JP4965070B2 - 燃料集合体ノズル交換用の工具と方法 - Google Patents

Description

本発明は、原子炉の燃料集合体の交換に関する。より詳しくは、本発明は、燃料集合体の頂部ノズルが超過ストレスとなることなく、原子炉燃料集合体を移動するための工具と方法とに関する。

現在の軽水炉である加圧水型原子炉及び沸騰水型原子炉において、燃料は運転前に原子炉圧力容器に挿入されねばならない。燃料は、燃料集合体の形状であって、個々の燃料棒は、積層したペレットの入っている平行配列された一連のロッドを含んでいて、格子配列の構造体により一体に保持されている。

原子炉圧力容器が運転された後に、燃料集合体の原子燃料は燃焼され、使用済燃料集合体は、取り出され新しい燃料と交換しなければならない。さらに未燃焼燃料集合体は炉心の他の領域に移動され、かつ原子炉再起動前に欠陥の検査が行なわれねばならない。使用済及び未使用の燃料集合体の移動は、完全かつ管理された方法で行なわれねばならない。というのは、燃料集合体の落下は原子燃料の破損及び放射性物質の放出をもたらすかも知れないからである。

燃料集合体及び特殊な吊り上げ工具（燃料集合体を移動する工具）との目視及び放射検査とは、構造体コンポーネントの劣化による負荷吊り上げ事故を防止するのに役立っている。放射線の照射後に、燃料集合体のあるものは上部ガイドシンプルスリーブに応力腐蝕割れを生ずることが判明している。なお上部ガイドシンブルスリーブは燃料集合体の頂部ノズルをガイドシンブルに取り付けているものである。

産業界での経験で以下のことが判明していて、構造的に破損した燃料集合体を吊り上げるための装置及び方法は、プラント運転員にとってコストのかかるものであり、一方、応力腐蝕による頂部ノズルからガイドシンブルへの継手の破損のような弱体部分による、負荷吊り上げ事故の可能性を排除するものではない。

もし、燃料集合体に応力腐蝕割れあるいは他の構造的欠陥が見られる場合、現在のプラクティスにおいては、水中での燃料集合体解体及び個々の部品の取り外ずし、又はアセンブリの構造体荷重の適切な伝達を可能にするべく破損燃料集合体に対する構造的補強を行なう必要がある。これらの補修と取替の両者は、費用がかかり、安全な負荷吊り上げを保証するために破損燃料集合体の十分な構造解析が必要とされる。

現在の加圧水型原子炉及び沸騰水型原子炉の両原子炉における燃料集合体構造に使用することのできる燃料集合体吊り上げ用工具と方法とが必要とされている。

さらに、燃料集合体において上部ガイドシンブルスリーブに応力腐蝕割れがある場合における燃料集合体の安全な移動を可能とする燃料集合体吊り上げ工具を提供する必要がある。なお上部ガイドシンブルスリーブは頂部ノズルをガイドシンブルに取りつけているものである。

さらに、燃料集合体の対コスト効果のある移動用の、現在の燃料交換機および貯蔵ラックと適切に調和のとれた燃料集合体吊り上げ工具の必要性がある。

本発明の目的は、現在の加圧水型原子炉及び沸騰水型原子炉の両原子炉における燃料集合体構造形状に使用することのできる、燃料集合体と方法とを提供することである。

本発明のさらなる目的は、燃料集合体において上部ガイドシンブルスリーブに応力腐蝕割れがある場合における燃料集合体の安全な移動を可能とする、燃料集合体と方法とを提供することである。なお上部ガイドシンブルスリーブは頂部ノズルをガイドシンブルに取りつけているものである。

本発明のさらなる目的は、燃料集合体の対コスト効果のある移動用の、現在の燃料交換機および貯蔵ラックと適切に調和のとれた燃料集合体と方法とを提供することである。

本発明は燃料集合体交換方法を提供している。
燃料集合体交換方法が：燃料集合体を交換するために形成された工具を支持する段階と；該燃料集合体の頂部をおおって該工具を位置決めする段階と；アライメントピンが該燃料集合体の上部ノズルと係合するように、該工具を該燃料集合体の該頂部に下降する段階と；ロックフィンガを該燃料集合体のガイドシングルの中へ下降させるために、シャフトを作動させる段階と；該ロックフィンガを、係合させる該燃料集合体の該ガイドシングルにおける凹部の下方の所定位置に位置決めする段階と；該ロックフィンガを該凹部の中で延伸位置に係合させる段階と；該燃料集合体及び該工具を吊り上げる段階と；を含んでいる。

本発明は、燃料集合体を交換するために形成された燃料集合体ノズル無し交換用工具を提供している。該工具が：少なくとも四本のサポートロッドと；該工具の全長を移動するべく形成されたマンドレルシャフトと；該マンドレルシャフトの作動を介して移動するべく形成されたマンドレルプレートであって、該マンドレルシャフトに接続されたマンドレルプレートと；係合位置から係合解除位置へ移動するべく形成されたフィンガシャフトと；燃料集合体のガイドシングルとインターフェースとなるべく形成された少なくとも二つのロックフィンガと；該ロックフィンガを該ガイドシングルに対して挿入及び引きもどすべく形成されたフィンガプレートであって、該フィンガシャフトの作動により移動されるフィンガプレートと；該サポートロッドと接続されている負荷プレートであって、該フィンガシャフトの端部を受け入れるべく形成された負荷プレートと；該少なくとも二つのロックフィンガ用のマンドレルであって、該マンドレルが、該少なくとも二つのロックフィンガを取りつけるべく形成され、かつ該少なくとも二つのロックフィンガを引きもどすべく形成されているマンドレルと；を具備する。

図１は、本発明における燃料集合体ノズル無し交換用工具１０を図示している。燃料集合体ノズル無し交換用工具１０はマンドレル１４、マンドレルシャフト１２、マンドレルプレート１６、フィンガシャフト１８、ロックフィンガ２２、フィンガプレート２６及び負荷プレート２４で構成されている。

燃料集合体ノズル無し交換用工具１０は、構造的欠陥を示めす燃料集合体の吊り上げを可能にする装置であり、全体の吊り上げを安全に行なうことができる。従って、燃料集合体ノズル無し交換用工具１０は、構造的に劣化した燃料集合体に対して構造体の永久的な補修の必要性を排除している。

燃料集合体ノズル無し交換用工具１０は、負荷吊り上げを行なうために、燃料集合体２０における構造体と協働するようになっている。これを達成するために、フィンガ２２が燃料集合体のガイドシンブルと協働するべく使用されている。ロックフィンガ２２の外径は、頂部ノズルのガイドシンブルにおける開口部への挿入が可能な外径となっている。延伸位置において、ロックフィンガ２２の端部又はタブがガイドシンブルにおける凹部と係合するべく形成されていて、その凹部において、ガイドシンブルは上部スリーブへ向けてスエッジされている。ロックフィンガ２２は、ステンレス鋼又はインコネルを含めて種々の材料で作ることができる。ロックフィンガの端部又はタブは、ロックフィンガ２２とガイドシンブルのディンプルとの間に確立された接触が燃料集合体２０の垂直方向の吊り上げを可能にするようないずれの形状であってもよい。非延伸位置において、ロックフィンガ２２は、ガイドシンブルの内部接触端部と接触しないように、十分なクリアランスでガイドシンブルの中に挿入されるべく形成されている。ロックフィンガ２２の端部はガイドシンブルの材料より柔軟な材料で作られていてもよくて、従って、延伸位置における燃料集合体２０の損傷を防止するようになっている。

マンドレル１４は、燃料集合体２０の吊り上げに先立って、ロックフィンガ２２を燃料集合体２０の所定位置に取りつけるために使用される。マンドレル１４はロックフィンガ２２をガイドシンブルに挿入するための係合解除位置における小さな断面に引きもどしもする。マンドレル１４それぞれは、ロックフィンガ２２の自由なロック及びロック解除を可能にするために、それぞれのロックフィンガ２２にバネ付勢されている。マンドレル１４とロックフィンガ２２との数は、吊り上げる燃料集合体２２への設置が所望される継手の数により変更されてもよい。例示の実施形態において、二十個のロックフィンガ／マンドレルが燃料集合体２０を吊り上げるために使用されている。燃料集合体２０の構造と、所望する吊り上げの安全率により、異なる数のロックフィンガ／マンドレルが使用されてもよい。

負荷プレート２４は、ロックフィンガ２２を介して伝達された燃料集合体２０の重量を吊り上げるべく形成されている。ロックフィンガ２２は、燃料集合体の膨脹及び凹部の変化に備えて、負荷プレート２４によりばねインターフェースを用いて支持されている。負荷プレート２４は、燃料集合体ノズル無し交換用工具１０の各隅におけるサポートロッド３２を介して燃料集合体ノズル無し交換用工具１０の支柱３４に取りつけられている。アライメントピン２８が、燃料集合体２０における正確な位置決めを提供するために、負荷プレート２４に取りつけられている。アライメントピン２８は、正確な位置決めができるように燃料集合体ノズル無し交換用工具１０の精密な調節を可能にしている。

フィンガプレート２６は、ロックフィンガ２２を燃料集合体２０のガイドシンブルに対し挿入したり引きもどしたりするべく使用される。フィンガプレート２６は、無負荷軸受コンポーネントであり、そして燃料集合体ノズル無し交換用工具１０のマンドレルプレート１５と接続する部材３３に接続されている。フィンガプレート２６は、作動時におけるロックフィンガ２２の挿入及び引きもどしを可能にし／促進するアタッチメント３６を有していてもよい。

フィンガシャフト１８は、操作員がスクリュードライブ４４を介してフィンガプレート２６の移動を可能にするために、燃料集合体ノズル無し交換用工具１０の全長を移動するべく形成されている。図示されているように、フィンガシャフト１８は、正確に調節できるねじ４０である。ねじ４０は、ねじ４０のねじ山が正確な位置決めを可能にするような形状となっている。ねじ４０は、単位長当りにおけるいずれの形状のねじ山が使用されてもよいように形成されている。例示の実施形態に限定されるものではないが、例えば油圧駆動のような他のタイプの作動方法も可能である。

マンドレルプレート１６は、ロックフィンガ２２に対するマンドレル１４の挿入及び引きもどしを可能にするべく使用されている。マンドレルプレート１６は、マンドレルシャフト１２の運動を介して移動するために作動することのできる継手構造体を提供するために使用される。マンドレルプレート１６は、マンドレル１４が目視での位置確認により完全に挿入されていることを、目視で検証できるように形成されている。

マンドレルシャフト１２は、操作員が回転及び高さ変更でマンドレルプレート１６を移動できるように、燃料集合体ノズル無し交換用工具１０の全長を移動する。

取りはずす個々の燃料集合体２０へのアクセスを可能にするために、炉心用及び燃料集合体用の制御装置が、除去される。図２に図示するように、燃料集合体ノズル無し交換用工具１０は移動する燃料集合体２０をおおって位置決めされる。燃料集合体ノズル無し交換用工具１０は燃料集合体２０上に下降され、アライメントピン２８が燃料集合体２０の頂部ノズル３０と係合する。ロックフィンガ２２を燃料集合体２０のガイドシンブルの中に下降するために、フィンガシャフト１８は操作員により回転される。続いて、操作員によりマンドレルシャフト１２が、ロックフィンガ２２に対しマンドレル１４のばね引張力を作用することを可能にするべく下降される。さらにフィンガシャフト１８は、ロックフィンガ２２のゆっくりとした引きぬきを行なうべく回転される。それぞれのフィンガ２２は係合する凹部に到達し、ロックフィンガ２２は所定位置に付勢され、従ってマンドレル１４が燃料集合体２０のガイドシンブルの内部に位置決めされ、ロックフィンガ２２のフィンガタブをガイドシンブルの凹部にロックする。ロックフィンガ２２は、使用されているすべてのマンドレル１４が所定位置にロックされるまで、燃料集合体ノズル無し交換用工具１０の作動によりガイドシンブルから引きぬかれる。続いて、マンドレルシャフト１２は、すべてのマンドレル１４が図３に図示するロック位置にあるかどうかを検証するために回転される。最終的に、燃料集合体ノズル無し交換用工具１０は燃料交換用クレーンの補助ホイストにより吊り上げられ、例えば、燃料集合体２０は吊り上げられ新しい位置へ移動される。

燃料集合体ノズル無し交換用工具１０は、ステンレス鋼のようないずれの材料、すなわち耐蝕性があって、かつ所望する安全率で燃料集合体２０を吊り上げるために十分な強度を備えた材料で作られていてもよい。燃料集合体ノズル無し交換用工具１０は、燃料集合体２０の上端グリッドの下方のガイドシンブルのディンプルと係合するべく形成されている。しかしながら、ガイドシンブルにおける他のディンプル領域を使用してもよい。例示の構造体は１７×１７の加圧水型原子炉用燃料アセンブリに取りつけられるけれども、燃料集合体ノズル無し交換用工具１０はスエッジ形上部ノズルスリーブを使用しているいずれの燃料集合体構造にも適合するべく再形成することができる。

燃料集合体ノズル無し交換用工具１０は、破損燃料集合体への高価で長い永久的な別のフィックス（fixes）を備えている。燃料集合体ノズル無し交換用工具１０は単一故障防止に作られていて、燃料集合体ノズル無し交換用工具１０における単一コンポーネントの故障が、吊り上げ中の燃料集合体２０の落下を招かないようになっている。

前述の明細書において、本発明は特定の例示の実施形態を参照して説明してきた。しかしながら、特許請求の範囲に規定したような本発明の精神及び範囲を逸脱することなく種々の修正と変更とが行なわれてもよいことは明瞭である。従って、明細書及び添付図面は、例示用のものであって限定するためのものではない。

図１は、本発明における燃料交換ノズル無し吊り上げ工具の側面図である。 図２は、図１における燃料交換ノズル無し吊り上げ工具の側面図であって、ロックフィンガが非延伸位置にある。 図３は、図１における燃料交換ノズル無し吊り上げ工具の側面図であって、マンドレルシャフトがロックフィンガを延伸するために下降されている。

符号の説明

１０ 燃料集合体ノズル無し交換用工具
１２ マンドレルシャフト
１４ マンドレル
１６ マンドレルプレート
１８ フィンガシャフト
２０ 燃料集合体
２２ ロックフィンガ
２４ 負荷プレート
２６ フィンガプレート

Claims (13)

1. 加圧水型原子炉の燃料集合体の交換方法であって、
   該燃料集合体が、上部ノズルと、上部ガイドシンブルスリーブにより該上部ノズルに取り付けられた該燃料集合体におけるガイドシンブルと、該ガイドシンブルの凹部とを備えている燃料集合体の交換方法において、
   工具を支持する段階であって、該工具は少なくとも二つのアライメントピンと、ロックフィンガを該ガイドシンブルの中へ下降させるために形成されたシャフトと、該燃料集合体を操作するために形成された、該ロックフィンガの端部におけるフィンガタブとを有している段階と、
   該燃料集合体の頂部をおおって該工具を位置決めする段階と；
   該少なくとも二つのアライメントピンが該燃料集合体の該上部ノズルと係合するように、該工具を該燃料集合体の該頂部に下降する段階と；
   該ロックフィンガを該燃料集合体の該ガイドシンブルの中へ下降させるために、該シャフトを作動させる段階と；
   該ロックフィンガを、係合させる該燃料集合体の該ガイドシンブルにおける該凹部の前方の所定位置に位置決めする段階と；
   該ロックフィンガタブを該ガイドシンブルの該凹部の中で延伸位置に係合させる段階と；
   該燃料集合体及び該工具を吊り上げる段階と；
   を含んでいて、該持ち上げられた燃料集合体の構造荷重が、該ガイドシンブルの該凹部の中に位置決めされた該ロックフィンガを通じて該燃料集合体の前記持ち上げの最中に前記工具に移行し、および、該凹部は、該燃料集合体の該上部ノズルを該ガイドシンブルに付着させる該上部シンブルスリーブを案内するように、該ガイドシンブルをスエッジ加工することによって形成される、
   燃料集合体交換方法。
2. 該燃料集合体から該工具を係合解除する段階をさらに含んでいる、請求項１に記載の燃料集合体交換方法。
3. 該ロックフィンガを該ガイドシンブルの中へ下降するために、該シャフトが回転される、請求項１に記載の燃料集合体交換方法。
4. 該ロックフィンガを下降させるために該シャフトを作動させる該段階が、該シャフトにより行なわれていて、該シャフトはマンドレルシャフトであって、該マンドレルシャフトが該シャフトにおける該ロックフィンガに対してばね付勢されていて、該シャフトにおける該ロックフィンガの自由なロック及びロック解除を可能にしており、そしてばね引張力を該ロックフィンガに作用することを可能にしている、請求項１に記載の燃料集合体交換方法。
5. 燃料集合体を交換するために形成された燃料集合体ノズル用工具において、該工具が：
   少なくとも四本のサポートロッドと；
   該工具の全長を移動するべく形成されたマンドレルシャフトと；
   該マンドレルシャフトに接続されたマンドレルプレートであって、該マンドレルシャフトの作動を介して移動するべく形成されたマンドレルプレートと；
   係合解除位置から係合位置へ移動するべく形成されたフィンガシャフトと；
   燃料集合体のガイドシンブルにおける凹部と係合するべく形成された少なくとも二つのロックフィンガであって、該燃料集合体の該上部ノズルを該ガイドシンブルに付着させる上部シンブルスリーブを案内するように、該ガイドシンブルをスエッジ加工することによって形成されている凹部と；
   該ロックフィンガを該ガイドシンブルに対して挿入及び引きもどすべく形成されたフィンガプレートであって、該フィンガシャフトの作動により移動されるフィンガプレートと；
   該サポートロッドと接続されている負荷プレートであって、該フィンガシャフトの端部を受け入れるべく形成された負荷プレートと；
   各々のロックフィンガ用のマンドレルであって、該マンドレルは該マンドレルに対応するロックフィンガを固定し、そして該マンドレルに対応するロックフィンガを引きもどすべく形成されているマンドレルと；
   を具備する工具。
6. 該マンドレルは、個々の該ロックフィンガの独立したロックを可能にするべくばねを用いて形成されている、請求項５に記載の工具。
7. 該負荷プレートと接続された少なくとも四本のサポートロッドをさらに具備していて、該少なくとも四本のサポートロッド各々は該負荷プレートの隅に位置決めされている、請求項５に記載の工具。
8. 該負荷プレートが、該燃料集合体のアライメントピンを受容するための構造に形成されている、請求項５に記載の工具。
9. 該ロックフィンガはステンレス鋼で作られている、請求項５に記載の工具。
10. 該ロックフィンガはインコネルで作られている、請求項５に記載の工具。
11. 該燃料集合体の上部ノズルと係合するべく形成されたアライメントピンをさらに具備していて、該アライメントピンは該工具の座部にある、請求項５に記載の工具。
12. 該ロックフィンガは、該燃料集合体の該ガイドシンブルの該凹部と係合するべくタブ付きで形成されている、請求項５に記載の工具。
13. 該工具が二十個のロックフィンガと二十個のマンドレルとを有している、請求項５に記載の工具。