JP4837201B2

JP4837201B2 - シェルリング、複数のシェルリングからなる円筒形シェルを有する原子炉圧力容器およびシェルリングを組み立てる方法

Info

Publication number: JP4837201B2
Application number: JP2001249754A
Authority: JP
Inventors: アレックス・ブレアー・ファイフ; ジャック・トシオ・マツモト
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2000-08-23
Filing date: 2001-08-21
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2021-08-21
Also published as: JP2002174691A; US6426986B1; EP1182670A1; CN1339344A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に原子炉圧力容器に関し、より具体的には単一ワンピース鍛造品から製造されたノズルを含むシェルコースを備える原子炉圧力容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
沸騰水型原子炉は、一般的に原子炉圧力容器（ＲＰＶ）内に配置された炉心を含む。既知のＲＰＶは、ほぼ円筒形のシェルを含む。シェルは、例えば長さ約６０フィート、直径約２０フィート、そして厚さは約７インチである。その長さのため、シェルは互いに溶接された複数のリングすなわちシェルコースから形成されている。円筒形シェルは、取り外し可能な上部ヘッドによって上端が閉じられている。上部ヘッドは取り外し可能なので、ＲＰＶ内に配置されている部品に接近することができる。ＲＰＶの円筒形シェルは、シェルに溶接されたドーム型の下部ヘッド組立体によって下端が閉じられている。
【０００３】
外部パイプに圧力容器を取り付けるために、複数のノズルの開口部が円筒形シェルに形成されている。構造設計基準には、圧力容器の中に開口部が造られる場合、補強材が開口部の周りに追加されなければならないことが決められている。さらに、ノズル補強材を取り付け、パイプを接続するために使用されるいかなる溶接継手も、１００％の体積にわたり検査が可能である必要がある。
【０００４】
既知の圧力容器のシェルコースは、ワンピース鍛造、または板材の成形及び溶接のいずれかによって、区分ごとに造られている。これらの区分は、溶接またはボルト止めされて完全な容器を形成している。シェルコースが板材の成形及び溶接によって造られている場合、周方向溶接継手に比べて、応力の程度が高い縦方向溶接継手が形成される。ノズルは鍛造によって造られ、圧力容器の円筒形区分すなわちシェルコースにあるボアに溶接される。ノズル鍛造品は、ノズルの完全な状態を保証するために必要な補強材と、ノズル・シェルとノズル・パイプの溶接継手のための溶接用部分を備える。
【０００５】
既知の原子炉圧力容器における圧力バウンダリーの溶接は、溶接の完全な状態を判断するために、超音波試験を使用して定期的に、体積的な検査が行われている。したがって、検査装置が必要とされ、工場は検査のための接近を可能とするように構成される。
【０００６】
既知の圧力容器及び圧力容器の製造方法には、いくつかの欠点がある。第一に、ノズル鍛造品のシェルに対する溶接部は、定期的に検査されなければならない。この検査工程は時間を要し、多大な量の労力と財源を使用する。その上、原子炉圧力容器の信頼性は、ノズル鍛造品のシェルに対する溶接部の完全性に依存する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、現行の圧力容器よりも少ない溶接継手を含み、すべての応力要求を満たし、垂直方向溶接継手を排除した圧力容器を提供することが望まれる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
例示的な実施形態では、原子炉のための圧力容器は、少なくとも１つの鍛造ノズルシェルコースを含む。単体に鍛造されたノズルシェルコースは、原子炉圧力容器の組み立て工程を簡単にし、圧力容器の溶接継手を減らす。圧力容器はほぼ円筒形で、互いに溶接された複数のリング型シェルコースを含む。少なくとも１つのシェルコースは、外向きに放射状に延びる厚さの大きな少なくとも１つの補強部分と、鍛造シェルコース壁の該補強部分に機械加工されたノズルとを含む鍛造シェルコースである。ボアは、鍛造シェルコースの内面からノズルの外端部に延びる。補強部分とノズルは、十分な厚さのリング状鍛造品から機械加工により形成されており、外壁から突出する少なくとも１つのノズル補強部を備える単体構造のシェルコースを形成している。ノズルは半径Ｒ_nを持ち、ノズルのボアは半径Ｒ_nbを持つ。補強部分は縦方向寸法と周方向寸法を含む。縦方向寸法は、ノズルの半径Ｒ_nの約２倍で、周方向寸法は、半径Ｒ_nの約１．５倍である。
【０００９】
鍛造ノズルシェルコースは、所望の内径、及び望ましいシェル壁厚に少なくとも補強部分の厚さを加えたものに等しい厚さを持つ、リング状鍛造品を準備することによって製造される。ノズルは、リング状鍛造品を機械加工して、シェル壁から外向きに放射状に突出する補強部分と該補強部分に機械加工されたノズルを形成することにより、鍛造ノズルシェルコースに形成される。半径Ｒ_nbを持つノズルのボアが、ノズルと同軸で、ノズルの外端部からシェル壁を通ってシェル壁の内面まで延びるように機械加工される。
【００１０】
上述の鍛造ノズルシェルコースは、個々のノズル鍛造品とシェルコースとの間の圧力バウンダリー溶接継手を排除し、したがって、原子炉圧力容器において、整備期間中に検査される必要がある溶接継手の数を減らすことができる。溶接継手が減ることで、ＲＰＶの構造的な完全性が向上する。また、上述の鍛造ノズルシェルコースは、原子炉圧力容器の組み立て工程を簡単にし、シェルに対するノズル溶接部の検査の必要性を排除する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、原子炉圧力容器（ＲＰＶ）１０の概略図である。ＲＰＶ１０は、上部ヘッド１２と、４つの実質的に円筒形のシェルコース１４、１６、１８、２０と、下部ヘッド組立体２２を含む。本発明の例示的な実施形態によれば、シェルコース１６は単体に鍛造されたノズルシェルコース１６である。上部ヘッド１２はヘッドフランジ２４を含む。第１シェルコース１４は、容器フランジ２６を含む。上部ヘッド１２は、ヘッドフランジ２４を通って延びるボルト２８によってシェルコース１４にボルト止めされ、上部ヘッド１２はまた、上部ヘッド１２を第１シェルコース１４から吊り上げるための吊り上げフランジ３０を含む。
【００１２】
第１シェルコース１４は、主蒸気ノズル３２を含み、このノズルを通して蒸気がＲＰＶ１０から出る。また、安定化ブラケット３４が第１シェルコース１４に形成されている。鍛造ノズルシェルコース１６は、そこに形成された複数の鍛造ノズル３６を含む。鍛造ノズルシェルコース１６と鍛造ノズル３６は、１つの鍛造品から機械加工され、単体構造の鍛造ノズルシェルコース１６を形成する。第４シェルコース２０は、それに対して溶接された支持スカート４２を含む。支持スカート４２は、原子炉建物（図示せず）内でＲＰＶ１０を支持する。
【００１３】
図２は、鍛造ノズル３６を備える鍛造ノズルシェルコース１６の一部分の断面図である。鍛造ノズル３６は、鍛造ノズルシェルコース１６と単体構造である。鍛造ノズル３６は、シェルコース１６の材料から機械加工されている。シェルコース１６と鍛造ノズル３６は１つの鍛造品から機械加工されているので、ＲＰＶ１０の溶接の数は減る。このことは、検査が必要となる溶接の数を減らし、ＲＰＶの組み立てをより簡単にするという利点がある。
【００１４】
ノズル３６は、シェルコース１６の内面５２からノズル３６の外端部５４へ延びるボア５０を含む。シェルコース１６は、シェルコース１６の外面５８から延びる補強部分５６を含む。ノズル３６は、ノズル３６の外端部５４が補強部分５６の外面６０を通りすぎて延びることがないように補強部分５６に機械加工される。言い換えれば、ノズルの外端部５４は補強部分５６の外面６０から引っ込んでいる。ノズル３６の外端部５４は、安全端部すなわち延長取付面６２を形成する。補強部分５６に機械加工された溝６４は、ノズルのボア５０と同軸である。溝６４は、延長部すなわち安全端部（図２には示されていない）を取付面６２に溶接するために、ノズル３６の外端部５４に接近するのを可能にする。ボア５０の中心線から溝６４の表面６６までの距離は、ノズル３６の半径Ｒ_nとして定義される。ボア５０の中心線からボア５０の内面６８までの距離は、ノズルのボア５０の半径Ｒ_nbとして定義される。
【００１５】
補強部分５６は、該補強部分５６の外面からシェルコース１６の外面５８へ向かって細くなる遷移部７０を含む。図３を参照して、補強部分５６は楕円形で、周方向寸法７２と縦方向寸法７４を有する。例示的な実施形態では、ノズルのボア５０の中心線から測定して、周方向寸法７２は、ノズルの半径Ｒ_nの約１．５倍に等しく、縦方向寸法７４はノズルの半径Ｒ_nの約２．０倍に等しい。
【００１６】
図２を参照して、シェルコース１６の壁厚は、シェルコース１６がＲＰＶ１０に作用する応力及び圧力に耐えられるように選ばれている。補強部分５６は、シェルコース１６に形成される貫通部において、シェルコース１６に追加された補強と強度を与える。ある実施形態では、補強部分５６の厚さは、シェルコース１６の壁厚と補強部分５６の厚さの合計がシェルコース１６の壁厚の約２倍になるように選ばれている。他の実施形態では、厚さの合計は、シェルコースが製造される材料、及び／又はＲＰＶに作用すると予想される応力と圧力次第で、シェルコース１６の壁厚の２倍より大きく、または小さくなり得る。シェルコース１６は、いかなる適した材料、例えば低炭素鋼、ステンレス鋼その他同様のものから製造してもよい。
【００１７】
鍛造ノズルシェルコース１６は、シェルコース１６の所望の内径にほぼ等しい内径を持ち、シェルコース１６の所望の厚さのほぼ２倍の壁厚を持つ単純なリング状鍛造品から始めることによって製造される。シェルコース１６の内面５２は、シェルコース１６の所望の内径に機械加工される。シェルコース１６の外面５８は、補強部分５６を形成するように機械加工される。ボア５０が、各補強部分５６を通して補強部分５６の外面６０からシェルコース１６の内面５２に延びるように機械加工される。ノズル３６は、溝６４を補強部分の外面６０へ、ノズルのボア５０と同軸に機械加工することによって完成される。延長取付面６２が、溝６４とボア５０の間の外面６０を機械加工することにより形成される。延長取付面６２は、補強部分５６の外面６０から引っ込んでいる。単純なリング状鍛造品から機械加工された材料は、生産のコストを最小化するために、リサイクルすることができる。
【００１８】
図４は、本発明の別の実施形態による鍛造ノズルシェルコース７６の断面図である。鍛造ノズルシェルコース７６は、上述の鍛造ノズル３６に類似した鍛造ノズル７８を含むが、鍛造ノズル７８が、鍛造ノズルシェルコース７６の内面８２に機械加工された第２溝８０と、シェルコース７６の内面８２から引っ込んだ第２延長取付面８４を含む点で異なる。上述のように、鍛造ノズルシェルコース７６は、遷移部７０を持つ補強部分５６と、周方向寸法７２と、縦方向寸法７４を含む（図３参照）。鍛造ノズルは、半径Ｒ_nbを持つボア５０と、表面６６を持つ溝６４と、補強部分５４の外面から引っ込んでいる延長取付面６２を含む。
【００１９】
図５は、本発明の別の実施形態による鍛造ノズルシェルコース８６の断面図である。鍛造ノズルシェルコース８６は、鍛造ノズルシェルコース８６の内面９２に機械加工された溝９０を含む鍛造ノズル８８と、シェルコース８６の内面９２から引っ込んだ延長取付面９４を含む。鍛造ノズル８８は、半径Ｒ_nbを持つボア９６を含む。上述のように、鍛造ノズルシェルコース８６は、遷移部７０を持つ補強部分５６と、周方向寸法７２と、縦方向寸法７４を含む（図３参照）。
【００２０】
図６は上述の鍛造ノズル３６の図で、安全端部が延長取付面６２に溶接されている。ノズル３６に安全端部９８を溶接するのを助けるために、溶接バター１００が延長取付面６２に配置されている。図７に示す他の実施形態では、パイプ１０２が鍛造ノズル３６の延長取付面６２に溶接されている。これらの溶接継手は、シェルコース１６の圧力バウンダリーの一部ではないので、それらはシェルコース１６の周方向及び軸方向応力に抗する必要はない。これら溶接継手は、取付圧力バウンダリーの一部であり、取付部、すなわち安全端部９８とパイプ１０２における周方向及び軸方向応力に抗する必要がある。
【００２１】
図８は、上述の鍛造ノズルシェルコース１６の断面図であり、追加の機械加工された一体形状物を含む。さらに具体的に述べると、鍛造ノズルシェルコース１６は、ＲＰＶ１０にブラケットを取り付けるための、機械加工された一体型のスタブ１０４を備える。一体型のスタブ１０４は、シェルコース１６の外面５８から外向きに放射状に突出し、補強部分５４と同様に、上述のシェルコース１６と同じリング状鍛造品で機械加工されている。鍛造ノズルシェルコース１６はまた、外面５８から外向きに放射状に延びる、機械加工された一体型のブラケット１０６を備える。一体型のブラケット１０６は、それを通って延びる開口部１０８を備える。鍛造ノズルシェルコース１６はさらに、検査装置を取り付けるための、機械加工された一体型のトラック１１０を備える。一体型のトラック１１０は、外面５８から外向きに放射状に突出する。一体型のトラック１０４は、周囲の溶接部１１２の検査のための用具の取り付けを容易にするために機械加工される。
【００２２】
本発明を種々の具体的な実施形態に従って説明しが、当業者には、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更形態で実行されることが可能であることは明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施形態による原子炉圧力容器の概略図。
【図２】図１に示す鍛造ノズルシェルコースの断面図。
【図３】図２に示す鍛造ノズルシェルコースの正面図。
【図４】本発明の別の実施形態に基づく、図１に示す鍛造ノズルシェルコースの断面図。
【図５】本発明の別の実施形態に基づく、図１に示す鍛造ノズルシェルコースの断面図。
【図６】安全端部が取り付けられた、図２に示す鍛造ノズルシェルコースの断面図。
【図７】パイプが取り付けられた、図２に示す鍛造ノズルシェルコースの断面図。
【図８】本発明の実施形態に基づく機械加工された一体形状物を備える鍛造ノズルシェルコースの概略図。
【符号の説明】
１６シェルコース
３６鍛造ノズル
５０ボア
５２シェルコース内面
５４ノズルの外端部
５６補強部分
５８シェルコース外面
６０補強部分の外面
６２延長取付面
６４溝
６６溝の表面
６８ボアの内面
７０遷移部
Ｃ_Lボアの中心線
Ｒ_nノズルの半径
Ｒ_nbボアの半径

Claims

複数のシェルリングが溶接されることにより原子炉圧力容器（１０）の円筒形シェルが形成されるシェルリング（１６）であって、
シェルリングの外面（５８）から外向きに前記円筒形シェルの半径方向に延びる少なくとも１つの補強部分（５６）と、
前記補強部分に機械加工されたノズル（３６）と
を備え、
前記ノズルが、
前記補強部分の外面から前記シェルリングの内面（５２）へ延びる開口部（５０）と、
パイプ（１０２）が溶接される延長取付面（６２）であって、前記開口部に隣接し、前記補強部分の外面から引っ込んでおり、かつ、前記開口部と同軸に配置された少なくとも１つの延長取付面（６２）と、
前記ノズル（３６）の外端部（５４）に形成された一体の溝（６４）であって、前記ノズルの開口部（５０）と同軸に且つ前記延長取付面（６２）に隣接して配置された溝（６４）と
を有し、
前記補強部分は、
前記シェルリング（１６）の外から見て楕円形であり、
前記補強部分の外面から前記シェルリング（１６）の外面（５８）に向かって厚みが減少し、
前記ノズルの開口部の中心線から前記溝（６４）の遠い側の表面（６６）までと定義される前記ノズルの半径（Ｒｎ）の、２．０倍に等しい前記中心線からの縦方向寸法（７４）と、
前記ノズルの半径（Ｒｎ）の１．５倍に等しい前記中心線からの周方向寸法（７２）と
を有し、
前記シェルリング、前記補強部分及び前記ノズルは、単体鍛造品から機械加工されて単体の前記シェルリングを形成している
ことを特徴とするシェルリング（１６）。
前記シェルリングの前記内面（５２）に機械加工された一体の第２溝（８０）をさらに備え、前記第２溝は、前記ノズルの開口部（５０）と同軸に、前記シェルリングの内面（８２）から半径方向外側に向けて引っ込んだ第２延長取付面（８４）に隣接して配置されることを特徴とする、請求項１に記載のシェルリング（１６）。
前記シェルリングに検査装置を取り付けるために前記シェルリングの前記外面（５８）から半径方向外向きに突出する一体型のトラック（１１０）をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のシェルリング（１６）。
複数のシェルリング（１４、１６、１８、２０）からなる円筒形シェルを有する原子炉圧力容器であって、前記シェルリングの少なくとも１つが、該シェルリングの外面（５８）から前記円筒形シェルの半径方向外向きに延びる少なくとも１つの補強部分（５６）と、前記補強部分に機械加工されたノズル（３６）とを備える原子炉圧力容器であって、
前記ノズルが、
前記補強部分の外面から前記シェルリングの内面（５２）へ延びる開口部（５０）と、
パイプ（１０２）が溶接される延長取付面（６２）であって、前記開口部に隣接し、前記補強部分の外面から引っ込んでおり、かつ、前記開口部と同軸に配置された少なくとも１つの延長取付面（６２）と、
前記ノズル（３６）の外端部（５４）に形成された一体の溝（６４）であって、前記ノズルの開口部（５０）と同軸に且つ前記延長取付面（６２）に隣接して配置された溝（６４）と
を有し、
前記補強部分は、
前記シェルリング（１６）の外から見て楕円形であり、
前記補強部分の外面から前記シェルリング（１６）の外面（５８）に向かって厚みが減少し、
前記ノズルの開口部の中心線から前記溝（６４）の遠い側の表面（６６）までと定義される前記ノズルの半径（Ｒｎ）の、２．０倍に等しい前記中心線からの縦方向寸法（７４）と、
前記ノズルの半径（Ｒｎ）の１．５倍に等しい前記中心線からの周方向寸法（７２）と
を有し、
前記シェルリング、前記補強部分及び前記ノズルは、単体鍛造品から機械加工されて単体の前記シェルリングを形成しており、
最上段のシェルリング（１４）に上部ヘッド（１２）が連結され、最下段のシェルリング（２０）に下部ヘッド組立体（２２）が連結される、
ことを特徴とする原子炉圧力容器（１０）。
前記少なくとも１つのシェルリングの前記内面（５２）に機械加工された一体の第２溝（８０）をさらに備え、前記第２溝は、前記ノズルの開口部（５０）と同軸に、前記シェルリングの内面（８２）から半径方向外側に向けて引っ込んだ第２延長取付面（８４）に隣接して配置されることを特徴とする、請求項４に記載の原子炉圧力容器（１０）。
複数のシェルリングが溶接されることにより原子炉圧力容器（１０）の円筒形シェルが形成されるシェルリング（１６）を組み立てる方法であって、
単体のリング状鍛造品を用意する段階と、
前記リング状鍛造品を機械加工して、半径を持つノズル（３６）を含む外向きに前記円筒形シェルの半径方向に突出する補強部分（５６）を機械加工して形成する段階と、
ノズル（３６）であって、前記補強部分の外面から前記シェルリングの内面（５２）へ延びる開口部（５０）と、パイプ（１０２）が溶接される延長取付面（６２）であって、前記開口部に隣接し、前記補強部分の外面から引っ込んでおり、かつ、前記開口部と同軸に配置された少なくとも１つの延長取付面（６２）と、前記ノズル（３６）の外端部（５４）に形成された一体の溝（６４）であって、前記ノズルの開口部（５０）と同軸に且つ前記延長取付面（６２）に隣接して配置された溝（６４）とを有するノズル（３６）を、前記補強部分に機械加工する段階と、
を含み、
前記補強部分を、
前記シェルリング（１６）の外から見て楕円形とし、
前記補強部分の外面から前記シェルリング（１６）の外面（５８）に向かって厚みを減少させ、
前記ノズルの開口部の中心線から前記溝（６４）の遠い側の表面（６６）までと定義される前記ノズルの半径（Ｒｎ）の、２．０倍に等しい前記中心線からの縦方向寸法（７４）と、前記ノズルの半径（Ｒｎ）の１．５倍に等しい前記中心線からの周方向寸法（７２）とを有を有するようにする、
ことを特徴とする方法。
前記シェルリングの内面（５２）に機械加工された一体の第２溝（８０）を、前記ノズルの開口部（５０）に同軸に、前記シェルリングの内面（８２）から半径方向外側に向けて引っ込んだ第２延長取付面（８４）に隣接して機械加工する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項６に記載の方法。