JP5703238B2 - 原子炉内計測用配管保全クランプ装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、原子炉内計測用配管保全クランプ装置に係り、特に、ジェットポンプシステムの流量を計測する計測用配管を強固に固定するための原子炉内計測用配管保全クランプ装置に関する。

図６は、沸騰水型原子炉を示す。沸騰水型原子炉では、出力密度を大きくするために、原子炉圧力容器１の外部に設置した再循環ポンプと、原子炉圧力容器１の内部に設けたジェットポンプ１１と、を組み合わせたジェットポンプシステムが採用されている。

原子炉圧力容器１の内部には、冷却材２と、炉心３とが収容されており、この炉心３は、複数の燃料集合体および制御棒から構成され、炉心シュラウド１０に収容されている。冷却材２は炉心３を上方に向かって流通する。その際、冷却材２は、炉心３の核反応熱により昇温されて、水と蒸気との二相流状態となる。二相流状態となった冷却材２は、炉心３の上方に設置された気水分離器４内に流入し、そこで水と蒸気とに分離される。

このうち、蒸気は気水分離器４の上方に設置された蒸気乾燥器５内に導入されて乾燥蒸気となる。この乾燥蒸気は、原子炉圧力容器１に接続された主蒸気管６を介して蒸気タービンに移送されて発電に供される。一方、分離された水は、炉心３と原子炉圧力容器１との間のダウンカマ部７を流れて炉心３の下方に流下する。

炉心３の下方には、制御棒案内管８が設置されており、この制御棒案内管８を介して制御棒が炉心３内に挿入・引き抜きされる。この制御棒案内管８の下方には制御棒駆動機構９が設置されており、この制御棒駆動機構９により制御棒の挿入や引き抜きが制御される。

ダウンカマ部７内には、ジェットポンプ１１が周方向に等間隔で複数設置されている。一方、原子炉圧力容器１の外部には、図示しない再循環ポンプが設置されており、この再循環ポンプ、ジェットポンプ１１およびこれら両者間に配設された再循環配管により、再循環系が構成されている。そして、再循環ポンプによりジェットポンプ１１に駆動水が供給され、ジェットポンプ１１の作用により冷却材２が炉心３内に強制循環される。

ここで、図７は、図６のジェットポンプ１１の構成を示す図である。

図７において、参照番号１２はジェットポンプ１１のライザー管を示している。このライザー管１２は、原子炉圧力容器１に固着されている。このライザー管１２は、再循環ポンプの再循環入口ノズル１３と接続されており、この再循環入口ノズル１３から供給された冷却材２は、ライザー管１２を通して炉内に導入される。
ライザー管１２の上部には、トランジションピース１４を介して一対のエルボ１５Ａ、１５Ｂが接続されている。エルボ１５Ａ、１５Ｂには、一対の混合ノズル１６Ａ、１６Ｂを介して一対のインレットスロート１７Ａ、１７Ｂが接続されている。さらに、インレットスロート１７Ａ、１７Ｂには、一対のディフューザ１８Ａ、１８Ｂがそれぞれ接続されている。

混合ノズル１６Ａ、１６Ｂからインレットスロート１７Ａ、１７Ｂに冷却材２が噴射されると、その周囲から炉水が巻き込まれ、噴射された冷却材２および巻き込まれた炉水が、インレットスロート１７Ａ、１７Ｂ内で混合される。その後、ディフューザ１８Ａ、１８Ｂにより静水頭の回復がなされる。

このようなジェットポンプを用いた原子炉内での冷却材再循環システムでは、原子力プラントの出力制御を行う上で、通常運転中のジェットポンプ１１の流量を測定することは重要である。このため、図７に示されるように、ディフューザ１８Ａ、１８Ｂに流量計測用配管１９を設け、運転中のディフューザ１８の上下部の静圧差を測定し、この測定値をプラント運転前に測定した較正値と比較することにより、ジェットポンプ流量を算出している。このような計測用配管１９は、ディフューザ１８上下部の静圧孔に溶接され、ディフューザ１８に固定されているサポート２４によって支持されている。

図８に示されるように、計測用配管１９は、原子炉圧力容器１とシュラウド１０の間の環状空間２９に配置されており、この環状空間２９において計測用配管１９は複雑な状態に引き回されて配管され、ジェットポンプ計測用ノズル２７を経て炉外配管と接続されている。このジェットポンプ計測用ノズル２７は原子炉圧力容器１の対称位置に２箇所設けられている。

このような構成のジェットポンプ１１は、再循環ポンプから送り込まれる冷却材２の流れにより、他の機器に比較して厳しい条件下で使用される。このため、各部材には大きな負荷が作用し、特に、計測用配管１９は、ディフューザ１８の流体振動等の影響を直接またはサポート２４を介して受け、厳しい応力が作用することになり、従って計測用配管にクラックや破断が生じ得ることが十分に予想される。

従来、計測用配管１９に生じる流体振動等の影響による応力を低減できるように計測用配管１９を固定するために種々改良が行われており、例えば、特許文献１に提案されている原子炉内計測用配管固定装置がある。

特開２００９−０７５０７７号

原子炉内におけるジェットポンプシステムの計測用配管１９やサポート２４との溶接部に何等かの原因によってクラックや破断が発生した場合、その補修作業は放射線管理区域である炉心の真上から遠隔的に行わなければならない。しかもその補修作業は水中作業となる。

そして、補修した計測用配管１９は、サポート２４との溶接部にかかる流体振動による応力が可及的に低減されるように、ディフューザ１８に対して強固に固定することが望ましいが、炉心の真上からの遠隔作業によって、非常に狭隘な空間にある計測用配管１９にアクセスしてこれを強固に固定することは極めて困難であった。

そこで、本発明の目的は、前記課題を解消し、炉心の真上からの遠隔的操作により、非常に狭隘な空間で配管されている計測用配管をディフューザに対して強固に固定する作業を簡便に行うことができ、サポート２４との溶接部への応力を低減できるようにした原子炉内計測用配管保全クランプ装置を提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明は、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器内に設けられたジェットポンプのディフューザに沿って水平に配管され、前記ディフューザの側面でサポートに溶接された計測用配管を固定する原子炉内計測用水平管保全クランプ装置であって、前記ディフューザの外表面に固着される鉛直部と前記鉛直部に対して垂直な水平部とを有する本体フレームと、前記計測用配管を挟持するクランプと、前記本体フレームの水平部に鉛直に設けられ、炉心真上からの遠隔操作により回転可能な複数のクランプ操作ボルトと、前記第１のクランプ操作ボルトの回転を前記クランプの前記ディフューザの半径方向の移動に転換し前記計測用配管を固定するクランプ力を発生するくさび機構を有する第１のクランプ機構と、前記サポートを挟持するクランプと、前記本体フレームの水平部に鉛直に設けられ、炉心真上からの遠隔操作により回転可能なクランプ操作ボルトと、前記第２のクランプ操作ボルトの回転を前記クランプの前記ディフューザの接線方向の移動に転換し前記サポートを固定するクランプ力を発生するくさび機構を有する第２のクランプ機構と、を具備したことを特徴とするものである。

本発明による原子炉内計測用配管保全クランプ装置の一実施形態を示す斜視図である。 図１におけるＡ方向からみた原子炉内計測用配管保全クランプ装置の側面図である。 図１におけるＢ方向からみた原子炉内計測用配管保全クランプ装置の側面図である。 図１におけるＣ方向からみた原子炉内計測用配管保全クランプ装置の側面図である。 原子炉内計測用配管保全クランプ装置により固定される計測用配管を示す斜視図である。 沸騰水型原子炉内部の概略を示す縦断面図である。 原子炉内に配置されるジェットポンプの構成を示す斜視図である。 ジェットポンプの流量を計測する計測用配管を配管状況を示し、図８（ａ）は側面図、図８（ｂ）は断面図である。

以下、本発明による原子炉内計測用配管保全クランプ装置の実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
図５は、原子炉内のジェットポンプシステムにおいて、ディフューザ１８の側面に固定された計測用配管１９を示している。ディフューザ１８の側面にはサポート２４が固定されていて、計測用配管１９は、サポート２４に溶接によって取り付けら、水平な姿勢で支持されている。

図１は、計測用配管１９をクランプしている本実施形態によるクランプ装置を示す。図２は、図１におけるＡ方向からクランプ装置を見た側面図、図３は図１のＢ方向からクランプ装置を見た側面図、図４は、図１のＣ方向からクランプ装置を見た側面図である。

クランプ装置は、Ｌ字型の本体フレーム３０を含む。この本体フレーム３０は、ディフューザ１８の外表面と計測用配管１９の間の狭隘部に配置されディフューザ１８の外表面に着される鉛直部３１と、この鉛直部３１の上端部から水平に延びる水平部３２とを有している。鉛直部３１の背面は、ディフューザ１８の外表面と同一曲率の接触面となっている。

この実施形態のクランプ装置は、計測用配管１９を４つのクランプ３３、３４、３５、３６で把持する第１のクランプ機構と、サポート２４を両側から挟み込んで固定する第２のクランプ機構を備えている。参照番号３７、３８、３９は、計測用配管用１９を固定する第１のクランプ機構を操作するクランプ操作ボルトとしての座付ボルトである。４０は、サポート２４を固定する第２のクランプ機構を操作するクランプ操作ボルトとしての座付ボルトである。これらの座付ボルト３７、３８、３９，４０のボトル頭部には、複数の溝が軸方向に形成されている。

第１のクランプ機構
まず、第１のクランプ機構の構成について説明する。図１において、本体フレーム３０の水平部３２の下面には、第１スライダ４１が取り付けられている。水平部３２の下面には、案内部４３が形成されており、第１スライダ４１は案内部４３に沿ってディフューザ１８の半径方向に摺動可能に取り付けられている。図１に示されるように、第１スライダ４１の下部には、計測用配管１９を一方の側から把持する２つのクランプ３３、３４が所定の間隔をおいて鉛直に保持されている。

同様に、図１に示されるように、本体フレーム３０の水平部３２の下面には、図示しない案内部に摺動可能な第２スライダ４４と、図４に示されるように、第３スライダ４５が取り付けられている。第２スライダ４４の下部にはクランプ３５が、第３スライダ４５にはクランプ３６が鉛直に支持されており、これらクランプ３５、３６は、クランプ３３、３４と対向するように計測用配管１９を他方の側から把持するようになっている。

本体フレーム３０の上面には、座金４６を介して鉛直な姿勢で第１座付ボルト（第１クランプ操作ボルト）３７が立設されている。この第１座付ボルト３７は、回転をクランプ３３、３４の水平方向の移動に変換するくさび機構と連結されている。図３に示されるように、この第１座付ボルト３７のねじ軸には、第１くさびブロック４８が螺合するようになっており、第１座付ボルト３７が回転すると、第１くさびブロック４８は上下に移動する。このくさびブロック４８には傾斜しているくさび面が形成されており、このくさび面は、第１スライダ４１の後端部に形成されている傾斜面に当接している。第１座付ボルト３７が回転して、第１くさびブロック４８が上方向に変位すると、そのくさび作用により、第１スライダ４１が押し出され、第１スライダ４１と一体のクランプ３３、３４は計測用配管１９に押し付けられるようになっている。

図１に示されるように、第２座付ボルト（第２クランプ操作ボルト）３８は、本体フレーム３０の水平部３１の上面に座金４６を介して鉛直な姿勢で立設されている。この第２座付ボルト３８のねじ軸には、くさび面を有する第２くさびブロック５０が螺合されており、この第２くさびブロック５０のくさび面は、第２スライダ４４の背面に形成されている傾斜面に当接するようになっている。

同様に、本体フレーム３０の水平部３２の上面に座金４６を介して鉛直に立設される第３座付ボルト（第２クランプ操作ボルト）３９は、第２座付ボルト３８と同様のくさび機構が連結されており、そのねじ軸に螺合する第３くさびブロック（図示せず）のくさび面が第３スライダ４５の傾斜面に当接するようになっている。

したがって、第２座付ボルト３８と、第３座付ボルト３９を回転させると、第２くさびブロック５０と図示しない第３くさびブロックのくさび作用により、第２スライダ４４と一体のクランプ３５および第３スライダ４４と一体のクランプ３６が押し出されて計測用配管１９に押し付けられる。

第２クランプ機構
次に、第２クランプ機構について説明する。図３、図４において、本体フレーム３０の水平部３２の長手方向端部に座金４６を介して鉛直に立設されている第４座付ボルト４０が第２クランプ機構を操作するボルトである。この第４座付ボルト４０のねじ軸には、第４くさびブロック５２が螺合している。本体フレーム３０の鉛直部３１には、クランププレート５４がディフューザ１８の接線方向と平行でかつ水平方向に移動可能に設けられている。この場合、図４において、鉛直部３１には、クランププレート５４を案内する案内溝５５が形成されており、クランププレート５４は、案内溝５５に摺動自在に嵌合している。

第４くさびブロック５２には、くさび面が形成されており、このくさび面はクランププレート５４の後端部に形成されている傾斜面に摺接するようになっている。第４座付ボルト４０を回転させて、第４くさびブロック５２を上昇させると、クランププレート５４は水平方向に、計測用配管１９を支持するサポート２４に向かって押し出されるようになっている。なお、本体フレーム３０には、サポート２４をクランププレート５４とで挟む位置に固定クランプ部５６が固定されており、この固定クランプ部５６が当初からサポート２４に当接するように、本体フレーム３０はディフューザ１８に固定される。なお、クランププレート５４がサポートに当たるその端面には、サポート２４に食い込む突起部が一つまたは複数形成されていることが好ましい。

本実施形態による原子炉内計測用配管保全クランプ装置は、以上のように構成されるものであり、次に、その作用並びに効果について説明する。
図５において、補修された計測用配管１９がサポート２４に溶接されてディフューザ１８の側面に固定された後、図１に示されるように、本クランプ装置は、アイボルト６０にワイヤを掛けて炉心の真上から吊り下げ、鉛直部３１はディフューザ１８の側面に溶接によって固定される。このとき、クランプ３３およびクランプ３４は、計測用配管１９を間にして、クランプ３５およびクランプ３６と対峙している。また、クランプ３３とクランプ３４の間、クランプ３５とクランプ３６の間には、計測用配管１９を支持しているサポート２４がある。

まず、クランプ３３およびクランプ３４とクランプ３５およびクランプ３６とで計測用配管１９を把持するクランプ操作について説明する。

本体フレーム３０の水平部３２にある４本の座付ボルト３７、３８、３９、４０のうち、第２座付ボルト３８、第３座付ボルト３９のそれぞれの頭部に、炉心の真上から垂下した図示しないボルト締付工具のナットを嵌合させる。このボルト締付工具によってトルクを与えて第２座付ボルト３８、第３座付ボルト３９を回転させ、第２くさびブロック５０と図示しない第３くさびブロックを引き上げ、そのくさび作用によって、第２スライダ４４と一体のクランプ３５および第３スライダ４５と一体のクランプ３６が計測用配管１９に当接するまで押し出す。

次に、炉心の真上から垂下した図示しないボルト締付工具のナットを第４座付ボルト４０の頭部に嵌合させる。この第４座付ボルト４０を回転させて、第４くさびブロック５２を引き上げる。これにより、クランププレート５４を計測用配管１９のサポート２４に向かって押し出し、固定クランプ部５６とでサポート２４を挟み込んで固定する。

しかる後に、炉心の真上から垂下した図示しないボルト締付工具のナットを第１座付ボルト３７の頭部に嵌合させてから、この第１座付ボルト３７を回転させる。この第１座付ボルト３７の回転によって、第１くさびブロック４８が上方向に引き上げられ、そのくさび作用により、第１スライダ４１が押し出され、第１スライダ４１と一体のクランプ３３、３４が計測用配管１９に押し付けられ、クランプ３５、３６とで挟み込むようにして、計測用配管１９を固定する。

最後に、各座付ボルト３７、３８、３９、４０を規定トルクに達するまで締め付ける。この結果、座金４６により、各座付ボルト３７、３８、３９、４０は回り止めされる。

このようにして、炉心の真上からの水中遠隔操作により、炉心シュラウドとジェットポンプ１１のディフューザ１８の間にある狭隘な空間に配管されている計測用配管１９をディフューザ１８の側面に対して確実かつ効率的に固定することができる。しかも、計測用配管１９とこれを支持するサポート２４をディフューザ１８に対して同時に強固に固定できるため、計測用配管１９とサポート２４との溶接部に流体振動により生じる応力を低減させることができる。これにより、計測用配管１９やその溶接部にクラック等が発生しないように長く健全性を維持することができる。

また、放射線管理区域である炉心真上でのクランプ操作は、遠隔操作により座付ボルト３７、３８、３９、４０を締めつけるだけであり、アクセスが容易できわめて簡単な操作しか要求されないため、作業時間が短く作業員の放射線被爆量を大幅に低減させることが可能である。

１…原子炉圧力容器、２…冷却材、３…炉心、４…気水分離器、７…ダウンカマ部、８…制御棒案内管、１１…ジェットポンプ、１８…ディフューザ、１９…計測用配管、２４…サポート、３０…本体フレーム、３１…鉛直部、３２…水平部、３３、３４、３５、３６…クランプ、３７，３８、３９、４０…座付ボルト、４１…第１スライダ、４４…第２スライダ、４５…第３スライダ、４６…座金、４８…第１くさびブロック、５０…第２くさびブロック、５２…第４くさびブロック、５４…クランププレート、５６…固定クランプ部

Claims (7)

1. 沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器内に設けられたジェットポンプのディフューザに沿って水平に配管され、前記ディフューザの側面でサポートに溶接された計測用配管を固定する原子炉内計測用水平管保全クランプ装置であって、
   前記ディフューザの外表面に固着される鉛直部と前記鉛直部に対して垂直な水平部とを有する本体フレームと、
   前記計測用配管を挟持するクランプと、前記本体フレームの水平部に鉛直に設けられ、炉心真上からの遠隔操作により回転可能な複数の計測用配管固定用クランプ操作ボルトと、前記計測用配管固定用クランプ操作ボルトの回転を前記クランプの前記ディフューザの半径方向の移動に転換し前記計測用配管を固定するクランプ力を発生するくさび機構を有する第１のクランプ機構と、
   前記サポートを挟持するクランプと、前記本体フレームの水平部に鉛直に設けられ、炉心真上からの遠隔操作により回転可能なサポート固定用クランプ操作ボルトと、前記サポート固定用クランプ操作ボルトの回転を前記クランプの前記ディフューザの接線方向の移動に転換し前記サポートを固定するクランプ力を発生するくさび機構を有する第２のクランプ機構と、
   を具備したことを特徴とする原子炉内計測用配管保全クランプ装置。
2. 前記本体フレームの鉛直部は、前記ディフューザの外表面の曲率と同一曲率の接触面を有し、前記ディフューザの外表面と、前記計測用配管の間の狭隘部に配置可能な板状の部材からなることを特徴とする請求項１に記載の原子炉内計測用配管保全クランプ装置。
3. 前記計測用配管固定用クランプ操作ボルトは、第１クランプ操作ボルトと、一対の第２クランプ操作ボルトと、からなり、
   前記第１のクランプ機構は、
   前記第１クランプ操作ボルトのねじ軸に螺合しくさび面を有する第１くさびブロックと、前記本体フレームの水平部にディフューザの半径方向に摺動可能に係合し前記第１くさびブロックのくさび面が密着するとともに前記第１くさびブロックの鉛直方向の移動により前記計測用配管に向かって押し出される第１スライダと、前記第１スライダに固定され前記計測用配管を片側から把持するクランプと、からなる一方のクランプ機構と、
   一対の前記第２クランプ操作ボルトのねじ軸にそれぞれ螺合しくさび面を有する、対をなす第２くさびブロックと第３くさびブロックと、前記本体フレームの水平部にディフューザの半径方向に摺動可能に係合し前記各第２くさびブロック、第３くさびブロックのくさび面が密着するとともに前記第２くさびブロックおよび第３くさびブロックの鉛直方向の移動により前記計測用配管に向かって押し出される、対をなす第２スライダと第３スライダと、前記第２スライダと第３スライダにそれぞれ固定され前記計測用配管を他方の片側から把持するクランプと、からなる他方のクランプ機構と、
   からなることを特徴とする請求項１に記載の原子炉内計測用配管保全クランプ装置。
4. 前記第１のクランプ機構は、前記サポートを間においてその両側で前記計測用配管を把持することを特徴とする請求項３に記載の原子内計測用配管保全クランプ装置。
5. 前記第２のクランプ機構は、前記サポート用クランプ操作ボルトのねじ軸に螺合しくさび面を有する第４くさびブロックと、前記本体フレームの鉛直部に前記ディフューザの接戦方向に平行でかつ水平方向に摺動可能に係合し前記第４くさびブッロクのくさび面が密着するとともに前記第４くさびブロックの鉛直移動により前記サポートに向かって押し出されるクランププレートと、前記本体フレームの鉛直部に固定され前記クランププレートとで前記サポートを挟み込む固定クランプと、からなることを特徴とする請求項１に記載の原子炉内計測用配管保全クランプ装置。
6. 前記クランププレートの前記サポートを把持する端面には、前記サポートに食い込む突起部を有することを特徴とする請求項５に記載の原子炉内計測用配管保全クランプ装置。
7. 前記計測用配管固定用クランプ操作ボルトおよび前記サポート固定用クランプ操作ボルトは、廻り止めの座金とともに前記本体フレームの水平部に取り付けられたことを特徴とする請求項１に記載の原子炉内計測用配管保全クランプ装置。

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