(57)【要約】【課題】本発明は、原子炉の原子炉圧力容器内の配管を結合するための組立体及び方法に関する。【解決手段】第１，２継手部材（３８，　　４８）の円筒形フランジ（３４，　　５０）は複数の第１ピボット切込み（４４）を備える。この継手組立体は更に、第１及び第２円筒形弾性リング（３０）を備える。各弾性リングは、第１表面（７０）と対向する第２表面（７２）とを有する本体（７４）を備える。本体は、主ボア（９０）と該本体を貫通する複数のボルト孔（９２）とを備える。複数のピボット支承部（７６）が、第１表面（７０）から延びており、このピボット支承部の各々は、パイプセクションのフランジ切込みに係合するように構成されている。複数のボルト孔座（７８）が、第２表面に配置されかつボルト孔と同軸に位置合わせされている。【選択図】　　　図２
2004044798.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
その端部に配置された第１継手部材（３８）を備え、該第１継手部材が円筒形フランジ（３４）と球面凸状座部（３６）とを備え、前記フランジが複数の第１ピボット切込み（４４）を備える第１パイプセクション（１６）と、
その端部に配置された第２継手部材（４８）を備え、該第２継手部材が円筒形フランジ（５０）と球面凹状座部（５２）とを備え、前記フランジが複数の第２ピボット切込みを備え、前記凹状座部が前記第１凸状座部を受けるように構成されている第２パイプセクション（１８）と、
第１及び第２円筒形弾性リング（３０）と、
を含み、該弾性リングの各々が、
第１表面（７０）と対向する第２表面（７２）とを有し、かつ主ボア（９０）と複数の貫通ボルト孔（９２）とを備え、前記主ボアがそれを通してパイプセクションを受けるように構成され、前記ボルト孔がそれを通して締結具（３２）を受けるように構成されている本体（７４）と、
各々が前記パイプセクションのフランジ切込みに係合するように構成されている、前記第１表面（７０）から延びる複数のピボット支承部（７６）と、
各々が前記締結具の第１部分を受けるように構成されている、前記第２表面に配置されかつ前記ボルト孔と同軸に位置合わせされている複数のボルト孔座（７８）と、を含む、
ことを特徴とするパイプ継手組立体（２０）。
【請求項２】
前記ピボット支承部（７６）の各々が、それぞれのボルト孔（９２）にほぼ隣接していることを特徴とする、請求項１に記載のパイプ継手組立体（２０）。
【請求項３】
ボルト（３２）が、前記第１及び第２弾性リング（３０）のボルト孔（９２）を貫通して延びて、前記第１継手部材（３８）を前記第２継手部材（４８）に結合させることを特徴とする、請求項１に記載のパイプ継手組立体（２０）。
【請求項４】
前記ボルト（３２）の各々が各端部に球面支持部（９４）を含み、該球面支持部がボルト孔球面座（７８）に嵌合する大きさにされていることを特徴とする、請求項３に記載のパイプ継手組立体（２０）。
【請求項５】
前記ボルト孔（９２）が、前記ボルト（３２）の直径よりも大きい直径を有することを特徴とする、請求項１に記載のパイプ継手組立体（２０）。
【請求項６】
前記ボルト（３２）の各々が、前記ボルトの緩みを防止するクリンプナット（９６）を更に含むことを特徴とする、請求項３に記載のパイプ継手組立体（２０）。
【請求項７】
原子炉において、各々が少なくとも１つの切込みを含む第１パイプセクションのフランジ（３４）を第２パイプセクションのフランジ（５０）に結合するための継手弾性リング（３０）であって、
第１表面（７０）と対向する第２表面（７２）とを有し、かつ主ボア（９０）と複数の貫通ボルト孔（９２）とを備え、前記主ボアがそれを通してパイプセクション（１６、１８）を受けるように構成され、前記ボルト孔がそれを通して締結具（３２）を受けるように構成されている本体（７４）と、
各々が前記パイプセクションのフランジ切込みに係合するように構成されている、前記第１表面（７０）から延びる複数のピボット支承部（７６）と、
前記第２表面に配置されかつ前記ボルト孔と同軸に位置合わせされている複数のボルト孔座（７８）と、
を含むことを特徴とする弾性リング（３０）。
【請求項８】
前記弾性リングが、ほぼ円筒形であることを特徴とする、請求項７に記載の弾性リング（３０）。
【請求項９】
前記複数のピボット支承部（７６）が、前記弾性リングの第１表面（７０）の周りに円周方向に等間隔で配置されていることを特徴とする、請求項７に記載の弾性リング（３０）。
【請求項１０】
前記複数のボルト孔座（７８）が、ほぼ球面であることを特徴とする、請求項７に記載の弾性リング（３０）。
【請求項１１】
各々が前記ボルト孔座（７８）に嵌合する大きさにされた少なくとも１つの球面支持部（９４）を備える、前記ボルト孔（９２）の各々を貫通して延びるボルト（３２）を更に含むことを特徴とする、請求項１０に記載の弾性リング（３０）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に原子炉に関し、より具体的には、このような原子炉の原子炉圧力容器内の配管を結合するための組立体及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の原子炉圧力容器（ＲＰＶ）は、一般的にほぼ円筒形の形状を有しており、両端部において底部ヘッドと取り外し可能な上部ヘッドとにより閉じられている。一般的に、炉心側壁即ちシュラウドが、炉心を取り囲み、シュラウド支持構造体により支持されている。具体的には、シュラウドは、ほぼ円筒形の形状を有しており、炉心プレートと上部ガイドの両方を囲んでいる。円筒形の原子炉圧力容器と円筒形状のシュラウドとの間に、空間即ちアニュラスが配置されている。
【０００３】
沸騰水型原子炉は、例えば、ＲＰＶ全体にわたって水を移送するために利用される多数の配管システムを有する。公知の沸騰水型原子炉は、冷却材喪失事故の際に炉心へ冷却水を供給する炉心スプレーシステムを備える。配管、降水管、Ｔ−ボックス組立体、及び炉心スプレースパージャを含む、炉心スプレーシステムは、ＲＰＶ外部からＲＰＶ内部へ水を供給するために使用される。炉心スプレーシステムは、水を炉心に供給する。
【０００４】
応力腐食割れ（ＳＣＣ）は、例えば構造部材、配管、締結具、溶接箇所などの、高温水に曝される原子炉構成部品で発生することが知られている現象である。原子炉構成部品は、例えば、熱膨張差、原子炉冷却水の閉じ込めに必要な作動圧力、並びに、溶接、低温加工及び他の不均質な熱処理による残留応力などの原因に関連する様々な応力を受ける。更に、水質、溶接、熱処理及び放射能が、構成部品の金属にＳＣＣを一層生じ易くさせる可能性がある。
【０００５】
ＳＣＣ又は他の理由のため、炉心スプレースパージャ及びＴ−ボックス組立体などの原子炉内部配管は、時折交換する必要がある。炉心スプレースパージャを交換する場合、時として、降水管を含むＴ−ボックス組立体及び炉心スプレー配管の取り外し及び交換が必要となる。スプレースパージャ、Ｔ−ボックス、及び降水管の交換は、限られた作業空間、高放射能レベル、更に高放射性シュラウドへの溶接に関連した困難さによって複雑なものとなる。
【０００６】
炉心内部冷却材配管は、冷却水が原子炉容器に注入されるとき、漏洩防止性が維持されなければならない。パイプの内側を通して冷却水を注入すると、ボルト止めされたパイプ継手に対するパイプの熱収縮が生じる。継手ボルトに対するパイプの収縮によって、ボルト張力の低下が生じる可能性がある。ボルト張力の低下により、継手のシール着座力が減少し、そのことがシールの漏洩防止性を低下させる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
熱膨張差を吸収しかつシール着座力をなお維持する弾性コンプライアンスを得るために、普通、高強度の細長いＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）ボルトが使用される。Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）のボルト材料は、高応力において粒界応力腐食割れ（ＩＧＳＣＣ）を起こしやすい。したがって、ボルトの予荷重を注意深く制御して、冷却材注入時に加わる可能性がある着座力を制限するようにしなければならない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
１つの態様において、パイプ継手組立体が提供され、該パイプ継手組立体は、その端部に配置された第１継手部材を有する第１パイプセクションを含み、該第１継手部材は、円筒形フランジと球面凸状座部とを備える。フランジは、複数の第１ピボット切込みを備える。該組立体はまた、その端部に配置された第２継手部材を有する第２パイプセクションを含み、該第２継手部材は円筒形フランジと球面凹状座部とを備える。第２継手部材のフランジは複数の第２ピボット切込みを備え、凹状座部は第１凸状座部を受けるように構成されている。継手組立体は更に、第１及び第２円筒形弾性リングを含む。各弾性リングは、第１表面と対向する第２表面とを有する本体を備える。本体は、主ボアと該本体を貫通する複数のボルト孔とを備える。主ボアはそれを通してパイプセクションを受けるように構成され、各ボルト孔はそれを通して締結具を受けるように構成されている。複数のピボット支承部が第１表面から延びており、各ピボット支承部は、パイプセクションのフランジ切込みに係合するように構成されている。複数のボルト孔座が、第２表面に配置されかつボルト孔と同軸に位置合わせされている。各ボルト孔座は、締結具の第１部分を受けるように構成されている。
【０００９】
別の態様において、原子炉において、第１パイプセクションのフランジを第２パイプセクションのフランジに結合するための継手弾性リングが、提供される。各フランジは、少なくとも１つの切込みを含み、該弾性リングは、第１表面と対向する第２表面とを有する本体を備える。本体は、主ボアと該本体を貫通する複数のボルト孔とを備える。主ボアはそれを通してパイプセクションを受けるように構成され、各ボルト孔はそれを通して締結具を受けるように構成されている。複数のピボット支承部が第１表面から延びており、各ピボット支承部は、パイプセクションのフランジ切込みに係合するように構成されている。複数のボルト孔座が、第２表面に配置されかつボルト孔と同軸に位置合わせされている。
【００１０】
更に別の態様において、原子炉において２つのパイプセクションを結合する方法が、提供される。第１パイプセクションが、該第１パイプセクションの端部に配置された第１継手部材を備え、かつ円筒形フランジと球面凸状座部とを備える。フランジは、複数の第１ピボット切込みを備える。第２パイプセクションが、該第２パイプセクションの端部に配置された第２継手部材を備え、かつ円筒形フランジと球面凹状座部とを備える。第２継手部材のフランジは、複数の第２ピボット切込みを備え、凹状座部は第１凸状座部を受けるように構成されている。この方法は、第１弾性リングを第１パイプセクション上に着座させる段階と、第２弾性リングを第２パイプセクション上に着座させる段階と、少なくとも２つのボルトにより第１弾性リングを第２弾性リングに結合する段階とを含む。各弾性リングは、第１表面と対向する第２表面とを有する本体を備える。本体は、主ボアと該本体を貫通する複数のボルト孔とを備える。主ボアはそれを通してパイプセクションを受けるように構成され、各ボルト孔はそれを通して締結具を受けるように構成されている。複数のピボット支承部が第１表面から延びており、各ピボット支承部は、パイプセクションのフランジ切込みに係合するように構成されている。複数のボルト孔座が、第２表面に配置されかつボルト孔と同軸に位置合わせされている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下で、パイプ継手組立体を詳細に説明する。例示的な実施形態において、継手組立体は、球面座を有するボルトにより接合された２つの弾性リングを含む。弾性リングは、パイプ継手の対応するピボット座又は切込みに嵌合するピボット支承部を備える。ボルトとピボット支承部の配列は、リングをねじれ（トーション）状態に置き、継手接合部のコンプライアンスを最大にするような状態で曲げ荷重を与えて、熱膨張時におけるシール力の低下を最小にする。トーションリングは、ボルトのたわみ性の必要性を排除し、耐割れ性材料で製造された短いボルトを使用することを可能にする。
【００１２】
次に図面を参照すると、図１は、原子炉圧力容器（ＰＲＶ）１０の一部切断した状態の斜視図であり、該ＰＲＶは、シュラウド１２と原子炉内部パイプ１４とを含む。各パイプ１４は、第１パイプセクション１６と、第２パイプセクション１８と、パイプ継手組立体２０とを含む。
【００１３】
各第１パイプセクション１６は、第１端部２２及び第２端部２４を有し、また各第２パイプセクション１８は、第１端部２６及び第２端部２８を有する。各パイプ継手組立体２０は、第１及び第２弾性リング３０と締結具又はボルト３２とを含む。１つの例示的な実施形態では、各パイプ継手組立体２０は、少なくとも２つのボルト３２を含む。別の実施形態では、各パイプ継手組立体２０は、少なくとも４つのボルト３２を含む。
【００１４】
図２は、パイプ継手組立体２０の概略断面図である。第１パイプの端部２２は、フランジ３４と座部３６とを備える第１継手部材３８を含む。フランジ３４は、第１表面４０、第２表面４２、及び複数のピボット支承座又は切込み４４を備える。フランジ３４はほぼ円筒形であり、座部３６は、フランジの第１表面４０とフランジの第２表面４２と間で延びる。座部３６は、ほぼ球面凸状形状を有する。１つの例示的な実施形態では、第１パイプの端部２２は、第２パイプの端部２６に固定されるように構成されている。別の実施形態では、第１パイプの端部２２は、ノズル接合部（図示せず）に固定されるように構成されている。
【００１５】
第２パイプの端部２６は、フランジ５０と座部５２とを備える第２継手部材４８を含む。フランジ５０は、第１表面５６、第２表面５８、及び複数のピボット支承座又は切込み４４を備える。フランジ５０は、ほぼ円筒形である。座部５２は、フランジの第１表面４０とフランジの第２表面４２との間で延びる。座部５２は、ほぼ球面凹状形状である。例示的な実施形態では、第２パイプの端部の凹状球面座部５２は、第１パイプの端部の凸状球面座部３６に嵌合する大きさにされている。
【００１６】
図３は、弾性リング３０の平面図であり、図４は、弾性リング３０の４分の１部分の斜視図である。図２、図３及び図４を参照すると、各弾性リング３０は、第１表面７０と対向する第２表面７２とを有する本体７４を含む。弾性リング３０は、粒界応力腐食割れ（ＩＧＳＣＣ）を起こしにくい何らかの適当な材料で製作される。例示的な実施形態では、各弾性リング３０は、ＸＭ−１９タイプのステンレス鋼で製作される。ＸＭ−１９タイプのステンレス鋼は、高強度を与え、最小の寸法及び重量を可能にし、滑動面間のかじりに対する耐性がある。
【００１７】
弾性リングの第１表面７０は、該第１表面から延びる複数のピボット支承部７６を備える。１つの例示的な実施形態では、各弾性リング３０は、４つのピボット支承部７６を備える。別の実施形態では、各弾性リング３０は、少なくとも２つのピボット支承部７６を備える。１つの例示的な実施形態では、ピボット支承部７６は、第１表面７０の周りに円周方向に等間隔で配置される。しかしながら、別の実施形態では、ピボット支承部７６は、第１表面７０の周りに円周方向に均一でない間隔で配置される。ピボット支承部７６は、フランジのピボット切込み４４内に着座できる大きさにされる。
【００１８】
弾性リング本体７４は、主ボア９０と該本体７４を貫通する複数のボルト孔９２とを備える。主ボア９０は、パイプ端部２２及び３６を受けるような大きさにされかつ構成されている。１つの例示的な実施形態では、本体７４は、少なくとも４つのボルト孔９２を有し、別の実施形態では、弾性リング本体７４は、少なくとも２つのボルト孔９２を有する。別の実施形態では、本体７４は、ピボット支承部７６の数に等しい数のボルト孔９２を有する。各ボルト孔９２は、ボルト３２を受けるような大きさにされかつ構成されている。弾性リングの第２表面７２は、ボルト孔９２と同軸に位置合わせされたボルト孔座７８を備える。
【００１９】
各締結具３２は、各端部に球面支持部９４を備える。球面支持部９４はボルト孔座７８内に着座する大きさにされる。締結具３２は、弾性リングのボルト孔９２を貫通して延びる大きさにされる。締結具３２はまた、ボルト３２が緩むのを防止するクリンプナット９６を含む。１つの例示的実施形態では、締結具３２は、粒界応力腐食割れ（ＩＧＳＣＣ）を起こしにくい何らかの適当な材料で製作される。例示的な実施形態では、締結具３２は、ＸＭ−１９タイプのステンレス鋼で製作される。
【００２０】
パイプセクション１６及び１８を結合するために、第１弾性リング３０は、第１パイプセクション１６の第１継手部材３８上に配置され、第２弾性リング３０は、第２パイプセクション１８の第２継手部材４８上に配置される。弾性リング３０は、ピボット支承部７６がクランプ部材３８及び４８のそれぞれのピボット支承切込み４４に嵌合するように配置される。ボルト３２が、弾性リング３０のボルト孔９２を貫通して挿入され、ボルト３２の各端部における球面支持部９４が、球面ボルト孔座７８に係合しかつ嵌合された状態になる。ボルトは堅く締め付けられ、予荷重が加えられ、クリンプナット９６がボルト３２の緩みを防止するために該ボルト３２にかしめられる。ボルト３２は、組立時に予荷重が加えられて、組立体が熱変形したとき、フランジ３４、５０の弾性変形がシール着座力を維持するのに十分であることを保証する。ピボット支承部７６はボルト３２がリング３０をねじらせることを可能にし、その結果、リング３０はスプリングのように作用して、パイプ１４が熱収縮したときボルトの予荷重を維持する。ボルトの球面支持部９４によって、ボルト３２に対するフランジ７４の自由な回転が可能になる。
【００２１】
本発明を種々の特定の実施形態に関して説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施できることは、当業者には明らかであろう。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】原子炉圧力容器の一部切断した状態の斜視図。
【図２】図１に示すパイプ継手組立体の概略断面図。
【図３】図１に示す弾性リングの平面図。
【図４】図１に示す弾性リングの４分の１部分の斜視図。
【符号の説明】
２０　パイプ継手組立体
２２　第１パイプセクションの第１端部
２６　第２パイプセクションの第１端部
３０　弾性リング
３２　ボルト
３４　第１パイプセクションのフランジ
３６　球面凸状座部
３８　第１継手部材
４４　フランジ切込み
４８　第２継手部材
５０　第２パイプセクションのフランジ
５２　球面凹状座部
５４　第２継手部材
７４　弾性リングの本体
７６　ピボット支承部
７８　球面ボルト孔座
９０　主ボア
９２　ボルト孔
９４　球面支持部
９６　クリンプナット
【図１】
2004044798.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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