FI118105B - Vaipan hitsiliitos kiehutusreaktoria varten - Google Patents

Description

118105

Vaipan hitsiliitos kiehutusreaktoria varten

Viittaus asiaan liittyvään hakemukseen Tämä keksintö vaatii itselleen väliaikaisen US-patenttihakemuksen 60/057 186, jätetty sisään 29. elokuuta 1997, sisältämät edut.

M

5 Keksinnön ala Tämän keksinnön kohteena ovat yleensä kiehutusreaktorit ja yksityiskohtaisemmin tarkastellen vaipan hitsiliitokset tällaisten reaktorien vaippoja varten.

Keksinnön tausta f 10 Kiehutusreaktorin (BWR) reaktoripaineastia (RPV) on yleensä muo doltaan lieriömäinen ja suljettu molemmista päistään, so. esimerkiksi ala-päästä ja irrotettavasta yläpäästä. Yläohjain on yleensä asetettu etäisyyden | päähän sydänlevyn yläpuolelle RPV:n sisällä. Sydänvaippa tai vaippa ympäröi yleensä sydänlevyä ja sitä tukee vaipan tukirakenne. Vaipalla on yleensä eri-15 tyisesti lieriömäinen muoto ja se ympäröi sekä sydänlevyä että yläohjainta.

Sydämen keskiakseli on pääasiassa koaksiaalinen vaipan keskiakselin kanssa ja vaippa on avoin kummastakin päästä, niin että vesi voi virrata ylös vaipan alapään kautta ja ulos vaipan yläpäästä. Vaippa, yläohjain ja sydänlevy rajoit-#.i.# tavat sydämen polttoainenippujen sivuttaista liikettä.

!**:* 20 Vaippa on suuren kokonsa johdosta muodostettu hitsaamalla yh- “V teen useita ruostumattomasta teräksestä tehtyjä osia. Erityisesti vierekkäisten • · ’·*·] vaippaosien vastaavat päät on liitetty yhteen kehähitsin välityksellä. Hitsiliitos tukee pystysuoria ja sivuttaisia kuormia, jotka liittyvät kaikkiin reaktorin käyttö- * · ΐ :.v tapoihin.

:T: 25 Vaippahitsit lisäävät kuitenkin vaippamateriaalin alttiutta joutua rae- rajajännityskorroosiomurtumisen (IGSCC) nimellä tunnetun haitallisen vaiku-·*.„ tuksen alaiseksi. Murtuminen voi yleensä tapahtua vaippahitsien lämmön vai- φ .·*·. kutuksen alaisella vyöhykkeellä. Nykyisin suoritetaan tilavuustarkastuksia **[ murtumisen laajuuden ilmaisemiseksi ja arvioimiseksi. Jos murtumaa pidetään 30 merkittävänä, korjauksia voidaan suorittaa hitsiliitoksen eheyden palautta- • · » miseksi lisäämällä vaihtoehtoisia kuormaväyliä.

: Olisi suotavaa saada aikaan vaippa, jonka sisältämät hitsit on help- • · ♦ · .···. po tarkastaa ja tarpeen vaatiessa korjata. Olisi myös suotavaa saada aikaan • « vaippa, joka ei lisää huomattavasti vaipan valmistuskustannuksia.

2 118105

Keksinnön yhteenveto Nämä ja muut kohteet voidaan saavuttaa vaipan avulla, joka sisäl- ^ tää kiinteän radan asennustarkastusta ja työkalujen puhdistusta varten. Eräässä suoritusmuodossa vaippa sisältää pääasiassa lieriömäisen ensimmäisen ja 5 toisen vaippaosan. Kumpikin näistä osista sisältää päärungon, jossa on ensimmäinen ja toinen pää. Ensimmäisen vaippaosan ensimmäinen pää sisältää valmistetun hitsipinnan. Kumpikin vaippaosa sisältää hyllymäisen osan ensimmäisen pään vieressä olevalla ulkopinnalla.

Hitsi on muodostettu valmistetun hitsipinnan ja toisen vaippaosan 10 ensimmäisen pään väliin. Hitsissä vaippa on pääasiassa geometrisesti tasapainotettu yhtäläisen materiaalin sijaitessa hitsin kummallakin puolella. Geometrisesti tasapainotettu hitsi saa aikaan samat lämpönieluominaisuudet hitsin molemmilla puolilla ja sallii hitsin jäämärasitusten yhtenäisemmän jakamisen.

Edellä selostettu vaippahitsiliitos helpottaa vaippojen tarkastusta ja /.> 15 korjausta. Yksityiskohtaisemmin tarkastellen tällainen liitos mahdollistaa hitsi- ^ materiaalin, lämmön vaikutuksen alaisen vyöhykkeen ja vaipan hitsiliitosten vieressä olevan perusmateriaalin helpomman tarkastuksen. Kiinteät radat helpottavat tarkastuskiinnittimien asennusta (visuaalinen, ultraääni, pyörrevirta) ja saavat aikaan tarkan ja toistettavan vertailun. Lisäksi tällainen liitos mahdol-20 listaa vaihtoehtoisen kuormaväylän helpomman asennuksen siinä tapauksessa, että tarkastukset ja analyysit osoittavat, että hitsiliitoksen rakenteellinen eheys vaatii tällaisen väylän käyttöä. Hitsiliitos vähentää myös jännityskorroo- • · : siomurtuman vaaraa. Minimoimalla erityisesti hitsin täytemateriaalin määrää ? • « ·*. v vähennetään lämmön vaikutuksen alaista vyöhykettä ja liitos sisältää geomet- *:**: 25 risesti tasapainotetun hitsin, joka edesauttaa hitsin jäämäjännitysten tasaista :V: jakamista. Tällainen hitsiliitos ei myöskään lisää huomattavasti vaipan valmis- • t tuskustannuksia.

• · ·

Piirustusten lyhyt kuvaus ** . .£ • ·

Kuvio 1 esittää kaavamaista osittaista poikkileikkausta kiehutus-30 reaktorista; • *:* Kuvio 2 esittää poikkileikkauskuvantoa vierekkäisistä vaipan osista - ♦ ··· 1 .···. ennen hitsausta: 1 • · • ♦ · . *. Kuvio 3 esittää poikkileikkauskuvantoa vierekkäisistä vaipan osista • ♦ · :··* · hitsauksen jälkeen; • ♦ · * * • · · 118105 3 ' ,,

Kuvio 4 esittää poikkileikkauskuvantoa hitsattujen vaippaosien eräästä toisesta suoritusmuodosta;

Kuvio 5 esittää poikkileikkauskuvantoa hitsattujen vaippaosien vielä eräästä toisesta suoritusmuodosta; 5 Kuvio 6 esittää osittaista poikkileikkauskuvantoa vaipan osasta ja tarkastustyövälineistä;

Kuvio 7 esittää osittaista poikkileikkauskuvantoa vaipan osasta ja kiinnittimestä.

Yksityiskohtainen kuvaus 10 Kuvio 1 esittää kaavamaista osittaista poikkileikkausta kiehutusvesi- | reaktorista 100, joka sisältää reaktoripaineastian (RPV) 102. RPV 102 on yleensä muodoltaan lieriömäinen ja suljettu yhdestä päästään pohjapään 106 avulla ja toisesta päästään irrotettavan yläpään (ei näy) välityksellä. Yläohjain 108 on asetettu etäisyyden päähän RPV:n 102 sisällä olevan sydänlevyn 110 > 15 yläpuolelle. Vaippa 112 ympäröi sydänlevyä 110 ja sitä tukee vaipan tukirakenne 114. Rengas 116 on muodostettu vaipan 112 ja RPV:n 102 seinän väliin. Renkaan muotoinen ohjauslevy 118 kulkee RPV:n 102 ympäri vaipan tukirakenteen 114 ja RPV:n 102 seinän välissä. RPV:tä 102 tukee RPV:n tukirakenne 120 ja RPV 102 on tietenkin täytetty vedellä.

20 RPV 102 on esitetty kuviossa 1 suljettuna ja monien komponenttien ··· ollessa poistettuina. Esimerkiksi ja toiminnan yhteydessä useat polttoaineniput ·.: : ja säätösauvat (eivät näy) on sijoitettu yläohjaimen 108 ja sydänlevyn 110 väli- : V: selle alueelle. Lisäksi laitteen toimiessa höyryerottimet ja kuivurit sekä monet ·:··· muut komponentit (eivät näy) ovat asetettuina yläohjaimen 108 yläpuoliselle 25 alueelle.

• · · "'ΐ • · .*:·. Yläohjain 108 käsittää ristikkorakenteen sisältäen useita yläohjaus- palkkeja 126, jotka rajoittavat yläohjausaukot 128. Sydänlevy 110 sisältää ;.4 useita syvennyspintoja 130, jotka ovat pääasiassa linjattuja yläohjausaukkojen 128 kanssa polttoainenippujen asetuksen helpottamiseksi yläohjaimen 108 ja *···* 30 sydänlevyn 110 väliin. Polttoaineniput asetetaan yläohjaimen 108 ja sydänle- vyn 110 väliselle alueelle käyttämällä yläohjausaukkoja 128 ja syvennyspintoja 130. Jokainen polttoainenippu on erityisesti asetettu kulkemaan yläohjausau- . \ kon 128 kautta ja sitä tuetaan vaakasuorassa suunnassa sydänlevyn 110 ja :l.: yläohjauspalkkien 126 avulla. Vaippa 112, sydänlevyt 110 ja yläohjain 108 ra- • ♦ ***** 35 joittavat sydänpolttoainenippujen sivuttaista liikettä.

4 118105

Vaippa 112 on suuren kokonsa johdosta muodostettu hitsaamalla yhteen useita ruostumattomasta teräksestä tehtyjä osia. Erityisesti vierekkäisten vaippaosien vastaavat päät on liitetty yhteen kehähitsin välityksellä. Hitsiliitos tukee pystysuoria ja sivuttaisia kuormia, jotka liittyvät kaikkiin reaktorin 5 käyttötapoihin.

Kuvio 2 esittää poikkileikkauskuvantoa vierekkäisistä vaippaosista 150 ja 152 ennen hitsausta. Kumpikin vaippaosa 150 ja 152 käsittää päärungon 154, jossa on ensimmäinen pää 156 ja toinen pää (ei näy). Päärunko 154 on pääasiassa lieriömäinen. Vaippaosan 150 ensimmäinen pää sisältää val-10 mistetun hitsipinnan. Kumpikin vaippaosa 150 ja 152 sisältää hyllymäisen osan ensimmäisen pään 156 vieressä olevalla ulkopinnalla.

Kuvio 3 esittää poikkileikkauskuvantoa vaippaosista 150 ja 152 hitsauksen jälkeen. Kuten kuviosta 3 näkyy, hitsi 164 on muodostettu valmistetun hitsipinnan 158 ja toisen vaippaosan 152 ensimmäisen pään 156 väliin. Hitsin 15 164 kohdalla vaippa 112 on pääasiassa geometrisesti tasapainotettu yhtä- | Iäisen materiaalin sijaitessa hitsin 164 kummallakin puolella. Geometrisesti tasapainotettu hitsi 164 saa aikaan samat lämpönieluominaisuudet hitsin 164 molemmilla puolilla ja sallii hitsin jäämärasitusten yhtenäisemmän jakamisen.

Kuten seuraavassa yksityiskohtaisemmin selostetaan, kapenevia 20 hyllyjä 162 voidaan käyttää ratana ohjaamaan kauko-ohjauksen avulla toimivia : kiinnittimiä. Hyllyjä 162 voidaan myös käyttää siirtämään ulkoisesti kohdistetut kuormat hitsiin 164 sen rakenteellisen eheyden säilyttämiseksi. _ :¾.

Kuvio 4 esittää poikkileikkauskuvantoa vaipan 200 eräästä toisesta :V: suoritusmuodosta, joka sisältää hitsatut vaippaosat 202 ja 204. Kumpikin 25 vaippaosa 202 ja 204 käsittää päärungon 206, jossa on ensimmäinen pää 208 ja toinen pää (ei näy). Päärunko 206 on muodoltaan pääasiassa lieriömäinen.

Vaippaosan 202 ensimmäinen pää 208 sisältää valmistetun hitsipinnan 210.

• · *

Kumpikin vaippaosa 202 ja 204 sisältää hyllyn 214 ensimmäisen pään 208 vieressä olevalla ulkopinnalla 212. Kumpikin osa 202 ja 204 sisältää 4 • « 30 myös kapenevan osan 216 ensimmäisen pään 208 vieressä olevalla sisäpin-*·"* nalla 218. Kummallakin vaippaosalla 202 ja 204 on sama paksuus t kapene- *:· van osan 216 yläpuolella olevassa kohdassa sen edustaessa vaipan pak- • · * » ' suutta t kapenevan osan 216 alapuolella olevassa kohdassa.

··· . ·. Hitsi 220 on muodostettu valmistetun hitsipinnan 210 ja toisen vaip- * · · :·|φ; 35 paosan 204 ensimmäisen pään 208 väliin. Hitsin 220 kohdalla vaippa 200 on *·.·* pääasiassa geometrisesti tasapainotettu yhtäläisen materiaalimäärän sijaites- 5 118105 sa hitsin 220 molemmilla sivuilla. Hitsin 220 kohdalla vaipan 200 paksuus vähenee verrattuna kuvion 3 esittämään hitsirakenteeseen. Vaipan paksuuden a

vähentäminen hitsin 220 kohdalla minimoi edullisesti vaaditun hitsauksen I

määrän.

5 Kuvio 5 esittää poikkileikkauskuvantoa vielä eräästä toisesta vaipan 250 suoritusmuodosta, joka sisältää hitsatut vaippaosat 252 ja 254. Kumpikin vaippaosa 252 ja 254 käsittää päärungon 256, jossa on ensimmäinen pää 258 ja toinen pää (ei näy). Päärunko 256 on muodoltaan pääasiassa lieriömäinen.

Vaippaosan 252 ensimmäinen pää 258 sisältää valmistetun hitsipinnan 260.

10 Kumpikin vaippaosa 252 ja 254 sisältää hyllyn 264 ensimmäisen

pään 258 vieressä olevalla ulkopinnalla 262. Kumpikin osa 252 ja 254 sisältää I

myös hyllyn 266 ensimmäisen pään 258 vieressä olevalla sisäpinnalla 268. *

Kummallakin vaippaosalla 202 ja 204 on sama paksuus t kapenevan osan 216 yläpuolella olevassa kohdassa sen edustaessa vaipan paksuutta t kapenevan 15 osan 216 alapuolella olevassa kohdassa. Sisäisesti kaventuneet hyllyt 266 t mahdollistavat kauko-ohjattujen kiinnittimien asentamisen vaipan 250 sisälle.

Vaippa 250 sisältää siten kiinteät radat sisäisiä ja ulkoisia tarkastuksia ja korjauksia varten.

Hitsi 270 on muodostettu valmistetun hitsipinnan 260 ja toisen vaip-20 paosan 254 ensimmäisen pään 258 välillä. Hitsin 270 kohdalla vaippa on 250 pääasiassa geometrisesti tasapainotettu yhtäläisen materiaalimäärän sijaites- < ··· sa hitsin 270 molemmilla puolilla. Samoin kuin hitsin 218 yhteydessä myös > hitsissä 270 vaippaosien paksuus vähenee verrattuna kuviossa 3 esitettyyn hitsirakenteeseen.

• ♦ ..... 25 Kuvio 6 esittää osittaista poikkileikkauskuvantoa vaipasta 112, jo- hon on kiinnitetty tarkastustyökalut 300. Työkalut 300 käsittävät ensimmäisen ^ kiinnityselimen 362, joka on kosketuksessa vaippaosan 150 hyllyn 162 kans- • ti sa, ja vaippaosan 152 hyllyn 162 kanssa kosketuksessa olevan toisen kiinni- tyselimen 304. Tarkastus- tai korjauskomponentit, kuten muuttimet tai puhdis- • · · . £ ' '' 30 tustyökalut 306, ulkonevat poikkikannattimien 310 tukemasta poikittaisrai- teestä 308.

* ·*· Kuten kuviosta 6 näkyy, työkalut 300 voidaan kiinnittää kaukoase- 5 * · · · -i .·*·. tuksella kiinteään ratamuotoon hyllyjen 162 avulla. Työkalut 300 voivat esite- ^ ,*·* tyllä tavalla kulkea vaipan 112 ympäri hitsin 164 suuntaisesti. Työkalut, kuten • · · :··* : 35 tarkastus-ja puhdistustyökalut, voidaan asentaa rataan.

• « • « «· · 118105 6 ' , .

Kuvio 7 esittää osittaista poikkileikkauskuvantoa vaipan 112 osasta kiinnittimen 350 ollessa kiinnitettynä siihen. Kiinnitin 350 sisältää ensimmäisen kiinnitysosan 352, toisen kiinnitysosan 354 ja kierteitetyn nastan 356, joka kulkee ensimmäisen ja toisen kiinnitysosan 352 ja 354 kautta ja on kiinnitetty sii-5 hen muttereilla 358. Ensimmäinen kiinnitysosa 352 on kosketuksessa ensimmäisen osan 150 hyllyn 162 kanssa ja toinen kiinnitysosa 354 on kosketuksessa toisen osan 152 hyllyn 162 kanssa. Kiinnittimet muodostavat vaihtoehtoisen kuormaväylän ja kohdistavat puristuskuorman hitsiin 164. Vaadittu kiinnitinmäärä riippuisi määrätyssä liitoksessa olevista kuormista.

10 Edellä selostettu vaippahitsi helpottaa vaippojen helppoa tarkas- tusta ja korjausta. Yksityiskohtaisemmin tarkastellen tällainen liitos mahdollis- : taa hitsimateriaalin, lämmön vaikutuksen alaisen vyöhykkeen ja vaipan hitsiliitosten vieressä olevan perusmateriaalin helpomman tarkastuksen. Kiinteät radat helpottavat tarkastuskiinnittimien (visuaalinen, ultraääni, pyörrevirta) 15 asennuksen ja saavat aikaan tarkan ja toistettavan vertailun. Lisäksi tällainen liitos mahdollistaa vaihtoehtoisen kuormaväylän helpomman asennuksen siinä tapauksessa, että tarkastukset ja analyysit osoittavat, että hitsiliitoksen rakenteellinen eheys vaatii tällaisen väylän käyttöä. Hitsiliitos vähentää myös jänni-tyskorroosiomurtuman vaaraa. Minimoimalla erityisesti hitsin täytemateriaalin 20 määrää vähennetään lämmön vaikutuksen alaista vyöhykettä ja liitos sisältää u geometrisesti tasapainotetun hitsin, joka edesauttaa hitsin jäämäjännitysten •\..i tasaista jakamista. Tällainen hitsiliitos ei myöskään lisää huomattavasti vaipan : valmistuskustannuksia. τ

Ml I

Esillä olevan keksinnön eri suoritusmuotojen edellä olevasta selos- • · 25 tuksesta käy selvästi ilmi, että keksinnön mukaiset kohteet on saavutettu.

Vaikka keksintöä on selostettu ja kuvattu edellä yksityiskohtaisesti, on selvästi s ymmärrettävä, että näin on tehty vain esimerkin vuoksi ja että selostuksilla ei · 1 ole rajoittavaa luonnetta. Esimerkiksi, vaikka hitsiliitos on selostettu suurten .. lieriömäisten, kuten vaippasylinterien, yhteydessä, hitsiliitosta voitaisiin käyttää • m 30 muotolevyjen yhteydessä. Siten keksinnön henkeä ja suojapiiriä rajoittavat vain oheiset patenttivaatimukset.

• · · .

• : V.

« · · 1 M1 • 1 ♦ · • · 1 · · • · « ··1· • · · • · • 1

Mf

Claims (9)

118105 7

1. Vaippa (112) ydinreaktoria (100) varten, tunnettu siitä, että vaippa (112) käsittää: ensimmäisen vaippaosan (150), joka sisältää ensimmäisellä päällä 5 (156) ja toisella päällä varustetun päärungon (154) mainitun ensimmäisen pään sisältäessä valmistetun hitsipinnan (158), joka ulottuu tietyssä kulmassa tason suhteen, jossa vaippaosan (112) ulkopinta sijaitsee; toisen vaippaosan (152) käsittäessä päärungon (154), jossa on ensimmäinen pää (156) ja toinen pää; 10 mainitun ensimmäisen ja toisen vaippaosan (150 ja 152) yhteenliit- > tävän hitsin (164) sanotussa ensimmäisen vaippaosan ensimmäisessä päässä (156) ja toisen vaippaosan ensimmäisessä päässä (156).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen vaippa (112), t u n n e 11 u siitä, että ensimmäisen vaippaosan päärunko (154) on muodoltaan pääasiassa lie- i 15 riömäinen ja että toisen vaipparungon päärungolla (154) on pääasiassa lie- I riömäinen muoto.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen vaippa (250), t u n n e 11 u siitä, että se käsittää lisäksi ensimmäisen hyllyn (266) mainitun ensimmäisen ja toisen vaippaosan (252, 254) sisäpinnassa (268) vaippaosan ensimmäisen pään 20 (258) vieressä ja toisen hyllyn (264) ensimmäisen ja toisen vaippaosan (252, 254. ulkopinnassa (262) vaipan ensimmäisen pään (258) vieressä.

: 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen vaippa (250), t u n n e 11 u siitä, että ensimmäisellä vaippaosalla (252) on sama paksuus mainitun ensimmäi-sen hyllyn (266) yläpuolella olevassa kohdassa kuin vaipalla ensimmäisen hyl-25 lyn (266) alapuolella olevassa kohdassa. * * ·

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen vaippa (200), t u n n e 11 u siitä, * * että se käsittää lisäksi ensimmäisen kapenevan osan (216) ensimmäisen vaip- paosan (202) sisäpinnassa (218) ensimmäisen vaippaosan ensimmäisen pään : " (208) vieressä ja toisen kapenevan osan (216) toisen vaippaosan (204) 30 sisäpinnassa (218) toisen vaippaosan ensimmäisen pään (208) vieressä.

·{. 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen vaippa (200), t u n n e tt u siitä, .···. että ensimmäisellä vaippaosalla (252) on sama paksuus mainitun ensimmäi- sen hyllyn (266) yläpuolella olevassa kohdassa kuin vaipalla ensimmäisen hyl-: lyn (266) alapuolella olevassa kohdassa.

7. Ydinreaktoria varten tarkoitettu vaippa (112), tu n n ettu siitä, että se käsittää: 8 118105 ensimmäisen vaippaosan (150), joka sisältää ensimmäisellä päällä ΐ (156) ja toisella päällä varustetun päärungon (154), ja ensimmäisen hyllyn (162), joka sijaitsee ensimmäisen vaippaosan (150) ulkopinnassa (160) en- } simmäisen vaippaosan ensimmäisen pään (156) vieressä; 5 toisen vaippaosan (152) käsittäessä päärungon (154), jossa on en simmäinen pää (156) ja toinen pää, ja toisen hyllyn (162) mainitun toisen vaippaosan (152) ulkopinnassa (160) toisen vaippaosan ensimmäisen pään (156) vieressäpä mainitun ensimmäisen ja toisen vaippaosan (150 ja 152) yhteenliit-10 tävän hitsin (164) sanotussa ensimmäisen vaippaosan ensimmäisessä päässä (156) ja toisen vaippaosan ensimmäisessä päässä (156).

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen vaippa (112), t u n n e tt u siitä, että se käsittää lisäksi kiinnittimet (350), jotka sisältävät ensimmäisen kiinni-tysosan (352), toisen kiinnitysosan (354) ja kierteitetyn nastan (356), joka kul- 15 kee mainitun ensimmäisen ja toisen kiinnitysosan (352 ja 354) kautta ensimmäisen kiinnitysosan (352) ollessa kosketuksessa ensimmäisen hyllyn kanssa ja toisen kiinnitysosan (354) ollessa kosketuksessa toisen hyllyn (164) kanssa.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen vaippa (112), t u n n e 11 u siitä, että se käsittää siihen kiinnitetyt työkalut (300) näiden työkalujen (300) sisältä- 20 essä ensimmäisen kiinnityselimen (302), joka on kosketuksessa ensimmäisen hyllyn (162) kanssa, ja toisen kiinnityselimen (304), joka on kosketuksessa toi- • M sen hyllyn (162) kanssa. • · ···';· ··· ♦ ... • a • · · a · a a # • • · * 4 1 * · · a a a . · . * a ·«#'·· * · · a a a «» • 4 • »« * «44 • ♦ • · ··♦ a « · · • * · * * * a • · * · m a * * * · • · * * · · · * a* • · a * * « « 9 118105 Patentkrav ^