Устройство для испытания пружин в активной зоне ядерного реактора Советский патент 1993 года по МПК G01N3/08 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам и устройствам для неинструментованных внутриреакторных испытаний конструкционных материалов.

Цель достигается тем, что механизм нагружения выполнен в виде вертикально установленного полого цилиндра, заполненного в один ряд металлическими шариками, механизм компенсации уровня деформации выполнен в виде шарнирно закрепленной рейки, одна сторона свободного конца которой контактирует с одним из указанных шариков, другая предназначена для контактирования с испытуемой пружиной, а индикатор деформации выполнен в виде шарнирно связанных двух линеек, соединяющей их свободные концы, тягой с известной интенсивностью радиационного распухания и жестко связанных с линейкой карманов.

На фиг. 1 изображено устройство; на фиг. 2 - схема, иллюстрирующая пример практического применения; на фиг. 3 - график обработки результатов испытания,

Устройство включает следующие механизмы, размещенные в ампуле: механизм нагружения, предназначенный для создания величины начального напряжения, вызывающего заданный уровень деформации; механизм компенсации уровня деформации, обеспечивающий дозированное снижение нагрузки при сохранении фиксированной деформации, и механизм регистрации величины напряжения, предназначенный для определения зависимости изменения напряжения от времени испытания.

Механизм нагружения включает постоянную часть нагрузки PI и переменную, выполненную в виде вертикально установленного полого цилиндра 1, заполненного в один ряд металлическими шариками 2 одинакового диаметра, которые своим весом воздействуют на образец 3. На фиг. 1 контурными линиями показано испытание пружины сжатия, а пунктирными - вариант крепления образца при испытании пружины растяжения.

Механизм компенсации уровня деформации содержит рейку 4, шарнирно закрепленную на стенке ампулы, и направляющий канал 5. Свободный конец 4 оснащен сферической пятой а, контактирующий с образцом 3.

Индикатор деформации содержит неподвижную линейку 6, установленную под углом « 10-15° к плоскости, перпендикулярной оси ампулы, и шарнирно соединен0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ную с ней подвижную линейку 7. Линейки 6 и 7 установлены так, что их срезы образуют наклонную клиновидную щель, расширяющуюся к низу. Свободные концы линеек соединены между собой тягой 8, изготовленной из материала с известной интенсивностью радиационного распухания. С нижней стороны неподвижной линейки б вдоль клиновидной щели равномерно расположены карманы 9; 10; 11; 12; 13; 14; 15; 16, предназначенные для последовательного помещения шариков 2.

Устройство работает следующим обра4 Зом. . : ;; :... V: . . -..

Шарики 2, расположенные в полом цилиндре 1, воздействуя своим весом на свободный конец рейки 4, создают переменную часть нагрузки, деформируют пружинный образец 3. Зазор h между нижним срезом а, полого цилиндра 1 и свободным концом рейки 4 устанавливают так, чтобы он был меньше диаметра шарика и в исходном положении (в начале нагружения} предотвращал прохождение шарика из полого цилиндра 1 в направляющий канал 5.

При релаксации напряжения в образце

3 деформация его возрастает, зазор h между нижним срезом полого цилиндра 1 и рейкой

4 увеличивается,-и нижний шарик 2, скатываясь по рейке 4 через направляющий канал 5, попадает на верхнюю узкую часть клиновидной щели между неподвижной 6 и подвижной 7 линейками. Скатываясь вдоль расширяющейся щели в сторону ее расширения, шарик проваливается в том месте, где ширина .щели соответствует диаметру шарика. При низком уровне релаксации, в; начале нагружения шарик проваливается через широкий нижний участок щели и по- падает в карман 9, наиболее удаленный от шарнира.,

В момент прохождения шарика через зазор h, нагрузка на образец уменьшается; на вес этого шарика, снижается уровень напряжения в образце и восстанавливается исходная деформация. Последующая релаксация напряжения снова увеличивает деформацию, что ведет к выпадению следующего шарика и повторному восстановлению исходной деформации.

В результате радиационного распухания тяги 8 длина ее увеличивается, свободные концы линеек б и 7 расходятся и участок щели, имеющий ширину, равную диаметру шарика, перемещается в сторону сужения клиновидной щели. Очередной шарик, попавший в щель, провалится через нее. например, в карман t6, расположенный ближе к шарниру.

При известной интенсивности радиационного распухания материала тяги 8 расположение шариков в карманах 9-16 характеризует темп релаксации напряжения образца/так как каждый карман соответствует определенному времени испытания. Так, например, при высоком темпе релаксации большее количество шариков выпадает в начале испытания и через наиболее широкие участки клиновидной щели попадает в дальние от шарнира карманы 9:10, а при низком темпе релаксации карманы, расположенные со стороны расширяющейся части клиновидной щели, могут оказаться пустыми.

Определение величины релаксации напряжения в образце производится после извлечения устройства из реактора по количеству шариков, расположенных в карманах.

Пример, Для испытания пружины диаметром мм с диаметром проволоки мм при количестве витков и нагрузке кгс начальное напряжение г 300 МПа (30 кгс/мм), а общая осадка А 20 мм.

Постоянная часть нагрузки ,75 кгс, переменная ,25 кгс и состоит из шариков диаметром ,6 мм и весом ,005 кгс в количестве шт.

Начальная длина тяги, выполненной из материала с известной интенсивностью распухания, ЦН50 мм (фиг. 2). Расстояние между линейками в исходном положении (при параллельных срезах) Ле 10,5- 0,,45, где Ас 0,05 мм - приращение деформации, равное разности ширины щели, соответствующей смежным карманам.

Для предельного распухания АО 9,6% в течение кампании сут удлинение тяги составит 3,2%, то есть ,6мм.

Вдоль щели расположено карманов. В исходном положении при параллельных срезах линеек ширина щели ,45 мм недостаточна для прохождения шариков в карманы.

При равномерном распухании материала тяги через каждые 12 сут длина тяги увеличивается на 1/8 предельного удлинения, то есть на A li A ,,2 мм. Это приведет к тому,, что через 12 сут после начала испытания шарики попадут в карман 9, через следующие 12 сут - в карман 10, в последние 12 сут, то есть в конце кампании, - в карман 16 (приложение 1).

При уменьшении нагрузки на величину ее переменной части, равной общему весу шариков ,25 кгс (1/4 начальной нагрузки), напряжение снизится на 75 МПа и окажется равным 225 МПа.

В начале испытания под действием начальной нагрузки кгс образец деформируется на величину общей осадки Л 20 мм. Через некоторое время вследствие релаксации напряжения деформация его увеличится. В тот момент, когда приращение деформации составит ,05 мм, первый шарик выпадет из магазина в щель. Нагрузка уменьшится на вес одного шарика, напряжение снизится и исходная деформация будет восстановлена, но уже при уменьшенном вследствие релаксации напряжении. Все шарики, выпавшие в первые 12 сут, попадут в карман № 1, в следующие 12 сут- в карман № 2 и так далее.

Количество шариков в каждом кармане определяет падение напряжения в данном временном интервале. Величину изменения

напряжения в конце каждого временного интервала вычисляют по формуле

30

П|

(D

где т0 - исходное напряжение; ty. - напряжение от действия постоянной нагрузки (без учета веса шариков); п0 - общее количество шариков

. Ј niсумма шариков, попавших в предыдущие карманы.

Расчеты по формуле (1)сведены в табли-. цу и представлены на графике (фиг.З).

В отличие от базовых устройств, принятых за прототип и аналоги, предлагаемое устройство позволяет производить испытание пружинных образцов на релаксацию напряжения без вывода коммуникаций в|

особо сложных условиях, например в активной зоне ядерного реактора на быстрых нейтронах.

50

Формула изобретения

Устройство для испытания пружин в активной зоне ядерного реактора, содержащее механически связанные механизмы нагружения и компенсации уровня деформации, а также индикатор деформации, о т- личающееся тем, что, с целью повышения достоверности испытания в режиме релаксации, механизм нагружения выполнен в виде вертикально установленного полого

цилиндра, заполненного в один ряд металлическими шариками, механизм компенсации уровня деформации выполнен в виде шарнирно закрепленной рейки, одна сторомой пружиной, а индикатор деформации выполнен в виде шарнирно связанных двух линеек, соединяющей их свободные концы тяги с известной интенсивностью раДиацина свободного конца которой контактирует 5 онного распухания и жестко связанных с с одним из указанных шариков, другая пред- линейкой карманов, назначена для контактирования с испытуемой пружиной, а индикатор деформации выполнен в виде шарнирно связанных двух линеек, соединяющей их свободные концы тяги с известной интенсивностью раДиаци онного распухания и жестко связанных с линейкой карманов,

Изобретение относится к средствам испытания изделий в ядерных реакторах и может быть использовано для испытания пружины в активной зоне ядерного реактора. Целью изобретения является повышение достоверности испытания за счет учета радиационного распухания пружины. Последнее контролируется в устройстве в виде нагружающего пружину ряда шариков (в магазине) и индикатора деформаций в виде шарнирно связанных линеек, по которым скатываются шарики в карманы. По количеству шариков в этих карманах судят о радиационном распухании. 1 табл., 3 ил. СП

.1

и

5 г

f:J

vju-г i

фи.1

5W//

P0e/ pe0fe; e#&e /foffitwcffrfa u/ff/w 0& В #a/x fawax

17

f

в

фи&З

t

2E

УИЛ/М/ИЛ/

ZEE

ъ

TTZ

О