JP2012021989A - ジェットポンプのスリップジョイントクランプおよびその使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】入口ミキサと拡散器の間の振動／ぐらつきを防止または低減させるように変動させる。
【解決手段】スリップジョイントクランプ１００は、ジェットポンプのスリップジョイントで拡散器４６のガイド耳４５に接して設置される。クランプは、拡散器に堅く取り付けられないが、スリップジョイント内の振動／動きを防止する。クランプは、ガイド耳を径方向に押し付ける圧縮フリッパ１１５と、フリッパをガイド耳に押し付ける、圧縮部材とガイド耳４５の間の偏倚部材１３０と、ガイド耳４５の周りで入口ミキサ４２に対してフリッパおよび偏倚部材を保持する支持構造とを含む。スリップジョイントクランプのシステムは、ガイド耳に接して設置される。各クランプは、入口ミキサの上方への相対的な動きを可能にしながら、拡散器および入口ミキサを径方向に安定化させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ジェットポンプのスリップジョイントクランプおよびその使用方法に関する。

沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）などの軽水型原子炉内の原子炉圧力容器（ＲＰＶ）は通常、炉心シュラウドを含み、炉心シュラウドは、核燃料の炉心を取り囲み、シュラウド支持構造によって支持される。図１は、関連技術のＢＷＲ向けＲＰＶ２０の一部を切り取った部分断面図である。ＲＰＶ２０は、概ね円筒形の形状を有し、一方の端部は底部ヘッド（図示せず）によって閉じられ、他方の端部は取り外し可能な上部ヘッド（図示せず）によって閉じられる。ＲＰＶ２０内では、炉心板２２の上に上部ガイド（図示せず）が隔置される。シュラウド２４は、炉心板２２を取り囲み、シュラウド支持構造２６によって支持される。ＲＰＶ２０のシュラウド２４と側壁３０の間には、アニュラス２８が形成される。

入口ノズル３２がＲＰＶ２０の側壁３０を貫通し、ジェットポンプアセンブリ３４に結合される。シュラウドのアニュラス内の中空の管状ジェットポンプは、必要な原子炉の炉心の水流を提供する。ジェットポンプアセンブリ３４は、ライザ管３８と、ジェットポンプの上部部分を構成し、複数の遷移アセンブリ４４によって複数のライザ管３８に接続される複数の入口ミキサ４２と、拡散器４６とを含む。各入口ミキサ４２は、横方向に位置決めされ、抑制器ブラケット内の２つの対向する剛性コンタクトに対して支持される。抑制器ブラケットは、隣接するジェットポンプのライザ管３８に取り付けられることによって、入口ミキサ４２を支持する。ライザ管３８は、シュラウド２４とＲＰＶ側壁３０の間を、シュラウド２４およびＲＰＶ側壁３０に対して実質上平行に延びる。スリップジョイント４８が、各入口ミキサ４２と対応する拡散器４６を結合させる。拡散器４６は、ジェットポンプの下部部分である。ジェットポンプの入口ミキサ４２とジェットポンプの拡散器４６の間のスリップジョイント４８は、ジェットポンプの上部部分と下部部分の間の相対的な軸方向の熱膨張の動きに対応するために、約０．０１５インチの動作クリアランスを有し、その結果、ポンプ内部の駆動圧力からリーク流が生じる。

図２は、関連技術のスリップジョイント４８の一部を切り取った部分側面図である。入口ミキサ４２は、概ね円筒形であり、外側表面５０を含む。入口ミキサ４２は、拡散器４６内に受け取られる。拡散器４６は、入口ミキサの外側表面５０に隣接して位置決めされた内側表面５２を含む。入口ミキサの外側表面５０と拡散器の内側表面５２の間の境界面５６に、動作クリアランス５４を示す。拡散器のガイド耳４５が、拡散器４６の上部から外側に突出し、拡散器４６と入口ミキサ４２の間の適正な位置合せを提供する。拡散器４６の上部外縁部の周りにいくつかのガイド耳４５を位置決めすることができ、たとえば４つのガイド耳４５を９０度の間隔で位置決めすることができる。

スリップジョイント４８は、入口ミキサの外側表面５０でステンレス鋼とすることができ、コバルト合金の表面硬化処理が境界面５６を覆って延びる。拡散器の内側表面５２もまた、ステンレス鋼とすることができ、コバルト合金の表面硬化処理の局部的な領域だけが、境界面５６内へ延びる。

例示的な実施形態は、ジェットポンプのスリップジョイントで拡散器のガイド耳に接して設置されたスリップジョイントクランプを含む。例示的な実施形態のジェットポンプのスリップジョイントクランプは、拡散器に堅く取り付けられないが、スリップジョイント内の振動および／または動きを防止することができる。例示的な実施形態のクランプは、拡散器のガイド耳を実質上径方向にまたは他の方向に押し付ける圧縮フリッパと、フリッパをガイド耳に押し付ける、圧縮部材とガイド耳の間のばねなどの偏倚部材とを含むことができる。例示的なクランプはまた、ガイド耳の周りで入口ミキサに対してフリッパおよび偏倚部材を保持する支持構造を含むことができる。

例示的な実施形態は、単一の拡散器のいくつかのガイド耳に接して設置されたスリップジョイントクランプのシステムをさらに含む。各クランプは、入口ミキサの上方への相対的な動きを可能にしながら、拡散器および入口ミキサを径方向に安定化させることができる。例示的な実施形態のシステム内のクランプの配置および張力は、入口ミキサと拡散器の間の振動および／またはぐらつきを防止または低減させるように変動させることができる。

ジェットポンプアセンブリを示す一部を切り取った従来技術の原子炉圧力容器の図である。 従来技術のジェットポンプアセンブリの入口ミキサと拡散器の間のスリップジョイントの詳細図である。 スリップジョイントに設置された例示的な実施形態のスリップジョイントクランプのプロファイル図である。 スリップジョイントに設置された例示的な実施形態のスリップジョイントクランプの上面図である。 スリップジョイントに設置された例示的な実施形態のスリップジョイントクランプシステムの上面図である。

以下、例示的な実施形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。しかし、本明細書に開示する特有の構造上および機能上の詳細は、例示的な実施形態について説明することのみを目的として表す。例示的な実施形態は、多くの代替形式で実施することができ、本明細書に述べる例示的な実施形態だけに限定されると解釈するべきではない。

本明細書では、第１、第２などの用語を使用して、様々な要素について説明することができるが、これらの要素は、これらの用語によって限定されるべきではないことが理解されるであろう。これらの用語は、要素同士を区別するためだけに使用される。たとえば、例示的な実施形態の範囲から逸脱することなく、第１の要素を第２の要素と呼ぶことができ、同様に、第２の要素を第１の要素と呼ぶことができる。本明細書では、「および／または」という用語は、１つまたは複数の関連する記載項目のあらゆる組合せを含む。

ある要素が別の要素に「接続」、「結合」、「嵌合」、「取付け」、または「固定」されるというとき、その要素を他の要素に直接接続もしくは結合することができ、または中間要素が存在してもよいことが理解されるであろう。対照的に、ある要素が別の要素に「直接接続」または「直接結合」されるというとき、中間要素は存在しない。要素間の関係を説明するために使用される他の単語も、同様に解釈されるべきである（たとえば、「間に」と「間に直接」、「隣接する」と「じかに隣接する」など）。

本明細書では、数詞がないこと、および「前記」などの冠詞は、その言語が別段明示しない限り、単数に加え複数形も含むものとする。「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、および／または「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用されるとき、記載の特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を指定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはこれらの群の存在または追加を排除しないことがさらに理解されるであろう。

いくつかの代替実装形態では、記載の機能／動作を、図または明細書に記載の順序以外で行うことができることにも留意されたい。たとえば、連続して示す２つの図またはステップを、実際には、関連する機能／動作に応じて、実質上同時に実行することができ、または場合によっては、逆の順序で、もしくは繰返し実行することができる。

過度のリーク流は、スリップジョイントの運動にぐらつきを引き起こす可能性がある。ぐらつきは、ジェットポンプアセンブリ内で有害な振動励起の一因となる。スリップジョイントのリーク量は、単一のループ動作、炉心流の増大、またはジェットポンプの汚れの堆積のために増大する可能性がある。その結果増大した振動レベルおよび対応する振動負荷が配管および支持体にかかると、振動負荷によって引き起こされる摩耗および疲労から、ジェットポンプのくさび、止めネジ、およびライザの配管の損傷を含めて、ジェットポンプ構成要素の劣化を引き起こす可能性がある。リーク量が増大したいくつかの異常な動作条件下では、高レベルの流動励起振動（ＦＩＶ）が生じる可能性がある。

図３は、関連技術のスリップジョイント４８内に設置された例示的な実施形態のスリップジョイントクランプ１００を示す図である。図３に示すように、例示的な実施形態のスリップジョイントクランプは、圧縮フリッパ１１５および偏倚要素１３０を含む。圧縮フリッパ１１５は、拡散器４６の上部外周部上でガイド耳４５に接して位置決めおよび位置合せされる。

偏倚要素１３０は、ガイド耳４５に接して圧縮フリッパ１１５を付勢する。拡散器４６のガイド耳４５と入口ミキサ４２の間を偏倚することによって、例示的な実施形態のスリップジョイントクランプ１００は、拡散器４６と入口ミキサ４２の間の振動および／またはぐらつきを低減または防止することができる。偏倚要素１３０は、単一方向の偏倚力または多方向の減衰力を含めて、入口ミキサ４２と圧縮フリッパ１１５の間に力を提供することが可能な任意の構成要素とすることができる。たとえば、偏倚要素１３０は、圧縮フリッパ１１５と入口ミキサ４２の間を押すばね、弾性棒、変換器などとすることができる。偏倚要素１３０のばね定数または他の付勢力は、スリップジョイント４８内の流動励起振動または他の振動を最小にするように選択することができる。たとえば、偏倚要素１３０は、スリップジョイント４８を通ると予期される流量、これらの構成要素の周波数試験などに基づいて、拡散器４６および／もしくは入口ミキサ４２の固有周波数を破壊し、またはそれに整合しないように選択されたばね定数を有するばねとすることができる。偏倚要素１３０は、偏倚要素１３０の長さを変化させることなく、これらの構造間で垂直方向の熱膨張などのある程度の垂直方向の相対的な動きを可能にするため、圧縮フリッパ１１５と入口ミキサ４２のうちの一方だけに取り付けることができる。

圧縮フリッパ１１５は、ガイド耳４５と位置合せされ、ガイド耳４５に押し付けられる。圧縮フリッパ１１５は、枢動ピン１２０によって、入口ミキサ４２の表面に固定された支持体１１０に回転可能に結合することができる。たとえば、枢動ピン１２０が入口ミキサ４２に対して圧縮フリッパ１１５を固定することによって、圧縮フリッパ１１５は、枢動ピン１２０の周りでガイド耳４５に接して回転できることを除いて、ガイド耳４５の平面内のみで動かしかつ／または回転させることができる。このようにして、圧縮フリッパ１１５および偏倚要素１３０は、拡散器４６および入口ミキサ４２の中心から実質上径方向の偏倚力を提供することができる。入口ミキサ４２と圧縮フリッパ１１５の間に位置決めされた偏倚要素１３０を示すが、偏倚要素１３０はまた、枢動ピン１２０または別の構造上の巻きばねとすることができ、圧縮フリッパ１１５を径方向に偏倚できることが理解される。

圧縮フリッパ１１５は、実質上均一なガイド耳４５への偏倚力および／または拡散器４６と入口ミキサ４２の間の減衰力を提供するように成形することができる。たとえば、圧縮フリッパ１１５は、圧縮フリッパ１１５が反時計回りに回転し、偏倚要素１３０が長くなるとき、等しい力を提供するように湾曲させることができ、したがって偏倚要素１３０がより小さい力で押すとき、ガイド耳４５と入口ミキサ４２の間の相対的な位置にかかわらず、力はガイド耳４５へより直接的に伝えられ、ガイド耳４５は、入口ミキサ４２から離れる方へ実質上均一な力で押される。そのような湾曲はまた、ガイド耳４５に対する径方向の押付けを維持しながら、拡散器４６と入口ミキサ４２の間である程度の相対的な垂直方向の動きを可能にすることができる。圧縮フリッパ１１５は、圧縮フリッパ１１５と入口ミキサ４２の間に偏倚要素１３０のための直線経路を提供するため、および／または流れもしくは破片の侵食のための損傷から偏倚要素１３０と圧縮フリッパ１１５の間の接合領域を保護するために、ディボット１１６をさらに含むことができ、ディボット１１６に偏倚要素１３０がつながる。

例示的な実施形態のクランプ１００は、支持体１１０に固定された止めピン１２５をさらに含むことができる。止めピン１２５は、圧縮フリッパ１１５のさらなる動きを止めるように、圧縮フリッパ１１５の動きの経路内に配置することができる。たとえば、圧縮フリッパ１１５がガイド耳４５につながれていない場合、止めピン１２５は、圧縮フリッパが最大の所望の延長に到達した後、圧縮フリッパ１１５がガイド耳４５に接して偏倚するのを防止するように位置決めすることができる。またはたとえば、止めピン１２５は、圧縮フリッパ１１５が偏倚要素１３０の弛緩した長さを越えて延び、または圧縮フリッパがガイド耳４５に引っ掛かる位置まで延びるのを防止するように、枢動ピン１２０とともに位置決めすることができる。

圧縮フリッパ１１５、偏倚要素１３０、枢動ピン１２０、および／または止めピン１２５は、入口ミキサ４２と直接および／または間接的に固定され、したがって入口ミキサ４２内の垂直方向の動きの結果、これらの要素もそれぞれ同様に動く。例示的な実施形態のクランプ１００は、入口ミキサ４２の一体部分として、または入口ミキサ４２にじかに隣接して、支持体１１０を含み、支持体１１０に、枢動ピン１２０および／または止めピン１２５が嵌合される。たとえば、支持体１１０は、入口ミキサ４２に溶接または固定される。このようにして、例示的な実施形態のスリップジョイントクランプ１００は、他のスリップジョイント構成要素からさらに分解しなくてすみ、検査中に入口ミキサ４２とともに取り外すことができる。

圧縮フリッパ１１５を支持および位置合せするいくつかの代替構成が可能である。たとえば、図４に示すように、例示的な実施形態のクランプ１００は、ガイド耳４５の周りに位置決めされた２つの支持体１１０を含むことができ、２つの支持体１１０間に、枢動ピン１２０および止めピン１２５が固定される。このようにして、圧縮フリッパ１１５は、枢動ピン１２０に沿って横方向に動くことができ、ガイド耳４５の両側の支持体１１０のため、ガイド耳４５と接触したまま、ガイド耳４５から滑り落ちない。別法として、図３に示すように、単一の支持体１１０を使用することができ、圧縮フリッパ１１５は、枢動ピン１２０に固定することができる。枢動ピン１２０は、枢動ピン１２０が支持体１１０につながる場合、圧縮フリッパ１１５をガイド耳４５に接して回転させるように回転する。

同様に、１つの偏倚要素１３０だけを図３および４に示すが、例示的な実施形態のクランプは、圧縮フリッパ１１５をガイド耳４５に押し付け、かつ／またはガイド耳４５とガイド耳４５に固定された圧縮フリッパ１１５との間に減衰力を提供するいくつかの偏倚要素を含むことができる。さらに、枢動ピン１２０は、圧縮フリッパ１１５上の任意の点で接続することができ、異なる回転方向からガイド耳４５に接して回転することを可能にする。圧縮フリッパ１１５がどこでかつどのように偏倚要素１３０に接続しかつ／または入口ミキサ４２に間接的に接続するかに基づいて、圧縮フリッパ１１５を所望の運動範囲に制限するために、圧縮フリッパ１１５の周りの任意の位置に１つまたは複数の止めピン１２５を配置することができる。

例示的な実施形態のクランプ１００の様々な構成要素は、環境内で受ける高温、変化しやすい化学的性質、および放射線を含めて、稼働している商業用の核原子炉環境に露出されたとき、材料特性を維持する材料から製作される。たとえば、ジルコニウム合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、ステンレス鋼などを、例示的な実施形態のクランプ１００で使用することができる。材料は、例示的な実施形態のスリップジョイントクランプの構成要素と入口ミキサ４２および／またはガイド耳４５の間の付着物および／または電位を低減させるように選択することができる。たとえば、入口ミキサ４２がステンレス鋼である場合、例示的な実施形態のクランプは、ステンレス鋼から製作することができる。

図５は、スリップジョイント４８に設置された例示的な実施形態のスリップジョイントクランプシステム２００の上面図である。図５に示すように、例示的な実施形態のシステムは、複数の例示的な実施形態のスリップジョイントクランプ１００を含み、スリップジョイントクランプ１００はそれぞれ、拡散器４６のガイド耳４５に位置決めされる。関連技術の拡散器は通常、４つのガイド耳４５を含み、各ガイド耳に１つのクランプ１００を示すが、他の数のガイド耳およびクランプ１００を例示的な実施形態のシステム内で使用できることが理解される。２つの支持体１１０および他の構造をもつスリップジョイントクランプ１００を図４に示すが、上記で論じたように、各クランプ１００を変更することができ、互いのクランプ１００とは異なってもよいことが理解される。

各例示的な実施形態のクランプ１００は、ガイド耳４５を介して、入口ミキサ４２から離れる方へ拡散器４６を偏倚する。クランプ１００からの圧力は、異なる位置の複数のクランプ１００によって提供される対向する複数の力によって、実質上固定された相対的な位置で拡散器４６および入口ミキサ４２を保持する。上記で論じたように、偏倚部材１３０の特性、圧縮フリッパ１１５の形状、枢動ピン１２０の数または位置などを変化させることによって、例示的な実施形態のクランプ１００によって提供される力の量、分散、および方向を変化させることができる。このようにして、例示的な実施形態のシステム２００によって印加される安定化させる力の総量を、所望のスリップジョイント４８の動作条件に基づいて変化させることができる。たとえば、例示的な実施形態のシステム２００によって供給される力の量は、拡散器４６と入口ミキサ４２の間で知られているまたは起こりうるぐらつきを最もよく抑制するように設定することができる。同様に、特定の次元で知られているまたは予期される損傷を与える振動は、反対側の例示的な実施形態のクランプ１００をその次元に配置することによって、または例示的な実施形態のクランプ１００から結果として生じる安定化させる力がその次元で十分な程度になるように構成することによって抑制することができる。

例示的な実施形態のシステム２００は、入口ミキサ４２と一体化された例示的な実施形態のクランプ１００を含み、入口ミキサ４２を拡散器４６から取り外すとき、またはスリップジョイント４８を検査するとき、さらに分解しなくてすむ。さらに、システム２００は入口ミキサ４２と固定されるため、熱膨張によって引き起こされる可能性のあるような、入口ミキサ４２内の何らかの垂直方向または他の平行移動の結果、例示的な実施形態のシステム２００も同様に自由に動く。

例示的な実施形態についてこうして説明したが、定期的な実験によって、さらなる発明活動なしで例示的な実施形態を変更できることが、当業者には理解されるであろう。変更形態は、例示的な実施形態の精神および範囲からの逸脱と見なされるものではなく、当業者には明らかであるはずのすべてのそのような修正形態は、以下の特許請求の範囲内に含まれるものとする。

２０ 原子炉圧力容器
２２ 炉心板
２４ シュラウド
２６ シュラウド支持構造
２８ アニュラス
３０ 側壁
３２ 入口ノズル
３４ ジェットポンプアセンブリ
３８ ライザ管
４２ 入口ミキサ／ジェットポンプの入口ミキサ
４４ 遷移アセンブリ
４５ ガイド耳
４６ 拡散器／ジェットポンプ拡散器
４８ スリップジョイント
５０ 外側表面
５２ 内側表面
５４ 動作クリアランス
５６ 境界面
１００ スリップジョイントクランプ／クランプ
１１０ 支持体
１１５ 圧縮フリッパ
１１６ ディボット
１２０ 枢動ピン
１２５ 止めピン
１３０ 偏倚要素
２００ スリップジョイントクランプシステム／システム

Claims (10)

1. ジェットポンプのスリップジョイントクランプ（１００）であって、
   前記ジェットポンプ内の拡散器（４６）のガイド耳（４５）に接して偏倚するように構成された圧縮フリッパ（１１５）と、
   前記ガイド耳（４５）に接して前記ジェットポンプ内の入口ミキサ（４２）から前記圧縮フリッパ（１１５）を偏倚するように構成された偏倚部材（１３０）と、
   前記入口ミキサ（４２）に結合され、前記圧縮フリッパを回転可能に支持する支持構造（１１０／１２０）とを備える、ジェットポンプのスリップジョイントクランプ（１００）。
2. 前記支持構造（１１０／１２０）が、
   前記入口ミキサ（４２）に堅く取り付けられるように構成された少なくとも１つの支持体（１１０）と、
   前記支持体（１１０）につながれた枢動ピン（１２０）とを含み、前記圧縮フリッパ（１１５）が、前記枢動ピン（１２０）に回転可能に結合される、請求項１記載のジェットポンプのスリップジョイントクランプ（１００）。
3. 前記圧縮フリッパ（１１５）が、前記枢動ピン（１２０）の周りで回転可能であり、前記偏倚部材（１３０）が、前記枢動ピン（１２０）の周りの前記回転の平面内で前記圧縮フリッパ（１１５）を偏倚するように構成される、請求項２記載のジェットポンプのスリップジョイントクランプ（１００）。
4. 前記支持構造に接続された止めピン（１２５）をさらに備え、前記止めピン（１２５）が、前記圧縮フリッパ（１１５）が前記止めピン（１２５）を越えて動くのを防止するように、前記圧縮フリッパ（１１５）の周りに位置決めされる、
   請求項１記載のジェットポンプのスリップジョイントクランプ（１００）。
5. 前記圧縮フリッパ（１１５）がディボット（１１６）を含み、前記偏倚部材（１３０）が、前記ディボット（１１６）内で前記圧縮フリッパ（１１５）につながる、請求項４記載のジェットポンプのスリップジョイントクランプ（１００）。
6. 前記偏倚部材（１３０）が、前記圧縮フリッパ（１１５）には堅く取り付けられ、前記入口ミキサ（４２）には堅く取り付けられない、請求項５記載のジェットポンプのスリップジョイントクランプ（１００）。
7. 前記圧縮フリッパ（１１５）が、前記ガイド耳（４５）に接して異なる位置で等しい力で偏倚するように構成されるような湾曲した形状を有する、請求項１記載のジェットポンプのスリップジョイントクランプ（１００）。
8. ジェットポンプの拡散器（４６）と入口ミキサ（４２）の間の横方向の動きまたは振動を低減させる安定化システム（２００）であって、
   前記入口ミキサ（４２）に固定され、前記入口ミキサ（４２）から離れる方へ前記ジェットポンプの前記拡散器（４６）を偏倚する複数のスリップジョイントクランプ（１００）を備え、前記クランプ（１００）がそれぞれ、前記拡散器（４６）に対して径方向だけに偏倚力を印加する、システム（２００）。
9. 各スリップジョイントクランプ（１００）が、
   前記拡散器（４６）のガイド耳（４５）の位置で前記入口ミキサ（４２）の表面に堅くつながれ、前記表面から径方向に外側に延びる少なくとも１つの支持体（１１０）と、
   前記少なくとも１つの支持体（１１０）に取り付けられ、前記ガイド耳（４５）に接して偏倚するように構成された圧縮フリッパ（１１５）と、
   前記ガイド耳（４５）に接して前記ジェットポンプ内の前記入口ミキサ（４２）から前記圧縮フリッパ（１１５）を偏倚するように構成された偏倚部材（１３０）とを含む、請求項８記載のシステム（２００）。
10. 各スリップジョイントクランプ（１００）が、前記支持体（１１０）につながれた枢動ピン（１２０）をさらに含み、前記圧縮フリッパ（１１５）が、前記枢動ピン（１２０）に回転可能に結合される、請求項９記載のシステム（２００）。

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