JPH02221895A - 制御棒駆動ハウジングと原子炉圧力容器の接合構造 - Google Patents

制御棒駆動ハウジングと原子炉圧力容器の接合構造

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JPH02221895A
JPH02221895A JP1040191A JP4019189A JPH02221895A JP H02221895 A JPH02221895 A JP H02221895A JP 1040191 A JP1040191 A JP 1040191A JP 4019189 A JP4019189 A JP 4019189A JP H02221895 A JPH02221895 A JP H02221895A
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JP
Japan
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housing
tube
control rod
crd
stub tube
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Application number
JP1040191A
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English (en)
Inventor
Masayuki Asano
浅野 政之
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)

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】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は沸騰水型原子炉の制御棒駆動ハウジング(以下
CRDハウジングと呼ぶ)と原子炉圧力容器(以下圧力
容器と呼ぶ)との接合部に関する。
(従来の技術) 沸騰水型原子炉の出力は、圧力容器内の所定の位置にあ
る間隔で規則的に配置された燃料集合体の間に、中性子
吸収体を含んだ制御棒を抜き差しして調整される。制御
棒は制御棒案内管を軸方向に上下動されるものであり、
押し上げられて前記制御棒案内管から突出した部分が燃
料集合体間に挿入されて、中性子を吸収することにより
核***反応を制御する6制御棒の上下動は制御棒駆動機
構(以下CRDと呼ぶ)によってなされ、このCHDは
圧力容器底面を貫通するCRDハウジング内に収容され
ている。CRDハウジングは前記制御棒案内管を支持す
るとともに、CRDを収納するものであり、圧力容器底
面にスタブチューブを介して溶接接合されている。
第5図は従来のCHDハウジングと圧力容器との接合部
を示している。この図において、圧力容器1の底抜内面
にはスタブチューブ2の下端がその内周部、外周部にお
いて溶接されている。また、スタブチューブ2にはCR
Dハウジング3が挿入され、スタブチューブ2の上端は
前記CRDハウジング3と溶接されている。なお、図中
において4.5.6はそれぞれ溶接部を示している。
上記の接合部の構成において、CRDハウジング3は高
温強度と耐食性の点から、オーステナイト系ステンレス
鋼(SUS304TP、 Sυ53167Pまたはそれ
らの改良材)によって作られている。また圧力容器1は
低合金鋼によって構成されているが、その内面には耐食
性を考慮してステンレス鋼のライニング7が施されてい
る。なお、圧力容器1の内底面においては、スタブチュ
ーブ2との溶接接合を良くするため、上記ライニング上
にインコネル182のパターリングが施されである。
また、スタブチューブ2は熱膨張率がオーステナイト系
ステンレス鋼と低合金鋼の中間にあり、CHDハウジン
グ3と圧力容器1との熱応力緩和に有効で、しかも溶接
やその後の熱処理によってその性質がほとんど変化しな
い材料、たとえばインコネル600等のニッケル基合金
により作られている。
なお、CRDハウジング3とスタブチューブ2の溶接部
9(スタブチューブ上端)、スタブチューブ2と圧力容
器1との溶接部4(スタブチューブ内周部)、5(スタ
ブチューブ外周部)はそれぞれインコネル82、インコ
ネル182によって構成されている。
(発明が解決しようとする課題) 上記構成の接合部を具えた沸騰水型原子炉において、そ
の運転時には圧力容器内の冷却材は288℃、80気圧
の高温高圧水になっている。この時、CRDハウジング
3とスタブチューブ2との溶接部9には、以下の荷重が
作用する。CRDハウジング3の軸と平行に、制御棒案
内管、制御棒、CRD(いずれも図示しない)、CRD
ハウジング3の重量に加え、圧力容器1の底抜を貫通し
て容器外に突出したCRDハウジング3を圧力容器1外
に押し出そうとする高温高圧水の力も作用する。
また、CRDハウジング3は溶接部9やスタブチューブ
2より熱膨張が大きく、CRDハウジング3が溶接部9
やスタブチューブ2を押し拡げようとするため、溶接部
9には周方向に引張りの熱応力が作用する。この熱応力
は、溶接部9でもCRDハウジング3と接合している部
分で最も高い。
もちろん、溶接部9は前記した各作用力に抵抗しうるよ
うに設計されているが、高温高圧水の腐食環境下にある
ため応力腐食割れ(以下SCCと呼ぶ)を生じるおそれ
がある。現在、溶接部9の耐SCC信頼性については全
てが解明されているわけではなく、解明のため多くの研
究がなされている。
もし、溶接部9にSCCが発生し、これが溶接部9を貫
通することになれば、炉水が圧力容器1から漏洩するこ
とになり重大な事故の原因となることも考えられる。
原子炉の健全性維持は社会的に重要なことである。従っ
て、前記溶接部のSCC発生確率をわずかでも低下させ
ることは極めて重要である。
本発明は上記の事情に基づいてなされたもので。
CRDハウジングとスタブチューブの材料は従来のそれ
と同一にしたまま、前記溶接部の周方向熱応力を低下さ
せることによりその耐SCC信頼性を向上させたCRD
ハウジングと圧力容器との接合部を提供することを目的
としている。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 本発明の制御棒駆動ハウジングと原子炉圧力容器の接合
部は、圧力容器底抜に溶接接合したスタブチューブの上
部に開先を加工し、スタブチューブにGRDハウジング
を挿入し、位置決めを行なった後に、開先部に溶接金属
をスタブチューブ上部の高さとほぼ等しくなる程度に盛
って、CRDハウジングとスタブチューブを溶接接合し
たことを特徴とする。
(作用) 上記構成の本発明CHDハウジングと圧力容器の接合に
おいては、原子炉運転時にCRDハウジングとスタブチ
ューブの熱膨張差に起因して溶接部においてCRDハウ
ジングとの接触部に生ずる周方向の引張熱応力は、溶接
部の外周を占るスタブチューブのたがじめ効果により大
幅に低下する。
従って、圧力容器内にある前記溶接部のSCC発生の可
能性は大幅に低下し、炉水が漏洩して大事故につながる
おそれはなくなる。
(実施例) 以下に本発明によるCHDハウジングと圧力容器との接
合構造を第1〜第4図を参照して説明する。
第1図は本発明の一実施例を示すCRDハウジングと圧
力容器との接合部の縦断面図であり、第5図と対応する
部分には同一の番号を付しである。
この図において、溶接部6は予めスタブチューブ2に加
工された開先を充填し、その上面がスタブチューブ2上
面にほぼ等しくなる様に盛られている。溶接部6に作用
する周方向応力を考える。第2.3図は、本発明による
CRDハウジング3とスタブチューブ2の接合部を、C
HDハウジング3に対応する内筒11とスタブチューブ
2に対応する外周12の組合せ円筒へのモデル化を示し
たものである。外筒12の高さhは溶接部6の高さに等
しい、第6,7図は、従来のCRDハウジング3とスタ
ブチューブ2の接合部を、第2,3図と同様に組合せ円
筒へモデル化したものを示す、第6図のすみ自溶接部9
のモデル化によれば、外筒14の外径2r4をすみ自溶
接部9の止端部までと考えているため、外筒14に生ず
る周方向応力σt工を過小評価する。ただし、この様に
過小評価された応力σt、でも、後述する様に本発明の
モデル化における外筒12に作用する同様の応力σt2
より高いことを示すことができるため、第7図のモデル
化は説明上妥当である。なお、溶接部6,9の材質はス
タブチューブ2の材質とほぼ等しい。運転時にはCHD
ハウジング3内には炉水の圧力Pが作用すると共に、温
度が上昇し外CRDハウジング3、スタブチューブ2が
熱膨張する。ただし、CRDハウジング3の熱膨張係数
がスタブチューブ2の熱膨張係数より大きい。従って、
外周12.14には。
炉水の圧力Pと内筒11.13熱膨張力が内側から作用
することになる。CHDハウジング3の形状・寸法、材
質および運転温度・圧力は本発明による場合と従来型の
場合とで等しいため、炉水の圧力と内筒11.13の熱
膨張力は両者で等しく、これが内圧Pmとして外筒12
.14に作用するものと考えられる。内圧Pmが作用す
る円筒の内表面に発生する周方向応力σtは次式で与え
られる。
σt=(1+n”)Pa/(1−n”)  −・=  
(1)ここでnは円筒の内半径riと外半径r。の比で
ある。式(ト)の右辺分子(1+n”)は高々2である
ため、2と考える。すると外筒12.14に発生する周
方向応力σt□、σt2は次式で与えられる。
crtt=2Pm/(1nt”Lnx=ri’/ra 
   ”’  ■σt2=2Pm/(1nz”Lnt=
rz’/r4  ・=(Igここでr2’l ra’t
 r4’ は外筒12の内半径r2、外半径r3、外筒
14の外半径r4が運転時の温度上昇により熱膨張した
時の寸法である。
本発明による外筒12の外半径r3は従来型の外筒14
の外半径r4より大きいためO<nl<nx < 1が
成立する。従って、 σt工くσt2        ・・・・・・ (イ)
が成立する。これは本発明による外筒12に生ずる周方
向応力σt□が、従来型の外筒14に生ずる周方向応力
σt2より低いことを示している。従って、本発明によ
ればCHDハウジング3とスタブチューブ2の溶接接合
部に発生する周方向応力を従来より低下させることが常
に可能である。
第4図は本発明の他の実施例を示す図である。
本実施例は第1図の構造を基本にしており、溶接金属を
スタブチューブ2の上面にパターリング16しているこ
とを特徴としている。SCCは溶接金属の高応力部の他
に、スタブチューブ2の溶接止端部先端の熱影響部(以
下HAZと呼ぶ)に発生する可能性が高い。従って、H
AZの応力を低下させることはSCCを防止する上で重
要である。
従来構造(第5図)、第1図の構造および第4図の構造
において、HAZに発生する周方向応力σt□、σtz
 + σts′ は上記記号を用いると以下の式で与え
られる。
Pa    t、/  ’ σ。t=、n、□((π=)十〇工′) ・・・ ■r
i’>r4’のためσt2′〉σti′が成立する。又
、弐〇、(0において()の値はほぼ等しく、O<nt
<nt < 1であるためσtt’>σtz’が成立す
る。従って次式が成立する。
σt1′〉σt2′〉σti′       ・・・ 
■これはスタブチューブ2のHAZに作用する応力が、
本発明による第1図の構造では従来構造(第5図)より
低下し、第4図の構造によりさらに低下させることがで
きることを示している。
〔発明の効果〕
上記から明らかなように本発明の制御棒駆動ハウジング
と原子炉圧力容器の接合構造によると、制御棒駆動ハウ
ジングとスタブチューブの溶接部に作用する。炉水の圧
力と制御棒駆動ハウジングとスタブチューブの熱膨張差
に起因する周方向荷重は、溶接部の外周側にあるスタブ
チューブで分担できるため、溶接部の周方向応力を大幅
に緩和できる。従ってSCC発生条件の1つである応力
条件が除去または軽減されることになり、この溶接部の
耐SCC信頼性は著しく向上し、原子炉の健全性向上に
非常に有益である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第2図は第
1図の主要部の寸法を示す縦断面図、第3図(a)は本
発明の詳細な説明するためのCRDハウジングとスタブ
チューブのモデル化縦断面図、第3図(b)は第3図(
a)のm−m線矢視図、第4図は本発明の他の実施例を
示す縦断面図、第5図は従来の接合構造を示す縦断面図
、第6図は第5図の主要部の寸法を示す縦断面図、第7
図(a)は従来構造の溶接部に生ずる応力を計算するた
めのモデル化縦断面図、第7図(b)は第7図(a)の
■−■線矢視図である。 1・・・原子炉圧力容器   2・・・スタブチューブ
3・・・制御棒駆動ハウジング 4.5,6,9,15・・・溶接部 7・・・ライニン
グ8.10,17・・・熱影響部(HAZ)11.13
・・・内筒      12,14・・・外筒16・・
・バタリング 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同  第子丸 健 第1図 第 図 第 図 第 図 第 図 (CL) // 第 図 (b) 第 す 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 原子炉圧力容器底板を貫通する制御棒駆動ハウジングと
    、前記底板内面に前記制御棒駆動ハウジングを包囲して
    設けられ下端で原子炉圧力容器底板とまた上端で制御棒
    駆動ハウジングと溶接接合されたスタブチューブとを有
    する構造において、スタブチューブと制御棒駆動ハウジ
    ングの接合部溶接金属がスタブチューブの上面と高さが
    ほぼ等しくなるように溶接接合したことを特徴とする制
    御棒駆動ハウジングと原子炉圧力容器の接合構造。
JP1040191A 1989-02-22 1989-02-22 制御棒駆動ハウジングと原子炉圧力容器の接合構造 Pending JPH02221895A (ja)

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JP1040191A JPH02221895A (ja) 1989-02-22 1989-02-22 制御棒駆動ハウジングと原子炉圧力容器の接合構造

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0693753A1 (fr) * 1994-07-19 1996-01-24 Jeumont Industrie Procédé de réalisation d'un joint d'étanchéité entre un mécanisme de grappe de commande et un adaptateur de réacteur nucléaire, et joint correspondant
JP2004170413A (ja) * 2002-11-18 2004-06-17 Babcock & Wilcox Canada Ltd 一体型ノズルを有する原子炉ヘッド
WO2013150750A1 (ja) * 2012-04-03 2013-10-10 株式会社 東芝 原子炉圧力容器の貫通部保護構造及び原子炉

Cited By (4)

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FR2722908A1 (fr) * 1994-07-19 1996-01-26 Jeumont Industrie Procede de realisation d'un joint d'etancheite entre un mecanisme de grappe de controle et un adapteur de reacteur nucleaire, et joint correspondant
JP2004170413A (ja) * 2002-11-18 2004-06-17 Babcock & Wilcox Canada Ltd 一体型ノズルを有する原子炉ヘッド
WO2013150750A1 (ja) * 2012-04-03 2013-10-10 株式会社 東芝 原子炉圧力容器の貫通部保護構造及び原子炉

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