JP3607390B2 - 炉心シュラウド - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は沸騰水形原子炉、具体的に云うと、修理又は交換を必要とするような損傷等を受けた時に取外し並びに／又は交換が容易に出来る様にする新規な炉心シュラウド及びポンプ・デッキの設計に関する。
【０００２】
【背景】
典型的な沸騰水形原子炉は、原子炉容器と内部部品とで構成された原子炉集成体を含み、内部部品には、炉心、炉心シュラウド、上部案内集成体、炉心プレート集成体、蒸気分離器及び乾燥器集成体、及びジェットポンプがある。原子炉集成体には更に、制御棒、制御棒駆動部ハウジング及び制御棒駆動部も含まれている。
【０００３】
原子炉容器は一般的には円筒形の圧力容器（ＲＰＶ）であって１個の全直径にわたる取外し可能なヘッドを有する。シュラウドは炉心を取り囲むようにＲＰＶ内に配置される円筒形のステンレス鋼の構造体であって、ＲＰＶの壁と該シュラウドとの間の環状空間内の下向きの流れから炉心内の上向きの流れを分離する為の障壁になる。従来の炉心シュラウドはＲＰＶの底に溶接されていて、蒸気分離器と共に上部案内部、炉心プレート及びシュラウド・ヘッドの重量を支える。
【０００４】
比較的運転期間の短いＢＷＲでシュラウドの厚さ方向に伝搬する予想外の円周方向のひゞ割れが最近発見されたことにより、将来のＢＷＲに対する炉心シュラウドの設計のし直しが必要になっている。
観察されたひゞ割れの主な原因は、シュラウド及びシュラウド支持体の多くの水平方向溶着部の近くにある熱影響部に於ける結晶粒間応力腐食割れであった。ＢＷＲシュラウドの中間帯領域にも若干のひゞ割れが観察されており、これらは照射促進応力腐食割れが原因と考えられている。
【０００５】
現在の改良型沸騰水形原子炉（ＡＢＷＲ）のシュラウドは、従来のＢＷＲシュラウドと同じく、容器の底に永久的に溶接されていて、取外し又は交換を予期しているものではない。ＡＢＷＲのシュラウドは、現在運転中のプラントのＢＷＲシュラウドと同様な種々の水平方向の溶着部を持っており、その為、同じ様に応力腐食割れの問題が起こる惧れがある。
【０００６】
従来のポンプ・デッキ部分はシュラウドと原子炉圧力容器との間の所定位置に永久的に溶接されており、これも取外し又は交換を予期しているものではない。シュラウドの溶着部の場合と同じく、ポンプ・デッキの溶着部も応力腐食割れを起こす惧れがある。
【０００７】
【発明の概要】
本発明は、両方ともに比較的容易に取外し出来るように設計された新規で改良されたシュラウド及びポンプ・デッキに関する。本発明では、シュラウド及びポンプ・デッキの両方が、ＲＰＶの底から上向きに伸びるシュラウド支持脚の頂部にボルト止めされる。具体的に云うと、シュラウドはその下端に半径方向内向きに伸びるフランジを持っていて、このフランジがシュラウド支持脚の上側円筒形部分にボルト止めされる様になっている。ボルトが垂直方向の荷重をシュラウドに抑止し、これに対して水平方向の荷重はポンプ・デッキ上の複数個のくさび支持ブロックとシュラウドとの間に装着されたくさびによって抑止される。この為、ポンプ・デッキの内径部分がシュラウド・フランジとシュラウド支持脚の円筒形部分の上縁との間に垂直方向に挟まれる。同時に、ポンプ・デッキの外径部分が、原子炉圧力容器の内壁に設けた半径方向内向きの溝の中の所定位置に保持される。ポンプ・デッキは１０個の別々のセグメントに分けて形成され、原子炉内部ポンプのディフューザが各セグメントの中央の開口を垂直方向に通抜ける様になっている。
【０００８】
本発明の別の特徴として、ポンプ・デッキはキー止めセグメントを有し、これはポンプ・デッキの残りの９個のセグメントを所定位置に固定する。キー止めセグメントは取付ける時のポンプ・デッキの最後の部分であると共に、取外す時のポンプ・デッキの最初の部分である。このキー止めセグメントは他の９個のセグメントと構造が非常に似ているが、他の９個のセグメントが原子炉圧力容器の壁に設けた溝によって単に保持されるのとは対照的に、原子炉圧力容器の壁の支持桟にボルト止めされる。
【０００９】
上に述べた所から、シュラウド・ボルトを取外した後、シュラウドを炉心から垂直方向に持ち上げることが出来ることが理解されよう。この後でポンプ・デッキのキー止めセグメントを取外し、続いてポンプ・デッキの残りのセグメントを取外すことが出来る。
従って、本発明の一面では、炉心シュラウドで囲まれた炉心集成体を収容した原子炉圧力容器であって、炉心シュラウドが圧力容器の側壁から半径方向内側に隔たっていて、炉心シュラウドと圧力容器の側壁との間に環状のポンプ・デッキが配置される原子炉圧力容器において、シュラウドを圧力容器の環状支持体に取外し可能に固定する改良を行う。
【００１０】
本発明の別の面では、炉心シュラウドで囲まれた炉心集成体を収容した原子炉圧力容器であって、炉心シュラウドが圧力容器の側壁から半径方向内側に隔たっていて、炉心シュラウドと圧力容器の側壁との間に環状のポンプ・デッキが配置される原子炉圧力容器において、環状のポンプ・デッキを複数個の取外し可能なセグメントで形成する改良を行う。
【００１１】
本発明の更に別の面では、炉心シュラウドで囲まれた炉心集成体を収容した原子炉圧力容器であって、炉心シュラウドが圧力容器の側壁から半径方向内側に隔たっていて、炉心シュラウドと圧力容器の側壁との間の環状の半径方向空間内に環状のポンプ・デッキが配置される原子炉圧力容器において、シュラウドを圧力容器の底から上向きに伸びる環状支持脚に取外し可能に固定すると共に、環状のポンプ・デッキを複数個の取外し可能なセグメントで形成する改良を行う。
【００１２】
従って、本発明が、容易に取外して、再び利用し又は交換することが出来るシュラウド及びポンプ・デッキを提供することが理解されよう。本発明は、炉心シュラウドの水平方向の荷重をポンプ・デッキ又は他の支持部材に伝達するくさび機構をも提供する。本発明による構成によって、大抵の水平方向の溶着部が取外し可能な要素の中に設けられ、不良の溶着部の修理並びに／又は交換が容易になる。
【００１３】
本発明のその他の目的並びに利点は、図面を参照した以下の詳しい説明から明らかになろう。
【００１４】
【発明の好適な実施態様】
図１について説明すると、溶接形炉心シュラウドを用いた改良型沸騰水形原子炉（ＡＢＷＲ）１０が示されている。しかし、シュラウドの形を論ずる前に、原子炉構造全般について簡単に説明しておくのが役立つと思われる。
原子炉圧力容器（ＲＰＶ）１２は実質的に円筒形の容器であって、この容器には、ボルト１６で示す様に、１個の全直径にわたる取外し可能なヘッド１４がボルト止めされている。ＲＰＶ１２は炉心シュラウド１８、上側案内集成体２０、炉心プレート集成体２２、蒸気分離器２４及び蒸気乾燥器２６を収容している。更に原子炉集成体の中には、原子炉内部ポンプ２８（この明細書ではジェットポンプとも呼ぶ）、制御棒３０及び関連した駆動部３２も含まれている。制御棒３０は、普通の様に、炉心内で燃料集成体の間の交互の空間を占めており、プラントの運転中、炉心より下方の案内管の中へ引っ込めることが出来る。
【００１５】
環状のポンプ・デッキ３４が、シュラウド１８とＲＰＶ側壁の内側との間の環状空間又は環状部分３６の中で、炉心シュラウド１８の周りを伸びている。ポンプ２８がＲＰＶの底から突出していて、ディフューザ３８を含む。ディフューザはポンプ・デッキ３４に設けられたポンプ開口又は入口３９を通って上向きに伸び、図２に一番よく示されている様に、環状部分３６に入る。
【００１６】
ジェットポンプ・ディフューザ３８、炉心シュラウド１８、ジェットポンプ２８及び高圧冷却材注入入口配管を除いて、普通のＢＷＲ形原子炉の全ての主要な内部部品は取り外すことが出来る。本発明は、図２に一番よく示されているが、炉心シュラウド１８及びポンプ・デッキ３４を特に扱うものである。この図に示されている様に、ジェットポンプ吐出ディフューザ（その１つが３８に示されている）が炉心の高さより下方でポンプ・デッキ３４を通抜け、入口プレナム又は環状部分３６に冷却材を導入する。ポンプ・デッキ３４自体は１２′に示す場所で容器の壁に溶接されると共に、４０に示す所でシュラウド１８の厚手にした基部１８Ａに溶接されている。シュラウド基部は、４４の所で容器の底部に溶接された環状支持脚４２に溶接されている。従って、シュラウド１８及びポンプ・デッキ３４は従来のＢＷＲ構造では永久的な取付け物である。
【００１７】
次に図３について説明すると、本発明による新規な取外し可能な炉心シュラウド１１８及びポンプ・デッキ１３４が示されている。便宜の為、対応する要素を示すのに適切な場合、図３でも、図１及び２で使われたのと同じ参照数字を用いるが、図１及び２の参照数字の前に“１”を付け加えた３桁の参照数字で示してある。本発明では、環状のシュラウド支持脚１４２が今度はポンプ入口１３９の上方まで上向きに伸びていて、水平方向の流れ開口１５２（１つを図示）を含む。支持脚１４２は上縁又は支持面１５４を持ち、これがポンプ・デッキ１３４を支持する様になっている。同時に、ポンプ・デッキ１３４の外周が、ＲＰＶ壁１１２′に設けられた半径方向内向きの内側の環状溝１５６内に支持されている。この溝の底は支持脚１４２の面１５４と同じ高さにある。この為、溝１５６に挿入すると共に支持脚１４２の上にのせることにより、ポンプ・デッキ１３４を環状部分１３６内で水平に支持することが出来る。環状ポンプ・デッキ１３４が１０個のセグメントを環状に配列した形で設けられていることに注意されたい。各々のセグメントの環状の範囲は、後で更に説明するが、図５及び８から明らかになる。
【００１８】
シュラウド１１８の厚手にした（しかし軸方向には短くした）基部１１８Ａには半径方向内向きの環状フランジ・リング１５８が設けられ、このリングがシュラウド基部の底に溶接されると共に、面１５４の上に完全に坐着する様な寸法にし且つ位置ぎめされる。フランジ・リング１５８には通抜けの孔１６０が形成され、この孔はポンプ・デッキの孔１６２及び支持脚１４２の孔１６４と整合しており、孔１６４は半径方向内向きの開放した凹部１６６に開口している。この配置により、フランジ１５８の孔１６０、ポンプ・デッキ１３４の孔１６２及び凹部１６６にボルト１６８を通すことが出来、この凹部内でボルト１６８が、同じ様な形の凹部１６６内にぴったりとはまったブロック・ナット１７０に螺合して固定される。図５に一番よく示されている様に、この様なボルト孔及びボルトが複数個、フランジ・リングに沿って円周方向に相隔たって設けられていることが理解されよう。これらのボルト１６８は垂直方向の荷重をシュラウド１１８に抑止する。各々のブロック・ナット１７０はベイル（ｂａｉｌ）１７１を持ち、これは、ボルトがナットから外された後、特製の持上げ工具（図に示してない）の助けを借りて、遠隔操作で（上から）ブロック・ナット１７０を取外すことを容易にする。ボルト１６８は六角頭部１７２と、緩み止め六角頭部１７４をも持っており、緩み止め六角頭部１７４は組立てが終わった時に点溶接することが出来る。この構成により、支持脚１４２に直接的にねじ山を切ることは必要でなく、また追加の溶着部を何ら必要としない。
【００１９】
次に特に図４及び５について説明すると、複数個のくさび支持ブロック１７６が炉心シュラウド１１８の基部１１８Ａの周りの円周方向に相隔たる場所で、ポンプ・デッキ１３４のセグメントの上に配置されている（例えばセグメント当たり２つのくさび支持ブロックが設けられる）。これらのくさび支持ブロック１７６はシュラウド基部１１８Ａから半径方向外向きに隔たっていて、半径方向内向きのテーパー面１７８を有する（図４に一番よく示されている）。これによって、くさび要素１８０（くさび支持ブロック当たり２個）をシュラウドとくさび支持ブロックとの間に挿入する場所が出来る。各々のくさび要素１８０は、夫々のくさび支持ブロック１７６の面１７８と係合する対応するテーパー面１８２を有する。炉心シュラウド１１８の基部１１８Ａ並びに各々のくさび支持ブロック１７６には夫々整合して引っ込んだ溝又はキー１８４、１８６が形成されていて、くさび要素１８０を受入れるが、これは後で更に詳しく説明するし、図５に一番よく示されている。各々のくさび要素１８０は、やはり遠隔の工具操作により、くさび要素を取外し易くする為の持上げベイル１８８を備えている。くさび支持ブロック１７６とくさび要素１８０との間のくさび作用が、シュラウドに対する水平方向の荷重をポンプ・デッキに伝達するのに役立つことが理解されよう。
【００２０】
前に述べた様に、環状のポンプ・デッキ１３４は１０個のセグメントに分割されており、その内の９個は図５の１３４Ａに示すセグメントと同様である。他の点では普通のＲＩＰディフューザ１３８が各セグメントの（円周方向に見て）中央に配置される。ここで図６、７及び８を参照して説明すると、ポンプ・デッキの１０番目のセグメント１３４Ｂはキー止めセグメントとして作用し、これは取付ける時は最後のセグメントであり、取外す時は最初のセグメントである。このキー止めセグメント１３４ＢはＲＰＶ壁の溝の中に坐着せず、その代わりに、溝１５６の上側部分の内、セグメント１３４Ｂの弓形の長さと略等しい弓形部分を取り去ることによってＲＰＶ壁に形成された弓形の支持桟１９０の上に坐着する（図６）。このキー止めセグメントに沿って環状に相隔たる場所で、セグメントが図７及び８に示す様に、圧力容器の支持桟１９０にボルト止めされる。ボルト１６８及びブロック・ナット１７０の集成体と同様なボルト及びブロック・ナット／ベイル集成体１９２を利用して、キー止めセグメントをＲＰＶの支持桟１９０に固定する。集成体１９２のブロック・ナットを受入れるＲＰＶ壁の凹部１９４にも注意されたい。この場合も、集成体１９２のブロック・ナットが取外し易い様にするベイル要素１９６を持っている。
【００２１】
図９を参照すれば、全てのボルト１６８及びくさび要素１８０を取外せば、炉心シュラウド１１８を炉心から上向きに持ち上げることが出来ることが理解されよう。この場合、ボルトを外してポンプ・デッキのキー止めセグメント１３４Ｂを取外し、次いでポンプ・デッキの残りのセグメント１３４Ａを（その対応するＲＩＰディフューザ１３８を取外した後に）ＲＰＶ壁部分１１２′の溝１５６から横方向に引っ張り出すことが出来る。
【００２２】
シュラウド支持脚１４２とＲＰＶの底部との接続部に於ける溶着部を除いて、事実上全ての水平方向の溶着部が取外し可能な要素、即ちシュラウド１１８、シュラウド基部１３８及びポンプ・デッキ１３４に含まれており、これにより不良の溶着部があってもそれを比較的容易に修理または交換することが出来る。
本発明を現在最も実用的で好ましい実施例と考えられるものについて説明したが、本発明がこゝに開示した実施例に制限されず、むしろ特許請求の範囲に含まれる種々の変更及び均等物を含むものであることを承知されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶接で取付けた形式の炉心シュラウドを含む従来の沸騰水形原子炉の部分断面側面図。
【図２】図１に示した原子炉の左下隅の拡大断面図。
【図３】本発明の実施例による取外し可能なシュラウド及びポンプ・デッキを例示する、図２に示したのと同様な拡大断面図で、図５の切断線３−３沿って取った断面図。
【図４】図５の線４−４に沿って取った拡大断面図。
【図５】本発明による取外し可能なシュラウド及び取外し可能なポンプ・デッキのセグメントの部分的な平面断面図。
【図６】ポンプ・デッキのキー止めセグメントを示す、図８の線６−６に沿って取った拡大断面図。
【図７】ポンプ・デッキのキー止めセグメントのくさび固定部を示す、図８の線７−７に沿って取った拡大断面図。
【図８】図６と同様であるが、本発明によるポンプ・デッキのキー止めセグメントを示す部分的な平面断面図。
【図９】図４と同様であるが、シュラウド及びポンプ・デッキを原子炉圧力容器から取外す様子を示す部分的な断面図。
【符号の説明】
１１２ 圧力容器
１１８ 炉心シュラウド
１１８Ａ 基部
１３４ ポンプ・デッキ
１３４Ａ セグメント
１３４Ｂ キー止めセグメント
１４２ シュラウド支持脚
１５８ フランジ・リング
１６０，１６２，１６４ ボルト孔
１６８ ボルト
１７０ ブロック・ナット
１７６ くさび支持ブロック
１８０ くさび要素

Claims (9)

1. 炉心集成体を収容した原子炉圧力容器内に配置された炉心シュラウドに於て、
   前記圧力容器の側壁から半径方向内向きに隔たっていて、前記炉心シュラウドと前記圧力容器の側壁の間の環状の半径方向空間内に環状のポンプ・デッキが配置され、前記炉心シュラウドが前記圧力容器の底部から上向きに伸びる環状の支持脚に取外し可能に固定され、
   前記ポンプ・デッキはその半径方向内側端部が前記支持脚と前記炉心シュラウドの下端に設けられた半径方向内向きのフランジ・リングとの間に挟まれ、且つその半径方向外側端の大部分が半径方向内向きの溝の中に支持されていることを特徴とする炉心シュラウド。
2. 前記フランジ・リングは、前記炉心シュラウドを前記支持脚に固定する為に使われる対応する数の締結具を受入れる複数個の環状に相隔たる孔を備えている請求項１記載の炉心シュラウド。
3. 前記ポンプ・デッキが複数個の取外し可能なセグメントで形成されている請求項１又は請求項２に記載の炉心シュラウド。
4. 炉心集成体を収容した原子炉圧力容器内に配置された炉心シュラウドに於て、前記圧力容器の側壁から半径方向内向きに隔たっていて、前記炉心シュラウドと前記圧力容器の側壁との間に環状のポンプ・デッキが設けられていて、該ポンプ・デッキが複数個の取外し可能なセグメントで形成されていることを特徴とする炉心シュラウド。
5. 前記複数個のセグメントの内の１つを除いた全てが、前記圧力容器の側壁に形成された半径方向内向きの溝に坐着している請求項４記載の炉心シュラウド。
6. 前記１つのセグメントが前記圧力容器の側壁の半径方向内向きに伸びる肩に取外し可能に結合されている請求項５記載の炉心シュラウド。
7. 前記炉心シュラウドに対する水平方向の荷重を前記ポンプ・デッキに伝達する荷重伝達手段が設けられている請求項１又は４記載の炉心シュラウド。
8. 前記荷重伝達手段が、前記ポンプ・デッキに固定された複数個のくさび支持体、並びに該くさび支持体と前記炉心シュラウドとの間に機能的に係合した少なくとも対応する複数個のくさび要素を有している請求項７記載の炉心シュラウド。
9. 各々の前記くさび支持体に対して２つの前記くさび要素を設けた請求項８記載の炉心シュラウド。

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