TWI445895B - 修理核反應器內之核心噴水降流管的方法及裝置 - Google Patents

Description

修理核反應器內之核心噴水降流管的方法及裝置

本發明係有關於核反應器，特別是有關於用於修理或替換反應器壓力槽內之管線上的焊接部位的裝置及方法。

沸水式反應器(BWR)的反應器壓力槽(RPV)通常是具有大致上圓柱狀的形狀，二側末端是由例如一底部及一可拆卸式頂部加以封閉。核心圍板通常是圍繞著反應器核心，並包覆於該RPV內。

沸心式反應器通常包含有供核心噴灑冷卻水的管線。核心噴水管線是用來將水自RPV外側輸送至位於RPV內的核心噴灑噴口內。這些核心噴灑管線通常包括有垂直的降流管。每一降流管的上方區段及下方區段通常都是在反應器組裝期間接合在一起的。上方管區段會被加以修剪，以提供適當的長度，並裝配於下方管區段上。焊接至上方及下方管區段的滑動聯結部可防止冷媒滲漏，並可提供降流管管線系統內所需的必要結構強度。

運轉中之沸水式反應器內的核心噴水管線系統通常是焊接構成的。噴灑管線內的焊接部很容易產生應力腐蝕破裂，特別是晶間應力腐蝕破裂(Intergranular Stress Corrosion Cracking,IGSCC)。反應器零組件要承受由熱膨脹差異、圍阻反應器冷卻水所需之作業壓力、以及諸如焊接、冷作、及其他非均勻金屬處理所致之殘留應力等的 其他應力等各種應力的作用。水化學、焊接、熱處理、以及放射線會增加零件內金屬對於應力腐蝕破裂的敏感性。因此，長期以來一直有需要有一種能夠修理降流管內焊接部的裝置及方法。

已開發出修理或補強用夾持裝置，用以在結構上支撐降流管的焊接接頭。補強用滑動接頭夾具係己開發出，用來在結構上取代降流管之上方及下方區段間的滑動接頭。此滑動接頭夾具套設於並用以做為先前用來接合降流管上方及下方區段的焊接部位及套筒的支撐用套筒。此滑動接頭夾具可包含有一組多零件夾具總成(套筒)，套設於焊接的滑動接頭。一滑動接頭總成係針對核反應器壓力之核心噴灑系統的降流管而開發的，該滑動接頭總成包含有：一外殼套筒，形成為環繞著該降流管上的一滑動接頭，其中在該外殼套筒的內側表面與該降流管之間存在一環狀間隙；一上方楔塊及一下方楔塊，可插入至該間隙內；一楔塊螺栓，延伸穿過該間隙，並延伸穿過該上方楔塊及該下方楔塊，其中該螺栓可施加一力來將該等上方及下方楔塊拉引在一起，以將該外殼套筒固定至該降流管上；一上方銷，自該外殼套筒延伸進入至該降流管之一上方區段的一孔洞內，以及一下方銷，自該外殼套筒延伸進入至該降流管之一下方區段的一孔洞內。

一種方法係開發供用以組裝一滑動接頭夾具總成，以 供修理核反應器壓力槽之核心噴水系統內的一降流管，該方法包含有下列步驟：將一外殼套筒環繞該滑動接頭設置；使用一導引線纜來將一下方楔塊及一向上延伸穿過該下方楔塊的楔塊螺栓向下定位至該槽內，以使得該下方楔塊位於環繞著該滑動接頭的該外殼套筒的下方，而該螺栓位於該套筒與該降流管間的一間隙內；藉由該導引線纜，將該下方楔塊及該楔塊螺栓升高，以使得該下方楔塊移入至該間隙內，而該楔塊螺栓的一上方末端則延伸至該外殼套筒的上方；將一上方楔塊沿著該導引線纜滑動，並套設至該楔塊螺栓；將一鎖固螺帽結合至該楔塊螺栓的該上方末端上，並位於該上方楔塊的上方，以及將該螺帽鎖緊於該楔塊螺栓上，因之而施加一力來將該上方楔塊及該下方楔塊互相相向拉引。接著將該等導引線纜自該楔塊螺栓上分離開，並自該反應器槽內取出。

開發一種用以結合至降流管上並固定該管上之焊接的滑動接頭的滑動接頭夾具總成。此滑動接頭夾具總成在結構上可取代或補強一現有的滑動接頭焊接套筒，以接合該降流管的上方及下方區段。

第1圖顯示出具有反應器壓力槽(RPV)外壁14及反應器圍板16的沸水式反應器(BWR)12內的核心噴灑冷卻水系統的降流管10。該等降流管10每一者均係在該外壁14與圍板16間的環狀間隙內垂直向下延伸，並係連 接至一連接於導管20上的肘管18，該導管係延伸穿過圍板16的壁部。來自該等降流管的冷卻水流經過該肘管及導管至位於該圍板內且位於反應器核心上方的噴口管線內。該核心噴灑噴口管線及位於圍板內側的相關噴灑噴嘴是習知的，且未顯示於第1圖內。

第2圖是一降流管之上方及下方管區段24、26之間的滑動接頭22。該滑動接頭22將降流管的上方區段24及下方區段26結合在一起。下方管區段26可依該核心噴灑管線導管貫穿過圍板處的高度而具有不同的長度。滑動接頭22將降流管的上方及下方管區段24、26的相面對末端結合在一起。此接頭可包含有一圓柱狀套筒28，環繞著該管的上方及下方區段的末端，以及一環狀容器30，用以支撐該套筒。該容器係焊接至下方降流管區段26，而該套管則焊接至上方降流管區段上，且該套筒與該容器係焊接在一起。

第3圖是二降流管10的側視外觀圖，其每一者均透過一肘管18及導管20而裝設於反應器核心之圍板16的壁部上。第3圖中未顯示出RPV的壁部，以便能更清楚地顯示出降流管。第3圖中左側的降流管係以準備好可供設置滑動接頭夾具。此滑動接頭夾具32是顯示出成裝設在右側的降流管上。

此滑動接頭夾具在一實施例中是一圓柱狀套管，套設於連接著降流管之上方區段24及下方區段26的滑動接頭22(參見套筒28及環狀容器30)。雖然此滑動接頭是在 RPV組裝之時加以製做或組裝的，但是滑動接頭夾具32卻是在RPV已經組裝好且其反應器核心已經在運轉使用中之後才加以安裝的。此滑動接頭夾具總成可以安裝做為瑕疵滑動接頭的預防式修復裝置。滑動接頭夾具32可在反應器關機而RPV打開進行維修時加以安裝。在該滑動接頭的上方及下方加工出圓錐孔34是安裝滑動接頭夾具32的第一步。這些圓錐孔可由放電加工(EDM)加以製做，其中該EDM是藉由降下一EDM致動器至降流管之上方及下方區段24、26上所需的孔位置處來加以實施的。在降流管之上方及下方區段每一者的相對側上均形成有多對的圓錐孔34。這些圓錐孔34是用來接收四根側向銷36，其可將滑動接頭夾具固定在降流管上。這些側向銷每一者均具有一圓錐狀尖端37(第5圖)，設置於降流管上相對應的圓錐孔34內。

第4圖是滑動接頭夾具32在完全組裝好但與降流管分離開的情形下的外觀圖。實際上，該滑動接頭夾具是圍繞著降流管組裝的。滑動接頭夾具32包含有一對相對的半邊外殼38、42，其套接在一起而形成位於該降流管上的一套管41。這些半邊外殼包含有一公型半邊外殼38，其具有一公型連接器40，例如一鳩尾部，沿著該半邊外殼之軸向邊緣延伸。一母型半邊外殼42透過例如一配接之鳩尾槽44來容受該公型連接器40而結合至該公型半邊外殼上。最好，該母型半邊外殼可在該公型連接器上做軸向滑動，以使其能藉由將該母型半邊外殼下降至公型半邊外殼 上而將該母型半邊外殼結合至該公型半邊外殼上。每一半邊外殼均構成該滑動接頭夾具之圓柱狀套管的一半，並且在截面上是一半圓。

在組裝時，該公型及母型半邊外殼38、42組成一環繞著降流管的圓柱狀套管。在該等半邊外殼的內側表面與該降流管之間維持一間隙。該間隙是足以供該滑動接頭夾具滑套於該滑動接頭上。當滑動接頭夾具32固定至該降流管上時，該等側向銷36及楔塊46可確保該管的上方及下方區段即使是在該滑動接頭的焊接劣化時仍能保持接合在一起。該等側向銷36及降流管部件上的相關圓錐孔34可建立該滑動接頭夾具總成相對於該降流管滑動接頭的相對位置。楔塊46可維持該滑動接頭夾具總成與該降流管間的均勻環狀間隙。楔塊46是設置在組裝好的半邊外殼38、42的內側表面與該降流管之間。

第5圖是該滑動接頭夾具結合至降流管上的截面圖。第5圖顯示出該等側向銷36嚙合於該滑動夾具總成32與上方降流管24。該等設有螺紋之側向銷36係嚙合於該滑動夾具總成之半邊外殼之一者42上的右手螺紋孔洞66。這些銷36每一者均具有一圓錐狀尖端37，其係設置於該降流管24上的圓錐孔34中相對應的一者內。一束縛軸環62設有外左手螺紋，並係設置於該半邊外殼內與該右手螺紋孔洞66同軸的螺紋凹入部63(該左手螺紋實際上是設於該孔洞66的埋頭孔部位內)。此束縛軸環會變形進入加工於側向銷36之圓柱狀頭部39上的切槽內，以防止該 銷在反應器槽運轉時轉動而鬆脫。

第6圖是一例示性楔塊46的側視圖。此楔塊基本上是一矩形的不銹鋼塊，具有一較寬末端48、一狹窄末端50、以及一位於該二末端之間的傾斜側壁52。該傾斜側壁可以是一平直的表面，可插入並沿著該等半邊外殼38、42之一者的內側表面上的通道54(見第4圖)滑動。楔塊46上相對的側壁56在截面上是彎曲的，以抵靠至降流管的外側表面上。此楔塊包含有一螺栓槽(孔)58，軸向延伸穿過該楔塊，並可接收一楔塊螺栓60(第4圖)的軸。螺栓60延伸穿過設置於滑動夾具總成32之上方及下方區段內的上方及下方楔塊46。每一螺栓均(軸向)貫穿過該滑動夾具總成，並在該螺栓的相對二側末端施加一軸向預負載(張力)於楔塊46上。此螺栓軸向預負載會使該等楔塊沿著外殼的通道54的傾斜表面向內滑動。當這些楔塊被互相相向拉引時，他們會將降流管及滑動接頭定心於該滑動接頭夾具外殼內，因之而大致上住該降流管。

第7圖是半邊外殼42，特別是母型半邊外殼，的外觀圖。在外殼裝設於管上時，該半邊外殼的內側表面64會面對著降流管外側表面。該母型半邊外殼的內側表面64是大致上與公型半邊外殼的內側表面相同。每一半邊外殼的內側表面64均包含有一大致上光滑的圓柱狀表面，可套設於降流管上。沿著該半邊外殼的軸向中心線上設有螺紋孔66，供束縛軸環及側向銷36用。此內側表面包含有設有傾斜表面的通道54，用以接收楔塊的傾斜側壁。

通道54是設置在半邊外殼的上方及下方末端70處。再者，每一通道均是沿著軸向對齊於設在該半邊外殼另一側末端上的另一通道。在一實施例中，其具有八個(通道)，成對而對稱地環繞該等核心噴水系統內側表面設置。通道54最好是在半邊外殼之軸向末端70處最深，並隨著該通道沿著半邊外殼內側表面64軸向向內延伸而逐漸變淺。每一通道54均具有一位於半邊外殼內側表面之軸向內側區段上的內側末端72。再者，一狹槽74，可提供延伸於一對軸向對齊之通道54間之楔塊螺栓餘隙。

第8圖及第9圖是滑動夾具總成32圍繞一降流管10組裝期間的外觀圖。如第8圖所示，公型半邊外殼32的連接器40是已軸向滑入至母型半邊外殼的槽44內。此外，側向銷36插入並顯示成嚙合於降流管上用來接收該等銷的圓錐孔34內。

再者，一導引線纜76，例如一撓性不銹鋼纜索，在組裝的過程中，支撐著每一楔塊螺栓60的上方末端。此導引線纜76可自反應器核心圍阻建築的更換燃料層向下延伸至降流管的滑動接頭處。下方楔塊46在楔塊螺栓上滑動，而導引線纜則結合至該楔塊螺栓的上方末端上。這些楔塊、楔塊螺栓、以及導引線纜是設置成能讓導引線纜76最好能在組裝好之半邊外殼圍繞著降流管組裝並沿著滑動接頭滑動至定位時，貫穿過半邊外殼之一者的內側表面上的槽(第7圖中的物件74)(於外殼組裝及側向銷插入後插入)。在本文所揭露的實施例中，有四組導引線纜、楔 塊螺栓、及下方楔塊總成，每一者均設置於相配接之半邊外殼的槽74內。

導引線纜76有助於下方楔塊46及楔塊螺栓60分別對齊於半邊外殼的通道54及槽74。導引線纜可向上延伸至核心的更換燃料層，在該處，該線纜係由安裝該滑動接頭夾具的技術人員加以控制。藉由使用導引線纜來將滑動接頭總成軸向沿著該管移動，這些導引線纜亦有助於將該總成定位於滑動接頭上。

如第9圖中所示，楔塊46是於置於半邊外殼之軸向下方末端下方，直到該等外殼對齊於滑動接頭，而側向銷36旋入至降流管的圓錐孔34內。如第9圖中所示，該些導引線纜將楔塊螺栓及下方楔塊升高，以使得該等下方楔塊滑入至他們各自位於半邊外殼下方部位的通道54內。此外，導引線纜76會將楔塊螺栓向上拉引通過滑動接頭夾具與降流管間的間隙，並進入至位於半邊外殼內側表面上的槽74內。

上方楔塊46會沿著導引線纜76下降至楔塊螺栓60上。這些上方楔塊沿著該等螺栓的上方末端滑動，並滑入至他們各自位於半邊外殼上方軸向末端處的通道54內。

第10圖是滑動接頭夾具32的上方區段的外觀圖，其中上方楔塊46係已滑入至半邊外殼38、42的通道54內。楔塊螺栓60的上方螺紋末端向上延伸穿過該等楔塊。將一預定扭矩施加鎖固螺帽80上，以施加所需之張力至該螺栓及該螺栓上相對的一對楔塊46上。該張力會 使得該等楔塊滑入該等傾斜通道54內，並牢固地抵靠於該等半邊外殼與降流管二者上。該滑動接頭夾具總成可由該等楔塊與該等側向銷加以固定在降流管上。

該等螺栓的上方末端係由不銹鋼型砧接頭78加以結合至導引線纜76上。此等型砧接頭具有外螺紋，可嚙合楔塊螺栓末端的內螺紋。當鎖固螺帽80鎖固於楔塊螺栓60的末端時，導引線纜76即可自楔塊螺栓60的末端上拆除。

雖然前文係針對目前視為最實用且最佳的實施例來說明本發明，但可以瞭解到，本發明並不僅限於所揭露的實施例而已，相反的，本發明意欲涵蓋包含於下附申請專利範圍之精神及範疇內的各種變化及等效配置。

10‧‧‧降流管

12‧‧‧沸水式核反應器

14‧‧‧反應器槽的外壁

16‧‧‧圍板

18‧‧‧肘管

20‧‧‧延伸穿過圍板的導管

22‧‧‧降流管的滑動接頭

24‧‧‧上方區段

26‧‧‧下方區段

28‧‧‧接頭的套筒

30‧‧‧環狀容器

32‧‧‧滑動接頭夾具

34‧‧‧(位於滑動接頭上方及下方的)圓錐孔

36‧‧‧側向銷

37‧‧‧銷的圓錐狀尖端

38‧‧‧公型半邊外殼

39‧‧‧銷的頭部

40‧‧‧公型連接器

41‧‧‧外殼套筒

42‧‧‧母型半邊外殼

44‧‧‧母型槽

46‧‧‧楔塊

48‧‧‧楔塊的寬末端

50‧‧‧楔塊的狹窄末端

52‧‧‧楔塊的傾斜表面

54‧‧‧半邊外殼內供楔塊用的配接通道

56‧‧‧楔塊抵靠於降流管的側壁

58‧‧‧楔塊內的螺栓孔

60‧‧‧楔塊螺栓

62‧‧‧束縛軸環

63‧‧‧半邊外殼內供束縛軸環用的凹入部

64‧‧‧半邊外殼的內側表面

66‧‧‧半邊外殼的螺紋孔

68‧‧‧半邊外殼內的通道

70‧‧‧半邊外殼的側向末端

72‧‧‧半邊外殼的內側末端

74‧‧‧供楔塊螺栓用的槽

76‧‧‧導引線纜

78‧‧‧型砧接頭

80‧‧‧鎖固螺帽

第1圖是沸水式核反應器之反應器壓力槽(RPV)的降流管與圍板總成的外觀圖。

第2圖是降流管上方及下方區段間的習用接頭的剖面圖。

第3圖是二降流管的下方區段及該管之結合至圍板總成上的外觀圖，其中一根降流管是顯示成設有一滑動接頭夾具總成，而另一根降流管則是顯示成未設置夾具總成，以顯示出該降流管之上方及下方區段間的接頭。

第4圖是滑動接頭夾具總成的外觀圖。

第5圖是延伸穿過滑動接頭夾具總成而進入至降流管 內的側向銷的側視剖面圖。

第6圖是滑動接頭夾具總成的夾具楔塊的外觀圖。

第7圖是滑動接頭夾具總成的母型半邊外殼的外觀圖。

第8圖至第10圖是一結合至降流管上的部份組裝完成滑動接頭夾具總成的外觀圖。

10‧‧‧降流管

16‧‧‧圍板

18‧‧‧肘管

24‧‧‧上方區段

26‧‧‧下方區段

32‧‧‧滑動接頭夾具

34‧‧‧(位於滑動接頭上方及下方的)圓錐孔

36‧‧‧側向銷

38‧‧‧公型半邊外殼

39‧‧‧銷的頭部

40‧‧‧公型連接器

42‧‧‧母型半邊外殼

44‧‧‧母型槽

46‧‧‧楔塊

54‧‧‧半邊外殼內供楔塊用的配接通道

60‧‧‧楔塊螺栓

62‧‧‧束縛軸環

76‧‧‧導引線纜

Claims (20)

1. 一種供核反應器壓力槽之核心噴水系統的降流管用的滑動接頭總成，該滑動接頭總成包含有：一外殼套筒，形成為環繞著該降流管上的一滑動接頭，其中在該外殼套筒的內側表面與該降流管之間存在一環狀間隙；一上方楔塊及一下方楔塊，可插入至該間隙內；一楔塊螺栓，延伸穿過該間隙，並延伸穿過該上方楔塊及該下方楔塊，其中該螺栓可施加一力來將該等上方及下方楔塊拉引在一起，以將該外殼套筒固定至該降流管上；一上方銷，自該外殼套筒延伸進入至該降流管之一上方區段的一孔洞內，以及一下方銷，自該外殼套筒延伸進入至該降流管之一下方區段的一孔洞內。
2. 如申請專利範圍第1項所述之滑動接頭總成，其中該外殼套筒包含有相配接的外殼半邊，其中該等外殼半邊係沿著軸向邊緣接合起來。
3. 如申請專利範圍第1項所述之滑動接頭總成，其中該上方銷包含有一上方側向銷，延伸穿過設於該外殼套筒內的一上方螺紋開孔，並穿入至該降流管之上方區段的該孔洞內，而該下方銷包含有一側向銷，延伸穿過設於該外殼套筒之下方孔洞的螺紋開孔，並穿入該降流管之下方區段的該孔洞內。
4. 如申請專利範圍第1項所述之滑動接頭總成，其中該外殼套筒的內側表面包含有一用以接收該上方楔塊的上方傾斜表面，以及一用以接收該下方楔塊的下方傾斜表面。
5. 如申請專利範圍第1項所述之滑動接頭總成，進一步包含有四對上方楔塊及下方楔塊，其中該四對係以對稱方式環繞著該間隙設置。
6. 如申請專利範圍第1項所述之滑動接頭總成，進一步包含有一導引線纜，係在該滑動接頭總成組裝期間連接至該楔塊螺栓的一末端上，其中該上方楔塊會沿著該導引線纜滑動至該螺栓。
7. 一種供核反應器壓力槽之核心噴水系統的降流管用的滑動接頭總成，該滑動接頭總成包含有：一外殼套筒，形成為環繞著供該降流管用的一滑動接頭；一環狀間隙，位在該外殼套筒的一內側表面與該降流管之間；一上方楔塊及一下方楔塊，位在該間隙內，並抵靠於該外殼套筒之該內側表面的傾斜表面上；一楔塊螺栓，延伸穿過該間隙，並延伸穿過該上方楔塊及該下方楔塊，其中該螺栓可施加一力來將該等上方及下方楔塊拉引在一起，以將該外殼套筒固定至該降流管上；以及一導引線纜，係在該滑動接頭總成組裝期間連接至該 楔塊螺栓的一末端上，其中該上方楔塊會沿著該導引線纜滑動至該螺栓。
8. 如申請專利範圍第7項所述之滑動接頭總成，其中該外殼套筒包含有相配接的外殼半邊，沿著軸向邊緣接合起來。
9. 如申請專利範圍第7項所述之滑動接頭總成，進一步包含有一上方側向銷，延伸穿過設於該外殼套筒內的一螺紋開孔，並穿入至該降流管之一上方區段上的一孔洞內，以及一下方側向銷，延伸穿過設於該外殼套筒內之一螺紋開孔，並穿入該降流管之一下方區段的一孔洞內。
10. 如申請專利範圍第7項所述之滑動接頭總成，其中該外殼套筒的內側表面包含有一用以接收該上方楔塊的上方傾斜表面，以及一用以接收該下方楔塊的下方傾斜表面。
11. 如申請專利範圍第7項所述之滑動接頭總成，進一步包含有四對上方楔塊及下方楔塊，其中該四對係以對稱方式環繞著該間隙設置。
12. 如申請專利範圍第7項所述之滑動接頭總成，另包含有一導引線纜，係在該滑動接頭總成組裝期間連接至該楔塊螺栓的一末端上，其中該上方楔塊會沿著該導引線纜滑動。
13. 一種為核反應器壓力槽之核心噴水系統的降流管上之滑動接頭總成組裝另一滑動接頭總成的方法，該方法包含有下列步驟： 將一外殼套筒環繞滑動接頭設置；使用一導引線纜來將一下方楔塊及一向上延伸穿過該下方楔塊的楔塊螺栓向下定位至該核反應器壓力槽內，以使得該下方楔塊位於環繞著該滑動接頭的該外殼套筒的下方，而該楔塊螺栓位於該套筒與該降流管之間的間隙內；藉由該導引線纜，將該下方楔塊及該楔塊螺栓升高，以使得該下方楔塊移入至該間隙內，而該楔塊螺栓的上方末端則延伸至該外殼套筒的上方；將一上方楔塊沿著該導引線纜向下滑動至該楔塊螺栓；將一鎖固螺帽結合至該楔塊螺栓的該上方末端上，並位於該上方楔塊的上方，以及將該螺帽鎖緊於該楔塊螺栓上，藉此施加一力來將該上方楔塊及該下方楔塊互相相向拉引。
14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，進一步包含有將該下方楔塊抵著設於該外殼套筒之一內側表面上的一下方傾斜表面滑動，以及將該上方楔塊抵著設於該外殼套筒之該內側表面上的一上方傾斜表面滑動。
15. 如申請專利範圍第13項所述之方法，進一步包含有藉由固定相對的外殼半邊來形成該套筒而定位該外殼套筒。
16. 如申請專利範圍第13項所述之方法，將一上方側向銷貫穿過該外殼套筒並插入該降流管之一上方區段的一孔洞內，以及 將一下方側向銷貫穿過該外殼套筒並插入該降流管之一下方區段上的一孔洞內。
17. 如申請專利範圍第13項所述之方法，進一步包含有在將該螺帽結合至該螺栓上之後，將該導引線纜自該螺栓鬆開。
18. 如申請專利範圍第13項所述之方法，進一步包含有環繞該間隙以對稱方式設置四對的下方楔塊、楔塊螺栓、以及上方楔塊。
19. 如申請專利範圍第13項所述之方法，進一步包含有在不修改該滑動接頭的情形下組裝該滑動接頭總成。
20. 如申請專利範圍第13項所述之方法，進一步包含有使用該導引線纜來將該滑動接頭總成軸向沿著該降流管移動而將該滑動接頭總成定位於該滑動接頭上。