JP4641584B2 - 原子炉の地震荷重抑圧装置および地震荷重抑圧装置を有する原子炉 - Google Patents

原子炉の地震荷重抑圧装置および地震荷重抑圧装置を有する原子炉 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は全般的に原子炉、更に具体的に言えば、地震絶縁装置及び変位制限装置を含む地震荷重抑圧装置に関する。
【0002】
【発明の背景】
少なくともある公知の原子炉発電所では、原子炉容器が実質的に剛性の台座によって支持されている。この台座が、地下にあって、岩床の上に乗っかっているかもしれない原子炉建屋の基礎(ベースマット)によって支持されている。こういう配置の結果、原子炉及び原子炉台座を含む集成体の基本振動数は約4ヘルツ(Hz)である。4Hzの基本振動数は、地震の励振の強い振動数領域内にあり、集成体が地震の運動に感じ易くなる。発電所の設計パラメータである安全運転停止地震(SSE)は、標準的な原子力発電所では、典型的には0.3g、即ち重力加速度(g=9.81メートル/毎秒毎秒)の0.3倍の値を持っている。SSEが0.3gに等しいとき、発電所が0.3gの力に出会っても、安全性に関連する装置を運転停止にして、無事に生き残ることが出来る。0.3gを越える力が予想される地点では、その地震の力が一層強いことに対処して、標準的な発電所の設計を修正する必要がある。発電所の設計で取上げなければならない1つの問題は、燃料を含む原子炉の内部部品の地震入力に対する応答が、一般的に拡大されることである。例えば、0.3gの地震入力により、原子炉内の燃料の応答が0.9gになることがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
強い地震の励振をフィルタリングして、標準的な発電所の地点に無関係にすることが出来ると共に、燃料を含めた内部部品の応答を低くすることが望ましい。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記並びにその他の目的は、原子炉並びに燃料を含めた原子炉の内部部品に対する地震入力を減らす原子炉用の地震荷重抑圧装置によって達成することが出来る。1実施態様では、地震荷重抑圧装置は、複数個の地震絶縁装置と、複数個の変位制限装置とを含む。地震絶縁装置は、原子炉台座と原子炉建屋の基礎の上に乗っかっている下側台座の間に円周方向に位置ぎめされる。変位制限装置は下側台座の裾部に結合され、原子炉台座の近くに位置ぎめされる。
【0005】
地震絶縁装置は、弾性材料及び鋼板を交互に接着した複数個の層を含む。地震絶縁装置は任意の直径であってよいが、典型的には各々の地震絶縁装置が約400ミリ乃至約1メートルの直径を持つ。更に、弾性材料は典型的にはゴム又はネオプレンである。
【0006】
各々の変位制限装置が片持ち梁を含む。梁(beam)が一端で下側台座の裾部に取付けられると共に、原子炉台座の下端の近くの位置まで伸びている。梁が梁芯(beam core) と、梁芯の向い合った外面の上に積層された2つの鋼板とを含む。鋼板は、梁芯よりも降伏強さが弱い炭素鋼で作られる。例えば、梁芯は、少なくとも約60000ポンド/平方吋の降伏強さを持つ高強度鋼で作ることが出来る。
【0007】
動作について説明すると、複数個の地震絶縁装置が、地震絶縁装置によって支持された構造に対する地震入力を減衰させる。この減衰は、弾性材料及び鋼板の層を交互に接着した独特の構造に由るものである。しかし、地震絶縁装置の水平方向の剛性が比較的低い為、変位制限装置を使って、地震入力によって起こされる大きな横方向の変位を防止する。変位制限装置の片持ち梁の面を覆う板の塑性変形によって減衰効果が発生する。更に上側台座部分の接点と変位制限装置の片持ち梁の上面との間の摩擦を通じて、エネルギが散逸される。
【0008】
上に述べた地震絶縁装置及び変位制限装置が、強い地震の励振をフィルタリングし、これが燃料を含めた原子炉の内部部品の応答を弱める。原子炉及び原子炉内部部品の地震入力に対する応答を弱めることにより、標準とする発電所を地点に無関係な設計にすることが出来る。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1は、この発明の1実施例による原子炉10の一部分の部分的に切欠いた側面断面図である。原子炉10が、原子炉台座14によって支持される原子炉圧力容器(RPV)12を含む。RPV12が原子炉裾部16によって原子炉台座14に結合される。原子炉台座14が上側原子炉台座部分18及び下側原子炉台座部分20を含む。下側部分20が、地下にあって、岩床に乗っかっているかもしれない原子炉建屋の基礎(図に示していない)によって支持される。台座の裾部22が下側台座部分20の外側24から上向きに伸びる。原子炉10が、図1には示していないこの他の部品を含むことに注意されたい。例えば、原子炉10は燃料集成体、シュラウド、蒸気分離器、乾燥器及び制御棒(それら全ては示していない)をも含む。
【0010】
原子炉10が地震荷重抑圧装置26を含む。地震荷重抑圧装置26が、原子炉台座14の周りに円周方向に配置された複数個の地震絶縁装置28と、台座の裾部22の周りに円周方向に配置されていて、この裾部に結合された複数個の変位制限装置30とを含む。特に、地震絶縁装置28は、下側原子炉台座部分20及び上側台座部分18の間に位置ぎめされる。各々の地震絶縁装置28の第1の端32が下側台座部分20の上面34に結合され、各々の地震絶縁装置28の第2の端36が上側台座部分18の下面38に結合される。
【0011】
図2について説明すると、各々の地震絶縁装置28が、弾性材料40及び鋼板42の交互に接着された層を含む。地震絶縁装置28は任意の直径であってよいが、典型的には、各々の地震絶縁装置28は約400ミリ乃至約1メートルの直径を持つ。更に、この直径、交互の層の厚さ及び層の数に基づいて、各々の地震絶縁装置28は水平方向の剛性を持っている。例えば、典型的な水平方向の剛性は、1センチ当り1.25トンの力(tonf/cm)であることがある。これは、地震絶縁装置28を水平方向に1センチ変位させるには、1.25トンの力が必要であることを意味する。各々の地震絶縁装置が垂直方向の剛性をも持っている。垂直方向の剛性の典型的な値は約2000tonf/cmである。更に、各々の鋼板42及び各々の弾性材料の層40の厚さは約1乃至約3ミリである。弾性材料の層40は任意の適当な弾性材料であってよい。弾性材料の層40がゴム又はネオプレンであることが好ましい。
【0012】
各々の変位制限装置30が片持ち梁44を持っている。片持ち梁44が梁芯46と、梁芯46の向い合った外面52、54に夫々積層した2枚の鋼板48及び50を含む。鋼板48及び50は、梁芯46を作るのに使われた鋼よりも降伏強さが弱い炭素鋼で作る。1実施例では、梁芯46は、少なくとも約60000ポンド/平方吋(psi)の降伏強さを持つ高強度鋼で作る。1実施例では、鋼板48及び50が36000psiの降伏強さを持つA−36炭素鋼で作られ、梁芯46は60000psiの降伏強さを持つA−572級高強度鋼で作られる。
【0013】
変位制限装置30は第1の端56で台座の裾部22に結合される。特に台座の裾部22が接続部分58を含む。1実施例では、接続部分58はI形鋼であり、台座の裾部22は補強コンクリートで作られる。別の実施例では、台座の裾部22を鋼で作り、接続部分58は鋼製の台座の裾部22の一体の一部分である。変位制限装置40は接続部分58に溶接にし又はボルト止めすることが出来る。変位制限装置30が、接続部分58からある角度で伸びるように位置ぎめされて、第2の端60が上側原子炉台座18の下面38の近くに位置ぎめされるようにする。
【0014】
図3は原子炉圧力容器12を上から見た断面図であって、原子炉台座14の周りに円周方向に配置された16個の地震絶縁装置28と、台座の裾部22に沿って円周方向に、そして原子炉台座14に隣接して配置された16個の変位制限装置30を示している。勿論、他の実施例では、16個より多い又は少ない地震絶縁装置28及び変位制限装置30を用いることが出来る。
【0015】
変位制限装置30は、地震があった場合、大きな横方向の変位を防止する。鋼板48及び50の塑性変形によるエネルギの散逸により、減衰効果が得られる。原子炉台座14の横方向の変位が、変位制限装置30に係合する程大きいとき、上側原子炉台座18と、片持ち梁44の鋼板48との接触による摩擦を通じて、更にエネルギが散逸される。変位制限装置30は、原子炉台座14と各々の変位制限装置30の間に予定の隙間64(図2参照)があるように構成される。隙間64は、台座14の撓みが、地震絶縁装置28によって支持されていない原子炉10の部分のそれ以下に制限するような寸法である。例えば、強さの弱い地震の力によって起こる小さな地震荷重は、生ずる横方向の変位が小さく、これは原子炉台座14を変位制限装置30に係合させる程ではない。これと対照的に、強い地震荷重は、台座14を1つ又は更に多くの変位制限装置30と係合させる程の台座14の横方向の変位を生ずる。係合する変位制限装置の数が多くなれば、原子炉容器12の動きが減少する。変位制限装置30がないと、原子炉容器12に接続された配管は、原子炉圧力容器12が地震絶縁装置28によって支持されているときに、原子炉容器のノズル(図に示していない)を通じて加えられた変位を受けることがある。
【0016】
地震絶縁装置18が原子炉容器12及び原子炉の内部(図に示していない)に対する地震入力を減衰させる。例えば、ピークで0.3gの地面の加速度という地震入力は、原子炉容器12を支持する地震絶縁装置28がなく、原子炉容器12、原子炉の裾部16及び上側原子炉台座14の合計の重量が約2000トンであると仮定すれば、典型的には、原子炉容器12内の燃料に約0.9gの応答を生ずる。しかし、原子炉絶縁装置が上側原子炉台座14を支持しているとき、燃料の応答は約0.29gに減少し、これは許容し得る原子炉設計パラメータの範囲内である。
【0017】
地震絶縁装置28及び変位制限装置30を含む上に述べた地震荷重抑圧装置26は、強い地震の励振をフィルタリングし、それが燃料を含めた原子炉10の内部部品の応答を小さくする。原子炉10及び原子炉内部部品の地震入力に対する応答を弱くすることにより、地点に無関係な標準とする発電所の設計を開発することが出来る。
【0018】
この発明を種々の実施例について上に述べたところから、この発明の目的が達成されたことは明らかである。この発明を詳しく説明して、図面に示したが、こは例であって、例に過ぎず、この発明を制約するものと解してはならないことをはっきりと承知されたい。従って、この発明の範囲は、特許請求の範囲によって限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の1実施例による原子炉の一部分の部分的に切欠いた側面断面図。
【図2】図1に示す原子炉部分の一部分Aの拡大図。
【図3】図1に示した原子炉部分を上から見た断面図。
【符号の説明】
10 原子炉
12 原子炉圧力容器(RPV)
14 原子炉台座
16 原子炉の裾部
18 上側原子炉台座部分
20 下側原子炉台座部分
22 台座の裾部
24 下側台座部分の外側
26 地震荷重抑圧装置
28 地震絶縁装置
30 変位制限装置
32 地震絶縁装置の第1の端
34 下側台座部分の上面
36 地震絶縁装置の第2の端
38 上側台座部分の上面
40 弾性材料
42 地震絶縁装置の鋼板
44 片持ち梁
46 梁芯
48 鋼板
50 鋼板
52 梁芯の外面
54 梁芯の外面
56 台座の裾部の第1の端
58 接続部分
60 台座の裾部の第2の端
62 隙間

Claims (13)

  1. 上側原子炉台座部分(18)と、下側原子炉台座部分(20)と、該下側台座部分(20)の外側(24)から上向きに伸びる裾部22とを備える原子炉台座(14)を備える原子炉の地震荷重抑圧装置であって、
    前記原子炉台座(14)の周りに円周方向に配置され、前記下側原子炉台座部分(20)及び前記上側台座部分(18)の間に位置ぎめされた複数個の地震絶縁装置(28)と、
    前記台座の前記裾部(22)の周りに円周方向に配置されていて、該裾部に結合された複数個の変位制限装置(30)とを有し、
    各々の前記地震絶縁装置(28)は、複数個の層で構成され、該複数個の層は弾性材料(40)及び鋼板(42)を交互に接着した層で構成され、
    各々の前記変位制限装置(30)は、梁芯(46)、該梁芯(46)の第1の面(52)に積層された第1の鋼板(48)及び前記梁芯(46)の第2の面(54)に積層された第2の鋼板(50)を有する片持ち梁(44)で構成され、前記第2の面(54)が前記第1の面(52)と向い合っている
    ことを特徴とする原子炉の地震荷重抑圧装置。
  2. 前記弾性材料(40)がゴム又はネオプレンで構成されている請求項1記載の地震荷重抑圧装置。
  3. 前記地震絶縁装置(28)が1センチメートル当たり1.25トンの力という水平方向の剛性を持つ請求項2記載の地震荷重抑圧装置。
  4. 前記地震絶縁装置(28)が円柱形であり、400ミリメートル乃至1メートルの直径を持つ請求項3記載の地震荷重抑圧装置。
  5. 前記地震絶縁装置(28)が円柱形であり、400ミリメートル乃至600ミリメートルの直径を持つ請求項2記載の地震荷重抑圧装置。
  6. 前記第1及び第2の鋼板(48、50)が、前記梁芯(46)の降伏強さより弱い降伏強さを持つ炭素鋼で構成されている請求項1記載の地震荷重抑圧装置。
  7. 前記梁芯が少なくとも414MPa(60000ポンド/平方吋)の降伏強さを持つで構成されている請求項6記載の地震荷重抑圧装置。
  8. 上側原子炉台座部分(18)と、下側原子炉台座部分(20)と、該下側台座部分(20)の外側(24)から上向きに伸びる裾部(22)とを備える原子炉台座(14)と、
    前記上側原子炉台座部分(18)によって支持されていて、前記上側原子炉台座部分(18)の第1の端に結合されている原子炉圧力容器(12)と、
    前記上側原子炉台座部分(18)の第2の端に配置されている地震荷重抑圧装置であって、前記上側原子炉台座部分(18)が当該地震荷重抑圧装置に結合されて当該地震荷重抑圧装置によって支持される地震荷重抑圧装置と、
    を有し、
    前記下側原子炉台座部分(20)は、前記地震荷重抑圧装置に結合されて、前記地震荷重抑圧装置を支持し、
    前記地震荷重抑圧装置は、
    前記原子炉台座(14)の周りに円周方向に配置され、前記下側原子炉台座部分(20)及び前記上側台座部分(18)の間に位置ぎめされた複数個の地震絶縁装置(28)と、
    前記台座の前記裾部(22)の周りに円周方向に配置されていて、該裾部に結合された複数個の変位制限装置(30)とを有し、
    各々の前記地震絶縁装置(28)は、複数個の層で構成され、該複数個の層は弾性材料(40)及び鋼板(42)を交互に接着した層で構成され、
    各々の前記変位制限装置(30)は、梁芯(46)、該梁芯(46)の第1の面(52)に積層された第1の鋼板(48)及び前記梁芯(46)の第2の面(54)に積層された第2の鋼板(50)を有する片持ち梁(44)で構成され、前記第2の面(54)が前記第1の面(52)と向い合っている
    ことを特徴とする原子炉。
  9. 前記弾性材料(40)がゴム又はネオプレンで構成される請求項8記載の原子炉。
  10. 前記地震絶縁装置(28)が1センチメートル当り1.25トンの力という水平方向の剛性を持つ請求項9記載の原子炉。
  11. 前記地震絶縁装置(28)が円柱形であり、400ミリメートル乃至1メートルの直径を持つ請求項8乃至10のいずれか1項に記載の原子炉。
  12. 前記第1及び第2の鋼板(48、50)が、前記梁芯(46)の降伏強さより弱い降伏強さを持つ炭素鋼で構成されている請求項8乃至11のいずれか1項に記載の原子炉。
  13. 前記梁芯(46)が少なくとも414MPa(60000ポンド/平方吋)の降伏強さを持つで構成されている請求項12記載の原子炉。
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