JP4490550B2 - モジュール式水中補修装置及び補修方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば原子炉発電プラント等における原子炉圧力容器及び炉内構造物の緊急補修を実施するための装置及び補修方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
軽水炉、例えば沸騰水型原子炉の炉内構造物は、高温高圧環境下に於いて十分な耐食性と高温強度を有する材料、例えばオーステナイトステンレス鋼又はニッケル基合金によって構成されている。
【０００３】
しかしながら、炉内構造物のうち、交換困難な部材についてはこれらの部材がプラントの長期に及ぶ運転により厳しい環境に曝され、また中性子照射の影響も有り材料劣化の問題が懸念される。特に炉内構造物の溶接部近傍は溶接入熱による材料の鋭敏化及び引っ張り残留応力の影響で潜在的な応力腐食割れの危険性を有している。
【０００４】
その炉内構造物の中でも特に燃料集合体を支持することを目的とするシュラウド壁は燃料集合体から発生する中性子の影響度が高く、応力腐食割れが発生しうる可能性が高い箇所である。従来もこれらの損傷の危険性の高い炉内構造物を対象として、健全性の検査や予防保全を目的として種々の施工装置が考案、使用されているが、いずれも溶接線全周に渡って効率的に施工することを目標としているため、システムが大きく、段取りなどの準備に時間がかかることや装置が大掛かりで複雑となり装置取り扱いのための操作員の訓練を必要とするなど、臨機応変な即時体制は困難であった。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑み、多少効率は悪くても、多種多様な施工対象に対応でき、即座に炉内に挿入、設置ができる機動性の高い部分補修装置及び補修方法を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、施工部とベース部とを備え、原子炉内において所定の作業を行うモジュール式水中補修装置であって、
前記施工部は、
炉内構造物の補修を行うことができる各種の工具モジュールと、
この工具モジュール用の走査・送り軸を有し、前記工具モジュールを選択的に着脱可能な走査駆動モジュールと、
この走査駆動モジュールに対して選択的に着脱可能な水中ファンモジュールと、
姿勢方向を確保する第１の浮力モジュールと、を有し、
前記ベース部は、
内部にアクチュエータ駆動機構を有するマニピュレータモジュールと、
このマニピュレータモジュールに着脱可能で壁面吸着が可能な吸着モジュールと、
姿勢方向を確保する第２の浮力モジュールと、を有し、
前記工具モジュール、前記走査駆動モジュール、前記水中ファンモジュール、前記第１の浮力モジュール、前記マニュピュレータモジュール、前記吸着モジュール、前記第２の浮力モジュールの各々は前記原子炉の上部格子板を通過可能な大きさであり、
前記工具モジュール、前記走査駆動モジュール、前記水中ファンモジュール、前記第１の浮力モジュール、前記マニュピュレータモジュール、前記吸着モジュール、前記第２の浮力モジュールの少なくとも何れかは、各モジュール間の結合を解除して複数に分割され、
分割された各部が前記上部格子板を通過した後に分割された各モジュールに設けられた水中着脱部によって前記原子炉内に於いて遠隔結合されて、上部格子板を通過できない寸法として構成されるようにしたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明に於いて、前記水中着脱部は、互いに嵌合係合するテーパ状のオスユニットとテーパ嵌合部を有するメスユニットからなるツールシャンクであることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明に於いて、前記水中着脱部は、結合する両モジュール間の距離を遠隔計測可能な距離センサと、オスユニットとメスユニットの係合をロックするロック機構を有することを特徴とする。
【０００９】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれかに係る発明に於いて、
所定のモジュールを水中に吊下挿入するための吊り具をさらに備え、
前記吊り具は、
炉内水中での遠隔着脱が可能な各モジュールを掴むグリッパと、
上記吊り具によって吊下されたモジュールに対して結合されるモジュールを引き寄せまたは突き放すツールシャンク係脱装置と、を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明に於いて、前記ツールシャンク係脱装置は、進退可能なアームと、そのアームの先端に設けられ、結合されるモジュールに係合しそのモジュールを引き寄せ又は突き放すための爪を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のいずれかに係る発明に於いて、前記マニピュレータモジュールは、水平方向に伸展可能な伸展機構を有し、その伸展機構の先端部に走査駆動モジュールが結合されることを特徴とする。
【００１２】
請求項７に係る発明は、原子炉の制御棒案内管や炉心支持板等に固定モジュール及び高さ調整用の調整モジュールを設置し、
その調整モジュール上にマニピュレータモジュールを装着するとともに、
水中ファンモジュール、浮力モジュール及び工具モジュールを結合した走査駆動モジュールを吊り具で掴み、
前記原子炉の上部格子板におけるマニピュレータモジュールの挿入位置とは異なる箇所から前記上部格子板の下方まで吊り降ろし、
前記走査駆動モジュールを前記マニピュレータモジュールの伸展機構に遠隔接合させることで上部格子板を通過できない寸法の補修装置を上部格子板の下方に組み立て、その後吊り具を切り離し、
マニピュレータモジュールの走査によって前記走査駆動モジュールに連結された工具モジュールを所定の施工対象部位に接近させ、
前記水中ファンモジュール機構で前記工具モジュールを位置決めし、走査駆動モジュールによって工具モジュールを走査させて炉内補修を行うことを特徴とするモジュール式水中補修方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
図１は、本発明のモジュール式水中補修装置の概略構成を示す図であって、本発明のモジュール式水中補修装置は、炉内構造物の補修を行うことができる各種の工具モジュール１を選択的に着脱可能な走査駆動モジュール２，その走査駆動モジュール２に対して選択的に着脱可能な水中ファンモジュール３，及び浮力モジュール４によって構成される施工部と、マニピュレータモジュール５，そのマニピュレータモジュール５に着脱可能で、真空式の吸盤６ａを有する吸着モジュール６、及び水中ファンモジュール７及び浮力モジュール８からなるベース部によって構成されている。
【００１５】
上記走査駆動モジュール２には、その走査駆動モジュール２に取り付けられた工具モジュール１をＸ軸方向及びＹ軸方向に走査させる走査駆動機構２ａが設けられており、水中ファンモジュール３，７には水中ファン２ａ，７ａが設けられ、その水中ファン３ａ，７ａによって水中ファンモジュール３，７を壁面に押しつける推力を発生するように構成されている。また、浮力モジュール４，８は、その浮力調整により姿勢方向を確保することができるように構成されている。
【００１６】
一方、マニピュレータモジュール５には、パンタグラフのごとき伸展機構９が設けられており、その伸展機構９の先端部に走査駆動モジュール２が着脱可能としてある。
【００１７】
図２の（ａ）、（ｂ）は、上記伸展機構９の側面図及び正面図であって、マニピュレータモジュール５には、上記伸展機構９を構成するパンタグラフ機構の上下基端部に設けられた雌ねじ部１０ａ，１０ｂがねじ軸１１に螺合されている。上記ねじ軸１１のねじ部はその上半部と下半部とでねじ方向が互いに逆になるように形成されており、上部ねじ軸１１ａに上部の雌ねじ部１０ａが螺合され、下部ねじ軸１１ｂに下部の雌ねじ部１０ｂが螺合されている。そして、上記ねじ軸１１が傘歯車機構１２を介して駆動モータ軸に連結されている。
【００１８】
また、パンタグラフ機構のピンジョイント部は球面軸受１４によって構成されており、伸展可能であるとともに、そのピンジョイント部により基準平面に対して直交する方向に或る程度湾曲可能としてある。さらに、上記パンタグラフ機構の他端部は、走査駆動モジュール２との連結部材１５に対して上下方向に摺動可能に装着されている。
【００１９】
しかして、駆動モータ１３の駆動によってねじ軸１１が回動されると、上下の雌ねじ部１０ａ，１０ｂが互いに接近方向あるいは離間方向に移動され、パンタグラフ機構が水平方向に伸縮される。
【００２０】
ところで、前記各モジュールは互いに着脱可能としてあるが、特に走査駆動モジュール２やマニピュレータモジュール５等いくつかのモジュールには水中着脱部が設けられており、水中で遠隔操作により互いに連結或いは分離が行われるようにしてある。
【００２１】
図３は、上記水中着脱部の概略構成を示す図であって、例えば走査駆動モジュール２には、先端側に向かって小径となるテーパ部１６の先端にプルスタッドボルト１７を設けたオスユニット１８が水平方向に突設されており、そのオスユニット１８の基部には嵌合キー溝１９が形成されている。また、上部には図示しない吊り具爪が係合する掴み部２０が形成されている。
【００２２】
一方、上記走査駆動モジュール２が連結されるマニピュレータモジュール５には、上記オスユニット１８が嵌合するメスユニット２１が設けられている。すなわち、マニピュレータモジュール５の前記走査駆動モジュール２と対向する面側には、上記オスユニット１８のテーパ部１６と嵌合するテーパ穴２２が形成され、そのテーパ穴２２の開口端部一側には、上記嵌合キー溝１９と係合するキー２３及び遠隔着脱時にオスユニット１８との距離を非接触計測し、結合前後の位置確認を行うための超音波距離センサ２４が設けられている。
【００２３】
また、上記テーパ穴２２と同一軸線上には、プルスタッドボルト１７を掴み、オスユニット１８をメスユニット２１側に引っ込むグリッパ機構２５が設けられている。グリッパ機構２５は水圧ピストン装置２６によって作動されるように構成してあり、その水圧ピストン装置２６の一端には、グリッパ機構２５がオスユニット１８を引き込んだ位置にある時、上記水圧ピストン装置２６のピストンロッド２７と係合しその移動を阻止する空圧ピストン式のロック装置２８が設けられている。さらに、マニピュレータモジュール５の上部には後述する抱き寄せ用爪等が係合する引っかけ部２９が形成されている。
【００２４】
しかして、上記走査駆動モジュール２とマニピュレータモジュール５の結合に際しては、オスユニット１８のテーパ部１６をメスユニット２１のテーパ穴２２内に挿入し、グリッパ機構２５の係止片２５ａをプルスタッドボルト１７に係合し、水圧ピストン装置２６を作動させることによりプルスタッドボルト１７を引き込むことによって結合することができる。
【００２５】
また、結合後空圧ピストン式のロック装置２８で水圧ピストン装置２６のピストンロッド２７の動作を固定することにより、施工中に操作ミスや圧力喪失により誤って水圧ピストン装置が作動し、前記水中着脱部が脱落する危険性が防止される。
【００２６】
図４は、各モジュール或いは互いに結合された複数のモジュールを水中に吊下し、既設のモジュール等に連結するときに使用する吊り具３０の概略構成を示す図であって、吊り具３０の下端部には、空圧ピストン３１によって水平軸線回りに開閉し、前記モジュールの掴み部２０に係合或いは離脱する一対の吊り具爪３２が設けられている。また、上記吊り具３０には、連結されるモジュール例えばマニピュレータモジュール５方向に空圧ピストン３３によって進退されるアーム３４が設けられており、そのアーム３４には抱き寄せ専用爪３５と突き放し専用爪３６が取り付けられている。
【００２７】
各爪３５，３６はピンジョイント３７によってアーム３４の爪取り付け片３８に枢着されており、爪自重によって爪が下方にぶら下がっている構造となっている。抱き寄せ専用爪３５はアーム３４の突き放し方向の移動時には揺動し爪が逃げることができるが、引き寄せ時にはストッパ３９によって揺動が阻止され、また突き放し専用爪３６は逆に引き寄せ時には爪が逃げ、突き放し方向へのアーム３４の移動時にはストッパ３９によってその移動が阻止されるようにしてある。また、各爪３５，３６及び爪取り付け片３８にはピン穴４０，４１，４２が穿設してあり、ピン穴４０，４２，或いは４１，４２に適宜ピンを挿入することにより、使用しない側の爪をアーム３４に水平に固定し、爪機能を停止することができるように構成してある。
【００２８】
しかして、両モジュールの水中着脱を炉内水中の遠隔操作で行う場合には、まず、着操作時には、抱き寄せ専用爪３５を立て、突き放し専用爪３６を水平に固定し、空圧ピストン３１を用いてリンク機構からなる吊り具爪駆動機構を作動させて吊り具爪３２でオスユニット１８が設けられているモジュールの掴み部２０を掴み走査駆動モジュール２を吊り下ろす。さらに、炉内にてオスユニット１８をメスユニット２１に近づけて、吊りワイヤを操作してマニピュレータモジュール５のテーパ穴２２にテーパ部１６を差し込む。手作業の操作で抱き寄せ専用爪３５がマニピュレータモジュール５の引っかけ部２９に引っかかるまでテーパ部１６を挿入したら、空圧ピストン３３を操作してアーム３４を引き寄せ側に動作させ抱き寄せ専用爪３５で引っかけ部２９を引き、メスユニット２１をオスユニット１８に強制的に引き寄せ、グリッパ機構２５の着動作を遠隔操作で実施する。
【００２９】
また、逆に水中着脱部を離してモジュールを回収する場合は、今度は専用吊り具の抱き寄せ専用爪３５を水平に固定し、突き放し専用爪３６を立てて炉内に挿入し、走査駆動モジュール２の掴み部２０を吊り具爪３２で掴む。その後、グリッパ機構２５を脱状態にしてオスユニット１８とメスユニット２１を切り離す。一般にその状態では、まだ完全にテーパ部１６がテーパ穴２２から抜けないので、そのときは吊り具のアーム３４を突き放し側に動作させ、突き放し専用爪３６でメスユニット２１を突き放す。
【００３０】
そこで、上述のごとく構成された水中補修装置によって原子炉のシュラウド壁の保守を行う場合には次のようにして行う。まず、ベース部と施工部の各モジュールを図５に示すように縦に組み合わせることで水平断面を最小限とすることが可能となり、圧力容器４３とシュラウド４４との間のジェットポンプ間の挿入寸法制約を満足するモジュール式炉内補修装置を得ることができる。これを図６に示すように所定の位置まで吊り下ろし、ベース部の水中ファンモジュール７を駆動し、その推力で補修装置全体をシュラウド４４の外壁面に移動させる。さらに吸着モジュール６の吸盤６ａで壁面に吸着固定させる。この吊り下げ時には浮力モジュール８の機能で補修装置全体の上下姿勢は常に一定に保たれている。
【００３１】
シュラウド４４の外壁面施工用のマニピュレータモジュール５は、図５に示したようにパンダグラフのごとき伸展機構９を有し水平方向に大きく伸縮でき、さらにピンジョイントが球面軸受１４を有しているので、施工部をシュラウド４４の外壁面に沿って周方向に回り込ませジェットポンプ４５の背後に移動させ、施工対象に接近させることができる。この伸展動作時には施工部の水中ファンモジュール３を動作させながら行うことで壁面から施工部が離れることがなく、壁面に倣いながらの移動を実現できる。このようにして施工対象位置まで施工部を近づけ、マニピュレータモジュール５のサーボロックをして位置決めを完了し、その後走査駆動モジュール２のＸ−Ｙ２軸を動作させてバッチ施工を行う。そして施工終了後は、今とは逆の手順でモジュール式炉内補修装置を炉外に回収する。
【００３２】
一方、シュラウド４４の内壁面の補修施工を行う場合には、まず欠陥が発見された箇所の炉心支持板４６（図８）からの高さを元に調整モジュール４７の高さを検討し、施工対象にあった長さ、形状の調整モジュール４７を用意する。図７は上記調整モジュール４７の概略構成を示す図であり、所定の長さのモジュール本体４７ａの上部及び下部には、それぞれ端部材４７ｂ、４７ｃがボルト４８によって高さ調整可能に連結されており、その端部材４７ｂ、４７ｃに水中連結装置４９ａ、４９ｂが設けられている。
【００３３】
そこで、図８に示すように、マニピュレータモジュール５，調整モジュール４７，及び固定モジュール５０を縦に結合し施工部を構成し、これを吊り具３０を用いて炉内に吊り降ろし、上部格子板５１を通過させ炉心支持板４６上の制御棒案内管５３の穴に挿入着座させる。この場合、炉心支持板４６上の位置決めピン（図示せず）に固定モジュール５０を係合し、方位位置を決める。その後固定モジュール５０に内蔵された図示しないロック機構を動作させて制御棒案内管５３の穴に対し装置を固定する。そして、着座後吊り具３０を切り離しその吊り具３０を回収する。
【００３４】
次に、水中ファンモジュール３および浮力モジュール４を取り付けた走査駆動モジュール２を吊り具３０で掴み、炉内に吊り降ろす。この場合先にベース部を挿入した上部格子板５１の格子とは別の格子に走査駆動モジュールを挿入し、マニピュレータモジュール５に接近させ、マニピュレータモジュール５のアーム３４の動作と協調させながらマニピュレータモジュール５のメスユニット２１と走査駆動モジュール２のオスユニット１８とを結合させる。この時、前述の吊り具３０の抱き寄せ専用爪３５を用いてテーパの挿入を助勢する。そして超音波距離センサ２４で着動作が完了したことを確認後、ロック装置２８を作動させ水圧ピストン装置２６が誤動作しないようにする。そして着操作完了後吊り具３０の吊り具爪３２を離し吊り具を回収する。
【００３５】
次に、工具モジュール１を吊り具３０で掴み炉内に吊り下ろし、走査駆動モジュール２のメスユニットと工具モジュール１のオスユニットとを結合させる。各モジュールの炉内遠隔結合が完了後、マニピュレータモジュール５を動作させて施工部を施工対象に接近させて水中ファンモジュール３で工具モジュール１を壁面に押し当て、走査駆動モジュール２の走査機構でバッチ施工を実施する。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成したので、施工対象の状況に応じて臨機応変に補修装置の形状、形態を変化させることができ、寸法制約などの厳しい沸騰水型原子炉の炉内構造物の補修施工を行うことができる。また結合部を規格化することにより、種々のモジュールを利用することができ装置の効率的な運用ができる。さらに、モジュール間の結合を遠隔、水中で実施できるので、炉内で適宜モジュールを組み立てることにより寸法制約を緩和することができる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のモジュール式水中補修装置の概略構成を示す図。
【図２】 （ａ）、（ｂ）は本発明における伸展機構を示す図。
【図３】 本発明における水中着脱部の構成を示す図。
【図４】 （ａ）、（ｂ）は、本発明のおける吊り具の構成を示す側面図及び正面図。
【図５】 本発明のモジュール式水中補修装置でシュラウド壁外周の補修作業を実施する場合の施工形態を示す図。
【図６】 図５のモジュール式水中補修装置を炉内に挿入した状態を示す図。
【図７】 本発明における調整モジュールの構成を示す図。
【図８】 本発明のモジュール式水中補修装置でシュラウド壁内周の補修作業を実施する場合の施工状態を示す図。
【符号の説明】
１ 工具モジュール
２ 走査駆動モジュール
３、７ 水中ファンモジュール
４，８ 浮力モジュール
５ マニピュレータモジュール
６ 吸着モジュール
９ 伸展機構
１０ａ、１０ｂ 雌ねじ部
１１ ねじ軸
１２ 傘歯車機構
１４ 球面軸受
１５ 連結部材
１６ テーパ部
１７ プルスタッドボルト
１８ オスユニット
１９ 嵌合キー溝
２０ 掴み部
２１ メスユニット
２２ テーパ穴
２３ キー
２４ 超音波距離センサ
２５ グリッパ機構
２８ ロック装置
２９ 引っかけ部
３０ 吊り具
３２ 吊り具爪
３４ アーム
３５ 抱き寄せ専用爪
３６ 突き放し専用爪
４４ シュラウド
４７ 調整モジュール
５０ 固定モジュール
５１ 上部格子板

Claims (7)

1. 施工部とベース部とを備え、原子炉内において所定の作業を行うモジュール式水中補修装置であって、
   前記施工部は、
   炉内構造物の補修を行うことができる各種の工具モジュールと、
   この工具モジュール用の走査・送り軸を有し、前記工具モジュールを選択的に着脱可能な走査駆動モジュールと、
   この走査駆動モジュールに対して選択的に着脱可能な水中ファンモジュールと、
   姿勢方向を確保する第１の浮力モジュールと、を有し、
   前記ベース部は、
   内部にアクチュエータ駆動機構を有するマニピュレータモジュールと、
   このマニピュレータモジュールに着脱可能で壁面吸着が可能な吸着モジュールと、
   姿勢方向を確保する第２の浮力モジュールと、を有し、
   前記工具モジュール、前記走査駆動モジュール、前記水中ファンモジュール、前記第１の浮力モジュール、前記マニュピュレータモジュール、前記吸着モジュール、前記第２の浮力モジュールの各々は前記原子炉の上部格子板を通過可能な大きさであり、
   前記工具モジュール、前記走査駆動モジュール、前記水中ファンモジュール、前記第１の浮力モジュール、前記マニュピュレータモジュール、前記吸着モジュール、前記第２の浮力モジュールの少なくとも何れかは、各モジュール間の結合を解除して複数に分割され、
   分割された各部が前記上部格子板を通過した後に分割された各モジュールに設けられた水中着脱部によって前記原子炉内に於いて遠隔結合されて、上部格子板を通過できない寸法として構成されるようにしたことを特徴とするモジュール式水中補修装置。
2. 前記水中着脱部は、互いに嵌合係合するテーパ状のオスユニットとテーパ嵌合部を有するメスユニットからなるツールシャンクであることを特徴とする請求項１記載のモジュール式水中補修装置。
3. 前記水中着脱部は、
   結合する両モジュール間の距離を遠隔計測可能な距離センサと、
   水圧ピストンによって作動して前記メスユニットに嵌合した前記オスユニットを引き込むグリッパ機構と、
   このグリッパ機構が前記オスユニットを引き込んだ状態で前記水圧ピストンのピストンロッドと係合し前記水圧ピストンの移動を阻止する空圧ピストン式のロック機構と、
   を有することを特徴とする請求項２記載のモジュール式水中補修装置。
4. 所定のモジュールを水中に吊下挿入するための吊り具をさらに備え、
   前記吊り具は、
   炉内水中での遠隔着脱が可能な各モジュールを掴むグリッパと、
   上記吊り具によって吊下されたモジュールに対して結合されるモジュールを引き寄せまたは突き放すツールシャンク係脱装置と、を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のモジュール式水中補修装置。
5. 前記ツールシャンク係脱装置は、
   進退可能なアームと、
   そのアームの先端に設けられ、結合されるモジュールに係合しそのモジュールを引き寄せ又は突き放すための爪を有することを特徴とする請求項４記載のモジュール式水中補修装置。
6. 前記マニピュレータモジュールは、水平方向に伸展可能な伸展機構を有し、
   その伸展機構の先端部に前記走査駆動モジュールが結合されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のモジュール式水中補修装置。
7. 原子炉の制御棒案内管や炉心支持板等に固定モジュール及び高さ調整用の調整モジュールを設置し、
   その調整モジュール上にマニピュレータモジュールを装着するとともに、
   水中ファンモジュール、浮力モジュール及び工具モジュールを結合した走査駆動モジュールを吊り具で掴み、
   前記原子炉の上部格子板におけるマニピュレータモジュールの挿入位置とは異なる箇所から前記上部格子板の下方まで吊り降ろし、
   前記走査駆動モジュールを前記マニピュレータモジュールの伸展機構に遠隔接合させることで上部格子板を通過できない寸法の補修装置を上部格子板の下方に組み立て、その後吊り具を切り離し、
   マニピュレータモジュールの走査によって前記走査駆動モジュールに連結された工具モジュールを所定の施工対象部位に接近させ、
   前記水中ファンモジュール機構で前記工具モジュールを位置決めし、前記走査駆動モジュールによって前記工具モジュールを走査させて炉内補修を行うことを特徴とするモジュール式水中補修方法。

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