JP2013246165A

JP2013246165A - ジェットポンプ入口ミキサの滑り継手用の方法および装置

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Publication number: JP2013246165A
Application number: JP2013103605A
Authority: JP
Inventors: Procik Dulka Catherine; キャサリン・プロシック・ダルカ; Henry P Offer; ヘンリー・ピー・オファー; O Lenz Mark; マーク・オー・レンツ; B Umhoefer Elizabeth; エリザベス・ビー・アムフォファー; S Godfrey Mark; マーク・エス・ゴッドフレイ
Original assignee: GE Hitachi Nuclear Energy Americas LLC
Current assignee: GE Hitachi Nuclear Energy Americas LLC
Priority date: 2012-05-23
Filing date: 2013-05-16
Publication date: 2013-12-09
Anticipated expiration: 2033-05-16
Also published as: US20130315365A1; JP5785988B2; CH706535B1; SE1350623A1; ES2444317B1; CH706535A2; MX2013005845A; ES2444317R1; ES2444317A2

Abstract

【課題】ジェットポンプ入口ミキサの滑り継手用装置を提供する。
【解決手段】ジェットポンプアセンブリ８の入口ミキサの滑り継手は、ディフューザ２と入口ミキサ４との間の境界部である。ディフューザは、第１の表面硬化合金でコーティングされ、入口ミキサは、第１の表面硬化合金とは異なる第２の表面硬化合金でコーティングされている。第１の表面硬化合金は、コバルト基合金でよく、第２の表面硬化合金は、コバルトを含まない合金、すなわち、鉄基表面硬化合金、およびニッケル基表面硬化合金の少なくとも一方でよい。
【選択図】図１

Description

例示の実施形態は、一般に原子炉に関し、より詳細には、少なくとも２つの異なる材料を含み、そのうちの１つがコバルトを含まない材料である、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）のジェットポンプ入口ミキサ／ディフューザの滑り継手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）は、典型的には、概ね円筒形状を有し、両端部が（例えば、底部ヘッド、および取外し可能な頂部ヘッドによって）閉じている。頂部ガイドが、典型的にはＲＰＶ内の炉心板の上方に間隔を置いて配置されている。炉心シュラウド、またはシュラウドが、典型的には炉心を取り囲み、シュラウド支持構造体によって支持されている。特に、シュラウドは、概ね円筒形状を有し、炉心板および頂部ガイドのどちらをも取り囲んでいる。円筒状の原子炉圧力容器と、円筒状に形成されたシュラウドとの間には、空間または環状部がある。

ＢＷＲ内では、シュラウド環状部内に配置された、いくつかの中空管状のジェットポンプによって、必要となる炉心冷却材、および／または水流が供給される。ジェットポンプアセンブリは、ライザ、２つの入口ミキサ、および２つのディフューザを含む。ライザと２つのディフューザは、シュラウド環状部に恒久的に取り付けられている。入口ミキサは、取外し可能な構成要素である。入口ミキサの入口は、ライザの頂部に配置されている。入口ミキサの出口端部は、ディフューザの頂部と共に形成される締まり嵌め滑り継手に嵌合している。この滑り継手によって、ジェットポンプアセンブリからの漏れを最小限に抑える、または低減させながら、ジェットポンプアセンブリとＲＰＶとの熱膨張差に対処することが可能となる。入口ミキサとディフューザとの間の、滑り継手を成す境界面は、両構成要素に適用した表面硬化合金によって、稼働時摩耗から保護されている。

従来の表面硬化合金、すなわちＳｔｅｌｌｉｔｅ（登録商標）６（ＤｅｌｏｒｏＳｔｅｌｌｉｔｅＧｒｏｕｐ製）をこの位置に適用して、入口ミキサとディフューザと間の実際の境界部で生じ得るいかなる摩耗も軽減することができる。Ｓｔｅｌｌｉｔｅ（登録商標）６合金はコバルト基合金であり、約６２〜６５ｗｔ％のコバルト（Ｃｏ）からなる。Ｓｔｅｌｌｉｔｅ（登録商標）６合金は、その望ましい耐摩耗性、比較的高い温度、圧力、および水分環境に腐食または亀裂を生じずに耐える能力のため、原子炉環境において広く使用されている。

しかし、Ｓｔｅｌｌｉｔｅ（登録商標）６合金には、比較的大量のコバルトが使用されているため、原子炉内に局所的な「ホット」スポットが生じ、放射化コバルトが原子力発電所の残りの部分に拡散することになる。さらに、Ｓｔｅｌｌｉｔｅ（登録商標）６合金は、原子炉と相互作用し、比較的微細な材料の欠片が摩滅し、原子炉の残りの部分全体に飛散することがあり、それによって発電所の他の領域でより高いコバルト放射化が引き起こされることがある。

また、Ｓｔｅｌｌｉｔｅ（登録商標）６合金などの従来の表面硬化合金によって、発電所の保守作業員が、腐食生成物コバルト（Ｃｏ）−６０からの電離放射線に被曝することがあり、また、従来の表面硬化合金では、ＢＷＲの再循環配管、およびその他の構成要素を除染する際にかかる費用がより高額になる。

SHIELS, S. A. et al., "Laboratory Evaluation of Low Cobalt Wear Materials For Nuclear Applications", The Third International Symposium on The Contribution of Materials Investigation to The Reduction of Problems Encountered in Pressurized Water Reactors, September 12-16, 1994, Fontevraud, France

例示の実施形態は、ジェットポンプ入口ミキサの滑り継手用装置を提供する。例示の実施形態は、少なくとも２つの異なる表面硬化材料を含み、そのうちの１つがコバルトを含まない材料である、滑り継手を提供する。滑り継手は、入口ミキサとディフューザとの間の境界部である。ディフューザは、第１の表面硬化合金でコーティングされ、入口ミキサは、第１の表面硬化合金とは異なる第２の表面硬化合金でコーティングされている。

添付の図面を参照しながら、例示の実施形態を詳細に説明することによって、例示の実施形態の上記ならびにその他の特徴および利点がより明確となるであろう。添付の図面は、例示の実施形態を説明するためのものであり、特許請求の範囲の意図する範囲を限定するものとして解釈すべきではない。添付の図面は、明記しない限り、原寸に比例して描かれているものと解釈すべきではない。

例示の実施形態による沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）ジェットポンプアセンブリの斜視図である。例示の実施形態によるＢＷＲジェットポンプアセンブリの入口ミキサとディフューザとの間に存在する境界部の詳細な外観図である。例示の実施形態によるＢＷＲジェットポンプアセンブリの入口ミキサとディフューザとの間に存在する滑り継手を示す境界部の断面図である。

詳細な例示の実施形態を本明細書に開示する。しかし、本明細書で開示する構造上、および機能上の特定の詳細は、例示の実施形態を説明するための単なる代表例にすぎない。しかし、例示の実施形態は、数多くの代替形態で実施することができ、本明細書に記載の実施形態のみに限定されるものとして解釈すべきではない。

したがって、例示の実施形態は、様々な改変形態、および代替形態が可能であるものの、それらの実施形態を例によって図面に示し、本明細書で詳細に説明するものとする。しかし、例示の実施形態を開示の特定の形態に限定するものではなく、例示の実施形態は、例示の実施形態の範囲内に含まれる全ての改変形態、均等物、および代替形態を対象とするものであることを理解されたい。図の説明全体にわたって、同様の番号は同様の要素を指す。

本明細書では、「第１の」、「第２の」などの用語を用いて様々な要素を説明することがあるが、それらの要素は、これらの用語によって限定されるべきものではないことが理解されよう。これらの用語は、ある要素を別の要素から単に区別するために使用するものにすぎない。例えば、例示の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、同様に、第２の要素を第１の要素と称することもできる。本明細書では、用語「および／または」は、列挙した関連する項目の１つまたは複数の任意の全ての組合せを含む。

ある要素が別の要素に「連結される」または「結合される」と称する場合、その要素は、他方の要素に直接連結または結合されても、または介在要素が存在してもよいことが理解されよう。一方、ある要素が別の要素に「直接連結される」または「直接結合される」と称する場合、介在要素は存在しない。要素間の関係を説明するために使用する他の用語も同様に解釈すべきである（例えば、「の間に」と「の間に直接」、「に隣接して」と「に直接隣接して」など）。

本明細書で使用する用語は、特定の実施形態を単に説明するためのものにすぎず、例示の実施形態を限定するものではない。本明細書では、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、別段の明白な指示がない限り、その複数形も同様に含むものである。本明細書では、用語「備える」、「備えている」、「含む」、および／または「含んでいる」は、記載の特徴、実体物（ｉｎｔｅｇｅｒ）、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を明示するが、１つまたは複数の他の特徴、実体物、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの群の存在または追加を排除するものではないことがさらに理解されよう。

いくつかの代替の実装形態では、記載の機能／行為は、図に記載の順序とは異なる順序で行うことができることにも留意されたい。例えば、連続して示された２つの図は、実際には、関与するその機能／行為に依存して、実質的に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実行することができる。

図１は、例示の実施形態による沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）ジェットポンプアセンブリ８の斜視図である。ジェットポンプアセンブリ８の主要な構成要素には、滑り継手１、ライザ３、それぞれのディフューザ２に挿入される２つの入口ミキサ４、ジェットポンプリストレーナブラケット６、およびライザブレース７が含まれる。ジェットポンプリストレーナブラケット６は、入口ミキサ４を横方向に支持し、ライザブレース７は、ライザ３を横方向に支持している。

滑り継手１は、入口ミキサとディフューザとの間の境界部にある。ディフューザ２の境界面は、第１の表面硬化合金、すなわちコバルト基合金でコーティングされ、２つの入口ミキサ４は、第２の表面硬化合金、すなわちコバルトを含まない合金でコーティングされている。コバルトを含まない合金とは、コバルトを含まないか、またはコバルトを０．２ｗｔ％未満しか含まない合金として定義される。第２の表面硬化合金を、プラズマアーク転移（ＰＴＡ）溶接法によって、２つの入口ミキサ４の境界面にコーティングすることができる。ディフューザ２のコバルト基合金は、いくつかのＳｔｅｌｌｉｔｅ（登録商標）合金（ＤｅｌｏｒｏＳｔｅｌｌｉｔｅＧｒｏｕｐ製）のいずれのものでもよいが、それだけに限られるものではない。例えば、コバルト基合金は、Ｓｔｅｌｌｉｔｅ（登録商標）６合金でよい。

２つの入口ミキサ４のコバルトを含まない合金は、鉄基合金、またはニッケル基合金の一方でよい。２つの入口ミキサ４の鉄基合金は、いくつかのＮＯＲＥＭ（商標）合金、および／またはＴｒｉｓｔｅｌｌｅ（商標）合金（ＡＳＭＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ製）のいずれのものでもよいが、それだけに限られるものではない。例えば、鉄基合金は、ＮＯＲＥＭ（商標）０２、および／またはＴｒｉｓｔｅｌｌｅ（商標）５１８３でよい。ＮＯＲＥＭ（商標）０２合金は、鉄（Ｆｅ）を約６０ｗｔ％含み、Ｔｒｉｓｔｅｌｌｅ（商標）５１８３合金は、Ｆｅを約５５ｗｔ％含む。２つの入口ミキサ４のニッケル基合金は、いくつかのＮｕｃａｌｌｏｙ（登録商標）合金（ＤｅｌｏｒｏＳｔｅｌｌｉｔｅＧｒｏｕｐ製）、および／またはいくつかのＣｏｌｍｏｎｏｙ（登録商標）合金（ＷａｌｌＣｏｌｍｏｎｏｙＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製）のいずれのものでもよいが、それだけに限られるものではない。例えば、ニッケル基合金は、Ｎｕｃａｌｌｏｙ（登録商標）４８８、Ｃｏｌｍｏｎｏｙ（登録商標）５ＰＴＡ、および／またはＣｏｌｍｏｎｏｙ（登録商標）８４ＰＴＡでよい。Ｎｕｃａｌｌｏｙ（登録商標）４５３合金は、ニッケル（Ｎｉ）を約７８ｗｔ％含み、Ｃｏｌｍｏｎｏｙ（登録商標）５ＰＴＡ合金は、Ｎｉを約７５ｗｔ％含み、Ｃｏｌｍｏｎｏｙ（登録商標）８４ＰＴＡ合金は、Ｎｉを約５５ｗｔ％含む。

２つの入口ミキサ４にコーティングした、コバルトを含まない合金は、Ｓｔｅｌｌｉｔｅ（登録商標）６合金と同様に機能することになり、というのは、このコバルトを含まない合金は、同様の硬度値を有し、２つの入口ミキサ４の摩耗、腐食、および衝撃に耐える同様の能力を有するからである。さらに、コバルトを含まない合金は、滑り継手１の２つの入口ミキサ４に容易に溶接することができ、同様に、応力、腐食、亀裂に耐性がある。

図２は、例示の実施形態によるＢＷＲジェットポンプアセンブリの入口ミキサ４とディフューザ２との間に存在する境界部の詳細な外観図である。入口ミキサ４の底部部分４ａが、ディフューザ２の上側クラウン２ａに挿入されていることに留意されたい（ディフューザ２は、ガイド耳２ｂも含む）。入口ミキサ４と、ディフューザ２との間の境界部を、「滑り継手」１と称する。

図３は、例示の実施形態によるＢＷＲジェットポンプアセンブリの入口ミキサ４とディフューザ２との間に存在する滑り継手１の断面図である。入口ミキサの外側表面４ｂと、ディフューザの締まり嵌め内面１ａとによって、滑り継手１が形成されている。締まり嵌め内面１ａは、第１の表面硬化合金、すなわちコバルト基合金でコーティングされ、外側表面４ｂは、第２の表面硬化合金、すなわちコバルトを含まない合金でコーティングされている。

例示の実施形態について上記で説明してきたが、上記実施形態を様々な形で変更できることは明白であろう。かかる変更は、例示の実施形態が意図する趣旨および範囲から逸脱するものとしてみなすべきではなく、当業者には明白であるかかる改変形態は全て、以下の特許請求の範囲内に含まれるものである。

１滑り継手
１ａ締まり嵌め内面
２ディフューザ
２ａ上側クラウン
２ｂガイド耳
３ライザ
４入口ミキサ
４ａ底部部分
４ｂ外側表面
６ジェットポンプリストレーナブラケット
７ライザブレース
８沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）ジェットポンプアセンブリ

Claims

沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）ジェットポンプアセンブリ用のジェットポンプ入口ミキサの滑り継手であって、
第１の表面硬化合金でコーティングされた表面を有するディフューザと、
前記ディフューザと連結するように構成された入口ミキサであって、前記第１の表面硬化合金とは異なる第２の表面硬化合金でコーティングされた表面を有する、入口ミキサと
を備える、滑り継手。
前記第１の表面硬化合金が、コバルト基合金であり、前記第２の表面硬化合金が、コバルトを含まない合金である、請求項１記載の滑り継手。
前記第１の表面硬化合金が、コバルト基表面硬化合金であり、前記第２の表面硬化合金が、鉄基表面硬化合金である、請求項２記載の滑り継手。
前記第１の表面硬化合金が、コバルト基表面硬化合金であり、前記第２の表面硬化合金が、ニッケル基表面硬化合金である、請求項２記載の滑り継手。
沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）ジェットポンプアセンブリ用のジェットポンプ入口ミキサであって、
第１の表面硬化合金でコーティングされた表面を有する少なくとも１つのディフューザと、
前記少なくとも１つのディフューザと連結するように構成された少なくとも１つの入口ミキサであって、前記第１の表面硬化合金とは異なる第２の表面硬化合金でコーティングされた表面を有する、入口ミキサと、
前記少なくとも１つの入口ミキサに隣接したライザと、
前記少なくとも１つの入口ミキサを取り囲むように構成されたリストレーナブラケットと
を備える、ジェットポンプ入口ミキサ。
前記少なくとも１つの入口ミキサが、２つの入口ミキサを含み、前記少なくとも１つのディフューザが、前記２つの入口ミキサに対応する２つのディフューザを含む、請求項５記載のジェットポンプ入口ミキサ。
前記ライザが、前記２つの入口ミキサの間に配置される、請求項６記載のジェットポンプ入口ミキサ。
前記第１の表面硬化合金が、コバルト基合金であり、前記第２の表面硬化合金が、コバルトを含まない合金である、請求項５記載のジェットポンプ入口ミキサ。
前記第１の表面硬化合金が、コバルト基合金であり、前記第２の表面硬化合金が、鉄基表面硬化合金である、請求項８記載のジェットポンプ入口ミキサ。
前記第１の表面硬化合金が、コバルト基合金であり、前記第２の表面硬化合金が、ニッケル基表面硬化合金である、請求項８記載のジェットポンプ入口ミキサ。
沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）ジェットポンプアセンブリ用のジェットポンプ入口ミキサを製造する方法であって、
入口ミキサとの境界部を成すディフューザの表面を、第１の表面硬化合金でコーティングするステップと、
前記ディフューザとの境界部を成す前記入口ミキサを、前記第１の表面硬化合金とは異なる第２の表面硬化合金でコーティングするステップと、
前記入口ミキサに隣接してライザを設けるステップと、
前記入口ミキサにリストレーナブラケットを取り付けるステップと
を含む、方法。
前記第１の表面硬化合金が、コバルト基合金であり、前記第２の表面硬化合金が、コバルトを含まない合金である、請求項１１記載の方法。
前記第１の表面硬化合金が、コバルト基合金であり、前記第２の表面硬化合金が、鉄基表面硬化合金である、請求項１２記載の方法。
前記第１の表面硬化合金が、コバルト基合金であり、前記第２の表面硬化合金が、ニッケル基表面硬化合金である、請求項１２記載の方法。
前記入口ミキサを前記ディフューザに連結するステップが、２つの入口ミキサを、前記２つの入口ミキサに対応する２つのディフューザに連結するステップを含む、請求項１１記載の方法。
前記ライザを設ける前記ステップが、前記ライザを前記２つの入口ミキサの間に設けるステップを含む、請求項１５記載の方法。
前記ディフューザとの境界部を成す前記入口ミキサをコーティングする前記ステップが、プラズマアーク転移（ＰＴＡ）溶接法を用いて、前記ディフューザとの境界部を成す前記入口ミキサを、前記第２の表面硬化合金でコーティングするステップを含む、請求項１１記載の方法。