JP4444411B2 - 原子炉容器への炉心スプレー上部tボックスの取付 - Google Patents

原子炉容器への炉心スプレー上部tボックスの取付 Download PDF

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    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Description

【0001】
【技術分野】
本発明は、広義には原子炉に関し、特に原子炉内の炉心スプレーラインアセンブリ及びかかるアセンブリを連結する方法に関する。
【0002】
【背景技術】
沸騰水型原子炉(BWR)の炉圧力容器(RPV)は典型的には、ほぼ円筒形状を有し、両端が、例えば底部ヘッド及び取り外し可能な頂部ヘッドにより、閉じられている。典型的には、炉心シュラウド(又は単にシュラウド)が炉心を包囲し、シュラウド支持構造により支持されている。
【0003】
沸騰水型原子炉には多数の配管系統が設けられ、例えばRPV全体に水を供給するのに、このような配管系統を用いている。例えば、炉心スプレー配管を用いて、水をRPV外からRPV内の炉心スパージャに配給する。代表的には、炉心スプレー配管を、RPVノズルに溶接された熱スリーブ、すなわち安全端(safe end)に連結する。
【0004】
応力腐蝕割れ(SCC)は、高温の水にさらされる原子炉部品、例えば構造部材、配管、締付具、溶接部に起こる現象として知られている。原子炉部品は、例えば熱膨張差、炉冷却水の閉じこめに必要な運転圧力、その他の原因(例えば溶接、冷間加工、その他の不均質な金属処理からくる残留応力)と関連した種々の応力を受ける。そのほかに、水化学、溶接、熱処理及び放射線により、部品の金属のSCC感受性が高くなる。
【0005】
熱スリーブや炉心スプレーラインなどの原子炉内部配管は、SCCの結果として時々交換が必要である。炉心スプレー配管を交換するには、多くの場合、炉心スプレーラインをRPV安全端から取り外す必要がある。スプレーラインは安全端に溶接されているので、スプレーラインを安全端から取り外すと、安全端を損傷させるか破壊することがしばしばである。安全端を交換するには、原子炉を安全端の高さより低いレベルまで排水しなければならない。次に安全端を切除し、交換部品をRPVに溶接する。その後、交換の炉心スプレーラインを交換部品安全端に溶接する。安全端の交換は時間がかかり、面倒である。
【0006】
原子炉圧力容器の安全端を取り外すことなく、炉心スプレーラインの交換を簡単に行うことのできるアセンブリの開発が望まれている。また、簡単に取り外せ、溶接の必要なしに装填できるこの種のアセンブリの開発が望まれている。
【特許文献1】
米国特許 第3138534号 1964年6月
【特許文献2】
米国特許 第3383287 号 1968年5月
【特許文献3】
米国特許 第3613936 号 1971年10月
【特許文献4】
米国特許 第4032398 号 1977年6月
【特許文献5】
米国特許 第4168071 号 1979年9月
【特許文献6】
米国特許 第4198272 号 1980年4月
【特許文献7】
米国特許 第4356147 号 1982年10月
【特許文献8】
米国特許 第4576400 号 1986年3月
【特許文献9】
米国特許 第4693389 号 1987年9月
【特許文献10】
米国特許 第4834935 号 1989年5月
【特許文献11】
米国特許 第5173009 号 1992年12月
【特許文献12】
米国特許 第5345484 号 1994年9月
【特許文献13】
米国特許 第5737380 号 1998年4月
【特許文献14】
米国特許 第5785361 号 1998年7月
【特許文献15】
米国特許 第5815542 号 1998年9月
【特許文献16】
米国特許 第5839192 号 1998年11月
【特許文献17】
米国特許 第5901192 号 1999年5月
【特許文献18】
米国特許 第5912936 号 1999年6月
【特許文献19】
米国特許 第5947529 号 1999年9月
【特許文献20】
ドイツ国特許 第2829590号 1980年1月
【0007】
【発明の概要】
このような目的は、溶接なしで、炉心スプレーラインを原子炉炉心スプレーノズル安全端に簡単に取り付けることのできるTボックスアセンブリにより達成できる。一実施形態においては、Tボックスアセンブリは、Tボックスハウジング、十字形ウェッジ及び引締ボルトを含む。Tボックスハウジングは3つの端部を有し、その形状は、第1端が炉心スプレーノズルの内側に配置され、かつ炉心スプレーノズル安全端に係合するように配置できる形状である。他の2つの端部は、互いに実質的に心合わせされ、かつ炉心スプレーラインヘッダパイプに連結する形状とされている。Tボックスハウジングは、第1端と実質的に心合わせされた開口も含み、この開口はTボックスカバープレートを受け入れる。Tボックスカバープレートには、引締ボルトを受け入れるボルト穴が設けられている。Tボックスの第1端は複数の位置決めラグも含み、これらのラグは、炉心スプレーノズルに係合してTボックスハウジングをノズルボア内でセンタリングする形状とされている。
【0008】
十字形ウェッジはボアが貫通した中心部材を含む。4つのウェブ部材が中心部材から延在する。これらのウェブ部材はX形状をなすよう配置されている。2つの支持部材が隣接するウェブ部材の端部間に延在する。具体的には、第1支持部材が第1及び第2ウェブ部材間に延在し、第2支持部材が第3及び第4ウェブ部材間に延在する。支持部材は炉心スプレーノズル安全端のボアに係合する。
【0009】
引締ボルトは十字形ウェッジの中心部材のボアに貫通する。引締ボルトは、一端に、十字形ウェッジの中心部材のボアの直径より大きい形状のキャップ部分を有する。引締ボルトの反対端は、Tボックスカバープレートのボルト穴を貫通し、ナットにねじ係合する。引締ボルト及び十字形ウェッジには球形の接触面をもたせて引締ボルトの曲げを防止するのがよい。
【0010】
Tボックスアセンブリを用いて、炉心スプレーラインを炉心スプレーノズルの安全端に連結するには、Tボックスハウジングの第1端を安全端の端部に連結し、ハウジングの他の2つの端部を炉心スプレー分配ヘッダパイプに連結する。具体的には、Tボックスハウジングの第1端を安全端に連結するために、十字形ウェッジ及び引締ボルトを安全端ボアに挿入する。十字形ウェッジは、ウェブがX形状をなし、2つの支持部材だけでウェブ部材を連結した形状とし、こうしてウェッジを安全端ボアに挿入できるようにする。ウェッジの中心部材のボアの軸線がノズル安全端のボアに垂直になるような配向で、ウェッジを挿入する。次にウェッジを回転して、中心部材ボアを安全端ボアと同軸心合わせ関係に置くとともに、支持部材を安全端ボアの内面に係合させる。次に、引締ボルトのねじ切り端を安全端とは反対向きに、Tボックスハウジングに向けた状態で、引締ボルトをウェッジの中心部材のボアに挿入する。
【0011】
次に、位置決めラグが炉心スプレーノズルの内面に係合し、ハウジングの第1端が安全端の端部に係合することで、Tボックスハウジングを位置決めする。引締ボルトのねじ切り端がカバープレートのボルト穴に貫通することで、Tボックスカバープレートをカバー開口に位置決めする。次にナットをボルトにねじ係合し、所定のトルクまで締め付ける。炉心スプレーヘッダパイプをTボックスハウジングの他の2端に連結して、装填を完了する。
【0012】
上述したTボックスアセンブリによれば、炉心スプレーノズル安全端を取り外したり、原子炉を排水したりすることなく、炉心スプレーラインを容易に交換することができる。その上、このTボックスアセンブリによれば、溶接の必要なしに、炉心スプレーラインを安全端に容易に取り付けることができる。
【0013】
【好適な態様の説明】
以下に、本発明の好適な実施形態を図面を参照しながら説明する。
【0014】
図1は、沸騰水型原子炉の圧力容器10の頂部断面図で、本発明の一実施形態によるTボックスアセンブリを示す。原子炉圧力容器10は、容器壁12及びこの圧力容器10の炉心(図示せず)を包囲するシュラウド14を含む。容器壁12とシュラウド14との間に環状体16が形成されている。環状体16の内側の空間は限られており、ほとんどの原子炉支持配管が環状体16の内側に配置されている。
【0015】
冷却材喪失事故(LOCA)時には、ダウンカマパイプ22及び24にそれぞれ連結された炉心スプレー分配ヘッダパイプ18及び20を通して、冷却水を炉心に送給する。ダウンカマパイプ22及び24は、シュラウド14及び内部スパージャ30に取り付けられた下部Tボックス26及び28を介して、シュラウド14に連結されている。
【0016】
分配ヘッダパイプ18及び20は上部Tボックスアセンブリ32から分岐している。さらに詳しくは、Tボックス32は、一実施形態では、第1端36(図2に示す)、第2端38及び第3端40を有するTボックスハウジング34を含む。Tボックスハウジング34の第1端36は炉心スプレーノズル44の安全端42に連結されている。第2端38及び第3端40は、互いに実質的に心合わせされ、またそれぞれ炉心スプレー分配ヘッダパイプ18及び20と連結する形状とされている。ヘッダパイプ18及び20は、それぞれ、パイプコネクタ46及び48により第2端38及び第3端40に連結されている。パイプコネクタ46及び48は当業界で周知のパイプコネクタのいずれでもよいが、本出願人に譲渡された米国特許出願第08/909283号「パイプコネクタ組立体」(1997年8月11日出願)に記載されたようなパイプコネクタが好ましい。
【0017】
図2は、一部の部品を切除したTボックスアセンブリ32の断面図である。一実施形態では、Tボックスアセンブリ32は、Tボックスハウジング34に加えて、十字形ウェッジ50及び引締ボルト52を含む。
【0018】
Tボックスハウジング34は、第1端36が炉心スプレーノズル44の内側に配置され、炉心スプレーノズル安全端42に係合するような位置にくるよう形状とされている。さらに詳しくは、安全端42は第1端54、第2端56及びこれらの第1端54及び第2端56間に延在するボア58を有する。ボア58には、テーパー部分60が第1端54及び第2端56間に配置されている。Tボックスハウジング34の第1端36は炉心スプレーノズル安全端42にその第1端54で係合し、金属−金属界面62を形成する。
【0019】
Tボックスハウジング34はさらに、第1端36とほぼ心合わせされ、Tボックスカバープレート66を受け入れる形状とされたカバー受入れ開口64を含む。Tボックスカバープレート66には、引締ボルト52を受け入れる形状のボルト穴68が設けられている。Tボックスハウジング34の第1端36には、複数の位置決めラグ70(1つだけ図示)も設けられ、これらのラグ70は、炉心スプレーノズル44と係合してTボックスハウジング34を炉心スプレーノズルボア72内でセンタリングする。
【0020】
引締ボルト52は、十字形ウェッジ50の中心部材76のボア74を貫通する形状とされている。引締ボルト52は、キャップ部分78をその第1端80に有し、このキャップ部分78は十字形ウェッジ50の中心部材76のボア74の直径より大きい形状をもつ。引締ボルト52の第2端82は、Tボックスカバープレート66のボルト穴68を貫通し、ナット84とねじ係合する形状となっている。
【0021】
図3に示すように、十字形ウェッジ50は、ボア74が貫通した中心部材76を有する。第1ウェブ部材86、第2ウェブ部材88、第3ウェブ部材90及び第4ウェブ部材92が中心部材76から放射状に延在する。これらのウェブ部材86,88,90,92はX形状をなすように配置されている。支持部材94及び96が隣接するウェブ部材86,88,90,92の端部98,100,102,104間に延在する。さらに詳しくは、支持部材94が第1ウェブ部材86と第2ウェブ部材88間に延在し、支持部材96が第3ウェブ部材90と第4ウェブ部材92間に延在する。支持部材94及び96は、炉心スプレーノズル安全端42のボア58に合致する形状とされている。さらに詳しくは、支持部材94及び96は、安全端ボア58のテーパー部分60(図2に示す)に係合する形状とされている。さらに、ウェブ部材86,88,90,92は流れ抵抗を最小にする輪郭に成形されている。
【0022】
原子炉圧力容器10における炉心スプレーラインを交換するためには、通常の水中プラズマアーク切断及び/又は放電加工(EDM)により、現存するTボックス/熱スリーブ組合せを炉心スプレーノズル安全端42から除去する。代表的には、安全端42の第1端54の小さな部分も除去する。次に、Tボックスハウジング34の第1端36と結合するために、第1端54を、通常は放電加工により、調整する。具体的には、安全端42の第1端54を放電加工して、Tボックスハウジング34の第1端36との金属−金属界面62を形成する。
【0023】
Tボックスアセンブリ32を用いて、炉心スプレーライン18及び20を炉心スプレーノズル44の安全端42に連結する。この場合、Tボックスハウジング34の第1端36を安全端42に連結するとともに、第2端38及び第3端40を炉心スプレー分配ヘッダパイプ18及び20に連結する。具体的には、Tボックスハウジング34の第1端36を安全端42に連結するために、十字形ウェッジ50及び引締ボルト52を安全端ボア58に挿入する。十字形ウェッジ50は、ウェブ部材86,88,90,92がX形配列に設けられており、また2本の支持部材94,96だけがこれらのウェブ部材86,88,90,92を連結しているので、ウェッジ50を安全端ボア58に挿入することができる。ウェッジ50を、ウェッジ50の中心部材76のボア74の軸線がノズル安全端42のボア58の軸線に直角になるような配向で挿入する。次に、ウェッジ50を回転して、中心部材のボア74を安全端ボア58と同軸心合わせ関係とし、また支持部材94及び96を安全端ボア58のテーパー部分60と係合させる。
【0024】
次に、引締ボルト52をウェッジ中心部材76のボア74に挿入する。このとき、引締ボルト52のねじ切り端82を安全端42とは反対向きに、Tボックスハウジング34に向ける。このことを実現するには、ウェッジ50及び引締ボルト52を安全端42に挿入する前に、ボルト52のねじ切り端82に針金(図示せず)を取りつけ、その針金をウェッジ中心部材ボア74に通す。ウェッジ50を作動位置に回し終わったら、針金を中心部材ボア74を通して引っ張り、これにより引締ボルト52のねじ切り端82をウェッジボア74を通して、ボルト52のキャップ部分78がウェッジ50の中心部材76に係合する所定位置まで引っ張る。
【0025】
次に、位置決めラグ70が炉心スプレーノズル44の内面に係合することで、またハウジング34の第1端36が安全端42の第1端54に係合することで、Tボックスハウジング34を位置決めする。次に、引締ボルト52のねじ切り端82がカバープレート66のボルト穴68に貫通した状態で、Tボックスカバープレート66を開口64に配置する。次に、ナット84をボルト52にねじ係合し、所定のトルクまで締める。次に、炉心スプレーヘッダパイプ18及び20をTボックスハウジング34の端部38及び40に連結して装填を完了する。
【0026】
上述したTボックスアセンブリ32によれば、炉心スプレーノズル安全端42を除去したり、原子炉10を排水したりすることなく、炉心スプレーライン18及び20の交換を容易に行うことができる。さらに、Tボックスアセンブリ32により、溶接なしで、炉心スプレーライン18及び20を安全端42に取り付けるのが容易になる。
【0027】
以上、本発明の種々の実施形態についての説明から、本発明の目的が達成されていることが明らかである。本発明を具体的に図示し、説明したが、これらは例示にすぎず、本発明を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態によるTボックスアセンブリを示す、沸騰水型原子炉圧力容器の頂部断面図である。
【図2】図1に示したTボックスアセンブリの断面図である。
【図3】図1に示したTボックスアセンブリの正面図である。
【符号の説明】
10 圧力容器
12 容器壁
14 シュラウド
18,20 ヘッダパイプ
32 Tボックスアセンブリ
34 Tボックスハウジング
36 ハウジング第1端
38 ハウジング第2端
40 ハウジング第3端
42 安全端
44 炉心スプレーノズル
50 十字形ウェッジ
52 引締ボルト
54 安全端第1端
56 安全端第2端
58 安全端ボア
64 開口
66 カバープレート

Claims (12)

  1. 沸騰水型原子炉圧力容器における炉心スプレーノズル安全端に取付けるためのTボックスアセンブリ(32)であって、上記安全端が第1端、第2端及びこの第1端から第2端まで延在するボアを含んでおり、当該Tボックスアセンブリ(32)は、
    前記炉心スプレーノズル安全端(42)の第1端(54)に係合する形状のTボックスハウジング(34)と、
    前記炉心スプレーノズル安全端(42)のボアの表面に係合する形状の十字形ウェッジ(50)と、
    前記十字形ウェッジ(50)に連結された引締ボルト(52)とを備え、
    前記十字形ウェッジ(50)は、
    貫通ボア(74)を有する中心部材(76)と、
    前記中心部材(76)から延在し、一緒にX形状をなすよう配置された第1、第2、第3及び第4ウェブ部材(86,88,90,92)と、
    前記第1及び第2ウェブ部材(86,88)の第1端間(98,100)に延在する第1支持部材(94)と、
    前記第3及び第4ウェブ部材(90,92)の第1端間(102,104)に延在する第2支持部材(96)とを備え、
    前記第1及び第2支持部材(94,96)は前記安全端(42)のボア(58)に係合する形状とされ、
    前記第2と第3ウエブ部材(88,90)の第1端部(100,102)間の空間と、前記第4と第1ウエブ部材(92,86)の第1端部(104,98)間の空間には支持部材が無い、ことを特徴とするTボックスアセンブリ(32)。
  2. さらに、前記Tボックスハウジング(34)に連結される形状のTボックスカバープレート(66)を備え、このカバープレート(66)は前記引締ボルト(52)を受け入れる形状のボルト穴(68)を有し、このボルト穴(68)に前記引締ボルト(52)を挿入して前記十字形ウェッジ(50)を前記Tボックスハウジング(34)に連結することを特徴とする請求項1に記載のTボックスアセンブリ(32)。
  3. 前記Tボックスハウジング(34)は第1端(36)、第2端(38)、第3端(40)及びカバー受入れ開口(64)を有し、前記第1端(36)及び第2端(38)は実質的に心合わせされ、かつそれぞれ第1及び第2炉心スプレーヘッダパイプ(18,20)と連結する形状とされ、前記第3端(40)は前記炉心スプレーノズルのボア(72)内に配置され、かつ炉心スプレーノズルの安全端(42)の第1端(54)に係合する形状とされ、前記カバー受入れ開口(64)は前記Tボックスハウジング(34)の第3端(40)と実質的に心合わせされ、かつ前記Tボックスカバープレート(66)を受け入れる形状とされたことを特徴とする請求項2に記載のTボックスアセンブリ(32)。
  4. 前記Tボックスハウジング(34)の第3端(40)がさらに複数の位置決めラグ(70)を有し、これらの位置決めラグ(70)は前記炉心スプレーノズル(44)と係合して前記Tボックスハウジング(34)をノズルボア(72)内にセンタリングする形状とされたことを特徴とする請求項3に記載のTボックスアセンブリ(32)。
  5. 前記引締ボルト(52)は、前記十字形ウェッジ(50)の中心部材(76)のボア(74)に貫通する形状とされ、前記引締ボルト(52)は第1端(80)及び第2端(82)を有し、前記引締ボルト(52)の第1端(80)は、前記十字形ウェッジ(50)の中心部材(76)のボア(74)の直径より大きい形状とされたキャップ部分(78)を有し、前記引締ボルト(52)の第2端(82)は、前記Tボックスカバープレート(66)のボルト穴(68)に貫通し、ナット(84)にねじ係合する形状とされたことを特徴とする請求項に記載のTボックスアセンブリ(32)。
  6. 前記十字形ウェッジ(50)のウェブ部材(86,88,90,92)が流れ抵抗を低減する輪郭をもつ形状とされたことを特徴とする請求項5に記載のTボックスアセンブリ(32)。
  7. 原子炉(10)における炉圧力容器用の炉心スプレーラインアセンブリであって、
    第1端(54)、第2端(56)及びこの第1端(54)から第2端(56)まで延在するボア(58)を含む炉心スプレーノズル安全端(42)と、
    前記炉心スプレーノズル安全端(42)に連結する形状のTボックスアセンブリ(32)であって、炉心スプレーノズル安全端(42)の第1端(54)に係合する形状のTボックスハウジング(34)と、前記炉心スプレーノズル安全端(42)のボア(58)の表面に係合する形状の十字形ウェッジ(50)と、前記十字形ウェッジ(50)に連結された引締ボルト(52)とを含む、Tボックスアセンブリ(32)とを備え、
    前記十字形ウェッジ(50)は、
    貫通ボア(74)を有する中心部材(76)と、
    前記中心部材(76)から延在し、一緒にX形状をなすよう配置された第1、第2、第3及び第4ウェブ部材(86,88,90,92)と、
    前記第1及び第2ウェブ部材(86,88)の第1端間(98,100)に延在する第1支持部材(94)と、
    前記第3及び第4ウェブ部材(90,92)の第1端間(102,104)に延在する第2支持部材(96)とを備え、
    前記第1及び第2支持部材(94,96)は安全端(42)のボア(58)に係合する形状とされ、
    前記第2と第3ウエブ部材(88,90)の第1端部(100,102)間の空間と、前記第4と第1ウエブ部材(92,86)の第1端部(104,98)間の空間には支持部材が無い、ことを特徴とする炉心スプレーラインアセンブリ。
  8. 前記Tボックスアセンブリ(32)は、さらに、前記Tボックスハウジング(34)に連結される形状のTボックスカバープレート(66)を備え、このカバープレート(66)は前記引締ボルト(52)を受け入れる形状のボルト穴(68)を有し、このボルト穴(68)に前記引締ボルト(52)を挿入して前記十字形ウェッジ(50)を前記Tボックスハウジング(34)に連結することを特徴とする請求項7に記載の炉心スプレーラインアセンブリ。
  9. 前記Tボックスハウジング(34)は第1端(34)、第2端(36)、第3端(38)及びカバー受入れ開口(64)を有し、前記第1端(34)及び第2端(36)は実質的に心合わせされ、かつそれぞれ第1及び第2炉心スプレーヘッダパイプ(18,20)と連結する形状とされ、前記第3端(38)は前記炉心スプレーノズル(44)のボア(72)内に配置され、かつ炉心スプレーノズルの安全端(44)の第1端(54)に係合する形状とされ、前記カバー受入れ開口(64)は前記Tボックスハウジング(34)の第3端(40)と実質的に心合わせされ、かつ前記Tボックスカバープレート(66)を受け入れる形状とされたことを特徴とする請求項8に記載の炉心スプレーラインアセンブリ。
  10. 前記Tボックスハウジング(34)の第3端がさらに複数の位置決めラグ(70)を有し、これらの位置決めラグ(70)は前記炉心スプレーノズル(44)と係合して前記Tボックスハウジング(34)をノズルボア(72)内にセンタリングする形状とされたことを特徴とする請求項9に記載の炉心スプレーラインアセンブリ。
  11. 前記引締ボルト(52)は、前記十字形ウェッジ(50)の中心部材のボア(74)に貫通する形状とされ、前記引締ボルト(52)は第1端(80)及び第2端(82)を有し、前記引締ボルト(52)の第1端(80)は、前記十字形ウェッジ(50)の中心部材のボア(74)の直径より大きい形状とされたキャップ部分を(78)有し、前記引締ボルト(52)の第2端(82)は、前記Tボックスカバープレート(66)のボルト穴(68)に貫通し、ナット(84)にねじ係合する形状とされたことを特徴とする請求項7に記載の炉心スプレーラインアセンブリ。
  12. 前記十字形ウェッジ(50)のウェブ部材(86,88,90,92)が流れ抵抗を低減する輪郭をもつ形状とされたことを特徴とする請求項11に記載の炉心スプレーラインアセンブリ。
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