JP2007040989A - 原子炉シュラウド用の補修装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】沸騰水型原子炉の炉心シュラウド用の補修装置を提供すること。
【解決手段】タイロッド補修装置には、シュラウドの最上部でその上端がシュラウドフランジ(62)に固定された、タイ(64)ロッドが含まれる。該タイロッドの下端は、シュラウドサポート(30)プレートに荷重を与えることなく該シュラウドサポートプレートの開口部(70)を通過する。タイロッドの下端は、ひび割れしたシュラウドを拘束するためにタイロッドによって及ぼされる圧縮荷重経路が、シュラウドサポートプレートをバイパスして、シュラウドサポートシリンダと、シュラウドシリンダのアセンブリとを直接貫通するように、炉心シュラウドサポート(24)シリンダの下端にアンカー固定される。
【選択図】図2
【解決手段】タイロッド補修装置には、シュラウドの最上部でその上端がシュラウドフランジ(62)に固定された、タイ(64)ロッドが含まれる。該タイロッドの下端は、シュラウドサポート(30)プレートに荷重を与えることなく該シュラウドサポートプレートの開口部(70)を通過する。タイロッドの下端は、ひび割れしたシュラウドを拘束するためにタイロッドによって及ぼされる圧縮荷重経路が、シュラウドサポートプレートをバイパスして、シュラウドサポートシリンダと、シュラウドシリンダのアセンブリとを直接貫通するように、炉心シュラウドサポート(24)シリンダの下端にアンカー固定される。
【選択図】図2
Description
本発明は、沸騰水型原子炉の炉心シュラウド用の補修装置に関し、詳細には、ひび割れしたシュラウドを拘束するためにタイロッドによって及ぼされる圧縮荷重経路を、シュラウドサポートプレートに追加荷重を加えることなくシュラウドサポートシリンダおよびシュラウドシリンダを直接貫通させて配置する、タイロッド補修に関する。
沸騰水型原子炉(BWR:boiling water reactors)内の炉心シュラウドは、原子炉圧力容器(RPV:reactor pressure vessel)内で原子炉心を支持かつ配置し、原子炉心冷却材が流れるためのパーティションを形成する。炉心シュラウドは、周溶接によって端部で接合された、いくつかのステンレス鋼円形リングと、円筒状の圧延鋼板部分とから構築される。溶接は、溶接熱影響部に残留応力を生じさせる。溶接は、さらに、ステンレス鋼を局所的に易反応性にして、クロムの粒子構造を失わせ、耐食性を低下させる。これらの因子がBWR原子炉の冷却材環境と結び付くと、溶接熱影響部は、多くのBWRシュラウドで観察される粒界応力腐食割れ(IGSCC:intergranular stress corrosion cracking)の影響を受けやすくなる。ひび割れは、シュラウドの構造健全性を損なう。具体的には、横方向の地震荷重または冷却材喪失事故(LOCA:loss of coolant accident)の状況が、ひび割れした溶接位置で相対変位を引き起こす虞があり、炉心流れの多量の漏れ、ならびに制御棒の挿入および安全停止を妨げる虞のある炉心の位置ずれをまねきかねない。
米国特許第6,343,107号公報
米国特許第5,742,653号公報
BWR炉心シュラウドにおけるIGSCC割れは、通常、タイロッド設計のシュラウド補修の導入によって対処されてきた。補修アセンブリは、シュラウド周溶接接合部すべての不具合を仮定して、その周溶接接合部すべての構造機能に取って代わるように、必要な垂直および横方向拘束機構を統合する。この補修は、張力をかけたタイロッドを使用して、それぞれの周溶接接合部に圧縮荷重を負荷して該接合部の分離を防ぐ。炉心の最上部および底部の横方向アライメントをそれぞれトップガイドおよび炉心プレートのところで維持する水平スタビライザが、タイロッドアセンブリに取り付けられる。さらに、シュラウドシリンダ部分をトップガイドおよび炉心プレートサポートリングの下方で拘束するために、リミットストップが配置される。シュラウドの底部で必要なアンカー固定は、シュラウドサポートプレートの底部に対して作用するU字金具(clevis)および留め棒(toggle bar)などの取付けを可能にする、シュラウドサポートを貫通する穴を機械加工することによって得られる。他のアンカー固定は、タイロッドの下端をガセットプレートに固定し、次にそれがシュラウドサポートプレートに固定される。これらのアンカー固定配置は、シュラウドサポートプレートの構造健全性がやはりIGSCC割れによって損なわれている場合には実現不可能であり、したがって、シュラウド底部で必要なタイロッドアンカー固定のための追加の局部荷重を支持することができない。
本発明の好ましい一実施形態では、原子炉圧力容器とともにアニュラスを画定する炉心シュラウドと、炉心シュラウドの下にある炉心シュラウドサポートプレートおよびシュラウドサポートシリンダとを含んだ原子炉圧力容器内のシュラウドの水平溶接部を補修する補修装置であって、炉心シュラウドに固定するための上部サポートアセンブリと、上部サポートアセンブリにその上端で固定された、アニュラス内を延びるタイロッドと、ウェッジが容器シェルに当接支承して、タイロッドのアライメントが下部シュラウドシリンダに密接に隣接して通過できるようにする、下部スタビライザアセンブリと、炉心シュラウドサポートプレートの開口部内を延びるタイロッドの下端と、タイロッドの下端および下部シュラウドサポートシリンダに取り付けられた、シュラウドサポートプレートにほとんど荷重を負荷することなくシュラウドサポートシリンダおよび炉心シュラウドを貫通する圧縮荷重経路を可能にするアンカーとを含む補修装置が提供される。
本発明の他の好ましい実施形態では、原子炉圧力容器とともにアニュラスを画定する炉心シュラウドと、炉心シュラウドサポートシリンダおよびプレートと、炉心シュラウドを画定するシュラウドシリンダとを含んだ原子炉圧力容器内のシュラウドを補修する補修装置であって、シュラウドに固定するための上部サポートアセンブリと、上部サポートアセンブリにその上端で固定された、アニュラス内を延びるタイロッドと、ウェッジが容器シェルに当接支承して、タイロッドのアライメントが下部シュラウドシリンダに密接に隣接して通過できるようにする、各タイロッドに取り付けられた下部スタビライザアセンブリと、炉心シュラウドサポートプレートの開口部内を延びるタイロッドの下端と、タイロッドの下端および炉心シュラウドサポートシリンダに取り付けられた、シュラウドサポートプレートにほとんど荷重を負荷することなくシュラウドシリンダを貫通する圧縮荷重経路を可能にするアンカーとを含む補修装置が提供される。
本発明の他の実施形態では、原子炉圧力容器とともにアニュラスを画定する炉心シュラウドと、炉心シュラウドサポートシリンダおよびプレートと、炉心シュラウドを画定する積層されたシュラウドシリンダとを含んだ原子炉圧力容器内のシュラウドを補修する補修装置であって、周囲で互いにほぼ均一に離隔された、シュラウドに固定するための複数の上部サポートアセンブリと、上部サポートアセンブリにそれぞれその上端で固定された、アニュラス内を延びる複数のタイロッドと、ウェッジが容器シェルに当接支承して、タイロッドのアライメントが下部シュラウドシリンダに密接に隣接して通過できるようにする、前記タイロッドにそれぞれ取り付けられた複数の下部スタビライザアセンブリと、炉心シュラウドサポートプレートの各開口部内を延びるタイロッドの下端と、各タイロッドの各下端および炉心シュラウドサポートシリンダに取り付けられた、シュラウドサポートプレートにほとんど荷重を負荷することなくシュラウドシリンダを貫通する圧縮荷重経路を可能にするアンカーとを含む補修装置が提供される。
図1は、諸部品が断面で切欠された、沸騰水型原子炉圧力容器(RPV)10の断面図である。RPV10は、概ね円筒形であり、一端がボトムヘッド12によって密閉され、その上端が取外し可能なトップヘッド14によって密閉される。RPVシェル16が、ボトムヘッド12からトップヘッド14まで延びる。円筒形の炉心シュラウド20が、原子炉心22を取り囲む。シュラウド20は、一端を下部シュラウドサポートシリンダ24によって支持され、その上端に取外し可能なシュラウドヘッド26を含む。シュラウド20とRPVシェル16との間にアニュラス28が形成される。シュラウドサポートプレート30は、平らなリング形状であり、シュラウドサポートシリンダ24とRPVシェル16との間を延びる。シュラウドサポートシリンダ24は、また、図2に示したように、シュラウドサポートシリンダ24の周りのほぼ均等に離隔された位置に配置された複数の垂直支柱(stilts)33によって、RPVボトムヘッド12に取り付けられている。炉心シュラウド20および原子炉心22を支持するのに必要な荷重は、シュラウドサポートシリンダ24により、それぞれプレート30および支柱33によってRPVシェル16およびボトムヘッド12へと伝達される。プレート30には複数の円形開口部32が含まれており、各開口部にジェットポンプアセンブリ34が取り付けられている。ジェットポンプアセンブリ34は、炉心シュラウド20の周りに円周状に配置される。
核***性物質の燃料集合体36を含んだ炉心22内で熱が発生する。炉心22内を循環した水は、少なくとも部分的に蒸気に転換される。気水分離器38は、蒸気と水とを分離し、その水が再循環される。蒸気乾燥器40によって残留水が蒸気から除去される。蒸気は、容器トップヘッド14の近くの蒸気出口42を通ってRPV10から出る。
炉心22で発生する熱の量は、例えばハフニウムなど、中性子吸収物質の制御棒44を出し入れすることによって調節される。制御棒44は、該制御棒が燃料集合体36に挿入される範囲で、吸収されなければ炉心22で熱を発生する連鎖反応を促進するために利用できる中性子を吸収する。出し入れする間、制御棒案内管46が制御棒44の垂直運動を維持する。制御棒駆動部48が、制御棒44の出し入れを達成する。制御棒駆動部48は、ボトムヘッド12を貫通して延びる。燃料集合体36は、炉心22の基部に配置された炉心プレート50によって位置合わせされる。トップガイド52は、燃料集合体36が炉心22へと降下されるときに該燃料集合体を位置合わせする。炉心プレート50およびトップガイド52は、炉心シュラウド20によって支持される。
ここで、本発明の好ましい一実施形態によるタイロッド補修装置を参照すると、該装置には、全体的に60で指定された(図2)、従来のシュラウド補修で使用される上部サポートなどの機構が含まれる。例えば、各上部サポート60を、本発明と同一譲受人の米国特許第6,343,107号および第5,742,653号に開示の上部サポートおよびスタビライザアセンブリに類似したものにすることができる。
この実施形態では、上部サポート60は、前述と同様に、シュラウドの最上部でシュラウドフランジ62に対してフック取付けを使用する。タイロッド位置でシュラウドフランジ62に、あるいはシュラウドヘッド外側シリンダに、ノッチを機械加工することができる。いずれの場合も、ノッチが与える間隔によって、フックをシュラウドフランジの最上部に当てて設置できるようになる。タイロッド64の上端は、ねじ山付きタイロッドナット66によって上部サポート60に連結される。上部サポート60には、また、トップガイドの高さのところで容器壁面に当接支承するウェッジアセンブリ68も含まれる。ウェッジは、通常約10°傾いた上部サポート上の対合表面に係合しており、したがって、垂直移動すると容器シェルに対して水平方向の予荷重(preload)が生じる。ウェッジは、上部サポートと容器シェルとの間のウェッジの予荷重を調節するために上部サポート上に据え付けられたブロックに螺入されたジャックボルトによって、上部サポートに取り付けられる。ウェッジ68には、また、ウェッジ内のスロットによって形成された一体型のコンプライアント板ばね部材も含まれる。ウェッジの予荷重は、運転時の緩みおよび振動摩耗からアセンブリを保護しており、板ばねの可撓性は、水平方向および摩擦相互作用荷重を制限するようにアニュラス幅の運転変動を調整する。ウェッジスロットは、これらの変動を調整するようにサイズ設定されるが、水平方向の地震荷重に反応すると、閉じて、中実(solid)の荷重経路を形成する。上部ウェッジをサポートに組み立てると、併せて上部スタビライザを形成する。前述の上部サポートおよびスタビライザアセンブリについては、前述の特許で詳細に記載かつ説明されている。
全体的に80で指定された下部スタビライザアセンブリは、タイロッドに取り付けられており、上部ウェッジと同じ方式で機能するスロット付きウェッジを含む。この配置は、炉心プレートの高さで、前述の特許に記載されているのと同一の炉心のアライメントおよび横方向支持を達成する。ただし、この実施形態では、下部ウェッジアセンブリは、シュラウドの代わりに容器壁に当接支承しており、それが、下部シュラウドサポートシリンダ24に密接に隣接したところをタイロッド64の下端が通ることができるような、該タイロッド64の必要なアライメントを可能にする。全体的に81で指定された下部リミットストップアセンブリは、前述の特許に記載されているように、タイロッドに取り付けられ、下部シュラウドシリンダ20を炉心プレートサポートリングの下方で拘束するように配置される。
本発明では、タイロッド64は、4つ以上存在するが、シュラウドアニュラスの周りにほぼ均等に離隔された位置で配置される。各タイロッド64は、その下端がジェットポンプ感知ラインの径方向内側で下部シュラウドサポートシリンダ24に密接に隣接して配置されるように位置合わせされる。荷重経路がシュラウドサポートプレート30に荷重を負荷しない、またはほとんど荷重を負荷しないような方式で、各タイロッド64の下端を固定するために、穴70が設けられており、例えば、タイロッド64の下端を収めるように、設置時にシュラウドサポートプレート30を貫通して穴70が機械加工される。穴70は、炉心流れのバイパス漏れを制限するために、下部タイロッド64に対して密嵌をもたらすように機械加工される。これで、各タイロッド64は、好ましくはシュラウドサポートプレート30に荷重を与えることなく、シュラウドサポートプレートを貫通し、フック92を有するアンカー部材90で終端する。フック92は、隣接支柱33間の到達可能位置でシュラウドサポートシリンダ24の底部に当接支承する。各タイロッド64の下端は、ねじ山付きナット94によってアンカー90に固定される。アンカー部材90は、該アンカー部材を炉心プレート開口部70内で降下させ、続いてナット94をタイロッドの端部に螺合させることによって設置される。ひび割れしたシュラウドを拘束するためにタイロッド64によって及ぼされる圧縮荷重経路が、シュラウドサポートプレート30をバイパスすることによって、シュラウドサポートシリンダ24と、該シュラウドサポートシリンダ24の上方の積層/溶接されたシュラウドシリンダとを直接貫通することが理解されよう。すなわち、タイロッド炉心シュラウド補修によって、シュラウドサポートプレート30に追加荷重は加わらない。
最初に設置すると、運転条件に移行する間の緩みおよび振動摩耗からアセンブリを保護するために、ナット66にトルクを加えることによって、小さい予荷重が加わる。アセンブリは、原子炉が運転条件まで温度上昇するときに、熱締付けによって必要な運転予荷重を獲得する。これが達成されるのは、ステンレス鋼製シュラウドの熱膨張係数が、タイロッドアセンブリで使用される材料、通常はInconel合金X−750およびXM−19ステンレス鋼の熱係数よりも大きいからである。
以上から、タイロッド補修が、応力腐食割れによるシュラウドシリンダの周溶接接合部すべての不具合を仮定して、その周溶接接合部すべての構造機能に取って代わる、必要な垂直および横方向拘束機構を統合することが理解されよう。さらに、シュラウドサポートプレートで必要なタイロッドアンカー固定のための追加の局部荷重を支持できない程度まで、シュラウドサポートプレートの構造健全性が同様に損なわれている虞があるにも関わらず、タイロッド補修は、この機能を果たす。ゆえに、追加荷重を加えることなくタイロッドをシュラウドサポートプレートに貫通させ、該タイロッドをシュラウドサポートシリンダの底部にアンカー固定することによって、ひび割れしたシュラウドを拘束するためにタイロッドによって及ぼされる圧縮荷重経路は、シュラウドサポートプレートをバイパスして、シュラウドサポートシリンダおよび重ね合わされたシュラウドシリンダを直接貫通する。この配置は、また、前述の特許に記載されているのと同一の炉心のアライメントおよび横方向支持も達成する。
本発明について、現時点で最も実用的かつ好ましいと考えられる実施形態に関して説明したが、本発明をここに開示した実施形態だけに制限しようとするものではなく、むしろ、本発明が冒頭の特許請求の範囲の精神および範囲内に含まれる様々な修正形態および等価の配置に及ぶことが意図されていることを理解すべきである。
10 RPV
12 ボトムヘッド
14 トップヘッド
16 RPVシェル
20 シュラウド
22 原子炉心
24 サポートシリンダ
26 シュラウドヘッド
28 アニュラス
30 サポートプレート
32 円形開口部
33 垂直支柱
34 ポンプアセンブリ
36 燃料集合体
38 気水分離器
40 蒸気乾燥器
42 蒸気出口
44 制御棒
46 案内管
48 制御棒駆動部
50 炉心プレート
52 トップガイド
60 上部サポート
62 シュラウドフランジ
64 タイロッド
66 タイロッドナット
68 ウェッジアセンブリ
70 穴
80 下部スタビライザアセンブリ
81 下部リミットストップアセンブリ
90 アンカー部材
92 フック
94 ねじ山付きナット
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66 タイロッドナット
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80 下部スタビライザアセンブリ
81 下部リミットストップアセンブリ
90 アンカー部材
92 フック
94 ねじ山付きナット
Claims (10)
- 原子炉圧力容器(10)とともにアニュラス(28)を画定する炉心シュラウドと、前記炉心シュラウドの下にある炉心シュラウドサポート(30)プレートおよびシュラウドサポートシリンダ(24)とを含んだ前記原子炉圧力容器内のシュラウド(20)を補修する補修装置であって、
前記炉心シュラウドに固定するための上部サポート(60)アセンブリと、
前記上部サポートアセンブリにその上端で固定された、前記アニュラス内を延びるタイロッド(64)と、
ウェッジが容器シェルに当接支承して、前記タイロッドのアライメントが下部シュラウドサポートシリンダに密接に隣接して通過できるようにする、下部スタビライザアセンブリ(80)と、
前記炉心シュラウドサポート(30)プレートの開口部(70)内を延びる前記タイロッドの下端と、
前記タイロッドの前記下端および前記シュラウドサポートシリンダ(24)に取り付けられた、前記シュラウドサポートプレートにほとんど荷重を負荷することなく前記シュラウドサポートシリンダおよび前記炉心シュラウドを貫通する圧縮荷重経路を可能にするアンカー(90)とを含む補修装置。 - 前記アンカーに、前記シュラウドサポート(24)シリンダと係合可能なフック(92)部材が含まれることを特徴とする請求項1記載の補修装置。
- 前記タイロッドの前記下端にねじ山が設けられており、前記アンカーと前記タイロッドとを互いに対して固定するために、ナット(94)が前記タイロッドの前記ねじ山付き下端に螺合されることを特徴とする請求項1記載の補修装置。
- 前記アンカーに、前記シュラウドサポート(24)シリンダと係合可能なフック部材(92)が含まれることを特徴とする請求項3記載の補修装置。
- 原子炉圧力容器(10)とともにアニュラス(28)を画定する炉心(20)シュラウドと、炉心シュラウドサポート(24)シリンダおよびプレート(30)と、前記炉心シュラウドを画定するシュラウドシリンダとを含んだ前記原子炉圧力容器内のシュラウドを補修する補修装置であって、
上部シュラウドシリンダに固定するための上部サポート(60)アセンブリと、
前記上部サポートアセンブリにその上端で固定された、前記アニュラス内を延びるタイロッド(64)と、
ウェッジが容器シェルに当接支承して、前記タイロッドのアライメントが下部シュラウドシリンダに密接に隣接して通過できるようにする、各タイロッドに取り付けられた下部スタビライザアセンブリ(80)と、
前記炉心シュラウドサポートプレートの開口部(70)内を延びる前記タイロッドの下端と、
前記タイロッドの前記下端および前記炉心シュラウドサポートシリンダに取り付けられた、前記シュラウドサポートプレートにほとんど荷重を負荷することなく前記シュラウドシリンダを貫通する圧縮荷重経路を可能にするアンカー(90)とを含む補修装置。 - 前記アンカーに、前記炉心シュラウドサポート(24)シリンダと係合可能なフック(92)部材が含まれることを特徴とする請求項5記載の補修装置。
- 前記タイロッドの前記下端にねじ山が設けられており、前記アンカーと前記タイロッドとを互いに対して固定するために、ナット(94)が前記タイロッドの前記ねじ山付き下端に螺合されることを特徴とする請求項5記載の補修装置。
- 前記アンカーに、前記炉心シュラウドサポートシリンダと係合可能なフック部材(92)が含まれることを特徴とする請求項7記載の補修装置。
- 原子炉圧力(10)容器とともにアニュラス(28)を画定する炉心(20)シュラウドと、炉心シュラウドサポート(24)シリンダおよびプレート(30)と、前記炉心シュラウドを画定する積層されたシュラウドシリンダとを含んだ前記原子炉圧力(10)容器内のシュラウドを補修する補修装置であって、
周囲で互いにほぼ均一に離隔された、前記シュラウドに固定するための複数の上部サポートアセンブリ(60)と、
前記上部サポートアセンブリにそれぞれその上端で固定された、前記アニュラス内を延びる複数のタイロッド(64)と、
ウェッジが容器シェルに当接支承して、前記タイロッドのアライメントが下部シュラウドシリンダに密接に隣接して通過できるようにする、前記タイロッドにそれぞれ取り付けられた複数の下部スタビライザアセンブリ(80)と、
前記炉心シュラウドサポートプレートの各開口部(70)内を延びる前記タイロッドの下端と、
各タイロッドの各前記下端および前記炉心シュラウドサポート(24)シリンダに取り付けられた、前記シュラウドサポートプレートにほとんど荷重を負荷することなく前記シュラウドシリンダを貫通する圧縮荷重経路を可能にするアンカー(90)とを含む補修装置。 - 各前記アンカーに、前記炉心シュラウドサポート(24)シリンダと係合可能なフック(92)部材が含まれることを特徴とする請求項9記載の補修装置。
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