JP2001116878A - 原子炉内配管溶接部の検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】原子炉圧力容器内の位置決め困難な配管溶接部
に対して信頼性高く検査できるようにする。 【解決手段】ベース12の内側に取付けた保持アーム13に
より炉心スプレイ配管３ａ，３ｂを挟持する。ベース12
には垂直方向移動機構16と周方向移動機構19が取付けら
れている。周方向移動機構19の下端部に超音波探傷用セ
ンサ21を有するセンサ保持アーム20が取付けられてい
る。センサ21は溶接部11ａの周囲を方形走査線25のよう
に走査して検査する。これにより位置決め困難なエルボ
５部でも安定にセンサ21を走査させることができ、信頼
性の高い検査を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は原子炉圧力容器内の
狭隘な環境下に設置されている例えば炉心スプレイ配管
の溶接部を検査するための原子炉内配管溶接部の検査装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８により原子炉圧力容器内に設置され
ている炉心スプレイライン配管の溶接部について説明す
る。図８は原子炉圧力容器内における炉心スプレイライ
ンおよびその周辺機器の概略を一部断面で示している。

【０００３】図８中、符号１は原子炉圧力容器で、炉心
スプレイライン部を切開いて縦断面で示しており、２は
原子炉圧力容器１内に設置されたシュラウド、３は炉心
スプレイライン部の炉心スプレイ配管で、２系統あるた
め３ａ，３ｂで示している。４は炉心スプレイライン部
の炉心スプレイスパージャで、２系統あるため４ａ，４
ｂで示している。炉心スプレイスパージャ４ａ，４ｂは
シュラウド２の内側に配置され、炉心スプレイ配管３
ａ，３ｂにエルボ５を介して接続されている。炉心スプ
レイ配管３ａ，３ｂは原子炉圧力容器１の内壁面にブラ
ケット６により固定され、原子炉圧力容器１外からの冷
却水ノズル７に接続している。

【０００４】このような炉心スプレイライン部は、万一
の何らかの事故に伴う炉心の冷却水損失時に、冷却水が
ノズル７から２系統の炉心スプレイ配管３ａ，３ｂに導
かれて、エルボ５から２系統の炉心スプレイスパージャ
４ａ，４ａを通してシュラウド２内の炉心に散水され
る。

【０００５】炉心スプレイ配管３ａ，３ｂは前述したよ
うに原子炉圧力容器１にブラケット６で保持されている
が、シュラウド２に対してそれぞれ高さが異なって取付
けられ、狭隘な環境となっている。従来、炉心スプレイ
配管３ａ，３ｂ等を含め原子炉圧力容器１内の炉内構造
物の種々の溶接部の検査は主として遠隔操作によるテレ
ビカメラを用いた間接目視検査によって行われている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】万一の冷却材損失等、
緊急時の事故が発生した場合、炉心スプレイライン部の
配管溶接部に異常が発生することが考えられる。この場
合には原子炉損傷時に損失する冷却水の補給が炉心スプ
レイライン部を通してできず、原子力発電プラントの安
全性維持に重大な問題が生じることになる。

【０００７】前述したように、従来の溶接部の検査では
水中テレビカメラ等を用いた接近可能な表面に対する目
視検査が行われているが、体積検査は実施されていな
い。炉心スプレイ系は冷却水損失事故時に炉心に冷却水
を供給し、炉心を冠水させる機能を有するため、それら
溶接部を検査することの重要度は大きい。

【０００８】しかしながら、炉心スプレイ系配管の全周
面にわたり検査装置をアクセスすることが周辺構造物等
の関係から困難であり、位置決めして固定する際にも困
難である等、狭隘な環境面からの課題がある。

【０００９】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、目視検査で検査困難な管内部からの欠陥位置
および大きさを確認するため、周辺構造物を回避しなが
ら、配管自体の特異な形状に応じて、目的検査部位に簡
単かつ確実にアクセスできるとともに、狭隘な環境下に
おいても安定した自動走行を行うことができ、狭隘な環
境下に位置する炉心スプレイ配管とシュラウドとの接続
部の配管（エルボ）の溶接部に対して超音波探傷試験を
行うことができ、原子炉の健全性を確認することができ
る原子炉内配管溶接部の検査装置を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、被検
査溶接部を有する配管近傍に設置されるベースと、この
ベースの内面に取付けられ前記配管を挟持する保持アー
ムと、この保持アームを開閉させるアーム開閉機構と、
前記ベースの外面に取付けられた垂直方向移動機構と、
この垂直方向移動機構に取付けられ前記配管の円周方向
に沿って移動する周方向移動機構と、この周方向移動機
構と、この周方向移動機構に取付けられ前記溶接部を検
査するセンサヘッドとを具備したことを特徴とする。

【００１１】請求項１の発明によれば、検査装置等のツ
ールのアクセスが制限される原子炉圧力容器内で、非常
時における炉心冷却用水をシュラウドへと導く炉心スプ
レイ系の配管溶接部に対して超音波探傷試験を行うこと
ができる。

【００１２】すなわち、原子炉圧力容器および周辺の炉
内構造物の存在によりアクセスのためのスペースが複雑
となっている配管溶接部にセンサを接近させるため、垂
直配管のスリーブ上端に装置の荷重をあずけた後、配管
を挟持するための保持アームを動作させ、前記配管溶接
部を検査するための配管の曲面に応じた検査を行うこと
ができる移動機構を動作させる。

【００１３】これにより、アクセス困難となり易い原子
炉圧力容器との狭隘な空間であっても連続的にセンサヘ
ッドを送り出すことができ、溶接部全周にわたる超音波
探傷試験を遠隔自動で行うことができる。また、配管の
軸方向に沿ってセンサヘッドを移動させることができ
る。

【００１４】請求項２の発明は、前記周方向移動機構は
前記配管の曲面に沿う配管1/3 〜1/2 周分のレールを具
備し、このレールに前記検査ヘッドを組込んでなること
を特徴とする。

【００１５】請求項２の発明によれば、周方向移動機構
は配管の曲面に沿う配管1/3 〜1/2周分のレールにセン
サヘッドが組込まれ、配管曲面に沿ってレールを送り出
すことにより配管全周にわたりガイドレール等を敷設す
る必要がない。したがって、簡便な装置のセッティング
が可能でありながら、全周にわたる溶接部の検査を行う
ことができる。また、周方向移動機構は、垂直配管の曲
面に沿うレールを水平配管部に対するレールにも交換で
きる。

【００１６】請求項３の発明は、前記垂直方向移動機構
および前記周方向移動機構にそれぞれの移動距離を検出
する検出器を取付けてなることを特徴とする。請求項３
の発明によれば、垂直方向移動機構にセンサヘッドの軸
方向の移動距離を検出するセンサが取付けられ、周方向
移動機構に週報孔の移動距離を検出するセンサが取付け
られることにより、正確なセンサ位置を検出でき、検出
した欠陥の位置を決定できる。

【００１７】請求項４の発明は、前記周方向移動機構は
監視カメラおよび水中照明具を設けてなることを特徴と
する。請求項４の発明によれば、監視カメラおよび水中
照明具により走査の状況を確認できる。

【００１８】請求項５の発明は、前記保持アームに前記
配管の曲率に芯合せする芯合せ部が設けてなることを特
徴とする。請求項５の発明によれば、保持アームにより
配管の曲率に関係なく芯合せでき、装置の配管軸芯に対
する絶対位置を決定することができる。

【００１９】請求項６の発明は、前記センサヘッドには
屈折角の異なる複数のセンサがジンバル機構により設け
られてなることを特徴とする。請求項６の発明によれ
ば、センサヘッドとして屈折角の異なる複数個の超音波
探傷センサがジンバルで探傷面に押付けられる。保持ア
ームには常にセンサを押付ける方向に付与する関節が設
けられる。これによりエルボ部の３次元面に対し常に安
定してセンサを位置決めできる。

【００２０】請求項７の発明は、前記配管は原子炉圧力
容器内に設置され炉心シュラウドとの間の炉心スプレイ
配管とからなり、前記センサヘッドは超音波探傷用セン
サからなることを特徴とする。

【００２１】請求項７の発明によれば、アクセス困難な
部位である炉心スプレイ配管とシュラウドとの接続部
（エルボ）の溶接部全周にわたって、超音波センサを移
動し、装置を位置決めすることができる。これにより原
子炉圧力容器内の炉内構造物の健全性を確認し、維持す
ることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１から図４により本発明に係る
原子炉内配管溶接部の検査装置の第１の実施の形態を説
明する。

【００２３】図１は図８に示した原子炉圧力容器１とシ
ュラウド２との間に設けられている炉心スプレイ配管３
ａ又は３ｂを本実施の形態にかかる検査装置で超音波探
傷試験を実施している状態を斜視図で示し、図２は図１
を真上から見下ろしている状態を上面図で示し、図３は
図１を真横から見た状態を一部縦断側面図で示し、図４
は図３の動作状態を一部縦断側面図で示している。な
お、図１から図４中、図８と同一部分には同一符号を付
して重複する部分の説明は省略する。

【００２４】図１から図４において、符号８はシュラウ
ド２の外面に取付けられているシュラウドヘッドボルト
ブラケット、９は炉心スプレイ配管３ａ又は３ｂに取付
けられているスリーブ、10はリングブラケット、11は炉
心スプレイ配管３ａ又は３ｂとエルボ５とを接続した溶
接部である。

【００２５】図１から図４中、符号12は半円筒状ベース
で、このベース12の下端部には内側に突出した着座部12
ａを有し、この着座部12ａはスリーブ９の上端面に載置
される。ベース12の内側に炉心スプレイ配管３ａ又は３
ｂを両側から挟むように一対の配管保持アーム13が上下
に設けられており、一対の配管保持アーム13はエアシリ
ンダ14に接続して炉心スプレイ配管３ａ又は３ｂを挟ん
だり、解放したりできるようになっている。

【００２６】ベース12の外側には、垂直方向に沿って延
在する垂直方向レール15が複数本取付けられている。こ
の垂直方向レール15を上からかぶせるようにした縦長の
Ｕ字溝を内面に有する垂直方向移動機構16が設けられ
て、ベース12の外側を上下動する。

【００２７】垂直方向移動機構16の外側は厚肉の上部16
ａ，中肉の中部16ｂ，薄肉の下部16ｃと厚さがそれぞれ
異なる段部が順次形成されている。薄肉の下部16ｃの外
面には円周方向レール17が上下２本設けられ、このレー
ル17，17間に円周方向ラック18が設けられている。薄肉
の下部16ｃには前記レール17，17に沿って移動し、ラッ
ク18に噛合する周方向移動機構19が設けられている。

【００２８】周方向移動機構19の下部にはセンサ保持ア
ーム20が取付けられ、センサ保持アーム20にセンサを有
するセンサヘッド21が取付けられている。また、センサ
保持アーム20の近傍で周方向移動機構19の内面に監視用
カメラ22および水中照明具23が取付けられている。ベー
ス12の上部外面には操作ポール24が取付けられている。
なお、符号25は溶接部11ａをセンサが走査する方形走査
線である。

【００２９】つぎに本実施の形態の検査例を説明する。
操作ポール24を介して燃料交換機上の補助ホイスト等
（図示せず）により本検査装置を吊り下げ、水で満たさ
れた原子炉圧力容器１内を降下させる。当該部近傍まで
接近したら操作ポール24を操作で着座部12ａを配管３ａ
又は３ｃに接触させる。接触させた後、装置をそのまま
垂直に降下させ、スリーブ９上に着座部12ａを接触させ
る。この時、エアシリンダ14で保持アーム13を縮ませる
ことにより、検査装置を炉心スプレイ配管３ａ又は３ｂ
の垂直配管部に固定させる。

【００３０】この状態で、検査装置の荷重はスリーブ９
上端で受け、保持アーム13で垂直配管と芯が一致した状
態に完全に固定され、原子炉圧力容器１とシュラウドヘ
ッドボルトブラケット８の間に安定に位置している。
（保持アーム13の初期状態を二点鎖線で、保持状態を実
線で示している。）周方向移動機構19は収納された状態
のため、垂直配管に干渉することなく、装置がセットさ
れる。

【００３１】上記のように検査装置を固定した後、超音
波探傷を実施する。垂直方向は垂直方向移動機構16、周
方向は周方向移動機構19を動作させることにより、配管
の曲面に沿った方形走査線25を行うことができる。垂直
方向移動機構16は上部にモータ、ギヤ等の動力伝達機構
を内蔵しており、ベース12上のラックおよびレール15と
連結して上下の移動が行える。

【００３２】また、周方向移動機構19は内蔵するモータ
およびギヤ等の動力伝達機構と垂直方向移動機構16の下
方に設けられたラック18およびレール17，17と連結して
周方向移動機構19全体が周方向に送り出され全周に対す
る移動が行える。ここで、センサ保持アーム20に超音波
探傷センサヘッド21が組込まれており、ジンバル機構に
より探傷面に自在に接触している。

【００３３】また、センサ保持アーム20に具備した関節
により超音波探傷センサヘッド21は常に配管３ａ，３
ｂ，エルボ５に押付けられているため、エルボ５部にお
ける３次元曲面部でも十分操作可能となる。

【００３４】円弧状周方向移動機構19が垂直方向移動機
構16上をモータ駆動により移動するので、円弧の始点お
よび終点に組込まれた複数個のセンサにより、原子炉圧
力容器１との間の空間（配管と原子炉圧力容器内面とで
陰になる部分）および配管とシュラウドヘッドボルトブ
ラケット８の間を干渉することなく連続的に旋回でき
る。

【００３５】これにより、超音波ビーム溶接部全周にわ
たって伝播させることができる。また、超音波探傷セン
サヘッド21近傍に取付けられた監視用カメラ22および水
中照明具23により、超音波探傷センサの探傷面との接触
状態を常時監視することができる。

【００３６】なお、この監視用カメラ22は結果として被
検査溶接部を見ているので、この映像により同時に目視
検査も実施できる。さらに、取付けられている超音波探
傷センサを渦流探傷センサ等他の非破壊検査用センサに
取替えることにより、発生する可能性のある欠陥種類に
応じた検査が可能となる。また、前記センサの代りにグ
ラインダ等の簡単な加工ツールに交換することで、万一
欠陥を発見した場合でも簡単な補修が可能となる。

【００３７】つぎに、図５および図６により本発明の第
２の実施の形態を説明する。本実施の形態が第１の実施
の形態と異なる点は、垂直配管とエルボ溶接部11ａに対
する超音波探傷をエルボと水平配管溶接部11ｂに応用す
るために、垂直方向移動機構16の下部16ｃの代りに回転
機構26を設けたことにある。

【００３８】すなわち、図５，図６から明らかなよう
に、中部16ｂの下部に円弧状の回転機構26を取付け、こ
の回転機構26に円弧状の走査レール27、ラック28および
レール29を取付け、この走査レール27の先端部に複数の
センサ21を取付けている。ここで、回転機構26に内蔵さ
れたモータによりラック28およびレール29を介して送り
出され、走査レール27の下部に組込まれた超音波探傷セ
ンサ21により、第１の実施の形態と同様に超音波探傷試
験が溶接部全周にわたって実施できる。

【００３９】さらに、これら回転機構部の組み替えに加
え、センサ保持アーム20、センサの向きを工夫すること
で垂直配管とスリーブ溶接部11ｃ、水平配管とシュラウ
ド取付部（リングブラケット10）の溶接部11ｄにも対応
可能となる。

【００４０】図７は本発明に係る第３の実施の形態を示
すもので、２系統の炉心スプレイ配管３ａ，３ｂのう
ち、炉心スプレイ配管３ａよりも下方に位置する炉心ス
プレイ配管３ｂの周辺構造を示したものである。本実施
の形態は垂直配管部３ｂが長い場合の検査例であり、第
１および第２の実施の形態と同様に超音波探傷が実施で
きる。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、原子炉圧力容器内に炉
内構造物等が設置されている狭隘な環境のもとで、アク
セスが困難な部位である炉心スプレイ配管とシュラウド
との接続部の溶接部（エルボ溶接部）において、その全
周にわたって超音波探傷センサを安定に走査させること
ができる。よって、信頼性の高い検査ができ、原子炉内
構造物の健全性を確認し、維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る原子炉内配管溶接部の超音波探傷
装置の第１の実施の形態を説明するための斜視図。

【図２】図１を真上から見た上面図。

【図３】図１を横から見た一部断面で示す側面図。

【図４】図３における動作状態を真横から見た一部側面
で示す側面図。

【図５】本発明に係る第２の実施の形態を説明するため
の一部断面で示す側面図。

【図６】図５に対し、シュラウド内側から装置を一部断
面で示す側面図。

【図７】本発明に係る第３の実施の形態を説明するため
の一部断面で示す側面図。

【図８】炉心スプレイ配管およびその周辺の構造を示す
原子炉内の鳥瞰図。

【符号の説明】

１…原子炉圧力容器、２…シュラウド、３（３ａ，３
ｂ）…炉心スプレイ配管、４（４ａ，４ｂ）…炉心スプ
レイスパージャ、５…エルボ、６…ブラケット、７…ノ
ズル、８…シュラウドヘッドボルトブラケット、９…ス
リーブ、10…リングブラケット、11ａ…溶接部、11ｃ…
垂直配管とスリーブ溶接部、11ｄ…水平配管とシュラウ
ド取付部の溶接部、12…ベース、12ａ…着座部、13…配
管保持アーム、14…エアシリンダ、15…垂直方向レー
ル、16…垂直方向移動機構、16ａ…上部、16ｂ…中部、
16ｃ…下部、17…円周方向レール、18…円周方向ラッ
ク、19…周方向移動機構、20…センサ保持アーム、21…
センサヘッド、22…監視用カメラ、23…水中照明具、24
…操作ポール、25…方形走査線、26…回転機構、27…走
査レール、28…ラック、29…レール。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査溶接部を有する配管近傍に設置さ
   れるベースと、このベースの内面に取付けられ前記配管
   を挟持する保持アームと、この保持アームを開閉させる
   アーム開閉機構と、前記ベースの外面に取付けられた垂
   直方向移動機構と、この垂直方向移動機構に取付けられ
   前記配管の円周方向に沿って移動する周方向移動機構
   と、この周方向移動機構と、この周方向移動機構に取付
   けられ前記溶接部を検査するセンサヘッドとを具備した
   ことを特徴とする原子炉内配管溶接部の検査装置。
2. 【請求項２】 前記周方向移動機構は前記配管の曲面に
   沿う配管1/3 〜1/2周分のレールを具備し、このレール
   に前記検査ヘッドを組込んでなることを特徴とする請求
   項１記載の原子炉内配管溶接部の検査装置。
3. 【請求項３】 前記垂直方向移動機構および前記周方向
   移動機構にそれぞれの移動距離を検出する検出器を取付
   けてなることを特徴とする請求項１記載の原子炉内配管
   溶接部の検査装置。
4. 【請求項４】 前記周方向移動機構は監視カメラおよび
   水中照明具を設けてなることを特徴とする請求項１記載
   の原子炉内配管溶接部の検査装置。
5. 【請求項５】 前記保持アームに前記配管の曲率に芯合
   せする芯合せ部が設けてなることを特徴とする請求項１
   記載の原子炉内配管溶接部の検査装置。
6. 【請求項６】 前記センサヘッドには屈折角の異なる複
   数のセンサがジンバル機構により設けられてなることを
   特徴とする請求項１記載の原子炉内配管溶接部の検査装
   置。
7. 【請求項７】 前記配管は原子炉圧力容器内に設置され
   炉心シュラウドとの間の炉心スプレイ配管とからなり、
   前記センサヘッドは超音波探傷用センサからなることを
   特徴とする請求項１記載の原子炉内配管溶接部の検査装
   置。