JPH02266292A - 燃料集合体の中性子束シンブル管の振動低減装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、総括的には原子炉の燃料集合体に関し、特に
、計装管内の中性子束シンブル管に冷却材流により誘起
される振動を低減するための計装管構造に関するもので
ある。

九ｉ炎【へ１１ 典型的な加圧水膨原子炉（ＰＷＲ）においては、炉心は
、多数の燃料集合体を含んでおり、各燃Ｆ４集合体が、
上部ノズル及び下部ノズルと、これ等の両ノズル間に延
在し横方向に離間されて配設された複数の細長い案内シ
ンブルと、該案内シンブルに沿い軸方向に離間して設け
られた複数の横方向の格子とから構成されている。また
、各燃料集合体は、互いに横方向に離間されると共に案
内シンブルからも離間されて、上部ノズルと下部ノズル
との間で格子により支持された複数の細長い燃ｆ１要素
もしくは燃料棒を備えている。

各燃料棒は、核分裂性物質を収容しており、高率の核分
裂、従って熱の形態での大量のエネルギーの放出を維持
するのに充分な中性子束を炉心内で発生するように組織
化された配列で群別されている。有用な仕事を行う目的
で、炉心内に発生した熱の幾分かを収り出すために、液
体冷却材が炉心を上方に通るようにポンプ送りされる。

更に、各燃料集合体には、炉心の運転状憇下で実際の中
性子束測定を可能にするための手段が講じられている。

そのため、中空の計装管が各燃料集合体のほぼ中心部に
配設され、下部ノズルと上部ノズルとの間に延在してい
る。計装管は、その中に中性子束シンブル管の挿入を可
能にするために、下部ノズルのアダプタ板を貫通してい
る同下端部が開放されている。この中性子束シンブル管
は中性子束測定を行うように適応されている。

冷却材流は、中性子束シンブル管の外径面と計装管の内
径面との間に形成される環状流路を経て上方に流れる。

その際、冷却材は、下部ノズルのアダプタ板の下側から
この環状流路に流入し、計装管の上端部と上部ノズルの
アダプタ板とにより形成される放出孔を通って流出する
。計装管と中性子束シンブル管との間には半径方向の間
隙が存在し、しかも、該計装管と中性子束シンブル管と
は機械的に接続されていないために、中性子束シンブル
管には冷却材流により振動が誘起される。

このような中性子束シンブル管の振動は、往々にして、
計装管及び中性子束シンブル管双方の管壁劣化を惹起す
る。中性子束シンブル管の管壁劣化により環状流路の冷
却材流量が増し、周囲の燃料棒に対する冷却材の噴射が
強くなる。この噴射により燃料棒圧力境界即ち被覆管に
腐食及び破壊が生じることが知られている。

現在、摩耗による被覆管の貫通孔は、下部ノズルアダプ
タ板の下側面と炉心支持板に取着されたノズルとの間に
冷却材流量制限シールを設けることにより最小限度に抑
えられている。この構成は、被覆管の摩耗による貫通を
阻止する上で概ね成功しているが、全ての場合において
効果的に働くわけではない。別の解決策として、計装管
の入口に配設された小さなばね装置の使用が提案されて
いる。しかし、このようなばね装置は緩んだり脱落する
ことがあり、冷却材系中に破片を生ぜしぬる。

従って、冷却材流により招来される振動を減少させると
共に、その結果として計装管及び中性子束シンブル管に
対して生ずる摩耗を低減するための別の解決策の必要性
が存在する。

光Ｊしと］要− 本発明は、上述の必要性を満たすように構成された計装
管のための振動低減装置を提供するものである。本発明
は、中空の計装管と、該計装管内に挿入されて中性子束
測定を行うための中性子束シンブル管とを有する燃料集
合体を対象としている。中性子束シンブル管の外部表面
は、計装管の内部表面から半径方向内方に随間しており
、それ等の間に環状冷却材流路が画成されている。本発
明は、上記中性子束シンブル管の冷却材流による振動を
低減するための装置に関するものである。

振動低減装置は、複数の箇所で中性子束シンブル管の外
面と計装管の内面との物理的接触を維持するために中性
子束シンブル管を計装管内で拘束すべく計装管に設けら
れた機械的要素とするのが有利である。上記複数の箇所
は、実質的に計装管の全長にわたり互いに離間して、単
一直径の面」二に中心線を挟んで左右に互い違いに位置
する。

互い違いに設けられたｉ械的要素は、内側の中性子束シ
ンブル管に制御された波形の弾性変形を誘起する。本発
明の機械的要素は、幾つかの異なった形態、例えば計装
管の壁に形成されて半径方向内方に突出する凹み又は片
持ちばつ形の指状ばねの形態をとることができる。

本発明の上に述べた特徴及び利点並びに池の特徴や利点
は、本発明の実施例を示す図面と関連して以下の詳細な
説明を読むことにより当業者には明らかになるであろう
。

口の舌細ｆラロ 以下の説明において、同じ参照符号は、幾つかの図面を
通して同様もしくは対応の部分を表すものであり、また
、「前方」、「後方」、「左」、「右」、「上方もしく
は上向き」、Ｅ下方もしくは下向き」及びその他同様の
用語は、単なる便宜上の表現であって、限定的な意味に
解釈すべきではない。

］４ 図面、特に第１図を参照すると、参照数字１０で総括的
に表された燃料集合体が長手方向に短縮された形態で立
面図で示されている。燃料集会体１゜は、基本的に、原
子炉（図示せず）の炉心領域内で下部炉心板（図示せず
）上に燃料集合体を支持するための下端構造物即ち下部
ノズル１２を備えると共に、下部ノズル１２から上向き
に縦方向に延びる多数の案内管もしくはシンブル１４を
備えている。また、燃料集合体１０は、案内シンブル１
４に沿って軸方向に離間して配設された複数の横方向の
格子１６と、該格子１６により支持されて横方向に離間
された細長い燃料棒１８の組織化された配列とを備えて
いる。更に、燃料集合体１０は、その中心部に配設され
た計装管２０と、案内シンブル１４の上端部に取り付け
られた上端構造物即ち上部ノズル２２とを有している。

このような諸部材の配列で、燃料集合体１０は、同燃ｒ
４集合体の諸部分を損傷することなく適宜取り扱うこと
が可能な一体的ユニットを形成している。

上述のように、燃料集合体１０内に配列して設けられた
燃料棒１８は、燃料集合体の長さ方向に離間した格子１
６により、相互に離間関係で保持されている。各燃料棒
１８は、核燃料ベレット２４を含んでおり、燃料棒の両
端は上部端栓２６及び下部端栓２８により閉鎖されてい
て、燃料棒は気密に封止されている。通常、核燃料ベレ
ットを燃料棒１８内で密に積み重ねられた関係に維持す
る目的で、」二部端栓２６と核燃料ベレット２４との間
にブレナムばね３０が配置されている。核分裂性物質を
含む核燃料ベレット２４が原子炉出力を発生する役割を
担う。水又はホウ素含有水のような液体減速・冷却材が
炉心の燃料集合体を上方に流れるようにポンプ送りされ
て、燃料集合体内に発生された熱を取り出し、この熱が
有用な仕事の発生のために用いられる。

核分裂過程を側御するために、燃料集合体１０内の所定
位置に設けられた案内シンブル１４内に多数の制御棒３
２が往復動可能に配置されている。更に、上部ノズル２
２は、内部にねじが切られた円筒状部材３６を有するク
ラスタ形制御棒機構３４を含んでいる。円筒状部材３６
は、半径方向に延びる複数の腕３８を備え、各腕３８に
は、クラスタ形制御棒機構３４の操作により制御棒３２
が案内シンブルＩ４内で垂直方向に移動し、それにより
燃料集合体１０における核分裂過程を制御することが可
能なように、制御棒３２が相互に連結されている。この
ことは全て周知である。

第２図を参照すると、原子炉運転状態下で実際の中性子
束測定を行うことを可能にするように従来の計装管２０
が図示されている。この計装管２０は中空であって、燃
Ｆｌｔ合体１０の中心部に配設されている。また、計装
管２０の下端部２０＾は、下部ノズル１２に設けられて
いる四部４０内に座着され、その上端部２０Ｂは、上部
ノズル２２に設けられている凹部内に配置される。計装
管２０は、下部ノズル１２のアダプタ板１２＾を貫通す
るその下端部ＺＯＡが開放している。中性子束測定は、
中性子束シンブル管４２によって行われる。この中性子
束シンブル管４２は、炉心支持板（図示せず）に設けら
れたノズル４４と下部ノズルのアダプタ板１２＾との間
に延在し固定されている冷却材流量制限・封止装置４３
に挿通され、そこから、開放した下端部２０＾を通り計
装管２０内に延入している。中性子束シンブル管４２は
、計装管２０の殆ど全長にわたり上向きに延びている。

冷却材流は、中性子束シンブル管４２の外部表面４２八
と計装管２０の内部表面２０Ｃとの間に形成された環状
部（環状冷却材流路）４５を経て上向きに流れる。

冷却材は、下部ノズルのアダプタ板１２＾の下側からこ
の環状部４５内に流入し、計装管の上端部２０［１及び
上部ノズル２２のアダプタ板２２八に形成されている放
出孔４６を介して流出する。この場＆、半径方向に隙間
が存在し且つ計装管２０と中性子束シンブル管４２とが
機械的に接続されていないことが原因で、冷却材流によ
り誘起される振動が中性子束シンブル管４２に生ずる。

中性子束シンブル管４２が振動すると、その管壁が劣化
し、結局穿孔が生ずる。

の　　ζ　　・　　ξノ〃 第３図〜第７図を参照すると、例えば第３図に見られる
ように、本発明は、管壁から中性子束シンブル管４２の
軸線に向かい半径方向内方に突出するように計装管２０
に形成された凹み４８のような機械的要素の形態にある
計装管２０のための振動低減装置を提供する。凹み４８
は、中性子束シンブル管４２と係合して、該中性子束シ
ンブル管４２が凹み４８の箇所で計装管２０の内部表面
２０Ｃとの物理的接触を維持するように、中性子束シン
ブル管４２を計装管２０内に拘束する。凹み４８は、計
装管２０の実質的に全長にわたり離間して、単一直径の
面上に、例えば０度と１８０度のように中心線を挟んで
左右に互い違いに位置する複数の箇所に形成される。燃
料集合体の格子のピッチに匹敵するピッチで互い違いに
設けられるのが好ましい前記凹み４８は、第３図に見ら
れるように、中性子束シンブル管４２に制御された波状
の弾性変形を誘起する。機械的要素即ち凹み４８と波状
のシンブル管４２との形状が障害となり冷却材の流れを
妨害するが、これは無視しう程度のものである。

本発明の機械的要素は、他の適当な形態とすることがで
きる。例えば、第４図〜第６図に示す実施例においては
、機械的要素は、計装管の管壁から長手方向に切り出さ
れて凹み４８と同様に半径方向内方に突出するよう計装
管２０に形成された片持ちばり形の指状ばね５０の形態
である（尚、指状ばねは１つだけを図示する）。これ等
の指状ばね５０は、第７図に示すように、格子１６の高
さ位置に設けるのが好ましい。このようすれば、格子の
スリーブ５２が、指状ばね５０を切り出すことにより計
装管２０に生じた孔を覆い、冷却材が隣接する燃料棒（
第１図参照）１８に向かって噴射するのを阻止するから
である。

第８図〜第１０図は、本発明による更に池の形態を有す
る振動低減装置を備えた計装管を拡大し誇張した形態で
示す長平方向の立面図である。これ等の３つの実施例に
おいては、上述の振動を低減するために中性子束シンブ
ル管と係合する機械的要素は、計装管自体の形態である
。第８図において、計装管は、挿入された中性子束シン
ブル管の振動を低減する機械的要素２０ａを画成する波
形の縦長形状を有している。第９図の実施例では、計装
管は、螺旋形状を有しており、この螺旋形状で機械的要
素２０ｂが画成される。更に、第１０図の実施例におい
ては、計装管はジグザグ形状を有しており、このジグザ
グ形状で機械的要素２０ｃが画成される。

計装管２０に設けられた振動低減装置は下記のような利
点を有する。第１に、比較的小さい“幅方向″スパン（
ｂｅａｎ　５ｐａｎ）で辛擦が減衰し振動が最小に抑え
られる。第２に、新しい構成要素を加える必要はなく、
現存の部材だけを変形すればよい。

第３の利点は、燃料集合体の構成要素の連接関係に影響
がないことである。第４に、環状部の冷却材流量に対す
る影響は無視し得る程度に過ぎない。

第５に、燃料集合体の骨格構造体の設計及び製造に対す
る影響はない。第６に、機械的要素により高い応力を受
ける構成要素はない。第７番目の利点として、指状ばね
５０と比較して凹み４８の場合には、設計パラメータが
それほど重要ではない。従って凹みを用いるのが有利で
ある。第８に、冷却材流量制限・封止装置４３を使用す
る必要性をなくすことができる。最後に、＠械的要素は
製造が簡単であり、しかも性能の信頼性は１００％であ
る。

本発明と、それによる数多の利点とは、上の説明から理
解されるであろう。また、明らかなように、本発明の精
神及び範囲から逸脱することなく且つその実質的利点の
全てを犠牲にすることなく、形態、構造及び配列に関し
種々の変更が可能であり、ここに開示した形態は本発明
の単なる好適なもしくけ例示的な実施例に過ぎないもの
と理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、図示を明瞭にするために一部分を切除して長
手方向に短縮した形態で従来の燃料集合体を一部断面で
示す立面図、第２図は、第１図に示した従来の燃料集合
体において、従来用いられている計装管と、該計装管内
に挿入された中性子束シンブル管とを長手方向に短縮し
て拡大して示す軸方向断面図、第３図は、本発明による
１つの形態の振動低減装置を有する計装管を長手方向に
短縮して拡大して示す軸方向断面図、第４図は、本発明
による別の形態の振動低減装置を有する計装管を拡大し
て示す部分立面図、第５図は、第４図の線５−５におけ
る横断面図、第６図は、第４図の線６−６における縦断
面図、第７図は、本発明による更に他の形態の振動低減
装置が格子の位置に配設されている計装管を拡大して示
す部分軸方向断面図、第８図〜第１０図は、それぞれ、
本発明による振動低減装置を有する計装管の３つの異な
った形態を拡大し誇張した形態で示す縦方向立面図であ
る。 １０・・・燃料集合体 ２０・・・計装管 ２０ａ、２０ｂ、２０　ｃ−機械的要素２０Ｃ・・・計
装管の内部表面 ４２・・・中性子束シンブル管 ４２＾・・・中性子束シンブル管の外部表面・４５・・
・環状部（環状冷却材流路）４８・・・凹み（機械的要
素） ５０・・・指状ばね（機械的要素） ウェスチングハウス エレク ＦＩＧ、　２ ＩＧ Ｆ！Ｇ、４ ＦＩＧ　　６ ＦＩＧ、７ ＦＩＧ。 ＦＩＧ ＦＩＧ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 中空の計装管と、該計装管内に挿入されて中性子束の測
   定を行うための中性子束シンブル管とを有し、該中性子
   束シンブル管は、その外部表面が前記計装管の内部表面
   から半径方向内方に離間して、前記外部表面と前記内部
   表面との間に環状冷却材流路を画成するように配置され
   ている燃料集合体において、冷却材流による前記中性子
   束シンブル管の振動を低減するための装置であって、前
   記計装管内で前記中性子束シンブル管の前記外部表面と
   係合するように前記計装管の前記内部表面に画成されて
   、前記計装管と前記中性子束シンブル管との間の前記環
   状冷却材流路における冷却材流による前記中性子束シン
   ブル管の振動を低減するように、前記中性子束シンブル
   管に制御された波状の弾性変形を生じさせる、複数の機
   械的要素からなる、燃料集合体の中性子束シンブル管の
   振動低減装置。