JP2017510805A - Ｂｗｒ給水スパージャ用の先端ブラケットピンクランプ - Google Patents

Abstract

沸騰水型原子炉の給水スパージャ用のクランプが開示および説明される。クランプアセンブリは、基部および協働ボルト、反動アーム、およびクロスピンを含む。クロスピンを除いて、それらの部品は予め組み立てられ、次にスパージャピンヘッド上に取り付けられる。次に、クロスピンは、クランプ基部を通して、かつ、スパージャピンを通して取り付けられる。次に、クランプボルトは、締め付けられ、クランプおよびスパージャピンを係止する。クランプは、スパージャピンの周りに３６０度伸長する増加した表面積を提供する。この増加した表面積は、プラント稼働中のクランプまたはブラケットの磨滅の可能性を減少し、クランプは、元のピンヘッドまたはブラケットが磨滅したなら、先端ブラケットの接触面に相対的なスパージャピンヘッドの位置を復元する。

Description

本発明は、沸騰水型原子炉の給水スパージャに関し、より具体的には、給水スパージャの先端ブラケットアセンブリ用のクランプに関する。

本発明は、様々な産業にて使用されてもよいが、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の原子力発電所の環境が、本明細書にて説明目的で議論されるだろう。ＢＷＲにおいて、気水混合物が、原子炉冷却材（水）が炉心を通して上方に移動する際に生成され、燃料によって生成された熱を吸収する。気水混合物は、炉心の上部を出発して、湿分分離器に入り、そこで、蒸気が蒸気ラインに入ることが可能となる前に、水滴が除去される。蒸気ラインは、蒸気を主タービンに向け、このことは、蒸気による、主タービンおよび取り付けた発電機の回転を引き起こす。次に、蒸気は、これが水に凝縮される凝縮器に排気される。結果として生じる水は、凝縮器から原子炉容器に給水として汲み戻される。再循環ポンプおよびジェットポンプは、オペレータが炉心を通した冷却材の流れを変えて、原子炉出力を変更することを可能にする。

ＢＷＲ容器内で、複数の炉心シュラウドが、炉心を囲み、環／降水管（炉心シュラウドと原子炉容器壁との間の空間）を通る下方への冷却材の流れを炉心および燃料束を通した上方への流れから分離する障壁を提供する。給水が複数のノズルを通して原子炉容器内に注入され、複数の給水スパージャによって分配される。その複数の給水スパージャは、原子炉容器内に配置され、原子炉容器の内半径と同心状態で曲げられた二つの管の分岐を備えた中央Ｔ接続部を含む。各曲げられた管は、給水が注入されるノズル一式を有する。

各曲げられた管は、管に溶接された先端ブラケットを有する。複数の先端ブラケットは、Ｃ形状をして、原子炉容器壁に溶接される取付けラグを囲む。比較的大きな直径のヘッドを有する複数のピンが、先端ブラケットおよび取付けラグを通して挿入される。各ピンは底部に、ピンの肩部に対してきつく取り付けられた固定用のナットを有し、ピンのヘッドが当該ブラケットの上部に対して停止している間に、当該ナットと先端ブラケットの底部との間の隙間を可能にする。スパージャ先端ブラケットは、取付けラグに軸方向に固定されるが、当該先端ブラケットは溝がつけられ、給水スパージャアセンブリの相対的な熱膨張および熱収縮を許容する。図７は、ピン２およびブラケット３を含む典型的なスパージャ先端ブラケットアセンブリの部分断面等角図を示す。

複数のスパージャの目視検査により、複数の先端ブラケットおよび複数のピンヘッドの磨滅が明らかにされた。磨滅は、ブラケットに相対するピンの振動によって引き起こされ、これは流れにより誘発された振動によって引き起こされるものと考えられる。

本発明は、上記に議論した磨滅の問題に対する解決策を提供し、給水スパージャ用の先端ブラケットピンに取り付けられ、給水スパージャ用の先端ブラケットピンを除去することなく、ピンヘッドのベアリング面積を増加させるクランプとして集合的に作用するいくつかの構成要素を含む。クランプの増加した表面積は、ブラケットのより大きい面積にわたりスパージャピンの重量を分散させ、それにより、ブラケットの表面に相対するピンヘッドの単位面積当たりの負荷を低減する。より大きい接触面積により、将来的なブラケットおよび／あるいはピン磨滅は減少するであろう。さらに、当該装置はまた、元のピンヘッドまたはブラケットが磨滅したなら、先端ブラケットの接触面と相対的なスパージャピンヘッドの位置を復元する。

クランプアセンブリは、基部および協働ボルト、反動アーム、およびクロスピンを含む。クロスピンを除いては、部品は予め組み立てられ、次にスパージャブラケットの表面の上方にスパージャピンヘッドを持ち上げた後、スパージャピンヘッドの上に取り付けられる。次に、クロスピンが、クランプ基部を通し、かつ、スパージャピンヘッドの（予め存在する）穴を通して取り付けられる。次に、クランプボルトが、締め付けられ、スパージャピンヘッドの上面に対して反動アームを押し付ける。これにより、ダウエルピン（反動アームをクランプボルトに係止する）をクランプ基部内に捕捉し、スパージャピンヘッドをクロスピンに対して押し当て、クランプ基部上の接触面に対してクロスピンを押し付ける。次に、所定トルクが当該ボルトにかけられ、クランプをスパージャピンヘッドに固定する。クランプボルトを締めることにより、反動アームを下げ、反動アームの遠位端にクロスピンを捕捉させ、それをクランプ基部と係止する。プラント稼働中のボルトの移動を防止するために、圧着カップは、ボルト軸の特徴となるよう変形させられる。クランプは、ボルトのトルク低減を行うことによりスパージャピンから除去することができる。トルク低減プロセスに応じるために、圧着カップは、クランプ基部に対して係止ピンで固定され、圧着カップの移動を防止する。クランプの再取り付けは、圧着カップを置き換えた後に可能である。

本発明は、複数の添付の図面を参照して記載されるが、それらの図面は、複数の例示的な実施形態を図示し、図面において、同様な参照符号は同様な要素を参照する。本明細書に開示される複数の実施形態および図は、限定的よりもむしろ例示的と考えるべきことが意図される。

本発明のクランプアセンブリの複数の構成要素の分解斜視図を示す。 スパージャブラケットピンのヘッド上の適所にある、図１のクランプアセンブリの断面図を示す。 図１のクランプアセンブリの基部の等角図を示す。 図１のクランプアセンブリのボルトの等角図を示す。 図１のクランプアセンブリの反動アームの等角図を示す。 図１のクランプアセンブリの圧着カップの等角図を示す。 典型的なスパージャ先端ブラケットおよびピンアセンブリの部分断面等角図を示す。

図１は、本発明のクランプアセンブリ１の複数の構成要素の分解斜視図を示し、図２は、スパージャブラケットピン２のヘッド上の使用位置におけるクランプアセンブリ１の断面図を示す。クランプアセンブリ１は、スパージャピン２のヘッド上および周りに適合するように構成されたチャンバ１０１を画定する本体を備えた基部１０を含む。好適な実施形態において、基部１０は、１または複数の側壁１１０、および上壁１１２を含む。図１および２に図示された基部１０の実施形態は、複数の側壁１１０を備えた角のある形状を有するが、基部１０は、単一の側壁１１０のみを有しうる、丸または円形状などの代替のプロファイルを有してもよい。いずれにせよ、基部１０は、面取りされるか、斜面をつけられてもよい、チャンバ１０１を画定する本体を有し、スパージャピン２上への基部１０の配置を容易にする。

基部１０の本体は、これを貫通する複数の穴を画定する。基部本体１０は、側壁１１０を通過する穴１０２を画定する。好ましくは、対応する穴１０２は、対向する側壁１１０を通過し、基部１０を完全に通る通路を画定する。基部１０はさらに、上壁１１２を通過する穴１０４を画定する。この上部の穴１０４は、ボルト１２上の対応するねじ山と係合するようにねじ筋が付けられている。

クランプアセンブリ１は、側壁の開口部１０２を通して基部１０と係合するように構成される反動アーム１４をさらに含む。好適な実施形態において、反動アーム１４は、実質的に直角をなすアーム１４１および１４２を画定するＬ形状を有する。反動アームは、近位アーム１４２が基部側壁１１０に隣接して下方に伸長するように、側部の穴１０２によって形成される基部側壁１１０の棚部の上を通るように構成される。図２にて分かるように、反動アーム１４は、したがって基部１０と相対的に片持ちされる。

反動アーム１４は、反動アーム１４がスパージャピン２の上にあるように、基部１０の厚さの大部分を通して伸長する。反動アーム１４は、スパージャピンヘッドの上面と係合するように構成される第１面１４５を有する。好適な実施形態では、これは、反動アーム１４の本体１４１から離れて伸長する係合部分を含んでもよい。反動アーム１４はさらに、以下により詳細に議論されるようにクランプボルト１２と係合するように構成される第２面１４６を備える。

クランプアセンブリは、基部の上壁１１２を通してねじ筋付きの開口部１０４と噛合して係合するように構成されるボルト１２をさらに含む。当接面１２１が、ボルト１２の下端に設けられる。ボルト１２のねじ状領域１２２を基部の上開口部１０４の対応するねじ筋と係合することにより、ボルト当接面１２１は、反動アームの上面１４６と接触するよう下げることができる。したがって、力が反動アーム１４にかけられることができ、反動アームの下面１４５を通してスパージャピン２へと伝達される。これにより、以下にさらに議論されるように、クランプアセンブリ１をクロスピン１８に係止する。反動アームの上面１４６は、ボルト当接面１２１と係合するように構成される窪みまたは凹みを含んでもよい。

クランプアセンブリ１は、基部１０と、スパージャピン２のヘッドに設けられた穴２１とを通して伸長するように構成されるクロスピン１８をさらに含む。好ましくは、図１の図示された実施形態に示されるように、基部の側方開口部１０２は、クロスピン１８の複数の先端が停止する側壁１１０の下方の複数の棚部に複数のＶ溝を含む。反動アーム１４に対向する側のＶ溝は、基部側壁１１０を通して完全には伸長しない。しかしながら、これにより、クロスピン１８の対向する先端は、基部側壁１１０の内面と接触して、基部１０内のクロスピン１８を係止し、これがクランプアセンブリ１から外れることを防止する。クロスピン１８は、それの先端に隆起付き凹部１８１を含み、挿入を容易にしてもよく、所望ならば、クランプアセンブリ１からのクロスピン１８の除去を容易にしてもよい。

クロスピン１８が基部１０およびスパージャピン２内に配置されている状態で、ボルトはトルクがかけられ、反動アームの上面１４６と接触するようその当接面１２１を下げる。ボルト１２の継続したトルクがけにより、反動アーム１４を下げさせ、反動アームの下面１４５を下げさせ、スパージャピン２の上面に対して力をおよぼすことを引き起こす。したがって、スパージャピン２およびクロスピン１８は、下方に押し込まれる。ボルト１２が所定のトルクまで締め付けられた場合、クランプアセンブリ１は、スパージャピン２にしっかりと係止される。したがって、基部１０の下フランジ１１４が配置され、スパージャピン２のヘッドにより提供される、元の接触表面積に対して増加した表面積を有するスパージャ先端ブラケットの上面と係合する。さらに、クランプアセンブリ１、およびフランジ１１４は特に、スパージャピン２の周りに３６０度の接触を提供する。これにより、先端ブラケットの上面の複数の個別領域が、独創的なクランプアセンブリ１の取り付け前に、原子炉の動作に起因して磨滅または浸食されているか否かにかかわらず、接触の保証を提供する。

圧着カップ１６は、クランプアセンブリ１に含まれてもよい。圧着カップ１６は、基部１０およびボルト１２の中間に配置されるように構成される。円筒状部分１６１は、ねじ筋の付いた、基部の上開口部１０４と噛合して係合する複数の雄ねじ１６２と、ボルトの複数のねじ山１２２と噛合して係合する複数の雌ねじ１６３とを含む。円筒状部分１６１の非ねじ状領域１６５は、ねじ状領域１６２を越えて伸長する。

圧着カップ１６は、基部の上開口部１０４の下側から、すなわち、基部内部のチャンバ１０１を通して基部の上開口部１０４に挿入される。複数の雄ねじ１６２は、圧着カップ１６の下部分のフランジ１６６が基部の上壁１１２の内面と接触するまで基部の上開口部１０４と噛合して係合される。次に、ボルトは、圧着カップ１６の複数の雌ねじ１６３と結合される。

図２に示されるように、圧着カップ１６の非ねじ状領域１６５は、フランジ１６６が基部１０と当接した場合、基部の上壁１１２を越えて伸長するであろう。圧着カップ１６は、ステンレス鋼などの可鍛性材料で形成される。一旦、ボルト１２が、規定の力までトルクがかけられ、クランプアセンブリ１がスパージャピン２に係止されると、圧着カップ１６の非ねじ状領域１６５が、ボルト１２の軸上に形成された複数の溝１２３となるよう塑性変形されることができる。この圧着により、適所にボルト１２を係止し、ボルト１２が後退してクランプアセンブリ１から外れてくることを防止する。

好ましくは、圧着カップ１６の複数の雌ねじ１６３および複数の雄ねじ１６２は、反対のねじ構成を有する。例えば、雄ねじ１６２は左ねじでよく、雌ねじ１６３は右ねじでよい。これにより、ボルト１２の圧着カップ１６への回転は、圧着カップ１６の基部１０に対する結合を固くするように働くので、圧着カップ１６はボルト１２の係合中に適所に維持するよう保証するのに役立つ。

クランプアセンブリ１は、例えば、２０−２５フィートポンドなど、十分な大きさのトルクを及ぼすことによりスパージャピン２から除去され、圧着カップ１６の圧着部分１６５を複数のボルト溝１２３から解放することができる。次に、ボルト１２は、クランプアセンブリ１から後退され、クロスピン１８に対して及ぼされた力を解放し、クロスピン１８をアセンブリ１からの除去のため自由にすることができる。クランプアセンブリ１は、圧着カップ１６の取り替えにより再使用することができる。

ダウエルピン２０が、クランプアセンブリ１に設けられてもよい。ダウエルピン２０は、基部１０の穴１０３を通して溝２０１に挿入され、この溝はボルト１２に形成された溝１２４と、反動アーム１４の遠位端に形成された溝１４３とによって協働的に形成される。穴１０３は、ボルト１２が基部１０に部分的に挿入された場合、ボルトの溝１２４が穴１０３と位置合わせされるように配置される。溝２０１内にダウエルピン２０がある状態で、ボルト１２をさらに締めれば、ダウエルピン２０が穴１０３の下方へ下がる。したがって、ダウエルピン２０は、クランプアセンブリ１から外れたり、離れたりできなくなるように基部１０内に捕捉される。穴１０３はまた、例えば、ダウエルピン２０が外れなくなるさらなる保証を提供するためにツールを用いてその縁をたたくことなどによって変形することができる。

ダウエルピン２０が溝２０１内の適所にある状態で、反動アーム１４はボルト１２に係止される。これにより、アセンブリ１をスパージャピン２にクランプすべくボルト１２を全トルクがけする前に、反動アーム１４が、クランプアセンブリ１から外れてくることを防止する。したがって、反動アーム１４は、クロスピン１８の挿入前のクランプアセンブリ１の原子炉への取り付け中に、クランプアセンブリ１に固定される。

係止ピン２２が、クランプアセンブリ１に設けられてもよい。係止ピン２２は、基部の上壁１１２に設けられた穴に挿入され、圧着カップのフランジ１６６の上面に挿入される。係止ピン２２は、ボルト１２がトルク低減された（つまり、基部１０からボルト１２を除去する方向に回転された）場合、圧着カップ１６の回転および基部１０からの結合解除を防止する。係止ピン２２が挿入された穴は、クランプアセンブリ１からそれが外れてくることを防止するべく、ツールでその縁をたたくことなどにより変形され得る。係止ピン２２は、挿入を容易にし、所望なら、クランプアセンブリ１からの係止ピン２２の除去を容易にするべく、それの先端に隆起付き凹部を含み得る。

使用において、クランプアセンブリ１は、原子炉へのその取り付け前に部分的に予め組み立てられる。先ず、圧着カップ１６は、フランジ１６６が基部の上壁１１２の下面に当接するように、圧着カップ１６を上壁穴１０４に螺合することにより基部１０に結合される。次に、ボルト１２は、圧着カップの雌ねじ１６３にボルト１２を螺合することにより、圧着カップ１６に結合される。ボルト１２は、その溝１２４が基部のダウエルピンの穴１０３と位置合わせされるときの場所まで挿入される。次に、反動アーム１４は、その溝１４３がボルトの溝１２４に隣接し、それによりダウエルピンの溝２０１を形成するように基部の側方開口部１０２に挿入される。次に、ダウエルピン２０は、基部穴１０３を通して溝２０１に挿入される。この挿入は、プランジャまたはエアシリンダーによってなどの、既知の手法にて行ってもよい。次に、ボルト１２は、基部１０にさらに螺合され、基部１０内のダウエルピン２０を捕捉し、反動アーム１４をボルト１２に係止する。ボルト１２は、ダウエルピン２０を捕捉するが、それでもなお反動アーム１４と、基部の側方開口部１０２の下縁のＶ溝との間に隙間を残すのに十分遠くに挿入される。基部１０、ボルト１２、反動アーム１４、圧着カップ１６、およびダウエルピン２０はここでは、サブアセンブリまたはユニットとして一緒に固定される。

次に、プリアセンブリが、原子炉への挿入用に特別設計されたツールに装填される。ツールによるサブアセンブリの把持を容易にするべく、基部１０に複数の追加の開口部が設けられ得る。ツールはまた、凹部１８１内のへこみの配置などによりクロスピン１８を保持する。次に、ツールおよびクランプアセンブリの複数の構成要素が、原子炉中の対象のスパージャピン２の位置まで下げられる。ツールの複数のアームが係合されてスパージャピンボルトを持ち上げ、スパージャピンヘッドとスパージャブラケットとの間に隙間を作る。サブアセンブリがスパージャピンヘッドの頂部に配置された状態で、クロスピン１８は、基部の側方開口部１０２およびスパージャピン２を通して挿入される。ツールのエアシリンダーまたはプランジャが、クロスピン１８を挿入するために使用されてもよい。

クロスピン１８が適所にある状態で、ボルト１２はトルクがかけられ、クランプアセンブリ１をスパージャピン２に係止する。これはツーリングにより実現され、ボルト１２におおよそ２０フィートポンドまでトルクをかける。また、ボルト１２にトルクをかけることにより、その近位アーム１４２がクロスピン１８を覆いクロスピン１８をクランプアセンブリ１内に捕捉するように、反動アームを下げる。近位アーム１４２の下面の切欠き１４４は、ツーリングが、ボルト１２にトルクがかけられている間に、クロスピン１８と係合されることを可能にする。しかしながら、切欠き１４４は、クロスピン１８よりも小さく、クロスピン１８が切欠き１４４を通過することを可能にしない。最後に、圧着カップ１６の上部分１６５が圧着され、ボルト１２を適所に係止する。したがって、クランプアセンブリは、スパージャピン２にしっかりと係止され、ツーリングは原子炉から除去される。

スパージャピン２は、一般に３０４ステンレス鋼で形成される。クランプアセンブリ１の複数の構成要素の複数の材料は、原子炉の係合および動作により生じる熱膨張により、クランプアセンブリ１がスパージャピン２から緩んでくるよりもむしろ、クランプアセンブリ１をスパージャピン２に締め付けさせるように選択される。したがって、クランプアセンブリ材料は、スパージャピン２よりも熱膨張係数が小さい。クランプアセンブリ１の１つの好適な材料は、ＸＭ１９ステンレス鋼である。

上部、底部、上および下などの複数の方向基準が本明細書にて参照されているが、これらは図面に示される図示された実施形態に相対した説明目的で使用されるにすぎず、限定するように解釈されるべきではない。

本発明の好適な実施形態が上記に記載されているが、これらは例として提示されているにすぎず、それに限定するものではないと理解されるべきである。形態および細部の各種の変更は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、その中で行うことができることは、当業者には明らかであろう。したがって、本発明は、上記に記載された例示的な実施形態によって制限されるべきではなく、その特許請求の範囲およびその均等物に基づいてのみ定められるべきである。さらに、本発明の複数の特定の利点が本明細書にて記載されているが、このような利点の全てが、本発明の特定の実施形態に基づいて必ずしも実現され得ないことは理解されるべきである。したがって、例えば、当業者が本明細書にて教示または示唆されるような他の利点を必ずしも実現することなく、本明細書にて教示されるような１つの利点またはグループの利点を実現または最適化する手法にて、本発明は具現または実行してもよいことは当業者なら認識するであろう。

Claims (14)

1. ブラケットと、前記ブラケットを通過し、貫通する穴を有するヘッドを含むスパージャピンを含む沸騰水型原子炉のスパージャ先端アセンブリ用のクランプであって、
   前記スパージャピンの前記ヘッドの上および周りに適合するチャンバを画定する基部であって、貫通する第１穴を有する上壁と、貫通する第２穴を有する側壁とを含む基部と、
   前記第１穴を通して適合するボルトであって、当接面を含むボルトと、
   前記第２穴を通して適合し、かつ、前記スパージャピンの上面と係合する第１面、および前記第１面に対向し、前記当接面と係合する第２面を有する反動アームと、
   前記第２穴と、前記スパージャピンの前記ヘッドの前記穴とを通して適合するクロスピンと、を備え、
   前記ボルトの回転が、前記反動アームを通した力を前記スパージャピンおよび前記クロスピンに分け与え、前記基部と、前記スパージャピンとを結合する、
   クランプ。
2. 前記基部は、前記スパージャピンの前記ヘッドを囲むフランジを含み、前記フランジは、前記ブラケットと係合する当接面を画定する、請求項１に記載のクランプ。
3. 前記当接面は、前記スパージャピンの前記ヘッドにより画定される当接面より大きい表面積を有する、請求項２に記載のクランプ。
4. 前記反動アームの前記第２面は、窪みを含み、前記窪みは前記ボルトの当接面と係合する、請求項１から３のいずれか一項に記載のクランプ。
5. 前記基部と前記ボルトとの間に配置された圧着カップをさらに備える、請求項１から４のいずれか一項に記載のクランプ。
6. 前記圧着カップは、複数の雌ねじおよび複数の雄ねじを有する中空の円筒状部分を含み、前記複数の雌ねじは、前記ボルト上に設けられた複数のねじ山と噛合して係合され、前記複数の雄ねじは、前記基部の前記第１穴に設けられた複数のねじ筋と噛合して係合される、請求項５に記載のクランプ。
7. 前記複数の雌ねじおよび前記複数の雄ねじは、複数の反対のねじ構成を有する、請求項６に記載のクランプ。
8. 前記圧着カップは、前記ボルトの非ねじ状軸部分の周りに適合する伸長部分を含む、請求項５から７のいずれか一項に記載のクランプ。
9. 前記ボルトは、前記非ねじ状軸部分上において、前記圧着カップの前記伸長部分の下にある１または複数の凹みを含み、前記圧着カップの前記伸長部分が、前記１または複数の凹みとなるよう塑性変形可能である、請求項８に記載のクランプ。
   
10. 前記ボルトおよび前記反動アームに形成された溝と適合し、それにより前記反動アームを前記ボルトに係止するダウエルピンをさらに備える、請求項１から９のいずれか一項に記載のクランプ。
11. 前記溝は、前記ボルトおよび前記反動アームに形成された複数の隆起部と協働することにより形成される、請求項１０に記載のクランプ。
12. 前記ダウエルピンは、前記クランプの動作構成にて前記基部内に捕捉される、請求項１０または１１に記載のクランプ。
13. 前記クランプは第１熱膨張係数を有する第１材料で形成され、前記スパージャピンは第２熱膨張係数を有する第２材料で形成され、前記第１熱膨張係数は、前記第２熱膨張係数よりも小さい、請求項１から１２のいずれか一項に記載のクランプ。
    
14. ブラケットと、前記ブラケットを通過し、貫通する穴を有するヘッドを含むスパージャピンとを含む沸騰水型原子炉のスパージャ先端アセンブリ用のクランプであって、
    前記スパージャピンの前記ヘッドの上および周りに適合するチャンバを画定する基部であって、貫通する第１穴を有する上壁と、貫通する第２穴を有する側壁とを含む基部と、
    前記基部に結合され、当接面を含む当接部材と、
    前記当接部材に結合され、前記スパージャピンと係合する第１面と、前記第１面に対向し、前記当接面と係合する第２面とを有する反動アームと、
    前記基部と、前記スパージャピンとを結合する固定具と、
    を備える
    クランプ。

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