JP2002311185A - 原子炉内ポンプのシール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ジェットポンプのディフューザ上下両端部を確
実にシールし、水張り作業を容易とし、炉心シュラウド
の交換、点検、補修作業を効果的に行う。 【解決手段】ジェットポンプのディフューザ18の上部開
口に上部プラグ30を設け、下部開口に下部プラグ32を設
ける。上部プラグ30と下部プラグ32は連結部材31により
連結されている。上部プラグ30は上中下部のシール金具
36〜38に取り付けられた上下２段のシール部材39ａ，39
ｂを有している。下部プラグ32はゴムリング52を有する
支持部材と、上下一対のシール金具50，51とからなって
いる。

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）の原子炉内構造物の保全作業の
一環でシュラウド交換作業を行う場合の作業員の放射線
被ばく量の低減を行うために使用するジェットポンプの
ディフューザをシールするための原子炉内ポンプのシー
ル装置に関する。

【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け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７および図８を参照して従来例を説明す
る。図７はＢＷＲの概略構成を示す縦断図面である。図
７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に流入
し、気水分離器４内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、発電に供にされる。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操作される。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８に要部を拡大し
て示すようにライザ管12を有し、このライザ管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を原子炉圧力容器
１内の炉心３に導入する。ライザ管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，15
ｂ）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ッションピース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、トランジッションピース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は両端部を溝部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Ｈ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】なお、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にはライザ管12を介して供給され
る駆動水の流入水圧が作用する。

【００１５】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18ａ，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。

【００１６】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。

【００１７】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ブーム23の上面に固定されている。

【００１８】インレットスロート17ａ，17ｂは、ライザ
管12に固着したライザーブランケット25に取り付けられ
ている。また、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。

【００１９】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
管12をその中間にて支持するライザブレース20には厳し
い応力が作用することになる。

【００２０】ライザブレース20は、ライザ管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。

【００２１】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
ａ，18ｂ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値とによりジェットポンプ流
量を算出している。

【００２２】この測定用配管19はディフューザ18ａ，18
ｂ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を経て炉外配管と接続されてい
る。

【００２３】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箇所設けられている。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。

【００２４】一方、炉心シュラウド10を構成するオース
テナイト系ステンレス鋼等の金属材料は高温水中に置か
れた場合、溶接部やその近傍に応力腐食割れ（ＩＧＳＣ
Ｃ）が発生することが一般に知られている。応力腐食割
れは、材料，応力および環境の３つの発生原因が重畳し
た条件下で発生することが知られている。材料要因とし
てはクロム（Ｃｒ）炭化物が結晶粒界へ折出し、その周
辺に耐食性の劣るＣｒ欠乏層が形成されることによる材
料の鋭敏化が上げられ、応力要因としては溶接や加工に
より材料内部に残留する引張残留応力が上げられる。

【００２５】また、環境要因としては高温水中に存在す
る溶存酸素量などが上げられる。応力腐食割れは、材
料，応力および環境の３つの発生要因から１つの発生要
因を取り除けば、応力腐食割れの発生を防止できる。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】炉心シュラウドはステ
ンレス鋼部材を周溶接および縦溶接により円筒状構造物
に構成したものである。炉心シュラウドはステンレス鋼
の炭素含有量が高いと、溶接部あるいはその近傍に応力
腐食割れ等によるクラックが発生するおそれがある。

【００２７】原子炉は、一般に、三重、四重あるいはそ
れ以上の安全性を施し、安全性の確保に万全の体制を整
えている。原子炉圧力容器１内の炉心シュラウド10に万
一、クラックのような事象が発生した場合には、原子炉
の安全性のために炉心シュラウド10の補修あるいは取換
えを行う必要がある。

【００２８】この炉心シュラウド10の溶接部を補修する
方法として例えば特開平５−323078号公報に開示された
技術が知られている。長期間使用された炉心シュラウド
10は炉心３からの中性子照射を受けて脆化しており、溶
接接合された炉心シュラウド10は、溶接金属（溶接部）
の周辺にさらに細かい割れが生じることがある。このた
め、溶接による炉心シュラウド10の補修は困難である。

【００２９】原子炉の安全性にとって最も望ましい方法
は、長期間使用された炉心シュラウドを新しい炉心シュ
ラウドに交換することである。しかし、原子炉圧力容器
１内に据付けられた炉心シュラウド10を撤去して新しい
炉心シュラウドに据付け変えることは困難な作業であ
り、また、原子炉内の高放射線管理下内に作業員を長時
間作業させることは安全管理上難しい課題がある。

【００３０】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、原子炉圧力容器内に新しいシュラウドを溶
接して設置した後にシュラウド外側と原子炉圧力容器と
の間に水張りを行って水遮蔽し、原子炉圧力容器内に作
業員が長時間入域して安全に作業を行うことができる原
子炉内構造物の保全方法を提供することにある。

【００３１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、原子
炉内圧力容器と炉心シュラウドとの間に設置されるジェ
ットポンプのディフューザの上下両端開口部を上部プラ
グと下部プラグをシールするための原子炉内ポンプのシ
ール装置であって、前記上部プラグは前記ジェットポン
プのディフューザ上部に取り付けられた一対のガイドに
係合し前記ディフューザの上部開口部に着座するプレー
トと、このプレートの下部に取り付けられたスリーブ
と、このスリーブと連結するシャフトと、このシャフト
に水平方向に設けられた複数のシール金具と、この複数
のシール金具の両端部に設けられ前記ディフューザ上端
開口部内壁面に当接する複数のシール部材とからなり、
前記下部プラグは前記ディフューザ下端開口部に取り付
けられたバッフルプレートの開口に装着されるものであ
ることを特徴とする。

【００３２】この発明によれば、ジェットポンプディフ
ューザの上下両端開口部を上下部プラグで確実にシール
でき、シュラウドと原子炉圧力容器との間のアニュラス
部に水張りを行って水遮蔽することができる。これによ
り作業員が長時間安全に原子炉圧力容器内で安全に作業
を行うことができ、放射線被ばく量を大幅に低減するこ
とができる。

【００３３】請求項２の発明は、前記下部プラグは上下
一対のシール金具と、この上下一対のシール金具間にシ
ール部材を介して設けられ前記バッフルプレートの開口
面に当接するゴムリングとからなることを特徴とする。

【００３４】この発明によれば、水中遠隔操作でディフ
ューザ上部に着脱自在な構造となっているので、予防保
全作業を効果的に短時間で行うことができる。また、シ
ール部材がディフューザのテーパ部内面を２重シール構
造で確実にシールすることができ、作業安全性、信頼性
を向上させることができる。

【００３５】請求項３の発明は、前記ディフューザの上
部側面に計測用配管を取り付け、この計測用配管の取り
付け位置に前記シール部材を配置することを特徴とす
る。この発明によれば、ジェットポンプディフューザの
上部側面に設けられた計装配管部の位置にシール部を合
わせた構造とし、計装配管部からのリークを防止し、作
業の安全性、信頼性を向上させることができる。

【００３６】請求項４の発明は、前記複数のシール部材
は上下部２段に設けられ、下部シール部材は上部シール
部材より径が大きく、かつふくらみ代が大きく、柔軟性
が付与されていることを特徴とする。

【００３７】この発明によれば、ディフューザ内面テー
パ部の径の大きい方がシール部材のふくらみ代を大きく
するためシール部材の硬さをやわらかくした構造とし、
シール性を効果的に行うことができ、信頼性を向上させ
ることができる。

【００３８】また、ディフューザ内面テーパ部に形成し
た２重シールのふくらみ代を異なった２種類のシール部
で構成された構造とし、シール性を効果的に行うことが
できる。

【００３９】請求項５の発明は、前記下部プラグは前記
シャフトに連結部材を介して取り付けられていることを
特徴とする。この発明によれば、連結部材を組込み下部
側にもプラグを組込み、下部側からの異物が入り込むの
を防止した構造とし、原子炉の安全性、信頼性を向上さ
せることができる。

【００４０】請求項６の発明は、前記下部プラグには前
記上下一対のシール金具とシール部材との間に三角シー
ルが設けられていることを特徴とする。この発明によれ
ば、隙間部に三角シールを組み込んだ構造とし、プラグ
の隙間部に異物が入り込むのを防止した構造とし、シー
ル性を効果的に行うことができる。

【００４１】

【発明の実施の形態】図１から図６により本発明に係る
原子炉内ポンプのシール装置の第１の実施の形態を説明
する。図１は本実施の形態に係るジェットポンプディフ
ューザシール装置を断面で示す。図２は図１におけるＡ
部を拡大したディフューザの上部シール部の拡大図であ
る。図３は図２のＡ−Ａ矢視方向から見た平面図であ
る。図４は図１中Ｂを拡大したディフューザの下端開口
部に下部プラグを装着した状態を示す拡大図である。図
５は図４においてＢ−Ｂ矢視方向から見た平面図であ
る。図６は本発明の形態に係る原子炉内ポンプのシール
装置をデュフューザに装着して原子炉圧力容器１とシュ
ラウドとのアニュラス部の水張り個所60に水を張った水
遮蔽状態を説明するための概略図である。

【００４２】図１において符号30はディフューザ18の上
端部に取り付けたディフューザ上端開口部をシールする
上部プラグで、この上部プラグ30には連結部材31が接続
され、この連結部材31の下端部には下部プラグ32が取り
付けられている。下部プラグ32はディフューザ18の下端
部に取り付けたバッフルプレート28に取り付けられてい
る。符号33は上部ハンドルで、上部シール部材30および
連結部材31を吊り下げ自在になっている。図２に示した
ように上部ハンドル33の下側はプレート34に取り付けら
れて、プレート34と上部ハンドル33とは一体に構成され
ている。

【００４３】プレート34には両端部に凹部が形成され、
凹部はディフューザ18上部に取り付けられた一対のガイ
ド28、28に係合し、回転を拘束して、ディフューザ18の
上面に着座する構造となっている。プレート34の下面に
はスリーブ35が取り付けられ、このスリーブ35に一体に
上部シール金具36が組み込まれている。

【００４４】上部シール金具36の下側には上部シール部
材39ａ、中部シール金具37、下部シール部材39ｂ、下部
シール金具38が組み込まれて構成されている。下部シー
ル金具38の下面には金具40が取り付けられている。金具
40内の上部から下部シール金具38を貫通してスリーブ35
内に達するシャフト41が設けられ、シャフト41には連結
ボルト59が接続し、連結ボルト59はプレート34を貫通
し、その上端には６角ナット42が組み込まれている。

【００４５】６角ナットを回転することにより、上部シ
ール金具36と金具40間が伸縮動作して上下部のシール部
材39ａ、39ｂが機械的に膨縮する構造となっている。な
お、下部シール部材39ｂの側面は計測用配管19の貫通孔
部に当接する構造となっている。上部シール金具36、中
部シール金具37、下部シール金具38を貫通してパイプ44
が組み込まれ、このパイプ44の上部にはバルブ45が設け
られている。

【００４６】上部シール部材30をディフューザ18部から
解除する時にバルブ45を開動作してディフューザ18内の
エアベントを行った後に上部シール部材30を取外すと簡
単に外れる構造となっている。

【００４７】図２に示すようにディフューザ18の内面部
はテーパ状になっているため、２重シールのシール位置
の違いによって内径が違っている。このため、下部側の
シール部材39ｂの径が大きくなるように中部シール金具
37と下部シール金具38の寸法（距離）をやや大きくして
シール部材39ａ，39ｂが大きく膨らむ構造となってい
る。また、シール部材39ａ，39ｂのゴム材の硬さをやわ
らかいものを組込み大きく膨らむ構造となっている。

【００４８】つぎに図４および図５によりディフューザ
18のバッフルプレート26に取り付ける下部シール機構32
を説明する。すなわち、第１のシール金具50と第２のシ
ール金具51との間にはゴムリング52が組み込まれてい
る。第１のシール金具50と第２のシール金具51の中央部
にはシャフト53が組み込まれ、連結部材31の下端部に接
続されている。

【００４９】シャフト53に組み込まれたナット54を回転
（締付）すると第１のシール金具50と第２のシール金具
51が縮んでゴムリング52が外側に膨らむ。これによって
バッフルプレート26の開口部をシールする構造となって
いる。

【００５０】第１のシール金具50とゴムリング52とのす
き間部は三角シール55が組み込まれギャップがあかない
構造となっている。第１のシール金具50の下面には持ち
運び用下部ハンドル56が設けられている。第１のシール
金具50の端部には一対のプレート57、57が対向して固定
されており、バッフルプレート26の下面で停止する構造
となっている。

【００５１】図６は、原子炉圧力容器１と炉心シュラウ
ド10との間の状態となる部分で、上記実施の形態に係る
原子炉内ポンプのシール装置によりディフューザ18の上
下両端部をシールした後、水張り個所60の水張り作業を
行った後、炉心シュラウド10内に作業員58が入域して保
全作業を行うことができる。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、ジェットポンプのディ
フューザ上下両端開口部を確実にシールでき、水張り
後、炉心シュラウドの交換作業または点検、補修等の保
全作業を効果的かつ安全に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るジェットポンプディフューザシー
ル装置の第１の実施の形態を説明するための断面図。

【図２】図１におけるＡ部拡大図。

【図３】図２をＡ−Ａ矢視方向から見た図。

【図４】図１におけるＢ部拡大図。

【図５】図４をＢ−Ｂ矢視方向から見た平面図。

【図６】本発明に係る原子炉内ポンプのシール装置をデ
ィフューザに装着後、アニュラス部に水張りを行った作
業状態を示す概略図。

【図７】一般の沸騰水型原子炉の構成を示す断面図。

【図８】図７において、ジェットポンプを一部切り欠い
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…ライザ管、13
…エルボ、16…混合ノズル、17…インスレットスロー
ト、18…ディフューザ、19…計測用配管、20…ライザブ
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…ライザブラケット、26…バ
ッフルプレート、27…サポート、28…ガイド、30…上部
プラグ、31…連結部材、32…下部プラグ、33…上部ハン
ドル、34…プレート、35…スリーブ、36…上部シール金
具、37…中部シール金具、38…下部シール金具、39ａ…
上部シール部材、39ｂ…下部シール部材、40…金具、41
…シャフト、42…６角ナット、43…ベアリング、44…パ
イプ、45…バルブ、50…第１のシール金具、51…第２の
シール金具、52…ゴムリング、53…シャフト、54…ナッ
ト、55…三角シール、56…下部ハンドル、57…プレー
ト、58…作業員、59…連結ボルト、60…水張り個所。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原子炉内圧力容器と炉心シュラウドとの
   間に設置されるジェットポンプのディフューザの上下両
   端開口部を上部プラグと下部プラグをシールするための
   原子炉内ポンプのシール装置であって、前記上部プラグ
   は前記ジェットポンプのディフューザ上部に取り付けら
   れた一対のガイドに係合し前記ディフューザの上部開口
   部に着座するプレートと、このプレートの下部に取り付
   けられたスリーブと、このスリーブと連結するシャフト
   と、このシャフトに水平方向に設けられた複数のシール
   金具と、この複数のシール金具の両端部に設けられ前記
   ディフューザ上端開口部内壁面に当接する複数のシール
   部材とからなり、前記下部プラグは前記ディフューザ下
   端開口部に取り付けられたバッフルプレートの開口に装
   着されるものであることを特徴とする原子炉内ポンプの
   シール装置。
2. 【請求項２】 前記下部プラグは上下一対のシール金具
   と、この上下一対のシール金具間にシール部材を介して
   設けられ前記バッフルプレートの開口面に当接するゴム
   リングとからなることを特徴とする請求項１記載の原子
   炉内ポンプのシール装置。
3. 【請求項３】 前記ディフューザの上部側面に計測用配
   管を取り付け、この計測用配管の取り付け位置に前記シ
   ール部材を配置することを特徴とする請求項１記載の原
   子炉内ポンプのシール装置。
4. 【請求項４】 前記複数のシール部材は上下部２段に設
   けられ、下部シール部材は上部シール部材より径が大き
   く、かつふくらみ代が大きく、柔軟性が付与されている
   ことを特徴とする請求項１記載の原子炉内ポンプのシー
   ル装置。
5. 【請求項５】 前記下部プラグは前記シャフトに連結部
   材を介して取り付けられていることを特徴とする請求項
   １記載の原子炉内ポンプのシール装置。
6. 【請求項６】 前記下部プラグには前記上下一対のシー
   ル金具とシール部材との間に三角シールが設けられてい
   ることを特徴とする請求項２記載の原子炉内ポンプのシ
   ール装置。