JP2000035493A - 炉心噴霧管結合装置とその利用方法 - Google Patents

炉心噴霧管結合装置とその利用方法

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JP2000035493A JP11160353A JP16035399A JP2000035493A JP 2000035493 A JP2000035493 A JP 2000035493A JP 11160353 A JP11160353 A JP 11160353A JP 16035399 A JP16035399 A JP 16035399A JP 2000035493 A JP2000035493 A JP 2000035493A
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】原子炉圧力容器内で配管を現場での溶接をせず
に、炉心噴霧管立下がり配管に交換用配管を結合する結
合装置と方法を提供する。 【解決手段】シュラウドTボックスに結合された炉心噴
霧管立下がり配管を交換する結合装置36が、封じリン
グ40、合わせフランジ44、くさびポケット78Aを
持つハウジング48、少なくとも1つの結合ボルト、く
さび80A及びの側方ピン70Aを含む。側方ピンがハ
ウジング48及び立下がり配管を通って、立下がり配管
から結合装置への垂直方向及び捩れの荷重を伝達する。
くさびがくさびポケット内に位置ぎめされ、立下がり配
管と係合して結合装置に加わる曲げモーメントに抵抗す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の分野】この発明は全般的に原子炉、更に具体的
に言えば、原子炉の原子炉圧力容器内で配管を結合する
装置と方法に関する。
【0002】
【発明の背景】沸騰水型原子炉(BWR)の原子炉圧力
容器(RPV)は典型的には円筒形であって、両端が、
例えば底部ヘッド及び着脱自在の頂部ヘッドによって閉
じられている。典型的には、炉心シュラウド又は単にシ
ュラウドと呼ばれるものが炉心を取囲んでいて、シュラ
ウド支持構造によって支持されている。
【0003】沸騰水型原子炉は多数の配管装置を持ち、
例えば、RPV全体に水を輸送するためにこういう装置
が利用されている。例えば、RPVの外部からの水をR
PVの内部の炉心噴霧スパージャに送出すために炉心噴
霧配管が使われている。炉心噴霧配管及びスパージャが
炉心に対して水の流れを送出す。応力腐食ひび割れ(S
CC)は、高温の水に露出したとき、構造部材、配管、
結合部材及び溶着部のような原子炉の部品に起こる公知
の現象である。原子炉部品は、例えば、熱膨張の違い、
原子炉冷却水を閉じこめるために必要な動作圧力、並び
に溶接、鍛接及びその他の不均質な金属処理による残留
応力のようなその他の原因に伴う種々の応力を受ける。
更に、水の組成、溶接、熱処理及び放射によって部品内
の金属のSCCの起り易さが高くなることがある。
【0004】Tボックス及び炉心噴霧管立下がり管のよ
うな原子炉の内部配管は、時として、SCCの結果、交
換が必要になることがある。炉心噴霧配管を交換するに
は、炉心噴霧管立下がり管を取外して交換することが必
要になる場合が多い。しかし、シュラウド炉心噴霧スパ
ージャTボックスに対する炉心噴霧管立下がり管の取付
け部が、始めの原子炉の建設の際に取付けられていて、
接近が困難である。更に、炉心噴霧管立下がり管の交換
は、利用出来る作業空間が限られているために厄介であ
る。
【0005】炉心噴霧管立下がり管は、シュラウド通抜
け熱スリーブに固定された下側エルボを持っている。交
換用の立下がり管を始めの設計通りに原子炉に取付ける
には、交換用の下側エルボをシュラウドに溶接すること
が必要である。しかし、前に説明したように、原子炉の
この区域は接近が困難である。シュラウド炉心噴霧スパ
ージャTボックスに取付けられた炉心噴霧管立下がり管
の交換を容易にするような装置を提供することが望まし
い。現場での溶接を必要としないで取付けられるこのよ
うな装置を提供することも望ましい。
【0006】
【発明の要約】この発明は、原子炉の切断された立下が
り炉心噴霧管の開放端に交換用配管部分を接続するため
の結合装置を対象とする。現場での溶接をせずに、立下
がり配管に交換用配管を結合することが、結合装置によ
って達成できるようになる。1実施例では、この結合装
置は、4つの結合ボルトを使って、合わせフランジとハ
ウジングの間に固定されるリング形の封じリングを含
む。封じリングは球形の凸の坐着部を持っている。合わ
せフランジが、封じリングの凸の坐着部を受ける球形の
凹の坐着部、及び略円筒形の配管開口を持っている。ハ
ウジングは、封じリングの一部分を受ける略円筒形の封
じリング係合部分、及び立下がり配管を受入れるような
寸法の内径を持つ略円筒形の配管開口を持っている。ハ
ウジングは、側方ピンを受入れるような寸法の2つの側
方ピン開口をも持っている。側方ピンが、整合した夫々
のハウジングの側方ピン開口並びに立下がり配管に加工
されたテーパつきの側方ピン開口に入る。封じリングの
坐着部が合わせフランジに坐着し、4つの結合ボルトが
合わせフランジとハウジングの間を延びて、合わせフラ
ンジをハウジングに固定する。凸及び凹の坐着部は、立
下がり配管を結合装置に対して回転方向に整合外れにす
ることが出来るようにする。ハウジングは、ハウジング
に沿って等間隔の4つのくさびポケットをも持ってい
る。合わせくさびがくさびポケット内に位置ぎめされる
ような形になっていて、ハウジングと立下がり配管の外
面の間にきついはめ合わせを形成する。ハウジングと立
下がり配管の間でのくさびのきついはめ合わせにより、
立下がり配管の結合部に加わる曲げモーメントに対する
抵抗が得られる。ダボピンがハウジングを通抜け、ハウ
ジングにプレスばめになって、くさびを所定位置に保持
する形になっている。
【0007】結合装置を取付けるためには、現存の立下
がり配管の下側部分を除去する。例えば、下側エルボに
近い立下がり配管の一部分を切取り、下側エルボをシュ
ラウドから取除く。垂直配管部分を持つ交換用エルボを
原子炉内に取付ける。下側エルボを交換する方法が、そ
の全体をここで引用する、1998年1月29日に出願
された係属中の米国特許出願09/015、429に記
載されている。合わせフランジを交換用垂直配管部分に
結合してから、エルボ並びに垂直配管部分をシュラウド
に取付ける。立下がり配管には2つの側方ピン開口が加
工されている。
【0008】封じリングをハウジング係合部分に挿入し
た後、立下がり配管が封じリングに隣接するまで、立下
がり配管をハウジングの中に延ばす。次に、封じリング
の凸の坐着部を合わせフランジの凹の坐着部に坐着さ
せ、4つの結合ボルトを使って、合わせフランジをハウ
ジングに結合する。その後、2つの側方ピン及び4つの
合わせくさびを使って、立下がり配管を結合装置に固定
する。
【0009】上に述べた装置は、現場での溶接をせず
に、立下がり配管の下側部分の交換を容易にする。この
結合装置は、交換用垂直配管を立下がり配管に洩れのな
いように強力に接続する。
【0010】
【詳しい説明】図1は、原子炉圧力容器(RPV)10
の一部分の部分切欠き側面図である。シュラウド12が
RPV 10の炉心(図に示していない)を取巻いてい
る。冷却材消滅事故の際、夫々立下がり配管20A、2
0Bに接続された炉心噴霧側方部14A、14Bを介し
て、冷却水が炉心に送出される。管の側方部14A、1
4Bが、炉心噴霧冷却水供給管25に接続されたTボッ
クス接続部24から分岐している。立下がり配管20A
が、シュラウド12に取付けられたTボックス28及び
内部スパージャ(図に示していない)を介して、シュラ
ウド12に接続される。立下がり管20A、20Bが下
側エルボ32A、32Bを持っている。典型的には、下
側エルボ32A、32Bがシュラウド12に溶接され
る。下側エルボ32A、32Bはそれに接近することが
限られているために、立下がり配管20A、20Bを交
換するのは厄介である。このように、接近することが制
限されていることにより、交換用立下がり配管の溶接が
困難になる。
【0011】図2及び3について説明すると、結合装置
36が、4つの結合ボルト50A、50B、50C、5
0Dを用いて、合わせフランジ44及びハウジング48
の間に固定されたリング形の封じリング40を持ってい
る。封じリング40が、第1の面54と、球形の凸の坐
着部58を持つ第2の面56とを持っている。合わせフ
ランジ44が球形の凹の坐着部60と略円筒形の配管開
口62とを持っている。球形の坐着部60は、立下がり
配管20A及び合わせフランジ44の整合外れに対処す
るように封じリングの坐着部58を受ける寸法になって
いる。
【0012】ハウジング48がハウジング・フランジ6
4と、ハウジング・フランジ64から延びる略円筒形の
封じリング係合部分66を持っている。ハウジング・フ
ランジ64は略円筒形の配管開口68をも有する。配管
開口68の内径は立下がり配管20Aを受入れる寸法で
ある。ハウジングの係合部分66は、合わせフランジ4
4をハウジング48に結合したとき、封じリングの坐着
部58が合わせフランジの坐着部60に坐着するよう
に、封じリング40の一部分を受入れる寸法である。2
つの側方ピン70A、70Bは、整合した夫々のハウジ
ングの側方ピン開口72A、72B及び立下がり配管2
0Aに加工されたテーパつきの側方ピン開口74A、7
4Bを通るような寸法である。側方ピン70A、70B
が、軸方向の荷重を等しく分配し、夫々のかしめナット
76A、76Bを用いてハウジング48に固定される。
【0013】更にハウジング48は、ハウジング48に
沿って等間隔であるくさびポケット78A、78B、7
8C、78Dを持ち、これらはくさび80A、80B、
80C、80Dを立下がり配管20に隣接して位置ぎめ
するような形になっている。ダボピン開口82A、82
B、82C、82Dがハウジング48を通っていて、ダ
ボピン84A、84B、84C、84Dがハウジング4
8を通り抜けて、夫々くさび80A、80B、80C、
80Dと係合し、これらのくさびを所定位置に保持する
ような形になっている。ダボピン84A、84B、84
C、84Dは、開口82A、82B、82C、82Dに
プレスばめになる形である。
【0014】図3及び4について説明すると、合わせフ
ランジ44は4つの溝孔形結合ボルト孔86A、86
B、86C、86Dを持っていて、これは結合ボルト5
0A、50B、50C、50Dを受入れる寸法になって
いる。ハウジングのフランジ64は、結合ボルト50
A、50B、50C、50Dを受入れる寸法の結合ボル
ト孔88A、88B、88C、88D(このうちの2つ
だけを示してある)を持っている。
【0015】結合ボルト50A、50B、50C、50
Dは、合わせフランジ44及びハウジング48の間を延
びる寸法であって、何れも2つの球形のワッシャ90
A、90B、90C、90D、90E、90F、90
G、90H(このうちのワッシャ90F及び90Hは図
に示していない)及びかしめナット92A、92B、9
2C、92Dを持っている。球形のワッシャ90A、9
0B、90C、90D、90E、90F、90G、90
Hは、結合ボルト50A、50B、50C、50D及び
ナット92A、92B、92C、92Dの頭部に対する
平行面になる。結合ボルト50A、50B、50C、5
0Dが荷重を分担し、偏心荷重を防ぐ。
【0016】結合ボルト50A、50B、50C、50
Dと球形のワッシャ90A、90B、90C、90D、
90E、90F、90G、90Hは、強度のため、並び
にかしめナット92A、92B、92C、92Dをすり
むく惧れを最小限に抑えるために、例えばインコネルX
ー750で作ることが出来る。封じリング40、合わせ
フランジ44、ハウジング48及びかしめナット92
A、92B、92C、92Dを含めて、結合装置36の
他のすべての部品は、例えば低炭素316ステンレス鋼
で作ることが出来る。この発明の一実施例では、結合ボ
ルト50A、50B、50C、50Dは例えば、316
形ステンレス鋼よりも熱膨張係数が小さいインコネルX
ー750のような材料で作られる。熱膨張係数がより小
さい結果、原子炉が加熱されるとき、ボルト50A、5
0B、50C、50Dの張力が増加し、洩れ抵抗を持つ
継手となることを保証する。
【0017】合わせフランジ44が交換用配管部分94
に結合される。合わせフランジの配管開口62が配管部
分94の端98に結合される。立下がり配管20Aの下
側エルボ32Aを含む下側部分を交換するとき、炉心噴
霧管側方部分14A及び下側エルボ32Aの間で立下が
り配管20Aを切取る。その後、下側エルボ32Aをシ
ュラウドTボックス28から取除く。交換用配管部分9
4を持つ下側エルボを、1998年1月28日に出願さ
れた係属中の米国特許出願09/015、429に記載
されているような方法により、シュラウドTボックス2
8に取付けることが出来る。結合装置36を用いて交換
用配管部分94が立下がり配管20Aに結合される。
【0018】立下がり配管20Aを真直ぐに切取り、丸
く加工し、典型的には放電加工により、立下がり管20
Aの結合装置36と結合される端の近くで、立下がり配
管20Aにテーパつきの側方ピン開口74A、74Bを
形成する。配管部分94を立下がり配管20Aと結合す
る端96で、最初に合わせフランジ44を交換用配管部
分94と結合する。配管部分94に対する合わせフラン
ジ44の結合は、典型的には、エルボ32A及び配管部
分94がTボックス28に取付けられる前に行われる。
合わせフランジ44は、例えば溶接によって交換用配管
部分94に結合することが出来る。典型的には、原子炉
の外側で、エルボ32Aを交換用配管94と共にTボッ
クス28に取付ける前に、合わせフランジ44が配管部
分94に溶接される。
【0019】封じリング40をハウジングの係合部分6
6の中に挿入した後、立下がり配管20Aを、封じリン
グ40に隣接するまで、ハウジング48の中に挿入す
る。その後、合わせフランジ44を封じリング40に隣
接するように位置ぎめして、封じリングの坐着部58が
球形坐着部60に坐着するようにする。夫々の結合ボル
ト50A、50B、50C、50Dに球形のワッシャ9
0E、90F、90G、90Hを配置した後、結合ボル
ト50A、50B、50C、50Dを合わせフランジの
結合ボルト孔86A、86B、86C、86Dとそれに
整合したハウジングの結合ボルト孔88A、88B、8
8C、88Dに通す。溝孔形の孔86A、86B、86
C、86Dは、側方ピン70A、70Bの軸線とシュラ
ウド12の接点又は接触面との間の回転方向の整合外れ
に対処する。その後、ハウジング48に隣接して、夫々
の結合ボルト50A、50B、50C、50Dに球形の
ワッシャ90A、90B、90C、90Dをはめ、かし
めナット92A、92B、92C、92Dを結合ボルト
50A、50B、50C、50Dにねじ係合させる。
【0020】その後、側方ピン70A、70Bをハウジ
ングの側方ピン開口72A、72B及びそれに整合した
立下がり配管の側方ピン開口74A、74Bに通す。側
方ピン70A、70Bにトルクがかかると、ピン70
A、70Bが立下がり配管20Aからハウジング48に
荷重を伝達する。この荷重の経路が、立下がり配管20
A、側方ピン70A、70Bを通ってハウジング48を
通り、封じリング40、フランジ44及び結合ボルト5
0A、50B、50C、50Dを通ってハウジング48
に戻る。かしめナット76A、76Bを用いて、側方ピ
ン70A、70Bを固定する。くさび80A、80B、
80C、80Dをくさびポケット78A、78B、78
C、78D内に位置ぎめする。重力により、くさび80
A、80B、80C、80Dがくさびポケット78A、
78B、78C、78Dの中に落込んで、ハウジング4
8と立下がり配管20Aの間にきついはめ合わせを形成
する。ダボピン84A、84B、84C、84Dを開口
82A、82B、82C、82Dに挿入して、取付け並
びに原子炉の運転中、くさび80A、80B、80C、
80Dが適正な位置に留まるように保証する。くさび8
0A、80B、80C、80Dが、結合装置36に加わ
る曲げの力のモーメントに対する抵抗力を持つ。次に、
ナット92A、92B、92C、92Dにトルクをか
け、封じリング40をハウジング48と合わせフランジ
44の間で締付けて、結合装置36と立下がり配管20
Aの間に頑丈な継手を形成する。
【0021】こうして出来た接続は、立下がり配管20
Aと交換用配管94の回転方向の整合外れがあってもよ
いようにしながら、立下がり配管20AからTボックス
28までの流体通路を作る。更に、結合装置36は、原
子炉の内部で溶接を必要とせずに、立下がり配管20A
を交換することを容易にする。この発明の種々の実施例
についてこれまで説明したところから、この発明の目的
が達成されたことは明らかである。この発明を詳しく説
明して図面に示したが、これは例であって、例に過ぎ
ず、この発明を制約するものと解してはならないことを
はっきりと承知されたい。即ち、この発明の精神並びに
範囲は、特許請求の範囲のみによって制限されるもので
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】原子炉圧力容器の一部分の部分切欠き斜視図。
【図2】この発明の一実施例による結合装置の一部分を
切欠いた正面図。
【図3】図2に示したハウジングの一部分を切欠いた平
面図。
【図4】図2に示した結合装置の一部分を切欠いた側面
断面図。
【符号の説明】
20 立下がり管 36 結合装置 40 封じリング 44 フランジ 48 ハウジング 58 第1の坐着部 60 第2の坐着部 78 くさびポケット 80 くさび

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原子炉の炉心シュラウドに炉心噴霧管の
    立下がり管(20)を結合する結合装置(36)に於
    て、第1の坐着部(58)を持つ封じリング(40)
    と、前記立下がり管(20)の整合外れに対処するよう
    に前記第1の坐着部(58)を受ける形をした第2の坐
    着部(60)を持つ合わせフランジ(44)と、前記第
    1の坐着部(58)を前記第2の坐着部(60)に固定
    するハウジング(48)とを有し、該ハウジング(4
    8)は前記立下がり管(20)に隣接してくさびを位置
    ぎめするような形の少なくとも1つのくさびポケット
    (78)を有する結合装置。
  2. 【請求項2】 前記ハウジング(48)及び前記合わせ
    フランジ(44)が何れも少なくとも1つの結合ボルト
    孔(88、86)を持ち、装置(36)が、整合したと
    きに、前記結合ボルト孔(88、86)を通るような形
    をした少なくとも1つの結合ボルト(50)を有する請
    求項1記載の結合装置。
  3. 【請求項3】 前記合わせフランジのボルト孔(86)
    が溝孔形である請求項2記載の結合装置。
  4. 【請求項4】 更に、前記結合ボルト(50)を受ける
    形をした少なくとも1つの球形のワッシャ(90)を有
    する請求項2記載の結合装置。
  5. 【請求項5】 前記結合ボルト(50)の熱膨張係数が
    前記封じリング(40)、合わせフランジ(44)及び
    ハウジング(48)の熱膨張係数よりも小さい請求項2
    記載の結合装置。
  6. 【請求項6】 前記第1の坐着部(58)が球形の凸の
    坐着部であり、前記第2の坐着部(60)が球形の凹の
    坐着部である請求項1記載の結合装置。
  7. 【請求項7】 前記立下り管(20)が少なくとも1つ
    の側方ピン開口(74)を有し、前記ハウジング(4
    8)が、前記立下がり管の側方ピン開口(74)と実質
    的に整合する形の少なくとも1つの側方ピン開口(7
    2)、並びに前記ハウジング(48)及び前記立下がり
    管の側方ピン開口(72、74)を通る形の少なくとも
    1つの側方ピン(70)を有する請求項1記載の結合装
    置。
  8. 【請求項8】 更に、前記くさびポケット(78)には
    まって、立下がり管(20)に接触する形の少なくとも
    1つのくさび(80)を有する請求項1記載の結合装
    置。
  9. 【請求項9】 前記ハウジング(48)が、前記ハウジ
    ング(48)を通って前記くさび形ポケット(78)ま
    で延びる少なくとも1つのダボピン開口(82)を有
    し、結合装置(36)が、前記ダボピン開口(82)に
    はまって、前記くさび(80)を適正な位置に保持する
    形の少なくとも1つのダボピン(84)を有する請求項
    8記載の結合装置。
  10. 【請求項10】 原子炉内の交換用垂直配管部分(9
    4)に、炉心噴霧管の立下がり配管(20)を結合する
    ために、結合ハウジング(48)及び合わせフランジ
    (44)を含む結合装置(36)を利用する方法に於
    て、前記合わせフランジ(44)を交換用配管(94)
    の端に結合し、前記立下がり管(20)を前記ハウジン
    グ(48)に結合し、前記合わせフランジ(44)を前
    記ハウジング(48)に結合する工程を含む方法。
  11. 【請求項11】 前記結合装置(36)が更に少なくと
    も1つのくさび(80)を有し、前記ハウジング(4
    8)が更に、前記立下がり配管(20)に隣接して前記
    くさび(80)を位置ぎめするような形をした少なくと
    も1つのくさびポケット(78)を有し、前記合わせフ
    ランジ(44)を前記ハウジング(48)に結合する工
    程が、前記ハウジング(48)及び立下がり配管(2
    0)の間にきついはめ合わせを形成するように、前記く
    さび(80)を前記くさびポケット(78)内に位置ぎ
    めする工程を含む請求項10記載の方法。
  12. 【請求項12】 前記結合装置(36)が封じリング
    (40)を有し、前記合わせフランジ(44)を前記フ
    ランジ(48)に結合する工程が、前記ハウジング(4
    8)及び合わせフランジ(44)の間に前記封じリング
    (40)を係合させる工程を含む請求項11記載の方
    法。
  13. 【請求項13】 前記結合装置(36)が更に少なくと
    も1つの結合ボルト(50)を有し、前記ハウジング
    (48)及び前記合わせフランジ(44)は何れも少な
    くとも1つのボルト孔(88、86)を持ち、前記合わ
    せフランジ(44)を前記ハウジング(48)に結合す
    る工程が、前記結合ボルト(50)を前記合わせフラン
    ジ及び前記ハウジングの結合ボルト孔(88、86)に
    通す工程を含む請求項12記載の方法。
  14. 【請求項14】 前記結合装置(36)が更に少なくと
    も1つの側方ピン(70)を有し、前記立下がり配管
    (20)が少なくとも1つの側方ピン開口(74)を有
    し、前記ハウジング(48)が更に前記立下がり配管の
    側方ピン(74)と実質的に整合する形の少なくとも1
    つの側方ピン開口(72)を有し、前記立下がり配管
    (20)を前記ハウジング(48)に結合する工程が、
    前記側方ピン(70)を前記ハウジングの側方ピン開口
    (72)並びにそれと整合した立下がり配管の側方ピン
    開口(74)に通す工程を含む請求項13記載の方法。
  15. 【請求項15】 前記ハウジング(48)が更に前記少
    なくとも1つのくさびポケット(78)まで前記ハウジ
    ング(48)を通る少なくとも1つのダボピン開口(8
    2)を有し、前記結合装置(36)が更に前記ダボピン
    開口(82)にはまる形をした少なくとも1つのダボピ
    ン(84)を有し、前記立下がり配管(20)を前記ハ
    ウジング(48)に結合する工程が、前記ダボピン(8
    4)を前記ダボピン開口(82)に通して前記くさび
    (80)を適正な位置に保持する工程を含む請求項11
    記載の方法。
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