JP2015105867A - シュラウド支持装置およびシュラウド支持装置改造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】当初設計時の地震荷重が変更された場合においても、支持ロッドの周囲の構造物への影響を極力少なく耐震裕度を確保する。【解決手段】実施形態によれば、シュラウド支持装置のシュラウド支持機構１０は、原子炉圧力容器の内面とシュラウド２の外面間に形成される環状部に設けられて、原子炉圧力容器内のバッフルプレート３と下部結合部１１ａにおいて結合して上方に延びる支持ロッド１１と、支持ロッド１１の上端の上部結合部１１ｂで結合して設けられて、シュラウド２の上端を拘束する上部レストレイント１２と、支持ロッド１１に取り付けられて支持ロッド１１への地震時の荷重を軽減する荷重低減部材２０と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、シュラウド支持装置およびシュラウド支持装置の改造方法に関する。

沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器内の構造物であるシュラウドの補修に用いる支持ロッドは、シュラウド内の全ての周溶接部についてそれぞれが全周にわたって破断した状態においても支持ロッドによる拘束力によって、シュラウドの機能を維持することを目的としたものである。

支持ロッドは、半径方向については原子炉圧力容器の内面とシュラウド外面との間、周方向については互いに隣接するジェットポンプの間に設置されている。また、鉛直方向についてはシュラウド上部とバッフルプレートとの間に設置され、シュラウド上部とバッフルプレートを締結または連結している。また、シュラウド内の全ての周方向溶接部が全周破断した状態においてもシュラウドの機能を維持するために、シュラウドの水平方向への移動を拘束するための各部材が支持ロッドに取り付けられている。

支持ロッドはこのように狭隘部に設置されているため、支持ロッドの剛性を上げるためにその断面積を大きくすることは難しく、支持ロッドが長尺であり支持点が少ないため、地震の影響を受けやすい。しかし、支持ロッドの取り付け方法に関する技術やシュラウドにひびが入っても分離しないことを目的とした支持ロッドに関する技術は知られているが、いずれも耐震性向上の観点からの技術ではない。

米国特許第５４０２５７０号公報

原子力発電所の耐震設計における地震荷重条件は、近年、大きく増大している。このため、現在の地震荷重条件が、従来の装置を設計した時点における地震荷重条件から大幅に増加している場合がある。このため、現在の地震荷重条件に基づく地震時の評価では、支持ロッドに発生する応力が大きくなり、支持ロッドについて当初の耐震裕度を確保することが難しい場合がある。

また耐震裕度を確保するために、発生応力の低減を目的とした補強または取替えを行う場合、従来の装置では、周囲の構造物の制約によって、断面積を増やすことなどによって、より剛性の高い支持ロッド等に変更することが難しいという課題があった。

そこで、本発明の実施形態は、支持ロッドの周囲の構造物への影響を極力少なく耐震裕度を確保することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本実施形態は、原子炉圧力容器内のシュラウドの外周部に取り付けられたシュラウド支持機構を備えるシュラウド支持装置であって、前記シュラウド支持機構は、前記原子炉圧力容器の内面と前記シュラウドの外面間に形成される環状部に鉛直方向に設けられ、前記原子炉圧力容器内のバッフルプレートと下部結合部において結合して上方に延びる支持ロッドと、前記支持ロッドの上端の上部結合部で結合して設けられて、前記シュラウドの上端を拘束する上部レストレイントと、前記支持ロッドに取り付けられて、前記支持ロッドへの地震時の荷重を軽減する荷重低減部材と、を有することを特徴とする。

また、本実施形態は、原子炉圧力容器内バッフルプレートに下部結合部が結合し、上端は、前記支持ロッドの上端の上部結合部と結合して設けられて前記原子炉圧力容器内のシュラウドの上端を拘束する上部レストレイントと接続された支持ロッドが設けられたシュラウド支持装置の改造方法であって、複数に分割されたクランプ部を有する荷重低減部材を、前記クランプ部が開いた状態で前記原子炉圧力容器の上部から前記支持ロッドへの取り付け部近傍に吊り降ろし、前記クランプ部を閉じてから締結部材で固定することで前記支持ロッドに取り付けることで前記荷重低減部材を前記支持ロッドに固定する、ことを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、支持ロッドの周囲の構造物への影響を極力少なく耐震裕度を確保することができる。

第１の実施形態に係るシュラウド支持装置の原子炉圧力容器内の配置を示す水平断面図である。 第１の実施形態に係るシュラウド支持装置の原子炉圧力容器内の配置を示す図１のＩＩ−ＩＩ矢視立断面図である。 第１の実施形態に係るシュラウド支持装置の原子炉圧力容器内の配置を示す図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視立断面図である。 第１の実施形態に係るシュラウド支持装置の効果を説明するためのグラフである。 第１の実施形態に係るシュラウド支持装置改造方法における手順を示すブロック図である。 第１の実施形態に係るシュラウド支持装置改造方法における錘の支持ロッドへの取り付け方法を示す斜視図であり、（a）は取り付け中の状態、（ｂ）は締結時の状態を示す。 第２の実施形態に係るシュラウド支持装置の原子炉圧力容器内の配置を示す立断面図である。 第２の実施形態に係るシュラウド支持装置の効果を説明するためのグラフである。 第３の実施形態に係るシュラウド支持装置の原子炉圧力容器内の配置を示す立断面図である。 第３の実施形態に係るシュラウド支持装置の原子炉圧力容器内の配置を示す水平断面図である。 第４の実施形態に係るシュラウド支持装置の原子炉圧力容器内の配置を示す立断面図である。 第４の実施形態に係るシュラウド支持装置の原子炉圧力容器内の配置を示す水平断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るシュラウド支持装置について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係るシュラウド支持装置の原子炉圧力容器内の配置を示す水平断面図である。原子炉圧力容器１は、鉛直方向に軸を持つ円筒形で、上下に鏡板を有する。原子炉圧力容器１の内部に設けられたシュラウド２は、炉心燃料の支持機能、原子炉圧力容器内の流路形成のための隔壁としての機能、原子炉冷却材喪失事故時の炉心の冠水のための機能を確保するために設けられている。原子炉圧力容器１の内面側とシュラウド２の外面側は、環状部５を形成している。環状部５には、シュラウド支持装置が設けられている。シュラウド支持装置は、周方向に互いに間隔をおいて４か所に設けられたシュラウド支持機構１０を有する。

シュラウド支持機構１０はそれぞれ、互いに周方向に隣接するジェットポンプ４の間に設けられている。なお、ジェットポンプは、シュラウドの周方向に沿って多数並んでいるが、図１では、シュラウド支持機構１０に隣接するディフューザの位置をジェットポンプ４として模式的に表示している。

図２は、第１の実施形態に係るシュラウド支持装置の原子炉圧力容器内の配置を示す図１のＩＩ−ＩＩ矢視立断面図である。また、図３は、第１の実施形態に係るシュラウド支持装置の原子炉圧力容器内の配置を示す図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視立断面図である。１つのシュラウド支持機構１０は、その両側に設けられたジェトポンプ４の間に設けられている。ジェットポンプ４は、バッフルプレート３上に据え付けられ、環状部５（図１）内の原子炉冷却材をバッフルプレート３の下側の空間に流出させる。

シュラウド支持機構１０は、鉛直方向に延びた支持ロッド１１、上部レストレイント１２、および支持ロッド１１の固有振動数を調整するための２つの錘２０を有する。支持ロッド１１は、その下部がバッフルプレート３と下部結合部１１ａで結合している。下部結合部１１ａは、支持ロッド１１がバッフルプレート３を貫通し、支持ロッド１１のバッフルプレート３から下方に突出した部分に図示しないピン止めが施されることによって、支持ロッド１１とバッフルプレート３とが結合している。

また、支持ロッド１１は、その上端に設けられた上部レストレイント１２と上部結合部１１ｂで結合している。上部結合部１１ｂでは、支持ロッド１１が、上部レストレイント１２を貫通し固定具によって上部レストレイント１２と固定されることによって、支持ロッド１１と上部レストレイント１２とが結合している。

上部レストレイント１２は、その高さ方向のほぼ中央の水平断面がほぼ四角形のブロックであり、原子炉圧力容器１の内面に対向する第１の面は原子炉圧力容器１の内面にほぼ平行に形成されている。また、第１の面と反対側のシュラウド２に対向する面は、シュラウド２の外面にほぼ平行に形成されている。また、上部レストレイント１２の上端は、シュラウド２の円筒部分の上端にオーバハングし、オーバハング部１２ａによって鉛直下方にシュラウド２を拘束するように形成されている。

このように、バッフルプレート３と支持ロッド１１との下部結合部１１ａ、支持ロッド１１、支持ロッド１１と上部レストレイント１２との上部結合部１１ｂ、上部レストレイント１２のシュラウド２の円筒部分の上端とのオーバハング部１２ａによって、シュラウド２を鉛直方向に挟み込んで、シュラウド２に鉛直方向の圧縮力を与えるように形成されている。

さらに上部レストレイント１２は、シュラウド２の周方向溶接部が全周破断した状態においてもシュラウド２の機能を維持するために、シュラウド２の水平方向への移動を拘束する機能も有する。また、さらのその下方のシュラウド２の水平方向への移動を拘束するため、上部レストレイント１２、上部リミットストップ１３、下部レストレイント１４、下部リミットストップ１５が支持ロッド１１に取付けられている。

２つの錘２０は、互いに鉛直方向に距離を置いて支持ロッド１１に取り付けられている。また、錘２０は、ほぼ球形である。なお、錘２０は、２つの場合を示したが、２つには限定されない。たとえば、１つでもよいし、３つ以上でもよい。また、形状が球形の場合を示したが、球形には限定されず、たとえば、直方体などでもよい。あるいは、配置上の制約によりさらに複雑な形状をとる必要があれば、そのような形状でもよい。

図４は、第１の実施形態に係るシュラウド支持装置の効果を説明するためのグラフである。図４の横軸は、振動の振動数（Ｈｚ）であり、縦軸は、加速度（ｇａｌ）を示し、図４は、所定の地震動（たとえば、設計時の評価用の地震動）における原子炉圧力容器１や炉内構造物の加速度（ｇａｌ）のスペクトル特性を模擬的に示している。図４では、錘２０が設けられていないシュラウド支持機構１０の固有振動数ｆ１が加速度スペクトルのピークの領域内にある場合、加速度が高い値となる。これは、シュラウド支持機構１０が所定の地震動と共振して、シュラウド支持機構１０に大きな荷重がかかることを意味する。

これに対して、荷重低減部材である錘２０を追加することで、シュラウド支持機構１０の固有振動数を加速度スペクトルのピーク領域外のｆ２とすることで、所定の地震動によりシュラウド支持機構１０にかかる加速度をアルファからアルファ２にていかさせることができる。この結果、地震時にシュラウド支持装置の各シュラウド支持機構１０が共振することを回避し、地震時の荷重が低減される。

図５は、第１の実施形態に係るシュラウド支持装置改造方法における手順を示すブロック図である。図５は、原子炉の運転がなされている運転プラントにおいて、シュラウド２にクラック等が確認されたことによって、すでに支持ロッド１１および上部レストレイント１２が取り付けられている場合に、シュラウド支持機構１０を補強する方法についての手順を示している。

まず、錘２０を追加する場合についての、錘の質量、取り付け位置、形状などの仕様を設定し、その場合のシュラウド支持機構１０の固有振動数、その固有振動数の場合の地震時の加速度を算出する。また、錘の質量については、取り付け位置の周囲の配置による錘の体積の制約条件を考慮する。追加仕様とそれに対する地震時の加速度の算出過程を繰り返し、最適な錘２０の追加内容の仕様を決定する（ステップＳ０１）。

次に、製作された錘２０を、原子炉圧力容器１の上方から吊り降ろし、支持ロッド１１への取り付け位置まで搬入する（ステップＳ０２）。錘２０を搬入した後、錘２０を、取り付け治具を用いて、支持ロッド１１に取り付ける（ステップＳ０３）。これらの際には、錘２０の形状やプラントの設計を考慮して専用の取り付け治具を用意することが望ましい。

図６は、第１の実施形態に係るシュラウド支持装置改造方法における錘の支持ロッドへの取り付け方法を示す斜視図であり、（ａ）は取り付け中の状態、（ｂ）は締結時の状態を示す。錘２０は、第１の半割れ部材２１ａと第２の半割れ部材２１ｂとを有する。第１の半割れ部材２１ａと第２の半割れ部材２１ｂとは、互いに対向するようにそれぞれの片端を蝶番２２で結合されている。

第１の半割れ部材２１ａと第２の半割れ部材２１ｂが、閉じた状態で、中央に互いに対向した状態において、中央に支持ロッド１１を挟めるように、それぞれの対向面に半円筒状の凹部が形成されている。また、中央に支持ロッド１１を挟んだ状態では、支持ロッド１１を締め付けられるように、第１の半割れ部材２１ａと第２の半割れ部材２１ｂを結合する締結部材２３が、第１の半割れ部材２１ａに予め設けられている。また、締結部材２３にはボルト孔２３ａが設けられ、第２の半割れ部材２１ｂにもボルト孔２３ａと対応する位置にボルト穴２１ｃが設けられている。

まず、錘２０が、取り付け位置近傍に搬入されたら、蝶番２２を中心に、第１の半割れ部材２１ａと第２の半割れ部材２１ｂを水平方向に広げる。次に、第１の半割れ部材２１ａと第２の半割れ部材２１ｂを水平方向に広げた状態で、支持ロッド１１が中央に来るように錘２０を移動させる（図６（ａ））。錘２０を支持ロッド１１への取り付け位置に移動させた後に、第１の半割れ部材２１ａと第２の半割れ部材２１ｂを閉じて、締結部材２３と第２の半割れ部材２１ｂのボルト穴２１ｃをボルト２３ｂによって締結することで第１の半割れ部材２１ａと第２の半割れ部材２１ｂで支持ロッド１１を締め付け、錘２０を支持ロッド１１に固定する（図６（ｂ））。

なお、締結部材２３により締め付ける場合を示したが、これに限定されない。たとえば、第１の半割れ部材２１ａと第２の半割れ部材２１ｂとが互いに嵌合するように、それぞれに凹部と凸部を形成して、平面的に重なり合う部分にボルトを貫通させることでもよい。あるいは、バネを用いた結合方式を用いてもよい。

以上のように、本実施形態によって、支持ロッドの周囲の構造物への影響を極力少なく耐震裕度を確保することができる。

［第２の実施形態］
図７は、第２の実施形態に係るシュラウド支持装置の原子炉圧力容器内の配置を示す立断面図である。本実施形態は、第１の実施形態の変形である。第１の実施形態においては、荷重低減部材として錘２０が設けられている。一方、本第２の実施形態においては、荷重低減部材として、支持ロッド１１の長手方向の支持間隔を短くするための複数の支持板３１が設けられている。支持板３１は、支持ロッド１１の鉛直方向に互いに間隔をあけて設けられている。

それぞれの支持板３１は、支持ロッド１１に水平に取り付けられている。支持板３１は、平板状であり、第１の辺部は原子炉圧力容器１の内面に沿った形状に形成されて原子炉圧力容器１の内面に接している。また、支持板３１の第１の辺部と反対側の第２の辺部は、シュラウド２の外面に沿った形状に形成されてシュラウドの外面との間に微小のクリアランスを有する。

図８は、第２の実施形態に係るシュラウド支持装置の効果を説明するためのグラフである。本実施形態による支持板３１を設けた場合、シュラウド支持機構１０の固有振動数は、第１の実施形態のように錘２０を追加する場合と異なり、支持板３１を追加する前より高くなる（ｆ３）。一方、これによってシュラウド支持機構１０の固有振動数がピーク領域から外れるのは第１の実施形態と同様である。

本実施形態によれば、支持板３１を微小なクリアランスをもって原子炉圧力容器１の内面、シュラウド２の外面と接するように設けることで、支持ロッド１１の水平方向の変位を制限し、支持ロッド１１にかかる荷重を低減することができる。

また、シュラウド支持機構１０の固有振動数を、地震動に対して共振しない範囲に変化させることで、シュラウド支持機構１０にかかる荷重を低減させることができる。

［第３の実施形態］
図９は、第３の実施形態に係るシュラウド支持装置の原子炉圧力容器内の配置を示す立断面図である。また、図１０は、第３の実施形態に係るシュラウド支持装置の原子炉圧力容器内の配置を示す水平断面図である。

本実施形態は、第１の実施形態の変形である。第１の実施形態においては、荷重低減部材として錘２０が設けられている。一方、本第３の実施形態においては、荷重低減部材として、流体連成用部材４１が設けられている。

流体連成用部材４１は、環状部５に鉛直方向および円周方向に広がり、原子炉圧力容器１の内面に沿った曲板形状に形成された板部材である。流体連成用部材４１は、原子炉圧力容器１との間に所定のクリアランスを保ちながら、原子炉圧力容器１に近接して設けられている。流体連成用部材４１は、ブラケット４２を介して支持ロッド１１に取り付けられている。

流体連成用部材４１と原子炉圧力容器１間は、通常、冷却材で満たされている。地震発生時には、流体連成用部材４１と支持ロッド１１は、一体として振動するが、この際、流体連成用部材４１によって、原子炉圧力容器１と流体を介して連成されて振動する。支持ロッド１１は、原子炉圧力容器１と連成して振動することにより、水平方向の変位が制限され、支持ロッド１１に発生する荷重を低減することができる。

なお、流体連成用部材４１は、上述した形状に限定されず、上述した機能を発揮できるように、原子炉圧力容器１と対向する面の面積、形状、原子炉圧力容器１との距離等が設定されていればよい。例えば、原子炉圧力容器１と対向する面が連続的な曲面でなく、平面を所定距離毎に屈曲させた形状であってもよい。また、複数に分けて支持ロッド１１に取り付けられたものであってもよい。

［第４の実施形態］
図１１は、第４の実施形態に係るシュラウド支持装置の原子炉圧力容器内の配置を示す立断面図である。また、図１２は、第４の実施形態に係るシュラウド支持装置の原子炉圧力容器内の配置を示す水平断面図である。

本実施形態では、支持ロッド１１に羽根状の羽根状部材５１が設けられている。羽根状部材５１は、環状部５に鉛直方向および円周方向に広がる平板状に形成されている。

シュラウド支持機構１０は、環状部５内の流体である原子炉冷却材中に浸漬している。このため、地震発生時には、羽根状部材５１を設けることで、周囲の流体から受ける流体抵抗力を増大させることができる。これにより、本実施形態における荷重低減部である羽根状部材５１を設けることによって、地震発生時に、流体抵抗力によって振動が制限され、また、流体抵抗力による減衰効果も増大されて振動の減衰が速くなるという効果を生ずる。

なお、羽根状部材５１は、シュラウド支持機構１０の受ける流体抵抗力を十分増大させられる大きさであればよく、上述した構成や羽根形状に限定されるものではない。しかし、少ない物量で効率よく効果を生じ、また原子炉内に設置済みのシュラウド支持機構１０に追加する際の設置の容易さから、本実施形態による構成が好ましい。

［その他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。たとえば、実施形態１と実施形態３、実施形態４を組み合わせてもよい。また、実施形態２と実施形態３、実施形態４を組み合わせてもよい。

また、実施形態１において図５に示したシュラウド支持装置改造方法における手順は、
実施形態２ないし実施形態４においても同様である。また、実施形態１において荷重低減部材としての錘の取り付け方法を示した。他の実施形態については、説明を省略したが、それぞれの荷重低減部材を支持ロッド１１に取り付ける部分をクランプ構造とし、第１の実施形態と同様に固定する要領で行う。

さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…原子炉圧力容器、２…シュラウド、３……バッフルプレート、４…ジェットポンプ、５…環状部、１０…シュラウド支持機構、１１…支持ロッド、１１ａ…下部結合部、１１ｂ…上部結合部、１２…上部レストレイント、１２ａ…オーバハング部、１３…上部リミットストップ、１４…下部レストレイント、１５…下部リミットストップ、２０…錘（荷重低減部材）、２１ａ…第１の半割れ部材、２１ｂ…第２の半割れ部材、２１ｃ…ボルト穴、２２…蝶番、２３…締結部材、２３ａ…ボルト孔、２３ｂ…ボルト、３１…支持板（荷重低減部材）、４１…流体連成用部材（荷重低減部材）、４２…ブラケット、５１…羽根状部材（荷重低減部材）

Claims (6)

1. 原子炉圧力容器内のシュラウドの外周部に取り付けられたシュラウド支持機構を備えるシュラウド支持装置であって、
   前記シュラウド支持機構は、前記原子炉圧力容器の内面と前記シュラウドの外面間に形成される環状部に鉛直方向に設けられ、前記原子炉圧力容器内のバッフルプレートと下部結合部において結合して上方に延びる支持ロッドと、
   前記支持ロッドの上端の上部結合部で結合して設けられて、前記シュラウドの上端を拘束する上部レストレイントと、
   前記支持ロッドに取り付けられて、前記支持ロッドへの地震時の荷重を軽減する荷重低減部材と、
   を有することを特徴とするシュラウド支持装置。
2. 前記荷重低減部材は、前記支持ロッドの前記下部結合部と前記上部結合部との間の部分に取り付けられた錘を有することを特徴とする請求項１に記載のシュラウド支持装置。
3. 前記荷重低減部材は、前記支持ロッドの前記下部結合部と前記上部結合部との間の部分に前記原子炉圧力容器内面および前記シュラウドの外面間にわたるように取り付けられた支持板を有することを特徴とする請求項１に記載のシュラウド支持装置。
4. 前記荷重低減部材は、流体連成用部材を有し、
   この流体連成用部材は、前記支持ロッドに取り付けられたブラケットと、このブラケットから支持され前記支持ロッドよりも前記原子炉圧力容器の内面に近接して配置され前記原子炉圧力容器に対向する面を有する板部材と、
   を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のシュラウド支持装置。
5. 前記荷重低減部材は、前記支持ロッドの前記下部結合部と前記上部結合部との間の部分に前記環状部の円周方向におよび鉛直方向に拡がった平板を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のシュラウド支持装置。
6. 原子炉圧力容器内バッフルプレートに下部結合部が結合し、上端は、前記支持ロッドの上端の上部結合部と結合して設けられて前記原子炉圧力容器内のシュラウドの上端を拘束する上部レストレイントと接続された支持ロッドが設けられたシュラウド支持装置の改造方法であって、
   複数に分割されたクランプ部を有する荷重低減部材を、前記クランプ部が開いた状態で前記原子炉圧力容器の上部から前記支持ロッドへの取り付け部近傍に吊り降ろし、
   前記クランプ部を閉じてから締結部材で固定することで前記支持ロッドに取り付けることで前記荷重低減部材を前記支持ロッドに固定する、
   ことを特徴とするシュラウド支持装置改造方法。

Images