JP5789074B2 - クランピング装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般に溶接継手に関し、より詳細には沸騰水型原子炉における炉心スプレーラインの溶接継手を補修する、またはそれと置き換わるための装置および方法に関する。

稼動中の沸騰水型原子炉の炉心スプレー配管システムは、通常、溶接構造のものである。しかし、炉心スプレーシステム配管の溶接部は、粒界応力腐食割れ（ＩＧＳＣＣ）を起こしやすい。その結果、炉心スプレーラインの溶接された配管継手に割れが生じる恐れがある。

ほとんどの稼動中の原子炉に共通していることであるが、炉心スプレーの冷却水は、原子炉圧力容器の内部の配管によって原子炉の炉心領域に送給される。この内部配管の一部分は、原子炉圧力容器の壁の曲率半径に沿った水平部分である。水平配管の近位端は、炉心スプレーノズル貫通部においてＴボックスに連結されている。この溶接部は、Ｐ３溶接部として示される。水平の炉心スプレーラインの遠位端は、短半径のエルボに溶接されている。短半径のエルボに炉心スプレーラインの遠位端を接合するこの溶接部は、Ｐ４ａ溶接部として示される。少なくとも１つの沸騰水型原子炉の設計では、Ｔボックスの極めて近位に炉心スプレーラインの別の溶接部が存在する。この溶接部は、Ｐ３ａ溶接部として示される。容器Ｔボックス近傍の例示的な配管構成を図１に示す。

万一Ｐ３ａ溶接部に割れが生じた場合、原子炉の炉心に冷却水を送給する炉心スプレーラインの構造的完全性は失われると考えられる。万一炉心スプレーライン内のＰ３ａ溶接部で円周方向に肉厚方向の割れが生じた場合にこの溶接部の分離を防ぐため、予防的補修が望ましいはずである。
米国特許第５，５２１，９５１号公報 米国特許第５，５３０，２１９号公報 米国特許第５，６０２，８８７号公報 米国特許第５，６２３，５２５号公報 米国特許第５，６４２，９５５号公報 米国特許第５，６４６，９６９号公報 米国特許第５，６７５，６１９号公報 米国特許第５，６９９，３９７号公報 米国特許第５，８０２，６８６号公報 米国特許第５，９０５，７７１号公報 米国特許第５，９４７，５２９号公報 米国特許第６，８５７，８１４号公報 米国特許第６，１３１，９６２号公報 米国特許第６，２０１，８４７号公報 米国特許第６，３４５，０８４号公報 米国特許第６，３７５，１３０号公報 米国特許第６，４２１，４０６号公報 米国特許第６，４５６，６８２号公報 米国特許第７，２０３，２６３号公報

例示的な実施形態では、クランピング装置が、連結された管の間の溶接継手を支持する、または構造的にそれと置き換わる。クランピング装置は、連結された管の両側に対向する関係で固定可能な上側クランプ本体および下側クランプ本体、ならびに上側と下側のクランプ本体を連結し、連結された管を貫通して延在可能な少なくとも１つのクランプボルトを含む。上側および下側クランプ本体の一方は、クランプボルトに係合可能な相補的な形状のクランプボルトナットを受け入れる少なくとも１つのくぼみ形状を有する。このくぼみ形状が、クランプボルトナットの回転を防止する。

別の例示的な実施形態では、クランピング装置は、沸騰水型原子炉において、Ｔボックスに極めて近位の炉心スプレーラインの溶接部を支持する、または構造的にそれと置き換わる。この文脈において、クランピング装置は、スプレーラインの両側に対向する関係で固定可能な上側クランプ本体および下側クランプ本体を含む。上側および下側クランプ本体は、Ｔボックスからの隙間を確保するためにＴボックス近傍に切り取られた部分を含む。少なくとも１つのクランプボルトが、上側と下側のクランプ本体を連結し、スプレーラインを貫通して延びる。上側および下側クランプ本体の一方は、クランプボルトに係合可能な相補的な形状のクランプボルトナットを受け入れる少なくとも１つのくぼみ形状を有する。このくぼみ形状が、クランプボルトナットの回転を防止する。

さらに別の例示的実施形態では、連結された管の間の溶接継手を支持する、または構造的にそれと置き換わる方法には、継手領域内に連結された管を貫通する少なくとも１つの開口を形成するステップと、上側クランプ本体および下側クランプ本体を連結された管の両側に対向する関係で固定するステップと、少なくとも１つの開口を貫通して延在可能なクランプボルトによって上側と下側のクランプ本体を連結し、このクランプボルトを非円形の形状を有するクランプボルトナットを用いて固定するステップと、上側および下側のクランプ本体の一方の対応するくぼみ形状にクランプボルトナットを係合することによってクランプボルトナットの回転を防ぐステップとが含まれる。

連結された管の間の溶接された連結部を構造的に支持する、またはそれと置き換わる、特に炉心スプレーラインにおいて水平配管の短い部分を水平配管の残りの部分に接合するＰ３ａ溶接部と置き換わる、クランピング装置を本明細書で説明する。クランピング装置は、様々なサイズの炉心スプレーラインを備える原子炉プラントに適用可能である。

図２は、炉心スプレーライン上に取り付けられたクランプアセンブリ１０を示す。図３および４は、クランプアセンブリ１０の等角図である。クランプアセンブリ１０は、炉心スプレーラインとインターフェースで連結する上側クランプ本体１２および下側クランプ本体１４を含む。クランプ本体１２、１４は、水平管に形成された穴を貫通する、少なくとも１つ、好ましくは２つのクランプボルト１６によって水平管上の適切な位置に保持される。各々のクランプボルト１６の端部には、クランプボルトナット１８が装着される。

炉心スプレーラインの外径は、特定の製造公差内で変更することができる。また、形成された曲線状の管は、断面がわずかに長円になることが多い。したがって、上側および下側クランプ本体１２、１４内に機械加工される曲率半径は、配管の公称曲率半径よりもわずかに小さいものである。これにより、クランプ本体１２、１４が炉心スプレーラインと適切にインターフェースで連結することが保証される。上側および下側クランプ本体１２、１４は、曲線状の管とインターフェースで連結するように機械加工されることが好ましい（すなわち機械加工された表面が、曲線状の管によって画定された平面内の管の曲率に沿う、あるいは類似する）。

上側および下側クランプ本体１２、１４は、クランプボルトナット１８およびクランプボルト１６それぞれの球状座面と対合する、球状の座面２０を特徴とする（図５および６を参照）。さらに、上側クランプ本体１２は、クランプボルトナット１８の回転を防止するために各々のクランプボルトナット１８とインターフェースで連結する、機械加工されたくぼみ形状２２（非円形、好ましくは正方形）を組み込む。

上側および下側クランプ本体１２、１４の両方が、炉心スプレーＴボックスとの隙間を確保し、Ｐ３溶接部の後の検査用の視界をもたらすために、それぞれのクランプ本体１２、１４の側面に切り取られた部分２６を含む（図３および４を参照）。さらに、上側および下側クランプ本体１２、１４の両方は、全ての発生し得るＰ３ａ溶接クラウンとの隙間を確保するために機械加工された溝２８を含む。

下側クランプ本体１４は、下側クランプ本体１４内の機械加工されたくぼみ２５内に位置するクランプボルトキーパ２４（図４）を収容する。各々のクランプボルト１６には、１つのクランプボルトキーパ２４が設けられることが好ましい。クランプボルトキーパ２４は、キーパ２４および下側クランプ本体１４によって共有されるフィーチャをインターフェースで連結させることによって３つの別個の位置に拘束される。クランプボルトキーパ２４の機能は、クランプボルト１６の回転を防ぎ、したがってクランプボルトの予荷重を維持することである（以下でより詳細に説明する）。

クランプボルトナット１８の雌ネジは、クランプボルト１６の雄ネジと対合する。ナット１８は、上側クランプ本体１２とインターフェースで連結する概ね正方形の形状および球状の座面を有することが好ましい。クランプボルト１６の遠位端は、クランプボルトナット１８の遠隔の取り付けを容易にするために、クランプボルトナット１８のネジ内径よりもわずかに小さい直径になるように機械加工される。炉心スプレーの冷却水の漏れを最小に抑えるために、クランプボルトナット１８の外径は、炉心スプレーラインの機械加工された穴よりもわずかに小さいものである。

図７を参照すると、クランプボルト１６の近位端は、下側クランプ本体１４およびクランプボルトキーパ２４の歯３８それぞれとインターフェースで連結する、球状の座面３４およびラチェット歯３６を組み込む。さらに、クランプボルト１６は、炉心スプレーの冷却水漏れを最小に抑えるために、炉心スプレーラインの機械加工された穴よりもわずかに小さいショルダ直径を有する（図８を参照）。クランプボルトキーパ２４は、一方の端部で結合された原則的には２つの片持ち梁から成る、ヘアピン様の形状であることが好ましい。第１および第２の片持ち梁の自由端、および両方の梁が互いに接合された共有端にも保持特徴が存在する。さらに、第１の片持ち梁の端部の保持特徴はまた、クランプボルト１６の歯３６とインターフェースで連結し、クランプボルト１６の回転をボルトの予荷重を増大させる方向に限定するように機能する、歯３８を組み込む。

クランプアセンブリ１０の取り付けは、図８に示すように、配管部分においてＥＤＭ（放電加工機）などを介して最初に穴４６を機械加工することによって実施される。続いて、クランプボルトキーパ２４、下側クランプ本体１４、およびクランプボルト１６が、炉心スプレーラインの下面に１つのアセンブリとして一体とされる。クランプボルト１６の遠位端は、配管の下面に設けられた穴４６から挿入され、最終的には配管の上面に設けられた穴４６から表面に出てくる。次いで、上側クランプ本体１２およびクランプボルトナット１８が、クランプボルト１６の遠位端上に配置される。クランプボルト１６は、クランプボルトナット１８のねじ山に係合するように回転する。その後、クランプボルト１６は、公称予荷重になるまで締め付けられる。最終的には、クランプボルト１８は、承認されたトルクシーケンスに従うことによってその最終の指定値まで締め付けられる。

説明したクランプアセンブリは、炉心スプレーラインにおいて水平管の短い部分と水平管の残りの部分の間のＰ３ａ溶接部を支持する、または構造的にそれと置き換わる。クランプアセンブリは、遠隔的に取り付けることができ、様々なサイズの炉心スプレーラインを有する原子炉プラントに適用可能である。

最も実用的かつ好ましい実施形態であるとして現在考えられるものと併せて本発明を説明してきたが、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、その反対に添付の特許請求の範囲の精神および範囲内に含まれる様々な改変形態および等価の構成を包含することを意図されることを理解されたい。

沸騰水型原子炉における圧力容器Ｔボックス近傍の例示的な配管構成を示す図である。 クランプ装置が取り付けられた炉心スプレーラインの斜視図である。 クランプ装置の等角図である。 クランプ装置の等角図である。 上側クランプ本体を示す図である。 下側クランプ本体を示す図である。 クランプボルトを示す図である。 取り付け方法の１つのステップを示す図である。

符号の説明

１０ クランプアセンブリ
１２ 上側クランプ本体
１４ 下側クランプ本体
１６ クランプボルト
１８ クランプボルトナット
２０ 球状の座面
２２ 機械加工されたくぼみ
２４ クランプボルトキーパ
２５ 機械加工されたスロット状のくぼみ
２６ 切り取られた部分
２８ 機械加工された溝
３４ 球状の座面
３６ ラチェット歯
３８ 歯
４６ 穴

Claims (4)

1. 連結された管の間の溶接継手を支持する、または構造的にそれと置き換わるためのクランピング装置であって、
   前記連結された管の両側に対向する関係で固定可能な上側クランプ本体（１２）および下側クランプ本体（１４）と、
   前記上側と下側のクランプ本体を連結し、前記連結された管を貫通して延在可能な少なくとも１つのクランプボルト（１６）であって、
   前記上側および下側クランプ本体の一方が、前記クランプボルトに係合可能な相補的な形状のクランプボルトナット（１８）を受け入れる少なくとも１つのくぼみ形状（２２）を含み、前記くぼみ形状が、前記クランプボルトナットの回転を防止し、
   前記上側および下側クランプ本体（１２、１４）の他方が、前記クランプボルト（１６）のヘッドを受け入れるように成形された機械加工されたくぼみ、および前記機械加工されたくぼみの近傍に配設されたスロット状のくぼみ（２５）を含む、
   前記少なくとも１つのクランプボルト（１６）と、
   前記スロット状のくぼみに受け入れられ、前記クランプボルトの予荷重を保持するために前記クランプボルトのヘッドと係合可能なクランプボルトキーパ（２４）であって、
   前記クランプボルトキーパ（２４）は、一方の端部で結合された２つの片持ち梁と、前記２つの片持ち梁の一方の自由端に配置されたインターフェイス歯とを有するヘアピン形状の部材を備え、
   前記インターフェイス歯は、前記クランプボルト（１６）のヘッドに係合されて前記クランプボルトの予荷重を保持する、
   前記クランプボルトキーパ（２４）と、
   を備え、
   前記クランプボルトのヘッドが、その外周の周りにラチェット歯（３６）を備え、
   前記ラチェット歯が、前記クランプボルトキーパが前記スロット状のくぼみ（２５）に受け入れられたときに前記クランプボルトキーパ（２４）上の対応する前記インターフェイス歯（３８）と係合する、
   クランピング装置。
2. 前記上側クランプ本体の前記くぼみ形状（２２）が、前記クランプボルトナット（１８）の球状の座面に対応して成形された球状の座面（２０）を含み、
   前記下側クランプ本体の前記機械加工されたくぼみが、前記クランプボルトヘッドの球状の座面に対応して成形された球状の座面（２０）を含む、
   請求項１に記載のクランピング装置。
3. 前記対応する歯（３８）および前記ラチェット歯（３６）が、前記クランプボルト（１６）の回転を前記クランプボルトにかかる前記予荷重を増大させる方向に限定するように構成されることを特徴とする請求項１または２に記載のクランピング装置。
4. 前記上側と下側のクランプ本体（１２、１４）を連結し、前記連結された管を貫通して延在可能な２つのクランプボルト（１６）を備える請求項１から３のいずれかに記載のクランピング装置。

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