JPH1038829A - 配管のき裂進展量予測装置 - Google Patents

配管のき裂進展量予測装置

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JPH1038829A
JPH1038829A JP19070896A JP19070896A JPH1038829A JP H1038829 A JPH1038829 A JP H1038829A JP 19070896 A JP19070896 A JP 19070896A JP 19070896 A JP19070896 A JP 19070896A JP H1038829 A JPH1038829 A JP H1038829A
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JP
Japan
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crack
calculating
crack propagation
pipe
amount
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Application number
JP19070896A
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English (en)
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Tetsuo Yamashita
鐵生 山下
Yoshiki Ogata
善樹 緒方
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
  • Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、長いプラントサイクルの間の変動熱
荷重によるき裂進展量のトータル値を、即座に知ること
が出来ると共に、絶えず監視し続ける事が出来る配管の
き裂進展量装置を提供することを目的とする。 【解決手段】内表面に熱荷重をうける配管において、監
視場所30に設置した温度検出器9と、検出器9からの
信号を入力し、前記場所の配管のき裂進展量を算出する
演算処理装置10と、演算処理装置10からの信号を入
力し、検出器設置場所における配管のき裂進展量を表示
する表示装置20を有し、演算処理装置10は、発生応
力を算出する手段100と、J積分値を算出する簡易手
段200と、き裂伝播曲線と比較する手段400と、き
裂進展量を算出する手段500とから成り、表示装置2
0は、き裂進展量を算出する手段500からの信号を入
力し、検出器設置場所における配管のき裂進展量を表示
することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、配管内表面の熱荷
重にに対して、想定き裂の、その後のき裂進展量を予測
するために用いる配管き裂進展量算定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の技術による配管系に対する、内面
に生じる熱荷重に対する従来の健全性の評価方法は、数
値解析的に、熱荷重に対して熱弾塑性破壊力学パラメー
タのJ積分値を解析によって求め、その解析結果を材料
についてのデータと比較する事により、き裂の進展によ
る破壊に対する健全性を評価していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来技術による配管の
想定き裂に対するき裂進展量の評価方法では、(A)当
該場所における温度変化に対する発生熱応力に対し、熱
弾塑性破壊力学パラメータのJ積分値を数値解析によっ
て求め、(B)予め採取したき裂進展評価データとを比
較してき裂進展予測を立てていた。
【0004】しかしながら、この方法では、時間的な評
価時点において、その都度数値解析を実施しなければな
らない。そのため、時間的応答が遅く、リアルタイムで
き裂進展量を監視する事が困難であった。
【0005】本発明は、これらの問題を解決し、当該場
所の温度変化を検知すれば、この温度変化による発生熱
応力を基に、即座に、き裂の進展量を算定する装置を提
供する事を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係る配管のき裂
進展量予測装置は、内表面に熱荷重をうける配管におい
て、(A)監視したい場所に設置した温度検出器と、
(B)前記温度検出器からの信号を入力し、前記場所に
おける配管のき裂進展量を算出する演算処理装置と、
(C)前記演算処理装置からの信号を入力し、前記温度
検出器を設置した場所における配管のき裂進展量を表示
する表示装置を有し、(D)前記演算処理装置は、発生
応力を算出する手段と、J積分値を算出する簡易手段
と、き裂伝播曲線と比較する手段と、き裂進展量を算出
する手段とから成り、(E)前記発生応力を算出する手
段は、温度検出器からの信号を入力し、温度検出器によ
り検出される時間的変化および前記設置場所における配
管の材質、寸法、形状から求まる前記設置場所の発生應
力を算出し、(F)前記J積分値を算出する簡易手段
は、前記発生応力を算出する手段からの信号を入力し、
前記設置場所における配管の発生応力の算出値から弾塑
性破壊力学パラメータであるJ積分値を算出し、(H)
前記き裂伝播曲線と比較する手段は、前記J積分値を算
出する簡易手段からの信号を入力し、前記設置場所にお
ける配管のき裂の進展評価値を予め材料試験により取得
したき裂伝播曲線に基づくデータとの比較値を算出し、
(I)前記き裂進展量を算出する手段は、前記き裂伝播
手段と比較する手段からの信号を入力し、該比較する手
段で算出した比較値に基づき、前記設置場所における配
管のき裂進展量を算出し、(J)前記表示装置は、前記
き裂進展量を算出する手段からの信号を入力し、温度検
出器を設置した場所における配管のき裂進展量を表示す
ることを特徴とする。
【0007】従って、次のように作用する。 (1)本発明装置により、配管のき裂進展を監視したい
場所における配管の板厚方向の熱応力分布を使用して、
この熱応力分布によるき裂進展の評価値、すなわち、熱
弾塑性破壊力学パラメータのJ積分値を求め、この値
と、予め監視し度い場所の材料から採取したき裂進展デ
ータの(き裂伝播曲線)とを比較する事によって、き裂
の進展量を算出することができる。 (2)評価したい時点のき裂進展量は、例えば、(A)
疲労き裂進展の場合は、負荷重による前記の各応力分布
が、その評価時点で何回生じたかで決まり、各1回の荷
重当たりのき裂進展量を積分する事により求められる。
【0008】(B)また、応力腐蝕割れ(以下S.C.
Cともいう)の場合には、前記の応力分布が何時間継続
したかで決まるため、熱応力が作用した場合の各単位時
間当たりのき裂進展量を積分する事により求めることが
できる。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図1〜図
5に示す。図1は第1の実施の形態に係る配管のき裂進
展予測装置の演算処理の説明図。図2は第1の実施の形
態を説明するための原子炉配管ラインの説明図。
【0010】図3は配管内面の軸方向き裂および周方向
き裂の説明図。図4は熱荷重時のJ積分値の簡易評価法
の中で用いる帯板片側き裂の説明図。図5は本発明の演
算処理に用いるJ積分値の簡易評価法の説明図である。
【0011】本発明の実施の形態を、図2に示す原子炉
容器1の1次冷却材管2について従来技術と対比しなが
ら説明する。原子炉容器1から出た高温高圧水19は、
この1次冷却材管2を通って蒸気発生器3に流れてい
く。 (1)き裂進展量について (従来技術)従来技術では、健全性評価の一環として、
この1次冷却材管2の内表面に疲労あるいは應力腐食割
れ(SCC)によるき裂がある場合を想定して、高温高
圧水の温度変化によるき裂の進展により、寿命評価が度
々行われている。
【0012】そして、この1次冷却材管にき裂がある場
合の寿命評価法としては、1次冷却材管2に生じる温度
変化に伴う発生応力を求め、この応力を基に破壊力学パ
ラメータのJ積分値を詳細解析によって求め、その結果
と、予め1次冷却材管2と同等の材料試験により求めて
おいた、き裂進展データ(き裂伝播曲線)とを比較し
て、どの程度、温度変化によりき裂が進展したかを判定
し、き裂進展量を求めて、寿命評価を行う方法が採られ
ている。
【0013】しかしながら、この方法は事後評価とな
り、また、詳細解析のため、非常に時間がかかる。 (本発明)そこで本発明は、温度変化に対応して、すぐ
にき裂進展量を算出することができる装置を提供する。
すなわち、図1(a)に示す様に当該部の近くの適当な
位置に、1次冷却材管2の内面温度を検出する温度検出
器9が設置されており、この温度検出器9からの温度デ
ータは、逐次演算処理装置10に送られる様になってい
る。
【0014】図1(b)は温度検出器9から送られて来
たデータである。この温度データは時系列的に記憶され
ている。温度データが送られて来ると、この温度データ
と、図3に示す1次冷却材管2の寸法、形状、配管内半
径18、配管板厚11、および材料定数を使用して、図
1(c)に示すような1次冷却材管の板厚内の熱應力分
布を演算処理する。
【0015】この熱應力分布を基に、図3に示す想定さ
れた或いは検出された、軸方向き裂14または周方向き
裂15のき裂深さ16と、き裂巾17を使用し、図5に
示す熱荷重時のJ積分値簡易評価法を用いて、J積分値
を算出し、そのJ積分値と、き裂深さ16と配管板厚1
1の比(a/T)の関係を、図1(d)のように算出す
る。 (2)J積分値の算出 (従来技術)従来技術では、このJ積分値算出に対して
詳細解析を行う為、非常に時間を要した。
【0016】(本発明)本発明では、J積分値を算出す
る簡易手段を用いる。そのため、本発明では、このJ積
分値を算出する簡易評価法(図5)を提供する。
【0017】このJ積分値と比較するデータとして、図
1(c)に示す1次冷却材管2と同等の材料試験片から
得られる図1(g)、(h)の應力腐食割れ(SC
C)、あるいは疲労き裂に対する、き裂伝播曲線を求め
ておき、想定された或いは検出された、き裂に対する
(a/T)から求まるJ積分値を図1(d)から求め、
これを図1(g)、(h)と比較すれば、その評価時点
における単位時間あるいは単位回数当たりのき裂進展量
dat あるいはdan を求めることができる。
【0018】この、き裂伝播曲線の應力腐食割れ(SC
C)は、J積分値と、単位時間dtにおけるき裂進展量
dat /dtの関係を示し、き裂伝播曲線の疲労き裂
は、J積分値と、単位回数dnにおけるき裂進展量da
n /dtの関係を示す。
【0019】従って、図1(b)から(h)までを時系
列的に連続して行えば、図1(i)、(j)に示すよう
に、想定された或いは検出された、き裂の初期値a0
らのトータルの時間t、あるいはトータルの回数nにお
ける、き裂進展量のトータル値(Σdat あるいはΣd
n 、すなわちat あるいはan )の関係を求めること
ができる。
【0020】求められたき裂進展量at あるいはan
は、図1(k)に示すように、板厚から初期き裂a0
差し引いた残りの板厚T0 と比較することにより、予防
処置をとるように指示する。 (3)本発明と関連出願の相違点 関連出願として挙げられる特願平07−310746号
「配管のき裂進展量算定装置」との違いは、(A)本発
明は「き裂進展量の予測が熱荷重に対する予測装置であ
る。」のに対し、(B)特願平07−310746号は
「内圧と、軸力荷重に対する予測装置である。」点で相
違する。従って、本発明の主内容の1つである図5の
「J積分値簡易評価法」が根本的に、関連出願のものと
相違する。
【0021】
【発明の効果】本発明は前述のように構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。 (1)従来技術では、配管内表面の想定き裂に対する熱
荷重による疲労き裂、或いは應力腐食割れ(SCC)等
の進展量の判定については、熱荷重に対し、事後検討の
方法が採られ、しかも、何らかの事象が生じても、即座
にき裂進展量の評価を行い、対策を講じるシステムはな
く、また、その技術も無かった。
【0022】しかし、本発明によれば、温度の時々刻々
の変動に対し、この変動荷重による発生応力を求め、こ
の発生応力による想定き裂に対する破壊力学パラメータ
のJ積分値の簡易評価を行い、この値と予め材料試験に
より採ったき裂進展データを比較する事により、き裂進
展量を求める事が出来る。 (2)そのため、長いプラントサイクルの間の変動熱荷
重によるき裂進展量のトータル値を、求めたい時点で、
即座に知る事が出来ると共に、絶えず監視し続ける事が
出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る配管のき裂進
展予測装置の演算処理の説明図。
【図2】本発明の第1の実施の形態を説明するための原
子炉配管ラインの説明図。
【図3】配管内面の軸方向き裂および周方向き裂の説明
図。
【図4】本発明の熱荷重時のJ積分値の簡易評価法の中
で用いる帯板片側き裂の説明図。
【図5】本発明の演算処理に用いるJ積分値の簡易評価
法の説明図。
【符号の説明】
1…原子炉容器、 2…1次冷却材管、 3…蒸気発生器、 4…加圧器、 5…1次冷却材ポンプ、 6…制御棒、 7…炉心、 9…温度検出器、 10…演算処理装置、 11…配管板厚、 12…想定き裂或いは検出き裂、 13…帯板、 14…軸方向き裂、 15…周方向き裂、 16…き裂深さ、 17…き裂巾、 18…配管内半径、 19…高温高圧水、 20…表示装置、 30…温度検出器の設置場所 100…発生応力を算出する手段 (図1
(c))、 200…J積分値を算出する簡易手段 (図1
(d))、 400…き裂伝播曲線と比較する手段 (図1(g)
(h)、 500…き裂進展量を算出する手段 (図1(i)
(j))、 a…き裂深さ、 a0 …初期段階のき裂深さ、 an …疲労によるき裂進展量、 at …応力腐蝕によるき裂進展量、 J…J積分値、 T…板厚、 T0 …板厚Tから初期き裂a0 を差し引いた量、 dat /dt…単位時間におけるき裂進展量、 dan /dn…単位回数におけるき裂進展量。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内表面に熱荷重をうける配管において、
    (A)監視したい場所(30)に設置した温度検出器
    (9)と、(B)前記温度検出器(9)からの信号を入
    力し、前記場所(30)における配管のき裂進展量を算
    出する演算処理装置(10)と、(C)前記演算処理装
    置(10)からの信号を入力し、前記温度検出器(9)
    を設置した場所(30)における配管のき裂進展量を表
    示する表示装置(20)を有し、(D)前記演算処理装
    置(10)は、 発生応力を算出する手段(100)と、 J積分値を算出する簡易手段(200)と、 き裂伝播曲線と比較する手段(400)と、 き裂進展量を算出する手段(500)とから成り、
    (E)前記発生応力を算出する手段(100)は、温度
    検出器(9)からの信号を入力し、温度検出器(9)に
    より検出される時間的変化および前記設置場所(30)
    における配管の材質、寸法、形状から求まる前記設置場
    所(30)における発生應力を算出し、(F)前記J積
    分値を算出する簡易手段(200)は、前記発生応力を
    算出する手段(100)からの信号を入力し、前記設置
    場所(30)における配管の発生応力の算出値から弾塑
    性破壊力学パラメータであるJ積分値を算出し、(H)
    前記き裂伝播曲線と比較する手段(400)は、前記J
    積分値を算出する簡易手段(200)からの信号を入力
    し、前記設置場所(30)における配管のき裂の進展評
    価値を予め材料試験により取得したき裂伝播曲線に基づ
    くデータとの比較値を算出し、(I)前記き裂進展量を
    算出する手段(500)は、前記き裂伝播手段と比較す
    る手段(400)からの信号を入力し、該比較する手段
    (400)で算出した比較値に基づき、前記設置場所
    (30)における配管のき裂進展量を算出し、(J)前
    記表示装置(20)は、前記き裂進展量を算出する手段
    (500)からの信号を入力し、温度検出器(9)を設
    置した場所(30)における配管のき裂進展量を表示す
    ることを特徴とする配管のき裂進展量予測装置。
JP19070896A 1996-07-19 1996-07-19 配管のき裂進展量予測装置 Withdrawn JPH1038829A (ja)

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