JPS59187185A - 管のスリ−ブ接合方法およびその継手 - 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】 る、特に同心管を接合してバイパススリーブを形成する
方法およびその継手に関する。

大型の熱交換器、特に加圧水型（ＰＷＲ）原子力発電プ
ラントの蒸気発生器は、端部が管板に固定す された多数の管を疫型的に包含している。管板は、管を
適所に固定するばかりでなく、管外部の胴側流体を管を
通る流体から分離ずろ働きもしている。

一垂直配置のＰ　Ｗ　Ｒ．蒸気発生器では、クラッドす
なわちスラッジ沈澱物が管板上にたまり、ある場合には
、管板直上の高さで管壁の劣化を引き起こすこともある
。原子力蒸気発生器内で個々の管を取り替えることは事
実上不可能であるために、１つの救済策はこの種の劣化
した各管内にスリーブを設置することであった。

スリーブは、実質的な漏れ止めシールを提供し、管内を
流れる流体から管の劣化部分を隔離するものでなければ
ならない。原子力蒸気発生器の場合、劣化が進行して管
に穴があいたとしても，管側からの放射性流体が胴側に
通じる流路な持つということがあってはならないめであ
る。

見かけ上簡単なことで（・まあろが、蒸気発生器の管に
対し適切にかつ効果的にスリーブ接合するには幾つかの
困難な問題がある。蒸気発生器に対する修理作業、例え
ばスリーブの設置作業は、初めに蒸気発生器を排水した
としても、放射能の高い環境内で行なわれるものである
。従って、各スリーブを最小の時間で設置することが望
ましいうえに、遠隔の自動化した設置法が実施できるこ
とが好ましい。管をスリーブ接合する幾つかの技術は、
スリーブを包囲する管内に変形加工しているが、これは
管が剛性バックアップ乞持っている管板の高さでは大変
容易なことである。管板より上の高さで゛は、管はバッ
クアップを持っていないのて゛、管内へのスリーブの変
形量を、管に超過応力がかかるのを避けろために注意深
く制御し制限しなければならない。しかしながら、変形
が最大のときでさえ、スリーブ変形のパ反撥作用”によ
り、漏れ止めシールの形成が妨げられている。

更に１．スリーブおよび管は発電プラントの運転履歴に
従って膨張し収縮するものの、これら両者間のシールは
多年にわたり有効に持続しなければならないものである
。

本発明によれば、熱交換器の欠陥のある管内に密接に嵌
合する円筒形の金属スリーブを設置して新規なスリーブ
対管継手を形成する〃ｒ規な方法が請求されている。

スリーブの上部が管欠陥部より上方に、一方スリーブの
底部が欠陥部の下方になるまでスリーブを管内に挿入す
る。スリーブの上部を隣接の管壁に抗して径方向に変形
加工して実質的に間延の永久膨径部をスリーブおよび管
の周囲に形成する。

次に、スリーブ膨径部の上部または低部が背影径部の上
部または底部にそれぞれ係合するまで、スリーブ膨径部
を縦方向上下に変位させ両膨径部間に機械的な干渉領域
を形成する。スリーブ内から背影径部中に延びる膨径部
領域に族シール溶接を行なう。スリーブ膨径部を変位す
るのに用いた技術に依るものの、スリーブの底部を、こ
の変位工程の前後いずれかに、従来の方法で管板に固定
密封する。１つの具体例では、スリーブを管板に固定す
る前に、管板下面近傍のスリーブ下端に上向きの力を加
えろことによって、スリーブ膨径部を変位させている。

他の具体例では、スリーブを管に固定し、間延の膨径部
を管欠陥部の上方に形成し、しかる後スリーブ膨径部の
近くでスリーブの二次変形を行なって、スリーブ膨径部
が背影径部と干渉嵌め合いずろようにこれを変位すなわ
ち゛引き上げ”ている。

本発明は、機械的な干渉嵌め合いと族シール溶接両者の
利点を具備した新規なスリーブ対管継手を提供するもの
である。蒸気発生器に作用する熱膨張あるいはその他の
負荷によって引き起されろ管継手にかかる応力は、干渉
領域に剛性を与えているスリーブおよび管テーパ間の干
渉嵌め合いを介して伝達されろ。また、シール溶接部は
、干渉領域後方に流体密シールを形成するもので、応力
を激しく受けることはない。

″本発明の好ましい具体例について、添付図面を参照し
て以下詳細に説明する。

第１図は、熱交換器の一部、例えば多数の伝熱管１４を
固定しかつ隔置している内厚の金属管板１２を有する垂
直配置の蒸気発生器１０の一部を示している。これらの
伝熱管１４は、通常、薄壁１６を有する円筒形であって
、管板１２の底部に１８で溶接されている。管板下方の
領域２０は、蒸気発生器の運転中、管壁］６を取り囲ん
でいる水から水蒸気を発生させるために管１４を上に圧
送される圧力約２２５０１）Ｓｉの亜冷却−次流体の補
給を受けこれを収容している。原子力蒸気発生器の場合
、領域２０は非常に放射能を帯びているので、この領域
を排水して、管１４に何らかの整備や修理作業を行なお
うとする作業員は迅速に作業しなげればならないし、放
射能被爆に関し厳密に監視されていなければならない。

重要な種類の作業の一つに、管板１２の直上の位置、例
えば２２の背方化部分の修理がある。この背方化部分す
なわち欠陥部２２は、管板１２の上面に蓄積しているこ
とがわかっているスラツジすなわちクラッド２４０層に
隣接した管壁位置の腐食や伝熱の作用によって生じるも
のである。

本発明は、スリーブ２６を劣化した管内に能率良くかつ
効果的に設置して欠陥部２２の影響を軽減する方法に関
する。

さて、第１図および第２図を参照して説明するが、スリ
ーブ２６は、管１４内に密接にしかも容易に嵌合できる
肉薄で中空の円筒形部材であり、この部材は管１４と同
一材料で作られたものであることが好ましい。スリーブ
２６の長さは、普通、管板」２の厚さの数倍である。ス
リーブ２６は、その底部３０が管板内にあるのに対して
上部２８が欠陥部２２より上になるまで管１４内に挿入
されている。

本発明の一具体例では、スリーブの上部２８を隣接の管
壁］６′中に径方向外方に変形加工してスリーブおよび
管周囲に一般に間延の永久膨径部を形成している。これ
らの膨径部の頂点あるいは中心は通常管板に対して同一
高さにあるが、スリーブ膨径部の中心は３２で青膨径部
の中心ば３４でそれぞれ示しである。非支持の管壁に抗
して使用できるようになっている従来のエキスパンダ装
置例えば米国特許第４０６９５７３号に記載の型式のエ
キスパンダ装置は、この工程゛を行なうのに使用するこ
とができる。通常、管壁１６′の膨径部高さは、約０．
０１インチである。

第２図（ｂｌ　Ｋ示す次の工程は、スリーブ膨径部３２
を軸方向に、すなわち縦方向に青膨径部３４に対して殆
かに変位させろためにスリーブ２６を更に面間に機械的
な干渉領域４０を形成することである。この干渉領域は
、必ずしも必要ではないが、管の全内周に沼って漏れ止
め流体シールを形成することができる。干渉嵌め合いは
、軸方向および横方向の両方向でスリーブと管の間に剛
性を造りだすのに充分なものでなければならない。要す
るに、この干渉嵌め合いは管を強化する機能を有するも
ので、−次シール機能は次の工程によって用意されるの
である。

第２図（Ｃ）に示すように、スリーブ膨径部の内面に族
シール溶接ビード４２を創るが、これはスリーブ膨径部
を通って青膨径部を貫通ずるように延びている。このシ
ール４２は、継手のまわりを周方向に延びていて、−次
流体がスリーブ端部３６の周囲を流れてスリーブ２６を
迂廻し管欠陥部２２を通って二次流体に進入しないよう
にするものである。

この具体例では、次に、マントノル拡管法やシール溶接
法等の従来技術によってスリーブの低端部３８を管板の
高さ内で管１６”に永久的に接合密封している。

従もて、干渉領域４０は、恐らく一二次シール面を形成
するものであろうが、管とスリーブの間に剛性を鳥えろ
とともに機械的および熱的負荷を伝達するものであるこ
とが理解できたであろう。シール溶接部４２は、−次シ
ールを形成するものであって、二次的機能として総合継
手剛性に寄与している。

第３図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）および（ｄ）には、本発
明による別な具体例を図示しである。スリーブ２６ａの
低端部３８ａが管板１２の低縁部と水平、ある（・むま
と）ｔより殆かに上になるまで、スリーブ２６ａが管１
４内に挿入されている。スリーブの低部３０ａ（ま拡管
され管に接合しである。

第３図（ｂ）に示す次の工程は、第２図（ａｌにつｌ、
）てすでに説明した工程と同じで、スリーブと管を行方
向外方に変形加工してスリーブおよび管の一次膨径部３
２ａと３４ａヲそれぞれ作ることである。この具体例で
は、これらの−次膨径部は、二次膨径部４６．４８が第
３図（Ｃ１に示ずように欠陥部２２の上に位置できるよ
うに、欠陥部の上方に充分な距離をとって位置決めされ
ている。二次膨゛径部の形成により、スリーブの一次膨
径部３２ａが管の一次膨径部３４ａに対して殆かに下方
に引゛つばられるので、領域４０ａに剛性の干渉嵌め合
いを果たすことができる。これは、管およびスリーブの
低端部が管板に固定されそれ故相互に不動となっている
ことに由来するのであるが、管上端部（図示せず）が蒸
気発生器に効果的にしっかりと固定されて（・るのに対
し、スリーブ上端部３６ａは拘束されてはいない。この
二次膨径部継手は、上部継手の剛性干渉嵌め合いを連続
的に維持してもいるのである。

第３図（ｄ）に示す最終工程では、シール溶接４２ａを
第２図に゛説明した具体例の場合と同様に膨径部領域の
まわり周方向に行ない、更にスリーブ低端部を管に４．
４２でシール溶接する。このシール溶接４４ａｉ４、ス
リーブ低端部を拡管によってスリーブ１６”で固定した
とき任意に行なうことができる。

以上説明した具体例両者に共通した特徴は、管内にまで
スリーブを貫通する膨径部類域の周シール溶接を伴なう
干渉領域の形成にあることを理解すべきである。

第４図は、第２図に図示したような本発明の方法に従っ
て形成した代表的なスリーブ対管継手の理想化した略断
面図である。代表的な具体例の場合、各膨径部ば＋０か
ら約］０°の範囲の同一テーパ角θを有しており、管形
径部の高さＹｌすなわち永久変形は約０．０１インチで
ある。スリーブ膨径部中心３２と背影径部中心３４との
間の膨径部相対変位５０はスリーブに作用させた約１０
０１ｂｓの力によって作るのが普通である。スリーブ膨
径部を軸方向に変位することによって、両テーパ面が４
０で当接している（さび状干渉領域が作られるのである
。シール溶接４２は、スリーブ膨径部を完全に延びて管
形径部に貫通していることが示されている。ここに記載
の環境の中でこの種の溶接を行なうのに、従来の工具セ
ツティング装置や機具をオＵ用することができろ。

以上の説明は、特に、一般に円筒形の金属管をその管内
で一般に円筒形の金属スリーブに接合することから成る
管接合を行なう新規な方法を開示するとともに、新規な
管継手を包含するものである。この継手において、スリ
ーブは上部および低部テーパ部分を含む永久周形径部を
有し、かつ管は同様に上部および底部テーパ部分を含む
永久周形径部を有している。スリーブ膨径部の上部ある
いは低部は、管形径部の上部あるいは低部にそれぞれ係
合し、両膨径部間に機械的な干渉嵌め合い領域を形成し
ている。膨径部の周シール溶接部は、スリーブ内から管
形径部の中まで延びていて、スリーブを管に永久固定す
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、垂直配置の熱交換器における管板の一部の縦
断面図であって、管板に固定した管と管の１つに管板下
方から部分挿入したスリーブを示している。第２図（ａ
、ｌは、スリーブの上部を径方向調力に変形加工してス
リーブおよび管の永久膨径部を形成する工程を示す縦断
面図である。第２図（１））は、第２図ｆａｔの位置に
対して上向きに変位したスリーブを示す縦断面図である
。第２図（Ｃ１は、スリーブおよび背影径部間に周溶接
シールを有する完了した上部継手を示す縦断面図である
。第２図（ｄｉは、管板内に拡管密封したスリーブ低部
を示す縦断面図である。第３図（ａｉは、本発明による
他の具体例の第一工程の略図であって、管板に固定した
スリーブ低端部を示している。第３図（１））は、スリ
ーブ上端部近くに位置したスリーブおよび管形径部を示
す縦断面図である。第３図（Ｃ１は、」二部膨径部の低
部のまわりに干渉領域を造っている上部膨径部間方のス
リーブおよび管の二次変形部分を示す縦断面図である。 第３図（ｄｌは、スリーブおよび管の上部膨径部間に形
成した周シール溶接部を示す縦断面図である。第４図は
、本発明の継手の詳細図である。 」Ｏ・・蒸気発生器、１２・・管板、１４・・伝熱管、
１６・・管壁、１８・・溶接ケ所、２０・・領域、２２
・・欠陥部、２４・・スラッジまたはブラッド、２６・
・スリーブ、２８・・上部、３０・・低部、３２・・ス
リーブ膨径部、３４・・管形径部、３６・・スリーブ１
９１７１１部、３８°°スリ一ブ低端部、４０・・干渉
領域、４２・・周シール溶接ビード、４４・・接合ケ所
。 ＦＩＧ、　２０　　　　　　Ｆｅｅ、　　２ｂＦＩＧ・
　２ＣＦＩＧ、　２ｍ ＦＩＧ、　３０　　　　　　ＦＩＧ、　　３ｂＦＩＧ、
　　３ＣＦＩＧ、　　３ｄ ５９

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）上部および低部チー・く部分を含む永久周膨径部
   を有する一般に円筒形の金属管と、上部および低部テー
   パ部分を含む永久周膨径部を有し前記管の内部に接合さ
   れた一般に円筒形の金属スリーブてあって、前記スリー
   ブ膨径部の上部あるいは低部が前記管膨径部の上部ある
   いは低部にそれぞれ係合して前記膨径部間に周方向の機
   械的な干渉嵌め合い領域を形成しているスリーブと、前
   記スリーブ膨径部内から前記管膨径部内に延びて永久流
   体ソールを形成して族シール溶接部とから成る管継手０
2. （２）前記干渉嵌め合ｒカ支前記継手に剛性を掲えると
   ともに、前記管およびスリーブの間に課かる機械的負荷
   を優先的に支える、特許請求の範囲第１項に記載の管継
   手。
3. （３）前記スリーブおよび管膨径部が約十から１０度の
   範囲の同一テーパ角を有するテーパ部分を包含している
   、特許請求の範囲第１項に記載の管継手。
4. （４）　　管板を包含し少なくとも１本の一般に円筒形
   の金属管が前記管板に永久固定されかつ前記管板の上方
   に延びている熱交換器において、前記管内に一般に円筒
   形のバイパススリーブを接合する装置であって、前記管
   内のある高さで前記管に対して接合密封された低端部お
   よび変形加工した隣接面間の周方向干渉嵌め合いによっ
   て前記管板の上方で前記管に接合された上端部を有し、
   前記干渉嵌め合いが前記管に剛性を与えるとともに当記
   上部継手に課かる機械的負荷を支えている前記スリーブ
   と、前記スリーブの変形部分の内周上に形成された溶接
   部であって前記管の隣接変形部分内まで前記スリーブを
   貫通して前記スリーブおよび管の間に流体密シールを形
   成している溶接部とから成る、管のスリーブ接合装置。
5. （５）前記上部継手の変形部分がテーパ部分を有する隣
   接した同一形状の膨径部であることを特徴とし、前記ス
   リーブ膨径部のテーパ部分範囲第４項に記載の管のスリ
   ーブ接合装置。
6. （６）前記スリーブおよび管内に実質的に間延の永久膨
   径部であることを特徴とした前記上部継手の下方かつ前
   記管板の上方にある二次継手であって、前記上部継手内
   に剛性の干渉嵌め合いを連続的に維持する二次継手を更
   に包含している、特許請求の範囲第５項に記載の管のス
   リーブ接合装置。
7. （７）熱交換器内にて一般に円筒形の金属スＩＪ−ブを
   管板に固定された一般に円筒形の金属管内に接合する方
   法において、前記スリーブの」二部が前記管板上方にか
   つ前記スリーブの低部が前記管板内にあるように前記ス
   リーブを前記管内に挿入する工程と、前記スリーブおよ
   び管を前記スリーブ上部で径方向に変形加工し、隣接し
   た一般に間延の永久膨径部を形成する工程と、前記スリ
   ーブ膨径部を前記背影径部に対し縦方向に変位し、機械
   的な干渉嵌め合い領域を前記スリーブ膨径部と前記背影
   径部間に形成する工程と、前記背影径部を貫通ずるよう
   （（前記スリーブ膨径部の内周面を通じて溶接ビードを
   形成し、これによって流体密シールを前記膨径部間に達
   成する工程と、前記スリーブ低部を前記管板に永久的に
   接合密封する工程とから成る金属スリーブの金属管内接
   合方法。
8. （８）　　一般に円筒形の金属スリーブを一般に円筒形
   の金属管内に接合する方法において、前記スリーブの一
   方の端部に近い部分を前記管内に挿入する工程と、前記
   スリーブの前記部分を前記管に対して外方に変形加工し
   、テーパ面をそれぞれ有ずろ隣接した一般に間延の永久
   膨径部を形成する工程と、前記スリーブおよび背影径部
   を相互に対して縦方向に変位し、前記スリーブおよび管
   のテーパ面間にくさび状の干渉領域を形成する工程と、
   前記背影径部を貫通ずるように前記スリーブ膨径部の内
   周面を通じて溶接ビードを形成し、これによって流体密
   シールを前記膨径部間に達成する工程とから成る金属ス
   リーブの金属管内接合方法。
9. （９）　　前記スリーブおよび背影径部を相対変位する
   前記工程が、前記管の両端部および前記スリーブの他方
   の端部を不動化する工程（ａｌと、前記スリーブおよび
   管の永久的な実質的に間延の二次膨径部を形成し、これ
   によって前記スリーブ−吹膨径部のテーパを引っばり、
   かつ前記管−吹膨径部のテーパに抗して維持する工程（
   １））を包含ずろ、特許請求の範囲第８項に記載の方法
   。