JPS5932888A - 核燃料集合体用のスペ−サ保持手段および下部タイプレ−ト取付け具 - 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】 発明の分野 本発明は一般に原子炉燃料集合体に関し、さらにくわし
くは下部タイプレート取付け構造に関する。

発明の背景 既知タイプの発電原子炉、例えば米国イリノイ州シカゴ
近郊のドレスデン原子力発電所で用いられている原子炉
では、複数の間隔をあけた燃料集合体を自己持続型核分
裂反応を行い得る配列に配置して炉心を構成している。

炉心を圧力容器に収容し、動作流体、例えば、冷却材お
よび中性子減速材両方として働く軽水中に沈める。各燃
料集合体は、上部および下部タイプレート間に支持され
た、酸化ウランや酸化プルトニウムのような適当な燃料
物質を入れた細長い被覆された燃料要素または燃料棒の
配列体を、代表的にはほゞ正方形断面の取外し可能な管
状流れチャンネルで囲んで構成する。燃料集合体は圧力
容器内に間隔をあけた配列で、上部炉心グリッドと下部
炉心リポートとの間に支持する。各燃料集合体の下部タ
イプレートにノーズピースを設け、このノーズピースを
リポートソケットにはめて加圧冷却材供給室と連通させ
る。ノーズピースには複数の開口が設けられ、これらの
開口から加圧冷却材が流れチャンネル内を燃料集合体を
通って上向きに流れて燃料要素から熱を除去する。この
タイプの燃料集合体の例が米国特許第３、６８９、３５
８号に示されている。燃料棒の例が米国特許第３、３７
８、４５８号に示されている。発電用原子炉についての
詳しい情報は、例えばＭ．Ｍ．ＩＩ−Ｗａｋｉｌ著「原
子力発電工学（Ｎｕｃｌｅａｒ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎ
ｅｅｒｉｎｇ）」（Ｍｃ Ｇｒａｗ Ｈｉｌｌ 刊、１９
６２年）に見られる。

代表的な燃料集合体は、要素の間隔をあけた８×８配列
体を上部および下部タイプレート間に支持してなる。要
素は長さ数フィート、直径０．５インチ程度であり、互
いに数分の１インチ間隔をおかれている。要素は端栓で
閉じられ、端栓の細長いシャンクが対応するタイプレー
トの支持空所にはまる。幾本かの要素の下部端栓シャン
クはねじが切られており、下部タイプレートに螺合する
。

要素の大部分は燃料棒であるが、内部位置の１個以上が
燃料なしの要素、例えば中空冷却材管（以下「水管（ｗ
ａｔｅｒ ｔｕｂｅ）」と称する）で占められる。この
水管は燃料集合体の内部領域での中性子減速を増す追加
機能を果たす。燃料棒を通過する適正な冷却材流れを確
保するために、燃料棒を固定された離間関係に維持し、
燃料棒が原子炉運転中に反ったり振動したりするのを防
止するのが重要である。このために、燃料集合体にその
長さに沿って複数の燃料棒スペーサを設ける。このよう
なスペーサの例が米国特許第３、６５４、０７７号に示
されている。

炉心の構造材量の量を最小にしながら燃料棒スペーサの
軸方向間隔を維持するのが重要である。

スペーサを保持するのを唯一の目的とする構造部材を用
いることが知られている。しかし、これは、構造材量が
非生産的に中性子を捕捉し、従ってこれを補償するのに
追加量の高価な燃料が炉心に必要となるので、望ましく
ない。１本または複数本の燃料棒上のラグなどとの係合
によりスペーサを軸方向に保持することも知られている
。しかし、スペーサ保持目的に燃料棒を用いると、燃料
棒のクラッディング厚さを最小にする必要の前に高温強
度の問題が出てくる。

スペーサを軸方向に保持する効果的かつ効率よい配置が
米国特許第３，８０２，９９５号に示されれおり、ここ
では燃料なしの要素（即ち水管）の１本から突出するラ
グとの係合によりスペーサを軸方向位置に保持する。水
管をまず最初スペーサに対してある方向に回転して、ラ
グが通り抜けの方位をとるようにし、次に所定の増分（
例えば１／８ターン）だけ回転してラグがロックまたは
捕捉方位をとるようにする。

燃料バーンアップ照射を高める（即ち、燃料集合体の炉
心での滞留時間を長くする）傾向が続くにつれて、スペ
ーサ保持用水管の使用に伴う潜在的問題が 現れている
。その問題とは、水管と燃料棒との軸方向伸長に差があ
るので、水管の上部または下部端栓シャンクがその支持
空所からはずれる可能性があることである。

炉心の高温、高中性子およびガンマ照射環境下で、燃料
棒および水管ともに永久的な軸方向全長と熱膨脹に遭遇
する。しかし、燃料棒の軸方向伸長（永久および熱的）
は、燃料要素被覆管の内部の燃料ペレットとの機械的相
互作用および被覆管金属が経験する高い温度の為に、水
管より著しく大きい。照射または露出が大きければ大き
い程、軸方向伸長が大きくなり、より適切な表現をすれ
ば燃料棒と水管との伸長差が大きくなる。この伸長差の
結果として水管の端栓シャンクがはずれる可能性がある
。このようなはずれが起ると、水管のこうして支持のな
くなった端部が、冷却材流れに誘起された振動を受け、
水管が隣接する燃料棒に接触し傷をつける。

この問題を解決する方法の一つが米国特許出願第２５８
，６３９号（１９８１年４月２９日出願）「冷却材伝達
管を有する核燃料集合体」に開示されている。簡単に説
明すると、この方法では水管の上部および下部端栓シャ
ンクを延長する。下部端栓シャンクの必要な延長量を最
小にするために伸縮ばねの数ターンの間隔を近くしてば
ねの圧縮長さを増すか、上部端栓シャンクに段付直径を
与えて上部端栓シャンクの下方部分が上部タイプレート
の支持空所に入り得ないようにすることによって、水管
の上方移動を制限する。

スペーサがはずれるのを防止するために、下部端栓シャ
ンクおよび下部タイプレートの対応支持空所の横断面を
非円形とすることにより、スペーサ保持水管を回転しな
いように拘束する。ノーズピースに流れる冷却材の乱流
に起因して生じる恐れのある延長された下部端栓シャン
クの振動を防止するために、下部タイプレートに下方に
延びるボスを形成し、該ボスにより延長された下部端栓
シャンクをほゞ包囲する。水管の下部端栓に円錐台形部
分を設け、これを下部タイプレート支持空所の上方部分
に設けた円錐台形シートに着座させることによって、下
部端栓シャンクの横方向移動を防止する。

従ってこの方法は、上部および下部端栓シャンクいずれ
かが対応する支持空所からはずれるのを防止するが、水
管の端栓シャンクおよび支持空所と燃料棒のそれらとの
間に数多くの異なる設計を要するという犠牲を伴うこと
になる。

発明の要旨 本発明は、伸長差から生じる端栓シャンクのはずれをほ
ゞ防止するとともに、燃料を含む要素と燃料を含まない
要素との間の端栓シャンクおよび支持空所の相違をでき
るだけ少なくした燃料集合体構造を提供する。

広義には、この目的を達成するために、燃料を含まぬ要
素（代表的には水管）の下部端栓シャンクおよび対応す
る支持空所にテーパ付きのはめ合い可能なねじを切る。

これにより、ラグの係合および捕捉方位両方を包含する
のに十分な方位範囲にわたって緊密な締りばねを達成す
る。仮締め工程で水管を下部タイプレートと螺合する。

この仮締め工程では、第1締めしろ増分（例えば１／４
ターン）を確保する第１トルクレベルに最初に組立て、
部品を組立てのために心合わせするのに必要な、即ち、
保持ラグがスペーサグリッドを抜けるように追加の回転
増分（１／４〜１ １／４ターン）だけさらに締め付け
、そして水管の保持ラグがスペーサの分割棒を捕捉する
ように所定の回転増分（１／８ターン）だけ最後に締め
つける。

従ってテーパ付きのネジ連結は、幾何学的考察により規
定される範囲（上例では５／８〜１ ５／８ターン）内
の締めしろを有することで特徴付けられる。

しかし、ねじ付き連結は、上記範囲内の任意の配向が次
の２つの条件を満たすような形状をとりうることを確か
めた。第１に、下限が室温での組立て中に十分な締めし
ろを与え、従って燃料集合体が運転条件（５５０°Ｆ）
下にあるときでも、雌ねじの熱膨脹に差があっても、ね
じ付き連結を振動を受け易くするような許容し得ないゆ
るみをもたらさないようにしなければならない。第２に
、上限はねじを剪断するような機械的損傷を与えるよう
な締めつけトルクを必要としないものでなければならな
い。

上部端栓シャンクを円形でない横断面形状として、ラグ
が捕捉方位に入った後水管の回転を防止することができ
る。しかし、締りばめが運転条件下でも持続し、これが
通常回転を防止するのに十分である。

本発明は、水管（従ってスペーサ）を下部タイプレート
に対し（確実に軸方向にロックする。その結果、軸方向
伸長差の範囲に関する知識はすべて上部端栓シャンクを
調べることで得られる（水管の持上がる可能性に関して
不確定性がないので）。上部タイプレートの上方から燃
料集合体を検査する方がはるかに容易である。その理由
は、邪魔になるノーズピースがないからであり、また燃
料集合体の検査が水中下で遠隔的に行われるからである
。そのほかに、確実な軸方向ロックにより下部端栓シャ
ンクの延長が不要となり、高価な材料を節約でき、更に
下部タイプレート支持空所に延長ボスを設ける費用を節
約できる。

本発明により、水管の特殊形状の部品の数を最小限にで
きることも理解できるであろう。さらに具体的には、軸
方向ロックがなされているので、上向き移動を限定する
べく段付き上部端栓シャンクを設けたりばねの密着高さ
を増加したりする必要がない。丸棒状の上部端栓シャン
クを用いる実施例の場合、上部タイプレートに特殊なブ
ローチ加工の支持空所を設ける必要がない。上部端栓シ
ャンクに円形でない横断面を採用した場合でも、ノーズ
ピースに邪魔される下部タイプレートより上部タイプレ
ートの非円形空所をブローチ加工する方が、容易である
。さらに、水管用の雌ねじはテーパをつける必要がなく
、燃料棒用ねじ切り支持空所と同じ輪郭とすることがで
きる。

本発明の特徴および利点を一層わかりやすくするために
、以下に図面を参照しながら本発明の実施例を説明する
。

好適実施例の説明 第１図は本発明の水管／下部タイプレート取付け構造を
使用した燃料集合体１０を一部断面にて示す立面図であ
る。燃料集合体１０は複数の燃料棒１２を含み、これら
燃料棒１２は骨組み上部タイプレート１５および下部タ
イプレート１７間に支持されている。燃料棒１２は複数
個の燃料棒スペーサ２０を貫通し、スペーサ２０は中間
の横方向指示を与え、細長い燃料棒を所定間隔に保持す
る。

各燃料棒１２は適当な被服材料（例えばジクコニウム合
金）の細長い管で形成され、その被覆内に核***性燃料
および他の物質（例えば燃料親物質、可燃性吸収物質、
不活性物質など）を収容している。管は上部端栓２２お
よび下部端栓２３で密封されている。各上部端栓２２に
はシャンク２５が、各下部端栓２３にはシャンク２７が
それぞれ設けられている。上部タイプレート１５には支
持空所３０が８×８の正方形配列で形成されて上部端栓
のシャンク２５を受け入れ、下部タイプレート１７には
支持空所３２が同様の配列で形成されて下部端栓のシャ
ンク２７を受け入れる。

下部タイプレート１７の支持空所３２のうち幾つかには
ねじが切られて下部端栓のねじ切りシャンク２７′を受
け入れる。同じ燃料棒の上部端栓のシャンク２５は延長
されて、上部タイプレート１５の対応支持空所３０を完
全に貫通し、突出部分にねじが切られ止めナット３５が
螺合される。止めナット３５はロック用目付ワッシャ３
７により回転しないように固定される。各燃料棒１２に
は伸縮コイルばね４０がはめられ、ばね４０が上部タイ
プレート１５をナット３５に上向きに押付ける。このよ
うにして、上部タイプレート、下部タイプレートおよび
燃料棒が単体構造に形成されている。

下部タイプレート１７の骨組状構造を第２図の部分斜視
図に示す。具体的には、下部タイプレート１７は鋳造に
より形成され、多数の円筒形ボス４１をウェブ部分４２
で相互連結してなる。各ボス４１には穴が空けられて、
下部タイプレートの支持空所３２を区画する。ボス間の
領域は冷却材開口４３を区画する。下部タイプレート１
７にはノーズピース４４も一体に形成されている。ノー
ズピース４４は燃料集合体１０を原子炉の支持ソケット
（図示せず）に支持する。ノーズピース４４の先端には
複数の開口４５があけられて加圧冷却材が冷却材収容室
４７に流入でき、従って冷却材が骨組状下部タイプレー
ト１７の開口４３を通ってさらに燃料棒間を上向きに流
れる。

少数（代表的には１個または２個）の燃料棒位置は燃料
を含まぬ要素、好ましくは水管で占められる。このよう
な２本の水管を５０ａおよび５０ｂで示す。水管５０ａ
および５０ｂはその内部に冷却材が流れるようになって
おり、燃料集合体のほゞ中心位置に位置する。各水管は
適当な材料（例えばジルコニウム合金）の中空通水間で
形成される。水管５０ａ、５０ｂにはそれぞれ下部端栓
５２ａ、５２ｂおよび上部端栓５５ａ、５５ｂがはめら
れている。下部端栓５２ａ、５２ｂにはシャンク５７ａ
、５７ｂが、上部端栓５５ａ、５５ｂにはシャンク６０
ａ、６０ｂがそれぞれ設けられている。下部端栓のシャ
ンク５７ａ、５７ｂの下部タイプレート１７への連結が
本発明の主題であり、これについては後で詳述する。

第３図に移ると、水管の残りの特徴がよくわかる。水管
５０ａを図解するが、水管５０ｂも特に記載されていな
い以外は、同様の構成である。水管５０ａを通る冷却材
の流れを生むのは、下部端栓５２ａおよび同シャンク５
７ａの中心冷却材穴６２（なくてもよい）、水管の下部
領域の１個以上の入口オリフィス６５、水管の上部用域
の１個以上の出口オリフィス６７、および上部端栓５５
ａおよび同シャンク６０ａの中心穴７０（なくてもよい
）である。水管５０ａには多数の対の半径方向に延材す
るスペーサ保持ラグ７２が設けられているが、水管５０
ａにはない。

次に第４Ａ、４Ｂ図に移ると、スペーサ保持ラグ７２が
スペーサ２０とどのように係合するかがわかる。好適な
スペーサが米国特許第３，６５４０７７号に開示されて
おり、この特許の開示を本明細書に採用する。簡単に説
明すると、スペーサ２０は１方向に延材する第１群の分
割棒７５とこれらに直角に延材する第２群の分割棒７７
とから形成され、従って燃料棒受入通路８０の方形格子
を区画し、これら通路８０のうち２つが水管で占められ
る。水管５０ａを第４Ａ図に示される通りに通路８０に
挿入し、保持ラグ７２が通路８０の対角線に沿って延材
するように第１方向に配向する。水管を下方に欠くスペ
ーサが対のラグ間に来るまで移動する。次に水管５０ａ
をこの第１（通り抜け）の方位から、ラグ７２が対応す
る分割棒７５を捕捉する第２（ロックまたは捕捉）の方
位まで方位回転する。水管のそれ以上の方位回転を阻止
すれば、ラグ７２はロック位置に留まり、スペーサ２０
の水管５０ａに対する軸方向の移動が阻止される。

前述したように、燃料集合体１０が炉心で照射されると
、燃料棒１２は水管５０ａ、５０ｂより大きく軸方向に
伸長（成長）する。この様な燃料棒の軸方向の伸長は上
部および下部タイプレート間の距離を増し、露出または
照射（即ち炉心での滞留時間）の関数である。燃料棒と
水管との間の伸長差が充分大きくなると、水管の上部お
よび／または下部端栓シャンクが対応する支持空所から
はずれる恐れがある。従って、水管端栓シャンクが対応
する支持空所からはずれないことが設計上の必要条件と
なる。そのほかに、水管５０ａに設けられたスペーサ保
持ラグ７２がそのロック位置に留まるために、水管５０
ａの下部端栓シャンク５７ａおよび対応する下部タイプ
レート支持空所にテーパ付きねじを切る。これを実現す
るもっとも好都合な方法は、支持空所に平行雌ねじを切
り端栓シャンクにテーパ付き雄ねじを切ることである。

これにより制作が簡単になる。なぜなら平行ねじは、燃
料棒下部端栓のねじ切りシャンク２７′を螺合するため
に下部タイプレート支持空所に形成するねじとおなじに
することができるからである。

以下に示すように、普通下部タイプレートとの締りばめ
は、水管の回転を防止するのに十分である。しかし、条
件によっては追加の回転の拘束を設けるのが望ましく、
そのためには、上部端栓シャンク６０ａ（但し６０ｂに
は不要）および対応する上部タイプレート支持空所に円
形でない横断面を与えるのがよい。六角形状を示してあ
るが、他の横断面形状でもよい。上部端栓シャンク６０
ｂは円形でない横断面形状を持たせる必要がないが、水
管部品の標準化の目的でそうしてもよい。

上部端栓の非円形横断面形状のシャンクが上部タイプレ
ートより上に露出していることに注意すべきである。あ
る条件下で許容範囲を超える振動が生じるとして、それ
は下部タイプレートで起り得ることで、上部タイプレー
トでの状況はまったく違っている。下部タイプレート１
７の両側での流れ特性を考えてみよう。下部タイプレー
ト１７より下側の室４７内の入口領域は、大きくなく４
〜６インチ）流体直径と流れ面積および通路形状の迅速
な変化とによって特徴付けられる。この結果、多量の流
体を横方向振動の駆動力としてまきこんだ局部渦が生じ
る確率が高くなる。下部タイプレート１７より上の流れ
は遷移流れで、完全に発達した流れにつながる。従って
、上部タイプレート１５に近づく流れは完全に発達した
流れプロフィールを有し、流体直径が小さく、条件がゆ
っくり変化している。上部タイプレートより上の流れは
遷移流れであるが、隣接燃料棒間の流れ通路を通る流れ
は通常緩衝帯となって、突出形状の端栓シャンクに大き
な横方向流体圧が加わるのを防止する。従って、上部領
域は、下部タイプレートに配置された突出形状シャンク
であったら起り得る種類の振動を受けない状態にある。

テーパ付きねじ連結への制約は次のように要約できる。

仮締め時に達成する締りばめの度合は、その締りばめが
運転条件下で継続するような十分なものでなければなら
ない。さらに、仮締め過程の間、水管を最初に通り抜け
の方位に配向し、次いでロックの方位に回転できるよう
に、初期の締りばめ度を超えて所定角度の回転を許す余
裕がなければならない。

本発明によりこれらの制約を満たすやり方を、特定の実
施例に関して以下に説明する。具体的実施例に用いた材
料および幾何学形状は次の通り。

下部タイプレート１７はタイプ３０４ステンレス鋼で形
成され、円筒形ボス４１が外形０．５０インチで、１／
１６インチアメリカ標準管平行雌ねじ（２７ねじ山／イ
ンチ、有効径０．２８インチ）を有す。下部端栓シャン
ク５７ａは／ｉｒｃａｌｏｙ−２ジルコニウム合金で形
成され、１／１６インチアメリカ標準管テーパネジ（２
７ねじ山／インチ、テーパ１／１６（直径）、外径０．
３１２５インチ、有効径０．２８インチ）を有する。

水管を下部タイプレートに取付ける仮締め手順は次の通
り。

（１）両部品を５インチ−ポンドのトルクに螺合する（
推定締めしろ１／４ターン）。

（２）両部品をさらに、保持ラグ７２を通り抜け位置に
もってくるのに必要な、１／４ターン以上１ １／４タ
ーン以下の増分だけ締めつける。

（３）スペーサ２０を所定位置に配置して、さらに１／
８ターンだけ締めつけてラグをロック位置にもってくる
。

従って仮締め手順には５／８〜１ ５／８ターンの締め
しろが必要である。以下に説明するように、好適な幾何
学形状および材料により、初期（室温）組立て時の０．
４１ターンの締めしろ以上の任意量のネジ締めしろに対
し、運転条件下での締りばめを達成する。さらに、端栓
に過応力を加えることなしに、１，７ターンまでの締め
しろがとれる。

ここで「Ｎ」がねじに加わる決線方向の力を表わし、「
Ｒ」がねじに加わる半径方向の力を表わすとする。第５
Ａ図を参照すると、ねじに加わる半径方向の力は法線方
向の力と同じ値を有する。

力の平均多角形が正三角形であるからである。このこと
は、半径方向の変位を計算するための半径方向の力がね
じに加わる法線方向の力と同じ値となることを意味する
が、ねじでの接触面積は等価の均一直径円筒の面積の２
倍である。従って、ねじ締めに抗する摩擦トルクは均一
直径円筒の場合と同じで、ただ摩擦係数が実際値の２倍
となる。

従って、 Ｔ＝２ｆａ２πａＬｐ(１) ここで、Ｔ＝トルク能 ａ＝ねじの有効径の半径 Ｔ＝摩擦係数 Ｌ＝ねじの係合長さ ｐ＝ねじの係合長さにわたっての平均接触圧力 これらのうち、次の値が知られている。

ａ＝０．１４インチ Ｔ＝０．２５ Ｌとｐは次のように計算できる。

以下の計算はＭ．Ｌ．Ｓｐｏｔｔｓ著、Ｔ機会要素の設
計（Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｍａｃｇｉｎｅ Ｌｌｃｍｅｎ
ｔｓ）１第二版（Ｐｒｅｎｔｉｃｅ Ｈａｌｌ刊）に基
づく。用語はハブおよびシャフトによる。「ハブ」はタ
イプレートボスであり、「シャフト」は端栓シャンクで
ある。本例では中実の端栓シャンクを用いる。中空なシ
ャンクでは下記式４で追加の項をとる。

ハブについてはその内面で、 σｒ＝−ｐ Ｕｈ＝２ａ／Ｅｈ(σｔ−Ｖｈσｒ） シャフトについては、 Ｕｓ＝−２ａｐ／Ｅｓ（１−Ｖｓ） ここでａ＝ねじのピッチ半径（ｉｎｃｈ）ｂ＝タイプレ
ートボスの半径（ｉｎｃｈ）σｒ＝ハブ半径方向応力（
ｐｓｉ） σｔ＝ハブ接線方向応力（ｐｓｉ） ｐ＝締りばめ圧力（ｐｓｉ） Ｖｈ＝ハブポアソン比 Ｅｈ＝ハブヤング率（ｐｓｉ） Ｕｈ＝ハブ直径変位（ｉｎｃｈ） Ｅｓ＝シャフトヤング率（ｐｓｉ） Ｖｓ＝シャフトポアソン比 Ｕｓ＝シャフト直径変位（ｉｎｃｈ） 次表にハブ材料（タイプ３０４ステンレス鋼）およびシ
ャフト材料（ジルカロイ２合金）についての材料パラメ
ータを示す。これらのパラメータは組立て時温度、即ち
７０°Ｆで計った値である。

寸法の調節により他の材料特性値が得られる。

項 値 Ｅｈ、ｐｓｉ ２８．３×１０６Ｖｈ
０．３０ αｈ、ｉｎ／ｉｎ°Ｆ＊ ９．５×１０６σｈ（降伏）
、ｋｓｉ ３１ Ｅｓ、ｐｓｉ １４×１０６
Ｖｓ ０．３２ αｓ、ｉｎ／ｉｎ°Ｆ＊ ３．９×１０６Ｔ
０．２５ ＊７０°Ｆから５５０°Ｆまでの膨脹 まず最初、タイプレートに１％の歪を与えるテーパねじ
の締めつけ量を求める。第５Ｄ図に示すように、歪約０
．１％を超えると直線でなくなるので、式２および３は
もはや成り立たない。３１ｋｓｉ降伏応力（０．２％降
伏）の場合、直径２ａで１％歪で３５ｋｓｉの値が推定
できる。直径２ｂでは歪は約２ａ／２ｈ×１％＝０．５
６％となり、対応する応力は約３３ｋｓｉである。これ
は１％歪増加で平均応力σ＝３４ｋｓｉである。対応す
る圧力は、５Ｃ図における力のバランスから、ｐ＝σ（
２ｂ−２ａ／２ａ）＝２６．７ｋｓｉである。これは端
栓に関する降伏応力より小さく、従って式４がまだ成り
立つ。

Ｕｓ＝−０．２８×２６７００／１４×１０６（１−０
．３２）＝−０．０００３６インチ１％タイプレート歪
（０．０１×０．２８＝０．００２８インチ）と組合せ
ると、合計締めしろは０．００２８−（−０．０００３
６）＝０．００３２インチ、即ち１．１３％である。

ねじのテーパは直径で１／１６であるから、幅方向の締
めしろは０．００３２×１６＝０．０５１２で、これは
式１中のＴに適切な値である。ｐがＬ全体にわたっての
平均値である必要があることに注意。タイプレートに平
行（テーパなし）ねじを用いるので、合計締めしろはＴ
にわたって直線的に減少する。第５Ｆ図は締めしろをグ
ラフとして示す。最大締めしろでの平均タイプレート応
力および圧力（ならびにタイプレートおよび端栓間の締
めしろ分布）の決定と同様に、もっと少ない量の締めし
ろでのこれらの値も、第５Ｆおよび５Ｅ図に示すように
、決定することができる。第５Ｅ図からｐは２２ｋｓｉ
であると推定される。

式１から Ｔ＝（２）（０．２５）（０．１４）（２π）（０．１
４）（０．０５１２）（２２０００）＝６９ｉｎ−ｌｂ Ｔ機械ハンドブック（Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｈａｎｄｂ
ｏｏｋ）Ｔによれば、１／１６インチ管用ねじの内径ｄ
は０．２４２インチである。標準シャフト式から、剪断
応力は −Ｕｈ−（−Ｕｓ）＝−０．０００５８−（Ｔ０．００
０３６）＝−０．０００９４インチ である。

運転温度での締めしろは−０．０００７５−（−０．０
００９４）＝＋０．０００１９インチである。ねじに加
わる対応圧力は、最大締めしろ位置で大体０．０００１
９／０．０００９４）（２６７００）＝５０００ｐｓｉ
である。

初期締めしろ圧力が （０．００７５／０．０００９４）（２６７００）＝２
１３ｐｓｉであるとき、ねじは運転条件下で丁度負荷な
し状態になる。第５Ｅ図からｘ／Ｅ０．３のときｐ＝２
１３００ｐｓｉである。

１／１６インチ管用ねじは１インチ当たり２７のねじ山
を有し、従ってＬ進めるターン数は２７１＝１．３８タ
ーンであり、０．３Ｌの場合には０．４１ターンである
。

端栓に６９ｉｎ−ｌｂ以上のトルクを与えるか、潤滑剤
をねじに付けるか、またはその両方を行うことによって
、初期締めしろの合計ターンを１１／２〜２ターンまた
はそれ以上の値に増加することができる。例えば、Ｌを
２５％増加すると、結果は次のようになる。

Ｌ→０．０６４インチ ターン数→１．７２ 合計締めしろ→０．００４インチ（１．４１％）ｐ→２
３ｋｓｉ Ｔ→９０．６ｉｎ−ｌｂ Ｐｍａｘ→２７．５ｋｓｉ τ（直線）→３２６００ｐｓｉ 正味締めしろ→０．０００２１インチ タイプレート最大歪→１．２８％ 運転温度でねじに加わる最大圧力→６０００ｐｓｉ潤滑
剤を使って摩擦係数を０．１９以下に下げると、トルク
も剪断応力も上記計算値より低くなる。

以上をまとめると、本発明が提供する簡単でしかも有効
な水管一下部タイプレート取付け構造は、下部タイプレ
ートで確実なロックを行い、水管と燃料棒との間の端栓
シャンクおよび支持空所の差を最小にすることがわかる
。以上が本発明の好適な実施例の十分かつ完全な説明で
あるが、本発明の要旨を逸脱せぬ範囲内で種々の変更、
別の構成および均等手段を使用できる。

従って上記計算はシャンクの標準テーパおよびタイプレ
ートポスの平行ねじに基づくが、他のタイプのねじを使
用できる。例えば、ポスに５／１６〜２４の平行ねじを
設け端栓に特別設計のテーパを設けて同様の特性を得る
ことができる。上記より浅いテーパであれば、所定の締
めしろ度合に対するターン数を多くすることができる。

テーパを１インチ当たりのねじ山数と反比例関係で定め
て、所定の締めしろ度合に対して同じターン数を保つこ
とができる。また、下部端栓シャンクに中心穴を加える
ことにより、所定の最大トルクに対して許される締めし
ろ量を増加する。

そのほかに、シャンクをタイプレートより大きな膨脹係
数を有する材料で作ると、組立て温度での締めしろ度合
が運転温度まで持続する。

さらに、上記好適実施例は水管５０ａについて円形でな
い上部端栓シャンクを有するものとして図示したが、締
りばめが運転温度で持続し、これにより追加の回転阻止
を不要とすることがわかる。

従って、上述した詳細な説明を、本発明の範囲を限定す
るものと解すべきではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃料集合体を一部断面にて示す立面図
、 第２図は下部タイプレートの一部の斜視図、第３図はス
ペーサ保持用水間を一部断面にて示す立面図、 第４Ａ、４Ｂ図は第３図の４−４線方向に見た断面図で
、水管のラグと燃料棒スペーサとの係合を示し、そして 第５Ａ〜５Ｅ図は締めしろ計算に関する図である。 １０・・・燃料集合体、１２・・・燃料棒、１５、１７
・・・上部、下部タイプレート、２０・・・スペーサ、 ２２、２３・・・上部、下部端栓、 ２５、２７・・・上部、下部端栓シャンク、３０、３２
・・・支持空所、４０・・・伸縮ばね、４１・・・ボス
、４３・・・冷却材開口、４４・・・ノーズピース、４
７・・・冷却材室、５０ａ、５０ｂ・・・水管、 ５２ａ、５２ｂ・・・下部端栓、 ５５ａ、５５ｂ・・・上部端栓、 ５７ａ、５７ｂ・・・下部端栓シャンク、６０ａ、６０
ｂ・・・上部端栓シャンク、７２・・・スペーサ保持ラ
グ、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、すくなくともいくつかが核燃料を取容し、各々にそ
   れぞれ軸方向に延びる上部および下部端栓シャンクを有
   する上部および下部端栓が取り付けられた複数の細長い
   要素と、 前記要素を互いに間隔をあけた配列関係に保持する複数
   の指示位置を提供し、前記要素の下部端栓シャンクを受
   容する支持空所が形成された支持格子を含む下部タイプ
   レートおよび前記要素の上部端栓シャンクを受容する支
   持空所が形成された上部タイプレートを含む支持手段と
   、 前記下部および上部タイプレートの間に配置されて前記
   要素を横方向に支持するスペーサと、前記要素の1つに
   固定されたスペーサ保持手段とを具え、 前記スペーサ保持手段を有する前記要素は前記スペーサ
   保持手段が前記スペーサを通り抜ける第1の方位と、前
   記スペーサ保持手段が前記スペーサを補足する第2の方
   位とを有し、前記スペーサ保持手段は前記要素の前記1
   つを第1の方位から第2の方位に方位回転したとき前記要
   素の前記1つに対する前記スペーサの実質的な軸方向変
   位を防止するように動作し、 前記要素の前記1つの下部端栓シャンクおよび前記下部
   タイプレートの対応する支持空所にテーパをもった係合
   可能なネジが切られ、 前記ネジが組立温度である締めしろ範囲にわたって係合
   可能で、前記範囲の下限が運転温度まで接続するのに十
   分に高くかつ前記範囲の上限が前記下部端栓シャンクへ
   の損傷を避けるのに十分に低く、前記範囲が前記ねじ同
   士の初期締りはめ係合、第1の方位への追加の回転およ
   び第2の方位への更に追加の回転を許すのに十分である
   ことを特徴とする核燃料集合体。 ２、前記要素の前記1つの上部端栓シャンクが円形でな
   い横断面を持ち、前記要素の前記1つに対する上部タイ
   プレートの支持空所が対応する形状に形成されて前記要
   素の前記1つの回転をさらに阻止する特許請求の範囲第
   １項記載の核燃料集合体。 3、前記要素の前記1つの上部端栓シャンクおよび前記上
   部タイプレートの対応する支持空所が円形であり、前記
   要素の前記1つ回転が係合可能なねじの締まりばめによ
   ってのみ阻止される特許請求の範囲第１項記載の核燃料
   集合体。 ４、前記係合可能なねじの相互テーパが前記要素の前記
   1つ下部端栓シャンクに切られたねじのテーパのみによ
   って与えられる特許請求の範囲第1項記載の核燃料集合
   体。 ５、前記要素の前記1つの上部端栓シャンクが他の要素
   のうち少なくともいくつかの上部端栓シャンクに較べて
   延長されている特許請求の範囲第1項記載の核燃料集合
   体。 ６、前記要素の前記1つが燃料なしの要素である特許請
   求の範囲第1項記載の核燃料集合体。