(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端（１０８）で原子炉圧力容器（１０）のほぼ円筒形のシェル区分（２０）に連結され、第２端（１１０）で原子炉圧力容器（１０）の底部ヘッドドーム（４４）に連結された底部ヘッド−シェル連結アセンブリ（１００）において、
環状鍛造体（１０２）とスタブ（１１６）とを備え、
この環状鍛造体（１０２）に少なくとも１個のノズル開口（１１４）があけられ、このノズル開口（１１４）に隣接する鍛造体（１０２）の表面がほぼ平面であり、
前記スタブ（１１６）が前記ノズル開口（１１４）内に延在し、前記スタブ（１１６）がポンプハウジングの前記鍛造体（１０２）への溶接を容易にする形状になっており、
前記ノズル開口（１１４）の上方表面（１１８）が、前記ノズル開口（１１４）を貫通するポンプシャフトに連結されたディフューザの一部分を受け入れるよう、内方突出部をなくして前記上方表面（１１８）が周囲のシュラウド内面より下げられた形状になっていることを特徴とする底部ヘッド−シェル連結アセンブリ。
【請求項２】
前記環状鍛造体（１０２）が低合金炭素鋼から形成された、請求項１に記載の底部ヘッド−シェル連結アセンブリ。
【請求項３】
さらに、ポンプデッキ（１０４）およびシュラウド支持部（１０６）を備える、請求項１又は２に記載の底部ヘッド−シェル連結アセンブリ。
【請求項４】
前記ポンプデッキ（１０４）およびシュラウド支持部（１０６）が前記環状鍛造体（１０２）と一体である、請求項３に記載の底部ヘッド−シェル連結アセンブリ。
【請求項５】
前記ポンプデッキ（１０４）およびシュラウド支持部（１０６）が前記環状鍛造体（１０２）とは別個に形成され、鍛造体に溶接された、請求項３又は４に記載の底部ヘッド−シェル連結アセンブリ。
【請求項６】
さらに、前記シュラウド支持部（６０）に溶接されたシュラウド支持脚部（６２）を備え、前記環状鍛造体（１０２）がさらに溶接肉盛パッドを含み、前記シュラウド支持脚部（６２）が前記溶接肉盛パッドにそれぞれ溶接された、請求項５に記載の底部ヘッド−シェル連結アセンブリ。
【請求項７】
前記シュラウド支持部（１０６）が炉心シュラウドに固着される形状となっている、請求項３乃至６のいずれか１項に記載の底部ヘッド−シェル連結アセンブリ。
【請求項８】
前記ポンプデッキ（１０４）にディフューザ開口（１２０）があけられた、請求項３乃至７のいずれか１項に記載の底部ヘッド−シェル連結アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、広くは沸騰水型原子炉に関し、特に炉圧力容器の皿形底部ヘッドと円筒形シェルとを連結する底部ヘッドナックル装置（アセンブリ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
沸騰水型原子炉は、代表的には、炉心を圧力容器（ＲＰＶ＝reactor pressure vessel ）内に配置した構成である。周知のＲＰＶはほぼ円筒形のシェルを備える。シェルは、たとえば、直径約２０フィート、厚さ約７インチとすることができる。ほぼ円筒形の炉心シュラウドをシェル壁内に、シェル壁から間隔をあけて配置し、炉心燃料バンドルの水平移動を拘束する。
【０００３】
底部ヘッドナックルまたは連結アセンブリにより、円筒形シェルとほぼディスク形状の底部ヘッドとの間に境界または連結部を形成する。具体的には、底部ヘッドナックルアセンブリは、シュラウド支持サブアセンブリと、円筒形頂端および円錐形底端を有する環状鍛造体とを含む。鍛造体の円筒形頂端はＲＰＶシェルの一端に溶接する形状となっており、鍛造体の円錐形底端はディスク形状の底部ヘッドに溶接する形状となっている。
【０００４】
シュラウドサブアセンブリのシュラウド支持シリンダは、その上面が炉心シュラウドに溶接する形状になっている。シュラウド支持シリンダの外面からは環状ポンプデッキが延在し、シュラウド支持シリンダの下面からは複数のシュラウド支持脚部が延在する。シュラウド支持脚部は、環状鍛造体の内面に形成された溶接肉盛パッドに溶接される。
【０００５】
沸騰水原子炉には、炉内部ポンプ（ＲＩＰ＝reactor internal pump ）ともいう、再循環ポンプが設けられる。ＲＩＰシャフトの貫通部またはアクセス部がナックルアセンブリの環状鍛造体に形成される。これらの貫通部を通常、ＲＩＰノズルという。各ＲＩＰノズルは、ポンプに係合しポンプを支持するために内方突出部と外方突出部を備える。各ノズル位置で、ＲＩＰケーシングは鍛造体の外面に固着され、ポンプシャフトがノズルを貫通する。ポンプシャフトに固着されたポンプディフューザまたはインペラが、環状ポンプデッキにあけたディフューザ開口を少なくとも部分的に貫通する。したがって、ポンプデッキは、ＲＩＰインペラの低圧側と高圧側との境界を形成する。
【０００６】
上述した底部ヘッドナックルアセンブリを製造するには、環状鍛造体とシュラウド支持サブアセンブリとを別々に形成する。具体的には、ノズルおよび溶接肉盛パッドを含む環状鍛造体を、通常低合金鋼（ＬＡＳ＝low alloy steel ）と称される、合金化元素を含有する高品位炭素鋼材料から鍛造する。シュラウド支持サブアセンブリの支持脚部、ポンプデッキおよびシュラウド支持シリンダを、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ板から別々に形成する。具体的には、シュラウド支持脚部をシュラウド支持シリンダの下面に溶接し、ポンプデッキをシュラウド支持シリンダの外面に溶接する。
【０００７】
つぎに、シュラウド支持サブアセンブリを環状鍛造体内に配置し、シュラウド支持脚部それぞれが鍛造体の対応する溶接肉盛パッドに乗るようにする。つぎに脚部をパッドに溶接する。ＬＡＳを溶接するには、ＬＡＳを数百度に予熱し、溶接部を形成し、ついでＬＡＳを数百度の後熱状態に維持することが必要である。溶接されたアセンブリを、炉内でまたは携帯ヒータで１１００度にて数時間溶接後熱処理（ＰＷＨＴ＝post weld heat treatment）することができる。ＰＷＨＴ後、原子炉の運転中に水に触れるすべてのＬＡＳ表面に、ステンレス鋼またはＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅの溶着クラッディングを適用する。
【０００８】
上述した製造方法では、環状鍛造体の複雑な機械加工とクラッディングが必要である。たとえば、内方突出部と外方突出部両方を有するＲＩＰノズルの機械加工はきわめて複雑な作業である。このような複雑な製造法では、アセンブリ完成までの時間とコストが増大する。
さらに、予定された原子炉の保守管理の際に、たいていの場合、底部ヘッドナックルアセンブリのこれらの溶接部を一つ一つ検査して、溶接の一体性が維持されていることを確認することが必要である。上述したアセンブリは、平板、曲板、鍛造体を互いに溶接して構成した他の既知のアセンブリと比較すれば、溶接部の数が少ないが、上述したアセンブリには検査を必要とする溶接部がまだまだ多い。多数の溶接部を検査すると、当然、経費と時間がかかる。その上、シュラウド脚部により、炉底部ヘッド領域へのＲＩＰ流れが制限される。このような流れ制限をなくせば、炉内の流れは向上する。
【０００９】
保守作業中に検査する必要のある溶接部の数が少なく、流れ制限が低減し、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ材料を用いる必要のない、底部ヘッドナックルアセンブリを開発することが望まれている。また、製造時のコストと複雑さが軽減された底部ヘッドナックルアセンブリを開発することが望まれている。
【００１０】
【発明の概要】
このような目的を達成するこの発明の底部ヘッドナックル装置（アセンブリ）は、１実施例においては、ポンプデッキおよびシュラウド支持部が一体に形成された環状鍛造体を備える。環状鍛造体は、円筒形頂端がＲＰＶ円筒形シェルの一端に溶接される形状となっており、また円錐形底端がディスク形状の底部ヘッドに溶接される形状となっている。環状鍛造体には、ＲＩＰノズルが一体的に形成されている。ノズルは外方突出部をもたない。ポンプハウジングの鍛造体への溶接を容易にするために、各ノズル開口にスタブが形成されている。また、各ＲＩＰノズル開口の上方部分は、ノズル開口を貫通するポンプシャフトに連結されたディフューザの一部分を受け入れる形状となっている。
【００１１】
一体のポンプデッキにディフューザ開口があけられて、ポンプインペラの追加の支持を与える。ディフューザ開口の寸法は、ポンプインペラがそこを少なくとも部分的に貫通できるような寸法である。ポンプインペラは、ノズル開口を貫通するポンプシャフトに連結されている。
上述した底部ヘッドナックルアセンブリは、既知の底部ヘッドナックルアセンブリと比較して、溶接部の数が少ない。特に、ポンプデッキおよびシュラウド支持部を鍛造体と一体に形成することにより、このような部品の溶接部がなくなる。その結果、底部ヘッドナックルアセンブリの溶接部を検査するのに要する時間は、既知のアセンブリにおける溶接部を検査するのに要する時間と比較して、短い。さらに、上記実施例では、ポンプデッキおよびシュラウド支持部が環状鍛造体と一体であるので、ポンプデッキおよびシュラウド支持部を、環状鍛造体と同じ材料、たとえば低合金炭素鋼で形成することができる。このような構成によれば、ポンプデッキおよびシュラウド支持部にＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ材料を用いる必要がない。
【００１２】
さらに、上述した底部ヘッドナックルアセンブリでは、既知のアセンブリに用いられているシュラウド支持脚部がなくなる。したがって、既知のアセンブリと比較して、本アセンブリにおいては流れ制限が少なくなる。流れ制限を減らすことにより、原子炉の底部ヘッド領域への水の流れが向上する。その上、ノズルに内方突出部および外方突出部がないので、ノズルの機械加工は、既知のノズルの機械加工と比較してはるかに簡単である。
【００１３】
【具体的な構成】
図１に、原子炉圧力容器（ＲＰＶ）１０の概略を示す。ＲＰＶ１０は、頂部ヘッド１２と、４つのほぼ円筒形のシェル区分１４、１６、１８、２０と、底部ヘッドアセンブリ２２とを備える。頂部ヘッド１２はヘッドフランジ２４を有する。頂部ヘッド１２は、ボルト２６をヘッドフランジ２４に挿通することにより、第１シェル区分１４にボルト締めされている。頂部ヘッド１２はさらに、頂部スプレー兼通気ノズル２８と、頂部ヘッド１２を第１シェル区分１４から吊り上げる際に用いる吊り上げ用フランジ３０とを有する。
【００１４】
第１シェル区分１４は、主蒸気（スチーム）ノズル３２を有し、ここを通して蒸気がＲＰＶ１０から流出する。第１シェル区分１４には、安定器ブラケット３４も形成されている。第２シェル区分１６には、多数のノズル３６、３８、４０が形成されている。ノズル３６、３８、４０は入口ノズルと出口ノズルの両方を有する。第４シェル区分２０には支持スカート４２が溶接されている。支持スカート４２は、ＲＰＶ１０を炉ハウジング（図示せず）内に支持する役目を果たす。
【００１５】
底部ヘッドアセンブリ２２は、スタブ管４６が形成された複数の制御棒駆動ハウジング貫通部を有する、底部ヘッドドーム４４を含む。底部ヘッドドーム４４は、底部ヘッドナックルアセンブリ５０の環状鍛造体４８に溶接されている。底部ヘッドナックルアセンブリ５０は複数、たとえば１０個のノズル５２を含む。ポンプ５４がナックルアセンブリ５０にノズル５２の位置で固定され、ポンプインペラ５６がナックルアセンブリ５０のポンプデッキ５８を貫通している。ポンプデッキ５８は円筒形シュラウド支持部６０から延在し、シュラウド支持部６０は、その脚部６２が環状鍛造体４８に溶接され、それにより支持されている。
【００１６】
図１は主として、底部ヘッドアセンブリ２２の一部を形成するナックルアセンブリ５０を備える代表的なＲＰＶ１０を説明するための図である。図１に明示するように、インペラ５６が回転する際に、底部ヘッドアセンブリ２２内の水流はシュラウドサポート脚部６２によりある程度制限される。
ナックルアセンブリ５０、特に環状鍛造体４８に関する細部を図２に示す。図２は、第４シェル区分２０の下方部分、環状鍛造体４８および底部ヘッドドーム４４の断面である。具体的には、鍛造体４８の円筒形上端６４は第４シェル区分２０に溶接されている。鍛造体４８の円錐形下端６６は底部ヘッドドーム４４に溶接されている。ナックル形状領域を６８で示すが、この領域６８は円筒形上端６４と円錐形下端６６との境界部である。ノズル５２は、外方突出部７０、内方突出部７２および開口７２を含み、ポンプ５４（図１）がこの開口７２を貫通する。開口７２の形状は、前述したようにポンプ５４を所定位置に溶接するのが容易になる形状である。ノズル開口７２を画定する鍛造体４８の２表面は、ほぼ９０度の角度で交差し、外方突出部７０を画定する。
【００１７】
鍛造体４８にノズル突出部７０および７２を形成する際、機械加工を鍛造体４８の内径の内側と外側両方で行わなければならないことがわかる。このような機械加工を必要とすることは、余分な加工作業と工具設定時間を要するので、時間がかかり、経済的でない。
図３は、周知のシュラウド支持サブアセンブリ７４の一部を示す斜視図である。サブアセンブリ７４は、シュラウド支持シリンダ６０と複数のシュラウド支持脚部６２を含む（図１参照）。ポンプデッキ５８がシュラウド支持シリンダ６０の外面から延在する。ポンプデッキ５８には複数の穴７６があけられている。
【００１８】
シュラウド支持サブアセンブリ７４を作製するには、通常、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ材料からシリンダ６０、脚部６２およびポンプデッキ５８を別々に形成する。つぎにこれらの部品を互いに溶接してサブアセンブリ７４を形成する。この後、サブアセンブリ７４を環状鍛造体４８（図１および図２）に溶接し、底部ヘッドナックルアセンブリ５０の作製を完了する。
【００１９】
上述したアセンブリ５０の製造方法は複雑な機械加工を必要とし、ＲＰＶ１０と関連した時間とコストが増大する。さらに、予定された炉の保守作業の際に、アセンブリ５０の各溶接部を検査して、溶接一体性が維持されていることを確認する必要がある。多数の溶接部を検査すると、当然、時間とコストがかかる。
図４の断面図に、この発明による、溶接部の数を減らし流れの制約を少なくした底部ヘッドナックルアセンブリ１００を示す。具体的には、環状鍛造体１０２は、一体に形成されたポンプデッキ１０４とシュラウド支持シリンダ１０６を含む。原子炉に組み込むとき、シュラウド支持シリンダ１０６は、炉心シュラウド（図示せず）に溶接またはボルト止めにより固着され、炉心シュラウドを支持する。環状鍛造体１０２の頂部の円筒形端１０８は第４シェル区分２０に溶接され、底部の円錐形端１１０は底部ヘッドディスク４４に溶接される。
【００２０】
ＲＩＰノズル１１２も鍛造体１０２に一体的に形成されている。ノズル１１２は開口１１４を含み、この開口１１４にはポンプハウジング（図示せず）の鍛造体１０２への溶接を容易にするためのスタブ１１６が設けられている。また、開口１１４の上方部分１１８は、開口１１４を貫通するポンプシャフト（図示せず）に連結されたディフューザ（図示せず）の一部分を受け入れる形状となっている。ポンプデッキ１０４にもディフューザ用開口１２０があけてある。開口１２０は、ポンプディフューザ（図示せず）が少なくとも部分的にここを貫通できる寸法となっている。ポンプディフューザは、開口１１４を貫通するポンプシャフト（図示せず）に連結されている。
【００２１】
鍛造体１０２に関して、ＲＩＰポンプを支持する外方突出部７０（図２）がなくなっている点が重要である。ノズル開口１１４に隣接する鍛造体１０２の表面をほぼ平面にすることにより、このような外方突出部７０をなくす。ノズル外方突出部７０（図２）があると、ノズル開口７２に隣接する鍛造体の表面が平面ではなくなり、それどころか、鍛造体の表面が約９０度の角度で交差し、外方突出部７０を画定する。さらに、この発明によれば、図４に示すように、ディフューザ境界を表面１１８まで下げることにより、内方突出部７２（図示せず）をなくしている。鍛造体１０２から内方突出部７２および外方突出部７０をなくすことにより、鍛造体１０２の製作がきわめて簡単になると考えられる。鍛造体１０２の製作を簡単にすることにより、鍛造体１０２の製造に伴う時間とコストが低減する。
【００２２】
なお、自明のことながら、図４は鍛造体１０２の断面図である。鍛造体１０２は環状で、たとえば直径が約２０フィートである。環状鍛造体１０２には、約１０個のノズル開口１１４とディフューザ開口１２０が間隔を置いてあけられている。
底部ヘッドナックルアセンブリ１００は、従来のナックルアセンブリと比較して、溶接部の数が少ない。特に、ポンプデッキ１０４およびシュラウド支持シリンダ１０６を鍛造体１０２と一体に形成することにより、多数の溶接部がなくなる。その結果、鍛造体１０２と関連した溶接部を検査するのに要する時間が、従来のアセンブリと関連した溶接部を検査するのに要する時間と比較して、短くなるはずである。さらに、ポンプデッキ１０４およびシュラウド支持シリンダ１０６が鍛造体１０２と一体であるので、ポンプデッキ１０４および支持シリンダ１０６を鍛造体１０２と同じ材料、たとえば低合金炭素鋼で製造することができる。このような構成とすれば、ポンプデッキ１０４および支持シリンダ１０６用にＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ材料を用いる必要がなくなる。
【００２３】
さらに、支持脚部６２（図３）をなくすことにより、アセンブリ１００の流れに対する妨害が少なくなる。そのような流れ制限を少なくすることにより、原子炉の底部ヘッド領域への水の流れが向上するはずである。
図５に、この発明の別の実施例による底部ヘッドナックルアセンブリ２００の断面を示す。アセンブリ２００の構成要素を指示するのに、先行する図面で構成要素を指示するのに用いたのと同じ参照符号を用いる。アセンブリ２００は、従来のシュラウド支持サブアセンブリ７４（図２参照）と組み合わせて用いる形状となっている。具体的には、アセンブリ２００では、環状鋳造体１０２が第４シェル区分２０に溶接された円筒形頂端１０８と底部ヘッドディスク４２に溶接された円錐形底端１１０とを有する。ＲＩＰノズル１１２が鍛造体１０２に一体的に形成されている。ノズル１１２の開口１１４には、ポンプハウジング（図示せず）の鍛造体１０２への溶接を容易にするスタブ１１６が設けられている。開口１１４の上方部分１１８は、開口１１４を貫通するポンプシャフト（図示せず）に連結されたディフューザ（図示せず）の一部分を受け入れる形状となっている。
【００２４】
アセンブリ２００は、シュラウド支持サブアセンブリ７４も備える。サブアセンブリ７４は、シュラウド支持シリンダ６０と複数のシュラウド支持脚部６２（図２参照）とを含む。ポンプデッキ５８がシュラウド支持シリンダ６０の外面から延在する。ポンプデッキ５８には複数の開口７６があいている。
シュラウド支持サブアセンブリ７４を作製するには、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ材料からシリンダ６０、脚部６２およびポンプデッキ５８を別々に形成する。つぎにこれらの部品を互いに溶接してサブアセンブリ７４を形成する。この後、サブアセンブリ７４を環状鍛造体１０２に形成した溶接肉盛パッドに溶接して、底部ヘッドナックルアセンブリ２００の作製を完了する。
【００２５】
アセンブリ２００では、アセンブリ１００の場合に得られる一体のポンプデッキとシュラウド支持シリンダによる効果のすべてが得られるわけではないが、アセンブリ２００には、やはり、内方および外方突出部をなくすという重要な利点がある。このような内方および外方突出部をなくすことにより、前述したように、鍛造体１０２の作製がきわめて容易になると考えられる。アセンブリ２００には、周知の性能の確認されたシュラウド支持サブアセンブリ７２を用いることができるという利点もある。
【００２６】
この発明の種々の実施例についての以上の説明から、この発明の目的が達成されていることが明らかである。以上この発明を詳しく説明し、図解したが、上記説明はこの発明を具体的に説明するためのもので、この発明を限定するものではない。この発明の要旨は、特許請求の範囲に記載した通りである。
【図面の簡単な説明】
【図１】原子炉圧力容器の概略図である。
【図２】従来の底部ヘッドナックル環状鍛造体の断面図である。
【図３】従来のシュラウド支持サブアセンブリの斜視図である。
【図４】この発明の１実施例による、一体のポンプデッキとシュラウド支持部を含む底部ヘッドナックルアセンブリの断面図である。
【図５】この発明の別の実施例による底部ヘッドナックルアセンブリの断面図である。
【符号の説明】
１０  圧力容器
１４、１６、１８、２０  シェル区分
４４  底部ヘッドドーム
１００  底部ヘッドナックルアセンブリ
１０２  環状鍛造体
１０８  頂端
１１０  底端
１１４  ノズル開口
１１６  スタブ
１１８  開口上部
【図１】
0004154461.tif 000002
【図２】
0004154461.tif 000003
【図３】
0004154461.tif 000004
【図４】
0004154461.tif 000005
【図５】
0004154461.tif 000006