JP5794944B2 - 拡管方法 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、蒸気発生器の水室鏡においてドレン穴をなすドレン管について、当該ドレン管を水室鏡の貫通穴に取り付ける際の拡管方法に関する。
例えば、加圧水型原子炉(PWR:Pressurized Water Reactor)の蒸気発生器は、メンテナンス時などにおいて水室の一次冷却水が抜かれる。この際、水室をなす水室鏡が椀状に形成されているため、その底部に一次冷却水が残ったり、マンホールの蓋に一次冷却水が残ったりする場合がある。そこで、水室鏡は、マンホールから水室鏡の底部側に通じるドレン穴、および水室鏡の底部から管台に通じるドレン穴が形成されている(例えば、特許文献1参照)。このドレン穴は、耐食性を考慮し、水室鏡に形成された貫通穴に対して耐食性材料からなるドレン管が挿通して取り付けられて構成されている。
特開平10−103609号公報
上述したように、ドレン穴は、水室鏡に形成された貫通穴に対して管部材であるドレン管を挿通し、当該ドレン管の両端を溶接して固定されている。このような構成において、蒸気発生器の使用時の温度上昇に伴い、水室鏡とドレン管との線膨張係数が異なることで熱応力が発生するとともに、貫通穴とドレン管との間の隙間の空気の膨張により、溶接部分が破損するおそれがある。そのため、ドレン管を拡管することで貫通穴とドレン管との間の隙間を無くす。
しかしながら、上述したように、水室鏡が椀状に形成されており、かつマンホールおよび管台が水室鏡に対して斜めに形成されていることから、当該斜め形状に沿うように、ドレン穴は、その軸芯に対して両端の開口部分が斜めになっている。このため、貫通穴は、同様に軸芯に対して両端の開口部分が斜めに形成される。したがって、拡管工具を軸芯方向に挿入してドレン管を径方向に均等に拡管することが好ましいが、貫通穴の開口部分ではそのようにすることは難しい。
本発明は、上述した課題を解決するものであり、軸芯に対して開口部分が斜め形状の貫通穴に挿通した管部材を、適した状態に拡管することのできる拡管方法を提供することを目的とする。
上述の目的を達成するために、第1の発明の拡管方法は、軸芯に対して両端の開口部分が斜めに形成された貫通穴に、管部材を挿通し拡管して取り付ける拡管方法であって、前記貫通穴の両端の開口部分から端部が突出するように前記貫通穴に対して前記管部材を挿通する挿通工程と、次に、前記管部材の内部に拡管工具を挿入し、当該拡管工具を前記管部材の一方の端部から他方の端部に移動させつつ前記管部材を所定内径まで拡管する拡管工程と、次に、前記貫通穴の各開口部分から突出する前記管部材の各端部を、各前記開口部分の斜め形状に沿って切断する切断工程と、次に、切断された前記管部材の端部と前記貫通穴の開口部分とを溶接する溶接工程と、を含むことを特徴とする。
この拡管方法によれば、貫通穴の両端の開口部分から管部材の端部を突出させた形態で、拡管工具により拡管することで、軸芯に対して開口部分が斜め形状の貫通穴に挿通した管部材に対し、径方向に均等に拡げる拡管力を与えることができる。この結果、軸芯に対して開口部分が斜め形状の貫通穴に挿通した管部材を、適した状態に拡管することができる。
また、第2の発明の拡管方法は、第1の発明において、前記挿通工程と前記拡管工程との間に、前記貫通穴の各開口部分から突出する前記管部材の少なくとも一方の端部を固定する固定工程を含むことを特徴とする。
この拡管方法によれば、拡管時に、拡管工具の回転力や軸芯方向への推進力により管部材が移動する事態を防止することができる。
また、第3の発明の拡管方法は、第2の発明において、前記固定工程では、前記貫通穴の開口部分の斜め形状に一方の端面が合い、かつ他方の端面が前記貫通穴の軸芯に対して直交するとともに、前記貫通穴の各開口部分から突出する前記管部材の端部が挿通される固定治具を用い、当該固定治具の一方の端面を前記貫通穴の開口縁側に溶接するとともに、前記固定治具の他方の端面側に前記管部材を溶接することを特徴とする。
この拡管方法によれば、固定治具を用いることで、管部材を適宜固定することができる。
また、第4の発明の拡管方法は、第3の発明において、前記固定治具は、前記貫通穴の各開口部分から突出する前記管部材の端部を挟むように分割形成されており、分割された前記固定治具で前記管部材を挟みつつ、前記貫通穴の開口縁側に溶接することを特徴とする。
この拡管方法によれば、管部材の径に寸法誤差があっても、管部材に対する固定治具の取り合わせを容易に行うことができる。
また、第5の発明の拡管方法は、第3または第4の発明において、前記固定工程では、前記固定治具の他方の端面と前記拡管工具が挿入される前記管部材の一方の端部の端面とを合わせることを特徴とする。
この拡管方法によれば、管部材が貫通穴から突出する部分の全てを固定治具で押さえるため、拡管工具による拡管時に管部材の一方の端部が変形する事態を防ぎ、拡管工具を軸芯に沿って円滑に移動させることができる。この結果、管部材を適した状態に拡管する効果を顕著に得ることができる。
本発明によれば、軸芯に対して開口部分が斜め形状の貫通穴に挿通した管部材を、適した状態に拡管することができる。
図1は、本発明の実施の形態に係る拡管方法により形成されるドレン穴の説明図である。 図2は、本発明の実施の形態に係る拡管方法の工程図である。 図3は、本発明の実施の形態に係る拡管方法の工程図である。 図4は、本発明の実施の形態に係る拡管方法の工程図である。 図5は、本発明の実施の形態に係る拡管方法の工程図である。 図6は、本発明の実施の形態に係る拡管方法の工程図である。 図7は、本発明の実施の形態に係る拡管方法の工程図である。 図8は、本発明の実施の形態に係る拡管方法の工程図である。 図9は、本発明の実施の形態に係る拡管方法の工程図である。 図10は、蒸気発生器の構成を示す説明図である。 図11は、本発明の実施の形態に係る拡管方法が適用される蒸気発生器水室鏡の平面図である。 図12は、図11のA−A断面図である。 図13は、蒸気発生器が適用される原子力設備の一例を示す概略図である。
以下に、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
図10は、蒸気発生器の構成を示す説明図であり、図11は、本実施の形態に係る拡管方法が適用される蒸気発生器の水室鏡の平面図であり、図12は、図11のA−A断面図であり、図13は、蒸気発生器が適用される原子力設備の一例を示す概略図である。
図10に示すように、蒸気発生器101は、胴部102を有している。胴部102は、上下方向に延在され、かつ密閉された中空円筒形状をなし、上半部に対して下半部が若干小径とされている。胴部102は、その下半部内に、当該胴部102の内壁面と所定間隔をもって配置された円筒形状をなす管群外筒103が設けられている。この管群外筒103は、その下端部が、胴部102の下半部内の下方に配置された管板104近傍まで延設されている。管群外筒103内には、伝熱管群105Aが設けられている。伝熱管群105Aは、逆U字形状をなす複数の伝熱管105からなる。伝熱管群105Aは、その上端部に、伝熱管105の上述した逆U字形状の円弧部が配置されている。伝熱管105は、中央から外側に向けて円弧部の径が大きなものを配列した伝熱管層を構成し、この伝熱管層を、重ねつつ径を変えることで、伝熱管群105Aの上端部を半球形状に形成している。この伝熱管群105Aの半球形状部分は、各伝熱管層の円弧部の間に、一次冷却水が各伝熱管105内を通過する際に発生し得る流体励起振動を抑制するための振止部材105aが設けられている。そして、各伝熱管105は、U字形状の円弧部を上方に向け、下端部が管板104の管穴104aに挿通支持されているとともに、中間部が複数の管支持板106を介して管群外筒103に支持されている。管支持板106は、多数の管穴106aが形成されており、この管穴106aに各伝熱管105が挿通されることで各伝熱管105を支持する。
胴部102は、その下端部に水室鏡107が接合されている。水室鏡107は、図10〜図12に示すように、椀状に形成された開口縁が管板104に接合された状態で、その内部が仕切板108により入口側水室107Aと出口側水室107Bとに区画されている。入口側水室107Aは、各伝熱管105の一端部が連通され、出口側水室107Bは、各伝熱管105の他端部が連通されている。また、入口側水室107Aは、胴部102の外部に通じる入口側管台107Aaが形成され、出口側水室107Bは、胴部102の外部に通じる出口側管台107Baが形成されている。そして、入口側管台107Aaは、加圧水型原子炉から一次冷却水が送られる一次冷却水配管124(図13参照)が連結され、出口側管台107Baは、熱交換された後の一次冷却水を加圧水型原子炉に送る冷却水配管124(図13参照)が連結される。また、入口側水室107Aおよび出口側水室107Bは、保守や点検時に作業者が水室鏡107内に進入することのできる作業用のマンホール107Ab,107Bbが形成されている。マンホール107Ab,107Bbは、通常時は蓋(図示せず)によって閉塞されている。
また、胴部102は、その上半部内に、給水を蒸気と熱水とに分離する気水分離器109、および分離された蒸気の湿分を除去して乾き蒸気に近い状態とする湿分分離器110が設けられている。気水分離器109と伝熱管群105Aとの間には、外部から胴部102内に二次冷却水の給水を行う給水管111が挿入されている。さらに、胴部102は、その上端部に、蒸気排出口112が形成されている。また、胴部102は、その下半部内に、給水管111からこの胴部102内に給水された二次冷却水を、胴部102と管群外筒103との間を流下させて管板104にて折り返させ、伝熱管群105Aに沿って上昇させる給水路113が形成されている。なお、蒸気排出口112は、タービンに蒸気を送る冷却水配管(図示せず)が連結され、給水管111は、タービンで使用された蒸気が復水器(図示せず)で冷却された二次冷却水を供給するための冷却水配管(図示せず)が連結される。
また、上述した蒸気発生器101は、図13に示すように、原子力設備120に適用される。図13に示す原子力設備120は、加圧水型原子炉(PWR:Pressurized Water Reactor)である。この原子力設備120は、原子炉容器121、加圧器122、蒸気発生器101およびポンプ123が、一次冷却水管124により順次連結されて、一次冷却水の循環経路が構成されている。また、蒸気発生器101とタービン(図示省略)との間には、二次冷却水の循環経路が構成されている。
原子炉容器121は、燃料集合体(図示省略)が挿抜できるように、容器本体121aとその上部に装着される容器蓋121bとにより構成されている。容器蓋121bは、容器本体121aに対して開閉可能に設けられている。容器本体121aは、上方が開口し、下方が半球形状とされて閉塞された円筒形状をなし、上部に一次冷却水としての軽水を給排する入口側管台121cおよび出口側管台121dが設けられている。出口側管台121dは、蒸気発生器101の入口側管台107Aaに連通するように一次冷却水管124が接続されている。また、入口側管台121cは、蒸気発生器101の出口側管台107Baに連通するように一次冷却水管124が接続されている。
この原子力設備120では、一次冷却水が原子炉容器121にて加熱されて高温・高圧となり、加圧器122にて加圧されて圧力を一定に維持されつつ、一次冷却水管124を介して蒸気発生器101に供給される。蒸気発生器101では、加熱された一次冷却水は、入口側水室107Aに送られ、多数の伝熱管105内を通って循環して出口側水室107Bに至る。一方、復水器で冷却された二次冷却水は、給水管111に送られ、胴部102内の給水路113を通って伝熱管群105Aに沿って上昇する。このとき、胴部102内で、高圧高温の一次冷却水と二次冷却水との間で熱交換が行われる。そして、冷やされた一次冷却水は出口側水室107Bから加圧水型原子炉に戻される。一方、高圧高温の一次冷却水と熱交換を行った二次冷却水は、胴部102内を上昇し、気水分離器109で蒸気と熱水とに分離される。そして、分離された蒸気は、湿分分離器110で湿分が除去されて蒸気排出口112からタービンに送られる。タービンは、二次冷却水の蒸気により駆動される。そして、タービンの動力が発電機(図示省略)に伝達されて発電される。タービンの駆動に供された蒸気は、凝縮して水となり蒸気発生器101に供給される。一方、蒸気発生器101で熱交換後の一次冷却水は、一次冷却水管124を介してポンプ123側に回収される。
ところで、上述した蒸気発生器101は、伝熱管105や入口側管台107Aaや出口側管台107Baの健全を維持するため、定期的にメンテナンスが行われる。このメンテナンス時では、入口側水室107Aおよび出口側水室107Bから一次冷却水が抜かれ、マンホール107Ab,107Bbから入口側水室107Aおよび出口側水室107Bに作業員が立ち入る。ところが、図11および図12に示すように、水室鏡107は、椀状に形成されており、かつマンホール107Ab,107Bbおよび各管台107Aa,107Baが水室鏡107に対して斜めに形成されている。そのため、水室鏡107の椀状の底部に一次冷却水が残ったり、マンホール107Ab,107Bbの蓋に一次冷却水が残ったりする場合がある。そこで、水室鏡107は、マンホール107Ab,107Bbから水室鏡107の底部側に通じるドレン穴1、および水室鏡107の底部から管台107Aa,107Baに通じるドレン穴1が形成されている。
図1は、本実施の形態に係る拡管方法により形成されるドレン穴の説明図であり、図2〜図9は、本実施の形態に係る拡管方法の工程図である。
図1に示すように、ドレン穴1は、耐食性を考慮し、水室鏡107に形成された貫通穴2に対して耐食性材料からなる管部材であるドレン管3が挿通して取り付けられて構成されている。ドレン穴1は、水室鏡107が椀状に形成されており、かつマンホール107Ab,107Bbおよび管台107Aa,107Baが水室鏡107に対して斜めに形成されていることから、当該斜め形状に沿うように、その軸芯Cに対して両端の開口部分1aが斜めになっている。そして、このドレン穴1の開口部分1aに対してドレン管3の端部が溶接される。
このようなドレン穴1を設ける場合、まず、図2に示すように、完成されるドレン穴1の軸芯Cに沿って母材である水室鏡107に対して貫通穴2を設ける。貫通穴2の開口部分は、ドレン穴1の開口部分1aとなることから、軸芯Cに対して両端の開口部分が斜めに形成される。また、貫通穴2は、ドレン管3を挿通するため、その内径D1がドレン管3の外径D2よりも若干大きく形成される。そして、ここで貫通穴2の内径D1、ドレン管3の外径D2および内径D3を計測しておく(計測工程)。
次に、図3に示すように、貫通穴2にドレン管3を挿通する(挿通工程)。ドレン管3は、貫通穴2の軸芯C方向の長さが長く形成されており、そのため貫通穴2の両端の開口部分から端部が突出するように配置される。
次に、図4および図5に示すように、貫通穴2の各開口部分から突出するドレン管3の端部を固定する(固定工程)。具体的には、固定治具4を用いる。固定治具4は、貫通穴2の開口部分の斜め形状に一方の端面4aが合い、かつ他方の端面4bが軸芯Cに対して直交するものであり、貫通穴2の各開口部分から突出するドレン管3の端部が挿通されるものである。本実施の形態において、固定治具4は、図5に示すように、全体で円柱状をなして軸芯Cを間に分割され、貫通穴2の各開口部分から突出するドレン管3の端部を挟む凹部4cを有して形成されている。そして、このような固定治具4を、一方の端面4aを貫通穴2の開口部分の斜め形状に合わせ、ドレン管3の端部を凹部4cで挟むように万力などで押さえた状態で、貫通穴2の開口縁側である水室鏡107側に対してスポット溶接Sにより固定する。そして、図6に示すように、固定治具4の他方の端面4bに対してドレン管3の端面が合うように、少なくとも、後述する拡管工具5が挿入されるドレン管3の一方の端部を切断する。施工の容易性を考慮すると、水室鏡107の外側から拡管工具5を挿入することが好ましく、このため、切断されるドレン管3の端部は、水室鏡107の外側(管台107Aa,107Ba側やマンホール107Ab,107Bb側)とする。さらに、図5に示すように、少なくとも一方の固定治具4の他方の端面4bに対し、ドレン管3の端部をスポット溶接Sにより固定する。これにより、貫通穴2の各開口部分から突出するドレン管3の端部が固定される。なお、一方の固定治具4の他方の端面4bに対してドレン管3の端部をスポット溶接Sにより固定する場合、上述のように切断されたドレン管3の一方の端部側、または切断されていないドレン管3の他方の端部側のいずれか一方であってもよい。
なお、固定治具4を用いない場合、下記の拡管工程において、貫通穴2の各開口部分から突出するドレン管3の端部をペンチなどにより作業者が手で固定する。
次に、図7および図8に示すように、ドレン管3の内部に拡管工具5を挿入し、当該拡管工具5をドレン管3の一方の端部から他方の端部に移動させつつ、ドレン管3を所定内径まで拡管する(拡管工程)。拡管工具5は、ドレン管3の一方の端部から他方の端部に挿入し得る長さのマンドレル5aの先端部に、ゲージ5bが設けられている。マンドレル5aは、その周囲にローラ5cが自転および公転可能に取り付けられている。そして、マンドレル5aのローラ5cをドレン管3の一方の端部に挿入し、回転軸5aの基端側から回転トルクを与えることで、ローラ5cが自転および公転し、ドレン管3に拡管力を伝えるとともに軸芯C方向にマンドレル5aを移動させる。また、マンドレル5aの先端はテーパ状となっているため、軸芯C方向への移動により、ローラ5cの径方向の突出量が変化し、これによりドレン管3への拡管力が得られ、ドレン管3が拡管される。すなわち、拡管工程においては、上述のように計測した、貫通穴2の内径D1、ドレン管3の外径D2および内径D3に応じてローラ5cの径方向の突出量を調整し、ドレン管3の拡管径を設定する。
また、拡管工程においては、拡管後、ドレン管3の内径D3を計測し、予め計測した貫通穴2の内径D1およびドレン管3の外径D2に応じ、貫通穴2の内面に対してドレン管3の外面が適宜接触するようにドレン管3が所定の拡管径になっているかを確認する(確認工程)。そして、ドレン管3が所定の拡管径になっていなければ、拡管工具5におけるローラ5cの径方向への突出量を変えて、ドレン管3が所定の拡管径になるまで拡管を繰り返す。
次に、図9に示すように、固定治具4を取り外してドレン管3の固定を解く。さらに、図1に示すように、貫通穴2の各開口部分から突出するドレン管3の端部を、貫通穴2の各開口部分の斜め形状に沿って切断する(切断工程)。次に、貫通穴2の開口縁に溶接を行い、ドレン管3の端部と貫通穴2の開口部分とを溶接する(溶接工程)。なお、切断工程では、後の溶接工程の溶接を考慮し、ドレン管3の端部が溶接面から数ミリ出るように余長を設ける。そして、溶接工程の後、ドレン管3の余長部をグラインダにより削り、鋭利な突出部が残存しないよう水室鏡107の斜め形状に合うように仕上げをすることでドレン穴1が完成する。
このように、本実施の形態の拡管方法は、両端の開口部分が斜めに形成された貫通穴2に、管部材であるドレン管3を挿通し拡管して取り付ける拡管方法であって、貫通穴2の両端の開口部分から端部が突出するように貫通穴2に対してドレン管3を挿通する挿通工程と、次に、ドレン管3の内部に拡管工具5を挿入し、当該拡管工具5をドレン管3の一方の端部から他方の端部に移動させつつドレン管3を所定内径まで拡管する拡管工程と、次に、貫通穴2の各開口部分から突出するドレン管3の各端部を、各開口部分の斜め形状に沿って切断する切断工程と、次に、切断されたドレン管3の端部と貫通穴2の開口部分とを溶接する溶接工程と、を含む。
この拡管方法によれば、貫通穴2の両端の開口部分からドレン管3の端部を突出させた形態で、拡管工具5により拡管することで、軸芯Cに対して開口部分が斜め形状の貫通穴2に挿通したドレン管3に対し、径方向に均等に拡げる拡管力を与えることができる。この結果、軸芯Cに対して開口部分が斜め形状の貫通穴2に挿通したドレン管3を、適した状態に拡管することが可能になる。
また、本実施の形態の拡管方法は、挿通工程と拡管工程との間に、貫通穴2の各開口部分から突出するドレン管3の少なくとも一方の端部を固定する固定工程を含む。
この拡管方法によれば、拡管時に、拡管工具5の回転力や軸芯C方向への推進力によりドレン管3が移動する事態を防止することが可能になる。
また、本実施の形態の拡管方法は、固定工程では、貫通穴2の開口部分の斜め形状に一方の端面4aが合い、かつ他方の端面4bが貫通穴2の軸芯Cに対して直交するとともに、貫通穴2の各開口部分から突出するドレン管3の端部が挿通される固定治具4を用い、当該固定治具4の一方の端面4aを貫通穴2の開口縁側に溶接するとともに、固定治具4の他方の端面4b側にドレン管3を溶接する。
この拡管方法によれば、固定治具4を用いることで、ドレン管3を適宜固定することが可能になる。
また、本実施の形態の拡管方法は、固定治具4は、貫通穴2の各開口部分から突出するドレン管3の端部を挟むように分割形成されており、分割された固定治具4でドレン管3を挟みつつ、貫通穴2の開口縁側に溶接する。
この拡管方法によれば、ドレン管3の径に寸法誤差があっても、ドレン管3に対する固定治具4の取り合わせを容易に行うことが可能になる。
また、本実施の形態の拡管方法は、固定工程では、固定治具4の他方の端面4bと拡管工具5が挿入されるドレン管3の一方の端部の端面とを合わせる。
この拡管方法によれば、ドレン管3が貫通穴2から突出する部分の全てを固定治具4で押さえるため、拡管工具5による拡管時にドレン管3の一方の端部が変形する事態を防ぎ、拡管工具5を軸芯Cに沿って円滑に移動させることができる。この結果、ドレン管3を適した状態に拡管する効果を顕著に得ることが可能になる。
1 ドレン穴
1a 開口部分
2 貫通穴
3 ドレン管(管部材)
4 固定治具
4a 一方の端面
4b 他方の端面
4c 凹部
5 拡管工具
5a マンドレル
5b ゲージ
5c ローラ
C 軸芯
D1 貫通穴の内径
D2 ドレン管の外径
D3 ドレン管の内径

Claims (5)

  1. 軸芯に対して両端の開口部分が斜めに形成された貫通穴に、管部材を挿通し拡管して取り付ける拡管方法であって、
    前記貫通穴の両端の開口部分から端部が突出するように前記貫通穴に対して前記管部材を挿通する挿通工程と、
    次に、前記管部材の内部に拡管工具を挿入し、当該拡管工具を前記管部材の一方の端部から他方の端部に移動させつつ前記管部材を所定内径まで拡管する拡管工程と、
    次に、前記貫通穴の各開口部分から突出する前記管部材の各端部を、各前記開口部分の斜め形状に沿って切断する切断工程と、
    次に、切断された前記管部材の端部と前記貫通穴の開口部分とを溶接する溶接工程と、
    を含むことを特徴とする拡管方法。
  2. 前記挿通工程と前記拡管工程との間に、前記貫通穴の各開口部分から突出する前記管部材の少なくとも一方の端部を固定する固定工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の拡管方法。
  3. 前記固定工程では、前記貫通穴の開口部分の斜め形状に一方の端面が合い、かつ他方の端面が前記貫通穴の軸芯に対して直交するとともに、前記貫通穴の各開口部分から突出する前記管部材の端部が挿通される固定治具を用い、
    当該固定治具の一方の端面を前記貫通穴の開口縁側に溶接するとともに、前記固定治具の他方の端面側に前記管部材を溶接することを特徴とする請求項2に記載の拡管方法。
  4. 前記固定治具は、前記貫通穴の各開口部分から突出する前記管部材の端部を挟むように分割形成されており、分割された前記固定治具で前記管部材を挟みつつ、前記貫通穴の開口縁側に溶接することを特徴とする請求項3に記載の拡管方法。
  5. 前記固定工程では、前記固定治具の他方の端面と前記拡管工具が挿入される前記管部材の一方の端部の端面とを合わせることを特徴とする請求項3または4に記載の拡管方法。
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