JPS62137584A - 加圧水型原子炉の棒クラスタを支持するためのスパイダ集合体 - 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】 本発明は加圧水型原子炉、特に、棒クラスタを取り付け
、調節自在に位置決めするためのスパイダに係る。

周知のように、従来の加圧水型原子炉は互いにほぼ平行
に間隔を保ち、燃料棒集合体と入れ子関係に軸方向並進
移動できるように原子炉容器内に取り付けられた制御棒
を採用している。制御棒は中性子を吸収して炉心内に中
性子束レベルを低下させる毒物と呼ばれる物質を含有す
る。連携の燃料棒集合体に対する制御棒の位置を調節す
ることによって、反応度を、従って、原子炉の出力レベ
ルを制御、調節する。典型的には、制御棒を束ねてクラ
スタを構成するために、各クラスタに属する棒をスパイ
ダに取り付け、各スパイダを、連携の棒クラスタを上下
させる機構に連結する。

新しい設計の加圧水型原子炉には、制御棒クラスタ（Ｒ
ＣＣ）及び水排除棒クラスタ（ＷＤＲＣ）のほかに、い
わゆる弱吸収制御棒クラスタをも採用するものがあるが
、この弱吸収制御棒クラスタはその構造がＲＣＣと同じ
であることから、ここでは一括してＲＣＣと呼称する。

このような原子炉の設計では、合計２，８００本以上の
制御棒及び水排除棒が１８５クラスタに分けられ、各ク
ラスタと連携するスパイダに各クラスタの棒が個別に取
り付けられる。

新しい設計の典型的な加圧水型原子炉では、原子炉容器
内に下方から順次上方へそれぞれがほぼ円筒形の下槽集
合体、内槽集合体、及びカランドリア、及び上部を閉鎖
するドームを設ける。下槽集合体はその内部に軸平行関
係に複数の燃料集合体が配設され、それぞれの両端が下
部及び上部炉心板で支持され、上部炉心板は内槽集合体
の底縁に溶接されている。内槽集合体内には、その断面
積のほぼ全域にわたって狭い間隔で多数の棒案内管が配
列されている。棒案内管には第１タイプと第２タイプが
あり、前者は原子炉制御棒クラスタ（ＲＣＣ）を、後者
は水排除棒クラスタ（ＷＤＲＣ）を収納している。それ
ぞれに連携の案内管内に入れ予成に収納されるこれらの
クラスタはそれぞれと連携する燃料棒集合体と整列する
。

新設計加圧水型原子炉の主な目的の１つは燃料利用効率
を高めて総燃料コストを軽減することにある。この目的
に沿って、水排除棒クラスタ（ＷＤＲＣ）は機械的減速
材制御手段として作用し、新しい燃料サイクルの開始に
際してすべてのＷＤＲＣが完全挿入されて燃料棒集合体
、従って炉心内に来る。多くの場合、燃料サイクルは約
１８カ月であり、１８力月が経過したら燃料を交換しな
ければならない。燃料サイクルの進行と過剰反応度レベ
ルが低下するに従って、ＷＤＲＣをグループごとに少し
づつ炉心から引抜き、たとえ燃料棒集合体の反応度レベ
ルが経時的な消失で低下しつつあっても原子炉が同じ反
応度レベルを維持できるようにする。他方、制御棒クラ
スタを連携の燃料棒集合体に対して軸方向並進、即ち、
入れ子関係に移動させることにより、例えば負荷需要に
応じて、公知の原子炉制御操作と同様に原子炉の反応度
を、従って出力レベルを連続的に制御する。

カランドリアはカランドリア底板及びカランドリア上板
を含み、カランドリア底板及び上板に棒案内管の上下端
をそれぞれ固定する。カランドリア内には、その底板及
び上板に形成した整列孔間に、棒案内管とそれぞれ整列
させて複数のカランドリア管を軸平行関係に取り付ける
。カランドリア上板及び底板のカランドリア管と連携す
る孔からずれた位置に複数のフローホールを形成してあ
り、炉心排出流が内槽集合体の上向き通路から流出する
際にこれらのフローホールを通過する。

炉心排出流またはその大部分は軸方向から半径方向に向
きを変えて、カランドリアと流体流通関係にある半径方
向外向きの出口ノズルへ流れる。

同じく軸平行整列関係に、カランドリア管はドーム内の
所定の高さにまで延びる対応のフローシュラウドと接続
され、前記フローシュラウドは対応のヘッド延長部と整
列し、かつ近接している。ヘッド延長部はドームの構造
壁を貫通し、ドームの外部、ドームの真上に位置するそ
れぞれの自由端に、上述した対応の調節機構が装着され
ている。この調節機構は連携のヘッド延長部、フローシ
ュラクト、及びカランドリア管を貫通して、ＲＣＣＣＣ
チクラスタＷＤＲＣ棒クラヌクラスタ付けられている連
携のスパイダに連結される対応の駆動棒を含み、内槽集
合体内での前記線の高さ位置、即ち、棒を内槽集合体へ
下降させて燃料棒集合体と連携させることにより炉心内
の反応度を制御する際に内槽集合体への下降位置を調節
する機能を果たす。

このような原子炉の重要な設計条件のひとつは、原子炉
の炉内構造物を通過する際に炉心・排出流によって起こ
されるおそれのある炉内構造物の振動を低減することに
ある。この条件を満たすための重要な要因は内槽集合体
の全長にわたって炉心排出流を軸方向に、即ち棒クラス
タ及び連携の線案内管と軸平行関係に維持することであ
る。このことは入口及び出口ノズルをカランドリア集合
体の高さにほぼ対応する高さに、即ち、上述のように線
案内管及び連携の棒クラスタを収納する内槽集合体より
も上方に設置することによって部分的に達成させる。ま
た、内槽集合体内に所期の軸方向流動状態を維持するの
を助けるため、本願の出願人に譲渡された特許出願”Ｍ
ＯＤＵＬ八ＲへＯＲＭＥＲＦＯＲＩＮＮＥＲＢＡＲＲＥ
Ｌ　　ＡＳＳＥＭＢＬＹ　　０ＦＰＲＥＳＳＵＲＩＺＳ
ＥＤ　ＷＡＴＥＲＲＥＡＣＴＯＲ（加圧水型原子炉にお
ける内槽集合体用のモジュール式成形部材）”に開示さ
れているような成形部材と呼ばれる構造素子を容器内に
組み込む。

ところが、従来型構成の棒クラスタ・スパイダでは所期
の軸方向流動状態が維持されていても流れによる振動が
起こり易いことが判明している。振動は特に棒及び関連
の支持構造を含む炉内構造物の構成要素の摩耗を早めて
これら構成要素の耐用寿命を縮め、原子炉運転における
メンテナンスコストを増大させるから、このような状況
は極めて憂慮すべきものである。

従来の原子炉ではスパイダのベーンが強い流れ場に入る
ように原子炉冷却材流路を設計せず、流路によりスパイ
ダの高さ、即ち、軸方向の作用位置に流れが達する前に
、この冷却材流れが概ね半径方向に外方へ（即ち、軸方
向流路から）向くようにする。従って、従来の炉内構造
物は構造的に、ここに考察する新設計原子炉で採用され
ている密に配列された線案内管及び連携の棒クラスタと
は異なっており、流路条件も異なるから、上述のような
スパイダのベーンの水流による振動に関する設計上の問
題は起こらない。即ち、上記新設計原子炉の条件に従い
、その運転に伴う環境要因を考慮して以上に述べた諸問
題を解決する方策は全く未知である。

既に述べたように、本発明の改良型ベーン形状を有する
棒クラスタ・スパイダが併用されるような加圧水型原子
炉はいわゆる原子炉制御棒クラスタ（ＲＣＣ）と配列さ
れた多数の制御棒のほか、同じく水排除棒クラスタ（Ｗ
ＤＲＣ）として配列された多数の水排除棒を使用し、合
計２８００本の棒（即ち、原子炉制御棒及び水排除棒の
合計）から成る１８５個のクラスタの配列体が原子炉容
器の内楢集合体に軸平行関係に取付けうている。各クラ
スタの棒はその上端が対応のスパイダに取り付けられ、
こうしてスパイダに取り付けられたクラスタは対応の棒
案内管に入れ予成に挿入される。スパイダは駆動棒を介
して対応の調節機構と連結し、この調節機構が棒クラス
タを連携の燃料棒集合体グループに対して選択的に上昇
、下降させることにより、原子炉の反応度、従って、出
力レベルを制御する。

このような新しい原子炉設計は特に上部炉内構造物を、
従って、棒案内管及び連携の棒クラスタを通過する炉心
排出流をほぼ軸方向に維持しようとするものであったが
、棒を支持する従来型のスパイダベーンには有害な振動
が発生し易いことが判明している。即ち、従来のように
ほぼ半径方向に張出したベーンの構造は最適とはいえず
、振動を軽減するという設計条件を満たすことができな
い。

更に詳しくは、スパイダ集合体は容器の垂直軸線と軸平
行関係の、ほぼ円筒形の中心ハブを含み、この中心ハブ
にベーン集合体が連結されて半径方向に張出している。

ベーン集合体の形状は多様であるが、一般的には、ほぼ
平行な主要平坦面を有する金属板で形成された垂直ベー
ンから成り、２本以上の円筒形棒支持マウントを互いに
かつハブと連結する。棒支持マウントもハブと軸平行で
ある。

従って、炉心排出流は軸平行流を維持するという基本的
な設計条件通りに平行流動状態でベーンに沿って通過す
る。

それぞれのスパイダ及び連携のベーン集合体はかなりの
構造強度を備えねばならない。

例えば、制御棒スパイダは典型的には中心ハブを中心に
等角度間隔に、半径方向に張出した４つのベーン集合体
に配置された合計８本の制御棒を支持する。８本の棒か
ら成る制御棒クラスタの総重量は約９０ｋｇ乃至１１３
ｋｇである。典型的な水排除棒クラスタは最大限２４木
の水排除棒から成り、２本の水排除棒から成るグループ
と４木の水排除棒から成るグループが合計８つのベーン
集合体のそれぞれに交互に取り付けられており、４本の
棒を取付けられる集合体のそれぞれは半径方向に張出し
たベーン素子のほかに、１対の横方向に延びる素子を含
み、後者にはその外端に円筒形支持マウントが装着され
ている。このように構成された水排除棒クラスタの総重
量は約３１８ｋｇ乃至３６３ｋｇである。スパイダは各
棒クラスタの死重だけでなく、スパイダを通過する比較
的高速の炉心排出流及び棒の高さ調節動作に伴って加わ
る力をも吸収しなければならない。

従って、スパイダは優れた構造支持を与えると同時に、
水流によって振動が発生する可能性を軽減するように構
成しなければならない。本発明では、それぞれのベーン
の後縁、即ち、ベーンを通過する冷却材流方向に関して
下流縁にほぼ方形の断面を与える、換言すれば扁平に形
成することによってこの２つの条件が満たされることが
判明した。

以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明
する。

第１図に示す加圧水型原子炉１０は上部のドームまたは
ヘッド集合体１２ａ１円筒形側壁１２ｂ、及び原子炉１
０の基部を構成する閉じた底部１２ｃを含む容器１２を
具備する。側壁１２ｂの環状上端面１２ｄ付近（第１図
にはそれぞれ１つづつ図示しである）に半径方向の人口
ノズル１１及び出口ノズル１３を形成しである。円筒形
側壁１２ｂは溶接などで閉じた底部１２ｃと一体的に接
合すればよいが、ヘッド集合体１２ａは側壁１２ｂの端
面１２ｄに着脱自在に固定する。側壁１２ｂは後述する
ような種々の炉内構造物を支持するためのほぼ環状の内
側取り付け突縁１２ｅを画定する。閉じた底部１２ｃは
図面に略示するような底部計装体１４を内蔵している。

下槽集合体１６はその下端を支持マウント１８ｂに嵌着
されている下部炉心板１８に固定したほぼ円筒形の側壁
１７を含む。円筒形側壁１７はその上端に、容器１２内
に下槽集合体１６を支持する環状取り付け突１ｉ＜　１
２　ｅに着座させた取り付けリング１７ａを具備する。

側壁１７は人口ノズル１１付近で中実であるが、出口ノ
ズル１３と整列し、かつこれに着脱自在に取り付けたノ
ズルリング１７ｃを含む孔１７ｂを有する。円筒形側壁
１７の内面の、軸高の約１７２に相当する位置に取り付
けた支持マウント１７ｄで上部炉心板１９を支持する。

下部炉心板１８に装着した底部マウント２２と、上部炉
心板１９に装着されてこれを貫通するビン状マウント２
３により、下槽集合体１６内に燃料棒集合体２０を支持
する。（図面には２個だけ示しであるが）下部炉心板１
８及び上部炉心板１９に形成した流通孔またはフローホ
ール１８ａ、１９ａにより、原子炉冷却材は下槽集合体
１６に流入し、燃料棒集合体２０と熱交換関係に下槽集
合体内を流動したのち、内槽集合体２４に流入する。側
壁１７の内側には、炉心領域を囲んで中性子反射体及び
遮断体２１を設けである。

内槽集合体２４はその下端を上部炉心板１９に一体的に
接合し、固定した円筒形側壁２６を含むと共に、その上
方開口端に、環状保持ばね２７に嵌着し、側壁１７の取
り付けリング１７ａと共に取り付け突縁１２ｅで支持し
た取り付けリング２６ａを含む。側壁２６はこのほかに
孔１７ｂ及び出口ノズル１３と整列する孔２６ｂを含む
。内槽集合体２４の円筒形側壁２６内に、複数の棒案内
管が狭い間隔で、かつ互いに平行に配設されているが、
図面を簡略化するため、第１図には２つの棒案内管だけ
を、即ち、放射線制御棒クラスタ３０　（ＲＣＣ）を収
容する棒案内管２８、及び水排除棒クラスタ３４　（Ｗ
ＤＲＣ）を収容する棒案内管３２だけを図示した。各Ｒ
ＣＣクラスタ３０及び各Ｗ−ＤＲＣクラスタ３４の棒は
個別にそれぞれと対応するスパイダ１００．１２０に連
結される。棒案内管２８の上下端にそれぞれ取り付け手
段３６．３７を設け、棒案内管３２の上下端にそれぞれ
取り付け手段３８．３９を設け、各棒案内管２８．３２
を上部炉心板１９に連結するのに下部取り付け手段３７
．３９を利用し、各棒案内管２８．３２をカランドリア
延長部５０のカランドリア底板５２に連結するのに上部
取り付け手段３６．３８を利用する。

カランドリア集合体５０はカランドリア底板５２のほか
に、カランドリア上板５４、及びカランドリア底板及び
上板５２．５４の孔と軸整列する複数の互いに平行に間
隔を保つカランドリア管５６．５７を含み、前記カラン
ドリア上板５４に前記カランドリア管５６．５７を連結
する。具体的には、カランドリア底板５２の対応孔に嵌
着し、カランドリア底板に固定したカランドリア延長部
５８．５９にカランドリア管５６．５７を固定する。同
様の構造がカランドリア管５６．５７の上端をカランド
リア上板５４に連結する。

図示の構成では、カランドリア延長部５８だけがカラン
ドリア底板５２から下方に突出し、ＲＣＣＣＣ的管２８
の上端取り付け手段３６に連結されている。ＷＤＲＣ棒
案内管３２と連携の上部取り付け手段３８は（図示しな
いが）可撓リンケージを介してＲＣＣＣＣ的管２８の取
り付け手段３６と連結することができる。これに代わる
実施態様として、ＷＤＲＣ棒案内管３２を独自にカラン
ドリア底板５２と連結してもよく、この場合には、カラ
ンドリア延長部５９も板５２から下方に突出し、ＷＤＲ
Ｃ取り付け手段３８と係合してこれを側方から支゛持す
る。

カランドリア管５６．５７とそれぞれ軸整列し、かつそ
れに連結されるフローシュラウド６０．６１が容器１２
のヘッド集合体１２ａ内に配置され、カランドリア上板
５４から上方へ延びている。同数のヘッド延長部６２．
６３をそれぞれのフローシュラウド６０．６１と軸整列
させ、ヘッド延長部の下端６２ａ、６３ａをフレアさせ
るかまたは鐘形に形成することによって組立を容易にす
ると共に、ヘッド集合体１２ａを容器側壁１２ｂの端面
１２ｄへ下降させる際に（第１図には図示しない）駆動
棒をヘッド延長部６２．６３内へ案内する。第１図から
明らかなように、完全に組立てた状態でフレア端６２ａ
。

６３ａにフローシュラウド６０．６１の対応上端６０ａ
、６１ａが挿入される。ヘッド延長部６２．６３はヘッ
ド集合体１２ａの頂壁部分を貫通し、これに対して密封
されている。制御棒クラスタ（ＲＣＣ）駆動機構６４及
び水排除棒クラスタ（ＷＤＲＣ）駆動機構６６を対応の
ヘッド延長部６２．６３、フローシュラウド６０，６１
及びカランドリア管５７．５７と連携させ、カランドリ
ア管を対応の放射線制御棒クラスタ３０及び水排除棒ク
ラスタ３４と連携させる。ＲＣＣ駆動機構（ＣＲＤＭ）
６４としては適当な従来型のものを利用すればよく、水
排除棒クラスタ（ＷＤＲＣ）３４の駆動機構（ＤＲＤＭ
）６６としては本願と同じ出願人の所有になる米国特許
第４，４３９，０５４号に開示されている駆動機構と同
様のものを利用すればよい。

ＣＲＤＭ６４及びＤＲＤＭ６６と連携の各駆動棒は対応
の放射線制御棒クラスタ３０及び水排除棒クラスタ３４
にむかって延び、それぞれの下端がスパイダ１００．１
２０に連結されている。即ち、ＣＲＤＭ６４及びＤＲＤ
Ｍ６６は対応の駆動棒を介してＲＣＣ３０及びＷＤＲＣ
３４を、上部炉心板１９に形成した（図示しない）対応
孔を通して連携の燃料棒集合体２０内へ下降させたり、
逆に上昇させたりする。第１図に示すように、下槽集合
体１６の内高Ｄ１は約４．５ｍ、燃料棒集合体２０の有
効長Ｄ２は約３．８ｍ、内孔Ｄ３は約４．４ｍ、棒クラ
スタ３０．３４の、従って、対応のＣＲＤＭ及びＤＲＤ
Ｍ駆動棒の移動範囲ｐ４は約３．７ｍ　　である。

原子炉から所期の出力レベルを得るために、ＲＣＣ３０
はＷＤ　ＲＣ３４よりも頻繁に位置を調節される。各燃
料サイクルの開始に際してＷＤＲＣ３４が下槽集合体１
６へ完全挿入され、この燃料サイクル中、過剰反応度の
減少に応じて、（図示しない）連携の駆動棒及びＤＲＤ
Ｍ６６によってＷＤＲＣ３２が選択的に引抜かれる。多
くの場合、この操作は４つのＷＤＦｔＣ３４から成るグ
ループを同時に完全挿入位置から対応のＷＤＲＣ案内管
３２内への完全上昇位置へ連続的かつ制御下で引抜きを
して行なわれる。具体的には、所与のグループを構成す
る４つのＷＤＲＣ３４はこのグループを引抜く際に炉心
内に対称的な出力平衡が維持されるように選択する。多
くの場合、約１８カ月の燃料サイクルの約６０乃至７０
％にわたってすべてのＷＤ　ＲＣ３４が燃料棒集合体２
０に完全挿入されたままである。この期間が過ぎると、
過剰反応度の減少に合わせて選択的にグループを順次完
全引抜き位置へ移動させることにより、可変調節可能な
ＲＣＣ３０の制御下に、所要の出力レベルを維持するの
に必要な公称の反応度レベルを維持する。

原子炉冷却材、即ち、水は入口ノズル、例えばノズル１
１から容器１２に流入し、容器１２の円筒形側壁１２ｂ
と下槽集合体１６の円筒形側壁１７との間の環状チェン
バを通って降下し、次いで反転して下部炉心板１８のフ
ローホール１８ａを通って下槽集合体１６に流入しこの
内部を上昇し、上部炉心板１９のフローホール１９ａを
通って下槽集合体１６から内槽集合体２４に流入し、そ
のまま軸平行流として内槽集合体２４を通過し、最終的
にはカランドリア底板５２のフローホール５２ａから上
方に排出される。従って下槽集合体１６でも内槽集合体
２４でも軸平行流動状態が維持される。カランドリア５
０内で流れはほぼ９０°向きを変えて出口ノズル、例え
ばノズル１３から半径方向に排出される。

循環水または原子炉冷却材の容器１２内での圧力は約１
５３気圧が普通であり、ＤＲＤＭ駆動棒を完全挿入位置
から完全引抜き位置へ上昇させるためのエネルギーまた
は流体圧をＤＲＤＭ６６に供給する。第１図から明らか
なように、スパイダ１００．１２０には炉心からの冷却
材流が絶えず作用する。

以下余白 第２図は第１図２−２線における内槽集合体２４の断面
図であり、内槽集合体２４内に密に配列された制御棒ク
ラスタ（ＲＣＣ）３０及び水排除棒クラスタ（ＷＤＲＣ
）３４の配列態様を略示している。図解の便宜上、内槽
集合体２４の側壁２６だけを示し、側壁１６．１２ｂを
省略し、対応のＲＣＣ及びＷＤＲＣ棒を収容しているＲ
ＣＣ及びＷＤＲＣ棒案内管２８．３２はその輪郭だけを
示しである。第１及び２図からすでに明らかなように、
ＲＣＣクラスタ３０及びＷＤＲＣクラスタ３４は内槽集
合体２４の断面積のほぼ全域にわたって互いに交差した
配列を有する↓各棒クラスタ及び連携のスパイダをこの
ように密に配列する以上、始終平行流動状態が維持され
るだけでなく、流れにともなう振動及びその悪影響が極
力軽減されるような慎重な設計が要求される。

第１Ａ及び１８図には上下方向に３段のモジュール式成
形部材４０．４２．４４を示したが、第２図には中段４
２を示しである。段４０．４２．４４は高さが異なるこ
とを除けば全く同じであるから、第２図の中段４２は段
４０．４４だけでなく、各段の頂面図でもあり、底面図
でもある。具体的には、このモジュール式成形部材とし
ては２通りの異なる構成７０．８０のものが互いに直交
する直径Ｄ１、Ｄ３及びＤ２、Ｄ４を挟んで対称に、即
ち４５′間隔で交互に配置されている。取り付け素子９
０が成形部材７０．８０を側壁２６に固定し、成形部材
の外縁７０’、８０′は側壁２６の内周と係合する円弧
から成り、内縁７０″、８０＃は互いに交差するＲＣＣ
及びＷＤＲＣ棒案内管２８．３２の配列体の周縁と係合
するような形状を備える。

第３及び４図はＲＣＣスパイダ１００の平面図及び立面
図であり、ＲＣＣスパイダ１゜Ｏはスパイダ１００及び
ＲＣＣ，ｉ案内管２８内の（図示しない）連携の制御棒
の垂直方向位置を調節するＲＣＣ調節機構６４にまで延
びている（図示しない）駆動棒と連結するための内側螺
条付上端部分１０３を有するほぼ円筒形の中心ハブ１０
２を含む。（図示しない駆動棒とハブ１０２との接合部
を囲み、これにオーバラップする（図示しない）保護金
属スリーブを、その凹ませた部分を嵌入して固定するた
めの凹部１０２ａを設ける。ベーン集合体１０６はその
内縁がハブ１０２に固定され、ハブから半径方向に直交
方向に延びている。各ベーン集合体１０６は１対の円筒
形支持マウント１０８を含み、各支持マウント１０８は
スパイダ１００から支持される（図示しない）制御棒の
外側螺条付上端部分を螺合させるための内側螺条付部分
１１０を含む孔１０９を有する。

第５及び６図ばＲＣＣスパイダ１００と同様に、対応の
ＷＤＲＣ制御機構６６の１つに連結された駆動棒を螺着
するための内側螺条付上端部分１２３を備えたほぼ円筒
形のハブ１２２を含むＷＤ　ＲＣスパイダ１２０を示す
。ハブ１２２はハブ１０２（第３及び４図）の凹部１０
２ａに関連して上述したのと同じ目的で形成した凹部１
２２ａを具備する。２つのタイプのベーン集合体１２６
．１２７がハブ１２２に連結され、ハブから半径方向に
互いに等角度間隔で交互に延びている。ベーン集合体１
２６はハブ１２２から半径方向に直交関係で延び、それ
ぞれが１対の半径方向に位置ずれしたＷＤＲＣ棒支持下
支持マウント１２８という点で第３及び４図に示したＲ
ＣＣベーン集合体１０６とほとんど同様である。各ベー
ン集合体１２７は集合体１２７の半径方向に広がる平坦
なベーン部分１２３’　、１２４’から互いに反対向き
の第１及び第２対１２５Ａ、１２５Ｂとして延びる一体
的な横断方向ベーン１２５を含み、それぞれの横断方向
ベーンの外端にはＷＤＲＣ棒支持下支持マウント１２８
されている。特に第５図から明らかなように、第２タイ
プの４つのベーン集合体１２７がハブ１２２から半径方
向に互いに直交する関係に延び、それぞれが隣接する直
交関係のベーン集合体１０６の中間に上述のような交互
のシーケンスで配置される。それぞれのＷＤＲＣ棒支持
下支持マウント１２８下端に螺条孔１２９を有し、対応
するＷＤＲＣ棒の外側螺条付上端部分が前記螺条孔１２
９に螺着される。

第３乃至６図に示したベーン集合体１０６．１２６に代
わる例としてベーン集合体１３０を示す第７ａ、７ｂ及
び７ｃ図に従ってベーン集合体１０６．１２０の構成を
さらに詳細に説明する。ベーン集合体１３０は第１及び
第２扁平ベーン素子１３２．１３４を含み、後者は半径
方向に内側及び外側棒支持マウント１３８を連結し、前
者は内側線支持マウント１３８を連携スパイダのハブ、
例えば、第３及び４図のハブ１０２及び第５及び６図の
ハブ１２２に連結する。第１扁平ベーン素子１３２はそ
の半径方向内側及び半径方向外側の縦方向縁部にそれぞ
れ肉厚の薄いフランジ１３３．１３３′及び上下の段状
部分１３５．１３５′を含むように機械加工されている
。なお、ここに使用する「扁平ベーン素子」または「扁
平ベーン素子部分」という表現は典型的には金属を材料
とし、図示のように互いに平行な主要平坦面を有する板
状構造を意味する。

第７ａ、７ｂ及び８図から明らかなように、棒支持マウ
ント１３８はフランジ１３３を嵌着するための嵌着スロ
ット１４０、及びフランジ１３２の上下段状部分１３５
．１３５′を嵌着するための上下凹部１４２を含む。同
様に、第２扁平ベーン素子１３４もその縦方向縁部に、
内側及び外側棒支持マウント１３８を連結するためのフ
ランジを含む。

第７ａ及び７ｂ図のベーン集合体１３０は第３及び４図
のＲＣＣベーン集合体１０６及び第５及び６図のＷＤＲ
Ｃベーン集合体１２６とほとんど同じであり、従って、
ベーン集合体１０６．１２６は対応の第１及び第２扁平
ベーン素子１１２．１１４及び１２３．１２４をそれぞ
れ含み、それぞれが連携のベーン集合体１０６．１２６
をＲＣＣスパイダのハブ１０２及びＷＤＲＣスパイダの
ハブ１２２にそれぞれ連結するための、第７ｂ図のフラ
ンジ１３３に相当する長手方向フランジを具備している
。この構造を第４図のＲＣＣスパイダ１００については
ハブ１０２に形成した嵌着用スロット１１１及びこれに
嵌着されるフランジ１１５によって、第６図のＷＤＲＣ
スパイダ１２０についてはハブ１２２に形成した嵌着用
スロット１２１及び第１扁平ベーン素子１２３と連携し
、前記スロット１２１に嵌着されるフランジ１３１によ
ってそれぞれ示した。

第６図から明らかなように、ＷＤＲＣスパイダ１２０の
第２タイプベーン集合体１２７は、一体的に形成されて
ハブ１２２から半径方向に張出した第１、第２扁平ベー
ン素子部分１２３’　、１２４’を含み、第１部分１２
３′がハブ１２２に形成した対応の嵌着用スロット１２
１′に嵌着される長手方向フランジ１３１′を具備する
という点で第１ベーン集合体１２６とほぼ同様である。

集合体１２７はまた、第１、第２ベーン素子部分１２３
’、１２４’　と一体に形成されて、横断方向に張出し
た第３扁平ベーン素子１２５の第１、第２対１２５Ａ、
１２５Ｂを含み、第１対１２５Ａは部分１２３’　、１
２４’の中間に形成され、第２対１２５Ｂは第２ベーン
素子部分１２４′の外側縦方向縁部に形成されている。

各素子１２５の外側縁には線支持マウント１２８が装着
されている。第３の、即ち、横断方向の扁平ベーン素子
１２５もその外側縦方向縁部に、対応の線支持マウント
１２８を取り付けるための同様のフランジ構造を含むこ
とができることはいうまでもない。

ＲＣＣ及びＷＤＲＣスパイダ１０２．１２０の組立てに
際しては、フランジ１１５．１３１．１３１′を連携ハ
ブ１０２．１２０の対応のスロット１１１．１２１．１
２１′に挿入して最内側の扁平ベーン素子１１２．１２
３．１２３′を位置決めしてから、第３及び６図にそれ
ぞれ溶接ビード１１６．１１９で示すように上下端をス
ボッ訃溶接して固定し、次いで接合部を全長に沿ってろ
う接するのが好ましい。

第２図に示したようにＲＣＣ及びＷＤＲＣ棒クラスタは
間隔の詰まった配列体として構成されているから、ＲＣ
ＣスバイダエＯｏの扁平ベーン素子１１２．１１３及び
ＷＤＲＣスパイダ１２０の扁平ベーン素子またはその一
体部分１２３．１２４．１２３’、１２４’、１２５は
全体として平行流動状態の影響を受けるほぼ直線的な扁
平または板状素子を構成することになる。炉心排出流は
各ベーン素子の後縁、即ち、原子炉冷却材流動方向に見
て下流縁の後方にいわゆる「渦列 （ｖｏｒｔｅｘ　５ｔｒｅｅｔ）　」を発生させ易く、
この渦によって起こる振動は摩耗を早め、耐用寿命を縮
めるほどの程度に達するおそれがある。

平行流動状態の影響下に扁平素子後縁の後方に形成され
る渦列に起因する液浸 （ｉｍｍｅｒｓｅｄ）　　２次元振動現象は実験的にも
理論的にも研究されている。（１９７７年Ｖａｎ　Ｎｏ
５ｔｒａｎｄ　Ｒｅ１ｎｈｏｌｄ　Ｃｏ、刊、Ｒ，Ｄ、
　Ｂｌｅｖｉｎｓ署”ＦＬＯＷ−ＩＮＤＵＣＥＤ　ＶＩ
ＢＲＡＴＩＯＮ”；　　第１８頁；１９７２年８月１４
−１６日、Ｓｉｍｐｏｓｉｕｍ　Ｋａｒｌｓｒｕｌｅ（
Ｇｅｒｍａｎｙ）刊、１９７４年Ｅｄｕａｒｄ　Ｎａｕ
ｄａｓｃｈｅｒ編集、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ
刊、Ｒ，Ｂｒｅｐｓｏｎ等著″Ｖｉｂｒａｔｉｏｎｓ　
Ｉｎｄｕｃｅｄ　ｂｙ　Ｖｏｎ　Ｋａｒｍａｎ　Ｖｏｒ
ｔｅｘＴｒａｉｌ　ｉｎ　Ｇｕｉｄｅ　Ｖａｎｅ　Ｂｅ
ｎｄｓ”、　ＦＬＯＷ−ＩＮＤＵＣＥＤＳＴＲＬＩＣＴ
ＵＲＡＬ　ＶＩＢＲＡＴＩＯＮＳを参照されたい。さら
に、ＡＳＭＥ会報ＪＯＵＮＡＲＩ、　ＯＦ　ＢＡＳＩＣ
ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ、　４９６１年１２月号におけ
るＧ、　）Ｉ。

７ｅｂｅｓ等の論文”Ｈｙｄｒｏｅｌａｓｔｉｃ　Ｖｉ
ｂｒａｔｉｏｎｓｏｆ　　Ｆｌａｔ　　Ｐｌａｔｅｓ　
　Ｒｅ１ａｔｅｄ　　ｔｏ　　ＴＲＡＩＬＩＮＧ　　Ｅ
ｄｇｅＧｅｏｍｅｔｒｙ”も参照されたい。）高さ約５
インチ、厚さ０．３２インチのベーン素子（例えばベー
ン素子１１２．１１４：！たは１２３−１２５）の場合
、ここに述べるような原子炉の正常な運転時に発生する
流動状態下でベーンの渦分断振動数（Ｖｏｒｔｅｚｓｈ
ｅｄｄｉｎｇ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）　は下記のように
算出することができる。

Ｕ ｆ、　＝　　−（１） ただしｆ３Δ　渦分断振動数［，１（ｚｌＳ二　ストル
ーハル数 ＵΔ　ベーンを通過する流速［インチ７秒ＤΔ　コ特性
長さ、ベーン厚さ［インチコストルーハル数はレイノル
ズ数（Ｒｅ）の大きざに依存し、Ｒｅは下記のように算
出することができる。

ただしＲｅム　レイノルズ数 ＵΔ　ベーン通過流速［インチ／秒］ ｐ二　流体密度、８．１１Ｅ−５ ［１ｂｆ−秒２／インチ４］ μΔ　流体粘°度、１．１４Ｅ−８ ［１ｂｆ−秒／インチ２］ ＤＡ　　特性長さ、ベーン厚さ［インチ］即ち、レイノ
ルズ数は Ｒｅ　−６，３８Ｅ５　　　　　　　（３）適当なスト
ルーハル数はＢｅ１ｖｉｎｓによればＳと０．２０　　
　　　　　　（４） 従って、運転時に予想される計算上の渦分断振動数は Ｕ ｆ、“　　　　　　　　　　　　　　　　（５）こうし
て計算される渦分断振動数（即ち、ｆ８・２４０Ｈ２）
は周囲構造要素の最低自己振動数（多くの場合ｆｎ＜　
１００Ｈｚ）に比較して極めて高い。即ち、水流がゼロ
または低い停止状態から完全な流動が現れる正常運転状
態へ原子炉の運転が移行する際に１次渦分断振動数がこ
れらの構造要素の自己振動数を超えることになり、これ
は渦分断振動数が構造の最低自己共鳴振動数の０．８倍
以下という望ましい正常な状態に反する。運転状態の変
動とこれに伴う流速レベルの変化で渦分断振動数（Ｆｓ
）が構造固有振動数（ｆｎ）の１つと一致する可能性が
あるから、このような強制応答を軽減するため後縁に適
当な形状を与えることによってスパイダにおける過分断
振動効果を弱める必要がある。

上記引例はこのような構造における過分断振動効果を弱
めるため、平行流動状態中に配置される扁平素子の後縁
に与えるべき種々の形状を提示しているが、従来の理論
的分析は原子炉圧力容器の環境にあってスパイダに作用
する応力条件を考慮していない。即ち、すでに述べたよ
うに、スパイダは大きい死重に耐えるだけでなく、特に
、原子炉を急停止する際にＲＣＣＣＣチクラスタ実かつ
迅速に並進移動させる必要から行われる高さ調節操作に
伴う運動力にも、水流によって生ずる力にも耐えねばな
らない。しかもこれらの設計条件を限られた軸方向スペ
ース内で満たさねばならない。

一般的な静水力学な流動条件を考慮に入れた従来のベー
ン素子設計は平行な平坦面から漸次移行するように後縁
を形成することで流動特性を高めることができるとの確
信に基づいている（例えば、後縁の断面形状を半円形乃
至もっと漸進的なテーパ形状にする）。ところが実際に
は、テーパまたは湾曲させた面は流れ剥離が起こる面積
を広げる結果となり、ベーン素子を通過する際に流れに
発生する渦の作用を受ける面積を広げる結果ともなるこ
とが判明した。さらにまた、流れ剥離の問題を軽減する
ため後縁をテーパさせたり縮小したりすると後縁断面を
占める構造材料の量が少なくなり、所与の高さ及び厚さ
でのベーン強度を弱めるか、さもなければ充分な強度を
与えるためにベーン素子の長手方向寸法（即ち、軸方向
高さ）を増大せざるを得なくなる。ベーン素子の強度低
下は許容できないことであり、さりとて高さを増大させ
ることはこのように高くしたベーンに対応して内、槽集
合体の高さを増大させることにもなり、容器コストの増
大につながるから現実的でない。

公知ベーン素子の標準的な半円形断面を持つ後縁に反し
て、本発明では水流中に発生する渦及び渦分断振動数を
、ベーン素子及び連携スパイダに必要な構造強度、制約
されるスペースと共に考慮すれば、棒支持スパイダのベ
ーン素子後縁に方形断面形状を与えれば最適条件に近い
ことが判明した。重要かつ決定的要因は所与のサイズの
ベーン素子の最大強度を維持しながら渦分断による振動
効果を弱めて構造の振動応答を低減し、コスト軽減の点
で製造容易な構造でこれらの成果を達成することにある
。後縁に方形または方形に近い断面形状を与えることで
上記設計及び操作上の条件を満たすことができることが
立証されたが、従来の設計に対して飛躍的な改良である
と考えられる。後縁に方形の断面形状を与えることは従
来採用されていた半円形及び／またはその他のテーパ断
面後縁に比較してベーン素子の製造を容易にし、製造コ
ストを軽減する上でも効果的である。

従って、第７ａ及び７Ｃ図に示す集合体１３０のベーン
素子、１３２．１３４は断面が方形の後縁１３２ｂ、１
３４ｂを備える一方で、従来と同様の半円形前縁、即ち
、上流縁１３２ａ、１３４ａを備えている。同様に、第
５及び６図のベーン素子１１２． １１２’、１１４．１１４’、１２３．１２３’、１２
４．１２３’　、１２５は半円形断面の前縁１１２ａ、
１１２ａ’　、１１．４ａ。

１１４ａ’　、１２３ａ、１２３ａ’　、１２４ａ、１
２４ａ’　、１２５ａ及び方形断面の後縁１１２ｂ、１
１２ｂ’　、１１４ａ、１１４ｂ’　、１２３ｂ、１２
３ｂ’　、１２４ｂ、１２４ｂ’　、１２５ｂを備える
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の棒クラスタ支持スパイダを使用できる
加圧水型原子炉を一部断面で示す立面図。 第２図は第１図の原子炉容器の内槽集合体内に連携の棒
案内管と共に比較的密に配列されている水排除棒クラス
タ及び制御棒クラスタを略示する第１図２−２線におけ
る断面図。 第３図はＲＣＣスパイダの平面図。 第４図は第３図のＲＣＣスパイダを第３図４−４線にお
いて一部断面で示す立面図。 第５図はＷＤＲＣスパイダの平面図。 第６図は第５図のＷＤＲＣスパイダを第５図６−６線に
おいて一部断面で示す立面図。 第７ａ及び７ｂ図はそれぞれ半径方向ベーン集合体の頂
面図及び側面図。 第７Ｃ図はベーン素子を示す第７ｂ図の７ｃｍ７ｃ線に
おける断面図。 第８図はスパイダの棒支持マウントの１つを示す立面図
である。 １００．１２０．１３０・・・・スパイダ集合体１０２
．１２２・・・・ハブ １０６．１２６．１２７・・・・ベーン１０８．１３８
・・・・棒マウント １１４ｂ、１２３ｂ、１２３ｂ’　、１２４ｂ’　。 １２５ｂ、１３４ｂ・・・・方形断面の後縁ＦＩＧ、　
／Ａ。 ＦＩＧ、　／Ｂ。 ＦＩＧ、　２゜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、中心軸を画定する細長い形状を有し、所定の軸方向
   炉心排出流と軸平行関係に加圧水型原子炉容器内に配置
   されるハブと、ハブに連結される複数のベーン集合体と
   から成り、ベーン集合体のそれぞれがベーン集合体のそ
   れぞれに少なくとも１本の棒を取り付けるための手段と
   、ほぼ平行な主要平坦面を有し、平坦面がハブの軸線と
   平行な関係となるように内側縦方向縁部に沿ってハブに
   連結され、棒取り付け手段とハブを互いに連結する少な
   くとも１つのベーン素子とから成る、内部を所定の軸方
   向炉心排出流が流れる加圧水型原子炉容器内において棒
   クラスタを支持するためのスパイダ集合体であって、ベ
   ーン素子の後縁に、この後縁における渦分断効果の大き
   さを軽減するように、平行な主要平坦面から鋭く移行す
   る形状を与えると共に、後縁における材料の量を最大限
   にして所与の縦方向高さ及び厚さに関するベーン素子の
   強度が最大限となるようにしたことを特徴とするスパイ
   ダ集合体。 ２、後縁がほぼ方形の断面を有することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載のスパイダ集合体。 ３、ハブがほぼ円筒形を有し、複数のベーン集合体がハ
   ブから半径方向に延びていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項または第２項に記載のスパイダ集合体。 ４、ベーン集合体がハブの周面の等角度間隔位置から半
   径方向に延びていることを特徴とする特許請求の範囲第
   ３項に記載のスパイダ集合体。 ５、複数のベーン集合体の少なくとも１つがほぼ平行な
   主要平坦面を有し、第１縦方向縁部に沿ってハブに連結
   される少なくとも第１のベーン素子と、第１ベーン素子
   と一体に形成され、第１ベーン素子と直交して互いに反
   対の方向へ延びる少なくとも１対の横方向ベーン素子と
   から成り、横方向ベーン素子のそれぞれがほぼ平行な主
   要平坦面を有する共に第１ベーン素子から遠隔の位置に
   あって棒取り付け手段が設けられている縦方向自由縁部
   を有し、ベーン素子のそれぞれの後縁がほぼ方形の断面
   を有することを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載
   のスパイダ集合体。