JPH06210374A - 液圧作用による管状部材の拡張装置及び方法 - Google Patents

液圧作用による管状部材の拡張装置及び方法

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JPH06210374A
JPH06210374A JP5319180A JP31918093A JPH06210374A JP H06210374 A JPH06210374 A JP H06210374A JP 5319180 A JP5319180 A JP 5319180A JP 31918093 A JP31918093 A JP 31918093A JP H06210374 A JPH06210374 A JP H06210374A
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tube
tubular member
sleeve
fluid
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JP5319180A
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David A Snyder
アレン スナイダー デビッド
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 原子力用蒸気発生器の伝熱管またはスリーブ
のような管状部材を液圧作用により拡張させる装置及び
方法を提供する。 【構成】 この装置は、管(70)または管内に挿入さ
れるスリーブ(155)を半径方向に拡張させるための
肋材付きブラダ(330,330′)と、ブラダを拡張
させてスリーブ及び/または管と密着させるためブラダ
に作動流体を圧入するための加圧手段(170)と、加
圧手段を制御自在に作用させるための制御手段(18
0)と、流体供給タンク(190,191)とを有す
る。ブラダを肋材付き構造としたから、ブラダは破裂せ
ずに半径方向に大きく拡張でき、しかも、管及び/また
はスリーブをその比較的短い軸方向長さに亘って拡張す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は管状部材を拡張させる装
置及び方法、特に原子力用蒸気発生器に見られるような
伝熱管及びスリーブを液圧作用により拡張させる装置及
び方法に係わる。
【0002】
【従来の技術】原子力用蒸気発生器の伝熱管及びスリー
ブを拡張させる装置及び方法は公知であるが、これら公
知の装置及び方法には作用上の問題点が種々あることが
分かっている。ただし、これらの問題点を理解するには
典型的な原子力用蒸気発生器の構造及び作用に関する背
景を知る必要がある。
【0003】即ち、典型的な原子力用蒸気発生器は、高
温の放射性1次流体から低温の非放射性2次流体へ熱を
伝達することにより蒸気を発生させる。1次流体は蒸気
発生器内に設けられている複数の支持板の孔及び管板の
孔に挿通された複数のU字形管(即ち、管束)内を流動
する。1次流体が管内を流動するのに伴なって2次流体
は管の外表面に沿って流動する。伝熱管の壁は管内を流
動する高温の1次流体から管の外表面に沿って流動する
低温の2次流体へ熱を伝達する伝熱体として作用する。
【0004】1次流体は放射性であるから、管内を流動
する放射性1次流体が管の外表面に沿って流動する非放
射性2次流体を放射能で汚染しないように蒸気発生器は
設計されている。2次流体の放射能汚染は安全上の理由
から望ましくない。従って、1次流体が2次流体と混合
するのを回避するため放射性1次流体が非放射性2次流
体から隔離された状態に維持されるように管を密閉構造
として設計する。
【0005】稼働中の応力及び腐食による管壁の粒間割
れ(即ち、いわゆる1次水による応力腐食割れ)が原因
で蒸気発生管が劣化し(即ち、管壁薄化)、密閉を維持
できなくなる場合がある。劣化のために壁を貫通する亀
裂が生じると、放射性1次流体が非放射性2次流体と混
合する可能性がある。ただし、劣化の疑いがあるとき
は、たとえ劣化があっても管の劣化部分をスリービング
によって管をそのまま使用することができる。スリービ
ングを行うには管に管状スリーブを挿入して管の劣化部
分を被覆する。次いで管の劣化部分にまたがる、または
かぶさるようにスリーブの半径方向張り出し部分を管の
内壁と密着させることによってスリーブを管に固定す
る。こうして、たとえ管壁が劣化していても放射性1次
流体と非放射性2次流体との混合が阻止される。
【0006】また、蒸気発生器稼働中の想定事故状態
(例えば冷却材喪失事故)において起こるかもしれない
ような管外表面への高速2次流体の衝突により伝熱管が
吸収するエネルギーに起因して伝熱管に有害な大振幅の
振動が発生することもある。これらの管は比較的大きい
振動振幅のため不安定になるおそれがある。この振動振
幅を軽減しない限り、管壁に潜在する劣化を開始させ伝
播させるに充分なレベルの曲げ応力が発生する可能性が
ある。振動と劣化が複合されると管が裂け、1次流体と
2次流体が混合するおそれがある。管が裂けると、無支
持の管の端部が隣接する管と衝突してこれを損傷する。
この現象が起こると管の端部が流動する流体の場で揺動
するため、1次流体が流動している無傷の隣接管を損傷
するに充分な力で管束中の隣接管と衝突するおそれがあ
る。その結果、隣接管の壁が破れ、放射性1次流体が非
放射性2次流体を放射能で汚染させることになる。従っ
て、このような大振幅の振動を軽減するには、管のうち
の一部または全部を半径方向に拡張させて管を囲む支持
板または管板と係合させることにより、想定事故状態に
あっても管に大振幅の振動が発生しないように管を安定
させるとよい。
【0007】管のスリービング及び管の安定化はともに
管及び/またはスリーブを半径方向に拡張させることに
よって実現できる。即ち、このようなスリービングまた
は安定化を行うにはスリーブを拡張させて管内壁と係合
させるか、または管自体を拡張させて管を囲む支持板ま
たは管板と係合させ、それによって管の振動を軽減させ
る。
【0008】ただし、管及び/またはスリーブの拡張ゾ
ーンに必要な軸方向長さはそれ程長くなくてもよい(例
えば、約15.24mmまたはそれ以下)。この短い軸
方向長さ部分は各管のU字形湾曲部と最上段支持板の頂
面との間に存在する。本発明者は、公知装置ではこの短
い軸方向長さ部分を充分に拡張させることができないと
の所見を得た。例えば、公知装置を用いる場合、この装
置の拡張部材の軸方向長さが短くて、管を短い軸方向長
さに亘って拡張させるに必要な比較的大きい半径方向圧
力に耐えるに充分な強度と弾力性を持たないから、反復
使用すると故障する。
【0009】管を拡張させる装置は公知である。その一
例は本願の出願人に譲渡された1988年2月16日Da
vid A.Snyderへ発行された米国特許第4,724,59
5号“Bladder Mandrel For Hydraulic Expansions Of
Tubes And Sleeves”に開示されている。ただし、このS
nyder特許が管の比較的短い軸方向部分を適当に拡張さ
せる装置及び方法を開示しているとは考えられない。
【0010】即ち、管を拡張させる装置及び方法は公知
であるが、拡張ゾーンの軸方向長さが比較的短くてもよ
い、管状部材を液圧作用により拡張させる装置及び方法
を開示している公知技術があるとは考えられない。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は拡張ゾーンの軸方向長さが比較的短くてもよい管状部
材を液圧作用により拡張させる装置及び方法を提供する
ことにある。
【0012】上記目的に鑑み、本発明は、外表面と外表
面上のポートで終端する外表面へ流体を導くための内部
流路とを有する、管状部材の内部に受容可能な支持体を
備えた、管状部材を液圧作用により拡張させる装置にお
いて、(a)管状部材を拡張させるため支持体の外表面
を囲み、補強のための波形壁部分を有する可撓性ブラダ
と;(b)ポートから流路へ流体を供給することによっ
てブラダを加圧し、ポートを介して流路から流体を吸引
することによってブラダを減圧するように流路に接続し
た加圧手段と;(c)加圧手段がポートから流路へ流体
を供給することによってブラダを加圧し、ポートを介し
て流路から流体を吸引することによってブラダを減圧す
べく加圧手段を制御自在に作動させるように加圧手段に
接続した制御手段とより成り、ブラダが加圧されるとブ
ラダが拡張して管状部材の内壁と密着し、ブラダが減圧
されると収縮して管状部材の内壁から離脱することによ
り、管状部材を拡張させることを特徴とする液圧作用に
より管状部材を拡張させる装置を提供する。
【0013】上記目的に鑑み、本発明は、内壁を有する
管状部材を液圧作用により拡張させる方法において、
(a)外表面、外表面上のポートで終端する内部流路及
び外表面を囲む波形可撓性ブラダを有する支持体を管状
部材内に配置し;(b)ブラダを加圧するため内部流路
へ流体を供給するように加圧手段を作動させ;(c)加
圧手段を作動させるため制御手段を作動させるステップ
から成る液圧作用により管状部材を拡張させる方法をも
提供する。
【0014】本発明の構成要件の1つとして、所定の直
径と比較的短い軸方向長さを有する拡張ゾーンを得るた
め、破裂することなく半径方向に拡張できる肋材を有す
るブラダを設ける。
【0015】本発明の長所はブラダを肋材で補強したか
らブラダを繰返し拡張・収縮させても破裂しないことに
ある。
【0016】本発明の他の長所は摩擦を軽減するための
潤滑材を使用しなくても管及び/またはスリーブにブラ
ダを容易に挿入できることにある。
【0017】本発明のさらに他の長所はブラダを肋材で
補強したからブラダが比較的高い拡張液圧に耐え得るこ
とにある。
【0018】本発明のさらに他の長所は迅速に管をスリ
ービングできるから、スリービング作業中における保守
要員の放射能被爆が軽減されることにある。
【0019】本発明の上記及びその他の特徴と長所は本
発明の実施例を示す添付図面に沿った以下の詳細な説明
を読めば当業者なら容易に理解できるであろう。
【0020】原子力用蒸気発生器内に見られる伝熱管ま
たはスリーブのような管状部材を液圧作用により拡張さ
せる装置及び方法を以下に開示する。
【0021】
【実施例】図1は典型的な原子力用蒸気発生器20を示
す。蒸気発生器20はほぼ円筒形の上部40及びほぼ円
筒形の下部50を有するほぼ円筒形の外側胴体30を含
む。上部40には(図示しない)蒸気/水混合物を分離
するための湿分分離装置54が配置されている。下部5
0には内側胴体55が配設されており、この内側胴体5
5から湿分分離装置54へ蒸気/水混合物が流入できる
ように頂部に設けた複数の開口部を除き内側胴体55の
頂部が閉鎖されている。内側胴体55内には、複数の水
平な支持板73に形成した孔72を貫通する複数の垂直
なU字形蒸気発生管または伝熱管70によって画定され
る管束60が配置されている。各伝熱管70は内壁74
を有する(図2)。図示するように、蒸気発生器の下部
50内には各伝熱管70の端部を挿通するための複数の
孔78を有する管板75が配置され固定されている。外
側胴体30には入口プレナムチェンバー100及び出口
プレナムチェンバー110とそれぞれ連通する第1入口
ノズル80及び第1出口ノズル90が配設されている。
入口プレナムチェンバー100及び出口プレナムチェン
バー110へのアクセスを可能にするため、外側胴体3
0には管板75の下方において複数の作業員専用口12
0が形成されている。外側胴体30にはまた管束60の
上方に第2入口ノズル130を形成してあり、該ノズル
130は(図示しない)非放射性2次流体が上部40へ
流入できるように上部40内に設けた有孔フィードリン
グ140と接続している。例えば脱塩水から成る2次流
体は入口ノズル130及びフィードリング140の(図
示しない)孔を通って上部40に流入する。蒸気発生器
20から蒸気を放出するため上部40の頂部に第2出口
ノズル150を設けてある。
【0022】蒸気発生器20の稼働中、例えば脱塩水か
ら成る放射性高温1次流体が第1入口ノズル80から入
口プレナムチェンバー100へ流入し、伝熱管70を通
って出口プレナムチェンバー110へ流入し、第1出口
ノズル90を通って蒸気発生器20から放出される。1
次流体が入口プレナムチェンバー100へ流入するのに
伴なって、これを同時に2次流体が第2入口ノズル13
0からフィードリング140へ流入し、フィードリング
140の孔を通って流下する。管束60を構成する伝熱
管70の壁を介して1次流体から2次流体への伝導によ
る熱伝達が起こるため2次流体の一部が蒸発して蒸気/
水混合物となる。この蒸気/水混合物は管束60から上
方へ流動し、湿分分離装置54によって飽和水と乾燥飽
和蒸気に分離される。即ち、フィードリング140への
2次流体の流入に伴ない、飽和水は下方へ還流して管束
60を囲み、乾燥飽和蒸気は上昇して第2出口ノズル1
50から蒸気発生器20を出る。なお、1次流体は放射
性であるから、安全上の理由から、蒸気発生器20は1
次流体と混合することによって2次流体が放射能汚染さ
れるのを阻止するため、どの箇所においても1次流体が
2次流体と直接連通しないように設計されている。この
ような典型的な原子力用蒸気発生器の構造及び作用は、
1978年3月21日にRobert A. Hickman等へ発行さ
れた米国特許第4,079,701号“Steam Generato
r Sludge Removal System”に詳細に記載されている。
【0023】管壁の粒間割れのために伝熱管70の一部
が劣化し、密閉状態が損なわれることがある。劣化の疑
いがある場合、たとえ現実に劣化が起こっている管であ
っても、劣化部分をスリービングすることによってその
まま使用し続けることができる。また、蒸気発生器20
の稼働中に起こり得る想定事故(例えば冷却材喪失事
故)状態の場合、管70の外表面に(例えば約7.62
m/秒の)高速2次流体が衝突することにより管が吸収
するエネルギーによって管70に有害な大振幅の振動が
発生することがある。このような振動は管70を安定化
することによって軽減することができる。詳しくは後述
するように、本発明の装置及び方法はこのような管をス
リービングし、安定させることができる。
【0024】図2は、例えば原子力用蒸気発生器20の
ような熱交換装置に組込まれるような伝熱管70及び/
またはスリーブを液圧作用により拡張させて管70をス
リービング及び/または安定化する本発明の装置152
を示す。装置152は特定の伝熱管70及び/または伝
熱管70内に挿入される管状スリーブ155を拡張させ
る拡張手段160を含む。スリーブ155は内壁157
(図3)を有し、管70内へ摺動自在に挿入されるよう
な寸法を有する。図2に示すように、この装置は加圧手
段170をも含み、この加圧手段170は例えば可撓管
175を介して拡張手段160に液圧作用関係に接続さ
れ、拡張手段160に作動流体を供給することによって
拡張手段160を拡張させる。ここでは作動流体として
水を使用しているが、適当なオイルまたは空気を使用す
ることも可能である。装置152は加圧手段170を制
御自在に作動させるため加圧手段170に電気的に接続
した制御手段180をも含む。本発明の装置152は加
圧手段170に流体を供給するためそれぞれ加圧手段1
70と連通させた第1及び第2の流体供給タンク19
0、191をも含むことができ、さらに、拡張の過程で
拡張手段160に作用する圧力の大きさを経時的に可視
表示するため制御手段180と電気的に接続させた可視
表示手段200をも含むことができる。
【0025】同じく図2から明らかなように、可撓管1
75をプッシュ/プルするため可撓管175を例えば回
転ホイール210と係合させる可撓管プッシュ/プル機
構192を設ける。可撓管175を押すことによって拡
張手段160を管70及び/またはスリーブ155の長
手軸に沿って前進させることができ、可撓管175を引
くことによって拡張手段160を管70及び/またはス
リーブ155の長手軸に沿って後退させることができる
ことは、可撓管175が拡張手段160と接続している
ことから容易に理解されるであろう。プッシュ/プル機
構192は例えば着脱自在なブラケット195を介して
作業員専用口120に接続すればよい。さらに、拡張手
段160を管70及び/またはスリーブ155の長手軸
と正確に軸方向に整列させ、管70及び/またはスリー
ブ155へ挿入したり抜き取ったりできるように拡張手
段160及び可撓管175と係合するガイド手段215
をも設ける。
【0026】図3及び4は、管70の(図示しない)劣
化部分がスリーブ155によってカバーされるように管
70をスリービングするために用いるスリーブ155を
管70に挿入した状態で示す。スリーブ155の外径は
管70の内径よりも小さいため、管70とスリーブ15
5の間に間隙が画定される。この間隙を設けることによ
って、スリーブ155を管70内に挿入して、管70内
で膠着させることなく管70を軸方向に移動させること
が可能になる。
【0027】同じく図3及び4から明らかなように、ス
リーブ155内に配置する拡張手段160はスリーブ1
55に挿入できるような寸法に設定された細長い、ほぼ
円筒状の支持体220を有する。支持体220は、外側
に螺条がある末端部240と外側に螺条がある基端部2
50を有するほぼ円筒状の中心部230を有する。な
お、拡張手段160を管70及び/またはスリーブ15
5内に配置した状態で“基端部”という表現は中心部2
30の加圧手段170に近い位置を占める部分を意味
し、“末端部”という表現は中心部230の加圧手段1
70からもっと遠い位置にある部分を意味する。末端部
240には、スリーブ155の口部265または管70
の開口端へ支持体220を容易に挿入できるように丸み
を持たせたほぼ円錐形の先端部260を螺着してある。
先端部260は後述する理由で螺条なし部分272を画
定する段付き中空部270を有する。先端部270は中
心部230の末端部240の外側螺条と螺合させるため
の、螺条なし部分272よりも小さい直径の内側螺設部
分275をも有する。このように構成したから、先端部
260を中心部230に螺着することができる。さらに
また、基端部250には後述するような理由で螺条なし
部分292を画定する段付き中空部290を有するコネ
クター280を螺着してある。段付き中空部290もま
た、中心部230の基端部250の外側螺条と螺合させ
るための、螺条なし部分292よりも直径の小さい内側
螺設部分を有する。このように構成したから、コネクタ
ー280を中心部230に螺着することができる。コネ
クター280は後述する理由から該コネクターを貫通す
る流路285を有する。後述する理由で、コネクター2
80に外側螺条300を形成してもよい。
【0028】特に図5から明らかなように、細長い中心
部230はこれを長手方向にほぼ貫通する流路310を
有し、この流路310は中心部230の外表面へ作動流
体を導くため中心部230の外表面に設けたポート32
0に延びている。流路310はコネクター280の流路
285と連通し、流路285から流体を供給される。カ
リフォルニア州トーランス市のUpjohn Companyから市販
されている“PELLETHANE CPR-2103”のような可撓性熱
エラストマー材で形成できるほぼ管状のブラダ330が
中心部230を囲んでいる。ブラダ330は先端部26
0の螺条なし部分272内に配置できる環状末端頸部3
40を有する。頸部350はプレスばめによって中心部
230と先端部260の間に密封状態に介在させ得るよ
うに寸法を設定した壁厚を有する。ブラダ330はコネ
クター280の螺条なし部分292内に配設できる環状
基端頸部350を有する。頸部350はプレスばめによ
って中心部230とコネクター280の間に密封状態に
介在させ得るように寸法を設定した壁厚を有する。この
ように構成したから、末端頸部340は中心部230の
末端部240と、基端頸部350は中心部230の基端
部250とそれぞれ密封状態に連結される。従って、ブ
ラダ330は中心部230とブラダ330の頸部340
/350との界面が加圧手段170によってブラダ33
0が加圧されて膨脹すると密閉されるように中心部23
0と密封状態に連結される。
【0029】図5及び6から明らかなように、ブラダ3
30は小径部側が頸部340と一体的に形成されたほぼ
円錐台状または漏斗状の末端側中空肩部360aを含む
と共に、小径部側が頸部350と一体的に形成されたほ
ぼ円錐台状または漏斗状の基部側中空肩部360bをも
含む。肩部360a、360bの大径部側は基端部37
0a及び末端部370bと一体的に形成されており、端
部370a/370bはブラダ330のほぼ管状の波形
壁部分380に属する。従って、壁部分380は肩部3
60a/360bと一体的に形成され、かつその間に介
在する。頸部340/350及び肩部360a/360
bの横断面形状は管70及び/またはスリーブ155の
うち、詳しくは後述するように、残留応力が極めて小さ
い拡張ゾーンの実現を可能にする。波形壁部分380は
中心部230の外表面に開口するポート320をカバー
するように中心部230の一部を囲む。なお、ブラダ3
30は中心部230と可撓性ブラダ330の間に可変容
積のほぼ環状の空間390が画定されるように中心部2
30を囲み、ポート320をカバーする。
【0030】同じく図5及び6から明らかなように、ブ
ラダ330の波形壁部分380はポートをカバーする内
側面400と、スリーブ155の内壁157と隣接し、
スリーブ155の内壁157と密着できる外表面410
とを有する。詳しくは後述するように、壁部分380の
波形はブラダ330が破裂せずに半径方向に一定の大き
さだけ膨脹できるようにブラダ330の外表面にこれと
一体的に形成された複数の互いに平行に隣接する丸みの
ある肋材420を形成する。即ち、肋材420はブラダ
330の長手軸と平行に壁部分380の周りにぎっしり
と詰まった間隔で配列されている。ブラダ330の壁部
分380を波形に形成することが重要である。このこと
が重要である理由は、壁部分380が破裂せずに半径方
向に拡張してスリーブ155の内壁157と適当に係合
させることによりスリーブ155及び管70を半径方向
に拡張できるように壁部分380がその波形により補強
されるからである。詳しくは後述するように、壁部分3
80を波形にすることによりブラダ330が破裂せずに
一定の大きさだけ膨脹できる可能性が増大する。なお、
壁部分380の波形は弾性強度を最大にし、可撓性及び
半径方向膨脹可能性を最大にし、ブラダ330を形成し
ている熱エラストマー材の収縮時に復元が迅速にできる
ように形成する。また、波形壁部分380は直径が比較
的大きくなるまでブラダ330を破裂させずに高圧で繰
り返し膨脹させることを可能にする。さらにまた、波形
壁部分380はブラダ330の外径を、強度は同じでも
波形のないブラダよりもはるかに小さくすることを可能
にする。ブラダ330の直径が小さければ、必然的にス
リーブ155とブラダ330の間の環状間隙が大きくな
る。スリーブ155とブラダ330の間の間隙が大きけ
れば管70、スリーブ155またはブラダ330自体を
摩耗させることなく支持体220及びこれと連携のブラ
ダ330を管70及び/またはスリーブ155へ容易に
挿入し、かつ抜き取ることができる。ブラダ330に摩
耗がないからブラダ330の耐用寿命が延びる。
【0031】図7には壁部分380に円周方向の肋材4
30を有するブラダ330の他の実施例を示した。この
実施例の長所は拡張ゾーンにおいて管70及び/または
スリーブ155を軸方向に著しく収縮させることなく管
70及び/またはスリーブ155を半径方向に拡張でき
ることにある。管70の軸方向収縮を抑制することによ
り、拡張域の縦断面を見た場合、肩部が傾斜した楕円形
に近い拡張域が得られる。楕円形の拡張域を形成するこ
とで管70の外表面上のスラッジが溜まり易い場所をで
きるだけ少なくすることができ、従って、管70に応力
腐食割れが発生する可能性を低くする。
【0032】再び図3及び4を参照して、拡張手段16
0は末端部432及び基端部433を有するほぼ円筒状
の軸部43lを有する。末端部432には中心部230
に属する末端部280の外側螺条300と螺合する内側
螺設中空部434が形成されている。軸部43lの基端
部433には後述する理由から螺条なし部分436を画
定する段付き中空部435を形成してある。この段付き
中空部435はブラダ330′に囲まれた中心部23
0′に属する基端部240′の外側螺条と螺合させるた
めの、螺条なし部分436よりも直径が小さい螺設部分
437をも画定する。即ち、中心部230′及びブラダ
330′の構造はすべての点で中心部230及びブラダ
330の構造と全く同じである。軸部43l内に作動流
体を流動させる流路442が軸部43lを長手方向に貫
通し、コネクター280を貫通する流路285と連通す
ると共に中心部230′を貫通する流路310′とも連
通している。拡張手段160は、ブラダ330′の環状
基端頸部350′を嵌着するための螺条なし部分440
を画定する段付き中空部439を有するほぼ円筒状の尾
部コネクター438を有する。段付き中空部439もま
た、中心部230′に属する基端部250′の外側螺条
と螺合させるための、螺条なし部分440よりも小さい
直径の内側螺設部分を有する。流路3l0′に流体を流
入させるため流路310′と連通する中空部44lが尾
部コネクター438を貫通している。
【0033】図8及び9に示すように、加圧手段170
はこれを運ぶための複数のハンドル450及びこれを閉
鎖するための蓋460を有するポータブル運搬ケース4
48を含むから、加圧手段170の運搬中に加圧手段1
70の内部部品が損傷から保護される。ここで加圧手段
170の構成部品について説明する。運搬ケース448
内にはブラダ330/330′を加減圧するための加圧
集合体470が内蔵されている。加圧集合体470は例
えば支持脚490を介して運搬ケース448に取付けら
れた支持板480を含む。支持板480にはポンプ50
0を取付けてあり、このポンプはパイプ520を介して
ポンプ500と連通する交換自在なカートリッジフィル
ター510へ作動流体を圧送する。フィルター510は
これを通過する作動流体を適当に濾過することにより流
体から有害な粒状物を除去する。可撓管175及び拡張
手段160がこのような粒状物によって汚染されないよ
うに流体から有害な粒状物を除去することが重要であ
る。ポンプ500が発生させる圧力を測定し、表示する
ため、パイプ530などを介してポンプ500に圧力計
540を接続する。ポンプ500には適当なオイルなど
から成る第2作動流体を収容する第2タンク191を例
えばパイプ535を介して接続する。ポンプ500は後
述する理由で第2タンク191に対する流体の出し入れ
をも行うことができる。
【0034】同じく図8及び9を参照して、フィルター
510はパイプ555を介してマニホルドブロック集合
体550と連通している。マニホルドブロック集合体5
50には詳しくは後述するように、マニホルドブロック
集合体550との間の第2作動流体の流量を制御するた
めの第1ソレノイド制御弁560及び第2ソレノイド制
御弁570が取付けてある。第1ソレノイド制御弁56
0はパイプ565を介して増圧器580と連通し、この
増圧器580は内部の第1作動流体の圧力を増大させる
ことができる。増圧器580は例えばこれに供給される
第1作動流体の圧力を14倍だけ増大させることができ
るように選択すればよい。パイプ565は後述する理由
で流量制御弁567を有する。増圧器580は一定容積
の内部第1チェンバー590を画定し、この第1チェン
バー590は第1チェンバー590内で摺動することが
できるピストン600を内蔵し、該ピストン600はピ
ストンヘッド605を含む。第1ソレノイド弁560を
増圧器580に接続するパイプ565は第1チェンバー
590と連通し、可撓管175内の第1作動流体を予備
加圧するためピストンヘッド605に第2作動流体を供
給する。第2作動流体がピストンヘッド605に供給さ
れると、第2作動流体の圧力がピストンヘッド605に
作用するからピストン600が第1チェンバー590へ
進入する。増圧器580は後述する理由で第1チェンバ
ー590よりも容積の小さい内部第2チェンバー610
を画定する。第2チェンバー610は第1チェンバー5
90よりも容積が小さいから、ピストン600が第1チ
ェンバー590内で制御自在に移動するのに伴なって第
2チェンバー610内の第1作動流体に作用する圧力が
制御自在に増強される。また、パイプ620を介して第
2ソレノイド弁570がパイプ565と連通し、第1チ
ェンバー590へ第2作動流体を供給する。パイプ62
0はパイプ625を介して第1チェンバー590とも連
通し、第1チェンバー590に第2作動流体を供給する
ことによってピストン600を初期位置に戻す。即ち、
制御弁567を閉じると、第2作動流体がパイプ620
及びパイプ625を通って第1チェンバー590に流入
し、ピストン600に液圧が作用してピストン600を
初期位置へ戻す。また、第2チェンバー610はパイプ
630を介してアダプター640と連通し、アダプター
640から第2チェンバー610に第1作動流体を供給
する。アダプター640に着脱自在に導管645を接続
することにより第1タンク190からアダプター640
へ第1作動流体を供給する。第1タンク190は着脱自
在に導管645に接続されており、この導管645へ第
1作動流体を供給する。第2チェンバー610にパイプ
650を介して圧力トランスデューサー660が連通
し、圧力トランスデューサー660は制御手段180と
電気的に接続して第2チェンバー610内の圧力を検出
し、検出された圧力を測定可能な電気パルスに変換す
る。また、加圧集合体470には第1ケーブル670が
電気的に接続しており、ポンプ500に電力を供給する
ことによりポンプ500を作動させる機能を果し、同様
に第2ケーブル680が電気的に接続していてソレノイ
ド弁560及び570を制御する(即ち、開閉する)機
能を果す。さらに、加圧集合体470には第3ケーブル
690も電気的に接続していて圧力トランスデューサー
660から制御手段180へ電気パルスを伝達する。
【0035】図10を参照して、制御手段180は制御
手段180を運搬するための複数のハンドル710を有
するポータブル運搬ケース700と、運搬中に制御手段
180の内部部品が損傷から保護されるように運搬ケー
ス700を閉鎖するために取り付けた蓋720を含む。
制御手段180の内部部品を以下において概説する。運
搬ケース700には加圧手段170を制御自在に操作す
るためのコンピューターをベースとする制御集合体73
0が内蔵されている。制御集合体730はEPROM
(即ち、消去可能プログラム可能な読取り専用メモリ
ー)半導体デバイス745を有するコンピューター74
0を含み、コンピューター740は半導体745に記憶
されている(図示しない)所定のコンピュータープログ
ラムに従って拡張プロセスを自動的に制御する。トグル
スイッチ747が制御集合体730を作動させたり、停
止させたりする。制御集合体730はシステム152内
に発生した過圧状態を保守要員に警告することができる
可聴/可視アラーム750と、制御集合体730が下記
状態を感知した場合に発光する複数のランプ770を有
する点灯パネル760を含む。点灯の対象となる状態
は、装置の圧力が最大レベルに達している、拡張プロセ
スに割り当てられた時間が限界に達している、装置に漏
れがある、装置が作動している、装置が作動していな
い、時間の関数としての装置の加圧が急激過ぎる、拡張
プロセスが完了した状態である等である。制御集合体7
30はこれを作動させたり停止させたりする複数のスイ
ッチ780を有する。さらに、制御集合体730は拡張
プロセスを手動で停止させるためコンピュータープログ
ラムを無効にするトグルスイッチ790及び手動で第2
チェンバー610に第1作動流体を予備充填して予備加
圧するためコンピュータープログラムを無効にするトグ
ルスイッチ800を含む。さらにまた。、第1の導体8
10を介して制御集合体730に給電用の(図示しな
い)電源が電気的に接続されている。第2の導体820
を介して例えばCRT(即ち、陰極線管)200のよう
な可視表示手段を制御集合体730に電気的に接続する
ことにより、拡張プロセスにおいてブラダ330に作用
する圧力を経時的に可視表示することができる。あるい
は、第3の導体830を介して制御集合体730に(図
示しない)紙テープ・レコーダーを電気的に接続するこ
とにより拡張プロセスにおいてブラダ330に作用する
圧力を経時的に可視表示することができる。このほか、
第4の導体840を介して制御集合体730に圧力トラ
ンスデューサー660を電気的に接続することにより、
トランスデューサー660によって形成される電気パル
スを制御集合体730に供給する。
【0036】図11は拡張プロセスにおいてブラダ33
0(ブラダ330′)に作用する液圧を経時的にプロッ
トしたグラフを示す。既に述べたように、制御手段18
0を作動させて加圧手段170を制御自在に作用させる
と、加圧手段170はブラダ330/330′を制御自
在に加圧する。拡張プロセスに先立って装置152のオ
ペレーターはEPROM半導体デバイス745に記憶さ
れているプログラムに“テータ遮断角φ”の値を入力す
ることによって図11に示したグラフ中の点(d)を定
める。点(d)は拡張プロセス完了時点をあらかじめ決
定する。
【0037】図11から明らかなように、ブラダ330
は詳しくは後述するように図11の点(a)に達するま
で加圧され、この時点でスリーブ155の内壁157と
係合する。加圧手段180は点(b)に達するまでブラ
ダ330を加圧し続けることにより、図11のグラフに
示すように圧力範囲Aに亘ってスリーブ155を半径方
向へ弾性的に拡張変形させる。加圧手段180は図11
の点(c)に達するまでブラダ330をさらに加圧する
ことにより、図11のグラフに示すように圧力範囲Bに
亘ってスリーブ155を半径方向へ可塑的に拡張変形さ
せる。可塑変形したスリーブ155は管70の内壁74
と係合し、図11のグラフに示すように圧力範囲Bに亘
って管70を半径方向へ可塑的に拡張変形させる。図1
1の点(c)に達すると、制御手段180のEPROM
半導体デバイス745は詳しくは後述するように拡張プ
ロセスを停止させる“遮断”圧(即ち、点(d)におけ
る圧力)を決定するための段階的演算を開始する。具体
的には、EPROM半導体デバイス745が点(c)に
おける圧力曲線の勾配である“基準勾配”を計算する。
この基準勾配が圧力曲線の点(c)における一次導関数
であり、数値であることはいうまでもない。次いで、拡
張プロセスの進行に伴ない、EPROM半導体デバイス
745は圧力曲線上の各点における勾配を計算すること
により圧力曲線上の点(c)以後の各点における“実測
勾配”を求める。圧力曲線上の各点における“実測勾
配”は圧力曲線上の各点における一次導関数であり、数
値であることはいうまでもない。圧力曲線上の各点にお
ける基準勾配と実測勾配の数値差が“デルタ勾配”であ
り、EPROM半導体デバイス745によって計算され
る。デルタ勾配も数値であることはいうまでもない。次
に、EPROM半導体デバイス745はデルタ勾配の逆
正接関数を計算してデルタ角“φ′”を得る。次いでE
PROM半導体デバイス745はこのデルタ角“φ′”
を所定のテータ遮断角φと比較する。EPROM半導体
デバイス745は圧力曲線上の各点においてこの比較を
行う。テータ遮断角φの所定のイプシロン近傍内でデル
タ角“φ′”=テータ遮断角φならば、EPROM半導
体デバイス745は点(d)に達し、拡張プロセスが完
了したと結論する。拡張プロセスの完了を確認すると、
EPROM半導体デバイス745は拡張プロセスを停止
させる。本発明者はEPROM半導体デバイス745に
入力された“テータ遮断角φ”が経験的に正しく算定さ
れ、下記要因の関数であるとの所見を得た。下記要因と
は、即ち管70及びスリーブ155の壁厚及び降伏強
さ、拡張プロセスの所要速度、及び装置152の部品
(例えばブラダ330/330′)の最大設計圧であ
る。
【0038】従って、以上の説明から明らかなように、
図11に示す圧力及び時間の数値はあくまでも説明のた
めの数値に過ぎない。例えば、点(d)に対応する圧力
及び時間を図11ではそれぞれ131MPa、110s
ecとしたが、典型的な蒸気発生器に使用される管70
及び/またはスリーブ155の壁厚及び降伏強さによっ
ては圧力は約110.3MPaないし131MPaでも
よく、時間は約40secないし110secでもよ
い。また、グラフでは点(c)に対応する圧力及び時間
をそれぞれ82.74MPa、80secとしたが、時
間を約30secないし80secとしてもよい。さら
にまた、グラフでは点(b)に対応する圧力及び時間を
それぞれ48.26MPa、50secとしたが、圧力
を約27.58MPaないし48.26MPa、時間を
約20secないし50secとしてもよい。
【0039】加圧手段180は図11の点(d)に達す
るまでブラダ330を加圧して図11のグラフに示すよ
うに圧力範囲Cに亘ってスリーブ155を半径方向へ可
塑的に拡張変形させる。圧力曲線が図11の点(d)に
達すると、EPROMデバイス475に記憶されている
プログラムに従って拡張プロセスが自動的に停止する。
拡張プロセスが停止すると、この時点で流体をブラダ3
30から排出することにより加圧手段170がブラダ3
30を減圧するから、ブラダ330に作用する圧力は約
ゼロMPaまで降下する。
【0040】図12には管70の劣化部分をスリービン
グするため管70と密着している状態でスリーブ155
を示した。具体的には、装置152によってスリーブ1
55が第1の拡張ゾーン850及び第2の拡張ゾーン8
60において管70内に据え込みされている。即ち、半
径方向に拡張させられているから、スリーブ155は管
70の劣化部分に重なった状態で管70内に固定され
る。
【0041】図13に示す状態では装置152が支持板
73の孔72において管70を拡張させることによって
管70を安定させている。即ち、管70が据え込まれ、
半径方向に拡張して拡張領域870において支持板73
と密着させているから、想定事故(例えば冷却材喪失事
故)状態において従来なら発生するおそれがあった大振
幅の振動が管70に発生することがない。同様に、管7
0が管板75と密着されるため管70に大振幅振動は発
生しない。
【0042】
【操作方法】まず公知の態様で蒸気発生器20の運転を
停止し、特定の伝熱管70のスリービング及び/または
は安定化を行うのに充分に蒸気発生器20に近い位置ま
で装置152を運搬する。装置152の操作をまず劣化
した管70のスリービングに関して説明し、次いで管7
0の安定化に関して説明する。
【0043】管70をスリービングする場合、可撓管1
75の一端を第2チェンバー610に、他端を尾部コネ
クター438にそれぞれ着脱自在に接続することによ
り、加圧手段170から可撓管175を介して拡張手段
160へ第1作動流体を導入する。スリーブ155に拡
張手段160を挿入し、制御手段180を作動させるこ
とによって、ブラダ330/330′が半径方向に拡張
してスリーブ155の内壁157と係合するように加圧
手段170を作動させる。この場合、弁647を開放し
て第1タンク190から導管645を介してアダプター
640へ第1作動流体を流入させるが、アダプター64
0には(図示しない)弁付きバイパスライン及び第1作
動流体のオーバーフローを受ける手段としての(図示し
ない)オーバーフロー容器を組み込むことができる。通
常は連携の弁を閉じることによってバイパスラインを閉
じる。次いで第1作動流体がアダプター640からパイ
プ630を通って第2チェンバー610に流入してチェ
ンバー610及び可撓管175に第1作動流体を予備充
填する。後述する態様で第2チェンバー610及び可撓
管175を加圧することにより、ブラダ330/33
0′をスリーブ155の内壁157と密着するがスリー
ブ155を半径方向に拡張させるには至らない程度に拡
張させる。その結果、スリーブ155は拡張手段160
で捕捉され、半径方向に拡張させられることなく摩擦力
によって拡張手段160に固定される。ブラケット19
5及びプッシュ/プル機構192を作業員専用口120
に適当に連結し、出口プレナムチェンバー110内にガ
イド機構215を取り付ける。可撓管175と係合した
プッシュ/プル機構192のホイール210を回転させ
ることにより管70内の劣化がある軸方向場所まで拡張
手段160を進入させる。
【0044】拡張手段160が管70内の所期軸方向場
所に達すると、プッシュ/プル機構192に属するホイ
ール210の回転が停止し、加圧手段170が制御手段
180により作動されて、ブラダ330/330′が半
径方向に拡張し、スリーブ155を半径方向に拡張させ
て管70と密着させる。具体的には、ポンプ500が第
2流体タンク191から第2流体を汲み上げ、パイプ5
20を介してフィルター510へ送入する。流体は次い
でパイプ555を通ってマニホルドブロック集合体55
0に流入し、この集合体550は流体を第2ソレノイド
弁570に供給する。第2ソレノイド弁570は流体を
パイプ565を介して、半導体デバイス745によって
制御できる流量制御弁567へ制御自在に供給する。次
いで第2作動流体は制御弁567を通って増圧器580
の第1チェンバー590にむかって流動する。この第2
作動流体は流量制御弁567を適当に開放すると第1チ
ェンバー590へ流入する。第2ソレノイド弁570及
び制御弁567が増圧器580の第1チェンバー590
内のピストンヘッド605に第2作動流体を制御自在に
供給することによってピストン600を駆動して第2チ
ェンバー610内の流体に圧力を作用させ、ブラダ33
0/330′を加圧する。予備加圧の過程で、可撓管1
75へ導入された流体が尾部コネクター438内に形成
された中空部441に流入し、流路310/310′を
通ってポート320/320′から出てブラダ330/
330′の内面を加圧し、その結果、ブラダ330/3
30′が半径方向に拡張する。予備加圧の目的は図11
に示す点(a)で始まる以後の拡張プロセスが開始する
前にできるだけ迅速に第1チェンバー610及び可撓管
175に第1作動流体を予備充填することにある。第1
チェンバー610及び可撓管175に対するこの迅速な
予備充填によって拡張プロセス全体を完了するのに要す
る総時間が短縮される。予備加圧の他の目的がスリーブ
155を拡張手段160に関して固定することであるこ
とはいうまでもない。予備加圧プロセスによって一定の
終圧、例えば、約24.13MPaが得られる(図11
の点(a))。この時点で増圧器580は拡張プロセス
を開始させる作動状態にある。即ち、EPROM半導体
デバイス745はさらに多量の第2作動流体が第1チェ
ンバー590に流入してさらにピストン605を移動さ
せることが可能であり、ピストン605が第2チェンバ
ー610及び可撓管175内の第1作動流体をさらに加
圧するとブラダ330/330′が拡張される。
【0045】ブラダ330/330′が半径方向へ拡張
すると、ブラダ330/330′の壁部分380に属す
る肋材420(または肋材430)が半径方向に拡張し
てスリーブ155を半径方向に拡張させて管70の内壁
74と密着させる。拡張プロセスは一定の圧力値、例え
ば、図11の点(d)における圧力値に達するまで持続
し、拡張ゾーン850及び860においてスリーブ15
5及び管70の双方を恒久的かつ可塑的に変形させる
(図12)。この点(d)において、スリービング作業
が完了し、流体は拡張手段160を加圧する時とはほぼ
逆の順序で拡張手段160から排出される。次いで拡張
手段160が管70へ挿入される時とはほぼ逆の順序で
管70から抜き取られる。こうして管70がスリービン
グされる。
【0046】ここで装置152の操作を管70を安定化
する場合について説明する。即ち、装置152は管70
をスリービングするだけでなく、任意の管70の安定化
にも利用できる。具体的には、上述したように、ただ
し、スリーブ155なしで拡張手段160を管70に挿
入し、加圧手段170を作動してブラダ330/33
0′を加圧することにより管70を半径方向に拡張させ
てこれを囲む支持板73及び/または管板75と密着さ
せて管70を適当に安定化する。このように安定化され
ると、(例えば冷却材喪失事故のような)想定事故状態
においても2次流体の直交流に起因する大振幅振動が管
70に発生することはない。
【0047】あくまでも一例に過ぎず、本発明を限定す
るものではないが、管70及びスリーブ155を重量比
で約76.0%のニッケル、0.08%の炭素、0.5
%のマンガン、8.0%の鉄、0.008%の硫黄、
0.025%の銅、及び15.5%のクロムから成る
“INCONEL 600”などで形成することによっ
て応力腐食割れが生じないようにする。拡張前の状態に
おいて、スリーブ155は内径が約16.87mm、外
径が約18.92mmとなるように設定すれば管70内
で容易に同軸関係に移動させることができる。拡張前の
状態において、拡張手段160の公称外径が最も太い箇
所で約16.64mmとなるように設定すれば潤滑しな
くてもスリーブ内へ容易に摺動自在に挿入することがで
きる。拡張の過程でブラダ330/330′に作用する
圧力は図11に示すような経過を辿り、図11中の“テ
ータ遮断角φ”が実験的にあらかじめ定められた約0.
5°の最小値及び拡張装置の設計圧力が許容する限りの
最大値を取るように設定すればよい。拡張完了後、拡張
したスリーブ155の拡張ゾーン850/860の軸方
向長さが約15.24mmと比較的短く、最も太い箇所
における内径が約18.29mmとなるようにし、拡張
後、対応する管70の拡張ゾーン850/860の軸方
向長さが約15.24mmと比較的短く、最も太い箇所
における外径が約27.31mmとなるように設定すれ
ばよい。
【0048】いくつかの実施例に基づいて本発明を図示
し、説明したが、本発明の思想及び範囲を逸脱すること
なく多様な変更を施すことができるから、本発明は図面
に沿って以上に説明した細部に限定されるものではな
い。例えば、肋材420/430は長手軸方向または円
周方向に配列されて壁部分380を囲むのではなく、壁
部分380をらせん状に囲むように形成してもよい。こ
のようにらせん状に囲む肋材は壁部分380がスリーブ
155の内壁157または管70の内壁74に均等に配
分された力を作用させるのを可能にするから、拡張ゾー
ンの周面がさらに均一な丸みを帯びる。
【0049】従って、本発明が提供するのは拡張ゾーン
の軸方向長さが比較的短くてもよい管状部材を液圧作用
により拡張させる装置及び方法である。
【0050】
【図面の簡単な説明】
【図1】複数のU字形伝熱管を内蔵する典型的な蒸気発
生器を、煩雑になるのを避けるため一部を省いて示す部
分立面図。
【図2】特定の伝熱管をスリービング及び/またはは安
定化する本発明装置の作用図。
【図3】特定の伝熱管をスリービングするためこの伝熱
管内に配置され、加圧されてスリーブを拡張させ、前記
特定の伝熱管と密着させることができる肋材のあるブラ
ダを支持する支持体の立面図。
【図4】スリーブ内に配置された支持体及び拡張前のブ
ラダを示す縦断面図。
【図5】支持体、及びスリーブ内面と係合してスリーブ
を拡張させ伝熱管と係合させる拡張状態にあるブラダを
示す縦断面図。
【図6】ブラダを一部縦断面で示す斜視図。
【図7】ブラダの他の実施例を一部縦断面で示す斜視
図。
【図8】ブラダを加圧するための加圧手段を示す平面
図。
【図9】加圧手段を一部図8の9−9線における縦断面
で示す図。
【図10】加圧手段を制御する制御手段の平面図。
【図11】スリービングの過程でブラダに作用する圧力
を経時的示すグラフ。
【図12】スリービングが完了し、支持体及びブラダが
スリーブ及び伝熱管から抜き取られた後のスリーブされ
た伝熱管を示す縦断面図。
【図13】伝熱管がこれを囲んで安定化するための支持
板と係合するように拡張した状態を示す縦断面図。
【符号の説明】
70 伝熱管 155 スリーブ 170 加圧手段 180 制御手段 220 支持体 330、330′ ブラダ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外表面と外表面上のポートで終端する外
    表面へ流体を導くための内部流路とを有する、管状部材
    の内部に受容可能な支持体を備えた、管状部材を液圧作
    用により拡張させる装置において、 (a)管状部材を拡張させるため支持体の外表面を囲
    み、補強のための波形壁部分を有する可撓性ブラダと; (b)ポートから流路へ流体を供給することによってブ
    ラダを加圧し、ポートを介して流路から流体を吸引する
    ことによってブラダを減圧するように流路に接続した加
    圧手段と; (c)加圧手段がポートから流路へ流体を供給すること
    によってブラダを加圧し、ポートを介して流路から流体
    を吸引することによってブラダを減圧すべく加圧手段を
    制御自在に作動させるように加圧手段に接続した制御手
    段とより成り、ブラダが加圧されるとブラダが拡張して
    管状部材の内壁と密着し、ブラダが減圧されると収縮し
    て管状部材の内壁から離脱することにより、管状部材を
    拡張させることを特徴とする液圧作用により管状部材を
    拡張させる装置。
  2. 【請求項2】 ブラダが拡張しても破裂しないようにブ
    ラダを補強するためのブラダの波形壁部分が複数の平行
    隣接肋材により形成されていることを特徴とする請求項
    1に記載の装置。
  3. 【請求項3】 ブラダが熱エラストマーから成るため可
    撓性を有することを特徴とする請求項2に記載の装置。
  4. 【請求項4】 肋材のそれぞれをブラダの波形壁部分に
    沿って伝熱管の内壁と平行に延設したことを特徴とする
    請求項3に記載の装置。
  5. 【請求項5】 各肋材がブラダの周りを囲むことを特徴
    とする請求項3に記載の装置。
  6. 【請求項6】 制御手段が加圧手段を自動的に制御自在
    に作動させるためのコンピューターを含むことを特徴と
    する請求項1に記載の装置。
  7. 【請求項7】 コンピューターがブラダの拡張を自動的
    に停止させるための消去可能なプログラム可能な読取り
    専用メモリー半導体デバイスを含むことを特徴とする請
    求項6に記載の装置。
  8. 【請求項8】 ブラダの加圧及び減圧に伴ってブラダ内
    壁に作用する圧力を可視表示する可視表示手段をも特徴
    とする請求項1に記載の装置。
  9. 【請求項9】 内壁を有する管状部材を液圧作用により
    拡張させる方法において、 (a)外表面、外表面上のポートで終端する内部流路及
    び外表面を囲む波形可撓性ブラダを有する支持体を管状
    部材内に配置し; (b)ブラダを加圧するため内部流路へ流体を供給する
    ように加圧手段を作動させ; (c)加圧手段を作動させるため制御手段を作動させる
    ステップから成る液圧作用により管状部材を拡張させる
    方法。
  10. 【請求項10】 制御手段を作動させる前記ステップと
    して、加圧手段を制御自在に作動させることができるプ
    ログラムされた消去可能な読取り専用メモリー半導体デ
    バイスを作動させることを特徴とする請求項9に記載の
    方法。
JP5319180A 1992-11-30 1993-11-24 液圧作用による管状部材の拡張装置及び方法 Withdrawn JPH06210374A (ja)

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