Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Organisationseinheit der BAM
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Eingeladener Vortrag
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The containment system of transport packages for spent nuclear fuel and high-level waste usually includes bolted lids with metal gaskets. The specified transport condition imply high loading on the lids and the bolt connections of the package. The response of the lid systems on these load conditions is generally investigated by drop tests or numerically. BAM has started a research project to get a better understanding about the behavior of prestressed bolt connection under loadings typical for drop tests.
In this presentation the main requirements of BAM-GGR 016 regarding maintenance and periodic inspections were explained. BAM ensures during acceptance of the quality management program that specific and relevant instructions for maintenance and periodic inspections are developed and handed to the operator of the packaging. Examples are given.
Atemluftflaschen aus Faserverbundwerkstoffen werden im Feuerwehrbetrieb hohen thermischen Belastungen ausgesetzt. Der thermisch sichere Bereich dieser Behälter ist jedoch heutzutage noch nicht einschätzbar. Deshalb haben es sich die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) im Austausch mit der Bergischen Universität Wuppertal zur Aufgabe gemacht, die Auswirkungen dieser Betriebslasten zu untersuchen.
Packages for the transport of radioactive material shall withstand severe accidents. Therefore, the IAEA Regulations define different test scenarios to cover severe hypothetical accident conditions. One of these tests defined in detail is the thermal test, mainly consisting of a 30 minute fully engulfing 800 °C pool fire or an equally severe fire test. The heat fluxes into the package are of significant importance and depend substantially on the fire characteristics and the surface temperature of the package.
In order to investigate the heat fluxes over a wide range of surface temperatures during a propane gas fire test and to get information about local fire impact a fire reference package, representing the outer geometry of a specific type of transport cask for radioactive waste, was designed. A closed steel sheet cylinder with a wall thickness of 10 mm was chosen as fire reference package. The cylinder was filled with refractory insulation material and instrumented with thermocouples distributed all over the cylinder. The local steel sheet temperatures measured allow the determination of local as well as global heat fluxes as a function of time and surface temperature.
With this fire reference package three open-air propane gas fire tests were performed at BAM’s open air fire test stand. The flame exposure time period was changed for the different fire tests. Furthermore, the wind conditions changed between and during the tests. Test stand parameters like wind shield location and propane gas volume flow were chosen constant for the three tests. The test results were used to determine the changes of heat flux into the fire reference package in relation to the package surface temperature. This data also allows the calculation of local characteristics of the propane gas fire as there are the flame temperature, the fire convection coefficient and the radiation exchange coefficient in a first approach. The recently conducted tests provide an initial picture of local fire characteristics of the propane gas fire test facility. The test shows that the propane gas fire covers the IAEA-fire over a wide range of surface temperatures with the chosen test stand parameters.
Das Einsatzspektrum von den besonders leichten Druckbehältern aus Faserverbund-werkstoffen erweitert sich kontinuierlich. Dies führt dazu, dass mit der erweiterten Verwendung auch die thermisch zulässigen Einsatzgrenzen dieser Behälter ausgeschöpft und sogar teilweise überschritten werden. So können bspw. Atemluftflaschen im Brandeinsatz der Feuerwehr an der Behälteroberfläche derart hohen Umgebungstemperaturen ausgesetzt werden, dass die zulässige Höchsttemperatur von 65 °C deutlich überschritten wird.
Durch experimentelle Temperaturversuche an Typ-III-Atemluftflaschen mit einem Innenbehälter aus Aluminium konnte gezeigt werden, dass bei der Brandbekämpfung die untersuchten Atemluftflaschen lokal über das in der Zulassung abgeprüfte Temperaturspektrum erhitzt werden. Der Glasübergangsbereich des Faserverbundwerkstoffs wird partiell um bis zu 95 °C überschritten. Um die reale Sicherheit der Atemluftflasche bewerten zu können, wurde ein analytisches Hybridbehältermodell entwickelt, das die Beanspruchungen mit validierten Materialtemperaturverläufen berechnet. Mit der Einbindung von Schädigungsansätzen konnte ein bisher nicht hinreichend beachtetes thermisches Degradationsverhalten in den Berechnungen berücksichtigt werden. Zudem wurden insgesamt 90 altersbedingt ausgesonderte Feuerwehr-Atemluftflaschen zerstörend geprüft, um nähere Erkenntnisse über den Sicherheitszustand am Ende der Lebenszeit zu erhalten.
In diesem Kolloquium werden Forschungsergebnisse vorgestellt, die im Rahmen einer Promotionsarbeit die Auswirkungen dieser erhöhten thermischen Betriebslasten auf eine Typ-III-Atemluftflasche mit einem Innenbehälter aus Aluminium darstellen und bewerten.