JP4094175B2

JP4094175B2 - 原子炉用配管のみがき装置

Info

Publication number: JP4094175B2
Application number: JP18518099A
Authority: JP
Inventors: 和雄酒巻; 浩一相馬; 剛前原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 1999-06-30
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2019-06-30
Also published as: JP2001013287A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えば沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器内外に配置された配管内面を研磨して配管の健全性を確認したり、その後の健全化処理を施すための前処理としての原子炉用配管のみがき装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７により従来の沸騰水型原子炉の概要を説明する。図７中、符号１は原子炉圧力容器で、この原子炉圧力容器１内には冷却材２および炉心３が収容されている。炉心３は主として多数体の燃料集合体と、燃料集合体間を挿脱する制御棒等から構成されており、炉心シュラウド４内に収容されている。
【０００３】
原子炉圧力容器１内で冷却材２は、炉心３を上方に向かって流通し、その際に炉心３の核反応熱により昇温昇圧されて、水と蒸気の二相流状態となる。二相流となった冷却材２は、炉心３の上方に設置された気水分離器５に流入し、水と蒸気とに分離される。
【０００４】
このうち蒸気は、気水分離器５の上方に設置された蒸気乾燥器６に導入され、乾燥されて乾燥蒸気となり、原子炉圧力容器１に接続された主蒸気管７を介して、図示しない蒸気タービンに移送されて発電に供される。
【０００５】
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８を経由して炉心３の下方に流下する。また、このダウンカマ部８で炉心シュラウド４の外周には、複数のジェットポンプ９が等間隔で設置されている。
【０００６】
炉心３の下方には多数本の制御棒案内管10が設置されており、これらの制御棒案内管10の下方にはそれぞれ制御棒駆動機構11が設置されている。この制御棒駆動機構11は制御棒案内管10を介して制御棒（図示せず）を炉心３内へ挿入および引抜く制御を行う。
【０００７】
原子炉圧力容器１の外部には、原子炉再循環ポンプ（図示せず）が設置されており、この原子炉再循環ポンプと前記ジェットポンプ９およびこれら両者間を接続する原子炉再循環配管（図示せず）で、原子炉再循環系を構成している。すなわち、原子炉再循環ポンプによりジェットポンプ９に供給された駆動水により、ジェットポンプ９は冷却材２を炉心３内に強制循環させる。
【０００８】
つぎに、ジェットポンプ９について図８から図10（ａ），（ｂ）により説明する。ジェットポンプ９は図８に示すように中央にライザ管12を備えており、このライザ管12は原子炉圧力容器１に原子炉再循環ポンプから供給される冷却材２を再循環入口ノズル13を介して導入する。
【０００９】
ライザ管12の上部には、トランジションピース14を介して左右一対のエルボ15ａ，15ｂが接続されている。これらエルボ15ａ，15ｂのそれぞれには、混合ノズル16ａ，16ｂを介してインレットスロート17ａ，17ｂが接続されている。これらのインレットスロート17ａ，17ｂの下部には、ディフューザ18ａ，18ｂがそれぞれ接続され、上部の混合ノズル16ａ，16ｂから冷却材２が噴射されると周囲から炉水を巻き込むようになっている。
【００１０】
この噴射された冷却材２および巻き込まれた炉水は、インレットスロート17ａ，17ｂ内により混合され、その後ディフューザ18ａ，18ｂで静水頭の回復が行われる。ジェットポンプ９には、原子炉再循環ポンプから送り込まれる冷却材２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管12は下端を再循環入口ノズル13に溶接し、上端をライザブレース19を介して原子炉圧力容器１に固定されている。
【００１１】
ジェットポンプ９における上端部のエルボ15ａ，15ｂには、ライザ管12を介して供給される駆動水の流入水圧が作用する。この流入水圧がエルボ15ａ，15ｂの他端に接続するノズル（図示せず）からインレットスロート17ａ，17ｂおよびディフューザ18ａ，18ｂ内に向けて駆動水が噴出されるので、この駆動水の噴出水圧等の反力が上向きに作用する。
【００１２】
インレットスロート17ａ，17ｂは、上端が混合ノズル16ａ，16ｂおよびエルボ15ａ，15ｂ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、下端がディフューザ18ａ，18ｂの上端に挿入している。
【００１３】
ディフューザ18ａ，18ｂの下端は、原子炉圧力容器１に溶接されたシュラウドサポート20に固定されており、さらに、図10（ａ）の要部斜視図と図10（ｂ）の要部横断面図に示すように、ライザ管12の下端はライザエルボ21に溶接されている。
【００１４】
ライザエルボ21はサーマルスリーブ22と溶接されており、サーマルスリーブ22は原子炉圧力容器１に固定された再循環入口ノズル13に接続されている。インレットスロート17ａ，17ｂは、ライザ管12に固着されたライザブランケット23に取付けられている。これにより、ライザ管12およびインレットスロート17ａ，17ｂが振動することを防止している。
【００１５】
ライザブレース19部は、図10（ａ），（ｂ）に詳細を示すように、原子炉圧力容器１の内壁にはパット24が形成されており、このパット24に４枚の薄板25が溶接されている。この４枚の薄板25は、その板厚が10mm前後となっている。
【００１６】
この４枚の薄板25の先端ではブロック26により互いに一体に構成されていて、前記ライザ管12は、ブロック26の内側に溶接されている。したがって、このライザブレース19は、ライザ管12に発生する原子炉運転中の流体振動を抑制する。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ライザブレース19は、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管12との熱膨張差を吸収するものである。このため原子炉運転中には、前記熱膨張差を吸収した状態として変形状態にある。
【００１８】
このように、ジェットポンプ９においては、冷却材２を加圧して炉心３内に循環させるために、他の炉内機器に比較して過酷な状況下で使用されることから、各部材には大きな負荷が作用し、特にライザ管12をその中間で支持するライザブレース19には大きな応力が作用することになる。
【００１９】
万一、ジェットポンプ９に対して、例えば原子炉再循環配管等の外部配管が破断する等により過大な荷重が作用したり、あるいは何等かの原因によりライザ管12の内面に錆が発生すると、これがクラック等に発展する場合がある。
【００２０】
ライザ管12は、主としてオーステナイト系ステンレス鋼管により形成されているので、応力，腐食環境，材料（クロム欠乏層の生成）の３つの条件が成立すると、応力腐食割れ（Stress Corrosion Cracking ）が発生して、ライザ管12が損傷することが想定される。
【００２１】
この応力腐食割れ現象は、前記３つの条件のうち、１つでも欠落すれば発生しないので、この応力腐食割れを防止するためには、種々の対策を講じる必要がある。また、ジェットポンプ９の表面に何等かの原因により、錆やクラックが発生した場合、これらを放置しておくと、クラックが進行して、ジェットポンプ９に亀裂が生じたりすることがある。
【００２２】
したがって、原子炉の出力を制御するジェットポンプ９がそのような状態になることは、他の構造物にも悪影響を与えることも考えられて、好ましいことではない。
【００２３】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、原子炉圧力容器内外に設置された配管および機器、例えばジェットポンプのライザ管内面にレーザ脱鋭敏化処理等を行う場合の前処理としてライザ管内面の所定位置を研磨することができる原子炉用配管のみがき装置を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、原子炉圧力容器の内外に設置した配管またはこの配管に付設する機器内の所定の位置を研磨する原子炉用配管のみがき装置において、前記配管内に挿入される外径を有する筒状ボディと、この筒状ボディに形成した開口窓と、この開口窓から表面部が突出するように前記筒状ボディ内に取付けた研磨用具と、この研磨用具を回転，旋回，上下動自在に駆動する駆動機構とを具備し、前記駆動機構は前記筒状ボディ内に立設した電動モータの回転軸に前記研磨用具が接続し、前記回転軸と平行に伸縮自在なパンタグラフ機構が設けられ、このパンタグラフ機構にストロークの異なるエアシリンダを二連に連結させて組込み、前記エアシリンダの供給圧をコントロールして前記研磨用具を２段に伸縮させる構成からなることを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、研磨用具例えばワイヤブラシを配管内面と同心軸に固定した状態で、旋回，軸移動を自在に行うことができるので、所定の位置を研磨することができる。また、研磨用具の取付状態に傾斜を持たせて組込むことにより、配管内面の凹凸に対して隅々まで追随して研磨を行うことができる。さらに、配管入口径が内面の径よりも小さくても、装置を挿入させて配管内面部まで伸縮動作をして研磨することができる。また、エアシリンダへの供給圧をコントロールすることにより、研磨用具の押付け圧力を調整することができる。
【００２７】
請求項２の発明は、前記研磨用具は波状に形成したステンレス鋼製ワイヤを放射状に組込んだブラシまたはスポンジ状砥石からなり、前記パンタグラフ機構の脚部にガイドローラを設けてなることを特徴とする。この発明によれば、配管内面に研磨用具が圧接した時にクッション効果となり、ガイドローラにより研磨用具が配管内面に当接する量をコントロールできる。また、配管内面を部分的に削り取ることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図１から図５により本発明に係る原子炉用配管のみがき装置の第１の実施の形態を説明する。
本実施の形態は、図７から図10で説明したジェットポンプ９のライザ管12内の所定の位置にみがき装置30を挿入させて、ライザ管12の内面を研磨する例である。図１は中心線Ｃから右側がみがき装置30をライザ管12内に挿入し、第１および第２の脚部31ａ，31ｂを開動作させた状態を示している。中心線Ｃから左側は、第１および第２の脚部31ａ，31ｂを第２のボディ35内に収納した状態を示している。
【００３１】
図１から明らかなように、本実施の形態に係るみがき装置30は、上部に筒状第１のボディ37と下部に筒状ボディ35とを有し、第１のボディ37内に電動モータ38に取着した研磨用具としてのワイヤブラシ45とシリンダ39を設け、第２のボディ35内に中心軸方向に沿ってパイプ36を挿入するとともに、エアシリンダ33，ピストン棒34および第１の脚部31ａと第２の脚部31ｂを設けている。
【００３２】
第１および第２の脚部31ａ，31ｂの先端部にはローラ32を組込み、ローラ32により回転動作をスムーズに行える構造となっている。また、第１および第２の脚部31ａ，31ｂの開動作はエアシリンダ33の伸縮動作によって行われる。
【００３３】
エアシリンダ33内のピストン棒34の動作とともにエアシリンダ33全体が周方向に開動作して第１および第２の脚部31ａ，31ｂが扇状に開動作する構造となっている。エアシリンダ33と第１および第２の脚部31ａ，31ｂは第２のボディ35内に収納されており、第２のボディ35には脚部の出入りのため複数箇所に開放口つまり、開口窓が設けられている。第２のボディ35内の中央部には中空のパイプ36が組込まれ、このパイプ36の内部にエアチューブや電線が組込まれている。
【００３４】
第２のボディ35の上方にはパイプ36が突出し、この突出部に回転機構60が設けられ、この回転機構60に第１のボディ37が設けられている。第１のボディ37の内側には電動モータ38と、この電動モータ38を伸縮してライザ管12の内面を押付けるためのシリンダ39が収納されている。シリンダ39内にはストロークの異なる第１および第２のシリンダケース40，41が連結されており、また、第１および第２のピストン42，43が組込まれている。
【００３５】
図１中、符号38は電動モータで、電動モータ38の軸部にはベアリング44が組込まれ、軸部の先端部に研磨用具、例えばワイヤブラシ45が脱着自在に取付けられている。電動モータ38およびワイヤブラシ45の表面が位置する第１のボディ37の側面には開口窓61が形成されている。
【００３６】
図２は図１における電動モータ38とワイヤブラシ45を開口窓61から突出させた状態のみがき装置30を示す図である。図２に示すように電動モータ38に組込まれたワイヤブラシ45はシリンダ39によって周方向に開口窓61から突出して伸展し、ライザ管12内面に接触する。
【００３７】
第１のボディ37内にはワイヤブラシ45と平行に検出器46が組込まれている。第２のボディ35の内部には軸方向に駆動するためのモータ47が組込まれ、モータ47にはネジ棒48が同軸に連結されている。なお、電動モータ38の代りにエアモータを使用することもできる。
【００３８】
ネジ棒48とモータ47との連結部49は第２のボディ35に固定されており、ネジ棒48とモータ47のみが回転可能となっている。ネジ棒48にはナット50が組込まれ、ナット50はパイプ36と固定されている。
【００３９】
したがって、モータ47を回転させるとネジ棒48が回転し、ナット50が軸方向に移動する。このため、ナット50と固定されているパイプ36が上下動して第１のボディ37を軸方向移動させることができる。パイプ36を上下動させると最上位と最下位部にそれぞれ第１および第２の近接スイッチ51ａ，51ｂが組込まれ、移動距離を制限している。第１および第２の近接スイッチ51ａ，51ｂはロッド52に取付けられている。
【００４０】
第１のボディ37の下側で第２のボディ35内の上部に旋回用モータ53が組込まれ、歯車54によってワイヤブラシ45をライザ管12内面に沿って旋回する構造になっている。
【００４１】
図３は図１のＡ−Ａ矢視断面図で、脚部31を開動作した状態を示している。図４は図２のＢ−Ｂ矢視断面図である。図４中、符号46はフェライトインジケータからなる検出器で、この検出器46はシリンダ55のピストン棒56と連結されたプレート57によって連動される。この検出器46により溶接部の位置を検出することができる。
【００４２】
プレート57はリニアガイド58に組込まれ回転せずに平行に動作する構造となっている。第１のボディ37の内部には水中テレビ59および水中照明具（図示せず）が組込まれ、研磨、つまりみがいた後の観察が可能となっている。
【００４３】
図５は図１における研磨用具、つまりワイヤブラシ45と電動モータ38からなるみがき部の近傍を拡大して示し、図６は図５の平面図である。符号65はローラで、ワイヤブラシ45の回転時の押付け荷重を制御し、最適な押付け荷重で研磨する構造となっている。符号66はローラ保持で、モータ保持62に固定されている。モータ保持62はモータ38を固定し、ピン63によって傾斜自在な構造となっている。このためライザ管12の形状に応じて自在に研磨することができる。
【００４４】
本実施の形態によれば、
(1) 配管内面と同心軸に固定した状態で、研磨用具を旋回または軸移動自在にして、配管内面の所定位置を研磨することができる。(2) 電動モータに研磨用具を組込み、周方向に配管内面軸と平行に伸縮自在なパンタグラフ機構にストロークの異なる単体シリンダを二連に連結させて組込み、研磨部を２段階に伸縮調整可能にできる。
【００４５】
(3) ステンレス剛製ワイヤを波状にしたものを放射状に組込み、配管内面に研磨用具が圧接した時にクッション効果となり、また配管内面に研磨用具が当接する量をガイドローラによりコントロールすることができる。(4) 研磨用具の取付状態に傾斜を持たせて組込むことにより、配管内面の凹凸に対して隅々まで追随して研磨を行うことができる。
【００４６】
(5) エアシリンダとパンタグラフ機構とを具備し、エアシリンダへの供給圧をコントロールすることにより、研磨用具の押付け圧力を調整できる。(6) 研磨用具の形状をタイコ形、山形、平型、Ｖ字形等に形成することにより、配管内面の隅々まで研磨できる。
【００４７】
(7) 研磨用具のステンレス剛製ワイヤの太さおよび長さを変えることにより、配管内面の隅々まで研磨できる。(8) 駆動モータの回転速度を自在に変えることにより、配管内面の隅々まで研磨することができる。
【００４８】
(9) 研磨用具に組込む研磨材としてスポンジ砥石を用いることにより、配管内面を部分的に削ることができる。(10)研磨用具を正回転または逆回転しながら旋回駆動することにより、配管内面を研磨することができる。
【００４９】
(11)水中カメラと水中照明具を組込み、研磨状態を確認しながら作業を水中遠隔で行うことができる。また、フェライトインジケータにより溶接部の位置を確認することができる。(12)配管入口径が内面の径より小さくても、装置を挿入させて配管内面部で伸縮動作させて研磨することができる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、原子炉圧力容器内に設置されている配管内および機器内に原子炉用配管のみがき装置を所定の位置に設置することができ、研磨作業を水中遠隔操作によって短時間に確実に行うことができ、研磨後の状態も水中カメラを設けることにより観察することができる。したがって、原子炉内外の配管内の点検，保全作業の範囲を拡大し、加えて作業の効率を高め、作業員の放射線被曝を大幅に低減できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る原子炉用配管のみがき装置の第１の実施の形態を説明するための一部側面で示す縦断面図。
【図２】図１におけるみがき装置の作用を説明するための一部側面で示す縦断面図。
【図３】図１のＡ−Ａ矢視断面図。
【図４】図２のＢ−Ｂ矢視断面図。
【図５】図１におけるみがき装置のみがき部を拡大して示す側面図。
【図６】図５の平面図。
【図７】沸騰水型原子炉を一部側面で示す縦断面図。
【図８】図７におけるジェットポンプおよびその近傍を一部側面で示す斜視図。
【図９】図８におけるジェットポンプのトランジションピースとエルボを一部切り欠いて示す正面図。
【図１０】（ａ）は図８におけるジェットポンプのライザブレースとライザ管およびライザエルボの要部を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）におけるライザブレース部とその近傍を示す横断面図。
【符号の説明】
１…原子炉圧力容器、２…冷却材、３…炉心、４…炉心シュラウド、５…気水分離器、６…蒸気乾燥器、７…主蒸気管、８…ダウンカマ部、９…ジェットポンプ、10…制御棒案内管、11…制御棒駆動機構、12…ライザ管、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…ライザブレース、20…シュラウドサポート、21…ライザエルボ、22…サーマルスリーブ、23…ライザブランケット、24…パット、25…薄板、26…ブロック、30…みがき装置、31ａ…第１の脚部、31ｂ…第２の脚部、32…ローラ、33…エアシリンダ、34…ピストン棒、35…第２のボディ、36…パイプ、37…第１のボディ、38…電動モータ、39…シリンダ、40…第１のシリンダケース、41…第２のシリンダケース、42…第１のピストン、43…第２のピストン、44…ベアリング、45…ワイヤブラシ、46…検出器、47…モータ、48…ネジ棒、49…連結部、50…ナット、51ａ，51ｂ…近接スイッチ、52…ロッド、53…旋回用モータ、54…歯車、55…シリンダ、56…ピストン棒、57…プレート、58…リニアガイド、59…水中テレビ、60…回転機構、61…開口窓。

Claims

原子炉圧力容器の内外に設置した配管またはこの配管に付設する機器内の所定の位置を研磨する原子炉用配管のみがき装置において、前記配管内に挿入される外径を有する筒状ボディと、この筒状ボディに形成した開口窓と、この開口窓から表面部が突出するように前記筒状ボディ内に取付けた研磨用具と、この研磨用具を回転，旋回，上下動自在に駆動する駆動機構とを具備し、前記駆動機構は前記筒状ボディ内に立設した電動モータの回転軸に前記研磨用具が接続し、前記回転軸と平行に伸縮自在なパンタグラフ機構が設けられ、このパンタグラフ機構にストロークの異なるエアシリンダを二連に連結させて組込み、前記エアシリンダの供給圧をコントロールして前記研磨用具を２段に伸縮させる構成からなることを特徴とする原子炉用配管のみがき装置。
前記研磨用具は波状に形成したステンレス鋼製ワイヤを放射状に組込んだブラシまたはスポンジ状砥石からなり、前記パンタグラフ機構の脚部にガイドローラを設けてなることを特徴とする請求項１記載の原子炉用配管のみがき装置。