JP2009122099A - 原子炉内の炉心溶射下降管を修理する方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】原子炉圧力容器（１２）の炉心溶射システムの下降管（１０）用のスリップジョイントアセンブリ（３２）を提供すること。
【解決手段】スリップジョイントアセンブリは、筐体スリーブの内側表面と下降管の間に環状空所が存在する下降管のスリップジョイント（２２）の周りに形成された筐体スリーブ（４０、４２）と、空所に挿入可能な上部くさび（４６）および下部くさび（４６）と、空所を通って延在し上部くさびおよび下部くさびを通って延在し、筐体スリーブを下降管に固定するように上部くさびと下部くさびを引き合わせる力を加えるくさびボルト（６０）と、筐体スリーブから下降管の上部セクションの開口（３４）内まで延在する上部ピン（３６）と、筐体スリーブから下降管の下部セクションの開口（３４）内まで延在する下部ピン（３６）とを備える。
【選択図】図８

Description

本発明は一般的に原子炉に関し、より詳細には、原子炉の原子炉圧力容器内の配管の溶接部を修理または交換するための装置および方法に関する。

沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の原子炉圧力容器（ＲＰＶ）は通常、概して円筒形をしており、両端で、たとえば下部ヘッドおよび取外し可能な上部ヘッドによって閉じられている。炉心シュラウドは通常原子炉炉心を囲繞し、ＲＰＶ内に収められている。

沸騰水型原子炉は、一般的に炉心溶射冷却水用の配管を備える。炉心溶射配管は、ＲＰＶの外からＲＰＶ内の炉心溶射スパージャに水を送るために使用される。炉心溶射配管は一般的に、縦方向の下降管を含む。各下降管の上部および下部セクションは通常、原子炉組立て中に接合される。上部配管セクションは、適切な長さをもたらし下部管セクションと適合するように調整されている。上部および下部管セクションに溶接されたスリップカップリングは、冷却水漏れを阻止し、下降管配管システムで必要とされる構造的強度を与える。

稼動しているＢＷＲの炉心溶射配管システムは、溶接構造のものである。溶射配管の溶接部は、応力腐食割れ、特に粒界応力腐食割れ（ＩＧＳＣＣ）が発生しやすい。原子炉部品は、熱膨張差、原子炉冷却水の封じ込めに必要な作用圧力、および溶接の残存応力、冷間加工およびその他の不均質な金属処理などのその他の応力源に関連する様々な応力を受ける。水の化学的性質、溶接、熱処理、放射は、部品内の金属の応力腐食割れの発生しやすさを高める可能性がある。したがって下降管の溶接部を修理するデバイスと方法の必要性が長らく認識されている。

下降管の溶接継手を構造的に支持する修理用または強化用クランプデバイスが開発された。強化用スリップジョイントクランプは、下降管の上部および下部セクションの間で構造的にスリップジョイントに取って代わるように開発された。スリップジョイントクランプは、下降管の上部および下部セクションを接合するために以前に取り付けられた溶接部およびスリーブに重ねて嵌合し、支持スリーブとして機能する。スリップジョイントクランプは、溶接されたスリップジョイントに重ねて嵌合される複数の部品からなるクランプアセンブリ（スリーブ）を含んでよい。スリップジョイントアセンブリは、原子炉圧力容器炉心溶射システムの下降管のために開発され、スリップジョイントアセンブリは、筐体スリーブの内側表面と下降管の間に環状空所が存在する下降管内のスリップジョイントの周りに形成された筐体スリーブと、空所に挿入可能な上部くさびおよび下部くさびと、空所を通って延在し、かつ上部くさびおよび下部くさびを通って延在し、筐体スリーブを下降管に固定するように上部くさびおよび下部くさびを引き合わせる力を加えるくさびボルトと、筐体スリーブから下降管の上部セクションの開口内まで延在する上部ピンと、筐体スリーブから下降管の下部セクションの開口内まで延在する下部ピンとを含む。

原子炉圧力容器炉心溶射システムの下降管を修理するためのスリップジョイントクランプアセンブリを組み立てる方法が開発され、この方法は、筐体スリーブをスリップジョイントの周りに配置するステップと、誘導ワイヤを使用して下部くさびがスリップジョイントの周りの筐体スリーブの下にありボルトがスリーブと下降管の間の空所にあるように下部くさびと下部くさびを通って容器内まで延在するくさびボルトとを位置決めするステップと、下部くさびが空所内まで移動しくさびボルトの上端部が筐体スリーブの上に延在するように、誘導ワイヤによって下部くさびとくさびボルトとを持ち上げるステップと、上部くさびが誘導ワイヤを下降してくさびボルトまで滑動するステップと、固定ナットをくさびボルトの上端部および上部くさびの上に取り付けるステップと、くさびボルト上でナットを締め付け、それにより上部くさびと下部くさびを互いに引き寄せるように力を加えるステップとを含む。誘導ワイヤはその後くさびボルトから外され原子炉容器から除去される。

下降管に取り付けて管内の溶接スリップジョイントを固定するスリップジョイントクランプアセンブリが開発された。スリップジョイントクランプアセンブリは下降管の上部および下部セクションを接合する既存のスリップジョイント溶接スリーブを構造的に代替し、または強化する。

図１は、原子炉圧力容器（ＲＰＶ）の外壁１４および原子炉シュラウド１６を有する沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）１２の炉心溶射冷却水システムの下降管１０を示す。下降管１０は、それぞれ垂直方向に下降して外壁１４とシュラウド１６の間の環状空所内に延在し、シュラウド１６の壁を通って延在する管路２０に接続するエルボ管１８に接続する。下降管からの冷却水は、エルボ管および管路を通ってシュラウド内側のスパージャ配管まで流れて原子炉炉心の上を流れる。シュラウド内側の炉心溶射スパージャ配管および付随の溶射ノズルは従来品であり、図１に示されていない。

図２は、下降管の上部および下部管セクション２４、２６の間のスリップジョイント２２の概略断面図である。スリップジョイント２２は、下降管の上部セクション２４と下部セクション２６を結合する。下部管セクション２６は、シュラウドを貫通する炉心溶射配管管路の高さに応じて様々な長さであり得る。スリップジョイント２２は下降管の上部および下部管セクション２４、２６の対向する端部を結合する。ジョイントは、管の上部および下部セクションの端部の周りの円筒形スリーブ２８およびスリーブを支持する環状受け口３０を含んでよい。受け口は下部下降管セクション２６に溶接され、スリーブは上部下降管セクションに溶接され、スリーブと受け口は互いに溶接されている。

図３は、それぞれエルボ管１８および管路２０を介して原子炉炉心のシュラウド１６の壁に結合された２本の下降管１０の側面透視図である。下降管をよりよく示すために、ＲＰＶの壁は図３に示されていない。図３左側の下降管は、スリップジョイントクランプの配置の準備が整っている。スリップジョイントクランプ３２は、右側の下降管に設置されて示されている。

スリップジョイントクランプは、一実施形態ではスリップジョイント２２（スリーブ２８および環状受け口３０参照）に重ねて嵌合し下降管の上部セクション２４および下部セクション２６を接合する円筒形スリーブである。スリップジョイントはＲＰＶの組立て中に作製され、すなわち組み立てられるが、スリップジョイントクランプ３２は、ＲＰＶが組み立てられ原子炉炉心が運転に入った後に設置される。スリップジョイントクランプアセンブリは、故障スリップジョイントに予め備える修理部品として設置されてよい。スリップジョイントクランプ３２は、原子炉がシャットダウンされＲＰＶが点検のために開かれている間に設置されてよい。円錐形孔３４をスリップジョイントの上下に機械加工することが、スリップジョイントクランプ３２を設置する当初のステップである。円錐形孔は放電加工（ＥＤＭ）により機械加工することができ、ＥＤＭはＥＤＭアクチュエータを下降管の上部および下部セクション２４、２６上の所望の孔位置まで下降させることによって実施される。対の円錐形孔３４が、下降管の上部および下部セクションのそれぞれの両側に形成される。円錐形孔３４は、スリップジョイントクランプを下降管に固定する４本の横方向ピン３６を受け入れる。横方向ピンはそれぞれ対応する下降管円錐形孔３４に着座する円錐形先端３７（図５）を有する。

図４は、完全に組み立てられているが下降管から分離して示されたスリップジョイントクランプ３２の透視図である。実際には、スリップジョイントクランプは、下降管の周りに組み立てられる。スリップジョイントクランプは、互いに嵌合して下降管のスリーブを形成する一対の対向する半筐体３８、４２を含む。半筐体は、半筐体の軸方向縁部に沿って延在するオスコネクタ４０（たとえばダブテール）を有するオス半筐体３８を含む。メス半筐体４２は、たとえばオスコネクタ４０を受け入れる対合ダブテール溝４４によって、オス半筐体に取り付ける。好ましくは、メス半筐体をオス半筐体上に下降させることによってメス半筐体がオス半筐体に取り付けられるように、メス半筐体はオスコネクタの上を軸方向に滑動する。各半筐体は、スリップジョイントクランプの円筒形スリーブの半分を形成してよく、断面は半円形であってよい。

組み立てられたときに、オス半筐体とメス半筐体３８、４２は下降管の周りの円筒形スリーブを形成する。半筐体の内側表面と下降管の間に空所が残る。空所は、スリップジョイントクランプがスリップジョイント上を滑動することを可能にするのに充分である。スリップジョイントクランプ３２が下降管に固定されるとき、横方向ピン３６とくさび４６は、スリップジョイント溶接部が劣化しても管の上部および下部セクションが確実に接合されたままであるようにする。下降管配管部分内の横方向ピン３６および関連する円錐形孔３４は、スリップジョイントクランプアセンブリの下降管スリップジョイントに対する相対的な位置を確立する。くさび４６はスリップジョイントクランプアセンブリと下降管配管の間に均一な環状空所を保つ。くさび４６は、組み立てられた半筐体３８、４２の内側表面と下降管の間に配置される。

図５は、下降管に取り付けられたスリップジョイントクランプの断面図である。図５は横方向ピン３６のスリップクランプアセンブリ３２および上部下降管２４に対する係合を示す。ねじ式横方向ピン３６は、スリップクランプアセンブリの一方の半筐体４２の右ねじ式開口６６に係合する。ピン３６は下降管２４の円錐形孔３４のうちの対応する１つに着座する円錐形先端３７をそれぞれ有する。圧着カラー６２は、外側に左ねじを備え半筐体の右ねじ式開口６６と共軸のねじ式凹部６３（左ねじ山は実際はそれに対して穿たれた開口６６の中にある）に着座する。ピンが原子炉容器動作中に回転して外れるのを防ぐために、圧着カラーは横方向ピン３６の円筒形頭部３９に機械加工された溝に変形させて収める。

図６は、例示のくさび４６の側面図である。くさびは、相対的に幅広の端部４８と狭い端部５０と両端部の間の傾斜した側壁５２を有する、全体的に長方形のステンレス鋼製の塊であってよい。傾斜した側壁は、半筐体３８、４２の一方の内部表面の溝５４（図４参照）に嵌合して滑動するようになされた平坦な表面であってよい。くさび４６の対向する側壁５６は、下降管の外側表面と当接するように断面で湾曲していてよい。くさびは、くさびを通り軸方向に延在してくさびボルト６０（図４）の軸を受け入れるようになされたボルトスロット（孔）５８を含む。ボルト６０は、スリップクランプアセンブリ３２の上部および下部セクションに配置された上下くさび４６を通って延在する。各ボルトは、スリップクランプアセンブリを通って（軸方向に）延在し、ボルトの対向する両端のくさび４６に軸方向予荷重（引張力）をかける。ボルトの軸方向予荷重はくさびが筐体の溝５４の傾斜表面に沿って内側に滑動するようにする。くさびは互いに引き寄せられるにつれて下降管およびスリップジョイントクランプ筐体内のスリップジョイントを囲み、それによって下降管を支持する。

図７は、半筐体４２（具体的にはメス半筐体）の透視図である。半筐体の内側表面６４は、筐体が管に設置されるときに下降管の外側表面に面している。メス半筐体６４の内側表面は、オス半筐体の内側表面と実質的に同じである。各半筐体の内側表面６４は、下降管の周りに沿うように全体的に平滑にされた円筒形の表面を含む。半筐体の軸方向中央線に沿うねじ孔６６が、圧着カラーおよび横方向ピン３６用に与えられる。内側表面は、くさびの傾斜した側壁を受け入れる傾斜した表面を有する溝５４を含む。

溝５４は、半筐体の上下端部７０に配置される。さらに各溝は、半筐体の対向する端部の他方の溝と軸方向に位置あわせされている。一実施形態では、半筐体の内側表面の周りに（溝）８対が対称的に配置される。溝５４は、半筐体の軸方向端部７０で最も深く、溝が半筐体の内側表面６４に沿って軸方向内側に向かうにつれて段々浅くなるのが好ましい。各溝５４は、半筐体の内側表面の軸方向内側セクションに内部端部７２を有してよい。さらに狭いスロット７４が一対の軸方向に位置あわせされた溝５４の間に延在するくさびボルト用の間隙を与える。

図８および図９は、下降管１０の周りに組み立てられたスリップジョイントクランプ３２の透視図である。図８に示されるように、オス半筐体３２のコネクタ４０は軸方向に滑動し終え、メス半筐体のスロット４４内にある。さらに、横方向ピン３６は挿入され、ピンを受け入れるように下降管に設けられた円錐形孔３４に係合して示されている。

さらに、誘導ワイヤ７６（たとえば可撓なステンレス鋼製のケーブル）が組立て工程の間に各くさびボルト６０の端部を支持する。誘導ワイヤ７６は、原子炉炉心格納建屋の燃料交換階から下降管のスリップジョイントまで延在してよい。下部くさび４６はくさびボルト上を滑動し、誘導ワイヤがくさびボルトの上端部に取り付けられる。くさび、くさびボルトおよび誘導ワイヤは、組み立てられた半筐体が下降管の周りに組み立てられ、スリップジョイントの上を滑動して定位置に入るとき、誘導ワイヤ７６が好ましくは、一方の半筐体の内側表面のスロット（図７の項目７４）を抜けて通るように構成される（筐体アセンブリおよび横方向ピン挿入後に挿入される）。本明細書で開示される実施形態では、誘導ワイヤ、くさびボルトおよび下部くさびの４つのアセンブリがそれぞれ対合する半筐体の個々のスロット７４内に配置されている。

誘導ワイヤ７６は、下部くさび４６およびくさびボルト６０の半筐体のそれぞれの溝５４およびスロット７４に対する位置あわせを支援する。誘導ワイヤは炉心の燃料交換階まで延在してよく、ここでワイヤはスリップジョイントクランプを設置する技術者によって制御される。誘導ワイヤはまた、誘導ワイヤを使用してアセンブリを管に沿って軸方向に移動させ、スリップジョイントアセンブリがスリップジョイント上で位置決めされるのを支援してよい。

図９に示されるように、筐体がスリップジョイントと位置あわせされ、横方向ピン３６が下降管の孔３４に回し入れられるまで、くさび４６は半筐体の軸方向下端部の下に位置決めされる。図９に示されるように、誘導ワイヤがくさびボルトおよび下部くさびを持ち上げ、下部くさびが半筐体の下部部分の個々の溝５４に滑り入るようにする。さらに、誘導ワイヤ７６は、くさびボルトをスリップジョイントクランプと下降管の間の空所を通して引き上げ、半筐体の内側表面のスロット７４に収める。

上部くさび４６は、誘導ワイヤ７６に沿ってくさびボルト６０まで下げられる。上部くさびは、ボルトの上端部の上を滑動し半筐体の上部軸方向端部のそれぞれの溝５４に滑り入る。

図１０は、上部くさび４６が半筐体３８、４２の溝５４に滑り入ったスリップジョイントクランプ３２の上部セクションの透視図である。くさびボルト６０の上部ねじ式端部はくさびを通って上部に延在する。ボルトおよびボルト上の対向する１対のくさび４６に所望の引張力を与えるように所定のトルクが固定ナット８０に与えられる。引張力は、くさびが傾斜した溝５４内まで滑動して半筐体および下降管の両方にしっかりと当接するようにする。スリップジョイントクランプアセンブリは、くさびおよび横方向ピンによって下降管に対して固定される。

ボルトの上端部は、ステンレス鋼製スウェージ取付具７８によって誘導ワイヤ７６に取り付けられる。スウェージ取付具は外側のねじ山を有し、ねじ山はくさびボルト端部の内側ねじ山と係合する。固定ナット８０がくさびボルト６０の端部に固定されると、誘導ワイヤ７６はくさびボルト６０の端部から除去される。

本発明を現在最も実際的で好ましい実施形態と考えられるものと関連して述べているが、本発明は開示された実施形態に限られるものではなく、それに反して、添付の特許請求の範囲の精神および範囲に含まれる様々な変形や均等物の構成を包含することが意図されていることを理解されたい。

沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器（ＲＰＶ）の下降管およびシュラウドアセンブリの透視図である。 下降管の上部および下部セクションの従来のジョイントの断面図である。 下降管の上部および下部セクションの間の接合部を説明するために一方の下降管をスリップジョイントクランプアセンブリと共に、他方の管をクランプアセンブリなしで表した２本の下降管の下部部分とシュラウドアセンブリへの管取付具の透視図である。 スリップジョイントクランプアセンブリの透視図である。 スリップジョイントクランプアセンブリを通り下降管内まで延在する横方向ピンの横断面図である。 スリップジョイントクランプアセンブリ用クランプくさびの透視図である。 スリップジョイントクランプアセンブリ用メス半筐体の透視図である。 下降管に取り付けられた部分的に組み立てられたスリップジョイントクランプアセンブリの透視図である。 下降管に取り付けられた部分的に組み立てられたスリップジョイントクランプアセンブリの透視図である。 下降管に取り付けられた部分的に組み立てられたスリップジョイントクランプアセンブリの透視図である。

符号の説明

１０ 下降管
１２ 沸騰水型原子炉
１４ 原子炉容器外壁
１６ シュラウド
１８ エルボ
２０ シュラウドを通って延在する管路
２２ 下降管スリップジョイント
２４ 上部セクション
２６ 下部セクション
２８ ジョイント用スリーブ
３０ 環状受け口
３２ スリップジョイントクランプ
３４ スリップジョイント上下孔
３６ 横方向ピン
３７ ピン円錐形先端部
３８ オス半筐体
３９ ピン頭部
４０ オスコネクタ
４２ メス半筐体
４４ メススロット
４６ くさび
４８ くさびの広い側の端部
５０ くさびの狭い側の端部
５２ くさび傾斜側壁
５４ 半筐体くさび用対合溝
５６ 下降管と接するくさび側壁
５８ くさびボルト孔
６０ くさびボルト
６２ 圧着カラー
６３ 圧着カラー用半筐体凹部
６４ 半筐体内側表面
６６ 半筐体ねじ孔
６８ 半筐体溝
７０ 筐体横端部
７２ 溝内部端
７４ くさびボルト用スロット
７６ 誘導ワイヤ
７８ スウェージ取付具
８０ 固定ナット

Claims (10)

1. 原子炉圧力容器（１２）の炉心溶射システムの下降管（１０）用のスリップジョイントアセンブリ（３２）であって、
   筐体スリーブ（４０、４２）の内側表面と前記下降管の間に環状空所が存在する前記下降管内のスリップジョイント（２２）の周りに形成された筐体スリーブ（４０、４２）と、
   前記空所に挿入可能な上部くさび（４６）および下部くさび（４６）と、
   前記空所を通って延在し、かつ前記上部くさびおよび下部くさびを通って延在し、前記筐体スリーブを前記下降管に固定するように前記上部くさびおよび下部くさびを引き合わせる力を加えるくさびボルト（６０）と、
   前記筐体スリーブから前記下降管の上部セクションの開口（３４）内まで延在する上部ピン（３６）と、
   前記筐体スリーブから前記下降管の下部セクションの開口（３４）内まで延在する下部ピン（３６）とを備えるスリップジョイントアセンブリ。
2. 前記筐体スリーブが、対合する半筐体（３８、４０）を備え、前記半筐体が、軸方向端部に沿って接合されることを特徴とする請求項１記載のスリップジョイントアセンブリ。
3. 前記上部ピン（３６）が、前記筐体スリーブの上部ねじ式開口（６６）を通り前記下降管の前記上部セクションの前記開口（３４）内まで延在する上部横方向ピンを含み、前記下部ピン（３６）が、前記筐体スリーブの下部開口内のねじ式開口（６６）を通り前記下降管の前記下部セクションの前記開口（３４）内まで延在する横方向ピンを含むことを特徴とする請求項１記載のスリップジョイントアセンブリ。
4. 前記筐体スリーブの前記内側表面が、前記上部くさびを受け入れる上部の傾斜表面（５４）と前記下部くさびを受け入れる下部の傾斜表面（５４）とを備えることを特徴とする請求項１記載のスリップジョイントアセンブリ。
5. ４対の前記上部くさび（４６）および前記下部くさび（４６）をさらに備え、前記４対が前記空所の周りに対称的に配置されることを特徴とする請求項１記載のスリップジョイントアセンブリ。
6. 前記スリップジョイントアセンブリの組立て中に前記くさびボルト（６０）の端部に接続される誘導ワイヤ（７６）をさらに備え、前記上部くさびが前記誘導ワイヤに沿って前記ボルトまで滑動することを特徴とする請求項１記載のスリップジョイントアセンブリ。
7. 原子炉圧力容器（１２）の炉心溶射システムの下降管（１０）用のスリップジョイントアセンブリ（３２）であって、
   前記下降管内のスリップジョイント（２２）の周りに形成された筐体スリーブ（４０、４２）と、
   筐体スリーブの内側表面と前記下降管の間の環状空所と、
   前記空所内にあり前記筐体スリーブの前記内側表面の傾斜表面（５４）に当接する上部くさび（４６）および下部くさび（４６）と、
   前記空所を通って延在し、かつ前記上部くさびおよび下部くさびを通って延在し、前記筐体スリーブを前記下降管に固定するように前記上部くさびおよび下部くさびを引き合わせる力を加えるくさびボルト（６０）と、
   前記スリップジョイントアセンブリの組立て中に前記くさびボルトの端部に接続され前記上部くさびが誘導ワイヤ（７６）に沿って前記ボルトまで滑動する誘導ワイヤ（７６）とを備えるスリップジョイントアセンブリ。
8. 前記筐体スリーブが、軸方向端部に沿って接合される対合する半筐体（４０、４２）を備えることを特徴とする請求項７記載のスリップジョイントアセンブリ。
9. 前記筐体スリーブのねじ式開口（６６）を通り前記下降管の上部セクションの開口（３４）内まで延在する上部横方向ピン（３６）と前記筐体スリーブ内のねじ式開口（６６）を通り前記下降管の下部セクションの開口（３４）内まで延在する下部横方向ピン（３６）とをさらに備えることを特徴とする請求項７記載のスリップジョイントアセンブリ。
10. 筐体スリーブ（４０、４２）の前記内側表面が、前記上部くさびを受け入れる上部傾斜表面（５４）と前記下部くさびを受け入れる下部傾斜表面（５４）とを備えることを特徴とする請求項７記載のスリップジョイントアセンブリ。

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