JP2001013284A - 原子炉内ポンプの補強装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】原子炉圧力容器とライザーブレースの溶接部に
き裂が生じた場合、き裂の進展を防止して原子炉の運転
を安全確実に継続し、稼働率を向上させる。 【解決手段】原子炉圧力容器１と炉心シュラウド10との
間にジェットポンプ11が設けられ、ジェットポンプ11の
ライザー管12の中間部を支持するライザーブレース20に
ポンプビーム23と、ポンプビーム23を取付ける一対のビ
ームホルダ28，29を設ける。炉心シュラウド10側のビー
ムホルダ29にテーパープレート32を取付け、テーパープ
レート32にばね保持部材34を介して波形状板ばね31と調
整ボルト33を設ける。波形状板ばね31の凸面を炉心シュ
ラウド10の外側面に押圧接触状態にしておくと、原子炉
運転中熱膨張差により圧縮応力が加わり、原子炉圧力容
器１とライザーブレース20の溶接部にき裂が生じた場
合、そのき裂を圧縮し、き裂の進展を防止できる

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は沸騰水型原子炉（以
下、ＢＷＲと記す）において、原子炉圧力容器内に設置
されるジェットポンプのライザー管を支持するためのラ
イザーブレースの取付溶接部に生じる流体振動による応
力を低減するために使用する原子炉内ポンプの補強装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＢＷＲでは出力密度を大きくする
ために原子炉圧力容器外部に設置した再循環ポンプと原
子炉圧力容器内部に設置したジェットポンプとを組合せ
た、いわゆるジェットポンプシステムが採用されてい
る。以下、このジェットポンプシステムを採用したＢＷ
Ｒのジェットポンプについて説明する。

【０００３】図４および図５を参照して従来のＢＷＲの
構成とジェットポンプの概略を説明する。図４はＢＷＲ
の概略構成を示す縦断面図である。図４に示すように、
原子炉圧力容器１内には冷却材２および炉心３が収容さ
れており、この炉心３は図示しない複数の燃料集合体お
よび制御棒などから構成され、炉心シュラウド10内に収
容されている。

【０００４】冷却材２は、炉心３を上方に向かって流通
し、その際、炉心３の核反応熱により昇温されて水と蒸
気との二相流状態となる。この二相流状態となった冷却
材２は、炉心３の上方に設置された気水分離器４内に流
入し、そこで水と蒸気とに分離される。このうち、蒸気
は気水分離器４の上方に設置された蒸気乾燥器５内に導
入され、乾燥蒸気となる。

【０００５】この乾燥蒸気は、原子炉圧力容器１に接続
された主蒸気管６を介して図示しない蒸気タービンに移
送され、発電に供される。一方、分離された水は炉心３
と原子炉圧力容器１との間のダウンカマ部７を流れて炉
心３の下方に流下する。炉心３の下方には制御棒案内管
８が設置されており、この制御棒案内管８を介して制御
棒が炉心３内に挿入または引抜きされる。また、制御棒
案内管８の下方には制御棒駆動機構９が設置されてお
り、この制御棒駆動機構９により制御棒の炉心３への挿
入や引抜きが制御される。

【０００６】ダウンカマ部７内には、ジェットポンプ11
が周方向に等間隔で複数設置されている一方、原子炉圧
力容器１の外部には、図示しない再循環ポンプが設置さ
れており、この再循環ポンプ，ジェットポンプ11，およ
びこれらの両者間に配設された再循環配管により、再循
環系が構成されている。そして、再循環ポンプによりジ
ェットポンプ11に駆動水が供給され、このジェットポン
プ11の作用により冷却材２が炉心３内に強制循環され
る。

【０００７】ジェットポンプ11は、図５に要部を拡大し
て示すように中央部にライザー管12を有し、このライザ
ー管12は原子炉圧力容器１に固着されており、再循環ポ
ンプの再循環入口ノズル13から供給された冷却材２を炉
内に導入する。ライザー管12の上部には、トランジショ
ンピース14を介して一対のエルボ15（15ａ，15ｂ）が接
続されている。

【０００８】これらのエルボ15ａ，15ｂには、それぞれ
一対の混合ノズル16（16ａ，16ｂ）を介して一対のイン
レットスロート17（17ａ，17ｂ）が接続されている。こ
の一対のインレットスロート17ａ，17ｂには、それぞれ
ディフューザ18（18ａ，18ｂ）が接続されている。

【０００９】そして、混合ノズル16ａ，16ｂにより冷却
材２が噴射され、その際周囲から炉水が巻き込まれ、こ
の噴射された冷却材２および巻き込まれた水は、インレ
ットスロート17ａ，17ｂ内でそれぞれ混合される。その
後、ディフューザ18ａ，18ｂにより静水頭の回復がなさ
れる。

【００１０】ところで、上記の構成において、再循環ポ
ンプから送り込まれる冷却材の流れにより、流体振動が
発生する。この流体振動に対処するためにライザー管12
は前述したようにその下端を再循環入口ノズル13に溶着
させており、上端はライザーブレース20を介して原子炉
圧力容器１に固定されている。

【００１１】また、インレットスロート17ａ，17ｂは、
上述したようにその上端を混合ノズル16ａ，16ｂおよび
ベントを介してトランジションピース14に機械的に接続
されるとともに、その下端はディフューザ18ａ，18ｂの
上端に挿入されている。このようにライザー管12および
インレットスロート17ａ，17ｂは、ともに流体振動に十
分対処可能に構成されている。

【００１２】次いで、混合ノズル16ａ，16ｂの上方の構
成について説明すると、トランジションピース14の両側
には、一対の耳部21がそれぞれ形成されており、これら
の耳部21は上方に突出し、その上端部の内側には溝部22
が形成されている。この溝部22には、長さ方向中央部に
沿って増大する長方形断面を有する一対のジェットポン
プビーム23が両端部を溝部22に嵌合して固定されてい
る。

【００１３】ジェットポンプビーム23の中央には、鉛直
方向に図示しないねじ穴が形成されており、このねじ穴
にヘッドボルト24が螺合している。このヘッドボルト24
の上端には六角頭が形成されており、また下端には半丸
頭が形成されている。一方、エルボ15ａ，15ｂには、上
端面が水平な台座部（図示せず）が形成されており、こ
の台座部には座ぐり穴（図示せず）が形成されている。
この座ぐり穴内には球面座金を介してヘッドボルト24の
半丸頭が嵌合している。

【００１４】インレットスロート17ａ，17ｂは原子炉圧
力容器１に固着されていないため、その上端部およびエ
ルボ15ａ，15ｂにはライザー管12を介して供給される駆
動水の流入水圧が作用する。また、エルボ15ａ，15ｂの
他端に接続する図示しないノズルからディフューザ18
ａ，18ｂ内に向かって噴出される駆動水の噴出水圧など
の反力が上向きに作用する。この荷重に対向するために
ヘッドボルト24がジェットポンプビーム23に螺合されて
いる。

【００１５】なお、耳部21が定位置に固定されているの
で、ヘッドボルト24を螺合していくと、ジェットポンプ
ビーム23の上方向に移動させられ、その両端は溝部22の
上壁面に当接した状態となる。これにより、上向きの荷
重を受ける。

【００１６】これとは逆に、エルボ15ａ，15ｂの上端部
には、ヘッドボルト24を介して下向きの荷重が加わり、
その大きさは駆動水の反力などによる上向きの荷重との
関連により決定される。ヘッドボルト24の六角頭にはキ
ーパ（図示せず）が着脱自在に嵌合している。このキー
パは支持板（図示せず）上に点溶接により固着されてい
る。この支持板は四角形をなしており、２本のボルトに
よりジェットポンプビーム23の上面に固定されている。

【００１７】インレットスロート17ａ，17ｂは、ライザ
ー管12に固着したライザーブランケット25に取付けられ
ている。ディフューザ18ａ，18ｂは、原子炉圧力容器１
に溶着されているシュラウドサポート（バッフルプレー
ト）26に固定されている。

【００１８】ジェットポンプ11は、冷却材を循環させる
ために他の機器に比較して厳しい状況下で使用される。
そのため、各部材には大きな負荷が作用し、特にライザ
ー管12をその中間で支持するライザーブレース20には厳
しい応力が作用することになる。

【００１９】ライザーブレース20は、ライザー管12に発
生する原子炉運転中の流体振動を制御するとともに、炭
素鋼である原子炉圧力容器１とオーステナイト系ステン
レス鋼製であるライザー管12との間の熱膨張差を吸収す
る。したがって、原子炉運転中には、上記熱膨張差を吸
収した状態で変形状態にある。

【００２０】ところで、原子力プラントの出力制御を行
う上で、通常運転中のジェットポンプ流量を測定するこ
とは重要であり、このためディフューザ18ａ，18ｂの上
下部に測定用配管19を設けて、運転中のディフューザ18
の上下部の静圧差を測定し、この測定値をプラント使用
前に測定した較正差とによりジェットポンプ流量を算出
している。

【００２１】この測定用配管19はディフューザ18の上下
部の静孔に溶接され、ディフューザ18に固着されている
サポート27により溶接支持され、さらにジェットポンプ
11の下部において複雑な状態で配置され、ジェットポン
プ計測用ノズル（図示せず）を経て炉外配管と接続され
ている。

【００２２】このジェットポンプ計測用ノズルは、原子
炉圧力容器１に対象位置に２個所設けられている。この
ような構成のジェットポンプ11は、再循環ポンプから送
り込まれる冷却時の流れにより、他の機器に比較して厳
しい条件下で使用される。このため、各部材には大きな
負荷が作用し、流体振動の影響を受け、厳しい応力が作
用することとなり、したがって配管破断を生じることが
十分予想される。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】上記ＢＷＲの構成にお
いて、例えばジェットポンプシステムの本体や溶接部な
どに何等かの原因によってクラックや破断が生じた場
合、その破損箇所等を補修するが、その補修作業は高放
射線管理区域である炉心真上から遠隔で行う必要があ
る。したがって、その配管部への接近は極めて困難であ
る。

【００２４】このように破損したジェットポンプ11の補
修手段としては、溶接により行うことが考えられるが、
その補修作業は一般に水中での作業となるため、補修装
置として大掛かりなものが必要になり、かつ長期間の工
事になる課題がある。

【００２５】また、これらの工事を放置しておくと、一
段と進行してジェットポンプ11にき裂が生じたりする可
能性があり、原子炉の出力を制御するジェットポンプ11
がそのような状態になることは、他の構造物に影響を与
えることも考えられ、好ましくないという課題がある。

【００２６】さらに、ジェットポンプ11のライザー管12
の中央部を支持するためのライザーブレース20と原子炉
圧力容器１の取付溶接部にき裂等が発生した場合、補修
するために炉心シュラウド10全体、またはその一部を取
外す必要があり、補修工期および工事費が莫大になる課
題がある。

【００２７】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、ジェットポンプライザーブレースと原子炉圧
力容器との取付溶接部にき裂等が発生した場合、炉心シ
ュラウドまたはその一部を取替える必要がなく原子炉プ
ラントを運転することを可能としたジェットポンプライ
ザー管の予防保全およびライザーブレースを補修するこ
とができる原子炉内ポンプの補強装置を提供することに
ある。

【００２８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、原子
炉圧力容器と、この原子炉圧力容器内に設置された炉心
シュラウドとの間にジェットポンプが設置され、このジ
ェットポンプのライザー管のほぼ中間部を保持するライ
ザーブレースが前記原子炉圧力容器の内面に溶接により
取付けられ、前記ライザーブレースにポンプビームが設
けられ、このポンプビームに前記原子炉圧力容器側と前
記炉心シュラウド側に対向して位置する一対のビームホ
ルダが設けられてなり、前記炉心シュラウド側の前記ビ
ームホルダにテーパープレートを取付け、このテーパー
プレートにばね保持部材を設け、このばね保持部材に前
記炉心シュラウドの外面を押圧して接するばねを組込ん
でなることを特徴とする。

【００２９】この発明によれば、原子炉圧力容器とライ
ザーブレースとの溶接部に微細き裂が発生した場合、運
転時の原子炉圧力容器と本発明に係る補強装置の熱膨張
差によってき裂発生部分を圧縮応力にして、き裂の進展
を防止することができる。

【００３０】また、炉心シュラウドと原子炉圧力容器間
の温度差を利用して、ライザーブレースの付け根部に発
生したき裂等に圧縮荷重を加えた状態を原子炉運転中に
保持することができ、運転時の原子炉圧力容器と本発明
に係る補強装置の熱膨張差によってき裂部分を圧縮応力
にしてき裂の進展を防止することができる。

【００３１】さらに、ライザーブレース部に係合して取
付けられるばね部材を、炉心シュラウドの外側面に接触
させてライザーブレース部に本発明に係る補強装置を短
時間で確実に取付けることができるので、流体振動によ
る応力を低減させることができる。

【００３２】請求項２の発明は、前記ばね保持部材と前
記ばねとの間にばね力調整機構および逆転防止機構を設
けてなることを特徴とする。この発明によれば、ライザ
ーブレース部に取付け後、ばね部材に取付けたばねの弾
発力を調整して固定するので、炉心シュラウド外側面と
の接触を確実に行うことかできる。また、取付時にばね
部材の調整をねじ部材で行い、このねじ部材に逆転防止
機構を組込むことにより、原子炉の運転中に部品の緩み
等の不具合の発生がなく、原子炉を安全に運転すること
ができる。

【００３３】請求項３の発明は、前記ライザーブレース
と前記テーパープレートとの間に上下にスライド自在な
ベアリングを設けてなることを特徴とする。この発明に
よれば、上下動にスライド自在なベアリングを組込むこ
とにより、原子炉運転中の上下方向の熱膨張によって生
じるずれを吸収し、炉心シュラウドとライザーブレース
との取付溶接部に引張り応力を生じることがないように
できる。

【００３４】請求項４の発明は、前記ばね保持部材およ
び前記ばねの少なくとも一方の表面に硬質クロムメッキ
層を施してなることを特徴とする。この発明によれば、
ばねまたはばね部材の少なくとも一方の表面に硬質クロ
ムメッキ層を施すことにより、原子炉運転中の上下方向
の熱膨張によって生じるずれを滑らかにして吸収し、炉
心シュラウドとライザーブレースとの取付溶接部に引張
り応力を生じることがないようにできる。

【００３５】

【発明の実施の形態】図１から図３により本発明に係る
原子炉内ポンプの補強装置の第１の実施の形態を説明す
る。本実施の形態において、原子炉内ポンプとは図４お
よび図５により説明したジェットポンプ11を対象とし、
補強装置とはジェットポンプ11のライザー管12の中間部
を支持するためのライザーブレース20に組込んで原子炉
圧力容器１とライザーブレース20との取付溶接部を補強
するための装置である。

【００３６】図１は本実施の形態に係る補強装置30をラ
イザーブレース20に組込んだ状態を一部横断面で示す上
面図であり、図２は図１の状態を縮小して一部側面で示
す縦断面図であり、図３は図２のＡ部を拡大した一部側
面で示す縦断面図である。なお、図１から図３中、図４
および図５と同一部分には同一符号を付して重複する部
分の説明は省略する。

【００３７】図１において、原子炉圧力容器１と炉心シ
ュラウド10との間にはジェットポンプ11が設置されてお
り、ジェットポンプ11のライザー管12の中間部を支持す
るためのライザーブレース20が原子炉圧力容器１の内面
に溶接により取付けられている。ライザーブレース20に
は一対のポンプビーム23が設けられ、この一対のポンプ
ビーム23の両端には原子炉圧力容器１側と炉心シュラウ
ド10側に対向して一対のビームホルダ28，29に取付けら
れて設けられている。

【００３８】炉心シュラウド10側のビームホルダ29には
ライザーブレース20を補強するための補強装置30が設け
られる。この補強装置30は炉心シュラウド10側のビーム
ホルダ29にテーパープレート32が取付けられ、テーパー
プレート32にばね保持部材34および波形状板ばね31が取
付けられたものからなっている。ばね保持部材34には波
形状板ばね31がねじ止めにより一端が取付けられ、他端
は自由端となっている。波形状板ばね31の外側凸面は炉
心シュラウド10の外側面に接触している。

【００３９】また、テーパープレート32には調整ボルト
33が取付けられており、この調整ボルト33によりテーパ
ープレート32を位置調整して波形状板ばね31を炉心シュ
ラウド10の外面に押圧接触するようにする。

【００４０】テーパープレート32の調整は炉心上部から
遠隔レンチ（図示せず）を用いて調整ボルト33を回転さ
せることにより、テーパープレート32を図面上の上下方
向にスライドさせて調整することができる。また、この
調整ボルト33には逆転防止のラチェット機構が組込ま
れ、原子炉運転中に調整ボルト33が回転するのを防止し
ている。

【００４１】しかして、上記補強装置30はライザーブレ
ース20と炉心シュラウド10との間に着脱自在に設置でき
るので、ライザーブレース20と原子炉圧力容器１との溶
接部にき裂が生じた場合、運転中の原子炉圧力容器１と
補強装置30の熱膨張差によってライザーブレース20と原
子炉圧力容器１との溶接部に生じる圧縮応力によってき
裂の進展を防止することができる。

【００４２】本実施の形態に係る補強装置30は、図２お
よび図３に示したように、ライザーブレース20の先端部
上部に設置され、炉心シュラウド10の外側面と接触する
ように固定される。この炉心シュラウド10の外側面との
接触部には波形状板ばね31がばね力を蓄えて組込まれ、
原子炉運転中の振動等を吸収しライザーブレース20に常
に圧縮応力が作用するように構成されている。

【００４３】波形状板ばね31、またはばね保持部材34の
表面に硬質クロムメッキ処理を施して硬質クロムメッキ
層を形成すると、炉心シュラウド10の外側面との接触部
が滑りやすい構造になる。したがって、原子炉運転中の
熱膨張による縦方向変位を吸収し、常にライザーブレー
ス20に圧縮応力が作用して、引張り応力が発生しないよ
うにすることができる。

【００４４】また、図３に拡大して示したように補強装
置30とライザーブレース20との間に、上下方向にスライ
ド自在なベアリング34を組込む構成にすることもでき
る。これによりライザーブレース20の上面には補強装置
30が落下しないように突起部材36によって引っ掛けるこ
とができる。さらに、前記突起部材36とライザーブレー
ス20の間にスプリング35を組込むことにより、ライザー
管12の上下動に対し拘束しないようにできる。

【００４５】なお、本実施の形態ではばね保持部材34お
よび波形状板ばね31と炉心シュラウド10の接触代をテー
パープレート32で機械的に調整することもできる。ま
た、ばね保持部材34の調整をねじ部材で行い、このねじ
部材に逆転防止機構を組込むこともできる。

【００４６】さらに、ライザーブレース20と炉心シュラ
ウド10の間にステンレス鋼等の熱膨張の大きい材料を用
いることにより、原子炉運転中の熱膨張によって原子炉
圧力容器１とライザーブレース20との取付溶接部に圧縮
応力を生じさせることができる。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、き裂が発生した場合、
スペースの狭い原子炉内への装置の設置が容易で短時間
で行うことができるとともに、前記原子炉圧力容器とラ
イザーブレースとの溶接部の微細なき裂部分を圧縮応力
にしてき裂の進展を短時間で確実に防止することができ
る。したがって、作業員の放射線被曝量を大幅に低減さ
せることができ、かつ原子炉の健全性を確認することが
でき、原子力発電プラントの稼働率を向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る原子炉内ポンプの補強装置の第１
の実施の形態を一部断面で示す上面図。

【図２】図１における補強装置をジェットポンプのライ
ザーブレースに組込んだ状態を一部側面で示す縦断面
図。

【図３】図２におけるＡ部を拡大して一部側面で示す縦
断面図。

【図４】一般の沸騰水型原子炉の構成を示す断面図。

【図５】図４におけるジェットポンプおよびその近傍を
一部切り欠いて示す斜視図。

【符号の説明】

１…原子炉圧力容器、２…冷却材、３…炉心、４…気水
分離器、５…蒸気乾燥器、６…主蒸気管、７…ダウンカ
マ部、８…制御棒案内管、９…制御棒駆動機構、10…炉
心シュラウド、11…ジェットポンプ、12…ライザー管、
13…再循環入口ノズル、14…トランジションピース、15
ａ，15ｂ…エルボ、16ａ，16ｂ…混合ノズル、17ａ，17
ｂ…インレットスロート、18ａ，18ｂ…ディフューザ、
19…計測用配管、20…ライザーブレース、21…耳部、22
…溝部、23…ジェットポンプビーム、24…ヘッドボル
ト、25…ライザーブランケット、26…バッフルプレー
ト、27…サポート、28，29…ビームホルダ、30…補強装
置、31…波形状板ばね、32…テーパープレート、33…調
整ボルト、34…ばね保持部材、35…スプリング、36…突
起部材。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原子炉圧力容器と、この原子炉圧力容器
   内に設置された炉心シュラウドとの間にジェットポンプ
   が設置され、このジェットポンプのライザー管のほぼ中
   間部を保持するライザーブレースが前記原子炉圧力容器
   の内面に溶接により取付けられ、前記ライザーブレース
   にポンプビームが設けられ、このポンプビームに前記原
   子炉圧力容器側と前記炉心シュラウド側に対向して位置
   する一対のビームホルダが設けられてなり、前記炉心シ
   ュラウド側の前記ビームホルダにテーパープレートを取
   付け、このテーパープレートにばね保持部材を設け、こ
   のばね保持部材に前記炉心シュラウドの外面を押圧して
   接するばねを組込んでなることを特徴とする原子炉内ポ
   ンプの補強装置。
2. 【請求項２】 前記ばね保持部材と前記ばねとの間にば
   ね力調整機構および逆転防止機構を設けてなることを特
   徴とする請求項１記載の原子炉内ポンプの補強装置。
3. 【請求項３】 前記ライザーブレースと前記テーパープ
   レートとの間に上下にスライド自在なベアリングを設け
   てなることを特徴とする請求項１記載の原子炉内ポンプ
   の補強装置。
4. 【請求項４】 前記ばね保持部材および前記ばねの少な
   くとも一方の表面に硬質クロムメッキ層を施してなるこ
   とを特徴とする請求項１記載の原子炉内ポンプの補強装
   置。