JPH0723915B2 - 原子力発電プラント用電動制御棒駆動機構 - Google Patents
原子力発電プラント用電動制御棒駆動機構Info
- Publication number
- JPH0723915B2 JPH0723915B2 JP60276867A JP27686785A JPH0723915B2 JP H0723915 B2 JPH0723915 B2 JP H0723915B2 JP 60276867 A JP60276867 A JP 60276867A JP 27686785 A JP27686785 A JP 27686785A JP H0723915 B2 JPH0723915 B2 JP H0723915B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- control rod
- pin
- roller
- drive mechanism
- rod drive
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Transmission Devices (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
- Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、制御棒の挿入・引抜きが円滑に出来かつ長期
間の使用が可能な原子力発電プラント用電動制御棒駆動
機構に関する。
間の使用が可能な原子力発電プラント用電動制御棒駆動
機構に関する。
従来、原子力発電プラントに使用されている制御棒駆動
機構は第１図に示すように、原子炉容器１の外側に突設
した筒体２の内側に制御棒３を支持する支持筒４挿着
し、炉水と制御棒駆動水とを遮断するシールリング5,6
を設けて、制御棒駆動水の供給により制御棒３を上下さ
せる構造であった。
機構は第１図に示すように、原子炉容器１の外側に突設
した筒体２の内側に制御棒３を支持する支持筒４挿着
し、炉水と制御棒駆動水とを遮断するシールリング5,6
を設けて、制御棒駆動水の供給により制御棒３を上下さ
せる構造であった。
しかし、最近燃料の有効利用および高精度の燃焼制御の
観点から、第２図に示すような原子炉容器11の外側に突
設した筒体12の内側に制御棒13を支持する中空ピストン
14を挿着し、ボールネジ軸15を介して電動機16により制
御棒13を上下さす構造の電動制御棒駆動機構が開発され
始めている。
観点から、第２図に示すような原子炉容器11の外側に突
設した筒体12の内側に制御棒13を支持する中空ピストン
14を挿着し、ボールネジ軸15を介して電動機16により制
御棒13を上下さす構造の電動制御棒駆動機構が開発され
始めている。
ところで、この電動制御棒駆動機構には、中空ピストン
14を長期間円滑に作動させるため、いいかえれば制御棒
13を長期間円滑に、かつ精度よく作動出来るように案内
用のピン／ローラ17〜25が装置されている。
14を長期間円滑に作動させるため、いいかえれば制御棒
13を長期間円滑に、かつ精度よく作動出来るように案内
用のピン／ローラ17〜25が装置されている。
このピン／ローラは第３図に一例を示したように、ピン
31はピン固定部32に回り止めを有して固定され、ローラ
33はピン31を軸として回転する構造となっている。
31はピン固定部32に回り止めを有して固定され、ローラ
33はピン31を軸として回転する構造となっている。
この場合、ピン31の外周部はローラ33の内周部と摺動摩
擦を、またローラ外周部は第２図の中空ピストン14の外
周部や案内管17、その他ところがり摩擦を生じ摩耗す
る。
擦を、またローラ外周部は第２図の中空ピストン14の外
周部や案内管17、その他ところがり摩擦を生じ摩耗す
る。
このピン／ローラの場合のような耐摩耗性を必要とする
機械部品には、一般にコバルトを約50％含む通称ステラ
イトと呼ばれる合金が使用される。
機械部品には、一般にコバルトを約50％含む通称ステラ
イトと呼ばれる合金が使用される。
しかしながら、コバルト基合金で構成されたピン／ロー
ラを原子力発電プラント用電動制御棒駆動機構に使用す
ると、摩擦による摩耗生成物や腐食生成物などがコバル
トを含むため、これが電動制御棒駆動機構の冷却水によ
って原子炉中にもちきたされ、中性子の照射によりコバ
ルト60となり、原子力発電プラントの放射線線量率を上
昇させることになる。さらにこのコバルト60が蓄積する
と、原子力発電プラントの定期検査時における作業従事
者の放射線被爆量を増加させる虞れがあり、ひいてはプ
ラントの稼動率を低下させることにもなる。また一般の
金属材料を適用した場合には摩耗が著しく大きく、制御
棒の駆動が円滑に長期間使用出来ない。
ラを原子力発電プラント用電動制御棒駆動機構に使用す
ると、摩擦による摩耗生成物や腐食生成物などがコバル
トを含むため、これが電動制御棒駆動機構の冷却水によ
って原子炉中にもちきたされ、中性子の照射によりコバ
ルト60となり、原子力発電プラントの放射線線量率を上
昇させることになる。さらにこのコバルト60が蓄積する
と、原子力発電プラントの定期検査時における作業従事
者の放射線被爆量を増加させる虞れがあり、ひいてはプ
ラントの稼動率を低下させることにもなる。また一般の
金属材料を適用した場合には摩耗が著しく大きく、制御
棒の駆動が円滑に長期間使用出来ない。
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、制御棒の挿
入、引抜きが円滑に出来、かつ長期間の使用が可能であ
るばかりでなく、コバルト60による放射線線量率の上昇
を抑制してプラントの稼働率向上を図った原子力発電プ
ラント用電動制御棒駆動機構を提供することを目的とし
たものである。
入、引抜きが円滑に出来、かつ長期間の使用が可能であ
るばかりでなく、コバルト60による放射線線量率の上昇
を抑制してプラントの稼働率向上を図った原子力発電プ
ラント用電動制御棒駆動機構を提供することを目的とし
たものである。
本発明は、原子炉容器の外側に突設した筒体の内側に制
御棒を支持する中空ピストンを装着し、ボールネジ軸を
介して電動機により制御棒を上下さす構造の原子力発電
プラント用の電動制御棒駆動機構であって、電動制御棒
駆動機構が、ピン取り付け部に回り止めを有して固定さ
れたピン及びピンを軸として回転するローラからなるピ
ン／ローラの組み合わせを装着しており、ローラがセラ
ミックよりなり、ピンは基体が金属でかつピンの少なく
ともローラの穴表面と摺動摩擦をする表面が窒化物セラ
ミック層で被覆されて成ることを特徴とする原子力発電
プラント用電動制御棒駆動機構である。本発明において
は、ピン／ローラの組み合わせにおいて、第４図、第５
図に示したようにローラ41セラミックであり、ピン42は
回り止めを有した基体が金属でかつピンの少なくともロ
ーラ穴表面と摺動摩擦する表面が窒化物セラミック43で
被覆されてなることを特徴とする。
御棒を支持する中空ピストンを装着し、ボールネジ軸を
介して電動機により制御棒を上下さす構造の原子力発電
プラント用の電動制御棒駆動機構であって、電動制御棒
駆動機構が、ピン取り付け部に回り止めを有して固定さ
れたピン及びピンを軸として回転するローラからなるピ
ン／ローラの組み合わせを装着しており、ローラがセラ
ミックよりなり、ピンは基体が金属でかつピンの少なく
ともローラの穴表面と摺動摩擦をする表面が窒化物セラ
ミック層で被覆されて成ることを特徴とする原子力発電
プラント用電動制御棒駆動機構である。本発明において
は、ピン／ローラの組み合わせにおいて、第４図、第５
図に示したようにローラ41セラミックであり、ピン42は
回り止めを有した基体が金属でかつピンの少なくともロ
ーラ穴表面と摺動摩擦する表面が窒化物セラミック43で
被覆されてなることを特徴とする。
ここで、本発明に係る電動制御棒駆動機構の限定理由に
ついて説明すると、ローラをセラミックとした理由はロ
ーラが従来より各種機器の耐摩耗部材として使用されて
いるコバルトを約50％含む通称ステライトと呼ばれる合
金である場合には前述したように摩耗による生成物や腐
食による生成物が冷却水により原子炉内部にもちきたさ
れ、中性子の照射でコバルト60となり原子力発電プラン
トの放射線線量率を上昇させることになり、また、一般
の金属材料ではステライトと同等の耐摩耗性が得られに
くい。しかし、ローラをセラミックとした場合にはコバ
ルトを含むことがなく、また金属材料に比べ耐摩耗性が
良いことによる。
ついて説明すると、ローラをセラミックとした理由はロ
ーラが従来より各種機器の耐摩耗部材として使用されて
いるコバルトを約50％含む通称ステライトと呼ばれる合
金である場合には前述したように摩耗による生成物や腐
食による生成物が冷却水により原子炉内部にもちきたさ
れ、中性子の照射でコバルト60となり原子力発電プラン
トの放射線線量率を上昇させることになり、また、一般
の金属材料ではステライトと同等の耐摩耗性が得られに
くい。しかし、ローラをセラミックとした場合にはコバ
ルトを含むことがなく、また金属材料に比べ耐摩耗性が
良いことによる。
ローラと組合せて使用するピンを基体が金属でかつピン
の少なくともローラ穴表面と摺動摩擦をする表面がセラ
ミック、特に窒化層で被覆されて成る構造とした理由
は、ピンをコバルト基合金とした場合には摩耗生成物や
腐食生成物が冷却水により炉心にもちきたさせ中性子の
照射によりコバルト60が出来プラントの放射線線量率を
上昇させることとなるため、また一般の金属材料ではロ
ーラであるセラミックとの摩擦で摩耗量が多いこと、さ
らに、ピン全体をセラミックとした場合にはピンの直径
が細いため、機械的振動や地震などの衝撃力が働いた際
に破損しやすいためである。
の少なくともローラ穴表面と摺動摩擦をする表面がセラ
ミック、特に窒化層で被覆されて成る構造とした理由
は、ピンをコバルト基合金とした場合には摩耗生成物や
腐食生成物が冷却水により炉心にもちきたさせ中性子の
照射によりコバルト60が出来プラントの放射線線量率を
上昇させることとなるため、また一般の金属材料ではロ
ーラであるセラミックとの摩擦で摩耗量が多いこと、さ
らに、ピン全体をセラミックとした場合にはピンの直径
が細いため、機械的振動や地震などの衝撃力が働いた際
に破損しやすいためである。
第１表に示すようにローラに相当する摩擦板を窒化硅素
とし、ローラ穴表面と接触するピン表面に相当する圧子
を市販のCr14％,W5％,Mo17％，残部Ni合金（通称ハステ
ロイＣ），および表面にプラズマPVDで炭化硅素を生成
させたもの、表面に窒化硅素粉末を塗布し真空中で焼成
したものをそれぞれ用意した。
とし、ローラ穴表面と接触するピン表面に相当する圧子
を市販のCr14％,W5％,Mo17％，残部Ni合金（通称ハステ
ロイＣ），および表面にプラズマPVDで炭化硅素を生成
させたもの、表面に窒化硅素粉末を塗布し真空中で焼成
したものをそれぞれ用意した。
ついで、第５図に示すように摩擦と圧子接触させた状態
で摩擦板51を往復運動させ、所定の摺動距離を摺動させ
たのちに圧子52の試験前後の重量変化を測定した。な
お、摺動距離は100m,圧子にかかる荷重は50kg/cm2雰囲
気は室温水中とした。
で摩擦板51を往復運動させ、所定の摺動距離を摺動させ
たのちに圧子52の試験前後の重量変化を測定した。な
お、摺動距離は100m,圧子にかかる荷重は50kg/cm2雰囲
気は室温水中とした。
この結果、第１表に併記したように、比較例１は摩擦減
量が14.8mg/cm2であるのに対し、実施例１および実施例
２の摩擦減量は1mg/cm2以下と非常に少なく耐摩耗性が
優れており、制御棒駆動機構に装着して使用した場合に
コバルト60の発生がなく、長時間安定した制御棒の挿
入，引抜きが出来ることが判る。
量が14.8mg/cm2であるのに対し、実施例１および実施例
２の摩擦減量は1mg/cm2以下と非常に少なく耐摩耗性が
優れており、制御棒駆動機構に装着して使用した場合に
コバルト60の発生がなく、長時間安定した制御棒の挿
入，引抜きが出来ることが判る。
なお、本発明に係るピン／ローラの組合せにおいて、該
ローラは窒化硅素のみでなく、炭化硅素や酸化ジルコニ
ウムあるいはアルミナ，窒化アルミニウムなどでも良
い。
ローラは窒化硅素のみでなく、炭化硅素や酸化ジルコニ
ウムあるいはアルミナ，窒化アルミニウムなどでも良
い。
また該ピンの少なくともローラ穴の内面と接触して摺動
摩擦するピン表面のセラミックス層の生成方法としては
実施例のプラズマPVDや拡散接合のみでなく、一般の工
業的手法であるCVDや溶射あるいは基体金属を酸化させ
た酸化層でも良い。
摩擦するピン表面のセラミックス層の生成方法としては
実施例のプラズマPVDや拡散接合のみでなく、一般の工
業的手法であるCVDや溶射あるいは基体金属を酸化させ
た酸化層でも良い。
なお該ピンの基体金属としては望ましくは硬さの高い方
がよく、鉄基やニッケル基の析出硬化型合金がよい。
がよく、鉄基やニッケル基の析出硬化型合金がよい。
第１表における実施例２は以下の如くにして作成した。
チャンバー内に試料をセット後チャンバー内を真空排気
したのち、塩化チタンを水素をキャリヤーガスとして導
入するとともに窒素ガスを導入しチャンバー内の圧力を
約1torrにした。次いでプラズマ放電を行ない試料表面
に窒化チタンを生成した。（生成させた窒化チタンの厚
さは約２μｍであった。） 次いでチャンバー内を真空排気したのち、塩化シリコン
を水素をキャリアガスとして導入するとともにメタンガ
スを導入後プラズマ放電を行ない試料表面に炭化硅素を
生成させた。
したのち、塩化チタンを水素をキャリヤーガスとして導
入するとともに窒素ガスを導入しチャンバー内の圧力を
約1torrにした。次いでプラズマ放電を行ない試料表面
に窒化チタンを生成した。（生成させた窒化チタンの厚
さは約２μｍであった。） 次いでチャンバー内を真空排気したのち、塩化シリコン
を水素をキャリアガスとして導入するとともにメタンガ
スを導入後プラズマ放電を行ない試料表面に炭化硅素を
生成させた。
（なお炭化硅素の厚さは約３〜４μｍであった）。
この下地になるTiN層はSiC等のセラミック層の接合性を
良好とする。
良好とする。
第２表に示すようにローラに相当する摩擦板を窒化硅素
とし、ローラ穴表面と接触するピン表面に相当する圧子
を、C0.06％以下,Si1.0％以下,Mn4〜６％,Ni11.5〜13.5
％,Cr20.5〜23.5％ Mo1.5〜3.0％,Nb＋Ta0.1〜0.3,N0.
2〜0.4％,V0.1〜0.3％，残部鉄および付随的不純物より
成る通称XM−19と呼ばれる合金およびC0.05％以下,Si0.
1％以下,Mn0.1％以下,Ni7.5〜8.5％,Cr12.25〜13.27％,
Mo2.0〜2.5％,AC0.9〜1.35％,N0.01％以下残部鉄および
付随的不純物より成る通称PH13−8Moと呼ばれる合金と
これらの表面を窒化処理したものをそれぞれ用意した。
とし、ローラ穴表面と接触するピン表面に相当する圧子
を、C0.06％以下,Si1.0％以下,Mn4〜６％,Ni11.5〜13.5
％,Cr20.5〜23.5％ Mo1.5〜3.0％,Nb＋Ta0.1〜0.3,N0.
2〜0.4％,V0.1〜0.3％，残部鉄および付随的不純物より
成る通称XM−19と呼ばれる合金およびC0.05％以下,Si0.
1％以下,Mn0.1％以下,Ni7.5〜8.5％,Cr12.25〜13.27％,
Mo2.0〜2.5％,AC0.9〜1.35％,N0.01％以下残部鉄および
付随的不純物より成る通称PH13−8Moと呼ばれる合金と
これらの表面を窒化処理したものをそれぞれ用意した。
さらに、市販のCr14％,W5％,Mo17％，残部Ni合金（通称
ハステロイＣ）も用意した。
ハステロイＣ）も用意した。
ついで、第５図に示すように摩擦板と圧子を接触させた
状態で摩擦板51を往復運動させ、所定の摺動距離を摺動
させたのちに圧子52の試験前後の重量変化を測定した。
なお摺動距離は100m,圧子にかかる荷重は50kg/cm2雰囲
気は室温水中とした。
状態で摩擦板51を往復運動させ、所定の摺動距離を摺動
させたのちに圧子52の試験前後の重量変化を測定した。
なお摺動距離は100m,圧子にかかる荷重は50kg/cm2雰囲
気は室温水中とした。
この結果、第１表に併記して示すように、比較例１〜３
の摩耗減量は10mg/cm2以上であるのに対し、実施例１お
よび２の摩耗減量は2mg/cm2以下と非常に少なく耐摩耗
性が優れており、制御棒駆動機構に装着して使用した場
合、コバルト60の発生がなく、長時間安定した制御棒の
挿入引抜きが出来ることが判る。
の摩耗減量は10mg/cm2以上であるのに対し、実施例１お
よび２の摩耗減量は2mg/cm2以下と非常に少なく耐摩耗
性が優れており、制御棒駆動機構に装着して使用した場
合、コバルト60の発生がなく、長時間安定した制御棒の
挿入引抜きが出来ることが判る。
なお窒化処理は以下の如く行なった。
試料を窒化処理装置にセットした後、アンモニアガスお
よびアンモニア分解ガスを流量約10/minで流しつつ、
試料を580℃±５℃に40時間加熱し表面に窒化層を生成
させた。（なおガスの分解率は約75％であった）。
よびアンモニア分解ガスを流量約10/minで流しつつ、
試料を580℃±５℃に40時間加熱し表面に窒化層を生成
させた。（なおガスの分解率は約75％であった）。
以上説明したように、本発明に係る原子力発電プラント
用電動制御棒駆動機構によれば、原子炉の起動停止や出
力の上昇下降に伴なう、ピン／ローラの摩擦抵抗や摩擦
損耗が小さく出来、長期間安定して制御棒の駆動を高精
度に行うことが出来、ひいてはプラントの稼動率の向上
を図れるなど顕著な効果を表わすものである。
用電動制御棒駆動機構によれば、原子炉の起動停止や出
力の上昇下降に伴なう、ピン／ローラの摩擦抵抗や摩擦
損耗が小さく出来、長期間安定して制御棒の駆動を高精
度に行うことが出来、ひいてはプラントの稼動率の向上
を図れるなど顕著な効果を表わすものである。
第１図は従来の水圧式制御棒駆動機構を示す縦断面図、 図中１は原子炉容器,2は筒体,3は制御棒,4は支持筒,5,6
はシールリング， 第２図は本発明に係る電動制御棒駆動機構を示す縦断面
図で，図中11は原子炉容器,12は筒体,13は制御棒,14は
中空ピストン,15はボールネジ軸,16は電動機,17〜25は
ピン／ローラ， 第３図はピン／ローラの取付部の一例を示す断面図で、
図中31はピン,32はピン固定部,33はローラ， 第４図は本発明に係るピン／ローラの取付部一例を示し
た断面図で、図中41はローラ,42はピン,43はセラミック
層,44はピン固定部， 第５図は摩耗試験方法を示した図で、図中51は摩擦板,5
2は圧子。
はシールリング， 第２図は本発明に係る電動制御棒駆動機構を示す縦断面
図で，図中11は原子炉容器,12は筒体,13は制御棒,14は
中空ピストン,15はボールネジ軸,16は電動機,17〜25は
ピン／ローラ， 第３図はピン／ローラの取付部の一例を示す断面図で、
図中31はピン,32はピン固定部,33はローラ， 第４図は本発明に係るピン／ローラの取付部一例を示し
た断面図で、図中41はローラ,42はピン,43はセラミック
層,44はピン固定部， 第５図は摩耗試験方法を示した図で、図中51は摩擦板,5
2は圧子。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−33182（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−172585（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−161050（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】原子炉容器の外側に突設した筒体の内側に
制御棒を支持する中空ピストンを装着し、ボールネジ軸
を介して電動機により制御棒を上下さす構造の原子力発
電プラント用の電動制御棒駆動機構であって、電動制御
棒駆動機構が、ピン取り付け部に回り止めを有して固定
されたピン及びピンを軸として回転するローラからなる
ピン／ローラの組み合わせを装着しており、ローラがセ
ラミックよりなり、ピンは基体が金属でかつピンの少な
くともローラの穴表面と摺動摩擦をする表面が窒化物セ
ラミック層で被覆されて成ることを特徴とする原子力発
電プラント用電動制御棒駆動機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60276867A JPH0723915B2 (ja) | 1985-12-11 | 1985-12-11 | 原子力発電プラント用電動制御棒駆動機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60276867A JPH0723915B2 (ja) | 1985-12-11 | 1985-12-11 | 原子力発電プラント用電動制御棒駆動機構 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62137585A JPS62137585A (ja) | 1987-06-20 |
| JPH0723915B2 true JPH0723915B2 (ja) | 1995-03-15 |
Family
ID=17575517
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60276867A Expired - Lifetime JPH0723915B2 (ja) | 1985-12-11 | 1985-12-11 | 原子力発電プラント用電動制御棒駆動機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0723915B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110767328B (zh) * | 2019-10-31 | 2021-04-27 | 中海石油(中国)有限公司 | 浮动核电站倾覆状态下的停堆控制棒驱动装置及方法 |
| CN110767327B (zh) * | 2019-10-31 | 2021-04-27 | 中海石油(中国)有限公司 | 浮动核电站倾覆状态下非能动停堆控制棒驱动装置及方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5833182A (ja) * | 1981-08-21 | 1983-02-26 | 株式会社日立製作所 | 原子炉の制御棒駆動機構 |
| JPS58172585A (ja) * | 1982-04-02 | 1983-10-11 | 株式会社日立製作所 | 制御棒駆動機構 |
-
1985
- 1985-12-11 JP JP60276867A patent/JPH0723915B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62137585A (ja) | 1987-06-20 |
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