JP2016539326A - 炉心格子におけるセンタリングピンの接続アセンブリ、およびセンタリングピンの炉心格子への接続方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】本発明は、加圧水型原子炉の原子炉圧力容器（１）の炉心格子（３）において核燃料要素（２）のセンタリングのために使用されるセンタリングピン（１０）の接続アセンブリに関し、センタリングピン（１０）は炉心格子（３）にあるプレート（４）の取付孔（１６）内に、取付孔（１６）から突き出して拡大された突出部（１９）によって形状接続を形成して保持される。上記の形状接続がまだ存在しない予備組立状態において、固定部分（１８）はその全長において、単一の外径（２６）を有する外套面に延びる外周面（２７）を備えた中空円筒を備える。最終組立状態において、突出部（１９）は拡大工具を使用した拡大の結果として上記の形状接続を形成して拡大される。【選択図】図４

Description

本発明は、加圧水型原子炉の原子炉圧力容器の炉心格子において核燃料要素のセンタリングのために使用されるセンタリングピンの接続アセンブリに関し、およびセンタリングピンの炉心格子への接続方法に関する。上記方式の原子炉は上部と下部の炉心格子を含み、その間に原子炉の核燃料要素が嵌め込まれる。下部炉心格子は、例えば水平に延びる多数のプレート、いわゆる置台プレートを含み、そこに核燃料要素が支持され、かつそこに一般的に２本のセンタリングピンが固定される。

センタリングピンはそれぞれ上記プレートの取付孔内に固定され、その場合、核燃料要素のセンタリングのために使用されるセンタリングピンの第１軸部分は、水平に延びて原子炉圧力容器の中心に向いているプレートの内側から垂直に突き出る。この軸部分は、最終組立状態において、すなわち例えば運転準備ができた原子炉において、核燃料要素脚部もしくは核燃料頭部にある開口部の中に突き出る。センタリングピンの第２軸部分は、プレートにセンタリングピンを固定するために使用され、その目的のためにプレートの取付孔内に挿入される。第２軸部分はその自由端末において半径方向に外側へ変形可能な固定部分に移行し、この固定部分は最終組立状態において孔から突き出て拡大された突出部を用いて、原子炉圧力容器の中心に向かう軸方向に形状接続を形成しながら、プレート内側の反対に向いた外側に後向きにかみ合わされる。

米国特許第５０８９２１５号によって知られている炉心格子において、炉心格子への取付のために、その長手方向中心軸に対して同軸に延びて、固定部分の領域に狭窄部を備えた孔が貫通するセンタリングピンが存在する。固定部分の拡大のために第１軸部分の側からマンドレル棒が孔内に差し込まれ、マンドレル棒は狭窄部を通過する際に固定部分の突出部を拡大し、その結果、センタリングピンは取付孔内に軸方向に固定される。半径方向に外へ向いた変形をマンドレル棒を用いて生じさせることができるように、狭くされた孔領域から半径方向に外側へ延びる切込溝および固定領域の外面から半径方向に内側へ延びる切込溝の形状による材料弱体部が設けられる。したがって周知のセンタリングピンは全体として非常に複雑で、高い製造費用でのみ実現可能な形状を備える。さらなる欠点は、固定部分の拡大のためにマンドレル棒を大きな力でセンタリングピンの狭窄部に差し込まなければならないことである。これはしばしば、マンドレル棒がセンタリングピン内に挟まれて動かなくなるか、または完全に折れてしまう事態をもたらす。

周知の炉心格子において、センタリングピンの固定領域は円周方向に延びる切込溝を備える。この切込溝は、その拡大の際に取付孔の方に向いた上記切込溝の壁がフック方式に基づいて取付孔の周縁に後向きにかみ合わされ、その際に孔周縁に押し付けられるような固定部分の軸方向位置に配置される。この措置態様において、切込溝の壁の軸方向位置は置台プレートの厚さに合わせなければならず、その結果として、異なる厚さを有するプレートに対応して設計されたセンタリングピンを作成しなければならないことは不利である。

周知の炉心格子のさらなる欠点は、センタリングピンを交換する場合、取付孔の周縁にフック状に後向きにかみ合わされた固定部分のために取付孔から取り外すことが困難でしかないことである。

本発明の課題は、上記の欠点に関して改善された、加圧水型原子炉の原子炉圧力容器の炉心格子において核燃料要素のセンタリングのために使用されるセンタリングピンの接続アセンブリを提示し、およびセンタリングピンの炉心格子への接続方法を提示することである。

この課題は、接続アセンブリに関して請求項１に記載の接続アセンブリによって解決され、および方法に関して請求項１２に記載の方法によって解決される。

本発明に基づく接続アセンブリにおいて、軸方向に有効な形状接続がまだ存在しない予備組立状態において、固定部分は、その全長において単一外径を有する円筒の包絡面上に延びる外周面を備える中空円筒である。最終組立状態において、突出部は拡大工具を用いる拡大の結果として軸方向に有効な形状接続を形成して拡大される。

最初に中空円筒状に形成される固定部分の壁厚は、一方で半径方向の拡大が小さな力で可能であるように選択することができるが、それでもなおセンタリングピンがプレートの取付孔に確実に保持されるように配慮しなければならない。薄い壁厚は、拡大工具がセンタリングピンの中心孔を介して固定部分に通されず、その結果として固定部分に対して高コストで形成される中心チャネルの狭窄部と材料を弱体化する切込溝とを備える形状が必要でなくなる、という事実から得られる。本発明において、固定部分を形成するためにセンタリングピンの第２軸部分に正面側の軸方向孔のみが採用されるが、これは僅かな製作費で達成可能である。

固定部分がその全長において単一の外径を有する円筒の包絡面上に延びる外周面、または少なくとも対応する円周部分を備えることによって、センタリングピンは異なる厚みを有する置台プレートに問題なく固定することができる。プレートの厚さが増すことによって、突出部もしくはそれから拡大によって形成される円錐部の大きさが小さくなるだけである。

上述の形態の別の利点は、簡単な態様において、押圧具を使用して第１軸部分の方に向いた力を突出部に加えることによって欠陥のあるセンタリングピンを取付孔から取り外すことができることである。力を加えられた結果として突き出ている円錐部は、予備組当状態において持っていた元の形状に狭まりつつ取付孔の中に押し込まれ、最終的にこの取付孔から押し出される。このような措置は、センタリングピンとプレートとの間の周知の接続形態においては、ほぼ不可能である。

上述した利点は請求項１２に記載の方法に関しても発生する。

本発明を添付図面に関連付けて詳細に説明する。

下部炉心格子が配置された加圧水型原子炉の下部の模式的な断面図を示す。 図１の部分ＩＩを斜め上から見た斜視図を示す。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に対応する断面図を示す。 図３の部分ＩＶを縦断面図において示し、同図はプレートの取付孔に軸方向に固定されたセンタリングピンを示す。 図４に対応する図であり、センタリングピンがまだ取付孔内で軸方向に固定されていない予備組立状態に該当する。 部分的に変更された固定部分を有するセンタリングピンの側面図を示す。 プレートの取付孔へのセンタリングピンの固定を明確にする部分的に断面図で表した模式図を示す。 プレートに固定されたセンタリングピンを図５の矢印ＶＩＩＩの方向に見た底面図を示す。

加圧水型原子炉の原子炉は、中に垂直に延伸してかつ互いに平行に配置された多数の核燃料要素２が配置されている原子炉圧力容器１を含む（図１）。核燃料要素２はその下端もしくはその脚部が下部の炉心格子３によって支持され、その上端もしくはその頭部が上部の炉心格子（図示していない）によって支持される。以下の説明に関しては下部の炉心格子３が引用される。

特に図２および図３から分かるように、原子炉圧力容器１の中心に向いた下部の炉心格子３の内側に、以下略してプレート４と称する多数の置台プレートが配置される。プレート４は、互いに垂直に延伸する格子壁５ａ、５ｂによって構成される基礎格子６に対して垂直距離９を有して配置される。格子壁５ａ、５ｂはそれぞれセルもしくは流路７を取り囲み、その場合、それぞれの流路７は１つの核燃料要素２に割り当てられる。基本的に正方形のプレート４はそれぞれ格子壁５ａ、５ｂの交点に配置され、かつ脚部８を使用してこれらの格子壁に固定される。プレート４に２つのセンタリングピン１０が固定される。

センタリングピン１０は第１軸部分１３と第２軸部分１４に細分され、その場合、２つの部分間の過渡部は第２の部分に向いた半径方向の肩部１５によって構成される。第１軸部分１３は原子炉圧力容器１の中心に向いたプレート４の内側１１から突き出て、核燃料要素２の固定もしくはセンタリングのために使用される。この目的のために第１軸部分１３は核燃料要素脚部にある孔（図示していない）に係合される。上部の炉心格子（図示していない）においても状況は同様である。第２軸部分はプレート４を垂直に貫通する取付孔１６の中に組み込まれる。その自由端１７は半径方向の外側へ変形可能な固定部分１８によって構成される。

第２軸部分１４の長さはプレート４の厚さよりも大きい。したがって取付孔１６に完全に組み込まれたセンタリングピン１０において、突出部１９を有する軸部分１４もしくは固定部分１８は、取付孔１６もしくは原子炉圧力容器１の中心の反対側に向いたプレート４の外側２０から突き出る。最終組立状態において、突出部１９は半径方向の外側へ拡大され、それによって突出部１９はほぼ切頭円錐の形状を呈し、およびそれによってセンタリングピン１０は軸方向の形状接続によって取付孔１６内に保持される。その場合、上記の形状接続は原子炉圧力容器１の中心に向いた軸方向２３（図４）に効力を生じる。対向する軸方向２４において、センタリングピン１０はプレート４の内側１１に接触する半径方向の肩部１５に基づいて形状接続的に保持される。

固定部分１８がまだ半径方向に外側へ拡大されていない予備組立状態において（図５）、固定部分１８は、その全長において単一の外径２６を有する円筒の外套面に延びる外周面２７を備える中空円筒２１である。これは優先的に第２軸部分１４に該当する。外径２６は取付孔１６の直径２８よりも僅かに小さく、その結果、第２軸部分１４は優先的に取付孔１６を遊びなしに貫通する。

突出部１９の拡大は、さらに下に詳細に説明するように、プレート４の外側２０から円錐体２９として形成された拡大工具を用いて、拡大工具が中空円筒２１内にもしくは中空円筒によって限定される挿入開口部３２内に押し込まれることによって行われる。その際に必要な拡大工具の送り方向への力は、中空円筒２１の壁２２の小さい厚さに基づいて同様に小さい。拡大力または拡大の結果として生じる円錐部の強度を調整するために、壁の厚さを変更することができる。別の可能性は、壁２２内を軸方向に延びて、場合によっては壁２２を貫通する切込溝３１を採用することである。

センタリングピン１０は、一方が固定部分１８の内部空間３３に、他方が第１軸部分１３の表面に開口している孔３４を備える。孔３４は優先的にセンタリングピン１０の長手方向中心軸３０に対して同軸に延伸し、かつ垂直方向に上へ流れる原子炉冷却媒体によって内部空間３３が貫流されること、すなわち内部空間３３が如何なるデッドスペースも構成しないことを生じさせる。それに比べて、孔３４は固定部分１８の突出部１９の拡大に対して特別な意味も持たない。このことは、孔３４の直径４１が基本的に半径方向に外へ変形される固定部分１８もしくは中空円筒２１の内径４２よりも小さいことからすでに明らかである。

突出部１９’の拡大は、センタリングピン１０の突出部１９’が少なくとも１つの円周位置Ｕへ拡大され、およびそれによってセンタリングピン１０とプレート４との間の形状接続が作り出されることによって行うこともできる。その場合、突出部は図８から察知されるような円形とは異なる断面形状を備える。上記の実施例において、元来の円形の突出部１９’は側方に圧縮され、その際、突出部は少なくとも近似的に楕円形の断面形状を備える。

上述の接続アセンブリを形成するために、もしくはセンタリングピン１０をプレート４に固定するために、センタリングピンは例えば遠隔操作装置を使用してその第２軸部分１４を用いて予めプレート４の取付孔１６に差し込まれる。固定部分１８もしくはプレート４の外側２０から突き出た突出部１９の拡大は、例えば図７に極めて単純化して示した装置３５を用いて行われる。この装置３５は垂直に移動可能な昇降部３６、例えば油圧シリンダを含み、それの下端に水平に延伸するブラケット３７が固定される。昇降部３６は、ブラケット３７がプレート４を支持する２つの脚部８の間を通って延びるように移動される。次にプレート４の下部にあるブラケット３７の自由端に、上側に拡大工具、すなわちすでに言及した円錐体２９が配置される。昇降部３６が上に移動した場合（矢印３８）、円錐体２９は固定部分１８の挿入開口部３２の中に差し込まれ、突出部１９は円錐形状に拡大される。この拡大の過程でセンタリングピン１０は上から対向保持具３９を用いてプレート４の取付孔１６の中に保持される。センタリングピン１０を半径方向にガイドするためにプレート４の内側１１の上に、垂直に延伸する孔４３が貫通しているプレート状の桁板４０が置かれる。孔４３の直径は、センタリングピン１０の第１軸部分１３がその中に基本的に遊びなしに保持されるように寸法決めされる。

センタリングピン１０の第１軸部分１３は先細の円錐状端末部４４を備え、この端末部４４は、固定部分１８の拡大の間、対向保持具３９の垂直方向に下へ開口して相補的に形成されている収容部４５の中に入る。桁板４０の厚さは、センタリングピン１０の第１軸部分１３が完全に、または少なくとも部分的に孔４３の内部に存在するように寸法決めされる。対向保持具３９の収容部４５を支える部分４６は、この部分を基本的に孔４３の中に遊びなしに差し込むことができるように形成される。センタリングピン１０の炉心構脚３への取付は周知のように水の存在下で行われるので、センタリングピン１０の円錐状端末部上に対向保持具３９を乗せる際に収容部４５の中に存在する水がこのプロセスを妨げないように配慮しなければならない。そのために対向保持具３９の中に収容部４５に開口する排水孔４７が存在する。

図８に示した例において、上述の方法を同様に使用することができる。しかし、拡大工具は円錐体ではなく、例えばプライヤ工具（図示していない）として形成され、これを用いて予備組立状態において円形の突出部１９’は側方に圧縮される。したがって最終組立状態において突出部１９’は少なくとも近似的に楕円形の断面形状を呈し、その際、突出部１９’は正反対にある２つの周囲位置Ｕ１、Ｕ２に拡大される。上記の位置において突出部１９’はプレート４を貫通する開口部１６の周縁に後向きにかみ合わされる。それによって、センタリングピン１０はプレート４もしくは開口部１６に形状接続的に固定される。

Claims (17)

1. センタリングピン（１０）は炉心格子（３）にあるプレート（４）の取付孔（１６）内に固定され、核燃料要素（２）のセンタリングのために使用される前記センタリングピン（１０）の第１軸部分（１３）は、水平に延伸して原子炉圧力容器（１）の中心に向いた前記プレート（４）の内側（１１）から突き出し、前記センタリングピン（１０）の第２軸部分（１４）は前記取付孔（１６）の中に差し込まれ、前記第２軸部分（１４）の自由端（１７）は半径方向に外側へ変形可能な固定部分（１８）によって形成され、前記固定部分（１８）は前記取付孔（１６）から突き出して拡大される突出部（１９）によって前記原子炉圧力容器（１）の中心に向いた軸方向（２３）における形状接続を形成しながら、前記プレート（４）の前記内側（１１）の反対に向いた外側（２０）に後向きにかみ合わされる、
   加圧水型原子炉の前記原子炉圧力容器（１）の前記炉心格子（３）において前記核燃料要素（２）のセンタリングのために使用される前記センタリングピン（１０）の接続アセンブリであって、
   ・前記形状接続がまだ存在していない予備組立状態において、前記固定部分（１８）はその全長において単一の外径（２６）を有する外套面に延びる外周面（２７）を備えた中空円筒を備え、
   ・最終組立状態において、前記突出部（１９）は拡大工具を使用した拡大の結果として上記の形状接続を形成して拡大される、
   ことを特徴とする接続アセンブリ。
2. 前記中空円筒（２１）の壁（２２）は予備組立状態において拡大工具に対する挿入開口部（３２）を限定し、その場合、前記突出部（１９）は円錐状に拡大される、ことを特徴とする請求項１に記載の接続アセンブリ。
3. 最終組立状態において、前記突出部（１９）は、前記突出部（１９）が少なくとも１つの円周位置（）に拡大されるように変形される、ことを特徴とする請求項１に記載の接続アセンブリ。
4. 前記突出部（１９）は最終組立状態において円形から逸れた断面形状を備える、ことを特徴とする請求項３に記載の接続アセンブリ。
5. 前記突出部（１９）は最終組立状態において楕円の断面形状を備える、ことを特徴とする請求項４に記載の接続アセンブリ。
6. 前記中空円筒（２１）の前記壁（２２）は、軸方向に延伸して少なくともその長さの一部に渡って延びる切込溝（３１）を備える、ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の接続アセンブリ。
7. 前記切込溝（３１）は前記壁（２２）を貫通する、ことを特徴とする請求項６に記載の接続アセンブリ。
8. 前記センタリングピン（１０）は半径方向に外へ延びる半径方向の肩部（１５）を用いて前記プレート（４）の前記内側（１１）に乗せられる、ことを特徴とする上記請求項の１つに記載の接続アセンブリ。
9. 前記センタリングピン（１０）は孔（３４）を備え、前記孔（３４）は一方が前記中空円筒（２１）の内部空間（３３）に、他方が前記第１軸部分（１３）の表面に開口する、ことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の接続アセンブリ。
10. 前記孔（３４）は前記センタリングピン（１０）の中心縦軸（３０）に対して同軸に延伸する、ことを特徴とする請求項９に記載の接続アセンブリ。
11. 前記孔（３４）の直径（４１）は前記中空円筒（２１）の内径（４２）より小さい、ことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の接続アセンブリ。
12. センタリングピン（１０）が炉心格子（３）に存在するプレート（４）の取付孔（１６）に固定される、加圧水型原子炉の原子炉圧力容器（１）の炉心格子（３）にセンタリングピン（１０）を接続するための方法であって、
    ａ）第１軸部分（１３）と第２軸部分（１４）を有するセンタリングピン（１０）が用意されるステップを含み、
    ・前記第１軸部分（１３）は核燃料要素（２）をセンタリングするために使用され、
    ・前記第２軸部分（１４）はその自由端（１７）において半径方向に外側へ変形可能な固定部分（１８）に移行し、
    ・前記第２軸部分（１４）の長さは前記プレート（４）の厚さより大きく、
    前記方法はさらに
    ｂ）前記センタリングピン（１０）は、前記第１軸部分（１３）が水平に延伸して前記原子炉圧力容器（１）の中心に向いた前記プレート（４）の内側（１１）から突き出し、かつ突出部（１９）を有する前記固定部分（１８）が前記プレート（４）の前記内側（１１）の反対に向いた外側（２０）から突き出すように、その前記第２軸部分（１４）を用いて前記取付孔（１６）に垂直に挿入されるステップと、
    ｃ）前記プレート（４）の前記外側（２０）から前記突出部（１９）に拡大工具が近づけられ、前記突出部（１９）は前記拡大工具を用いて、前記突出部（１９）が前記原子炉圧力容器（１）の中心に向いた軸方向（２３）において形状接続を形成しながら、プレート（４）の前記外側（２０）に後向きにかみ合わされるように拡大されるステップと、
    ｄ）前記固定部分（１８）の前記突出部（１９）の拡大の間、センタリングピン（１０）は対向保持具（３９）を用いて前記取付孔（１６）内に保持されるステップと、
    を有することを特徴とする方法。
13. その固定部分（１８）が中空円筒（２１）として形成されるセンタリングピン（１０）が使用される、ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 前記中空円筒（２１）の壁（２２）は、前記突出部（１９）を半径方向に拡大するための前記拡大工具が挿入される挿入開口部（３２）を限定する、ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 拡大工具として円錐体（２９）が前記挿入開口部（３２）内に押し込まれる、ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 前記突出部（１９）は前記拡大工具を使用して少なくとも１つの円周位置に拡大される、ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
17. 前記突出部（１９）は前記拡大工具を使用して側方に圧縮される、ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。

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