JPS6349752Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は肉厚の壁を有する金属容器、特に原子
炉用の圧力容器に関している。

化学、石油化学および原子力等の多くの工業分
野に於いては、高圧又は低圧の液体もしくは気体
を収容ないし運搬するための大型の金属容器が用
いられている。内部流体の圧力が高い時は、これ
らの容器に要求される機械的強度をできる限り高
めなければならない。特に原子炉用の圧力容器の
場合には、高強度を達成するためにその壁の肉厚
を10cm〜25cmないしそれ以上にする必要がある。
その結果、現在の原子炉用の圧力容器は、種々の
構成部品を別々に製造し、それらを溶接によつて
次々に組み立てることによつて製造されている。

圧力容器に外部の配管系を結合するためのノズ
ルも上述したように圧力容器とは別に製造され、
その後で圧力容器に穿孔された開孔の内面に溶接
される。

支持パツド即ち支持手段は、ノズルの下部に溶
接金属を盛り上げて形成したり、支持用の部材を
ノズル胴横層に溶接又は機械的に固定したりする
ことでつくられる。

以上に述べた肉厚の圧力容器の製造法によると
多くの欠点が生ずる。これらの欠点は主に次のこ
とに基づいている。即ち、一般に金属構造物に於
ける溶接部はその周囲の母相とは異質の金属組織
を有し、かつ溶接後の熱処理によつてもその相異
を完全に取り除くことができないため、溶接部が
構造物の機械的性能に大きく影響するということ
である。したがつて溶接部の数はできる限り少な
くかつその幾何学的形状はできるだけ簡単である
ことが望ましい。

上述した圧力容器の製造法では、溶接部分が多
く、又その幾何学的形状も複雑である。したがつ
て溶接を失敗すると工程が遅れたり修理が要とな
る等の欠点を生ずる。又、溶接部は溶接後に内部
応力を除くための熱処理及び欠陥の有無を調べる
ための非破壊検査を行う必要があるが、複雑な幾
何学的形状の溶接部が多いと熱処理及び非破壊検
査に要する工程が極めて多くなる。したがつて、
これらの工程に多くの時間が費やされるだけでな
く、特に非破壊検査にＸ線、ｒ線等を用いる場合
には作業員の被爆が著しく大きくなつてしまうと
いう危険がある。その上、複雑な溶接作業はしば
しばいくつかの工程に分けて行なわれ、その都度
熱処理と非破壊検査が行われるので上述の危険性
は更に深刻になる。

原子炉用の圧力容器のように、その底から一定
の高さの場所に複数のノズルを周に沿つて溶接す
ると、その場所で圧力容器を水平に輪切りにした
時の断面が、本来要求される円形から溶接のため
にずれる可能性があり、そのために技術仕様によ
つて許容される公差から外れる危険性が生ずる。

また、溶接されたノズルを有する原子炉を原子
炉サイトの設置位置（コンクリートで形成されさ
れた縦穴）に設置する場合、溶接されたノズルを
容易に通過させるだけの間隙を予め形成しておか
ねばならず、設置後にコンクリート固めが行われ
るので、設置位置の建設を複雑なものにしてい
る。

更に、原子炉用の圧力容器のように常に強力な
放射線下で使用される場合、溶接部に悪影響が放
射線によつて及ぼされることがあるので、溶接部
はなるべく炉心から離れている方が望ましい。

本考案の目的は以下のような厚肉の圧力容器を
提供することである。即ち、ノズルと支持手段と
を溶接部を介さずに備えており、従来の圧力容器
よりはるかに少ない溶接部を有しかつその幾何学
的形状が簡単な圧力容器を提供することにある。

上記の目的を達成するための本考案による圧力
容器は、インゴツトを鍛造して形成された鍛造リ
ングを機械加工することによつて複数のノズル及
び支持手段を鍛造リングの壁の外周に沿つて形成
することで得られるノズル胴横層を有し、したが
つて従来別々に製造して取り付けていたノズル及
び支持手段を一体に有するものである。

次に本考案の実施例について図面によつて説明
する。

第１図は本考案による圧力容器１を示してい
る。圧力容器１は円筒状をなし、ノズル胴横層
２、中央胴横層３、結合環４、底部キヤツプ５及
びノズル胴横層の頂部に取り付けられる蓋（図
略）よりなる。ノズル胴横層２の外周には複数の
ノズル７が備えられており、ノズルの円環状の端
面１７を外部の配管系と溶接することにより圧力
容器が配管系と接続される。容器１を支持する支
持手段８がノズル７の間に個別に設けられている
が、支持手段８は互に接続してリング状に形成さ
れてもよい。しかし、容器１の荷重負荷からノズ
ル７を解放するために、ノズル７は支持手段８か
らは隔置されている。

圧力容器の各部分はインゴツトから鍛造工程を
経ることによつて得られる。ノズル胴横層２もこ
の方法で製造されるが、ノズル７や支持手段８を
機械加工によつて形成する場所には、これらを形
成するのに充分な厚さが与えられる。

第２図には、ノズルや支持手段が機械加工によ
つて形成される前のノズル胴横層２の壁の厚肉部
分１１の断面が示されている。この厚肉部分１１
を適当に機械加工することによつてノズル７や支
持手段８が形成される。このようにして製造され
るノズル胴横層２は、第３図に示すように、蓋を
ボルト等の適当な手段で取り付けるためのフラン
ジ１４を有するリング状の上側部分１５と、中央
胴横層３を溶接するための溶接面１２を有するリ
ング状の下側部分１３と、上側部分１５と下側部
分１３との間のノズル７及び支持手段８を有する
中央部分１６とからなつており、これらはノズル
７及び支持手段８も含めてすべて一体に形成され
ており、溶接された部分を全く含んでいない。

以上のように形成された圧力容器は多くの重要
な利点を有する。

まず従来のノズルは、ノズル胴横層に穿孔され
た開孔に別途製造されたノズル用の厚肉管を挿入
し、開孔の内面と厚肉管の外面との間を溶接して
形成されるため溶接部の形状は複雑であり、この
ことは溶接作業自体のみならず溶接部の非破壊検
査（NDT）の工程をも困難かつ複雑なものにし
ている。例えば、NDT用の装置（線源、検出器
等）を圧力容器の内部及び外部に設置する必要が
あり、このために特に供用期間中の検査に於る
NDTでは圧力容器の内容物を取り出す必要があ
る。

これに対して本考案による圧力容器では、上の
ような溶接部は存在せず、ノズル７の端面１７が
配管系に溶接されるだけである。この溶接部は単
純な円環状をなしているので溶接作業は容易であ
り、NDT用の装置を多様に配置することが可能
であり、更に供用期間に於るNDTに於て圧力容
器の内容物を取り除く必要もなくなる。したがつ
てより確実なNDTが保証されるのみならず、作
業工程が短縮されるので放射線を用いるNDTで
は作業員の被曝を大幅に減少させることができ
る。また、溶接部の修理が必要となつても形状が
単純なので原子炉サイトでの修理が可能となる。

また従来のようにノズル胴横層の壁内に溶接部
がないので、ノズル胴横層の中央部分を水平に切
つた時の断面が溶接によつて円形から外れる危険
性も解消される。したがつてノズルの端面１７を
配管系に対して正確に位置決めできることにな
る。

従来のノズルの形成に於いて、穿孔される開孔
の直径はノズル用の厚肉管の外径に匹適すること
は容易に理解される。これに対して本考案では、
ノズル胴横層に形成されるノズルの内径は上記の
厚肉管の内径に相当する大きさを有していればよ
い。即ち、ノズル胴横層に形成される従来技術に
よる開孔と本考案によるノズルの内径とでは、上
記厚肉管の肉厚の２倍に相当する分だけ本考案に
よるものの方が小さくてすむ。

このこともいくつかの利点をもたらす。例え
ば、本考案に於て、ノズルの内径が小さい分だけ
ノズル胴横層の下側部分の高さを短かくし、それ
に相当する分だけ中央胴横層の高さを増してやれ
ば、溶接面１２をその分だけ炉心から遠ざけるこ
とができる（炉心は通常中央胴横層の内側にあ
る）。したがつてこの溶接面に対して炉心の中性
子束が与える悪影響を抑えることができる。

従来技術によるノズルの開孔の穿孔は、ノズル
胴横層のオーステナイト化及び焼入れの後で行な
われている。この理由は、開孔の直径が上述した
ように大きいために開孔間の距離及び開孔と溶接
面１２との距離が短いので、充分な強度が保てな
くなり、したがつて焼入れ前に開孔を形成すると
焼入れによつてノズル胴横層全体にかなりの変形
を生ずる可能性があるからである。他方、本考案
では上述したようにノズルの内径が上記の開孔よ
り小さいので、ノズル間の距離も溶接面１２とノ
ズルとの間の距離も大きい。したがつて上述のよ
うな変形の心配がないのでノズルを機械加工によ
つて形成した後でりオーステナイト化及び焼入れ
を行うことができる。したがつてこのように加工
処理工程の順序を変えてやれば高応力が加わるノ
ズルの金属組織を細かく均一なものにすることが
できる。このことはノズルの付近の機械的性能を
著しく向上させる。更に、従来技術では開孔の穿
孔直後にノズル用の厚肉管を溶接するので、穿孔
前のオーステナイト化及び焼入れによつて形成さ
れた一定分布をもつ水素が常に溶接部に含まれる
ことになり、水素脆性という厄介な問題を生ずる
可能性があつたが、本考案ではノズルを機械加工
で形成した後にオーステナイト化及び焼入れが行
なわれ、焼入れ後に残留応力を取り除くための熱
処理によつて水素を端面１７から排除できるので
上記の問題も解消される。

次に支持手段とノズルとを分離したことによ
り、ノズルを圧力容器の荷重による負荷から解放
することができる。勿論、この荷重負荷は支持手
段とノズル胴横層の壁とを介してノズルにも伝え
られるが、この荷重負荷のレベルは壁内で急速に
減衰するのでノズルまではほとんど及ばない。し
たがつてノズルに加えられる応力は配管系からの
反作用による応力と圧力容器の内圧による応力と
に制限されるのでノズルの応力レベルは著ししく
低減される。同様に支持手段も配管系からの反作
用による応力から解放されるので応力レベルは低
くなるが、このことは特に地震時の原子炉の安全
性を著しく上昇させている。

更に本考案による圧力容器は、従来のようにノ
ズルを溶接したものではないので、その全体とし
ての径方向の寸法を小さくでき、したがつて原子
炉サイトに設置する際、その設置位置にノズルを
通すための間隙を予め設けておく必要もなく、こ
のことによつて設置位置の建設の手順を簡単化す
ることができる。

第３図で示された実施例に於いては、ノズル胴
横層の上側部分１５の厚さは下側部分１２の厚さ
より大きくなされている。これらの２つの部分は
ともに圧力容器の内部流体による一様な径方向の
圧力を受けている。他方、フランジ１４はボルト
等の適当な手段によつて蓋に固定されるので、上
側部分は、固定するための手段による力も加えら
れている。本来円筒状であるノズル胴横層はこれ
らの圧力によつて樽状に膨らむように変形する傾
向がある。しかしながら、上述したように上側部
分の肉厚を厚くすることよつてこれらの変形を抑
えることが可能であり、したがつて例えばフラン
ジの部分からの放射性物質のもれも低くすること
ができる。また上側部分１５を厚くしたことは、
上に述べた支持荷重の壁内における急速減衰を促
すものでもある。

第４図は本実施例の変形例を図示したものであ
り、ノズル７に配管系を直接溶接せずにスリーブ
９を介して圧力容器を配管系に接続することもで
きることを示している。

第５図はもう１つの変形例を図示している。こ
れによると、ノズル７の周囲に可撓性溝と呼ばれ
る溝１０が形成されている。ノズルと、配管系又
はスリーブとを溶接し冷却すると、溶接部は一般
に収縮するが、この溝１０はこの収縮を吸収して
ノズルの応力分布を改善する効果を有している。

以上に述べたように、本考案は数多くのすぐれ
た効果を有するものであり、原子炉用の圧力容器
の機械的健全性、安全性を著しく向上せしめるこ
とを可能にしている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による原子炉用の圧力容器全体
の斜視図である。第２図は、ノズルや支持手段が
機械加工によつて造られる前のノズル胴横層の壁
の一部の切断面の縦断面図である。第３図は、ノ
ズルや支持手段が機械加工によつて造られた後の
ノズル胴横層の壁の一部の切断面の縦断面図であ
る。第４図と第５図とは第３図のノズル胴横層の
２つの変形例を図示している。 主要部分の符号の説明、原子炉用圧力容器……
１、ノズル胴横層部……２、中央胴横層部……
３、下側部分……１３、上側部分……１５、中央
部分……１６、ノズル……７、支持手段……８、
端面……１７、溝……１０。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 リング状のノズル胴横層部と、リング状の中央
   胴横層部と、蓋とを含む原子炉用圧力容器に於い
   て、 上記ノズル胴横層部は、インゴツトから形成さ
   れた一体型の鍛造リングの壁部を機械加工するこ
   とにより形成され、かつ上記中央胴横層部を溶接
   するための溶接面を有するリング状の下側部分
   と、 上記鍛造リングの壁部を機械加工することによ
   り形成されかつ上記蓋を取り付けるためのフラン
   ジを有するリング状の上側部分と、 上記上側部分と上記下側部分との間のリング状
   の中央部分とよりなり、 上記中央部分は、上記鍛造リングの壁部を機械
   加工することにより上記壁部の外周に沿つて形成
   された径方向に突出した複数のノズルと、上記鍛
   造リングの壁部を機械加工することにより上記ノ
   ズルから隔置されて形成された径方向に突出した
   支持手段とを含み、 原子炉の配管系に溶接される上記ノズルの面
   は、上記鍛造リングの外面を機械加工することに
   より形成された円環状の端面よりなり、 上記上側部分の肉厚は上記下側部分の肉厚より
   大きく、 上記ノズルの周囲には、上記ノズル胴横層部の
   応力分布を改善するために、上記ノズルを取り囲
   む環状の溝が形成されていることを特徴とする原
   子炉用圧力容器。