[实用新型]一种核用锆合金管材蠕变性能专用测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种核用锆合金管材蠕变性能测量装置。

背景技术

核燃料元件是反应堆的核心部件，由燃料芯块、包壳及其构件组成。由于核燃料元件的运行环境比较恶劣，中子辐照、冷却剂的腐蚀及在开堆、停堆以及运行后期燃料芯块与锆合金包壳管的机械相互作用和裂变气体产物的释放，使包壳管承受双向应力，均会造成燃料元件的力学性能下降，形成安全隐患。核燃料元件的安全性能直接影响反应堆的安全可靠性。在核燃料元件的设计及模拟工况评价时需要了解锆合金包壳管的基本性能，包括内压蠕变和持久性能。

通常金属材料的高温蠕变和持久性能的测定是选用标准的圆形横截面试样进行高温单向拉伸蠕变或持久试验，无法反应样品环向应力状态下的蠕变性能。环向拉伸及环向蠕变试验可以模拟锆合金管材的单一环向应力状态，而在实际使用条件下，锆合金管材在高温下承受内压时实际上受到环向和轴向二维应力，传统的拉伸蠕变与持久试验方法的结果与实际工况有一定的差距。因此，采用锆合金管材在高温下直接承受内压进行内压蠕变试验可以更好的模拟其在应用中的实际应力状态，试验结果具有更强的指导意义。

国际上针对金属管材内压蠕变试验主要采用锅炉管内压蠕变试验方法。从上世纪70年代起，国内火电行业建立了一批锅炉管内压蠕变试验机，对锅炉管进行了大量的内压蠕变试验研究，但这些试验机存在泄漏率高、试验压力不稳定，温度控制精度差等缺陷。新研制的锆合金内压蠕变试验装置则主要采用对试样充压后焊死的方法来保证密封。在试验条件下保温若干小时后冷却再对外径进行测量，从而确定管材环向蠕变的变形量。该方法主要存在的缺点为1、试验管材如存在压力泄漏，无法进一步试验；2、随着变形量的增加，试验管材内的压力将会降低，试验条件将发生变化；3、无法在线监测试验条件下的管材的环向变形。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术所存在的不足，提供一种核用锆合金管材蠕变性能专用测量装置，该装置操作简单，工作效率高，使用方便，能更好地模拟包壳在堆内的复杂应力状态，提高试验成功率，闭环控制试验温度及压力，实现数据的实时在线记录。

 为解决上述技术问题，本实用新型采取如下技术方案：

一种核用锆合金管材蠕变性能专用测量装置，其包括试样单元、加热单元、测试单元、用于提供高压气体的加压单元以及控制单元，加热单元包括筒式电阻炉，试样单元包括待测试的锆合金试样管、分别与试样管的两端连接的压力注入管和压力传出管、设置在试样管一端部的轴向蠕变夹具以及设置在试样管端部的夹头，锆合金试样管设置在筒式电阻炉内，压力注入管与加压单元的高压气体出口连通；测试单元包括用于测量试样管外径的激光测径仪、安装在试样管外的控温热电偶、用于测量试样管轴向长度变化的位移传感器以及用于测量试样管压力的压力传感器；控制单元包括总控制柜，其分别与测试单元的各测试装置、加压单元、加热单元连接，实现温度和压力的闭环控制。

根据一个具体方面，所述筒式电阻炉和试样管直立设置，位移传感器位于试样单元下方。

优选地，所述加压单元包括动力气管路、工作气管路、气体增压器以及与气体增压器并联连接的多个高压气体出口管路，所述的高压气体出口管路的末端为高压气体出口。

优选地，所述动力气管路上依次连接有压缩空气接口、过滤器、调压阀、压力表、安全阀和截止阀。

优选地，所述气管路包括工作气瓶及依次连接的过滤器、压力表和截止阀；工作气气体通过气体增压器增压为高压气体。

优选地，所述高压气体出口管路自与气体增压器连接的端部至高压气体出口依次设有安全阀、高压截止阀、压力表和高压卸荷阀。

优选地，所说的压力注入管、压力传出管均采用316不锈钢制成，室温下可承受压力60000psi。

优选地，所说的压力注入管和压力传出管分别通过Swagelok快速接头与所述试样管连接。

优选地，所述的测量装置还包括通过夹头向试样管施加轴向载荷的压力装置。通过压力装置和夹头可调节试样管环向轴向应力比。

优选地，所述筒式电阻炉采用多段加热控温，均温区大于等于300mm，保证有足够的均温区长度。

优选地，加热单元有多个，多个加热单元相互独立，互不干扰。

本实用新型的使用方法是：整个试验加热单元的试样表面温度达到试验温度后，通过加压单元高压气体出口与试样连接将试样加压至要求的试验压力并保持压力和温度稳定，在线测量锆合金管材的轴向与径向蠕变结果。

由于以上技术方案的实施，本实用新型与现有技术相比具有如下优点：