JP3202545U

JP3202545U - 管状試験片への内圧負荷機構

Info

Publication number: JP3202545U
Application number: JP2015006135U
Authority: JP
Inventors: 中司　雅文; 雅文中司
Original assignee: 合同会社ジルコテクノロジー
Priority date: 2015-11-16
Filing date: 2015-11-16
Publication date: 2016-02-12
Anticipated expiration: 2025-11-16

Abstract

【課題】放射能を有する管状試験片の内圧強度特性を、セル内で遠隔試験から得るためには、小型で単純な機構から構成され、狭い空間内で、容易な操作での試験片組み立て・試験を可能にし、かつ管状試験片の長さ制限を必要としない高圧内圧負荷が可能な、管状試験片への内圧負荷機構を提供する。【解決手段】管状試験片１の内部に、管状スペーサ５と同スペーサ両端部にＯリング４を挿入配置し、ネジ構造付きの密封用端栓３と圧力媒体導入穴付き端栓２の二個の端栓をネジ構造で機械的に結合させることによって、同Ｏリング４を圧縮させて管内壁と端栓との間隙を閉塞する機能を発揮するようになる機構とで、管状試験片への内圧負荷機構を構成している。【選択図】図１

Description

本考案は、原子炉内で使用されて放射能を帯びた燃料被覆管から管状試験片を作製して、セルと称呼される放射線遮蔽機能を備えた狭小空間内で、高圧内圧負荷方法により管の強度特性を測定する際の、管状試験片への内圧負荷機構に関する。

ジルコニウム合金からなる原子炉用燃料被覆管の場合には、使用中に管に発生している円周方向への引張力（円周方向引張応力）が支配的であることに併せて、変形特性に異方性が強いために、燃料被覆管の長手方向単軸引張り試験や両端を閉じた内圧破裂試験ではなく、直接的に管円周方向のみに負荷した時の管強度や変形特性データが重要であった。

また、データ取得方法として、狭小なセル内作業であるので、試験装置は小型で、高圧まで信頼性高く負荷可能な機構であること、さらにセル内の遠隔操作による試験に適した簡便な操作性が要求される。

そこで、従来技術では特許文献１で示したように、被覆管に長手方向の引張り力が発生せず、円周方向の単軸応力のみが発生するオープンエンド型の内圧負荷試験方法がある。

また、管の端部の内圧シール技術として特許文献２に示すようなネジ式で可塑性シール材を管内壁に押し当てる技術がある。

さらに管状試験片の両端にシール材を挟み込んで密封用フランジを試験対象の管に圧縮してシールする技術が特許文献３に、そして試験用管材の端部をフレア（拡管）して当該拡管部をシール材とともに機械的に挟み込んで内圧をシールする技術が特許文献４に、そのほか各種形状のＯリングを用いて内圧をシールする技術が特許文献５および特許文献６で公開されている。

オープンエンド型の内圧負荷試験方法である特許文献１の従来技術では、試験片（１）の内側に挿入したＯリング（１０）に、管状スペーサ（１３）と両端栓（１１）（１２）に内圧とバランスする圧縮力を負荷する構造物（１４）が必須であるので試験機の大型化を伴う。かつ同構造物で端栓を支える機構であるので試験片長さに制限を伴う。さらに同構造物のために試験片周囲の空間が制限されるので、加熱部材や計測部品の組み込みに困難を伴う問題点があった。

特許文献２の技術では、試験片（１）の内部に可塑性のシール材（２０）を配置しシール材を端栓（２１）とシール圧縮管（２２）を機械的に締め付けることによりシール材と試験片内表面との間に生じる摩擦力で内圧をシールしているので、同摩擦力より高い内圧ではシール不能になるので信頼性の点で問題があった。

特許文献３では、試験片を両端から圧縮するために試験片に圧縮応力が生じることおよび装置が大型になる問題点があった。

特許文献４の技術では試験片の端を塑性変形させる必要があり、延牲が乏しい材料には適用できず、大型装置で、かつ手順が煩雑である問題点があった。

その他、特許文献５および６ではＯリングを用いた技術が公開されているが、当該技術課題に適用不可能であった。

特開２００７−２５６１６４号公報実開昭５６−０４３０４１号公報特開昭５５−０３５２８２号公報特開昭５９−２０８４３４号公報特許第２６３６１９５号公報特許第２６３０６３４号公報

本考案は、以上のような従来技術の欠陥に鑑み、小型でシンプルな構造から構成されることにより、試験片の組み立てが容易で、狭い空間内での試験操作を可能にし、かつ試験用管材には長さ制限がなく、高圧の内圧を負荷可能な内圧負荷機構を提供する事を目的としている。

上記目的を達成するための手段として、管状試験片の内部に管状スペーサと同スペーサ両端部にＯリングを挿入配置し、密封用端栓と内圧導入穴付き端栓の二個の端栓で同Ｏリングを端栓に設けたネジ機構で圧縮させて管内壁と端栓との間隙を閉塞することにより、高い内圧シールを可能にする内圧負荷機構を提供した。

以上の説明から明らかなように、本考案によれば次に列挙する効果が得られる。

（１）管状試験片の内部に管状スペーサと同スペーサ両端部にＯリングを挿入配置し、密封用端栓と内圧導入穴付き端栓の二個の端栓で同Ｏリングを端栓に設けたネジ機構で圧縮させて管内壁と端栓との間隙を閉塞することにより、高い内圧シール性を具備した機構であり、本考案ではネジ機構で両端栓を力学的に結合しているので、外部からの端栓圧縮機構が不要で、小型でかつ操作性が優れる効果がある。

（２）管状試験片の内部に管状スペーサと同スペーサ両端部にＯリングを挿入配置し、密封用端栓と内圧導入穴付き端栓の二個の端栓で同Ｏリングを端栓に設けたネジ機構で圧縮させて管内壁と端栓との間隙を閉塞することにより、高い内圧シール性を具備した機構であり、外部からの端栓圧縮機構が不要で試験片全体が棒状である。この特徴から、高温試験は専用電気炉の作製が不要で既成の小径電気炉への挿入で試験が可能になる効果がある。

（３）上記（２）で述べた本考案では組み立てられた試験片は小型棒状であり、熱を吸収する構造物がない特徴から、均一な試験片温度での試験が可能になるという付随的な効果がある。

（４）管状試験片の内部に管状スペーサと同スペーサ両端部にＯリングを挿入配置し、密封用端栓と内圧導入穴付き端栓の二個の端栓で同Ｏリングを端栓に設けたネジ機構で圧縮させて管内壁と端栓との間隙を閉塞することにより、高い内圧シール性を具備した機構であり、本考案では管状試験片内部に端栓およびネジ機構が収納されて内圧負荷を可能にする手段を具備したすべての構造物が試験用管内に収納されているので、管状試験片の長さに制限を伴わないという優れた効果がある。

本考案の一実施形態に係る管状試験片とＯリングと管状スペーサおよびネジ構造付き端栓から構成された内圧負荷機構の縦断面図である。従来技術における、管状試験片とＯリングと管状スペーサおよび端栓と端栓拘束力を負荷する構造物から構成された内圧負荷機構の縦断面図である。従来技術における、試験片と管内部に挿入した可塑性のシール材およびシール材締め付け機能付き端栓を示す負荷機構の縦断面図である。

以下、図面を用いて本考案の実施例を説明する。なお、各図面において、同一の構成については同一の符号を付している。

図１は、本考案の実施例の断面図であって、管状試験片１の内部に管状スペーサ５と、同スペーサの両端部にシール用のＯリング４を合計２個配置している。Ｏリング４は、Ｏリングの寸法に適合する段状の溝を設けた密封用端栓３および同溝を設けた圧力媒体導入穴付き端栓２によって圧縮される。圧縮力は各端栓に設けたネジ構造によって発生させる。

試験時の試験片組立操作は、まずＯリング４と管状スペーサ５を端栓２および端栓３にゆるく結合させておき、両端栓の外径は試験片管材の内径より小さいので、管状試験片内にこれらの部材を挿入することができる。

全ての部材を挿入した後に、端栓を互いに回転させネジを締め付け、Ｏリングを圧縮変形させて試験片内壁と端栓外径との間隙を閉塞することによって、高い内圧のシール状態を得る。

このような構造により、図示していない高圧発生機で生じた高圧の加圧媒体６が導入穴付き端栓２を経由して試験片内面に導入される。

試験片内面に作用する圧力で、左右のＯリングに挟まれる領域の試験片は膨張するが、Ｏリング位置より外側で内圧が作用しない試験片領域は膨張しないので、内圧のシールは継続する。試験終了までの内圧を、図示していない圧力計でモニターし、内圧の大きさと負荷後の試験片の変形状態との対応関係を観察・評価する。

本提案の内圧負荷機構を用いて組み立てた試験片全体の外観は図１に示すように棒状であるので、高温試験時には、図示していない小型電気炉や高温ポット中に挿入して試験を実施した。

なお、本考案は上記の実施例に限定されるものではなく、例えば上記実施例でのＯリング断面形状は、丸型に限定せずその他の形状でも良い。また管状スペーサは弾性変形機能を有しても同様な効果が得られる。

本発明は、原子力発電用の放射能を有する核燃料被覆管材等の管状試験片の他に、工業用の鋼管の材料強度試験にも適用できる。

１ …管状試験片、
２ …圧力媒体導入穴付き端栓、
３ …密封用端栓、
４ …Ｏリング、
５ …管状スペーサ、
６ …圧力媒体、
１０…Ｏリング、
１１…圧力媒体導入穴付き端栓、
１２…密封用端栓、
１３…管状スペーサ、
１４…外力負荷構造物、
２０…シール材、
２１…圧力媒体導入穴付き端栓、
２２…シール圧縮用管

Claims

管状試験片の内部に、管状スペーサと同スペーサ両端部にＯリングを挿入配置し、ネジ構造付きの密封用端栓と内圧導入穴付き端栓の二個の端栓をネジ構造で機械的に結合させることによって、同Ｏリングを圧縮させて管内壁と端栓との間隙を閉塞する機能を発揮するようになる機構から構成されていることを特徴とする管状試験片への内圧負荷機構。