ES2247878B2 - Ensamblaje de acoplamiento de tubos y procedimiento de uso. - Google Patents
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Abstract
Ensamblaje de acoplamiento de tubos y procedimiento de uso. Un ensamblaje (20) de acoplamiento de tubos incluye un primer (38) y un segundo (48) miembros de acoplamiento de tubos, incluyendo el primer miembro de acoplamiento una brida cilíndrica (34) y una parte (36) de asiento convexo esférico, e incluyendo el segundo miembro de acoplamiento una brida cilíndrica (50) y una parte (52) de asiento cóncavo esférico. Cada brida incluye una primera pluralidad de muescas pivote (44), incluyendo además un primer y un segundo anillos elásticos cilíndricos (30) que incluyen un cuerpo (74), con una primera superficie (70) y una segunda superficie (72) opuesta, y un orificio principal (90) y una pluralidad de orificios (92) de perno que se extienden a su través. Una pluralidad de quicioneras pivote (76) se extienden desde la primera superficie, estando configurada cada quicionera pivote para enganchar una muesca de la brida de la sección de tubo. Una pluralidad de asientos (78) de orificios de pernosestán situados en la segunda superficie y alineados coaxialmente con los orificios de pernos.
Description
Ensamblaje de acoplamiento de tubos y
procedimiento de uso.
Esta invención se refiere, en general, a
reactores nucleares y más particularmente, a ensamblajes y
procedimientos para el acoplamiento de tubos dentro de las vasijas
del reactor a presión de tales reactores.
Una vasija a presión del reactor (RPV) de un
reactor nuclear de agua en ebullición (BWR) tiene típicamente forma
genéricamente cilíndrica y está cerrada en ambos extremos por un
cabezal inferior y un cabezal superior desmontable. Un recubrimiento
del núcleo, o recubrimiento, típicamente rodea el núcleo y está
soportado por una estructura de soporte del recubrimiento.
Particularmente, el recubrimiento tiene forma genéricamente
cilíndrica y rodea tanto la placa del núcleo como la guía superior.
Existe un espacio o corona circular situada entre la vasija
cilíndrica a presión del reactor y el recubrimiento de forma
cilíndrica.
Los reactores de agua en ebullición tienen
numerosos sistemas de tubería que se utilizan, por ejemplo, para
transportar agua en todo el proceso de la RPV. Los reactores de agua
en ebullición conocidos incluyen un sistema de rociado del núcleo
para suministrar agua refrigerante al núcleo del reactor durante una
pérdida accidental de refrigerante. El sistema de rociado del
núcleo, que incluye tubería, bajantes, ensamblajes de caja en T y
tubos rociadores del núcleo, se usa para suministrar agua desde el
exterior de la RPV al interior de la RPV. El sistema de rociado del
núcleo provee agua al núcleo del reactor.
La fisuración por tensocorrosión (SCC) es un
fenómeno conocido que se presenta en componentes de reactor
expuestos al agua a alta temperatura, tal como los miembros
estructurales, tubería, pernos y soldaduras. Los componentes de
reactor están sometidos a una variedad de esfuerzos asociados con,
por ejemplo, las diferencias en la expansión térmica, la presión de
operación que se necesita en el contenedor del agua de refrigeración
del reactor, y otras causas tales como los esfuerzos residuales de
la soldadura, el trabajo en frío y otros tratamientos del metal no
homogéneos. Además, las características químicas del agua, la
soldadura, el tratamiento térmico y la radiación pueden incrementar
la susceptibilidad del metal a la SCC de un componente.
La tubería interna del reactor, tal como los
tubos rociadores del núcleo y los ensamblajes de caja en T,
requieren a veces su reposición como consecuencia de la SCC o por
otras causas. La reposición de los tubos rociadores requiere a veces
retirar y sustituir ensamblajes de cajas en T y tubería de rociado
del núcleo, incluyendo los bajantes. La reposición de los tubos de
rociado, cajas en T y bajantes es complicada por la limitación del
espacio de trabajo, por los altos niveles de radiación y por las
dificultades asociadas con la soldadura a un recubrimiento altamente
radioactivo.
La tubería interna de refrigerante del reactor
debe mantenerse resistente a las fugas cuando se inyecta agua fría
dentro de la vasija del reactor. La inyección de agua fría a través
del interior del tubo da lugar a la contracción térmica del tubo
respecto de los acoplamientos empernados del tubo. La contracción
del tubo respecto de los pernos de acoplamiento puede dar lugar a la
pérdida de tensión de los pernos. La pérdida de tensión de los
pernos reduce la fuerza de asiento de la junta del acoplamiento lo
que reduce a su vez la resistencia de la junta a las pérdidas.
Con el fin de obtener un ajuste elástico que se
adapte al diferencial de expansión térmica y que mantenga no
obstante las fuerzas de asiento de la junta, se emplean típicamente
pernos de Inconel® delgados largos de alta resistencia. El material
de empernado de Inconel® es susceptible a la fisuración por
tensocorrosión intergranular (IGSCC) a altas tensiones. Por
consiguiente, la precarga de los pernos se debe controlar con
atención, limitando las fuerzas de asiento que se puedan aplicar
durante la inyección de refrigerante.
En un aspecto, se provee un ensamblaje para el
acoplamiento de tubos que incluye una primera sección de tubo que
tiene un primer miembro de acoplamiento situado en un extremo,
incluyendo el primer miembro de acoplamiento una brida cilíndrica y
una parte de asiento convexo esférico. La brida incluye una primera
pluralidad de muescas pivote. El ensamblaje también incluye una
segunda sección de tubo que tiene un segundo miembro de acoplamiento
situado en un extremo, incluyendo el segundo miembro de acoplamiento
una brida cilíndrica y una parte de asiento cóncavo esférico. La
brida del segundo miembro de acoplamiento incluye una segunda
pluralidad de muescas pivote, y la parte de asiento cóncavo está
configurada para recibir la primera parte de asiento convexo. El
ensamblaje de acoplamiento incluye además un primero y un segundo
anillos elásticos cilíndricos. Cada anillo elástico incluye un
cuerpo que tiene una primera superficie y una segunda superficie
opuesta. El cuerpo incluye un orificio principal y una pluralidad de
orificios de pernos que se extienden a su través. El orificio
principal está configurado para recibir una sección de tubo a su
través, y cada orificio de perno está configurado para recibir un
perno a su través. Una pluralidad de quicioneras pivote se extienden
desde la primera superficie, estando configurada cada quicionera
pivote para enganchar una muesca de la brida de la sección de tubo.
Una pluralidad de asientos de los orificios de losnos están situados
en la segunda superficie y están alineados coaxialmente con los
orificios de los pernos. Cada asiento del orificio del perno está
configurado para recibir una parte de un perno.
En otro aspecto se provee un anillo elástico de
acoplamiento para acoplar una brida de la primera sección de tubo a
la brida de la segunda sección de tubo en un reactor nuclear. Cada
brida incluye al menos una muesca, y el anillo elástico incluye un
cuerpo que tiene una primera superficie y una segunda superficie
opuesta. El cuerpo incluye un orificio principal y una pluralidad de
orificios de pernos que se extienden a su través. El orificio
principal está configurado para recibir una sección de tubo a su
través, y cada orificio de perno está configurado para recibir un
perno a su través. Una pluralidad de quicioneras pivote se extienden
desde la primera superficie, estando configurada cada quicionera
pivote para enganchar una muesca de la brida de la sección de tubo.
Una pluralidad de asientos de los orificios de pernos están situados
en la segunda superficie y alineados coaxialmente con los orificios
de pernos.
En otro aspecto se provee un procedimiento para
unir dos secciones de tubo en un reactor nuclear. Una primera
sección de tubo incluye un primer miembro de acoplamiento situado en
un extremo de la primera sección de tubo e incluye una brida
cilíndrica y una parte de asiento convexo esférico. La brida incluye
una primera pluralidad de muescas pivote. Una segunda sección de
tubo incluye un segundo miembro de acoplamiento situado en un
extremo de la segunda sección de tubo e incluye una brida cilíndrica
y una parte de asiento cóncavo esférico. La brida del segundo
miembro de acoplamiento incluye una segunda pluralidad de muescas
pivote, y la parte de asiento cóncavo está configurada para recibir
la primera parte de asiento convexo. El procedimiento incluye el
asiento de un primer anillo elástico en la primera sección de tubo,
el asiento de un segundo anillo elástico en la segunda sección de
tubo y el acoplamiento del primer anillo elástico en el segundo
anillo elástico con al menos dos pernos. Cada anillo elástico
incluye un cuerpo que tiene una primera superficie y una segunda
superficie opuesta. El cuerpo incluye un orificio principal y una
pluralidad de orificios de pernos que se extienden a su través. El
orificio principal está configurado para recibir una sección de tubo
a su través, y cada orificio de perno está configurado para recibir
un perno a su través. Una pluralidad de quicioneras pivote se
extienden desde la primera superficie, estando configurada cada
quicionera pivote para enganchar una muesca de la brida de la
sección de tubo. Una pluralidad de asientos de orificio de perno
están situados en la segunda superficie y están alineados
coaxialmente con los orificios de pernos.
La figura 1 es una vista en perspectiva, con
partes recortadas, de una vasija de presión del reactor.
La figura 2 es una ilustración esquemática en
sección del ensamblaje de acoplamiento de tubos que se muestra en la
figura 1.
La figura 3 es una vista desde arriba del anillo
elástico que se muestra en la figura 1.
La figura 4 es una vista en perspectiva de una
cuarta parte del anillo elástico que se muestra en la figura 1.
Seguidamente se describe en detalle un
ensamblaje de acoplamiento de tubos. El ensamblaje de acoplamiento
incluye, en una realización ejemplar, dos anillos elásticos
conectados por pernos con asientos esféricos. Los anillos elásticos
incluyen quicioneras pivote que se acoplan a los correspondientes
asientos o muescas pivote en el acoplamiento de tubos. La
disposición de los pernos y de las quicioneras pivote pone los
anillos en torsión y provee cargas de flexión de una manera que
maximiza la adaptabilidad de los conectores de acoplamiento con el
fin de minimizar la pérdida de fuerzas de sellado durante la
expansión térmica. Los anillos de torsión eliminan la necesidad de
flexibilidad de los pernos y permiten el uso de pernos más cortos
fabricados de material resistente a la fisuración.
Haciendo referencia ahora a los dibujos, la
figura 1 es una vista en perspectiva, con partes recortadas, de una
vasija a presión 10 de un reactor (PRV) que incluye un recubrimiento
12 y tubos 14 internos del reactor. Cada tubo 14 incluye una primera
sección 16 de tubo, una segunda sección 18 de tubo y un ensamblaje
20 de acoplamiento de tubos.
Cada primera sección 16 de tubo tiene un primer
extremo 22 y un segundo extremo 24, y cada segunda sección 18 de
tubo tiene un primer extremo 26 y un segundo extremo 28. Cada
ensamblaje 20 de acoplamiento de tubos incluye un primero y un
segundo anillos elásticos 30 y sujetadores o pernos 32. En una
realización ejemplar, cada ensamblaje 20 de acoplamiento de tubos
incluye al menos dos pernos 32. En otra realización, cada ensamblaje
20 de acoplamiento de tubos incluye al menos cuatro pernos 32.
La figura 2 es una ilustración esquemática de
una sección de un ensamblaje 20 de acoplamiento de tubos. El primer
extremo 22 de tubo incluye un primer miembro 38 de acoplamiento que
incluye una brida 34 y un asiento 36. La brida 34 incluye una
primera superficie 40, una segunda superficie 42 y una pluralidad de
asientos o muescas de quicioneras pivote 44. La brida 34 es
sustancialmente cilíndrica y el asiento 36 se extiende entre la
primera superficie 40 de la brida y la segunda superficie 42 de la
brida. El asiento 36 tiene forma sustancialmente convexa esférica.
En una realización ejemplar, el primer extremo 22 de tubo está
configurado para asegurarse al segundo extremo 26 de tubo. En una
variante, el primer extremo 22 del tubo está configurado para
asegurarse a un empalme de tobera (no representado).
El segundo extremo 26 del tubo incluye un
segundo miembro 48 de acoplamiento que incluye una brida 50 y un
asiento 52. La brida 50 incluye una primera superficie 56, una
segunda superficie 58 y una pluralidad de asientos o muescas de
quicioneras pivote 44. La brida 50 es sustancialmente cilíndrica. El
asiento 52 se extiende entre la primera superficie 40 de la brida y
la segunda superficie 42 de la brida. El asiento 52 es de forma
sustancialmente cóncava esférica. En la realización ejemplar, el
asiento esférico cóncavo 52 del segundo extremo de tubo está
dimensionado para que se acople al asiento esférico convexo 36 del
primer extremo de tubo.
La figura 3 es una vista desde arriba del anillo
elástico 30, y la figura 4 es una vista en perspectiva de una cuarta
parte del anillo elástico 30. Haciendo referencia a las figuras 2, 3
y 4, cada anillo elástico 30 incluye un cuerpo 74 que tiene una
primera superficie 70 y una segunda superficie 72 opuesta. El anillo
elástico 30 está fabricado de cualquier material adecuado no
susceptible a la fisuración por tensocorrosión intergranular
(IGSCC). En la realización ejemplar, cada anillo elástico 30 está
fabricado de acero inoxidable del tipo XM-19. El
acero inoxidable del tipo XM-19 provee una alta
resistencia, lo que permite un tamaño y peso mínimos y resiste la
abrasión entre superficies deslizantes.
La primera superficie 70 del anillo elástico
incluye una pluralidad de quicioneras pivote 76 que se extienden
desde la misma. En una realización ejemplar, cada anillo elástico 30
incluye cuatro quicioneras pivote 76. En otra realización cada
anillo elástico 30 incluye al menos dos quicioneras pivote 76. En
una realización ejemplar, las quicioneras pivote 76 están espaciadas
equidistantemente y circunferencialmente alrededor de la primera
superficie 70. Sin embargo, en otras realizaciones, las quicioneras
pivote 76 están espaciadas irregularmente y circunferencialmente
alrededor de la primera superficie 70. Las quicioneras pivote 76
están dimensionadas para asentarse en las muescas pivote 44 de la
brida.
El cuerpo 74 del anillo elástico incluye un
orificio principal 90 y una pluralidad de orificios de pernos 92 que
se extienden a través del cuerpo 74. El orificio principal 90 está
dimensionado y configurado para recibir los extremos de tubo 22 y
36. En una realización ejemplar, el cuerpo 74 tiene al menos cuatro
orificios 92 de pernos, y en una realización alternativa, el cuerpo
74 del anillo elástico tiene al menos dos orificios 92 de pernos. En
otra realización, el cuerpo 74 tiene una cantidad de orificios 92 de
perno igual a la cantidad de quicioneras pivote 76. Cada orificio 92
de perno está dimensionado y configurado para recibir un perno 32.
La segunda superficie 72 del anillo elástico incluye asientos 78 de
orificios de pernos alineados coaxialmente con los orificios 92 de
pernos.
Cada perno 32 incluye un apoyo esférico 94 en
cada extremo. Los apoyos esféricos 94 están dimensionados para su
asiento en los asientos 78 de orificios de pernos 78. Los pernos 32
están dimensionados para extenderse a través de los orificios 92 de
pernos de los anillos elásticos. Los pernos 32 incluyen también una
tuerca 96 de apriete para impedir que se afloje el perno 32. En una
realización ejemplar, los pernos 32 están fabricados de cualquier
material adecuado no susceptible a la fisuración por tensocorrosión
intergranular (IGSCC). En la realización ejemplar, los pernos 32
están fabricados de acero inoxidable del tipo
XM-19.
Para unir las secciones de tubo 16 y 18, se
sitúa un primer anillo elástico 30 sobre el primer miembro de
acoplamiento 38 de la primera sección de tubo 16, y se sitúa un
segundo anillo elástico 30 sobre el segundo miembro de acoplamiento
54 de la segunda sección de tubo 18. Los anillos elásticos 30 se
sitúan de manera que las quicioneras pivote 76 se correspondan con
sus respectivas ranuras 44 de quicioneras pivote en los miembros de
fijación 38 y 54. Los pernos 32 se insertan a través de los
orificios 92 de pernos en los anillos elásticos 30, con apoyos
esféricos 94 de cada extremo de los pernos 32 que enganchan y se
acoplan a los asientos esféricos 78 de los orificios de pernos. Se
aprietan los pernos, se aplica una fuerza de precarga, y se aprietan
las tuercas 96 de apriete a los pernos 32 para impedir que se
aflojen los pernos 32. Los pernos 32 se precargan durante el montaje
para asegurar que la deformación elástica de las bridas 74 sea
suficiente para mantener la fuerza de asiento de la junta durante la
deformación térmica del ensamblaje. Las quicioneras pivote 76
permiten que los pernos 32 deformen los anillos 30 de forma que los
anillos 30 actúan como muelles para mantener la precarga de los
pernos durante la contracción térmica del tubo 14. Los apoyos
esféricos 94 de perno permiten libertad de giro de las bridas 74
respecto de los pernos 32.
Aunque se ha descrito la invención por medio de
varias realizaciones específicas, los expertos en la técnica
reconocerán que la invención se puede realizar con modificaciones
dentro del espíritu y alcance de las reivindicaciones.
Claims (11)
1. Un ensamblaje (20) de acoplamiento de tubos,
caracterizado porque comprende:
una primera sección (16) de tubo que comprende
un primer miembro (38) de acoplamiento situado en un extremo de
dicha primera sección de tubo, comprendiendo dicho primer miembro de
acoplamiento una brida cilíndrica (34) y una parte de asiento (36)
convexo esférico, comprendiendo dicha brida una primera pluralidad
de muescas pivote (44);
una segunda sección (18) de tubo que comprende
un segundo miembro (48) de acoplamiento situado en un extremo de
dicha segunda sección de tubo, comprendiendo dicho segundo miembro
de acoplamiento una brida cilíndrica (50) y una parte de asiento
(52) cóncavo esférico, comprendiendo dicha brida una segunda
pluralidad de muescas pivote, estando configurada dicha parte de
asiento cóncavo para recibir dicha primera parte de asiento convexo;
y
un primer y un segundo anillos elásticos (30),
comprendiendo cada anillo elástico:
un cuerpo (74) que tiene una primera superficie
(70) y una segunda superficie (72) opuesta, comprendiendo dicho
cuerpo un orificio principal (90) y una pluralidad de orificios (92)
de pernos que se extienden a su través, estando configurado dicho
orificio principal para recibir una sección de tubo a su través,
estando configurados dichos orificios de pernos para recibir cada
uno un perno (32) a su través;
una pluralidad de quicioneras pivote (76) que se
extienden desde dicha primera superficie (70), estando configurada
cada una de dichas quicioneras pivote para enganchar una muesca de
la brida de la sección de tubo; y
una pluralidad de asientos (78) de orificios de
pernos situados en dicha segunda superficie (72) y alineados
coaxialmente con dichos orificios de pernos, estando configurado
cada uno de dichos asientos de orificios de pernos para recibir una
primera parte de un perno.
2. Un ensamblaje (20) de acoplamiento de tubos
de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque cada
una de dichas quicioneras pivote (76) es sustancialmente contigua a
un respectivo orificio (92) de perno.
3. Un ensamblaje (20) de acoplamiento de tubos
de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque un
perno (32) se extiende a través de cada uno de los orificios (92) de
perno de dicho primer y dicho segundo anillos elásticos (30) para
acoplar dicho primer miembro de acoplamiento (38) a dicho segundo
miembro de acoplamiento (48).
4. Un ensamblaje (20) de acoplamiento de tubos
de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque cada
uno de dichos pernos (32) comprende un apoyo esférico (94) en cada
extremo, estando dimensionados dichos apoyos esféricos para
corresponderse con un asiento (78) esférico del orificio de
perno.
5. Un ensamblaje (20) de acoplamiento de tubos
de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque que
dichos orificios (92) de pernos tienen un diámetro mayor que el
diámetro de dichos pernos (32).
6. Un ensamblaje (20) de acoplamiento de tubos
de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque cada
uno de dichos pernos (32) comprende además una tuerca (96) de
apriete para impedir que se afloje dicho perno.
7. Un anillo elástico (30) de acoplamiento para
acoplar una brida (34) de una primera sección de tubo a la brida
(50) de una segunda sección de tubo en un reactor nuclear,
comprendiendo cada brida al menos una muesca (44),
caracterizado porque dicho anillo elástico comprende:
un cuerpo (74) que tiene una primera superficie
(70) y una segunda superficie opuesta (72), comprendiendo dicho
cuerpo un orificio principal (90) y una pluralidad de orificios (92)
de pernos que se extienden a su través, estando configurado dicho
orificio principal para recibir una sección de tubo (16, 18) a su
través y estando configurados dichos orificios de pernos para
recibir cada uno un perno (32) a su través;
una pluralidad de quicioneras pivote (76) que se
extienden desde dicha primera superficie (70), estando configurada
cada una de dichas quicioneras pivote para enganchar una muesca de
la brida de la sección de tubo; y
una pluralidad de asientos (78) de orificios de
pernos situados en dicha segunda superficie (72) y alineados
coaxialmente con dichos orificios de pernos.
8. Un anillo elástico (30) de acuerdo con la
reivindicación 7, caracterizado porque dicho anillo elástico
es sustancialmente cilíndrico.
9. Un anillo elástico (30) de acuerdo con la
reivindicación 7, caracterizado porque dicha pluralidad de
quicioneras pivote (76) están espaciadas equidistantemente y
circunferencialmente alrededor de dicha primera superficie (70) del
anillo elástico.
10. Un anillo elástico (30) de acuerdo con la
reivindicación 7, caracterizado porque dicha pluralidad de
asientos (78) de orificios de pernos son sustancialmente
esféricos.
11. Un anillo elástico (30) de acuerdo con la
reivindicación 10, caracterizado porque comprende además un
perno (32) que se extiende a través de cada uno de los orificios
(92) de pernos, comprendiendo cada uno de dichos pernos al menos un
apoyo esférico (94) dimensionado para corresponderse con un asiento
(78) del orificio de perno.
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