(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方が原子炉圧力容器の内面に溶接により取り付けられ、他方が原子炉内のジェットポンプのライザー管を保持するライザーブレースの補強装置であって、前記ライザーブレースは一対のポンプビームと前記ポンプビームの両端に設けられた一対のビームホルダを備え、前記補強装置は、炉心シュラウド側の前記ビームホルダに取り付けられたテーパープレートと、前記テーパープレートに取り付けられたばね保持部材と、前記ばね保持部材に組込まれ炉心シュラウドの外面を押圧して接するばねを備えることを特徴とするジェットポンプのライザーブレース補強装置。
【請求項２】
前記テーパープレートに逆転防止機構を有する調整ボルトを設け、前記調整ボルトを回転させることにより前記テーパープレートの位置を調整可能にしたことを特徴とする請求項１記載のジェットポンプのライザーブレース補強装置。
【請求項３】
前記ばね保持部材および前記ばねの少なくとも一方の表面に硬質クロムメッキ層を施してなることを特徴とする請求項１又は２記載のジェットポンプのライザーブレース補強装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は沸騰水型原子炉（以下、ＢＷＲと記す）において、原子炉圧力容器内に設置されるジェットポンプのライザー管を支持するためのライザーブレースの取付溶接部に生じる流体振動による応力を低減するために使用するジェットポンプのライザーブレース補強装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＢＷＲでは出力密度を大きくするために原子炉圧力容器外部に設置した再循環ポンプと原子炉圧力容器内部に設置したジェットポンプとを組合せた、いわゆるジェットポンプシステムが採用されている。以下、このジェットポンプシステムを採用したＢＷＲのジェットポンプについて説明する。
【０００３】
図４および図５を参照して従来のＢＷＲの構成とジェットポンプの概略を説明する。図４はＢＷＲの概略構成を示す縦断面図である。図４に示すように、原子炉圧力容器１内には冷却材２および炉心３が収容されており、この炉心３は図示しない複数の燃料集合体および制御棒などから構成され、炉心シュラウド10内に収容されている。
【０００４】
冷却材２は、炉心３を上方に向かって流通し、その際、炉心３の核反応熱により昇温されて水と蒸気との二相流状態となる。この二相流状態となった冷却材２は、炉心３の上方に設置された気水分離器４内に流入し、そこで水と蒸気とに分離される。このうち、蒸気は気水分離器４の上方に設置された蒸気乾燥器５内に導入され、乾燥蒸気となる。
【０００５】
この乾燥蒸気は、原子炉圧力容器１に接続された主蒸気管６を介して図示しない蒸気タービンに移送され、発電に供される。一方、分離された水は炉心３と原子炉圧力容器１との間のダウンカマ部７を流れて炉心３の下方に流下する。炉心３の下方には制御棒案内管８が設置されており、この制御棒案内管８を介して制御棒が炉心３内に挿入または引抜きされる。また、制御棒案内管８の下方には制御棒駆動機構９が設置されており、この制御棒駆動機構９により制御棒の炉心３への挿入や引抜きが制御される。
【０００６】
ダウンカマ部７内には、ジェットポンプ11が周方向に等間隔で複数設置されている一方、原子炉圧力容器１の外部には、図示しない再循環ポンプが設置されており、この再循環ポンプ，ジェットポンプ11，およびこれらの両者間に配設された再循環配管により、再循環系が構成されている。そして、再循環ポンプによりジェットポンプ11に駆動水が供給され、このジェットポンプ11の作用により冷却材２が炉心３内に強制循環される。
【０００７】
ジェットポンプ11は、図５に要部を拡大して示すように中央部にライザー管12を有し、このライザー管12は原子炉圧力容器１に固着されており、再循環ポンプの再循環入口ノズル13から供給された冷却材２を炉内に導入する。ライザー管12の上部には、トランジションピース14を介して一対のエルボ15（15ａ，15ｂ）が接続されている。
【０００８】
これらのエルボ15ａ，15ｂには、それぞれ一対の混合ノズル16（16ａ，16ｂ）を介して一対のインレットスロート17（17ａ，17ｂ）が接続されている。この一対のインレットスロート17ａ，17ｂには、それぞれディフューザ18（18ａ，18ｂ）が接続されている。
【０００９】
そして、混合ノズル16ａ，16ｂにより冷却材２が噴射され、その際周囲から炉水が巻き込まれ、この噴射された冷却材２および巻き込まれた水は、インレットスロート17ａ，17ｂ内でそれぞれ混合される。その後、ディフューザ18ａ，18ｂにより静水頭の回復がなされる。
【００１０】
ところで、上記の構成において、再循環ポンプから送り込まれる冷却材の流れにより、流体振動が発生する。この流体振動に対処するためにライザー管12は前述したようにその下端を再循環入口ノズル13に溶着させており、上端はライザーブレース20を介して原子炉圧力容器１に固定されている。
【００１１】
また、インレットスロート17ａ，17ｂは、上述したようにその上端を混合ノズル16ａ，16ｂおよびベントを介してトランジションピース14に機械的に接続されるとともに、その下端はディフューザ18ａ，18ｂの上端に挿入されている。このようにライザー管12およびインレットスロート17ａ，17ｂは、ともに流体振動に十分対処可能に構成されている。
【００１２】
次いで、混合ノズル16ａ，16ｂの上方の構成について説明すると、トランジションピース14の両側には、一対の耳部21がそれぞれ形成されており、これらの耳部21は上方に突出し、その上端部の内側には溝部22が形成されている。この溝部22には、長さ方向中央部に沿って増大する長方形断面を有する一対のジェットポンプビーム23が両端部を溝部22に嵌合して固定されている。
【００１３】
ジェットポンプビーム23の中央には、鉛直方向に図示しないねじ穴が形成されており、このねじ穴にヘッドボルト24が螺合している。このヘッドボルト24の上端には六角頭が形成されており、また下端には半丸頭が形成されている。一方、エルボ15ａ，15ｂには、上端面が水平な台座部（図示せず）が形成されており、この台座部には座ぐり穴（図示せず）が形成されている。この座ぐり穴内には球面座金を介してヘッドボルト24の半丸頭が嵌合している。
【００１４】
インレットスロート17ａ，17ｂは原子炉圧力容器１に固着されていないため、その上端部およびエルボ15ａ，15ｂにはライザー管12を介して供給される駆動水の流入水圧が作用する。また、エルボ15ａ，15ｂの他端に接続する図示しないノズルからディフューザ18ａ，18ｂ内に向かって噴出される駆動水の噴出水圧などの反力が上向きに作用する。この荷重に対向するためにヘッドボルト24がジェットポンプビーム23に螺合されている。
【００１５】
なお、耳部21が定位置に固定されているので、ヘッドボルト24を螺合していくと、ジェットポンプビーム23の上方向に移動させられ、その両端は溝部22の上壁面に当接した状態となる。これにより、上向きの荷重を受ける。
【００１６】
これとは逆に、エルボ15ａ，15ｂの上端部には、ヘッドボルト24を介して下向きの荷重が加わり、その大きさは駆動水の反力などによる上向きの荷重との関連により決定される。ヘッドボルト24の六角頭にはキーパ（図示せず）が着脱自在に嵌合している。このキーパは支持板（図示せず）上に点溶接により固着されている。この支持板は四角形をなしており、２本のボルトによりジェットポンプビーム23の上面に固定されている。
【００１７】
インレットスロート17ａ，17ｂは、ライザー管12に固着したライザーブランケット25に取付けられている。ディフューザ18ａ，18ｂは、原子炉圧力容器１に溶着されているシュラウドサポート（バッフルプレート）26に固定されている。
【００１８】
ジェットポンプ11は、冷却材を循環させるために他の機器に比較して厳しい状況下で使用される。そのため、各部材には大きな負荷が作用し、特にライザー管12をその中間で支持するライザーブレース20には厳しい応力が作用することになる。
【００１９】
ライザーブレース20は、ライザー管12に発生する原子炉運転中の流体振動を制御するとともに、炭素鋼である原子炉圧力容器１とオーステナイト系ステンレス鋼製であるライザー管12との間の熱膨張差を吸収する。したがって、原子炉運転中には、上記熱膨張差を吸収した状態で変形状態にある。
【００２０】
ところで、原子力プラントの出力制御を行う上で、通常運転中のジェットポンプ流量を測定することは重要であり、このためディフューザ18ａ，18ｂの上下部に測定用配管19を設けて、運転中のディフューザ18の上下部の静圧差を測定し、この測定値をプラント使用前に測定した較正差とによりジェットポンプ流量を算出している。
【００２１】
この測定用配管19はディフューザ18の上下部の静孔に溶接され、ディフューザ18に固着されているサポート27により溶接支持され、さらにジェットポンプ11の下部において複雑な状態で配置され、ジェットポンプ計測用ノズル（図示せず）を経て炉外配管と接続されている。
【００２２】
このジェットポンプ計測用ノズルは、原子炉圧力容器１に対象位置に２個所設けられている。このような構成のジェットポンプ11は、再循環ポンプから送り込まれる冷却時の流れにより、他の機器に比較して厳しい条件下で使用される。このため、各部材には大きな負荷が作用し、流体振動の影響を受け、厳しい応力が作用することとなり、したがって配管破断を生じることが十分予想される。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
上記ＢＷＲの構成において、例えばジェットポンプシステムの本体や溶接部などに何等かの原因によってクラックや破断が生じた場合、その破損箇所等を補修するが、その補修作業は高放射線管理区域である炉心真上から遠隔で行う必要がある。したがって、その配管部への接近は極めて困難である。
【００２４】
このように破損したジェットポンプ11の補修手段としては、溶接により行うことが考えられるが、その補修作業は一般に水中での作業となるため、補修装置として大掛かりなものが必要になり、かつ長期間の工事になる課題がある。
【００２５】
また、これらの工事を放置しておくと、一段と進行してジェットポンプ11にき裂が生じたりする可能性があり、原子炉の出力を制御するジェットポンプ11がそのような状態になることは、他の構造物に影響を与えることも考えられ、好ましくないという課題がある。
【００２６】
さらに、ジェットポンプ11のライザー管12の中央部を支持するためのライザーブレース20と原子炉圧力容器１の取付溶接部にき裂等が発生した場合、補修するために炉心シュラウド10全体、またはその一部を取外す必要があり、補修工期および工事費が莫大になる課題がある。
【００２７】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、ジェットポンプライザーブレースと原子炉圧力容器との取付溶接部にき裂等が発生した場合、炉心シュラウドまたはその一部を取替える必要がなく原子炉プラントを運転することを可能としたジェットポンプライザー管の予防保全およびライザーブレースを補修することができるジェットポンプのライザーブレース補強装置を提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、一方が原子炉圧力容器の内面に溶接により取り付けられ、他方が原子炉内のジェットポンプのライザー管を保持するライザーブレースの補強装置であって、前記ライザーブレースは一対のポンプビームと前記ポンプビームの両端に設けられた一対のビームホルダを備え、前記補強装置は、炉心シュラウド側の前記ビームホルダに取り付けられたテーパープレートと、前記テーパープレートに取り付けられたばね保持部材と、前記ばね保持部材に組込まれ炉心シュラウドの外面を押圧して接するばねを備えることを特徴とする。
【００２９】
この発明によれば、原子炉圧力容器とライザーブレースとの溶接部に微細き裂が発生した場合、運転時の原子炉圧力容器と本発明に係る補強装置の熱膨張差によってき裂発生部分を圧縮応力にして、き裂の進展を防止することができる。
【００３０】
また、炉心シュラウドと原子炉圧力容器間の温度差を利用して、ライザーブレースの付け根部に発生したき裂等に圧縮荷重を加えた状態を原子炉運転中に保持することができ、運転時の原子炉圧力容器と本発明に係る補強装置の熱膨張差によってき裂部分を圧縮応力にしてき裂の進展を防止することができる。
【００３１】
さらに、ライザーブレース部に係合して取付けられるばね部材を、炉心シュラウドの外側面に接触させてライザーブレース部に本発明に係る補強装置を短時間で確実に取付けることができるので、流体振動による応力を低減させることができる。
【００３２】
請求項２の発明は、前記テーパープレートに逆転防止機構を有する調整ボルトを設け、前記調整ボルトを回転させることにより前記テーパープレートの位置を調整可能にしたことを特徴とする。この発明によれば、ライザーブレース部に取付け後、ばね部材に取付けたばねの弾発力を調整して固定するので、炉心シュラウド外側面との接触を確実に行うことかできる。また、取付時にばね部材の調整をねじ部材で行い、このねじ部材に逆転防止機構を組込むことにより、原子炉の運転中に部品の緩み等の不具合の発生がなく、原子炉を安全に運転することができる。
【００３４】
請求項３の発明は、前記ばね保持部材および前記ばねの少なくとも一方の表面に硬質クロムメッキ層を施してなることを特徴とする。この発明によれば、ばねまたはばね部材の少なくとも一方の表面に硬質クロムメッキ層を施すことにより、原子炉運転中の上下方向の熱膨張によって生じるずれを滑らかにして吸収し、炉心シュラウドとライザーブレースとの取付溶接部に引張り応力を生じることがないようにできる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
図１から図３により本発明に係るジェットポンプのライザーブレース補強装置の第１の実施の形態を説明する。本実施の形態において、原子炉内ポンプとは図４および図５により説明したジェットポンプ11を対象とし、補強装置とはジェットポンプ11のライザー管12の中間部を支持するためのライザーブレース20に組込んで原子炉圧力容器１とライザーブレース20との取付溶接部を補強するための装置である。
【００３６】
図１は本実施の形態に係る補強装置30をライザーブレース20に組込んだ状態を一部横断面で示す上面図であり、図２は図１の状態を縮小して一部側面で示す縦断面図であり、図３は図２のＡ部を拡大した一部側面で示す縦断面図である。なお、図１から図３中、図４および図５と同一部分には同一符号を付して重複する部分の説明は省略する。
【００３７】
図１において、原子炉圧力容器１と炉心シュラウド10との間にはジェットポンプ11が設置されており、ジェットポンプ11のライザー管12の中間部を支持するためのライザーブレース20が原子炉圧力容器１の内面に溶接により取付けられている。ライザーブレース20には一対のポンプビーム23が設けられ、この一対のポンプビーム23の両端には原子炉圧力容器１側と炉心シュラウド10側に対向して一対のビームホルダ28，29に取付けられて設けられている。
【００３８】
炉心シュラウド10側のビームホルダ29にはライザーブレース20を補強するための補強装置30が設けられる。この補強装置30は炉心シュラウド10側のビームホルダ29にテーパープレート32が取付けられ、テーパープレート32にばね保持部材34および波形状板ばね31が取付けられたものからなっている。ばね保持部材34には波形状板ばね31がねじ止めにより一端が取付けられ、他端は自由端となっている。波形状板ばね31の外側凸面は炉心シュラウド10の外側面に接触している。
【００３９】
また、テーパープレート32には調整ボルト33が取付けられており、この調整ボルト33によりテーパープレート32を位置調整して波形状板ばね31を炉心シュラウド10の外面に押圧接触するようにする。
【００４０】
テーパープレート32の調整は炉心上部から遠隔レンチ（図示せず）を用いて調整ボルト33を回転させることにより、テーパープレート32を図面上の上下方向にスライドさせて調整することができる。また、この調整ボルト33には逆転防止のラチェット機構が組込まれ、原子炉運転中に調整ボルト33が回転するのを防止している。
【００４１】
しかして、上記補強装置30はライザーブレース20と炉心シュラウド10との間に着脱自在に設置できるので、ライザーブレース20と原子炉圧力容器１との溶接部にき裂が生じた場合、運転中の原子炉圧力容器１と補強装置30の熱膨張差によってライザーブレース20と原子炉圧力容器１との溶接部に生じる圧縮応力によってき裂の進展を防止することができる。
【００４２】
本実施の形態に係る補強装置30は、図２および図３に示したように、ライザーブレース20の先端部上部に設置され、炉心シュラウド10の外側面と接触するように固定される。この炉心シュラウド10の外側面との接触部には波形状板ばね31がばね力を蓄えて組込まれ、原子炉運転中の振動等を吸収しライザーブレース20に常に圧縮応力が作用するように構成されている。
【００４３】
波形状板ばね31、またはばね保持部材34の表面に硬質クロムメッキ処理を施して硬質クロムメッキ層を形成すると、炉心シュラウド10の外側面との接触部が滑りやすい構造になる。したがって、原子炉運転中の熱膨張による縦方向変位を吸収し、常にライザーブレース20に圧縮応力が作用して、引張り応力が発生しないようにすることができる。
【００４４】
また、図３に拡大して示したように補強装置30とライザーブレース20との間に、上下方向にスライド自在なベアリング34を組込む構成にすることもできる。これによりライザーブレース20の上面には補強装置30が落下しないように突起部材36によって引っ掛けることができる。さらに、前記突起部材36とライザーブレース20の間にスプリング35を組込むことにより、ライザー管12の上下動に対し拘束しないようにできる。
【００４５】
なお、本実施の形態ではばね保持部材34および波形状板ばね31と炉心シュラウド10の接触代をテーパープレート32で機械的に調整することもできる。また、ばね保持部材34の調整をねじ部材で行い、このねじ部材に逆転防止機構を組込むこともできる。
【００４６】
さらに、ライザーブレース20と炉心シュラウド10の間にステンレス鋼等の熱膨張の大きい材料を用いることにより、原子炉運転中の熱膨張によって原子炉圧力容器１とライザーブレース20との取付溶接部に圧縮応力を生じさせることができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、き裂が発生した場合、スペースの狭い原子炉内への装置の設置が容易で短時間で行うことができるとともに、前記原子炉圧力容器とライザーブレースとの溶接部の微細なき裂部分を圧縮応力にしてき裂の進展を短時間で確実に防止することができる。したがって、作業員の放射線被曝量を大幅に低減させることができ、かつ原子炉の健全性を確認することができ、原子力発電プラントの稼働率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るジェットポンプのライザーブレース補強装置の第１の実施の形態を一部断面で示す上面図。
【図２】図１における補強装置をジェットポンプのライザーブレースに組込んだ状態を一部側面で示す縦断面図。
【図３】図２におけるＡ部を拡大して一部側面で示す縦断面図。
【図４】一般の沸騰水型原子炉の構成を示す断面図。
【図５】図４におけるジェットポンプおよびその近傍を一部切り欠いて示す斜視図。
【符号の説明】
１…原子炉圧力容器、２…冷却材、３…炉心、４…気水分離器、５…蒸気乾燥器、６…主蒸気管、７…ダウンカマ部、８…制御棒案内管、９…制御棒駆動機構、10…炉心シュラウド、11…ジェットポンプ、12…ライザー管、13…再循環入口ノズル、14…トランジションピース、15ａ，15ｂ…エルボ、16ａ，16ｂ…混合ノズル、17ａ，17ｂ…インレットスロート、18ａ，18ｂ…ディフューザ、19…計測用配管、20…ライザーブレース、21…耳部、22…溝部、23…ジェットポンプビーム、24…ヘッドボルト、25…ライザーブランケット、26…バッフルプレート、27…サポート、28，29…ビームホルダ、30…補強装置、31…波形状板ばね、32…テーパープレート、33…調整ボルト、34…ばね保持部材、35…スプリング、36…突起部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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