JP5288767B2 - ジェットポンプディフューザ溶接部補修装置 - Google Patents

Description

本発明は、ジェットポンプディフューザ溶接部補修装置およびその方法に関する。

遠隔設置可能なジェットポンプディフューザ溶接部補修装置は、割れが生じたアダプタもしくは下部リングからテールパイプに及ぶ溶接部およびテールパイプからシェルに及ぶ溶接部を構造的に入替えする。同装置は、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）発電プラントの炉心シュラウドから容器に及ぶアニュラスの限られたスペースに遠隔設置可能とされる。

ジェットポンプアセンブリは、原子炉再循環系の一部とされる。各アセンブリは、上昇管アセンブリ、上昇管ブレース、２つの入口混合器アセンブリ、および２つのディフューザアセンブリを含む。各アセンブリは、原子炉圧力容器（ＲＰＶ）と炉心シュラウドの間のアニュラスに据え付けられる。一般的なゼネラルエレクトリック社製ＢＷＲにはジェットポンプ２０台（ジェットポンプアセンブリ１０基）がある。上昇管アセンブリは、原子炉圧力容器（ＲＰＶ）に上昇管ブレースの位置で、且つ再循環入口ノズルに貫通部で溶接される。２つのディフューザアセンブリは、シュラウド支持板に溶接される。

２つの入口混合器アセンブリは、取外し可能な構成要素とされる。各入口混合器アセンブリの入口端は、上昇管トランジションピースの上部内に収まる。出口端は、ディフューザアセンブリ上部でスリップジョイントに嵌合する。入口混合器のための横方向支持はレストレーナブラケットによって与えられ、同ブラケットは上昇管に溶接される。２つの調整ねじ（セットスクリュ）がそれぞれレストレーナブラケットに挿通され、入口混合器ウェッジによって入口混合器を横方向に支持する３つのポイントが与えられる。上昇管アセンブリの横方向支持は、上昇管ブレースによって与えられる。

既存のジェットポンプアセンブリ構成要素は、Ｔｙｐｅ ３０４ステンレス鋼から製造されるが、ディフューザ下部リングは別で、ニッケル−クロム−鉄Ａｌｌｏｙ ６００から製造される。溶接部は、図１に示すように、ＤＦ−３或いはＤＦ−２と称される。粒内応力腐食割れ（ＩＧＳＣＣ）に起因する割れが、下部リングとテールパイプの間のＡｌｌｏｙ ６００からステンレス鋼に移行する溶接部（ＤＦ−３）で認められた。

ＤＦ−３もしくはＤＦ−２溶接部の想定される割れにより、ディフューザはジェットポンプアセンブリから脱離し、その結果ジェットポンプアセンブリが全損することもあり得る。その結果、こんどは原子炉炉心への再循環流路となるジェットポンプの機能が損なわれ、且つ冷却材喪失事故に至った場合に２／３コア高さカバレージを喪失することにもなろう。運転中に起こるジェットポンプアセンブリの故障は、モニタされるジェットポンプ流動の変化を生起し、それが検知されて、プラントはその専門的仕様書に従って安全なシャットダウン状態に至らせることが可能とされる。

ジェットポンプディフューザの溶接部割れが補修を必要とするようになったのは、比較的最近のことである。唯一、別タイプのジェットポンプディフューザ補修法が、タイロッドアセンブリを使用して開発されている。同補修法の適用範囲はハードウェア設計と、解析および設置工具整備コンセプト設計に限られた。実物大のモックアップ試験は行われなかった。ジェットポンプの他の管状部分の溶接部のための補修クランプが、特にジェットポンプの上昇管部のサーマルスリーブからエルボに及ぶ溶接部用として開発されている。米国特許第６，０５３，６５２号、第６，１０８，３９１号および第６，０８６，１２０号は、ジェットポンプ上昇管サーマルスリーブからエルボに及ぶ溶接部の補修に関する。
米国特許第６，０５３，６５２号公報 米国特許第６，１０８，３９１号公報 米国特許第６，０８６，１２０号公報 米国特許第５，３９２，３２２号公報 米国特許第５，７３７，３８０号公報 米国特許第５，８０２，１２９号公報 米国特許第５，８０５，６５２号公報 米国特許第５，９０１，１９２号公報 米国特許第６，３４３，１０７号公報

本発明は、新規なジェットポンプディフューザ溶接部補修装置およびその方法を提供することをその目的とする。

本発明の例示的実施形態においては、ジェットポンプディフューザ溶接部補修装置は、補修される溶接部の対向側のディフューザの周囲にそれぞれ嵌合する大きさとされた下部リング区分および上部リング区分を含む。下部および上部リング区分には、複数の整合されたグリッパスロットが設けられる。対応する複数のグリッパがグリッパスロットに嵌合し、グリッパスロットおよびグリッパの少なくとも１つが下部および上部リング区分が相互に寄り合うにつれグリッパを半径方向内向きに動かす形状のカム面を画定する。複数の連結ボルトが下部リング区分および上部リング区分の間に固定される。連結ボルトの締付けによって、下部および上部リング区分が相互に寄り合う。

本発明の別の例示的実施形態においては、薄肉の溶接されたパイプの溶接部補修装置は、補修される溶接部の対向側の前記パイプの周囲にそれぞれ嵌合する大きさとされた下部リング区分および上部リング区分を含む。複数のグリッパが下部および上部リング区分の整合されたグリッパスロットに嵌合される。グリッパは、下部リング区分および上部リング区分の間に固定された複数の連結ボルトの締付けによって下部および上部リング区分が相互に寄り合うにつれグリッパを半径方向内向きに動かす形状のカム面を画定する二重テーパ付き外面を含む。

本発明のさらに別の例示的実施形態においては、ジェットポンプディフューザの溶接連結部を補修する方法は、ディフューザの外面に、補修する溶接部の対向側同士にポケットを形成する段階と、複数のグリッパを下部リング区分および上部リング区分の対応する複数の整合されたグリッパスロットに嵌合する段階であって、グリッパスロットおよびグリッパの少なくとも１つが下部および上部リング区分が相互に寄り合うにつれグリッパを半径方向内向きに動かす形状のカム面を画定する段階と、グリッパの突片がポケットに係合する状態で、下部リング区分および上部リング区分をディフューザの周囲に溶接部の対向側同士にそれぞれ位置付けする段階と、下部リング区分および上部リング区分の間に固定された連結ボルトを締め付けることによって、下部リング区分および上部リング区分を相互に寄り合わせる段階とを含む。

本明細書で説明されるジェットポンプディフューザ補修は、ＤＦ−３もしくはＤＦ−２溶接部をいずれも構造的に入替えする。それによって、これらの溶接部のいずれかに完全な破断が生じた場合でも、ディフューザアセンブリに所要の縦方向および横方向支持が付与される。当該補修の設計では、ディフューザアセンブリの他の溶接部（カラー／シェル／テールパイプの連結溶接部）およびジェットポンプアセンブリの他の構成要素も無傷のままと推定される。したがって、ジェットポンプのいずれの対に関しても、ジェットポンプディフューザ補修は１回限り可能とするのが好ましい。ディフューザ補修クランプの推定設計寿命は４０年とされる。

図２に関し、下方リング区分は、２つの連結ボルト６を使用してボルト止めされたクランプ半体下方雌側３およびクランプ半体下方雄側４を含む。上方リング区分は、２つの連結ボルト６を使用してボルト止めされたクランプ半体上方雌側１およびクランプ半体上方雄側２を含む。雌側クランプ半体連結は、Ｔ形スロット１４もしくは他に適切な構造が含まれ、これに雄側クランプ半体の対応するＴ形材１６もしくは同様材が挿入される（図７参照）。この連結がアセンブリクランプリングのフープ荷重を負うために連結ボルト６には軸方向荷重のみ掛かり、同ボルトの締付けによる軸方向荷重を受けるのみのため、連結ボルト６のサイズは最小限とすることが可能とされる。剪断荷重が連結ボルト６を介して伝達されることはない。また、この特徴によって雄側クランプ半体のボルト孔が雌側クランプ半体の螺装孔と整合するため、連結ボルトの遠隔設置がし易くなる。

複数のグリッパ５は、クランプ半体１−４の整合されたスロット１０内に嵌合する。グリッパ５は、クランプ半体１−４に接する面に１０度テーパを有する。クランプ半体スロット１０は、グリッパとの接触面に適合する１０度角を有する。

上方および下方クランプリング１−４は、ガイドボルト７およびナット８を使用して継合される。ガイドボルト７およびナット８は、クランプ半体１−４に接する球状面を有することにより、上方および下方クランプリング相互が完全に平行でないときに組立てが容易になる。ガイドボルト７の締付けにより、上方および下方クランプリング１−４は相互に寄り合うため、グリッパ５は半径方向内向きに押圧される。それによってグリッパ５はジェットポンプディフューザ内に切削されたポケット１２内に押し込まれる（図５および６参照）。グリッパ５がジェットポンプディフューザポケット１２に当接することにより、補修中の溶接部前後の連結が確実とされる。図３は、ＤＦ−３溶接部に設置された補修装置を示す。図４は、ＤＦ−２溶接部に設置された補修装置を示す。

グリッパ５とクランプ半体スロット１０の間およびグリッパ５とジェットポンプディフューザポケット１２の間の浅い１０度テーパは、クランプ締付けモードにおいて機械的利点を与え、適用荷重がクランピング荷重を上回るプラント運転過渡状態中に溶接部前後の適用荷重が半径方向外向きにクランプ半体１−４内に伝達されるのを防止する。これは重要であり、なぜならば、冷却材喪失事故中のジェットポンプディフューザに対する適用荷重はきわめて大きく、その荷重の結果として半径方向の構成要素を補修クランプリングで収容可能としなければならないとした場合には、クランプリングのサイズを著しく増大しなければならないと想定されるからである。そうなると、ジェットポンプディフューザを囲繞するアニュラス内のアクセスおよびスペースが限定されるため、ことによると補修は不可能となるであろう。

引き続き図５に関し、ＤＦ−３溶接部補修は、Ａｌｌｏｙ ６００からＴｙｐｅ ３０４材料に移る部分に亘る。溶接部の下の下方リングはＡｌｌｏｙ ６００、溶接部の上のテールパイプはＴｙｐｅ ３０４とされる。グリッパについては、強度の理由から且つＡｌｌｏｙ ６００とＴｙｐｅ ３０４材料の熱膨張率の差異に対処するため、Ｔｙｐｅ ＸＭ−１９材料が使用される。Ｔｙｐｅ ＸＭ−１９の熱膨張係数の値は、Ａｌｌｏｙ ６００の値とＴｙｐｅ ３０４の値の間にあるので、溶接部上下のポケット位置は、クランプとジェットポンプの間に相対ディファレンシャルエキスパンションを生じない位置を選択することが可能とされる。それによって、過度の緩め方および締付けが防止される。Ａｌｌｏｙ ６００材料の長さをＴｙｐｅ ３０４材料の長さの０．３８８倍（設計のために実施されたディファレンシャルエキスパンション評価から導かれた）とする限り、補修部とジェットポンプディフューザの間にディファレンシャルエキスパンションはない。

図６に示すように、ＤＦ−２溶接部補修はテールパイプからシェルに移る部分に亘る。この位置には材料の変化はないが、壁の厚さおよび角度に変化がある。ジェットポンプの輪郭は直立筒形状から僅かに角度のある円錐形状に変わる。壁の厚さは約９．６５ｍｍ（．３８インチ）から６．３５ｍｍ（．２５インチ）に変わる。厚さ６．３５ｍｍ（．２５インチ）では、薄くて必要な深さのポケット１つを支持できないとされる。したがって、ディフューザポケット１２は、ＤＦ−２溶接部のために複数の浅い溝として切削加工される。

補修位置は、炉心シュラウドから容器に及ぶアニュラスの底部近辺にある。この区域で利用可能なスペースはごく限られる。また、ジェットポンプ検知ラインおよびジェットポンプ上昇管がこの区域へのアクセスを制限する。補修位置におけるスペースとアクセスの制限により、補修は小口に行ってジェットポンプディフューザの所定位置に集めることが必要とされる。ガイドボルト７が締め付けられたときには、上下クランプリング１−４が相互に寄り合い、クランプリングのテーパ付きスロット１０がグリッパ５の二重テーパ付き外面を内向きに押圧してジェットポンプディフューザに当接させる。グリッパ５は、テールパイプに切削加工されたポケット１２および下方リングに好ましくは遠隔放電加工（ＥＤＭ）により切削されたポケット１２に係合する。この係合によって、亀裂位置におけるディフューザの分離を抑制する確実な連結を与える。ボルト止めはすべて、反時計回り回転を防止するラチェットタイプロッキングスプリングによって保持される。将来の補修部除去は、設置順序を逆順にすることによって可能とされる。ロッキングスプリングは、ラチェットスプリングをずらしてラチェット歯をクランプボルトの咬合する歯から外す工具を使用して遠隔解除されよう。また、設置アクセスを向上させるため、ボルト止めはすべて縦方向に方向付けされる。

ＥＤＭプロセスによって加工されるＡｌｌｏｙ ６００ディフューザ表面が研磨されない場合には、補修寿命は限られ、例えば２燃料サイクルに限定される可能性がある。ジェットポンプディフューザ補修装置の設置は、ジェットポンプアセンブリの運転もしくは性能には影響は及ぼさない。

この補修がタイロッド式補修に勝る１つの長所は、炉心支持板に穴開け機械加工を必要としないことである。これは、炉心支持板の穴はタイロッド補修部除去後にプラグで塞がれなければならないであろうから、有益なことである。そのプラグはプラントの残りの耐用期間を通して定期的に検査を要し、そのために余分の費用と運転停止期間が掛かろう。

詳細な構造解析がこの補修法設計に関して実施された。詳細な有限要素解析モードが創生され、すべての適用可能なプラント運転条件について応力を求めるために用いられた。この補修は、適用可能な応力限界基準をすべて満たすことが示された。ジェットポンプの剛性に対する補修の影響が評価された。ときには、ジェットポンプスリップジョイント流動励起振動基準を満たすために、ジェットポンプスリップジョイントクランプの使用を必要とする場合があることが判明している。

以上に、本発明を現在もっとも実用的且つ好適な実施形態と思料されることに関して説明したが、本発明は開示された実施形態に限定されるものではなく、むしろ、付属の請求範囲の理念と保護範囲内に含まれる様々な変形および均等な構成を包含するものであることを理解されたい。

一般的なジェットポンプディフューザの底部末端の構成要素および溶接部位置を示す図である。 補修装置の斜視図である。 ＤＦ−３溶接部に設置された補修装置を示す図である。 ＤＦ−２溶接部に設置された補修装置を示す図である。 ＤＦ−３溶接部グリッパ係合の拡大図である。 ＤＦ−２溶接部グリッパ係合の拡大図である。 例示的なクランプ半体連結を示す図である。

符号の説明

１ クランプ半体上方雌側
２ クランプ半体上方雄側
３ クランプ半体下方雌側
４ クランプ半体下方雄側
５ グリッパ
６ 連結ボルト
７ ガイドボルト
８ ナット
１０ スロット
１２ ポケット
１４ Ｔ形スロット
１６ Ｔ形連結部

Claims (10)

1. ディフューザ外面の補修される溶接部の対向側同士に形成されたポケットを備えたジェットポンプディフューザ上で動作可能なジェットポンプディフューザ溶接部補修装置であって、
   補修される溶接部の対向側のディフューザの周囲全体にそれぞれ嵌合する大きさとされた下部リング区分および上部リング区分であって、前記下部および上部リング区分は前記下部リング区分および前記上部リング区分の内周に形成された複数の整合されたグリッパスロットを含む、下部リング区分および上部リング区分と、
   前記グリッパスロットに嵌合し、前記ディフューザに向かって半径方向内側を向く、対応する複数のグリッパであって、前記グリッパは前記下部リング区分および前記上部リング区分にそれぞれ係合する二重テーパ付きカム面を備え、前記二重テーパ付きカム面は前記グリッパの軸方向遠位端から中央頂部に向けて半径方向外向きのテーパを有して、前記下部および上部リング区分が相互に寄り合うと前記グリッパを半径方向内向きに動かす、複数のグリッパと、
   前記下部リング区分および前記上部リング区分の間に固定された複数の連結ボルトであって、この連結ボルトの締付けによって前記下部および上部リング区分が相互に寄り合うべき構成を有する連結ボルトと、
   を備え、
   前記グリッパは、前記溶接部の対向側同士に形成された対応するポケットに嵌合するように成形された係合突片を備える、
   ジェットポンプディフューザ溶接部補修装置。
2. 前記グリッパは、前記グリッパスロットに面する前記グリッパの側に前記カム面としてテーパ付き表面を備える、請求項１に記載のジェットポンプディフューザ溶接部補修装置。
3. 前記グリッパスロットは、前記グリッパの前記テーパ付き表面に係合する前記カム面として角度付き表面を備える、請求項２に記載のジェットポンプディフューザ溶接部補修装置。
4. 前記下部リング区分はクランプ半体下方雄部と係合可能なクランプ半体下方雌部を備え、前記上部リング区分はクランプ半体上方雄部と係合可能なクランプ半体上方雌部を備える、請求項１に記載のジェットポンプディフューザ溶接部補修装置。
5. 前記クランプ半体下方および上方雌部は前記クランプ半体下方および上方雄部の対応するＴ形連結部を受けるＴスロットを備える、請求項４に記載のジェットポンプディフューザ溶接部補修装置。
6. 前記ポケットが形成される前記ディフューザ外面の前記溶接部の前記対向側同士が異なる材料製とされる場合には、前記グリッパの材料はその熱膨張係数が前記異なる材料の熱膨張係数の間となるように選択される、請求項１に記載のジェットポンプディフューザ溶接部補修装置。
7. 薄肉の溶接されたパイプの溶接部補修装置であって、
   補修される溶接部の対向側の前記薄肉の溶接されたパイプの周囲にそれぞれ嵌合する大きさとされた下部リング区分および上部リング区分と、
   前記下部および上部リング区分の内周に形成された整合されたグリッパスロットに嵌合する複数のグリッパであって、前記複数のグリッパは前記薄肉の溶接されたパイプ向かって半径方向内側を向き、前記グリッパは前記下部リング区分および前記上部リング区分にそれぞれ係合する二重テーパ付きカム面を備え、前記二重テーパ付きカム面は前記グリッパの軸方向遠位端から中央頂部に向けて半径方向外向きのテーパを有して、前記下部および上部リング区分が相互に寄り合うと前記グリッパを半径方向内向きに動かす、複数のグリッパと、
   複数の連結ボルトであって、前記下部リング区分および上部リング区分の間に固定され、前記連結ボルトの締付けによって前記下部および上部リング区分が相互に寄り合う連結ボルトと、
   を備える、溶接部補修装置。
8. 前記溶接部の前記対向側同士は異なる材料を含み、前記グリッパの材料はその熱膨張係数が前記異なる材料同士の熱膨張係数の間となるように選択される、請求項７に記載の溶接部補修装置。
9. 前記パイプは溶接部の一方の側で筒状とされ、溶接部の対向側で円錐状とされて形状の変化を構成し、前記下部および上部リング区分および前記グリッパは前記形状の変化を吸収する構成とされる、請求項７に記載の溶接部補修装置。
10. 前記グリッパは、前記薄肉の溶接されたパイプの外面の前記溶接部の前記対向側同士に形成されたポケットに嵌合するように成形された係合突片を備える、請求項７に記載の溶接部補修装置。
    

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