wärmeübertragenden Flüssigkeit, wie geschmolzenem NaK gefüllt werden» Durch eine Leitung 42 kann in die Kammer 10» die sich innerhalb des Kolbens 8 befindet, durch die Bohrung 7 ein Inertgas unter Druck eingeleitet werden. Die beschriebene KriechmeBzelle kann das Ende

eines Rohrs bilden, wobei die Kammer 2 als Wand des geschlossenen

Endes dieses Rohrs dient· Die Kriechmeßzelle wird in der Nähe einer Bestrahlungsquelle angeordnet. Sie kann, wie beim beschriebenen Ausführungsbeispiel, in das Innere des Behälters 44 eines Kernreaktors eingeführt werden. Der Kolben 30 und der Bit dem Rohr 32 fest verbundene Teil 50 bilden einen Hochfi%uenzresonanzhohlraum 46. Durch nicht gezeigt Druckerzeugungseinrichtungen kann auf den Kolben 30 ein Druck P_x, ausgeübt werden» Diese Druckerzeugungseinrichtung kann beispielsweise ein unter Druck stehendes Inertgas sein. Die von den Probekörpern 16 und 26 empfangene Bestrahlungsdosis wird durch bekannte Vorrichtungen, wie Dosimeter, bestimmt.

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Ein nicht gezeigtes Temperaturregelsystem ermöglicht, die Temperatur der Zelle bis auf + 2° C konstant zu halten.

Die beschriebene Krieehmeßzelle arbeitet nach folgendem Prinzip. Durch die Leitung 42 und die Bohrung 7 wird unter Druck stehendes Gas in die Kammer 10 eingeführt« welches auf den Kolben 8 einen Druck P ausübt. Dieser Druck vird durch die Metallstücke 24 auf die obere Endplatte .20, welche den Kopf des Probekörpers 16 bildet, übertragen. Dieser von der Schulter 22 gehaltene Probekörper vird daher einer Zugspannung unterworfen» deren Größe vom Druck P_e,der wirksamen Fläche des Balgens 36 und dem Druck P in der Kammer 38 abhängt· Dioser Zug bewirkt eine Dehnung des Probekörpers 16 durch Elastizität und Kriechen in Abhängigkeit von der Zeit. Durcn Veränderung des Drucks P_x, bei gleichbl eisendem Druck P_Q der Kammer kann die den Kolben 30 mitnehmende bewegliche Verbindung 29 sich in den beiden Richtungen verschieben. Venn der Bezugsprobekörper 26 die obere Endplatte 20 berührt, führen die Dehnungen des Probekörpers 16 zu einer gleichen Verschiebung des Kolbens 30. Die Verschiebung dieses Kolbens wird genau bestimmt mittels einer belcännten Methode, bei der die Veränderungen der Hochfrequenzresonanzhohlraums 46 bestimmt werden. Man kann so kontinuierlich die Kriechkurve aufzeichnen, welche die Dehnung des Probekörpers 16 in Abhängigkeit von der Zeit wiedergibt«

Zur Verbesserung der Genauigkeit wird die Länge des Probekörpers 16 direkt mit der Länge des Bezugsprobekörpers 26, welcher nur der Kernstrahlung ausgesetzt ist, verglichen. Dazu wird der Druck P₇ in der Weise erhöht, daß das untere Ende des Bezugsprobekörpers 26 die untere Endplatte 18 berührt. Die während dieser Maßnahme registrierte Verschiebung entspricht dem Längenunterschied zwischen

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- 7 den beiden Probekörpern.

Wenn die beiden Probekörper 16 und 26 aus ein und demselben Material hergestellt sind, können so die Verformungen dieses Materials im Verlauf der Zeit in Abhängigkeit von einerseits dem Zug und andererseits der Bestrahlung bestimmt werden.

Die in der Figur sc.'iematisch gezeigte Kriechmeßzelle wurde mit Vorteil für die Untersuchung des Kriechverhaltens von Hüllmaterialien für Kernreaktoren unter hohen Flüssen in der Größenordnung von 20 ¥/g benutzt.

ο Der Probekörper 16 hatte einen wirksamen Querschnitt von 2 mm und eine wirksame Länge von 40 mm. Die Temperatur der Zelle wurde in einem zwischen 500 und 800° C liegenden Bereich bis auf * 2° C konstant gehalten« Der Druck P₆ war geringer oder gleich 70 Bar· Die Präzision des d^n Hochfrequenzresonanzhohlrauiit 46 benutzenden Meßsystems lag bei weniger als 2 χ 10"*^ mm, und die meßbare maximale Dehnung lag bei 10 mm·

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Claims (3)

1. ■ ■■;

   Schutzansprüche

   10 Kriechmeßzalle, insbesondere für Kernreaktoren, welche die Untersuchung von Verformungen eines Probekörpers im Verlauf der Zeit in Abhängigkeit von einerseits dem auf ihn ausgeübten Zug und andererseits der Bestrahlung ermöglicht „ gekennzeichnet durch eine im wesentlichen rohrfÖTmige dichte Kammer 2, einen in dieser in der H3he des einen ihrer Enden angeordneten ersten Kolben 8, einen Probekörper 16 in Form eines Zylinders, der an seinen beiden Enden zvei Endplatten, nämlich einen untere Endplatte 18 und eine obere Bndplatte20, mit größten Durchmessern als der Zylinder aufweist, und von denen die untere Endplatte 18 mindestens zvei Bohrungen aufweist und an der Innenwand der Kammer festgehalten ist, mindestens zvei in den Bohrungen verschiebbare Metallstücke 24» die einerseits mit einem ihrer Enden mit dem ersten Kolben 8 und andererseits mit ihren anderen Enden mit der oberen Endplatte 20 fest verbunden sind* einen Bezugsprobekörper 26, der in der Nähe des ersten Probekörpers 16 angeordnet und mit einem zweiten Kolben 30 fest verbunden ist, vobei das eine der Enden des Bezugsprobekörpers gegen die untere Endplatte 18 und das andere Ende gegen die obere Endplatte 20 anschlagen kann, ein Meß sys tem mit Hocbfrequenzresonanzhonlraum 46, Druckerzeugungseinrichtungen, welche einen bekannten und veränderbaren Druck P_e auf den ersten Kolben 8 ausüben, vas auf den Probekörper 16 einen Zug ausübt, Druckerzeugungseinrichtungen, welche auf den zveiten Kolben 30 einen bekannten und veränderbaren Druck P_r ausüben, vas die vergleichende Messung der Verformungen der beiden Probekörper 16 und 26 ermöglicht, Hochfrequenzmessvor-

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   richtungen, welche die Messung der Verschiebung des zweiter. Kolbens 30 ermöglichen, Dosimeter .zur Bestimmung der von den Probekörpern *6 und 26 empfangenen Bestrahlungsdosis und eir. Temperaturregelsystem zur Regeluntj der Temperatur der Kriechneßzelle.
2. 2.) Kriechmeßzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer 2 eine WIrmeübertragungsfltissigkeit, *ie geschmolzenes NaK, enthält.
3. 3.) Kriechmeßzells nach einem der Ansprtlche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Wände der Kanuner 2 von einer in Form eines Balgens .ausgebildeten MetalImembran 36 ausgebildet wird.

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