JP4672867B2 - ２つの同軸管状部品を連結する方法及び工具並びに用途 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、２つの同軸管状部品を連結する方法及びこれら部品を連結する工具に関する。
【０００２】
本発明の方法及び工具は、特に燃料集合体の案内管と案内管のエンドスリーブとを連結するのに用いられる。
【０００３】
水、特に加圧水で冷却される形式の原子炉の燃料集合体は、フレーム構造を有し、このフレーム構造内では、燃料棒が、全て互いに平行な束の形態で保持される。燃料集合体のフレーム構造は、燃料棒を規則正しい列の状態で横方向且つ軸方向に保持するスペーサグリッドと、燃料棒に平行であって束の内部の或る幾つかの特定の位置に配置された案内管と、エンドノズルとを有している。案内管は、燃料集合体のフレーム構造の構造要素となり、原子炉の制御棒クラスタの吸収棒を案内するのに用いることができ、これら案内管は、燃料棒の長さよりも大きな長さを有し、燃料集合体のノズルに固定できる端部を有している。燃料集合体の頂部ノズルに締結される案内管の上方端部は、実質的に遊びが無い状態で案内管の端部上に同軸状に嵌められたスリーブから成る場合がある。案内管のこれらエンドスリーブは、例えば、頂部ノズルが着脱自在な燃料集合体について、燃料集合体の頂部ノズルの開口部に嵌まるねじ付き部分又は可撓性ブレードを有するのがよく、ねじ付きスリーブを螺着することにより又は係止用スリーブを用いることにより案内管と燃料集合体を互いに連結できる。
【０００４】
案内管とそのエンドスリーブとの間の連結部は、案内管とスリーブが軸方向並進とこれらの共通軸線回りの回転の両方において動かないように設けられなければならない。この連結部は、案内管を形成する材料の性質、燃料集合体の構成要素を製造する方法及び燃料集合体を形成する構成部品に必要な機械的強度及び耐食性に鑑みて、溶接を用いないで形成されなければならない。また、案内管は、溶接を用いない方法により、スペーサグリッドのセルの貫通スリーブに組み付ける必要がある。
【０００５】
案内管と、案内管が嵌め込まれたスリーブを互いに連結するために、主として、案内管の材質とスリーブの材質が互いに異なっている場合、互いに嵌合状態にある案内管の壁とスリーブの壁を直径方向に拡張することにより連結する方法が提案された。
【０００６】
例えば、回転式ローラ拡張工具を用いることにより連続した環状領域に沿って直径方向拡張部を形成することが提案された。
【０００７】
かかる方法では、案内管に対するスリーブの回転に関し非常に良好な阻止具合を得ることができない。
【０００８】
案内管の接合領域とスリーブの接合領域において、案内管及びスリーブから半径方向外方に突出した突起を、軸方向に互いに間隔を置いた状態で組み立てられるべき部品の少なくとも２つの円周方向領域に形成することが提案された。組み付けられるべき管状部品の円周方向領域の各々において、少なくとも２つの半径方向に突出した突起、一般に４つの突起を、突起によって生じる変形部にマッチした管状部品の壁の部分により管状部品の円周に沿い互いに離隔した状態で形成する。この方法により、並進と回転の両方において動かないようになる管状部品相互間の良好な機械的連結部を管状部品の２つの円周方向領域に得ることができる。
【０００９】
この直径方向拡張部を得るため、主要構成要素としてスロットにより軸方向に互いに分離された４つの可撓性ブレードを含む管状拡張器と、拡張器の内部を軸方向に動き、それにより管状部品の壁の半径方向拡張により互いに連結されるべき管状部品内部でブレードを広げる切頭円錐形の作動用マンドレルとから成る工具が用いられている。
【００１０】
燃料集合体の案内管の各々に関する連結は、突起を管状部品の第１の円周方向領域及び第２の円周方向領域に連続して形成しなければならないので一般に時間がかかり且つ手際のいる作業である。拡張器を案内管の内部に配置することは、手際のいる作業である。というのは、突起を軸方向に非常に正確に差し向けた状態で整列させなければならないからである。管状部品を互いに良好に機械的に取り付けることができるようにするために、突起は一般に、管状部品の寸法に対して半径方向において相当な深さを有する状態で形成されなければならず、これにより、作業の困難性が増す。また、拡張作業中及びこの作業の後に生じる壁の材料の弾性挙動により、特に軸方向において遊び無く取付けを行うことは困難である。
【００１１】
さらに、案内管とスリーブは、変形領域相互間において表面積が減少し、これによりこれらの寸法特性が変化する。
【００１２】
したがって、本発明の目的は、互いに嵌合状態にある２つの管状部品をこれらの共通の軸方向においてこれらの長さの少なくとも一部にわたって連結する方法であって、管状部品の壁を半径方向に拡張することにより、互いに嵌合状態にある管状部品の部分において軸方向に互いに間隔を置いた管状部品の少なくとも２つの領域に、管状部品の中間壁の部分により管状部品の円周に沿って互いに離隔した状態で管状部品から半径方向外方へ突出した少なくとも２つの突起を生じさせる工程を含む方法において、非常に高い再現性を備えると共に突起の半径方向において小さく、それにより部品の表面積の減少を制限する突起深さを備えた状態で遊びの無い非常に効率的な機械的連結部を得ることができる方法を提供することにある。
【００１３】
この目的のため、管状部品の壁を半径方向に拡張することにより軸方向に間隔を置いた２つの領域に突起を同時に生じさせる。
【００１４】
本発明は又、管状部品を互いに連結する拡張工具であって、拡張器を有し、拡張器の可撓性ブレードが各々、ブレードの軸方向且つ長手方向に互いに間隔を置いた管状部品の壁に圧痕を生じさせる２つの突起を備えた拡張工具に関する。
【００１５】
本発明を一層よく理解するために、案内管とエンドスリーブとの間の連結部、本発明の方法によるこの連結部の形成及び連結部を形成する拡張工具につき添付の図面を参照して以下に例示的に説明する。
【００１６】
図１は、案内管の上方端部を構成する燃料集合体の案内管１の上方端部を示しており、案内管の上方端部には、エンドスリーブ２が係合状態で締結され、このエンドスリーブ２を介して、燃料集合体の頂部ノズルにねじ込まれた機械的連結部により案内管の取付けが可能になる。
【００１７】
案内管１は一般に、ジルコニウム合金で作られ、端部ノズル２は、これとは異なる材料、例えばステンレス鋼で作られるのがよい。
【００１８】
スリーブ２は、内径が実質的に案内管１の外径（１２〜１４mm）に等しい管状の本体２ａ及び直径方向に拡径されると共に雌ねじが設けられた端部２ｂを有している。インサートをスリーブ２の端部２ｂのねじ付き部分の内部にねじ込むことにより、案内管１の端部を燃料集合体の頂部ノズルに嵌め込むことができる。
【００１９】
案内管１とエンドスリーブ２は、同軸状に互いに嵌合状態にある２つの管状部品１，２の壁を管状部品１，２の軸方向において互いに離隔した２つの領域３，３′に関して変形させることにより、軸方向並進とこれらの共通軸線の回りの回転において２つの管状部品が互いに動かないように連結される。
【００２０】
２つの変形領域３，３′は同一なので、領域３についてのみ説明する。変形領域３は、管状部品１，２から半径方向外方に突出していて、各々が実質的に円環体（トーラス）の一部の形状をした４つの突起４（図１には２つの突起が見える）を有している。突起４は、管状部品１，２の軸線回りに互いに９０°の間隔を置いて配置され、スリーブ２の壁及び端部２ｂまでスリーブ２に嵌め込まれた案内管１の壁を拡張することにより形成される。
【００２１】
変形領域、例えば変形領域３又は３′の２つの連続した突起４は、突起４相互間に配置されていて、突起４の変形を許容する２つの管状部品の壁の一部５によって分離されている。
【００２２】
本発明の方法により図１に示す連結部を形成するため、案内管１をスリーブに嵌め込み、次に、以下に説明する単一の作業で２つの部分１，２の領域３，３′を拡張する。
【００２３】
本発明の方法は、以下に説明する拡張工具を用いて実施される。
【００２４】
拡張工具は主要構成要素として、図２及び図３に示す拡張器と、図４に示す拡張器を作動させるためのマンドレルとを有している。
【００２５】
図２及び図３に示されていて、全体を符号６で示された拡張器は、第１の部分６ａが実際の拡張器を構成する管状の細長い本体と、工具を工具支持体に取り付ける部分、すなわち第２の端部６ｂとを有している。拡張器６の部分６ａはその端部のうち一方に、拡張ヘッド７を有し、この拡張ヘッドを介して、管状部品の内部において、凹んだ状態の圧痕がこれらの内面に形成されると共に半径方向に突出した突起がこれらの外面に形成される。
【００２６】
実際の拡張器を形成する部分６ａでは、拡張器６の本体は、拡張器６の軸方向且つ長手方向に位置した４つの可撓性ブレード８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを形成している。
【００２７】
ブレード８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄは、拡張器の本体の管状壁を切削加工して形成された部分から成る。拡張器の管状本体の壁は、４つのスロット９を有し、スロットは各々、拡張器の２つの連続したブレードを互いに分離すると共に拡張ヘッド７の端部と拡張器の支持部分６ｂの近くの領域との間で拡張器の本体の部分６の最も大きな長さにわたって延びている。拡張ヘッド７に対向した端部が拡張器の本体に固定されたブレード８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを、互いに分離すると拡張部を生じさせることができ、この場合、可撓性ブレードの各々は、弾性曲げによって変形される。
【００２８】
半径方向におけるブレードの分離は、図４に示す切頭円錐形マンドレル１０を牽引方式により拡張ヘッド７の中央ボア内へ導入することによって得られる。
【００２９】
拡張本体６の部分６ａは案内管の内径よりも小さな外径を有し、拡張器を、案内管に連結されるべきエンドスリーブが同軸位置で嵌着された案内管の内部に導入することができるようになっている。拡張ヘッド７を、スリーブの内部に係合した案内管の部分に導入する。その目的は、拡張して圧着させることにより案内管とスリーブを連結することにあり、これついては以下に説明する。
【００３０】
図２及び図３で分かるように、拡張器６のブレード８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄの各々は、拡張ヘッド７を構成するその端部が、案内管の壁及びエンドスリーブの壁に２つの圧痕及び突起を同時に形成する作業に適合した輪郭形状を有している。ブレード８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄは各々、その端部に、実質的にドーナッツ形状又は円環体のセグメントの形状をしていて、拡張器のヘッド７から外方に突出した第１及び第２の拡張突起１１，１１′を有している。
【００３１】
拡張ヘッドの軸方向断面図である図３は、ブレード８ａ，８ｃの端部の外面の子午面輪郭を示しており、その突起１１，１１′は、拡張器６の軸方向に距離ｄだけ離れた２つの起伏部を形成している。種々の連続したブレード８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄの第１及び第２の突起１１，１１′は、拡張器６の第１及び第２の円周方向線に沿って整列すると共にそれぞれ距離ｄだけ離れた２つの拡張器横断面に関して心出しされている。
【００３２】
管状部品１，２を互いに効率的に嵌合させるために管状部品１，２を拡張して圧着させる作業に適合した突起１１，１１′の子午面輪郭は、例えば、中央部分、第２の突起に差し向けられた内側部分及びこれと反対側の外側部分を有し、これら３つの部分は湾曲している。
【００３３】
突起の子午面輪郭の３つの部分は、この輪郭の変曲点のところで互いに連結されており、突起の中央部分は、拡張器から外方に凸状であり、内側部分及び外側部分は、外方へ凹状である。
【００３４】
拡張器のブレードの連続した突起１１，１１′から成る２つの対は、スロット９によって分離され、１対の連続した突起１１は、１対の連続した突起１１′と一緒になって、スロット９により分離された４つの部分に実質的に円環体状の変形表面を構成する。
【００３５】
拡張器のブレードをそのヘッド７がエンドスリーブに嵌め込まれている案内管の一部の内部に配置された状態で拡張すると、アクチュエータ１０に及ぼされた牽引力により外方に動かされた拡張器のブレードの各々の突起１１，１１′は、接触状態にある案内管の壁及びスリーブの壁に、案内管及びスリーブの２つの円周方向に沿って整列した圧痕を形成する。凹み状態の圧痕を案内管及びスリーブの内面に形成した結果として、スリーブ及び案内管の外面に突起が形成されることになり、これら突起は、互いに完全に嵌合するよう２つの円周方向線に沿って同時に形成される。
【００３６】
上述の円環体状の突起１１，１１′の輪郭が湾曲していることにより、案内管の壁及びスリーブの壁を構成する金属の漸次（しかしながら、非常に速い）変形を生じさせ、かくして、形成中の２つの突起相互間に加わる引張応力を減少させることができる。
【００３７】
壁の変形により突起相互間の引張応力が生じることにより、形成終了時に金属の弾性戻り部に形成された突起相互間に場合によっては生じたままの軸方向の遊びを無くすことができる。
【００３８】
管状部品に円周方向の突起を２列同時に形成することに関連した上述の利点により、管状部品の拡張中に生じる突起の圧痕の深さを制限しながら満足の行く管状部品の捕捉及び係止効果を得ることができる。このようにすると、突起の円周方向列の各々を次々に形成する方法と比べ、管状部品に形成される突起の高さをかなり減少させることができた。連結強さが同じである場合、圧痕又は突起のこの深さを２０〜４０％減少させることができた。かくして、突起相互間に存在する金属の応力が減少し、それ故に表面積の減少度が小さくなった。
【００３９】
当然のことながら、２列の突起を管状部品に同時に形成するためには、大きな力を工具に加えて作動用マンドレルを拡張器の内部で移動させることが必要である。
【００４０】
軸方向におけるアクチュエータの移動中、円錐形アクチュエータと拡張器の相互接触面が焼き付く恐れを防ぎ、他方、工具の部品がそれぞれの機能を発揮できるようにする機械的性質を工具部品に与えるために、アクチュエータ又は円錐形マンドレルは例えば、６５Ｈ_R Ｃよりも高い硬さを備えるために処理（treated）構造用鋼で作られ、硬さが例えば２，５００〜４，０００Ｈ_V の炭素添加窒化チタン（ＴｉＮ）の層で被覆されたものであるのがよい。
【００４１】
拡張器は、硬さが５５Ｈ_R Ｃよりも高く、硬質クロムめっきから成る外側皮膜が施された処理構造用鋼から作られたものであるのがよく、この外側皮膜の硬さは、少なくとも８５０Ｈ_V に等しい。拡張器６及び円錐形アクチュエータ１０を有する単一工具を装備した機械を用いるのがよく、或いは、これとは対照的に一組の拡張工具を同時に作動させることができる自動機械を用いてもよい。２４個の工具を装備したかかる機械は、燃料集合体の２４本の案内管でのエンドスリーブの圧着を同時にしかも一作業で行うことができる。
【００４２】
したがって、本発明は、燃料集合体の構成部品を製造する範囲内で再現性を相当高めることができ、管状部品の壁の拡張部分の高さを減少させることができ、したがって、これら管状部品中の応力を減少させることができるという利点を奏する。さらに、拡張部分又は突起相互間の管状部品の表面積の減少が防止され、これにより、管状部品の壁を拡張ブレード相互間で保持するための分岐部を備えていない拡張器でも拡張作業を実施することができる。
【００４３】
また、本発明の方法及び工具により、応力が制限されるので、連結中の管状部品について高い機械的特性を保持することができる。
【００４４】
当然のことながら、本発明は、説明の対象となった実施形態に厳密に限定されるものではなく、例えば、４つ以外の多数のブレードを有する拡張工具を用いることができる。しかしながら、工具は、各々が２つの突起を有する少なくとも２つのブレードを有することが必要である。
【００４５】
本発明は、燃料集合体の案内管と、これら案内管が嵌め込まれたスリーブとの連結だけでなく、同軸管状部品の機能及び目的が何であれ、これらを連結する全て場合に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の方法によって案内管に締結されたスリーブを備える案内管の端部の斜視図である。
【図２】 本発明の方法を実施するための拡張工具の拡張器の斜視図である。
【図３】 拡張器の端部の拡大軸方向断面図である。
【図４】 拡張器の作動用マンドレルの側面図である。

Claims (3)

1. 水冷却型原子炉の燃料集合体の案内管（１）と、エンドスリーブ（２）とを連結する方法であって、
   前記エンドスリーブ（２）は、内径が前記案内管（１）の外径に等しい管状本体（2a）と、直径方向に拡径され、且つ、雌ねじが設けられた端部（2b）とを有し、前記案内管（１）とエンドスリーブ（２）は管状でありかつ同軸状にあり、前記案内管（１）を前記エンドスリーブ（２）に遊びのない状態で嵌め込み、互いに嵌合状態にある前記案内管（１）と前記エンドスリーブ（２）は、これらの共通の軸方向において、これらの長さの少なくとも一部にわたって連結され、
   互いに嵌合状態にある前記案内管（１）と前記エンドスリーブ（２）の部分において軸方向に互いに間隔を置いた前記案内管（１）と前記エンドスリーブ（２）の少なくとも２つの領域で、前記案内管（１）と前記エンドスリーブ（２）の壁を半径方向に拡張することによって、前記案内管（１）と前記エンドスリーブ（２）の中間壁（５）の部分によって、前記案内管（１）と前記エンドスリーブ（２）の円周に沿って、互いに離隔した状態で前記案内管（１）と前記エンドスリーブ（２）から半径方向外方へ突出する少なくとも２つの突起を作ることを含み、このエンドスリーブ及び案内管の外面に形成された突起は、凹み状態の圧痕を案内管及びエンドスリーブの内面に形成した結果として形成され、
   軸方向に間隔を置いた２つの領域において前記案内管（１）と前記エンドスリーブ（２）の壁を半径方向に拡張することによって、突起（４）を同時に作る方法。
2. 水冷却型原子炉の燃料集合体の案内管（１）と、エンドスリーブ（２）とを連結する工具であって、
   前記エンドスリーブ（２）は、内径が前記案内管（１）の外径に等しい管状本体（2a）と、直径方向に拡径され、且つ、雌ねじが設けられた端部（2b）とを有し、前記案内管（１）と前記エンドスリーブ（２）は、管状でありかつ同軸状にあり、前記案内管（１）は前記エンドスリーブ（２）に軸方向におけるこれら部品の長さの少なくとも一部にわたって遊びのない状態で嵌め込まれており、前記工具は、
   外径が内側の前記案内管（１）の内径よりも小さな管状本体を備えた拡張器（６）を有し、前記管状本体は、前記軸方向におけるその長さの一部にわたって、スロット（９）を有し、該スロット（９）は、前記管状本体の壁を貫通し、拡張ヘッド（７）を形成する異形端部を備えた少なくとも２つの可撓性ブレード（８a、８b、８c、８d）を構成し、
   前記拡張器（６）の内部を軸方向に変位させることによって前記拡張器（６）の前記ブレード（８a、８b、８c、８d）を広げる円錐形アクチュエータ（１０）を有し、
   前記拡張器のブレード（８a、８b、８c、８d）が各々、その前記異形端部に、前記拡張器の軸方向に互いに距離（d）を置いた第１の突起（１１）と第２の突起（１１′）とを有し、前記拡張器（６）の前記可撓性ブレード（８a、８b、８c、８d）の前記第１の突起（１１）及び第２の突起（１１′）が、前記拡張器（６）の外面の第１の円周方向線及び第２の円周方向線に沿って互いに整列されており、
   前記拡張器（６）の前記可撓性ブレード（８a、８b、８c、８d）が前記アクチュエータ（１０）によって広げられるとき、凹み状態の圧痕を前記案内管（１）及び前記エンドスリーブ（２）の内面に形成した結果として、前記エンドスリーブ（２）及び前記案内管の外面に突起が形成される、工具。
3. 前記拡張器（６）の可撓性ブレード（８a、８b、８c、８d）の端部の突起（１１、１１′）の各々が、円環体のセグメントの全体形状を有し、前記拡張器（６）から外方に凸状である中央部分と、前記拡張器（６）から外方へ凹状である２つの端部とを有する子午面輪郭を呈する、請求項２記載の工具。

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