JP2012058239A - ジェットポンプすべり継手内部シールのための方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）ジェットポンプすべり継手内部シールを設ける方法および装置を提供する。
【解決手段】ジェットポンプ組立体の入口ミキサとディフューザとの間の界面に、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）ジェットポンプすべり継手内部シールを設ける方法および装置。内部シールは、入口ミキサとディフューザとの間の漏れおよびすべり継手流動励起振動（ＦＩＶ）を軽減して、さもなければＦＩＶにより損なわれる可能性があるジェットポンプ組立体構成要素の多数への損傷を低減する効果的な手段を提供する。すべり継手内部シールの金属シールが、張り出して内部シールを様々な間隙寸法に合致させ、熱膨張および熱収縮が起こった時に、公称寸法まで圧縮されるかまたは一気に戻ってもよい。内部シールはまた、動作しているジェットポンプ組立体内の流動流体により生じる内圧の結果として内部シールがさらに外側に張り出した時に、自己拡張する／自己引き締めする。
【選択図】図４

Description

例示的実施形態は、一般に原子炉に関し、さらに詳細には、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ：Ｂｏｉｌｉｎｇ Ｗａｔｅｒ Ｒｅａｃｔｏｒ）ジェットポンプ組立体の入口ミキサとディフューザとの間の継手を封止する効果的な手段を提供するのに用いられる、ＢＷＲジェットポンプすべり継手内部シールのための方法および装置に関する。

沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の原子炉圧力容器（ＲＰＶ：ｒｅａｃｔｏｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｖｅｓｓｅｌ）は、通常、略円筒形状を有し、（例えば、底部ヘッドと取外し可能な最上部ヘッドとにより）両端部で閉じられている。上部格子板が、通常、ＲＰＶの内部の炉心板の上方に離間して配置されている。炉心シュラウドまたはシュラウドが、通常、炉心を取り巻いており、シュラウド支持構造物により支持されている。具体的には、シュラウドは、略円筒形状を有し、炉心板および上部格子板の両方を取り巻いている。円筒形原子炉圧力容器と円筒形状のシュラウドとの間に、空間またはアニュラス部がある。

ＢＷＲでは、シュラウドアニュラス部の内部に配置されている中空の管状ジェットポンプが、必要な炉心水流を供給する。入口ミキサとして知られるジェットポンプの上部は、横方向に配置されており、従来のジェットポンプ拘束ブラケットにより支持されることがある。従来のジェットポンプ拘束ブラケットは、システム構成要素の振動を軽減するシステム剛性をもたらすことができるが、すべり継手流動励起振動（ＦＩＶ：ｆｌｏｗ ｉｎｄｕｃｅｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）および漏れが、入口ミキサとディフューザとの間で依然として起こる可能性がある。具体的には、すべり継手ＦＩＶは、多数のＢＷＲジェットポンプ構成要素に対する重大な損傷の根本的原因である。さらに、ディフューザの内部に入口ミキサを挿入し固定することにより、入口ミキサがディフューザの内部で若干偏心したままになり、さらなるすべり継手ＦＩＶおよび漏れが生じる可能性がある。

従来、すべり継手ＦＩＶを低減するために、多くの試みが行われてきた。例えば、すべり継手クランプ、拘束ブラケットの止めねじにおける補助ウェッジ、ラビリンスシール、拘束ブラケットパッドの修理、および交換用主ウェッジが、全て用いられてきた。これらの努力は、一般に、入口ミキサをディフューザにクランプで固定すること、または拘束ブラケットにより入口ミキサをライザ管に拘束することのどちらかを含む。これら従来の解決策は、いくらかの付加的なシステム剛性をもたらしたが、その解決策はどれも、入口ミキサとディフューザとの間の実際の漏れに対処していない。したがって、従来の解決策はどれも、すべり継手ＦＩＶに関与する主要な振動強制作用（ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｆｏｒｃｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の発生を防止しない。

例示的実施形態が、ＢＷＲジェットポンプ組立体のすべり継手を封止する方法および装置を提供する。例示的実施形態は、ＢＷＲジェットポンプ組立体の入口ミキサの下方遠位端とディフューザの最上部との間を封止する自己拡張式／自己締付け式すべり継手内部シールを提供する。いくつかのＢＷＲジェットポンプ組立体では、すべり継手内部シールは、機械加工が必要ないように、ディフューザの最上部近くの既存の内部段差上に配置されてもよいのに対して、他のＢＷＲジェットポンプ組立体のディフューザは、すべり継手内部シールを収容するために、機械加工を必要とする可能性がある。すべり継手内部シールは、入口ミキサとディフューザとの嵌合面間の漏れおよび流動励起振動の両方を防止する可能性がある。

添付図面を参照して例示的実施形態を詳細に記載することにより、例示的実施形態の上記のかつ他の特徴および利点が、より明らかになるであろう。添付図面は、例示的実施形態を描写することを目的としており、特許請求の範囲の意図された範囲を制限すると解釈されるべきではない。添付図面は、明記されていない限り、縮尺通りに描写されていると見なされるべきではない。

従来の沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）ジェットポンプ組立体の斜視図である。 ＢＷＲジェットポンプ組立体の入口ミキサとディフューザとの間に存在する従来のすべり継手の詳細な図である。 ＢＷＲジェットポンプ組立体の入口ミキサとディフューザとの間に存在する従来のすべり継手の横断面図である。 例示的実施形態によるジェットポンプすべり継手内部シールの図である。 例示的実施形態によるジェットポンプすべり継手内部シールの横断面図である。 例示的実施形態による、すべり継手内に取り付けられている、ジェットポンプすべり継手内部シールの切取り図である。

詳細な例示的実施形態が、本明細書に開示されている。しかし、本明細書に開示されている特定の構造的詳細および機能的詳細は、例示的実施形態を記載するための代表に過ぎない。しかし、例示的実施形態は、多くの代替形態で具体化されてもよく、本明細書に記載されている実施形態にのみ限定されると解釈されるべきではない。

したがって、例示的実施形態は、種々の修正形態および代替的形態が可能であるが、その実施形態は、例として図面に示されており、本明細書に詳細に記載されるであろう。但し、例示的実施形態を開示されている特定の形態に限定する意図はないが、それとは反対に、例示的実施形態は、例示的実施形態の範囲内に入る全ての修正形態、等価物、および代替案を包含するものであることを理解されたい。図の記載を通じて、同様の番号は、同様の要素を指す。

当然のことながら、種々の要素を説明するために、用語「第１の」、「第２の」等が本明細書に使用されている場合があるが、これらの要素は、これらの用語によって制限されるべきではない。これらの用語は、１つの要素を別の要素と区別するためにのみ使用されている。例えば、例示的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の要素と称することができると考えられ、同様に、第２の要素を第１の要素と称することができると考えられる。本明細書に使用されている用語「および／または」は、関連する列挙された事項の１つまたは複数の、任意のかつ全ての組合せを含む。

当然のことながら、ある要素が別の要素に「連結されている」または「結合されている」と言われた場合、それは、他方の要素に直接連結もしくは結合されている可能性があるか、または介在する要素が存在している可能性がある。対照的に、ある要素が別の要素に「直接連結されている」または「直接結合されている」と言われた場合、介在する要素は存在していない。要素間の関係を記載するために使用されている他の語が、同様に解釈されるべきである（例えば、「間に」に対して「直接間に」、「隣接して」に対して「直接隣接して」等）。

本明細書に使用されている専門用語は、特定の実施形態を記載するためのものに過ぎず、例示的実施形態を制限しようとするものではない。数詞がないことや「前記」などの冠詞は、別途明確に記述されていない限り、複数形も包含することが意図されている。さらに当然のことながら、用語「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（備える、含む）」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える、含む）」、「ｉｎｃｌｕｄｅｓ（含む）」および／または「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」は、本明細書に使用されている場合、記載された特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を具体的に述べているが、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／またはそれらの群が存在すること、またはそれらを加えることを除外しない。

また、いくつかの代替的実施では、言及されている機能／作用は、図に記されている順序とは無関係に生じる可能性があることに留意されたい。例えば、連続して示されている２つの図が、実際には、関連する機能／作用によって、実質的に同時に実行されてもよいか、または時には逆の順序で実行されてもよい。

図１は、従来の沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）ジェットポンプ組立体の斜視図である。ジェットポンプ組立体の主要な構成要素には、ライザ管３と、各ディフューザ２内に挿入されている２つの入口ミキサ４とが含まれる。従来、ジェットポンプ拘束ブラケット６が用いられて、入口ミキサの動きを安定化させ、入口ミキサ４とディフューザ２との間の界面に存在するすべり継手１の動き（すなわち、すべり継手流動励起振動すなわちＦＩＶ）および漏れを低減する。

図２は、ＢＷＲジェットポンプ組立体の入口ミキサとディフューザとの間に存在する従来のすべり継手の詳細な図である。入口ミキサ４の底部４ａは、（ガイド耳部２ｂも含む）ディフューザ２の上部冠部２ａ内に挿入されていることに留意されたい。入口ミキサ４とディフューザ２との間の界面は、「すべり継手」１と呼ばれる。

図３は、ＢＷＲジェットポンプ組立体の入口ミキサとディフューザとの間に存在する従来のすべり継手の横断面図である。入口ミキサ４の最下遠位端部４ｂが、ディフューザ２の上部冠部２ａ内にあり、すべり継手１を形成している。従来、入口ミキサ４の遠位端部４ｂとディフューザ２の上部冠部２ａとの間の公差が厳密に一致しない場合、漏れおよびすべり継手ＦＩＶが、すべり継手１内で起こる可能性がある。この図では、入口ミキサ４の最下遠位端部４ｂは、遠位端部４ｂと内部段差２ｃとの間に僅かな空隙を有して、ディフューザ２の内部段差２ｃの上方に配置されて示されている。しかし、全ての従来のディフューザ２がそのような内部段差２ｃを有する訳ではないことを理解されたい（すなわち、いくつかの場合には、入口ミキサの遠位端部４ｂは、入口ミキサ４の直径とディフューザ２の直径との厳しい公差により、単に、ディフューザ２の上部冠部２ａの内側にある）。

図４は、例示的実施形態によるジェットポンプすべり継手内部シール２０の図である。本実施形態は、略円形のシール取付けリング２２内に含まれている略円形の可撓性金属シール２４を含む。可撓性金属シール２４は、（図５〜図６により明瞭に示されている）可撓性金属シール２４を収容できる張出しをもたらすシール取付けリングの上部２２ａにより、ある程度、シール取付けリング２２内で定位置に保持される。

図５は、例示的実施形態によるジェットポンプすべり継手内部シール２０の横断面図である。シール２０は、可撓性金属シール２４の収容に役立つ突出構造をもたらすように内部シール２０の中心の方へ突出している上部２２ａを含む。シール取付けリング２２はまた、シール取付けリング２２内に可撓性金属シール２４を収容できるように下方に突出している下部２２ｂを含む。可撓性金属シール２４は、内部シール２０の中心の方へ突出しシール取付けリング２２の上部２２ａの下面に接触している上部リップ２４ｂを備えたＥリング（すなわち、可撓性金属シール２４の横断面は、「Ｅ」の形状をしている）であってもよい。可撓性金属シール２４はまた、内部シール２０の中心の方へ突出しシール取付けリング２２の下部２２ｂの下面の下方に延在している下部リップ２４ａを有していてもよい（すなわち、可撓性金属シール２４の下部リップ２４ａは、シール取付けリング２２自体の下方に意図的に配置されている）。可撓性金属シール２４の弾力性により、下部リップ２４ａと上部リップ２４ｂとが外側に張り出し、次いで、（図６により明瞭に示されている通り）可撓性金属シールが様々な間隙寸法に合致することを可能にし、使用を通じて熱膨張および熱収縮が起こった時に、公称寸法まで圧縮されるかまたは一気に戻ってもよい。可撓性金属シール２４は、摩擦嵌合により、シール取付けリング２２の内部に保持されてもよい。しかし、適宜、内側突出歯２２ｃが、下部２２ｂの内面上に配置されており、Ｅ形状の可撓性金属シール２４に係合して、可撓性金属シール２４をシール取付けリング２２内で定位置に保持するのに役立ってもよい。

（図５に示されている）Ｅリングではなく、可撓性金属シールは、代わりにＣリング（すなわち、横断面は「Ｃ」形状を形成している可能性がある）であってもよいことに留意されたい。Ｃリングが使用される場合、Ｃ形状の可撓性金属シールの表面上に歯が形成されていてもよく、その歯は、シール取付けリング２２の下部２２ｂの内面上の陥凹空洞と嵌合してもよい。さらに、図５は、別個の構成要素として示されている可撓性金属シール２４とシール取付けリング２２とを描写しているが、可撓性金属シール２４とシール取付けリング２２とは、代わりに、１つの一体部品であってもよい。

可撓性金属シール２４は、特にＥ形状構造を使用する場合、Ａｌｌｏｙ ７１８またはＡｌｌｏｙ Ｘ−７５０などの高張力合金から構成されていてもよい。また、特にＣ形状構造を使用する場合、真正のステンレス鋼が使用されていてもよい。しかし、弾性非金属材料から可撓性金属シール２４を構成することに制限はない。シール取付けリング２２は、真正のステンレス鋼から構成されてもよい。しかし、弾性金属材料および弾性非金属材料からシール取付けリング２２を構成することに制限はない。

図６は、例示的実施形態による、すべり継手１内に取り付けられている、ジェットポンプすべり継手内部シール２０の切取り図である。内部シール２０は、内部段差２ｃがディフューザ２内に既に存在する場合、ディフューザ２のそのような段差上に配置されてもよいことに留意されたい。そのような段差２ｃが存在しない場合、ディフューザ２上で機械加工が実施されて、その結果、段差２ｃを形成してもよい。内部シール２０は、入口ミキサ４の最下遠位端部４ｂがシール取付けリング２２の上部２２ａと接触することを可能にすることにより、入口ミキサ４とディフューザ２との間の漏れを防止する可能性がある。したがって、上部２２ａの直径は、ディフューザの遠位端部４ｂが上部２２ａの上面に載り得るように、上部２２ａがディフューザの遠位端部４ｂと接触し得るように少なくとも十分遠くまで内側に延在していなければならない。シール取付けリング２２の直径はまた、シール取付けリング２２がディフューザの上部冠部２ａとの適切に厳しい公差をもたらすように十分な大きさであるべきである。入口ミキサ４とディフューザ２との間の漏れは、上部リップ２４ｂがシール取付けリング２２の上部２２ａを圧迫し、下部リップ２４ａがディフューザ２の内部段差２ｃを圧迫するような可撓性金属シール２４の拡張により、さらに防止される。可撓性金属シール２４は「Ｅ」形状を有するため、リップ２４ａ／２４ｂは拡張せざるを得ず（すなわち、可撓性金属シール２４は自己拡張式／自己締付け式である）、内部シールが様々な間隙寸法に合致することを可能にする。「Ｅ」形状はまた、可撓性金属シール２４の下部リップ２４ａと上部リップ２４ｂとがディフューザの内側の流体の内圧によりさらに張り出すことを可能にし、動作しているジェットポンプのより大きな内圧の持続期間中により耐密に封止する。具体的には、動作しているジェットポンプ組立体内の流動流体により生じる内圧により、可撓性金属シール２４の上部リップ２４ｂは、シール取付けリングの上部２２ａを圧迫する。また、動作しているジェットポンプ組立体内の流動流体により生じる内圧により、可撓性金属シール２４の下部リップ２４ａは、ディフューザの内部段差２ｃを圧迫する。「Ｃ」形状のシールもまた、自己拡張／自己締付け機能を実現する上部および下部リップを備えることが可能であると考えられるので、この場合も「Ｃ」形状の可撓性金属シール２４が代替的に使用されてもよいことに留意されたい。

また、（図５および図６に示されている）すべり継手内部シール２０が逆さまに取り付けられた場合、内部シールは依然として適切に機能すると考えられることに留意されたい。具体的には、シール取付けリングの上部２２ａは、内部段差２ｃを圧迫することができると考えられ、シール取付けリングの下部２２ｂおよび／または可撓性金属シールの下部リップ２４ａは、入口ミキサの最下遠位端部４ｂを圧迫することができると考えられる。

例示的実施形態がこのように記載されたが、同は多くの方法で変更され得ることが明らかになるであろう。そのような変形形態は、例示的実施形態の意図された精神および範囲からの逸脱と見なされるべきではなく、当業者に明らかになると考えられる全てのそのような修正形態は、以下の特許請求の範囲の範囲内に含まれることが意図されている。

１ すべり継手
２ ディフューザ
２ａ （ディフューザの）上部冠部
２ｂ （ディフューザの）ガイド耳部
２ｃ （ディフューザの）内部段差
３ ライザ管
４ 入口ミキサ
４ａ （入口ミキサの）底部
４ｂ （入口ミキサの）最下遠位端部
６ （ＢＷＲジェットポンプ）拘束ブラケット
２０ （ジェットポンプすべり継手）内部シール
２２ シール取付けリング
２２ａ （シール取付けリングの）上部
２２ｂ （シール取付けリングの）下部
２２ｃ （シール取付けリングの）内側突出歯
２４ 可撓性金属シール
２４ａ （可撓性金属シールの）下部リップ
２４ｂ （可撓性金属シールの）上部リップ

Claims (10)

1. ジェットポンプすべり継手内部シール（２０）であって、
   略円形のシール取付けリング（２２）と、
   前記シール取付けリング（２２）の内側にある可撓性金属シール（２４）であり、前記シール取付けリングが、前記内部シールの中心の方へ突出し前記可撓性金属シールを収容する張出しをもたらす上部（２２ａ）を有する、可撓性金属シール（２４）と
   を備える、ジェットポンプすべり継手内部シール。
2. 前記シール取付けリングが、前記シール取付けリング内に前記可撓性金属シールを収容できるように下方へ突出している下部（２２ｂ）を有する、請求項１記載のジェットポンプすべり継手内部シール。
3. 前記可撓性金属シールが、前記内部シールの前記中心の方へ突出し前記シール取付けリングの前記上部の下面に接触している上部リップ（２４ｂ）を含み、前記可撓性金属シールが、前記内部シールの前記中心の方へ突出し前記シール取付けリングの前記下部の下面の下方に突出している下部リップ（２４ａ）を含む、請求項２記載のジェットポンプすべり継手内部シール。
4. 前記可撓性金属シールが、断面Ｅ形状を有し、
   前記下部が、前記Ｅ形状の可撓性金属シールに係合して前記可撓性金属シールを前記シール取付けリング内で定位置に保持する、前記シール取付けリングの前記下部の内面上に配置されている内側突出歯（２２ｃ）を有する、
   請求項３記載のジェットポンプすべり継手内部シール。
5. 前記可撓性金属シールが、自己拡張式であるように構成されている、請求項３記載のジェットポンプすべり継手内部シール。
6. 沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）ジェットポンプ組立体のディフューザ（２）であり、内部段差（２ｃ）を備えた上部冠部（２ａ）を有する、ディフューザ（２）と、
   最下遠位端部（４ｂ）を有する入口ミキサ（４）であり、前記最下遠位端部が前記ディフューザの前記上部冠部の内側かつ前記内部段差の上方に配置されている、入口ミキサ（４）と
   を備える前記ＢＷＲの前記ジェットポンプ組立体内に取り付けられているジェットポンプすべり継手内部シール（２０）であって、
   前記内部段差と前記入口ミキサの前記最下遠位端部との間に配置されており、
   略円形のシール取付けリング（２２）と、
   前記シール取付けリングの内側にある可撓性金属シール（２４）であり、前記シール取付けリングが、前記内部シールの中心の方へ内側に突出し前記可撓性金属シールを収容する張出しをもたらす上部（２２ａ）を有する、可撓性金属シール（２４）と
   を含む、ジェットポンプすべり継手内部シール（２０）。
7. 前記シール取付けリングの前記上部が、前記上部の上面が前記入口ミキサの前記最下遠位端部と接触するように十分遠くまで内側に突出するように構成されている、請求項６記載の取り付けられているジェットポンプすべり継手内部シール。
8. 沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）ジェットポンプ組立体内にジェットポンプすべり継手内部シール（２０）を取り付ける方法であって、
   前記内部シールを、
   前記内部シールの中心の方へ突出している上部（２２ａ）を備えた略円形のシール取付けリング（２２）を形成するステップ、および
   略円形の可撓性金属シール（２４）を形成し、前記可撓性金属シールを前記シール取付けリング内に配置するステップであり、前記シール取付けリングの前記上部が、前記可撓性金属シールを収容する張出しをもたらす、ステップ
   によって形成するステップと、
   前記ジェットポンプ組立体のディフューザ（２）の上部冠部（２ａ）の内側にある内部段差（２ｃ）上に前記内部シールを配置するステップであり、前記シール取付けリングの前記上部の上面が前記ジェットポンプ組立体の入口ミキサ（４）の最下遠位端部（４ｂ）と接触する、ステップと
   を含む、方法。
9. 前記シール取付けリングを形成する前記ステップが、前記シール取付けリング内に前記可撓性金属シールを収容できるように下方に突出している下部（２２ｂ）を、前記シール取付けリング上に形成するステップを含む、請求項８記載の方法。
10. 前記可撓性金属シールを形成する前記ステップが、
    前記内部シールの前記中心の方へ突出し前記シール取付けリングの前記上部の下面に接触する上部リップ（２４ｂ）を、前記可撓性金属シール上に形成するステップ、および
    前記内部シールの前記中心の方へ突出し前記シール取付けリングの前記下部の下面の下方に突出する下部リップ（２４ａ）を、前記可撓性金属シール上に形成するステップ
    をさらに含み、
    前記ジェットポンプ組立体を作動させて、前記入口ミキサと前記ディフューザを通って流体が流動することを可能にするステップと、
    前記作動しているジェットポンプ組立体内の前記流動流体によって生成される内圧により、前記可撓性金属シールが拡張することを可能にするステップであり、前記可撓性金属シールの前記拡張により、前記可撓性金属シールの前記上部リップが前記シール取付けリングの前記上部を圧迫し、前記可撓性金属シールの前記下部リップが前記ディフューザの前記内部段差を圧迫する、ステップと
    をさらに含む、請求項９記載の方法。

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