JP2006017609A - キャスク用ガスケットの要素試験方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】実機で生ずる胴部のオーバル変形の如き変形後復帰する横ずれ変位特性の取得ができるキャスク用ガスケットの要素試験装置を提供するにある。
【解決手段】第１及び第２金属フランジ部材１，２間に環状の金属ガスケット３を挟持すると共に上記第１及び第２金属フランジ部材１，２を複数のボルト４によって締付け、上記第１金属フランジ部材１及び第２金属フランジ部材２に対して振り子式衝撃試験機２０により横方向の衝撃負荷を加えるキャスク用ガスケットの要素試験装置において、上記第１及び第２金属フランジ部材１，２の中央部に開口部を設けることにより、上記第２金属フランジ部材２をオーバル変形させることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、キャスク用ガスケットの要素試験方法及びその装置に関する。詳しくは、放射性物質を貯蔵するための密閉容器、いわゆる金属キャスクに用いられる金属ガスケットの評価等の特性評価を行うための要素試験方法及び装置に関する。

原子炉の使用済燃料に代表される高放射性物質は、解体処理されると共に、プルトニウム等の再度燃料として使用可能な有用物質を回収するため、再処理される。
通常、使用済燃料は、原子力発電所で密閉容器、いわゆる金属キャスクに収納され、トラック等によって再処理施設に搬送され貯蔵される。
そして、このような使用済燃料は高放射性物質であるため、これを収納した金属キャスクは、放射性物質に対する高い密閉性及び遮蔽性を有し、かつ、長期間に亘ってその密閉性及び遮蔽性を維持することが必要となる。

一般に、金属キャスクは、ステンレス、炭素鋼等の金属によって形成されていると共に上端が開口した容器本体と、例えば高分子材料の合成樹脂により形成され容器本体の外周を覆った中性子遮蔽体と、を備え、容器本体の上端開口は、一次蓋及び二次蓋によって閉塞されている。
これらの一次蓋及び二次蓋は、容器本体の上端に設けられた肩部にそれぞれボルト止めされていると共に、容器本体と一次蓋とのシール面、及び容器本体と二次蓋とのシール面には、それぞれ金属ガスケットが設けられている。

従来のガスケットの口開き方向の評価試験装置を図６に示す（特許文献１参照）。
図６に示すように、第１及び第２のフランジ１０１，１０２の間に環状の金属ガスケット１０３を挟み込み、複数本のボルト１０４により所定の軸力で締め込んだ状態とする。
金属ガスケット１０３はダブルガスケットとし、その外周側外被に歪ゲージ（図示省略）を取り付け、歪ゲージの出力に基づいて金属ガスケット１０３の歪を求める。

ボルト１０４には歪ゲージ１０９を取り付け、この歪ゲージ１０９で計測された出力に基づいてボルト軸力計測装置１１０でボルト１０４の軸力を求める。
第１のフランジ１０１はリング状となっており、その中央においてブロック１０６を貫通させて第２のフランジ１０２に固定し、第１のフランジ１０１を取付治具１１２を介して剛壁１１１に垂直に固定する。
このブロック１０６に対して、振り子式衝撃試験機１２０により、第１及び第２のフランジ１０１，１０２に対して口開き方向の負荷（即ち、第１及び第２のフランジ１０１，１０２を引き離す方向の垂直負荷）を図中矢印で示すように与える。

ここで、振り子式衝撃試験機１２０は、リンク１２１を介して重錘１２２を揺動自在に取り付けたものである。
従って、第１及び第２のフランジ１０１，１０２に対する口開き変位と金属ガスケット１０３の歪との関係及びボルト１０４の軸力の関係を取得することができる。

更に、荷重負荷後の金属ガスケット１０３からの漏洩量を測定するために、ヘリウムガス供給装置１３０から第１フランジ１０１，１０２との間にヘリウムガスが流され、また、金属ガスケット１０３からのヘリウムのリークを計測するヘリウムリークディテクタ１４０が設けられている。これらヘリウムガス供給装置１３０、ヘリウムリークディテクタ１４０は漏洩計測時のみ取り付けられる。

従来のガスケットの横ずれ方向の評価試験装置を図７（ａ）（ｂ）に示す（特許文献１参照）。
図７（ａ）に示すように、第２フランジ１０２を間にして２枚の第１のフランジ１０１を重ね合わせると共に第１及び第２のフランジ１０１，１０２の間に環状の金属ガスケット１０３を挟み込み、複数本のボルト１０４により所定の軸力で締め込んだ状態とする。

２枚の第１のフランジ１０１は取付治具１１２を介して剛壁１１１に垂直に固定し、中央の第２のフランジ１０２に対して、振り子式衝撃試験機１２０により、第１及び第２のフランジ１０１，１０２に対して横ずれ方向の負荷（即ち、第１及び第２のフランジ１０１，１０２を相互に滑らせる方向の負荷）を与える。

そのときの横ずれ変位を図７（ｂ）に示すように求め、金属ガスケット１０３の歪、ボルト１０４の軸力との関係を取得する。
その他の構成及び、荷重負荷後の金属ガスケット１０３からの漏洩量を測定するためのヘリウムガス供給装置１３０、ヘリウムリークディテクタ１４０は図６と同様である。

特願2002-189169（金属ガスケットの評価試験方法及びその装置）

しかしながら、上述した従来の横ずれ装置では１方向のずれに対する特性は取得可能であったが、実機で生ずる胴部のオーバル変形の如き変形後復帰する横ずれ変位特性の取得ができなかった。
また横ずれと口開きが同時に生ずるコーナ落下の模擬変位を与える事も困難であった。

更に温度が変化した場合の特性取得の為の装置が無かった。
本発明は上記の特性取得の為の装置及び方法を提供することを目的とするものであり、また、変位が生じる際のガスケットからの漏洩率変化特性の取得方法についても提案するものである。

上記課題を解決する本発明の請求項１に係るキャスク用ガスケットの要素試験装置は、第１及び第２金属フランジ部材間に環状の金属ガスケットを挟持すると共に上記第１及び第２金属フランジ部材を複数のボルトによって締付け、上記第１金属フランジ部材及び第２金属フランジ部材に対して横方向の負荷を加えるキャスク用ガスケットの要素試験装置において、上記第１及び第２金属フランジ部材の中央部に開口部を設けることにより、上記第２金属フランジ部材をオーバル変形させることを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項２に係るキャスク用ガスケットの要素試験装置は、第１及び第２金属フランジ部材間に環状の金属ガスケットを挟持すると共に上記第１及び第２金属フランジ部材を複数のボルトによって締付け、上記第１金属フランジ部材又は第２金属フランジ部材に対して口開き方向の負荷及び横方向の負荷を組み合わせた負荷を同時に加えることを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項３に係るキャスク用ガスケットの要素試験方法は、請求項１又は２記載のキャスク用ガスケットの要素試験装置において、前記金属ガスケットにヘリウムガスを供給すると共に前記第１及び第２金属フランジ部材間と真空ポンプをつなぐ真空ライン中にヘリウムリークディテクタを介装し、該ヘリウムリークディテクタの前後における該真空ラインに第１、第２のバルブを設け、該ヘリウムリークディテクタと該第１、第２のバルブの間で前記真空ラインに対して並列に接続するバイパスラインを設けると共に該バイパスラインに第３のバルブを設け、上記第１金属フランジ部材又は第２金属フランジ部材に対して負荷を加えた直後に、前記第１、第２のバルブを開き、前記第３のバルブを閉じて、上記ヘリウムリークディテクタでヘリウムの漏洩率変化特性を検出することを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項４に係るキャスク用ガスケットの要素試験方法は、請求項１又は２記載のキャスク用ガスケットの要素試験装置を温度一定の冷却又は過熱箱内に配置して、上記第１金属フランジ部材又は第２金属フランジ部材に対して負荷を加えることを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項５に係るキャスク用ガスケットの要素試験装置は、第１及び第２金属フランジ部材間に環状の金属ガスケットを挟持すると共に、上記第１金属フランジ部材及び第２金属フランジ部材に対して圧縮方向の負荷を加えることにより、上記第１及び第２金属フランジ部材乃至上記金属ガスケットが降伏しない程度の上記第１及び第２金属フランジ部材の寸法を求めることを特徴とする。

本発明の請求項１に係るキャスク用ガスケットの要素試験装置によれば、実機で生ずる胴部のオーバル変形の如き変形後復帰する横ずれ変位特性を模擬試験することが可能となった。

本発明の請求項２に係るキャスク用ガスケットの要素試験装置によれば、口開き方向及び横ずれ変位を同時に与える事ができ、実機でのコーナ落下試験時の模擬変位をガスケットに与えることができる。

本発明の請求項３に係るキャスク用ガスケットの要素試験装置によれば、真空ラインをヘリウムリークディテクタに接続したまま、キャスク用ガスケットの衝撃変位をうけた場合の漏洩挙動が取得できる。

本発明の請求項４に係るキャスク用ガスケットの要素試験方法によれば、請求項１又は２に記載した要素試験装置において、温度一定条件で金属ガスケット等の変位特性を取得できる。

本発明の請求項５に係るキャスク用ガスケットの要素試験方法によれば、金属ガスケット乃至第１、第２フランジに圧縮応力を負荷した際に、降伏しない程度の第１、第２フランジの寸法を求める試験を行うことができる。

以下の実施例１〜実施例５として説明する実施形態が本発明を実施するための最良の形態である。

本発明の第１の実施例に係るオーバル変形模擬試験装置を図１（ａ）（ｂ）に示す。
本実施例は、従来の横ずれ試験用フランジの中央部を開口させてフランジの剛性を低下させ、一端を固定させたフランジの片端に衝撃荷重を負荷することにより、中央フランジをオーバル変形させ、実機相当のずれ戻し変位をガスケットに与えるものである。

即ち、図１（ａ）（ｂ）に示すように、第２のフランジ２を間にして２枚の第１フランジ１を重ね合わせ、第１、第２のフランジ１，２部材間に環状の金属ガスケット３を挟み込み、複数本のボルト４により所定の軸力で締め込んだ状態とする。
金属ガスケット３はダブルガスケットとし、その外周側外被に歪ゲージ（図示省略）を取り付け、歪ゲージの出力に基づいて金属ガスケット３の歪を求める。

ボルト４には歪ゲージ９を取り付け、この歪ゲージ９で計測された出力からボルト４の軸力をボルト軸力計測装置１０で求める。
第１、第２のフランジ１，２は、中央部が開口しており、開口していないものに比較して剛性が低下している。
中央の第２のフランジ２の一端は剛壁１１に水平に固定し、第２のフランジ２の他端に対して、振り子式衝撃試験機２０により衝撃荷重を加える。

そうすると、第２のフランジ２は、振り子式衝撃試験機２０により衝撃荷重を加えられた方向に狭くなり、その衝撃荷重と直角な方向に広がるように変形する。つまり、図１（ｂ）に破線で示すように、第２のフランジ２は横方向の負荷によりオーバル（楕円）変形する。
そのときの第１及び第２のフランジ１，２に対する横ずれ変位を求め、衝撃荷重、金属ガスケット３の歪、ボルト４の軸力との関係を取得することができる。
なお、振り子式衝撃試験機２０は、リンク２１を介して重錘２２を揺動自在に取り付けたものである。

更に、荷重負荷後の金属ガスケット３からの漏洩量を測定するために、ヘリウムガス供給装置３０から第１フランジ１，２の間の金属ガスケット３にヘリウムガスが流され、また、第１フランジ１，２からのヘリウムのリークを計測するヘリウムリークディテクタ４０が設けられている。
ヘリウムの漏洩率変化特性の取得方法は実施例４で説明する。

このように説明したように、本実施例によれば、実機で生ずる胴部のオーバル変形の如き変形後復帰する横ずれ変位特性を模擬試験することが可能となった。即ち、第１フランジ１，２に対して、実機で生ずるようなずれ戻し変位を与える事ができ、実機でのオーバル変形の模擬変位をガスケットに与えることができる。

なお、上記実施例では、振り子式衝撃試験機２０により衝撃荷重を加えた場合の第１及び第２のフランジ１，２に対する横ずれ変位、衝撃荷重、金属ガスケット３の歪、ボルト４の軸力との動的関係を求めたが、これに限るものではなく、静止荷重を加えた場合の上記の静的関係を求めても良い。

本発明の第２の実施例に係るコーナ落下模擬試験装置を図２に示す。
本実施例は、口開き試験フランジを取付治具上に斜めに取り付け固定すると共に、フランジの先端に斜めの角度を持った受け金具を取り付け、受け金具に一方向の衝撃荷重を負荷する事によりフランジの口開き、及び横ずれ方向の変位を同時に与えるものである。

即ち、図２に示すように、第１及び第２のフランジ１，２の間に環状の金属ガスケット３を挟み込み、複数本のボルト４により所定の軸力で締め込んだ状態とする。
金属ガスケット３はダブルガスケットとし、その外周側外被に歪ゲージ（図示省略）を取り付け、歪ゲージの出力に基づいて金属ガスケット３の歪を求める。

ボルト４には歪ゲージ９を取り付け、この歪ゲージ９で計測された出力に基づいてボルト軸力計測装置１０でボルト４の軸力を求める。
第１のフランジ１はリング状となっており、その中央において先端が斜めに傾斜した受け金具６を貫通させて第２のフランジ２に固定し、第１のフランジ１をハウジング５に固定し、更にハウジング５を取付治具１２を介して剛壁１１に斜めに固定する。

取付治具１２の剛壁１１に対する傾斜角は３０度とし、受け金具６の先端面の傾斜角は逆向きに３０度となっている。
そのため、受け金具６に対して、振り子式衝撃試験機２０により衝撃荷重を加えると、第１及び第２のフランジ１，２に対して口開き方向の負荷（即ち、第１及び第２のフランジ１，２を引き離す方向の垂直負荷）及び横方向の負荷を組み合わせた負荷が同時に加わることになる。

つまり、実機でのコーナー落下試験時と同様の模擬変位を金属ガスケット３に対して与えることができ、そのときの金属ガスケット３の歪、ボルト４の軸力との関係を取得することができる。
なお、取付治具１２及び受け金具６の傾斜角を調整することにより、口開き方向の負荷及び横方向の負荷の分担割合を自由に調整することができる。
その他の構成及び、荷重負荷後の金属ガスケット３からの漏洩量を測定するためのヘリウムガス供給装置３０、ヘリウムリークディテクタ４０については実施例１と同様である。

このように説明したように、本実施例によれば、口開き方向及び横ずれ変位を同時に与える事ができ、実機でのコーナ落下試験時の模擬変位をガスケットに与えることができる。
更に、取付金具１２及び受け金具６の傾斜角度を調節することにより口開き量及び横ずれ量の分担を変化させることもできる。

なお、上記実施例では、振り子式衝撃試験機２０により衝撃荷重を加えた場合の衝撃荷重、金属ガスケット３の歪、ボルト４の軸力との動的関係を求めたが、これに限るものではなく、静止荷重を加えた場合の上記の静的関係を求めても良い。

本発明の第３の実施例に係る温度影響確認試験装置を図５に示す。
本実施例は、試験装置全体を恒温炉で囲み、低温又は高温の条件をフランジ全体に与え、均温した状態で衝撃を与えるものである。

即ち、図５に示すように、冷却又は加熱箱７０内には、試験装置７７が配置されると共に温度センサ７３で計測される温度が一定となるように、液体窒素供給車７２から液体窒素（Ｌ_N2）が供給されて窒素ガス（Ｇ_N2）となると共に排気ダクト７６から排気されるよう制御盤７１にて制御される。

試験装置７７としては、前述した実施例１に係るオーバル変形模擬試験装置或いは実施例２に係るコーナ落下模擬試験装置を使用することができる。
また、冷却又は加熱箱７０の一方の壁面には開口部７５が設けられると共に開閉蓋７４が装着されており、試験装置７７に装着された第１、第２のフランジ１，２及び金属ガスケット３に対して振り子式衝撃試験機２０衝撃荷重を加えるときだけ開閉蓋７４を開くことができるようになっている。

従って、試験装置７７において、第１、第２のフランジ１，２及び金属ガスケット３の温度を一定に保った状態で、オーバル変形模擬試験又はコーナ落下模擬試験を行うことができる。
また、オーバル変形模擬試験又はコーナ落下模擬試験としては、衝撃荷重に対する動的な関係を求めるだけでなく、静止荷重による静的な関係を求めることも可能である。

このように説明したように、本実施例によれば、任意の温度条件を金属ガスケット等に与えることができ、金属ガスケット等の温度に対するずれ変位特性を取得できる。

本発明の第４の実施例に係るガスケットの漏洩検知方法を図１を参照して説明する。
本実施例は、フランジからの真空引きラインをヘリウムリークデテクタに接続したまま、連続計測すると共に供給ヘリウムラインの圧力も同時計測し、横ずれ、口開きの変位計の出力と同期させ変位に対する漏洩率、圧力の変化を明らかにするものである。

即ち、ヘリウムガス供給装置３０から金属ガスケット３にヘリウムガス供給ラインが設けられると共に、金属ガスケット３を挟持する第１、第２のフランジ１，２から真空ポンプ６０まで真空引きをするための真空ラインが設けられ、この真空ラインにはヘリウムリークディテクタ４０が設けられている。
ヘリウムリークディテクタ４０の前後の真空ラインにはバルブＡ，Ｂが介装され、更に、第１、第２のフランジ１，２からバルブＡの間には真空計５０が設けられている。

また、バルブＡ，Ｂとヘリウムリークディテクタ４０の間で真空ラインに対して並行に接続するバイパスラインを設け、そのバイパスラインにバルブＣが介装されている。
従って、真空ラインのバルブＡ，Ｂを閉じて、バイパスラインのバルブＣを開いた状態で、真空ポンプ６０で真空排気後、バルブＣを閉じた状態で試験を開始し、真空計５０の圧力変化をモニターする。
第１，第２フランジ１，２に衝撃荷重が加わったことにより、ガスケット３からのリーク大の場合、真空計５０の圧力が上昇する。
しかし、ガスケット３からのリーク小の場合、真空計５０の圧力変化が顕著に現れない。

そこで、真空計５０で圧力変化が顕著に現れないときには、バイパスラインのバルブＣは閉のまま、真空ラインのバルブＡ，Ｂを開いて、ヘリウムリークディテクタ４０で微小漏れ計測を行う。
なお、リーク大の場合にバルブＡ，Ｂを開くと、ヘリウムリークディテクタ４０が汚染されると共に、ヘリウムリークディテクタ４０による計測は不可能である。

このように説明したように本実施例によれば、従来では漏洩計測時のみヘリウムガス供給装置１３０、ヘリウムリークディテクタ１４０を取り付けるのに対し、第１、第２フランジ１，２からの真空引きラインをヘリウムリークデテクタ４０に接続したまま、変形確認試験と連続して計測すると共に供給ヘリウムラインの圧力も圧力計８０にて同時計測し、横ずれ、口開きの変位計の出力と同期させ変位に対する漏洩率、圧力の変化を明らかにできる。

そのため、変位直後の漏洩率、及び圧力の変化が取得でき衝撃等で変位した場合のガスケット部からの漏洩挙動の把握が可能となる。
例えば、図３に示すように、圧力計８０により検出された圧力変化と同時に、ヘリウムリークデテクタ４０によりヘリウムの漏洩率変化を検出することができる。
なお、本実施例は図１に示すオーバル変形効果確認試験装置に適用したものであるが、図２に示すコーナ落下模擬試験装置にも同様に適用できるものである。

本発明の第５の実施例に係る過圧縮試験方法について図４に示す。
図４に示すように、２枚の第１フランジ１の間に第２フランジ２を重ね合わせ、第１フランジ１と第２フランジ２の間に金属ガスケット３を挟み込み、一方の第１フランジ１を床面に設置して、他方の第１フランジ１にはスペーサ６を介して負荷装置７により圧縮荷重を負荷する。

負荷装置７による圧縮荷重が一定値までは、金属ガスケット３乃至第１、第２フランジ１，２は弾性変形するが、その一定値を超えて過大な圧縮応力を負荷すると、金属ガスケット３乃至第１、第２フランジ１，２が降伏して、塑性変形を起こす。
そこで、そのような降伏応力に耐えうるような、第１、第２フランジ１，２の半径方向寸法Ｌ₁，Ｌ₂を求めることができる。

本発明のキャスク用ガスケットの要素試験方法及びその装置は、放射性物質を貯蔵するための密閉容器、いわゆる金属キャスクに用いられる金属ガスケットに用いられるものであるが、これに限らず広く利用可能なものである。

図１（ａ）は本発明の第１の実施例に係るオーバル変形模擬試験装置の概略構成図、図１（ｂ）はその上面図である。 本発明の第２の実施例に係るコーナ落下模擬試験装置の概略構成図である。 圧力又はヘリウムリーク量を示すグラフである。 本発明の第５の実施例に係る過圧縮試験方法を示す説明図である。 本発明の第３の実施例に係る温度影響確認試験装置の概略構成図である。 従来技術に係るガスケットの口開き方向の評価試験装置の概略構成図である。 従来技術に係るガスケットの横ずれ方向の評価試験装置の概略構成図である。

符号の説明

１ 第１のフランジ
２ 第２のフランジ
３ 金属ガスケット
４ ボルト
５ ハウジング
６ 受け金具
１２ 取付治具
２０ 振り子式衝撃試験機
３０ ヘリウムガス供給装置
４０ ヘリウムリークディテクタ
Ａ，Ｂ，Ｃ バルブ

Claims (5)

1. 第１及び第２金属フランジ部材間に環状の金属ガスケットを挟持すると共に上記第１及び第２金属フランジ部材を複数のボルトによって締付け、上記第１金属フランジ部材及び第２金属フランジ部材に対して横方向の負荷を加えるキャスク用ガスケットの要素試験装置において、上記第１及び第２金属フランジ部材の中央部に開口部を設けることにより、上記第２金属フランジ部材をオーバル変形させることを特徴とするキャスク用ガスケットの要素試験装置。
2. 第１及び第２金属フランジ部材間に環状の金属ガスケットを挟持すると共に上記第１及び第２金属フランジ部材を複数のボルトによって締付け、上記第１金属フランジ部材又は第２金属フランジ部材に対して口開き方向の負荷及び横方向の負荷を組み合わせた負荷を同時に加えることを特徴とするキャスク用ガスケットの要素試験装置。
3. 請求項１又は２記載のキャスク用ガスケットの要素試験装置において、前記金属ガスケットにヘリウムガスを供給すると共に前記第１及び第２金属フランジ部材間と真空ポンプをつなぐ真空ライン中にヘリウムリークディテクタを介装し、該ヘリウムリークディテクタの前後における該真空ラインに第１、第２のバルブを設け、該ヘリウムリークディテクタと該第１、第２のバルブの間で前記真空ラインに対して並列に接続するバイパスラインを設けると共に該バイパスラインに第３のバルブを設け、上記第１金属フランジ部材又は第２金属フランジ部材に対して負荷を加えた直後に、前記第１、第２のバルブを開き、前記第３のバルブを閉じて、上記ヘリウムリークディテクタでヘリウムの漏洩率変化特性を検出することを特徴とするキャスク用ガスケットの要素試験方法。
4. 請求項１又は２記載のキャスク用ガスケットの要素試験装置を温度一定の冷却又は過熱箱内に配置して、上記第１金属フランジ部材又は第２金属フランジ部材に対して負荷を加えることを特徴とするキャスク用ガスケットの要素試験方法。
5. 第１及び第２金属フランジ部材間に環状の金属ガスケットを挟持すると共に、上記第１金属フランジ部材及び第２金属フランジ部材に対して圧縮方向の負荷を加えることにより、上記第１及び第２金属フランジ部材乃至上記金属ガスケットが降伏しない程度の上記第１及び第２金属フランジ部材の寸法を求めることを特徴とするキャスク用ガスケットの要素試験装置。

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