УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ТРУБЧАТЫХ ОБРАЗЦОВ

Устройство для испытания трубчатых образцов.
Полезная модель относится к области испытательной техники и может быть использована для проведения механических испытаний, в частности, испытаний на циклическую прочность трубчатых образцов, в том числе оболочек отработавших твэлов ядерных реакторов.
Известно устройство, описанное в статье С.П. Клименко, А.И. Стукалова, Н.И. Рагулиной, В.М. Грициной «Конструкция вакуумной установки и режимы испытаний твэльных труб из цирконий-ниобиевыхсплавовнамалоцикловую
усталость //Вопросы атомной науки и техники, Харьков: ХФТИ, 1999. С112-113. Это устройство включает в себя циклическое нагружающее устройство, электропечь, датчики измерения параметров процесса, автоматический счетчик количества циклов до разрушения, вакуумную камеру и позволяет проводить испытания на циклическую прочность образцов твэльных труб из циркониевых сплавов. Суш,ность испытаний заключается в поперечном деформировании кольцевого образца, разрезанного по оси, сжатием-растяжением при заданной величине деформации, выбираемой в пластической области нагружения образца.
Недостатки известного устройства:
-циклическое нагружающее устройство при испытании кольцевого образца создает одноосное напряженнодеформируемое состояние, которое не соответствует фактически нагруженной оболочки твэла давлением топлива, то есть не позволяет получить достоверную характеристику циклической прочности;
-конструкция устройства не позволяет создать коррозионноактивную среду, контактирующую только с внутренней поверхностью образца, соответствующую фактической среде во внутренней полости оболочки твэла.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией циклического нагружающего устройства, предназначенного для нагружения образца кольцевой формы.
Наиболее близким аналогом, совпадающим с заявляемой полезной моделью по наибольшему количеству существенных признаков, является устройство, описанное в статье P.Ramsay and J.G.Gravenor. Low-cycle testing of LWR fuel rod cladding//AEA Technology, may 1997, включающее, электропечь, датчики
GOlLl/02
измерения параметров процесса, блок регулирования и управления, механизм фиксации и герметизации образца, соединенный с генератором газового давления, и позволяющее проводить испытания на циклическую прочность образцов оболочек твэлов из циркониевых сплавов путем создания циклированного газового давления во внутренней полости образца. В описанном устройстве механизм фиксации и герметизации образца, с закрепленным в нем образцом оболочки твэла устанавливается в электропечь. Генератор газового давления обеспечивает заданное циклированное газовое давление во внутренней полости исследуемого образца. Газовая среда внутренней полости исследуемого образца и генератора газового давления содержит пары коррозионно-активного вещества. Недостатками прототипа являются:
-колебания температуры трубчатого образца при циклировании газового давления во внутренней полости образца создают неопределенность соответствия результатов испытания к заданной температуре трубчатого образца и не позволяют получить достоверную температурную зависимость циклической прочности.
-изменение количества коррозионно-активного вещества при циклировании газового давления во внутренней полости трубчатого образца создает неопределенность соответствия результатов испытаний и заданного количества коррозионноактивного вещества во внутренней полости трубчатого образца, и не позволяет получить достоверную характеристику по влиянию количества коррозионно-активного вещества на циклическую прочность.
Указанные недостатки обусловлены воздействием на оболочку трубчатого образца циклированным газовым давлением во внутренней полости образца при постоянном давлении наружной среды, контактирующей с образцом.
Полезная модель позволяет получить достоверные прочностные характеристики, в том числе циклической прочности трубчатого образца при постоянных заданных параметрах в процессе испытаний, в частности, параметров температуры образца и количества коррозионно-активного вещества во внутренней полости образца, имитируя условия нагружения оболочки твэла топливом при переходных, маневренных и аварийных режимах работы реактора, то есть, обеспечивает улучшение -качества получаемых характеристик в процессе испытаний.
Поставленная цель достигается тем, что устройство для испытания трубчатых образцов, включающее электропечь, датчики измерения параметров процесса, блок регулирования и управления, механизм фиксации и герметизации образца, соединенный с генератором газового давления, дополнительно содержит гидравлическую камеру высокого давления соединенную с генератором гидравлического давления. Причем механизм фиксации и герметизации образца размещен внутри гидравлической камеры высокого давления и соединен посредством клапана с генератором газового давления. В частности, в качестве клапана может быть использован клапан с электромагнитным приводом.
Наличие гидравлической камеры высокого давления, позволяет воздействовать на внешнюю сторону трубчатого образца гидравлическим давлением с заданной функцией при постоянном давлении газовой среды во внутренней полости образца.
Наличие генератора гидравлического давления, позволяет создавать гидравлическое давление с заданной функцией в гидравлической камере высокого давления.
Наличие клапана, позволяет локализовать количество коррозионно-активного вещества во внутренней полости трубчатого образца в процессе испытаний, тем самым, поддерживать постоянным параметр количества коррозионноактивного вещества.
Новыми существенными признаками являются наличие дополнительных элементов и их взаимное расположение:
-гидравлическая камера высокого давления, внутри которой размещен механизм фиксации и герметизации образца, обеспечивает воздействие на трубчатый образец с внешней стороны гидравлическим давлением с заданной функцией при постоянном давлении газовой среды во внутренней полости образца.
-генератор гидравлического давления, который создает гидравлическое давление с заданной функцией в гидравлической камере высокого давления.
-соединение механизма фиксации и герметизации образца с генератором газового давления посредством клапана, который обеспечивает локализацию количества коррозионно-активного вещества во внутренней полости образца в процессе испытаний.
Это позволяет сделать вывод, что заявляемое решение обладает новизной.
Перечень фигур графического изображения:
на чертеже фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для испытания трубчатых образцов.
Устройство для испытания трубчатых образцов содержит генератор газового давления (1), электропечь (2), датчики измерения параметров процесса (3), блок регулирования и управления (4), механизм фиксации и герметизации образца (5), который расположен внутри гидравлической камеры высокого давления (6), соединенной с генератором гидравлического давления (7). Гидравлическая камера высокого давления (6) представляет собой полый корпус, в который герметично установлен механизм фиксации и герметизации образца (5). Кроме того, механизм фиксации и герметизации образца (5) соединен посредством клапана (8) с генератором газового давления (1).
Устройство для испытания трубчатых образцов работает следующим образом. Механизм фиксации и герметизации образца (5), с закрепленным в нем трубчатым образцом, во внутреннюю полость которого предварительно помещено заданное количество коррозионно-активного вещества, в частности, йода в твердой фазе, герметично закрепляется в гидравлической камере высокого давления (6), и устанавливается в электропечь (2). Под воздействием температуры от электропечи (2) коррозионноактивное вещество переходит в паровую фазу. Генератор газового давления (1) обеспечивает заданное давление газовой среды во внутренней полости исследуемого трубчатого образца. Генератор гидравлического давления (7) обеспечивает заданное давление жидкости во внутренней полости гидравлической камеры высокого давления (6), тем самым, воздействуя на трубчатый образец с внешней стороны гидравлическим давлением с заданной функцией. Клапан (8) способствует подаче газовой среды во внутреннюю полость исследуемого трубчатого образца и препятствует утечке паров коррозионно-активного вещества из внутренней полости трубчатого образца в сообщающиеся полости и конденсированию на холодных поверхностях. В качестве клапана (8) может быть использован клапан с электромагнитным приводом, электромагнитный привод которого расположен за пределами электропечи (2), а запирающее устройство расположено в зоне соединения трубчатого образца с механизмом фиксации и герметизации образца (5). Электромагнитный привод клапана (8) предназначен для проведения контроля давления во внутренней полости трубчатого образца при тарировке параметров перед
проведением испытаний. Для осуществления контроля параметров процесса испытаний, устройство для испытания трубчатых образцов содержит датчики измерения параметров процесса (3). Блок регулирования и управления (4) обеспечивает, в процессе испытаний, поддержание, в зависимости от времени, заданной функции соотношения между давлением газовой среды во внутренней полости исследуемого трубчатого образца и заданным, в частности, циклированным давлением жидкости во внутренней полости гидравлической камеры высокого давления (6), а также, регистрацию измеряемых параметров процесса. Устройство для испытания трубчатых образцов позволяет производить следующие режимы испытаний: а) нагружение исследуемого трубчатого образца, в зависимости от времени, с заданной функцией напряжений в трубчатом образце при заданной температуре; б) нагружение исследуемого трубчатого образца, в зависимости от времени, с заданной функцией радиальной деформации трубчатого образца при заданной температуре. При этом, устройство для испытания трубчатых образцов позволяет получить достоверные прочностные характеристики, в том числе циклической прочности, трубчатого образца при постоянных заданных параметрах в процессе испытаний, в частности, параметров температуры образца и количества коррозионно-активного вещества во внутренней полости образца, имитируя условия нафужения оболочки твэла топливом при переходных, маневренных и аварийных режимах работы реактора.
Заместитель директог по научной )( У В.А.Куприенко