(57)【要約】      （修正有）【課題】配管の安定性評価用の試験装置を提供する。【解決手段】配管と同じ素材で形成され、端部である第１面Ｓ１から切開されノッチ部１１１が形成されて、ノッチ部１１１の端部には亀裂部が形成される試片１１０と、試片１１０と連結して、ノッチ部１１１が切開される方向に垂直な方向に荷重を印加する荷重印加部１２０とを含み、荷重印加部１２０と連結される一対のピンホール１１３が試片１１０上に印加される荷重方向に沿って相互離隔されるように形成され、第１面に対向する第２面Ｓ２と亀裂部の端部の間の空間に中心点を設ける。【選択図】図２
2013235004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子力発電所に使用される配管の安定性評価用の試験装置において、
前記配管と同じ素材で形成され、端部である第１面から切開されノッチ部が形成され、前記ノッチ部の端部には亀裂部が形成される試片と、
前記試片と連結して、前記ノッチ部が切開された方向に垂直な方向に荷重を印加する荷重印加部とを含み、
前記荷重印加部と連結される一対のピンホールが前記試片上に印加される荷重方向に沿って相互離隔して形成され、前記第１面に対向する第２面と前記亀裂部の端部の間の空間に中心点が設けられることを特徴とする配管の安定性評価用の試験装置。
【請求項２】
前記試片から測定される破壊抵抗(Ｊ−Ｒ)曲線が前記実際配管と同じように前記試片は前記配管と同じ厚さで形成されることを特徴とする請求項１に記載の配管の安定性評価用の試験装置。
【請求項３】
前記試片から測定される破壊抵抗(Ｊ−Ｒ)曲線が前記実際配管と同じように前記試片の端部は前記配管の曲率と同じ曲率を有するように加工されることを特徴とする請求項２に記載の配管の安定性評価用の試験装置。
【請求項４】
前記荷重印加部から荷重印加時に、前記ピンホールの破断が防止されるように前記試片の第２面は内側に陥没して、陥没部を形成することを特徴とする請求項３に記載の配管の安定性評価用の試験装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の配管の安定性評価用の試験装置に利用される試片を製作する方法において、
実際施工される配管と同じ素材の試片を準備する試片準備段階と、
前記試片を一端部から内側に一部切開して、ノッチ部を形成するノッチ部形成段階と、
前記ノッチ部の端部に亀裂部を形成する亀裂部形成段階と、
前記試片の他端部と前記亀裂部の間の領域に相互離隔される一対のピンホールを形成するピンホール形成段階とを含み、
前記試片から測定される応力勾配が前記実際配管の応力勾配と等しくなるように前記ノッチ部と前記亀裂部と前記ピンホールが加工されることを特徴とする配管の安定性評価用試片の製作方法。
【請求項６】
前記試片準備段階では前記試片の端部を前記実際配管の曲率と同じ曲率を有するように加工することを特徴とする請求項５に記載の配管の安定性評価用試片の製作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管の安定性評価用の試験装置および試片の製作方法に関するものであって、より詳細には、配管の安定性を評価できる配管の安定性評価用の試験装置および試験装置に利用される試片を製作できる試片の製作方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所の設計時、高エネルギー配管系の両端ギロチン破断(DEGB: Double Ended Guillotine Break)時に２、３次の連鎖破壊を防止するために、重々しい防護壁、配管拘束装置、流体噴出防止壁を設置するが、このような安全設計費用が総設計費用の３０%に達するものと知られている。
【０００３】
しかし、両端ギロチン破断が起きる前に漏洩が発生して、この漏洩を感知し稼動を止める場合には、追加的な費用を節減することができ、このような設計を「破断前漏洩設計」という。特に、原子力発電所の建設時、前述した「破断前漏洩設計」の概念を適用すれば１号機当たり数千億ウォンの経済的利益があると知られている。
【０００４】
ただし、このような「破断前漏洩設計」適用時、必須なのが対象配管に対する破壊抵抗曲線(J−R Curve)であるが、従来には１インチ(２５.４ｃｍ)厚さの小型引張試片(CT試片)を使って、破壊抵抗曲線を求める。
【０００５】
図１は、従来の配管安定性評価用試片の一例を図示したものである。
【０００６】
しかし、図１に示した従来の試片(１０ａ、１０ｂ、１０ｃ)の場合には、サイズにより破壊抵抗曲線が異なって現れることが知られており、実際配管の破壊抵抗曲線とも異なると知られているので、このような従来の試片を利用した安定性検査は信頼性が落ちるという問題があった。
【０００７】
また、安定性検査の信頼度確保のために、実際の配管を利用して、破壊抵抗曲線試験をする場合があるが、このような場合には過度な費用が所要され、実験がかなり難しいという問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、本発明の目的は、このような従来の問題点を解決するため、荷重印加時に実際施工される配管と同一の応力勾配を有する試片を利用して、高い信頼性の安定性評価を実施できる配管の安定性評価用の試験装置および試片の製作方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的は、本発明により、原子力発電所に使用される配管の安定性評価用の試験装置において、前記配管と同じ素材で形成され、端部である第１面から切開されノッチ部が形成され、前記ノッチ部の端部には亀裂部が形成される試片と、前記試片と連結して、前記ノッチ部が切開された方向に垂直な方向に荷重を印加する荷重印加部とを含み、前記荷重印加部と連結される一対のピンホールが前記試片上に印加される荷重方向に沿って相互離隔して形成され、前記第１面に対向する第２面と前記亀裂部の端部の間の空間に中心点が設けられることを特徴とする配管の安定性評価用の試験装置により達成される。
【００１０】
また、前記試片から測定される破壊抵抗(Ｊ−Ｒ)曲線が前記実際配管と同じように前記試片は前記配管と同一の厚さで形成されることができる。
【００１１】
また、前記試片から測定される破壊抵抗(Ｊ−Ｒ)曲線が前記実際配管と同じように前記試片の端部は前記配管の曲率と同一の曲率を有するように加工されることができる。
【００１２】
また、前記荷重印加部から荷重印加時に、前記ピンホールの破断が防止されるように前記試片の第２面は内側に陥没して、陥没部を形成することができる。
【００１３】
また、前記の目的は本発明により、安定性評価の試験装置に利用される試片を製作する方法において、前記実際配管と同じ素材の試片を準備する試片準備段階と、前記試片を一端部から内側に一部切開して、ノッチ部を形成するノッチ部形成段階と、前記ノッチ部の端部に亀裂部を形成する亀裂部形成段階と、前記試片の他端部と前記亀裂部の間の領域に相互離隔される一対のピンホールを形成するピンホール形成段階とを含み、前記試片から測定される応力勾配が前記実際配管の応力勾配と等しくなるように前記ノッチ部と前記亀裂部と前記ピンホールが加工されることを特徴とする配管の安定性評価用試片の製作方法により達成される。
【００１４】
また、前記試片準備段階では前記試片の端部を前記実際配管の曲率と同じ曲率を有するように加工することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ノッチ部と試片端部の間にピンホールを位置させて、試片が実際試片に荷重が印加される場合の応力勾配と同じ応力勾配を有するようにすることによって、実際試片を近接するように模写した状態で安定性を評価することができる配管の安定性評価用の試験装置が提供される。
【００１６】
また、実際配管を利用せず、実際配管を近接するように模写することによって評価費用を節減することができる。
【００１７】
また、本発明によれば、実際配管と同じ応力勾配を有する試片を容易に製作することができる配管の安定性評価用試片の製作方法が提供される。
【００１８】
また、実際配管と同じ破壊抵抗(Ｊ−Ｒ)曲線を有する試片を確保できるので、試片を通した安定性検査の信頼度が向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来の配管安定性評価用試片の一例を示した図である。
【図２】本発明の一実施形態による配管の安定性評価試験装置を概略的に示した図である。
【図３】図２の配管の安定性評価試験装置の試片の様々な変形例を示した図である。
【図４】本発明の一実施形態による配管の安定性評価用試片の製作方法の概略的な工程フローチャートである。
【図５】実際施工される配管に適用される応力勾配を説明するための図である。
【図６】図４の配管の安定性評価用試片の製作方法を説明するための試片の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付した図面を参照して、本発明の一実施形態による配管の安定性評価用の試験装置に対して詳細に説明する。
【００２１】
図２は本発明の一実施形態による配管の安定性評価試験装置を概略的に示したものである。
【００２２】
図２を参照すれば、本発明の一実施形態による配管の安定性評価用の試験装置１００は、原子力発電所に施工される実際配管と同じ応力勾配を模写するようにして、検査信頼度が向上する検査装置に関するものであって、試片１１０と荷重印加部１２０を含む。
【００２３】
前記試片１１０は後述する荷重印加部１２０から荷重(Ｐ)の印加を受けて、実際配管を模写することによって原子力発電所などに実際に施工される配管(Ｐ)の安定性を評価するためのものであって、実際施工される配管と同じ素材で設けるのが好ましい。
【００２４】
一方、前記試片１１０の一側面を第１面(Ｓ１)として、これと向かい合う面を第２面(Ｓ２)と定義した状態で試片１１０の具体的な形状および構造に対して後述する。
試片１１０には第１面(Ｓ１)から第２面(Ｓ２)の側に所定の長さで切開されるノッチ部１１１が加工され、ノッチ部１１１の端部には亀裂部１１２が形成される。
【００２５】
また、荷重(Ｐ)の印加を受けるために試片１１０には後述する荷重印加部１２０に連結される一対のピンホール１１３が互い離隔されるように形成される。ピンホール１１３は試片１１０の長さ方向に沿って、所定間隔離隔され、本実施形態でピンホール１１３の断面形状は所定直径を有する円形で設けるが、ピンホール１１３の形状はこれに挿入、装着されて後述する荷重印加部１２０と連結される所定のピンの形態を考慮し決めるのが好ましい。
【００２６】
この時、荷重印加部１２０から加えられる荷重(Ｐ)によって、試片１１０が実際施工される配管の応力勾配と同じ応力勾配を有することができるようにピンホール１１３の中心点は亀裂部１１２と第２面(Ｓ２)の間の離隔空間、すなわち亀裂部１１２の終端部から試片１１０の長さ方向に沿って延長される面と第２面(Ｓ２)の間の離隔空間内に設けられる。
また、試片１１０に形成されるピンホール１２０の直径は制限されるものではなく、加工されるピンホール１１３のサイズが大きくなる場合荷重(Ｐ)によって、ピンホール１１３が破断されるのを防止するために、第２面(Ｓ２)は第１面(Ｓ１)側に一部が陥没することにより、試片１１０の側面には陥没部１１４が形成される。
【００２７】
一方、試片１１０のノッチ部１１１、亀裂部１１２、ピンホール１１３の位置は実際配管の応力勾配を精密に模写するために適切な位置に設計されるもので、このような試片１１０の加工および設計方法に対しては配管の安定性評価用試片の製作方法で後述する。
【００２８】
前記荷重印加装置１２０は試片１１０に形成されたピンホール１１３と直接的に連結して、試片１１０に荷重(Ｐ)を印加するための装置である。
【００２９】
一方、図３は図２の配管の安定性評価試験装置の試片の様々な変形例を示したものであり、図３に示したように、本発明に使用される試片は、曲率を有するが陥没部が形成されない形態(１１０ａ)、平板型で陥没部が形成されない形態(１１０ｂ)、平板型で陥没部が形成される形態(１１０ｃ)等必要によって様々な形態で設けることができる。
【００３０】
これからは前述した配管の安定性評価用試片の製作方法の一実施形態に対して説明する。
【００３１】
図４は本発明の一実施形態による配管の安定性評価用試片の製作方法の概略的な工程フローチャートであり、図５は実際施工される配管に適用される応力勾配を説明するためのものであり、図６は図４の配管の安定性評価用試片の製作方法を説明するための試片の正面図である。
【００３２】
図４を参照すれば、本発明の一実施形態による配管の安定性評価用試片の製作方法(Ｓ１００)は原子力発電所に実際施工される配管に加えられる応力勾配と同じ応力勾配を模写するように設計される試片を製作する方法に関するものであって、試片準備段階(Ｓ１１０)とノッチ部形成段階(Ｓ１２０)と亀裂部形成段階(Ｓ１３０)とピンホール形成段階(Ｓ１４０)を含む。
【００３３】
前記試片準備段階(Ｓ１１０)は試片１００を準備する段階である。本段階での試片１１０は前述した実際配管と同じ素材で設けられ、特に、配管の精密な模写を通した検査信頼度を向上させるために実際配管と同じ厚さを有する試片で設けられるのが好ましい。
【００３４】
また、本段階では試片１１０を実際配管に形成される曲率と同じ曲率を有するように加工する。すなわち、試片１１０を加工して、最終製作される試片１１０が実際配管の形状との同じ曲率を有するようにする。
【００３５】
前記ノッチ部形成段階(Ｓ１２０)は前述した試片準備段階(Ｓ１１０)で加工、準備される試片１１０にノッチ部１１１を形成する段階である。
【００３６】
試片１１０の一側端面を第１面(Ｓ１)と定義して、これに対向する他側端面を第２面(Ｓ２)と定義すれば、本段階では試片１１０の第１面(Ｓ１)を第２面(Ｓ２)側に一部切開することによりノッチ部１１１を加工する。すなわち、ノッチ部１１１は試片１１０に加えられる荷重(Ｐ）と垂直な方向に沿って延長される。
【００３７】
この時、本段階で加工されるノッチ部１１１の幅および切開される長さは印加される荷重(Ｐ)のサイズ、試片１１０のサイズ、実際配管から測定される応力勾配などを総合的に考慮し決めるのが好ましい。
【００３８】
前記亀裂部形成段階(Ｓ１３０)はノッチ部１１１の最終端部から第２面(Ｓ２)側に延長される亀裂部１１２を形成する段階である。すなわち、本段階では降伏応力に該当する荷重が印加され、亀裂が始まる位置として、ノッチ部１１１より小さい幅の亀裂部１１２を加工するのである。
【００３９】
前記ピンホール形成段階(Ｓ１４０)は試片１１０にピン荷重を印加するために荷重印加部１２０と連結されるピンが装着、設置される空間であるピンホール１１３を加工する段階として、所定直径の円形のピンホール１１２一対を試片１１０上に加工する段階である。
【００４０】
一方、前述したノッチ部形成段階(Ｓ１２０)と亀裂部形成段階(Ｓ１３０)とピンホール形成段階(Ｓ１４０)で各々加工されるノッチ部１１１、亀裂部１１２およびピンホール１１３の試片１１０上における位置は実際配管の応力勾配を考慮して決定されるもので、これらを決める方法に対して説明する。
【００４１】
図５は実際施工される配管に適用される応力勾配を説明するものである。
【００４２】
図５に示したように、実際配管(Ｒ)には曲げモーメント(Ｍ）と引張応力(Ｐ)が同時に作用し、これと同一の曲げモーメント(Ｍ）と引張応力(Ｐ)が試片に適用される場合を仮定して、本実施形態の方法によって、製造される試片１１０に加えられる応力勾配を図６を参照して後述する。
【００４３】
まず、本実施形態で製作される試片の断面係数(Ｚ)は下記の[式１]のように示すことができる。
［式１］
【数１】
2013235004.tif 000003
【００４４】
この時、Bは本実施形態において試片１１０の厚さであり、ｂはノッチ部１１１の最終端部と第２面(Ｓ２)の間の間隔を示す。
【００４５】
よって、試片１１０に加えられる荷重(Ｐ)による曲げモーメント(Ｍ)は下記の[式２]のように示すことができる。
［式２］
【数２】
2013235004.tif 000004
【００４６】
この時、ａはピンホール１１３中心点の座標値を示し、ノッチ部１１１の最終端部を基準点として座標系を設定して、第２面(Ｓ２)方向には負(−)の値、第１面(Ｓ１)方向には正(＋)の値を有するものと定義する。すなわち、ピンホール１１３の中心点がノッチ部１１１最終端部から第２面(Ｓ２)側に位置する場合には負(−)の値を有するようになる。
【００４７】
従って、加えられる曲げモーメントによる最大応力(σＭ)は下記の[式３]のように示すことができる。
［式３］
【数３】
2013235004.tif 000005
【００４８】
また、荷重(Ｐ)による引張応力(σＰ)は下記の[式４]のように示すことができる。
［式４］
【数４】
2013235004.tif 000006
【００４９】
従って、印加される荷重によって加えられる最大応力(σｍａｘ）と最小応力(σｍｉｎ)は下記の[式５]および[式６]のように示すことができる。
［式５］
【数５】
2013235004.tif 000007
［式６］
【数６】
2013235004.tif 000008
【００５０】
この時、最大応力(σｍａｘ)が試片の降伏強度(σY）と同一であると仮定し、最小応力(σｍｉｎ)を降伏強度(σY)に対し整理すれば、下記の[式７]のように示すことができる。
［式７］
【数７】
2013235004.tif 000009
【００５１】
従って、試片１１０に加えられる最大応力(σｍａｘ）と最小応力(σｍｉｎ)の差は下記の[式８]のように示すことができる。
［式８］
【数８】
2013235004.tif 000010
【００５２】
従って、試片１１０に加えられる応力勾配(ＳＳ)は前記の[式８]によって、下記の[式９]のように示すことができる。
［式９］
【数９】
2013235004.tif 000011
【００５３】
従って、前記[式９]を利用して、製作される試片１１０が実際配管に加えられる応力勾配と同じ応力勾配を有するようにノッチ部の位置(ｂ)およびピンホールの位置(ａ)を調節し加工することができる。
【００５４】
現場において実際に施工、使用される配管から測定される応力勾配は一般的に０に近接する値を有するものであるので、これを本実施形態において最終的に製作される試片に適用すれば、ｂ値はノッチ部１１１の端部と第２面(Ｓ２)の間の間隔を示すものであって正(＋)の値であるので、[式９]でａ値がｂ値を相殺し、試片の応力勾配(ＳＳ)が実際配管と類似の０に近接するようにするためにはａの値は(−)の値を有するようになる。
【００５５】
従って、前述したように、実際配管の応力勾配を模写するためにピンホール１１３の中心点の座標の位置(ａ)は負数を有し、前述したように設定された座標系によれば、ピンホール１１３の中心点はノッチ部１１１と第２面(Ｓ２)の間の空間に位置する。
【００５６】
すなわち、前記の[式９]におけるノッチ部１１１とピンホール１１３の位置を調節し加工することにより、実際配管の応力勾配を精密に模写する試片が製作されることができる。
【００５７】
さらに説明すれば、本実施形態によって製作される試片は実際配管の応力勾配を精密に模写されることができ、これにより、本実施形態によって製作される試片から実際配管と同じ破壊抵抗(Ｊ−Ｒ)曲線を確保できる。
【００５８】
従って、このような試片からの評価される安全性の信頼度もやはり向上できる。
【００５９】
本発明の権利範囲は前述した実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲内で様々な形態の実施形態で具現することができる。特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく、当該発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、誰でも変形可能な様々な範囲まで本発明の請求範囲記載の範囲内にあると思われる。
【符号の説明】
【００６０】
１１０  試片
１２０  荷重印加部
１１１  ノッチ部
１１２  亀裂部
１１３  ピンホール
【図１】
2013235004.tif 000012
【図２】
2013235004.tif 000013
【図３】
2013235004.tif 000014
【図４】
2013235004.tif 000015
【図５】
2013235004.tif 000016
【図６】
2013235004.tif 000017