JPH0684929B2 - インパイルクリープ試験装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は構造材料等について原子炉内での放射線照射が
機械的強度に及ぼす影響を調べるためのインパイルクリ
ープ試験装置に係り、特に一定の荷重を長期にわたって
安定して付加するとともに、複雑な形状をなす場所に対
しても適用可能なものに関する。

（従来の技術） 従来のインパイルクリープ試験装置では、試験片とそれ
に対する駆動力源及びひずみ計測センサが近接した状態
で設置されているのが通例である。その際、試験片に引
張り力を負荷する駆動力源としては、ベローズを使用し
てガス加圧より駆動力を発生させていた。

そこで第４図を参照して従来のインパイルクリープ試験
装置の構成について説明する。第４図はインパイルクリ
ープ試験装置の断面図であり、図中符号１はハウジング
である。このハウジング１は原子炉容器の上部開口を閉
塞する遮蔽プラグ２から垂下されている。上記ハウジン
グ１内であってその下部には試験片３が配置されてい
る。この試験片３はその下端を上記ハウジング１の下端
内面から上方に突設された支持部1aに固定されており、
上端はロッド４に固定されている。上記ロッド４の上端
にはフランジ５が形成され、このフランジ５を介して歪
み検出器６に連結されている。又、上記ロッド４の略中
間位置の上記ハウジング１からはガイド板７が突設され
ており、ロッド４はこのガイド板７を貫通している。上
記フランジ５とガイド板７との間であってロッド４の外
周位置には内側に受圧室8aを形成するベローズ８が設け
られている。上記受圧室8aにはガス管９が接続されてお
り、このガス管８を介して受圧室8a内にガスを供給・排
出する。受圧室8a内にガスを供給した場合にはその圧力
が上記フランジ５の下面側に作用し、それによってロッ
ド４を介して試験片３に引張り力が作用する。その際、
試験片３にクリープ変形が発生すると、それがロッド４
の変位となって現われ、上記歪み検出器６により計測さ
れる。このようにして試験片３に作用する荷重及び変形
量が計測される。

尚、試験片３は炉内中性子照射環境下にあり、試験条件
に対応して温度を制御する必要がある。そこで、試験片
３の外周側にはヒータ10が配置され、さらに、その外周
側には断熱材11が設置されている。

上記構成によると次のような問題がある。

まず上記インパイルクリープ試験においては、試験荷重
として比較的大きな荷重を必要とし、その為ベローズ８
に作用するガス圧力も高いものとなり、ベローズ８の径
寸法にもよるが、例えばその圧力は数十kg/cm²のオーダ
となる。又、ベローズ８は試験片３と共に高温域である
原子炉容器内に配置されているので、ベローズ８に高い
熱応力が発生し、その結果ベローズ８においてもクリー
プ変形が発生する。かかるクリープ変形が発生するとベ
ローズ８のバネ定数が変化してしまう。したがって一定
のガス圧力をかけても、発生する力は時間と共に変化し
てしまうこととなり、一定荷重の長時間安定付加による
高精度の計測が損われる恐れがあった。これに対しては
荷重計をロッド４に設けて、荷重を一定にするべく圧力
を制御することも考えられるが、高温でかつ長時間の使
用に耐えられるコンパクトでかつ高精度の荷重計がない
という問題がある。その為、従来は精度の低い試験を余
儀なくされるか、あるいは試験片３の形状を小さくして
必要荷重を大幅に小さくした試験を強いられていた。

又、外部に荷重計を設置して軸力伝達による荷重付加方
式が考えられている。しかしながらこの場合には原子炉
周辺の複雑な形状、例えば曲りくねった場所に装置を設
置することができず、その為適用範囲が制限されてしま
うという問題があった。

（発明が解決しようとする課題） このように従来の構成によると、一定の荷重を長時間安
定した状態で付加させて精度の高い計測を行なうことが
できないという問題があるとともに、原子炉周辺の複雑
な形状をなす場所に対しても効果的に適用したいという
要求があり、本発明はこのような点に基づいてなされた
ものでその目的とするところは、一定荷重の長時間にわ
たる安定付加、それによる精度の高い計測を可能とする
とともに、複雑な形状をなす場所にも効果的に適用する
ことが可能なインパイルクリープ試験装置を提供するこ
とにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） すなわち、本発明によるインパイルクリープ試験装置
は、原子炉容器内又は原子炉建屋に形成された挿通孔内
に挿入され上端に据付け用フランジを備え伸縮可能であ
るとともに可撓性を備えた伸縮継手と、 この伸縮継手の下端に接続され下端を閉塞されたハウジ
ングと、このハウジング内に収容された試験片の下端を
固定支持する支持部と、この支持部を貫通して上記ハウ
ジング内に上下動可能に収容され上記試験片の上端を支
持するヨークと、このヨークの下端にロッドを介して連
結された受圧台と、この受圧台の下面にガス圧を作用さ
せて上記試験片に引張荷重を加える加圧ガス供給機構
と、上記ヨークの上端に連結され上記試験片の伸びを計
測するための歪み検出器と、上記ロッドに両端を固着さ
れた計測用歪ゲージと、上記ロッドに一端を固着され他
端が自由端となっている外乱モニター用歪ゲージと、こ
れら計測用歪ゲージ及び外乱モニター用歪ゲージを気密
に包囲する内側ベローズと、この内側ベローズの外側に
設けられた外側ベローズとを具備し、上記計測用歪ゲー
ジ及び外乱モニター用歪ゲージからの信号に基づいて上
記加圧ガス供給機構を制御してガス圧を一定に調整する
ことを特徴とするものである。

（作用） つまり、試験片、荷重付加機構、及び歪み検出器を内蔵
した試験要素を伸縮継手を介して原子炉容器内又は原子
炉建屋に形成された挿通孔内に挿入する。その際、伸縮
自在でかつ可撓性のある伸縮継手を使用しており、かつ
軸力伝達方式の荷重付加機構ではなくベローズを使用し
たガス加圧方式を採用しているので、曲りくねった場所
であっても上記試験要素を容易に挿入配置させることが
できる。

そして試験片に引張り荷重を作用させる場合には、ガス
供給配管を介して加圧ガス供給機構より受圧室内に加圧
用ガスを供給して受圧台の下面側に作用させる。かかる
加圧ガスの供給によりロッドを介してヨークが上方に移
動し、それによって試験片に引張り力が作用する。該引
張り力の作用により試験片に発生した伸びは上記ヨーク
の上端に連結された歪み検出器により検出される。その
際付加荷重はロッドに取付けられた荷重モニター用計測
器を介して計測され、かつこの計測器はベローズ機構に
より気密に包囲されているので、精度の高い計測が可能
であり、それによって付加荷重の長期にわたる安定付加
を可能にするものである。

（実施例） 以下第１図乃至第３図を参照して本発明の一実施例を説
明する。第１図は本実施例によるインパイルクリープ試
験装置を原子炉周辺に設置した状態を示す図であり、図
中符号101は原子炉容器である。この原子炉容器101は原
子炉建屋102に形成されたピット103に設置されている。
上記原子炉容器101の上部開口101aは遮蔽プラグ104によ
り閉塞されている。上記原子炉容器101内には冷却材105
及び炉心106が収容されており、炉心106は図示しない複
数の燃料集合体及び制御棒等から構成されている。

図中符号107は本実施例によるインパイルクリープ試験
装置であり、このインパイルクリープ試験装置107は上
記原子炉建屋102の運転床108からピット床109を介して
原子炉建屋102内の所定位置に挿入配置されている。

第２図は上記インパイルクリープ試験装置107のみを取
出して示した図であり、原子炉建屋102に折曲形成され
た挿通孔110内に伸縮継手111が挿入され、その先端には
試験要素112が接続されている。上記伸縮継手111の上端
には据付けフランジ113が接続され、インパイルクリー
プ試験装置107はこの据付けフランジ113を介して取付け
られている。上記伸縮継手111は伸縮自在であるととも
に可撓性を備えるもので、図に記すように曲りくねった
挿通孔110内であってもそれに対応して変形し、上記試
験要素112を所定位置まで挿入するものである。尚、図
中符号114aは加圧ガスを供給するガス配管であり、図示
しない加圧ガス供給源に接続されている。又、符号114b
は真空吸引用の配管であり、図示しない真空ポンプに接
続されている。さらに符号115は計測ケーブルである。

次に第３図を参照して上記試験要素112の構成を詳細に
説明する。図中符号121は上記伸縮継手111の下端に接続
されたハウジングであり、このハウジング121内に試験
片122が配置されている。この試験片122はその下端を上
記ハウジング121内に一体形成された支持部123に固定さ
れており（試験片122の下端を支持部123に螺込んであ
る）、一方その上端はヨーク124に連結されている。上
記ヨーク124は試験片122を包囲するように配置され、上
記支持部123を貫通してハウジング121内を上下動可能に
配置されている。上記ヨーク124の上方には歪み検出器1
25が連結されている。この歪み検出器125は上記ハウジ
ング121の内側に一体形成された支持部125aに支持され
ている。上記ヨーク124の下端にはロッド126を介して受
圧台127が連結されている。この受圧台127はその上下に
受圧面を備えており、下面側の受圧面127aは上面側の受
圧面127bよりその面積が大きくなっている。これは引張
り力を発生させる為のガス圧をできるだけ軽減させる為
である。又、上記ヨーク124の下端と上記受圧台127との
間には上記ロッド126及び上記上面側の受圧面127bを包
囲するように内側ベローズ128が配設されており、この
内側ベローズ128の外周であって上記受圧台127と上記支
持部123との間には別の外側ベローズ129が配設されてい
る。又上記ロッド126の外周には計測用ゲージ130及び外
乱モニター用ゲージ131が夫々設置されている。又、上
記ハウジング121内には既に述べたガス配管114a及び真
空吸引用配管114bが下方に延長配置されている。上記ガ
ス配管114aの下端開口は上記支持部123の下方に形成さ
れた加圧室132に接続されており、一方上記真空吸引用
配管114bの下端開口は上記内側ベローズ128の内側空間
に接続されている。上記ガス配管114aを介して上記加圧
室132内に加圧ガスが供給されると、該圧力は図中矢印
で示すように上記受圧台127の下面に上方に向って作用
する。その結果ロッド126を介してヨーク124を上方に押
上げ、その結果試験片122に引張り力が作用する。かか
る引張り力の作用により試験片122に発生した伸びは歪
み検出器125により計測される。

又、付加される荷重は計測用歪みゲージ130及び外乱モ
ニター用歪みゲージ131からの信号に基づいて計測さ
れ、この計測値に基づいて上記加圧ガス供給機構を制御
してガス圧を調整する。上記計測用歪みゲージ130はそ
の両端がロッド126に固着されており、よって荷重付加
により変位が発生する。一方上記外乱モニター用歪みゲ
ージ131はその一端が自由端となっているので、荷重付
加による変位は発生しない。又、各歪みゲージ130及び1
31には熱膨張による起因する変位及び材料的なものに起
因する変位が発生する。したがって上記計測用歪みゲー
ジ130は荷重付加に起因する変位、熱膨張に起因する変
位、及び材料的なものに起因する変位の総和が発生す
る。これに対して上記外乱モニター用歪みゲージ131に
は熱膨張に起因する変位及び材料的なものに起因する変
位の総和が発生する。よって両者の差引きを算出するこ
とにより荷重付加に起因する変位が計測され、それによ
って付加されている荷重を高い精度で計測することがで
きるものである。本実施例ではこのようにして計測され
た荷重値を基にガス圧を制御するものである。

上記試験片122の外周位置のヨーク124の内周面には温度
履歴をオフラインで計測する為のTEDカプセル133、及び
照射量をオフラインで計測する為のドジメータカプセル
134が夫々固着されている。又、上記試験片122位置のヨ
ーク124の外周にはヒータ135が設置されているととも
に、このヒータ135の外周位置には断熱材136が配置され
ている。又、図では示していないが、試験片122の温度
を検出するための熱電対が設置されている。この熱電対
による計測温度を基にして上記ヒータを制御し、それに
よって試験片122の温度を所望の試験温度に保持する。

以上の構成を基にその作用を説明する。

まず、試験片122を収容する試験要素112を所定の場所ま
で挿入する。すなわち伸縮継手111内に配設された試験
要素107に連結された図示しないワイヤを延長して試験
要素107を原子炉近傍の所定位置まで挿入する。

次に試験片122への荷重付加を説明する。まずガス配管1
14aを介して加圧室132内に加圧用ガスが供給される。か
かる加圧用ガスの供給により受圧台127の下面に上向き
の圧力が作用し、それによって受圧台127は上方に付勢
される。この受圧台127の上方への付勢によりロッド126
を介してヨーク124が上方に付勢され、その結果試験片1
22に引張り力が作用する。尚、この時内側ベローズ128
の内側に封入されている不活性ガス（例えばアルゴンガ
ス）が熱膨張して、その圧力が上記ガス圧とは逆向きに
作用する。しかしながら受圧台127の受圧面127a及び127
bの面積に差異をもうけているので、ガス圧としては比
較的低い圧力で事足りるものである。

上記この引張り力の作用により試験片122には伸びが発
生し、この伸びは歪み検出器125により計測される。計
測された信号は計測ケーブル115を介して外部に取出さ
れる。

又、上記引張り力の制御は次のようにして行われる。す
なわち試験片122に付加される荷重は計測用ゲージ130及
び外乱モニター用ゲージ131からの信号に基づいて計測
される。すなわち計測用ゲージ130からは荷重付加に起
因する変位、熱膨張に起因する変位、及び材料的なもの
に起因する変位の総和が検出される。一方外乱モニター
用ゲージ131は一端が自由端となっているので、荷重付
加に起因した変位はなく、よって熱膨張及び材料的なも
のに起因する変位のみが検出される。したがって両者の
検出値を差引くことにより荷重付加に起因する変位が検
出され、それによって付加荷重の大きさが計測されるも
のである。かかる計測値を基に加圧ガス供給源からのガ
ス圧を調整し、それによって引張り荷重の調整をなす。
その際、計測用ゲージ130への放射線の影響、特に計測
用ゲージ130に直接接触する雰囲気ガスからの二次誘導
放射によるγ線による誤信号をなくすため、ガス配管11
4bを介して真空引を行なう。

試験片122への加熱はヒータ135により行ない、その際図
示しない熱電対により温度を検知し、該検知温度を基に
上記ヒータ135を制御する。それによって試験片122を所
定の試験温度に保持する。

尚、試験片122への照射量はドジメータカプセル134によ
りオフライン計測され、又温度履歴もTEDカプセル133に
よりオフライン計測される。すなわち、計測終了後、上
記両カプセル133、134と取出して、成分分析することに
より照射量及び温度履歴がわかるものである。

以上本実施例によると以下のような効果を奏することが
できる。

まず一定の引張り荷重を長期にわたって安定付加させ
ることができる。これは付加される荷重を計測用ゲージ
130及び外乱モニター用ゲージ131によりモニターしてい
るためであり、その際上記計測器をベローズ128、129で
覆って放射線による影響を無くしているからである。し
たがって精度の高い計測を行なうことができる。又、ベ
ローズは二重に設けられているので、上記計測器の気密
保持及び保護は確実なものである。

次に、曲りくねった場所に対しても試験装置の設置が
可能になった。これはまず軸方向への伸縮はもとより曲
りくねった方向への伸縮も可能な伸縮継手111を使用し
たことに起因するものであり、かつ試験片122への荷重
付加をガス加圧荷重機構により行なっていることに起因
するものである。したがって適用範囲の広い試験装置を
提供することができる。

次に上記付加荷重のモニターは極めて精度の高いもの
である。すなわち計測用ゲージ130及び外乱モニター用
ゲージ131の計測値を差引くことにより、熱膨張及び材
料的のものに起因するゲージの変位を排除して付加荷重
に起因する変位のみを計測することができるからであ
り、かつガス配管114bを介してベローズ128内を真空引
きしているからである。

さらに本実施例の受圧台127はその上下面に受圧面を
備え、下側面の受圧面127aの面積は上面側の受圧面127b
の面積よりも大きなものとなっている。引張り力を発生
させるべくガス圧を作用させる場合には、ベローズ128
の内側に封入されている不活性ガスの熱膨張による逆方
向への圧力が発生するので、この逆方向への圧力を上回
るガス圧を作用させる必要がある。その際上述したよう
受圧台127の受圧面127a及び127bの面積に差異を設けて
いるので、比較的低いガス圧で所望の引張力を発生させ
ることができる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によるインパイルクリープ試
験装置によると、一定の引張り荷重を長期にわたって安
定付加させることができ、信頼性の高い計測を行なうこ
とができるとともに、複雑な形状をなす場所にも装置を
挿入することができ、その適用範囲を大幅に拡大するこ
とができる等その効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の一実施例を示す図で、第１
図はインパイルクリープ試験装置を設置した状態を示す
図、第２図はインパイルクリープ試験装置の断面図、第
３図は試験要素の断面図、第４図は従来のインパイルク
リープ試験装置の断面図である。 101……原子炉容器、102……原子炉建屋、107……イン
パイルクリープ試験装置、110……挿通孔、111……伸縮
管継手、112……試験要素、114a……ガス配管、121……
ハウジング、122……試験片、123……支持部、124……
ヨーク、125……歪み検出器、126……ロッド、127……
受圧台、128,129……ベローズ、130……計測用歪みゲー
ジ、131……外乱モニター用歪みゲージ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原子炉容器内又は原子炉建屋に形成された
   挿通孔内に挿入され上端に据付け用フランジを備え伸縮
   可能であるとともに可撓性を備えた伸縮継手と、この伸
   縮継手の下端に接続され下端を閉塞されたハウジング
   と、このハウジング内に収容された試験片の下端を固定
   支持する支持部と、この支持部を貫通して上記ハウジン
   グ内に上下動可能に収容され上記試験片の上端を支持す
   るヨークと、このヨークの下端にロッドを介して連結さ
   れた受圧台と、この受圧台の下面にガス圧を作用させて
   上記試験片に引張荷重を加える加圧ガス供給機構と、上
   記ヨークの上端に連結され上記試験片の伸びを計測する
   ための歪み検出器と、上記ロッドに両端を固着された計
   測用歪ゲージと、上記ロッドに一端を固着され他端が自
   由端となっている外乱モニター用歪ゲージと、これら計
   測用歪ゲージ及び外乱モニター用歪ゲージを気密に包囲
   する内側ベローズと、この内側ベローズの外側に設けら
   れた外側ベローズとを具備し、上記計測用歪ゲージ及び
   外乱モニター用歪ゲージからの信号に基づいて上記加圧
   ガス供給機構を制御してガス圧を調整することを特徴と
   するインパイルクリープ試験装置。