JP5171151B2 - Control rod for boiling water reactor - Google Patents
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Description
本発明は、沸騰水型原子炉用制御棒に係り、特に、照射誘起型応力腐食割れを軽減するのに好適な沸騰水型原子炉用制御棒に関する。 The present invention relates to a boiling water reactor control rod, and more particularly to a boiling water reactor control rod suitable for reducing irradiation-induced stress corrosion cracking.
一般に、沸騰水型原子炉における核分裂の連鎖反応量を制御するため、中性子吸収材を内部に収納する制御棒が利用される。この制御棒は、十字断面を有しており、鉛直方向に立設した4つの筒状の燃料チャンネルボックス間に形成される十字型の隙間に鉛直方向に移動させて挿入される。 In general, in order to control the amount of fission chain reaction in a boiling water reactor, a control rod that houses a neutron absorber is used. This control rod has a cross-shaped cross section, and is inserted into a cross-shaped gap formed between four cylindrical fuel channel boxes erected in the vertical direction while moving in the vertical direction.
沸騰水型原子炉用制御棒は、断面十字形状のタイロッドと、断面U字形状に形成され内部に中性子吸収材を収納しタイロッドの十字断面の各先端部を挟んでU字開口部が溶接されるシースと、タイロッドの軸方向の上端部に設けられタイロッドとシースとに溶接されてなるハンドルと、タイロッドの軸方向の下端部に設けられタイロッドとシースとに溶接される下部支持部材とを備えて構成されている(例えば、特許文献1)。 The control rod for boiling water reactor is a tie rod with a cross-shaped cross section and a U-shaped cross-section that contains a neutron absorber inside and welds a U-shaped opening across each tip of the cross-section of the tie rod. A handle that is provided at the upper end of the tie rod in the axial direction and is welded to the tie rod and the sheath, and a lower support member that is provided at the lower end of the tie rod in the axial direction and is welded to the tie rod and the sheath. (For example, Patent Document 1).
このような沸騰水型原子炉用制御棒においてハンドルとシースとの溶接接合は、タイロッドと同様に十字形に形成されたハンドルの下端をシースのU字形の内側に挿入し、ハンドルの下端部にシースの板厚に合わせて設けられた段差部にシースの上端部をはめ合わせ、そのはめ合わせ部を全長に渡って溶接するようにしている。 In such a boiling water reactor control rod, the welding connection between the handle and the sheath is performed by inserting the lower end of the handle formed in a cross shape like the tie rod inside the U-shape of the sheath, and at the lower end of the handle. The upper end of the sheath is fitted to a step provided according to the thickness of the sheath, and the fitting is welded over the entire length.
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、ハンドルとシースとの部材間のはめ合わせ部を全長に渡って溶接しているため、溶接部近傍には引張残留応力が存在し、照射誘起型応力腐食割れを起こすおそれがある。
However, in the technique described in
照射誘起型応力腐食割れは、応力、照射環境、腐食環境が重なることにより生じるため、原子炉の安全な運転を維持するために、照射誘起型応力腐食割れに対する耐久性に関して改善する必要がある。 Irradiation-induced stress corrosion cracking is caused by the overlap of stress, irradiation environment, and corrosive environment. Therefore, in order to maintain the safe operation of the reactor, it is necessary to improve the durability against irradiation-induced stress corrosion cracking.
本発明は、シースとハンドルとの溶接部近傍の照射誘起型応力腐食割れに対する耐久性に優れた沸騰水型原子炉用制御棒を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a control rod for a boiling water reactor having excellent durability against irradiation-induced stress corrosion cracking in the vicinity of a welded portion between a sheath and a handle.
上記の課題を解決するため、本発明の沸騰水型原子炉用制御棒は、断面十字形状のタイロッドと、断面U字形状に形成され内部に中性子吸収材を収納しタイロッドの十字断面の各先端部を挟んでU字開口部が溶接されるシースと、タイロッドの軸方向の上端部に設けられタイロッドとシースとに溶接されるハンドルと、タイロッドの軸方向の下端部に設けられタイロッドとシースとに溶接される下部支持部材とを備える沸騰水型原子炉用制御棒において、シースのU字形の内側にハンドルが挿入され、ハンドルとシースとの溶接影響部は、シースの溶接残留応力を低減可能な残留応力低減構造を有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a boiling water nuclear reactor control rod according to the present invention includes a tie rod having a cross-sectional shape and a U-shaped cross-section and containing a neutron absorbing material therein and each tip of the tie rod having a cross-section. A sheath in which the U-shaped opening is welded across the portion, a handle provided at the upper end portion in the axial direction of the tie rod and welded to the tie rod and the sheath, and a tie rod and sheath provided at the lower end portion in the axial direction of the tie rod. In the control rod for boiling water reactors with a lower support member welded to the handle, the handle is inserted inside the U-shape of the sheath, and the weld-affected zone between the handle and the sheath can reduce the welding residual stress of the sheath It is characterized by having a residual stress reducing structure.
すなわち、ハンドルとシースとの溶接影響部に、残留応力低減構造を有することから、シースの溶接部近傍の引張残留応力を低減できるので、照射誘起型応力腐食割れを発生させる3つの因子のうちの応力を低減でき、照射誘起型応力腐食割れに対する耐久性を向上することができる。 That is, since the residual stress reduction structure is provided in the weld affected portion between the handle and the sheath, the tensile residual stress in the vicinity of the welded portion of the sheath can be reduced, and therefore, among the three factors that cause irradiation-induced stress corrosion cracking. Stress can be reduced, and durability against irradiation-induced stress corrosion cracking can be improved.
この場合において、残留応力低減構造は、ハンドルとシースとの溶接が溶接線の方向に沿って部分溶接された構造とすることができる。これによれば、シースのU字形の全長に渡って溶接する場合と比べて溶接長さが短いためシースの溶接部近傍に発生する引張残留応力を低減することができる。 In this case, the residual stress reducing structure may be a structure in which the weld between the handle and the sheath is partially welded along the direction of the weld line. According to this, since the welding length is short compared with the case where it welds over the full length of the U-shape of a sheath, the tensile residual stress which generate | occur | produces in the welding part vicinity of a sheath can be reduced.
この場合において、部分溶接を除く端部に切れ込み部を設けた構造とすることができる。これによれば、U字形の全長に渡って溶接する場合と比べて溶接長さが短いためシースの溶接部近傍に発生する引張残留応力を低減することができるとともに、溶接線に沿う方向の非溶接部の隙間が削除されたことから溶接部の隙間腐食を低減できる。 In this case, it can be set as the structure which provided the notch part in the edge part except partial welding. According to this, since the weld length is short compared with the case of welding over the entire length of the U-shape, the tensile residual stress generated in the vicinity of the welded portion of the sheath can be reduced, and the non-direction in the direction along the weld line can be reduced. Since the gap in the welded portion is eliminated, crevice corrosion in the welded portion can be reduced.
また、残留応力低減構造は、ハンドルとシースとの溶接線の方向に沿ってシースに長穴を設けた構造とすることができる。これによれば、長穴の中央部付近の端部が自由端に近くなるため、溶接時の引張残留応力を緩和することができる。ここで、長穴の溶接線の方向の長さの総和は、ハンドルとシースとの溶接長さの総和の11%以上とし、長穴が設けられた位置のシースの断面積は、制御棒スクラム時の引張り荷重に耐えうる断面積を有することが望ましい。 Further, the residual stress reducing structure can be a structure in which a long hole is provided in the sheath along the direction of the weld line between the handle and the sheath. According to this, since the end part near the center part of the long hole is close to the free end, the tensile residual stress during welding can be relaxed. Here, the total length of the long holes in the weld line direction is 11% or more of the total weld length of the handle and the sheath, and the cross-sectional area of the sheath at the position where the long holes are provided is the control rod scram. It is desirable to have a cross-sectional area that can withstand the tensile load of time.
本発明によれば、シースとの溶接部近傍の引張残留応力を低減でき、照射誘起型応力腐食割れに対する耐久性に優れた沸騰水型原子炉用制御棒を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the tensile residual stress of the welding part vicinity with a sheath can be reduced, and the control rod for boiling water reactors excellent in the durability with respect to irradiation-induced stress corrosion cracking can be provided.
以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments.
(実施形態1)
図1は本発明の一実施形態の沸騰水型原子炉用制御棒の構成を示す斜視図、図2は沸騰水型原子炉用制御棒の正面図、図3(a)、(b)はシースとハンドルの溶接部を示す部分拡大図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a boiling water reactor control rod according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a front view of the boiling water reactor control rod, and FIGS. It is the elements on larger scale which show the welding part of a sheath and a handle.
図1に示すように、本実施形態の沸騰水型原子炉用制御棒は、断面十字形状のタイロッド1と、断面U字形状に形成されタイロッド1の十字断面の各先端部を挟んでU字開口部が溶接されるシース2と、タイロッド1の軸方向の上端部に設けられタイロッド1とシース2とに溶接されるハンドル3と、タイロッド1の軸方向の下端部に設けられタイロッド1とシース2とに溶接される下部支持部材4と、シース2のU字形の内部に収納された中性子吸収材5(例えば、ハフニウムフラットチューブ等)と、下部支持部材4に溶接され図示していない制御棒駆動機構装置と連結するためのコネクタ6とから構成されている。
As shown in FIG. 1, the boiling water nuclear reactor control rod of the present embodiment has a U-shaped
ハンドル3及び下部支持部材4は90度の角度間隔で放射状に突出して十字形を形成する4個の腕状部から構成されている。ハンドル3及び下部支持部材4を連結するタイロッド1は断面十字形状の4個の放射状に突出する腕状部の長さがハンドル3及び下部支持部材4から突出する腕状部に対して比較的短く形成されている。本実施形態においてはタイロッド1の下部に下部支持部材4を設けているが、これに代えて落下速度リミッタを設けてもよい。
The
図2に示すように、冷却孔7はシース2の上端部近傍に溶接線の方向に沿って複数個設けられ、中性子吸収材5の取り付け位置を確認できるようにしている。また、冷却孔8は中性子吸収材5の冷却孔9と同軸に複数設けられている。ハンドル3には中性子吸収材5を吊り下げるための舌状部10が設けられ、下部支持部材4には中性子吸収材5と結合するための舌状部11が設けられている。また、ハンドル3にはローラ12が回転可能に軸支され、図示していない4つの筒状の燃料チャンネルボックスの間に形成される十字型の隙間を制御棒が滑らかに挿入されるようにしている。
As shown in FIG. 2, a plurality of
図3(a)に示すように、シース2のU字形の内側にはハンドル3が挿入され、シース2のハンドル3を挟む両面の上端部には凸状部が設けられ、この凸状部とハンドル3の下部に設けられた段差部に重ね合わせて部分溶接(例えば、TIG溶接等)された溶接部13が設けられている。また、図3(b)に示すように異なる2箇所を部分溶接した溶接部14、15を設けてもよい。このとき、制御棒スクラム時の引張り荷重に耐えるため、溶接部13の長さ(L1)及び溶接部14、15の長さの和(L2+L3)は、シース2の凸状部の全長(L0)の20〜65%とする。
As shown in FIG. 3 (a), a
この構成によれば、シース2の凸状部を全長に渡って溶接する場合と比べて溶接長さが短いためシース2の溶接部近傍に発生する引張残留応力を低減できるので、照射誘起型応力腐食割れに対する耐久性を向上することができる。
According to this configuration, since the welding length is shorter than the case where the convex portion of the
本実施形態においては、シース2とハンドル3とをTIG溶接しているが、YAGレーザ光又はCO2レーザ光による溶接方法等を用いてもよい。また、図3(a)、(b)は、シース2のU字形の一面の溶接部について示しているが、ハンドル3を挟んで反対側の面についても図3(a)、(b)と対象な位置に溶接部が設けられている。また、溶接部は1箇所又は2箇所に設けたが、必要に応じて複数箇所に設けてもよい。
In this embodiment, the
(実施形態2)
図4(a)、(b)は本発明の他の実施形態の沸騰水型原子炉用制御棒のシースとハンドルの溶接部を示す部分拡大図、図4(c)は(a)のA−A矢視断面図である。図示のように、本実施形態の沸騰水型原子炉用制御棒が実施形態1と異なる点は、冷却孔7に代えてシース2の上端部に切れ込み部16を設けたことにある。その他の構成は図1、2、3と同じであるから、詳細な説明を省略する。
(Embodiment 2)
4 (a) and 4 (b) are partial enlarged views showing a welded portion of a sheath and a handle of a boiling water reactor control rod according to another embodiment of the present invention, and FIG. It is -A arrow sectional drawing. As shown in the figure, the boiling water reactor control rod of the present embodiment is different from the first embodiment in that a
図4(a)に示すように、切れ込み部16は角部が円弧状に形成された矩形の凹部であり、切れ込み部16を除く上端部の凸状部位をハンドル3下部に設けられた段差部に重ね合わせて溶接された溶接部19、20が設けられている。また、図4(b)に示すように、シース2の上端部の異なる2箇所に切れ込み部17、18を設け、切れ込み部17、18を除くシース2の上端部の凸状部位をハンドル3下部に設けられた段差部に重ね合わせて溶接された溶接部21、22、23を設けてもよい。このとき、制御棒スクラム時の引張り荷重に耐えうる長さとするため、溶接部19と20の長さの和(L4+L5)及び溶接部21、22、23の長さの和(L6+L7+L8)は凸状部の全長(L0)の20〜65%とする。また、シース2に発生する引張残留応力を有効に低減し、所定の強度を確保するため、切れ込み部16、17、18のタイロッド1の軸方向の長さ(L9)は、20mm以下とする。
As shown in FIG. 4A, the
この構成によれば、シース2の凸状部を全長に渡って溶接する場合と比べて溶接長さが短いためシース2の溶接部近傍に発生する引張残留応力を低減できる。また、実施形態1と比較して溶接線に沿う方向の非溶接部の隙間が削除されたことから、溶接部の隙間腐食を低減できる。
According to this structure, since the welding length is short compared with the case where the convex part of the
本実施形態では、切れ込み部16、17、18の形状を角部に曲率を設けた矩形としたが、引張残留応力を緩和できるものであればこれに限るものではない。
In the present embodiment, the shape of the
(実施形態3)
図5(a)、(b)は本発明の他の実施形態の沸騰水型原子炉用制御棒のシースとハンドルの溶接部を示す部分拡大図、図5(c)は(a)のB−B矢視断面図である。図示のように、本実施形態の沸騰水型原子炉用制御棒が実施形態1と異なる点は、冷却孔7に代えて溶接線の方向に長く形成された矩形の穴24を設け、シース2の凸状部位をハンドル3の下部に設けられた段差部に重ね合わせて全長(L0)にわたって溶接された溶接部25を有していることにある。
(Embodiment 3)
5 (a) and 5 (b) are partially enlarged views showing a welded portion of a sheath and a handle of a boiling water reactor control rod according to another embodiment of the present invention, and FIG. It is -B arrow sectional drawing. As shown in the figure, the boiling water nuclear reactor control rod of the present embodiment is different from that of the first embodiment in that a rectangular hole 24 formed in the direction of the weld line is provided instead of the
図5(a)に示すように、穴24は矩形の角部が円弧状に形成され、溶接部25と舌状部10の下端との間に配置される。また、図5(b)に示すように、溶接線の方向の異なる2箇所に穴26、27を設けてもよい。このとき、穴24の長さ(L10)又は穴26、27の長さの和(L11+L12)は溶接部25の全長(L0)の11%以上に設定される。また、穴24又は穴26、27が設けられた位置からシース2が残存する最も短い部分の長さ(L13+L14)又は(L15+L16+L17)が、凸状部の全長(L0)の20〜65%とすれば、制御棒スクラム時の引張り荷重に耐えうる断面積を有することができる。
As shown in FIG. 5A, the hole 24 has a rectangular corner formed in an arc shape and is disposed between the welded portion 25 and the lower end of the tongue-shaped
従来、溶接部近傍に設けられた冷却孔の溶接線の方向の長さの総和は溶接部長さの約10%となっている。これに対して、本実施形態では、例えば、図5(a)において、穴24の溶接線の方向の長さは溶接部の長さの総和の11%以上であり、穴24の中央部付近の端部がより自由端に近くなるため、溶接部25と穴24の間のシース表面に生じる引張残留応力及び穴24に対して溶接部25と反対側のシースの表面に生じる引張残留応力を緩和することができる。 Conventionally, the total length in the direction of the weld line of the cooling holes provided in the vicinity of the welded portion is about 10% of the length of the welded portion. On the other hand, in this embodiment, for example, in FIG. 5A, the length of the hole 24 in the direction of the weld line is 11% or more of the total length of the welded portion, and the vicinity of the center portion of the hole 24. Therefore, the tensile residual stress generated on the sheath surface between the welded portion 25 and the hole 24 and the tensile residual stress generated on the surface of the sheath opposite to the welded portion 25 with respect to the hole 24 are reduced. Can be relaxed.
また、シース2に発生する引張残留応力を有効に低減するため、穴24又は穴26、27の下端部から溶接部までのタイロッド1の軸方向の長さ(L18)は30mm以下の範囲に配置される。また、本実施形態の穴24又は穴26、27は矩形に形成されているが、長穴であればよく、例えば、長円径等に形成することができ、引張残留応力を緩和することができるものであればこれに限るものではない。
Further, in order to effectively reduce the tensile residual stress generated in the
本実施形態の溶接部25は全長(L0)にわたって溶接しているが、実施形態1のように1箇所又は複数箇所に部分溶接してもよい。また、穴の数を1箇所又は2箇所に設けたが、必要に応じて複数箇所に設けてもよい。 Although the welded portion 25 of this embodiment is welded over the entire length (L0), it may be partially welded at one place or a plurality of places as in the first embodiment. Moreover, although the number of holes was provided in one place or two places, you may provide in multiple places as needed.
1 タイロッド
2 シース
3 ハンドル
4 下部支持部材
5 中性子吸収材
6 コネクタ
1
Claims (3)
前記ハンドルは、下端部が前記シースの上端部のU字形の内側に挿入され、前記シースは、上端部に1又は複数の矩形の切り込み部が形成され、該切り込み部を除く前記シースの上端部が前記ハンドルに溶接されてなることを特徴とする沸騰水型原子炉用制御棒。 A tie rod having a cross-shaped cross section, a sheath formed in a U-shaped cross-section and containing a neutron absorber inside, and having a U-shaped opening welded across each tip of the cross-section of the tie rod, and the axial direction of the tie rod A boiling water atom provided with a handle that is provided at the upper end of the tie rod and is welded to the tie rod and the sheath; and a lower support member that is provided at the lower end in the axial direction of the tie rod and is welded to the tie rod and the sheath. In furnace control rods,
Said handle has a lower end portion is inserted inside the U-shaped upper end portion of the sheath, the sheath is cut portion of one or more rectangular upper portion is formed, the upper end of the sheath, excluding the cut portion A control rod for a boiling water reactor, wherein a portion is welded to the handle .
前記切り込み部は、矩形の角部が円弧状に形成されてなることを特徴とする沸騰水型原子炉用制御棒。 The boiling water reactor control rod according to claim 1 ,
A control rod for a boiling water reactor , wherein the cut portion has a rectangular corner formed in an arc shape .
前記シースの上端部が前記ハンドルに溶接された部分の溶接長さの総和は、前記シースの上端縁の全長の20〜65%であることを特徴とする沸騰水型原子炉用制御棒。 In the control rod for boiling water reactor according to claim 1 or 2 ,
A boiling water reactor control rod, wherein the total weld length of the portion where the upper end of the sheath is welded to the handle is 20 to 65% of the total length of the upper end edge of the sheath.
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