JP5041568B2 - 燃料バンドルのアンカー組立体及び原子燃料バンドルの案内管の構造的健全性を改善する方法 - Google Patents
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Description
【背景】
商用軽水炉のようなある特定の原子炉に用いる原子炉燃料バンドルまたは集合体の重量は、主として、上端部取付け部品、燃料棒、下端部取付け部品及び中間格子ケージより成る。
【0002】
燃料バンドルを取扱う際、燃料交換用マストまたはグラップルのような工具を上端部取付け部品に連結する。燃料バンドルを吊上げると、燃料バンドルの重量の大部分が、上端部取付け部品に接続されて中間格子ケージを下方に貫通する燃料棒案内管により支持される。このため、燃料バンドルを安全に移動させる上で案内管の構造的健全性を保持することが肝要である。
【0003】
しかしながら、案内管の構造的健全性が損なわれるか、または少なくとも健全性に問題がある場合がある。案内管は、原子炉または使用済み燃料プール内の利用環境による、例えば応力腐食割れのような欠陥が形成されるという問題と抱えている。案内管にこのような割れや他の傷が存在するか、存在する疑いがある場合、案内管の構造的健全性を改善して燃料バンドルの取扱い安全性を確保する必要がある。
【0004】
図1は、案内管(2)の構造的健全性を修復するために使用される組立体を燃料バンドル(3)の一部と固着関係で示す。この組立体は、スリーブ(4)と螺設棒(6)とを有する。スリーブは、クランプ部分(8)、螺設部分(10)及び末広がり表面(12)を有する。螺設棒は、末広がり表面(14)と、スリーブの螺設部分(10)内に螺着される螺着部分(16)とを有する。
【0005】
ボルトのヘッド(18)を適当な方向に回転させると、螺設棒がスリーブに関して軸方向に移動して螺設棒の末広がり表面(14)をスリーブ上の末広がり表面(12)に接触させ、引き込む。ボルトヘッドをさらに回転させると、クランプ部分(8)が弛緩位置から膨張して案内管の内側表面と荷重支持接触する位置へ来る。スリーブは、膨張を容易にするため長手方向に延びる1つまたはそれ以上の応力解放スロット(図示せず)を備えることがある。別個の圧締手段(図示せず)によりピンの回転を阻止して、ピンをスリーブ内に維持する。
【0006】
原子炉の燃料バンドルを移動させる際には安全性とスピードの両方が求められるため、案内管の構造的健全性を確保する改良型手段を具備することが望ましい。
【0007】
本発明によると、原子燃料バンドルの案内管の構造的健全性を改善するアンカー組立体であって、案内管は内側表面及び原子燃料バンドルの上端部取付け部品に接続された受容端部を有し、アンカー組立体は、近接端部、遠隔端部、内側表面及び圧締表面を有し、遠隔端部が案内管の受容端部に挿入されるスリーブと、近接端部、遠隔端部及び外側表面を有し、遠隔端部がスリーブの近接端部に挿入されるピンとより成り、ピンの外側表面は、ピンがスリーブに挿入されると、スリーブの圧締表面を半径方向外方に膨張させるに十分な大きさの半径方向の力をスリーブの内側表面に印加し、スリーブが案内管に装填され、ピンがスリーブ内に挿入されると、スリーブの内側表面に印加される前記力によりスリーブの圧締表面が案内管の内側表面を押圧してスリーブを案内管内に保持し、スリーブは、案内管に装填されると、上端部取付け部品上に載る荷重支持表面を近接端部に有し、スリーブが案内管内に保持されると、荷重支持表面が原子燃料バンドルの荷重を支持することを特徴とするアンカー組立体が提供される。
【0018】
本発明によると、原子燃料バンドルの案内管の構造的健全性を改善する方法であって、案内管は内側表面及び原子燃料バンドルの上端部取付け部品に接続された受容端部を有し、前記方法は、荷重支持表面が形成された近接端部、遠隔端部、内側表面及び圧締表面を有するスリーブを遠隔端部から案内管の受容端部に通して案内管に挿入して、荷重支持表面が上端部取付け部品に載るようにし、近接端部、遠隔端部及び外側表面を有するピンを遠隔端部からスリーブの近接端部に通してスリーブに挿入し、ピンの外側表面により、スリーブの圧締表面を半径方向外方に膨張させるに十分な大きさの半径方向の力をスリーブの内側表面に印加し、スリーブの圧締表面が案内管の内側表面を押圧するようにしてスリーブを案内管内に保持するステップより成り、スリーブが案内管内に保持されると、スリーブの近接端部の荷重支持表面が原子燃料バンドルの荷重を支持することを特徴とする原子燃料バンドルの案内管の構造的健全性を改善する方法が提供される。
【0025】
【好ましい実施例の詳細な説明】
図2は、本発明の特徴部分を備えた組立体を使用する燃料バンドル(20)の部分図である。燃料バンドルの構成(例えば、幾何学的形状、重量、材質、傷の場所)は実施例により異なる。従って、当業者は、本願明細書に記載された組立体の構造を燃料バンドルの種々の構成に適応するように変更できることがわかるであろう。
【0026】
燃料バンドルは、上端部取付け部品(22)、中間格子ケージ(24)及び下端部取付け部品(25)を有する。複数の燃料棒案内管(26)、(28)、(30)、(32)、(34)、(36)は、上端部取付け部品(22)から中間格子ケージ(24)を貫通する。
【0027】
それ以外の案内管を代表する案内管(26)は、上端部取付け部品(22)に接続された受容端部(38)を有する。案内管は、例えばステンレス鋼から製造可能な外側部分(40)と、例えばジルコニウム合金から製造可能なシンブル管または内側部分(42)とを有する。案内管の内側表面(44)は、内径(D2)を有する。
【0028】
吊上げ用工具(50)の一部を、上端部取付け部品(22)との係合関係で示す。この工具は、上端部取付け部品内に延びる複数の吊上げアーム(52)、(54)及び(56)より成る。図示の吊上げアーム(52)から分かるように、これらのアームは、外方に延びて上端部取付け部品の出張り(60)と係合するタブ(58)を有する。工具をこのように装着すると、燃料バンドルを持上げて操作することが可能になる。燃料バンドルを持ち上げると、上端部取付け部品(22)の重量が工具(50)により支持されるが、燃料棒(図示せず)、中間格子ケージ(24)及び下端部取付け部品(25)より成る燃料バンドルの重量の大部分は案内管が支持しなければならない。
【0029】
図3は、本発明の特徴部分を備えた細長いスリーブ(100)を示す。このスリーブは中心線(CLs)に関して円筒形であり、好ましくは、Rcが約20のステンレス鋼、ASME SA−479、Type 410、Condition 1、のような材料で形成される。この製造技術は当業者にとって公知である。スリーブ(100)は近接端部(102)及び遠隔端部(104)を有し、遠隔端部は案内管の受容端部(38)に挿入される。
【0030】
スリーブの工具固着部(105)はフランジ(106)を有し、その荷重支持表面(107)は、スリーブ(100)が案内管に装填されると荷重を支持する関係で上端部(38)に隣接する上端部取付け部品(22)上に載るようになっている。スリーブのこの工具固着部はまた、カラー部材(108)とスロット(109)とを有する。長さ(L2)のスリーブは、荷重支持表面(107)から遠隔表面(104)ヘ延びる。
【0031】
内側通路(110)は、近接端部(102)から遠隔端部(104)へ延びる。この内側通路は、第1の部分(112)と第2の部分(114)とを有する。第1の部分は、近接端部(102)から第2の部分(114)の太い端部(116)までの到達長さ(L4)について実質的に均等な内径(D4)を有する。到達長さ(L4)は、案内管に見付かる傷よりも上端部取付け部品22からさらに離れた所に第2の部分(114)を位置決めするに十分な長さである。
【0032】
第2の部分のつかみ長さは(L6)であり、遠隔端部の内径は(D6)、太い端部の内径は(D8)である。この内径(D8)は内径(D4)と同じでよく、直径D6よりも大きい。従って、第2の部分114はテーパーした内側表面118を有する。内径(D6)及び(D8)は、ピンとスリーブが案内管内で完全装填状態に置かれた時自己圧締能力を有するように選択される。本明細書で用いる用語「圧締」は、ピンとスリーブとの間に生じる力がピンをスリーブ内に保持するに十分な大きさであり、さらに別に圧締手段を必要としない状態のことをいう。圧締状態は種々のテーパー比率で得られるが、このテーパー比は、好ましくは、25.4乃至28.0cm(10乃至11インチ)につき約2.54乃至3.81mm(0.10乃至0.15インチ)、最も好ましくは30.5cm(12インチ)につき約3.175mm(0.125インチ)である。従って、最も好ましいケースでは、第2の部分(114)の半径は、太い端部(116)から近接端部(104)へ向けて移動すると、30.5cm(12インチ)毎に約3.048mm(0.12インチ)減少する。
【0033】
外側のつかみ表面または圧締表面(120)は、遠隔端部(104)から太い端部(116)へ延びて、その直径は(D10)である。この直径は、スリーブを受容端部(38)で案内管内に装填できるように案内管の内径(D2)より僅かに小さい値に選択される。
【0034】
圧締表面(120)は、3つの太径部(124)、(126)、(128)を有する。各太径部の長さは(L8)であり、それらは長さ(L10)の解放部分(122)、(123)により互いに分離されている。図示の実施例において、(L8)は約1.12cm(0.44インチ)、(L10)は約6.35mm(0.25インチ)である。各太径部は、案内管の内側表面(44)をつかむ表面を形成するために当業者に知られた方法により研削または他の方法で調製することができる。例えば、図4に示す太径部(128)から分かるように、これらの太径部は、一連のリング(129a)、(129b)、(129c)、(129d)、(129e)、(129f)、(129g)、(129h)及び(129i)を有する。リングの横断面は、高さが(h1)の背面(130)と、スリーブの円筒状外側表面(135)に対する角度がΦ1の前方傾斜表面(134)と、長さが(t1)の頂面(136)とを有する。図示の実施例において、(h1)は約0.787mm(0.031インチ)、Φ1は約45°、(t1)は約0.127mm(0.005インチ)でよい。太径部(124)、(126)、(128)だけでなく、圧締表面(120)はさらに別のリング(137)を備えることができる。このリング(137)はリング(129a)から距離(L11)だけ離れた所にあり、(L11)は約2.286mm(0.09インチ)である。圧締表面(120)の半径方向の膨張を容易にするために、応力解放スロット(132)は、細長いスリーブ(100)の遠隔端部(104)からスリーブの近接端部(102)の方へ長さ(L12)だけ延びる。細長いスリーブ(100)の周面に、かかるスロットを4個、等間隔で設けるのが好ましい。
【0035】
図5は、近接端部(142)と遠隔端部(144)とを有する細長いピン(140)を示し、この遠隔端部がスリーブの近接端部に挿入される。このピンは、Rcが約20のステンレス鋼、ASME SA−479、Type 410、Condition 1、のような材料を研削して製造するのが好ましい。製造技術は当業者に知られたものである。ピンの全長(L13)は、少なくともスリーブ(L2)と同じ長さに選択することができる。ピンは、長さ(L14)の均一な部分(146)と、長さ(L16)のテーパー部分(148)とを有する。長さ(L16)は、細長いスリーブ(100)上の長さ(L6)と同じ長さに選択することができる。
【0036】
均一な部分の直径(D12)は一定であるが、この直径は、ピンを細長いスリーブ(100)内の完全装填位置へ移動できるようにスリーブの内部通路(110)の第1の部分(112)の内径(D4)よりもわずかに小さい値に選択される。テーパー部分の直径(D14)は均一な部分(146)から遠隔端部(144)の方向へ減少するため、テーパー付き外側表面(148)が提供される。テーパー比率は、細長いスリーブ(100)のテーパー付き内側表面(118)の比率と相補的になるように、またはマッチするように選択される。ピンの近接端部(142)は、ヘッド(151)、スロット(152)、ノブ(154)を有する工具固着部(150)を有する。
【0037】
本発明の特徴部分を備えた装置の構成を説明したので、かかる装置の使用方法を後述する。
【0038】
燃料バンドルの構成は、技術図面及び仕様書、また必要であれば直接測定を照会することにより決定することができる。案内管の傷は、視認検査により、また当業者によく知られた非破壊検査方法により、その性質と場所を特定すればよい。
【0039】
図6に示す燃料バンドル(20)において、案内管の内径(D2)は1.29cm(0.505インチ)であり、燃料バンドルの重量は約5902kg(1300ポンド)であると予想できる。割れまたは他の傷(図示せず)は、燃料管(26)、(30)において、上端部取付け部品(22)から約5.1cm(2インチ)の傷長さ(FL)の所にあると認識できる。
【0040】
細長いスリーブ(100)は約14cm(5.5インチ)の到達長さ(L4)を有するように製造されているため、案内管内に装填すると圧締表面(120)が欠陥の下方に位置して、欠陥が圧締表面と上端部取付け部品との間に来るようになる。圧締表面の直径(D10)は、スリーブを僅少間隙で案内管に挿入できるようにするため、1.3cm(0.500インチ)に選択される。つかみ長さは約5.72cm(2.25インチ)に、また内径(D6)は5.436mm(0.214インチ)となるように選択される。スリーブには4つの応力解放スロット(132)が鋸により形成されているが、それらの長さ(L12)は約11.4cm(4.5インチ)で、スリーブの円周方向に互いに90°の等角度で離隔している。
【0041】
細長いピン(140)は、全長(L13)が約22.6cm(8.9インチ)、テーパー部分の長さ(L16)が約10.46cm(4.12インチ)、均一な部分の長さ(L14)が約19.1cm(7.5インチ)となるように製造されている。均一な部分の直径(D12)は、僅少間隙でスリーブの第1の部分(112)内に嵌合するように約7.62mm(0.300インチ)である。テーパー部分(148)の直径(D14)は、遠隔端部(144)で約5.436mm(0.214インチ)である。
【0042】
ピンは、スリーブの近接端部を介してスリーブ内に装填される。ピンの装填に工具(156)を用いることができる。工具には、油圧式ラム(160)と、ピン固着部(150)及びスリーブ固着部(105)に固着されるグラップル工具(162)、(164)とが含まれる。
【0043】
工具を用いてピンをスリーブ内に予め装填した状態にすると、ユニットとして輸送可能なアンカー組立体が得られる。工具により、アンカー組立体を燃料バンドル(20)内の完全取付け位置に置くこともできる。予備装填時、グラップル工具(164)は、タブ(166)、(168)がスロット(152)に挿入された状態でスリーブ(100)を静止状態に保持する一方、ラム(160)がピン(140)に力を加える。油圧式ラムは、ピンの外側表面(148)がスリーブの内側表面(111)に押圧されて、圧締表面(120)を半径方向にわずかに膨張させるように、ピンをスリーブ内に圧入する。膨張の大きさは、これら2つの表面間に可撓性圧締力が発生して、ピンが予想される取扱い・輸送条件下でスリーブ内にロックされるに十分なものであるが、スリーブを案内管に挿入できなくする程大きなものではない。
【0044】
予備装填後、スリーブ及びピンより成るアンカー組立体を構造を改善する必要がある案内管に挿入する。図示の案内管(30)から分かるように、荷重支持表面(107)が上端部取付け部品(22)と接触するまでスリーブを案内管の受容端部(38)から挿入する。この部分装填位置では、ピンのヘッド(151)は上端部取付け部品から部分装填距離(L18)だけ離れている。
【0045】
図示の案内管(26)から分かるように、油圧式ラム(160)及びグラップル工具(162)、(164)は、ヘッド(151)が上端部取付け部品から完全装填距離(L20)だけ離れた完全装填状態位置にこれらの部品が移動するまで、ピンをスリーブ内にさらに移動させるためのものである。ラムがピンに力を加えるにつれて、ピンのテーパー付き外側表面(148)はスリーブのテーパー付き内側表面(118)に関して移動する。この相対的な移動により、ピンのテーパー付き表面がスリーブのテーパー付き表面に力を加える。この力の一部は半径方向に向いているため、スリーブの圧締表面(120)が案内管の方へ半径方向に膨張する。膨張するにつれて、スリーブの応力は応力解放スロットにより減少する。装填のこの部分において、ピンの移動距離とピンに加わる力とを、当業者に知られた手段を用いてモニターすると、それらを所定の受入れ可能な力の範囲及び所定の受入れ可能な長さの限界内に収めることができる。これらの所定の限界は、燃料バンドルの所与の構成に適用可能な計算及び/またはテストから得ることができる。これら所定の限界は、案内管をつかんでその荷重を支持するように係合するに十分に圧締表面を外方に膨張させる大きさであり、受入れ可能限界を示す永続的な記録として記憶または記録することができる。荷重及び変位量はそれぞれ、約97.6乃至106.7kg(215乃至235ポンド)及び約5.08乃至6.35mm(0.20乃至0.25インチ)である。これらの荷重及び変位量で、アンカー組立体及び案内管は最大約454kg(1000ポンド)の重量を支持することができる。
【0046】
ピンがスリーブ内に完全に装填された状態で、ピンとスリーブとの間の力は、ピンの外側表面(158)とスリーブの内側表面(148)との間に生じる。ピンの近接端部は実質的な荷重を支持しない。ピンとスリーブとの間に発生する摩擦力は、これらの部品を定位置でロックするため、別の圧締手段が不要になる程十分な大きさである。さらに、圧締表面(120)と内側表面(48)との間に発生する力は、所定の荷重下で中心線(CLs)の方向に移動しないようにスリーブを案内管内の定位置でロックするつかみ荷重支持関係を提供するに十分な大きさである。燃料バンドルを吊上げる時、通常は案内管により支持される燃料バンドルの重量がスリーブにより支持される。支持重量は、案内管の内側表面(44)とスリーブの圧締表面(120)との間に生じるつかみ荷重支持関係によりスリーブの圧締表面(120)へ転送される。スリーブに転送される重量は、燃料バンドルに載る荷重支持表面(107)により支持される。傷はこれら2つの荷重点の間にあるため、案内管の脆弱部分が通常の荷重支持機能から解放され、この機能がスリーブにより実行される。
【0047】
ピン及びスリーブを案内管から取外すには、フィンガー(170)、(172)をスロット(152)に挿入し、タブ(166)、(168)をスロット(109)に挿入する。タブ(166)、(168)によりスリーブを定位置に保持しながら、工具によりフィンガー(170)及び(172)を介してフィンガーのヘッド(151)に引抜き力を加える。このようにすると、スリーブを定位置に保持したままでピンを引抜くことができ、ピンを引抜くと、圧締表面(120)は、案内管の内側表面(48)をつかまない無応力状態に復帰する。その後、スリーブを案内管から取外す。
【0048】
本発明をその特徴を備えた装置及び方法に関連して説明したが、この説明は例示的なものであって限定的なものでないことを理解されたい。従って、本発明の精神及び範囲は頭書の特許請求の範囲の文言によってのみ限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、従来技術の装置を案内管に取付けた状態で示す部分断面前立面図である。
【図2】 図2は、吊上げ用工具及び燃料バンドルの部分断面前立面図である。
【図3】 図3は、細長いスリーブの断面前立面図である。
【図4】 図4は、圧締表面の一部を断面を示す前立面図である。
【図5】 図5は、細長いピンの前立面図である。
【図6】 図6は、燃料バンドルの部分断面前立面図であり、細長いスリーブ及びピンの装填手順を示す。
Claims (12)
- 原子燃料バンドルの案内管の構造的健全性を改善するアンカー組立体であって、
案内管は内側表面及び原子燃料バンドルの上端部取付け部品に接続された受容端部を有し、
アンカー組立体は、
近接端部、遠隔端部、内側表面及び圧締表面を有し、遠隔端部が案内管の受容端部に挿入されるスリーブと、
近接端部、遠隔端部及び外側表面を有し、遠隔端部がスリーブの近接端部に挿入されるピンとより成り、
ピンの外側表面は、ピンがスリーブに挿入されると、スリーブの圧締表面を半径方向外方に膨張させるに十分な大きさの半径方向の力をスリーブの内側表面に印加し、
スリーブが案内管に装填され、ピンがスリーブ内に挿入されると、スリーブの内側表面に印加される前記力によりスリーブの圧締表面が案内管の内側表面を押圧してスリーブを案内管内に保持し、
スリーブは、案内管に装填されると、上端部取付け部品上に載る荷重支持表面を近接端部に有し、スリーブが案内管内に保持されると、荷重支持表面が原子燃料バンドルの荷重を支持することを特徴とするアンカー組立体。 - スリーブの内側表面の少なくとも一部がテーパーしており、ピンの外側表面の少なくとも一部がスリーブのテーパーした内側表面と相補的にテーパーしている請求項1のアンカー組立体。
- スリーブの内側表面は、30.5cm(12インチ)につき3.175mm(0.125インチ)の割合でテーパーしている請求項2のアンカー組立体。
- スリーブのテーパーした内側表面は、遠隔端部近くから近接端部の方へ延びる請求項2のアンカー組立体。
- スリーブは、遠隔端部近くから近接端部の方へ延びる少なくとも1つの応力解放スロットを有する請求項1のアンカー組立体。
- スリーブの圧締表面は少なくとも1つのリングを有する請求項1のアンカー組立体。
- 原子燃料バンドルの案内管の構造的健全性を改善する方法であって、
案内管は内側表面及び原子燃料バンドルの上端部取付け部品に接続された受容端部を有し、
前記方法は、
荷重支持表面が形成された近接端部、遠隔端部、内側表面及び圧締表面を有するスリーブを遠隔端部から案内管の受容端部に通して案内管に挿入して、荷重支持表面が上端部取付け部品に載るようにし、
近接端部、遠隔端部及び外側表面を有するピンを遠隔端部からスリーブの近接端部に通してスリーブに挿入し、
ピンの外側表面により、スリーブの圧締表面を半径方向外方に膨張させるに十分な大きさの半径方向の力をスリーブの内側表面に印加し、スリーブの圧締表面が案内管の内側表面を押圧するようにしてスリーブを案内管内に保持するステップより成り、
スリーブが案内管内に保持されると、スリーブの近接端部の荷重支持表面が原子燃料バンドルの荷重を支持することを特徴とする原子燃料バンドルの案内管の構造的健全性を改善する方法。 - 案内管の傷の位置を突き止め、
案内管に挿入すると傷が荷重支持表面と圧締表面との間に来るようなスリーブを用意するステップを含む請求項7の方法。 - ピンをスリーブに挿入する前記ステップはピンに印加する力を測定するステップを含む請求項7の方法。
- ピンに印加する力を測定する前記ステップはピンに印加する力を所定の受入れ可能な力の範囲と比較するステップを含む請求項9の方法。
- ピンをスリーブに挿入する前記ステップはピンの移動距離を測定するステップを含む請求項7の方法。
- ピンの移動距離を測定する前記ステップはピンの移動距離を所定の受入れ可能な長さと比較するステップを含む請求項11の方法。
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