JP2005188954A - 原子炉内検査装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】原子炉内を検査する点検センサの位置と姿勢を遠隔で制御することができ、検査のための調整と段取りを簡単に行うことのできる原子炉内検査装置および方法を提供する。
【解決手段】炉水６０を貯留した原子炉６１内を三次元方向に移動する水中ビークル１と、原子炉６１内を検査し情報を得る点検センサ２と、点検センサ２を水中ビークル１に対して保持し動作させる点検センサ駆動装置３と、原子炉６１外に設けられ水中ビークル１の動作を制御するビークル制御操作部５ａと、原子炉６１外に設けられ点検センサ駆動装置３の動作を制御する点検センサ駆動装置制御操作部５ｂと、原子炉６１外に設けられ検査情報に対応する点検センサ２の出力信号を入力して処理する点検センサ出力信号処理部６とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子炉圧力容器内部の構造やシュラウド等の炉内構造物の検査を行う原子炉内検査装置および方法に関する。

一般に、原子炉圧力容器内や炉内構造物の検査には原子炉内検査装置が用いられている。検査は特に原子炉内の主要な溶接構造物であるシュラウドの各部溶接線が対象とされている。このような検査作業は、短時間でなるべく広範囲の検査を行うために水中ビークルに各種検査機器を搭載して行われる。

このような原子炉内検査装置としては、水中遠隔操作ビークルに前後進・旋回用スラスタおよび昇降・横行用スラスタを備えた装置であって、回動可能なアーム機構が取り付けられており、このアーム機構の先端に超音波検査手段や耐放射性テレビカメラ、赤外線カメラなどの各種検査手段を交換着脱可能に取り付けた例がある（下記特許文献１参照）。

この例ではアーム機構の先端にＸ−Ｙスキャナ機構を設け、このＸ−Ｙスキャナ機構に各種検査手段を取り付けている。検査の動作としては、水中遠隔操作ビークルのスラスタによりアーム機構および各種検査手段を検査部位まで移動させ、前記Ｘ−Ｙスキャナ機構を検査部位の近傍に押付けて、その動作自由度により検査手段を走査して検査を行う。

また他の原子炉内検査装置の例として、原子炉圧力容器等の内壁面に発生した欠陥の発見・除去作業を遠隔で行うために、水中の壁面に吸着しながら無軌道で移動する水中移動台車にその幅方向に沿って一軸方向に往復移動するデバイスアームを設け、このデバイスアームに欠陥部の監視手段および研削手段を備えた装置がある（下記特許文献２参照）。

この装置では、前記デバイスアームにスライド自在に取り付けられたスライドレールと、このスライドレールを壁面に対して近接離間させるシリンダとを備えて、欠陥部の監視手段や研削手段を動作させて水中移動台車が停止しているとき、および移動しているときにも壁面に対して作業することが可能である。
特開平１１−１４７８４号公報 特開平１１−２１１８７８号公報

上述したような従来の原子炉内検査装置において、原子炉内水中で原子炉圧力容器内や炉内構造物の検査を行う場合、特に各構造物の溶接線の検査を行う場合には、遊泳移動や吸着走行移動ビークルに検査用の点検センサを搭載し、溶接線に沿って搬送、位置決めを行うことで検査作業が可能である。非接触型センサを用いる場合は、吸着走行移動ビークルによりシュラウド等の炉内構造物上を吸着しながら移動し、搭載した点検センサのホルダー等にローラや自在車輪を取り付けて、これをシュラウド壁や炉内構造物に押付けることにより点検センサと点検対象である溶接線の距離および姿勢を一定にすることができる。

しかしながら、上記のローラや自在車輪等の押付け状態が変化し点検センサと溶接線の相対距離や姿勢がずれてしまうことがある。また実際の検査においては、点検センサの出力状態を確認しながら点検センサの取付け状態を微調整するという要求が高い。このようなずれを修正するためには、その都度ビークルを水中から引き上げて取付け位置を調整しなければならない。しかし検査装置が狭隘な部位に進入している場合には引き上げ作業そのものが困難で時間を要する作業であり、また装置は炉内で汚染しているため調整作業にはフードマスク等の装備が必要となり作業性が悪いので調整が困難である。その結果、センサ取り付け位置の調整や作業段取りのための時間がかかり検査作業全体の時間が増大するという問題がある。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、原子炉内を検査する点検センサの位置と姿勢を遠隔で制御することができ、検査のための調整と段取りを簡単に行うことのできる原子炉内検査装置および方法を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、原子炉内を三次元方向に移動する水中ビークルと、原子炉内を検査し情報を得る点検センサと、前記点検センサを前記水中ビークルに対して保持し動作させる点検センサ駆動装置と、前記原子炉外に設けられ前記水中ビークルの動作を制御するビークル制御操作部と、前記原子炉外に設けられ前記点検センサ駆動装置の動作を制御する点検センサ駆動装置制御操作部と、前記原子炉外に設けられ前記検査情報に対応する前記点検センサの出力信号を入力して処理する点検センサ出力信号処理部とを備えている構成とする。

請求項２の発明は、前記水中ビークルは、前記原子炉の上下方向に沿う推力を生じる上下スラスタと、前記原子炉の水平方向に沿う推力を生じる水平スラスタと、浮力を生じるフロートと、傾斜を検知する傾斜センサと、炉内構造物表面を走行する車輪と、前記走行の距離を計測する距離計とを備えている構成とする。

請求項３の発明は、前記点検センサ駆動装置は、前記水中ビークルに対して直交３軸方向の前記点検センサの取付け位置を調整する位置調整機構と、直交３軸まわりの姿勢を調整する姿勢調整機構とを備えている構成とする。

請求項４の発明は、前記位置調整機構は、３つの直動機構が連接されて構成されている構成とする。
請求項５の発明は、前記姿勢調整機構は、対向設置された二つの駆動用かさ歯車に対し、二つの従動用かさ歯車が上記駆動用かさ歯車の夫々にかみ合うとともに回転軸が直交して対向設置されており、前記駆動用かさ歯車の回転方向を組み合わせることにより従動側を直交２軸まわりに回転させる構造である構成とする。

請求項６の発明は、請求項２に記載の原子炉内検査装置において、前記ビークル制御操作部を操作して前記水中ビークルを前記水平スラスタにより炉内構造物に接触させ、前記点検センサ駆動装置制御操作部を操作して前記点検センサ駆動装置により前記炉内構造物に対する点検センサの位置および姿勢を調整し、前記車輪により前記水中ビークルを前記炉内構造物上を移動させて、前記炉内構造物の検査を行う方法とする。

請求項７の発明は、請求項２に記載の原子炉内検査装置において、前記ビークル制御操作部を操作して前記水中ビークルを前記水平スラスタにより炉内構造物に固定設置し、前記点検センサ駆動装置制御操作部を操作して前記点検センサを前記点検センサ駆動装置により前記炉内構造物に対して走査することにより、前記炉内構造物の検査を行う方法とする。

本発明によれば、原子炉内を検査する点検センサの位置と姿勢を遠隔で制御することができ、検査のための調整と段取りを簡単に行うことのできる原子炉内検査装置および方法を提供することができる。

以下、本発明に係る原子炉内検査装置および方法の実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態を図１から図５を用いて説明する。
図１は本実施の形態の原子炉内検査装置によって沸騰水型原子炉内の炉内構造物であるシュラウド６２の中間部胴や下部胴内面を検査する場合を示す概念図である。図１に示すように、点検センサ２および点検センサ駆動装置３を搭載した水中ビークル１にはケーブル４が接続されており、ケーブル４はオペレーションフロア７０上や燃料交換機７１上などに設置されたビークル制御操作部５ａと点検センサ駆動装置制御操作部５ｂと点検センサ出力処理部６に接続されている。さらにビークル制御操作部５ａと点検センサ駆動装置制御操作部５ｂと点検センサ出力処理部６は検査位置データなどの情報を授受するために相互に接続されている。

例えば炉下部の検査を行う場合、水中ビークル１に点検センサ２および点検センサ駆動装置３が搭載されて原子炉圧力容器６１の上方から炉内へ投入され、炉水６０中を遊泳しながら潜行し上部格子板６３および炉心支持板６４を通過して炉下部へ到達する。そして水中ビークル１により点検センサ２を検査箇所へ搬送して検査を実施する。

図２に水中ビークル１の構成を示す。すなわち、水中ビークル１の上部の左右には一対の上下スラスタ７が同じ角度だけ傾けて配置され、中央部には一対の水平スラスタ８が配置されている。またシュラウド６２の表面に沿って走行移動するために、片側にボールキャスタ１２が設けられ、ボールキャスタ１２の反対側に２つの走行車輪９と２つの距離計測ローラ１０が配置されている。点検センサ２として、例えば、目視検査用カメラ、体積検査用超音波センサ、渦流探傷用点検センサ等を用いることができるが、本実施の形態ではレーザＵＴ(Ultrasonic Tomography)プローブを用いた場合を示している。レーザＵＴプローブは検査対象部位に探傷用レーザ光と受信用レーザ光の２種類のレーザ光を投射し、き裂検査を行うものである。

点検センサ２は点検センサ駆動装置３により水中ビークル１の下部に取り付けられる。そして点検センサ駆動装置３により検査対象部位に対する点検センサ２のスキャン動作や位置および姿勢の調整を行う。点検センサ２のシュラウド６２に対する位置および姿勢は、点検センサ２の取付けブラケット１７に取り付けた超音波センサ１５，１６によりシュラウド６２までの距離を計測して調整する。

一対の上下スラスタ７は、各々の回転方向を操作して水流の方向を組み合わせることによって水中ビークル１を潜行、浮上および左右といった任意の方向に遊泳させる。また一対の水平スラスタ８により水中ビークル１の前進、後進および垂直軸周りの旋回を行う。水中ビークル１の上部にはフロート１４が配置されており、水中での自重と浮力がバランスするように調整することにより、上部格子板６３や炉心支持板６４を通過した後に真横に遊泳してシュラウド６２内面へ向かうことができる。また水中において重心より浮力の中心が上になるように構成されているので、停止時には常に点検センサ２が下になるように保持されると共に、上下スラスタ７および水平スラスタ８による遊泳時の姿勢を安定させることができる。

水中ビークル１は炉水６０中を遊泳移動し原子炉圧力容器６１内の検査箇所近傍へ達した後に、水平スラスタ８によりビークル前面側から後面側へ水流を生成させることで検査対象であるシュラウド６２に接近し、ボールキャスタ１２と走行車輪９および距離計測ローラ１０をシュラウド６２に接触させる。この状態で傾斜センサ１３によりビークルの傾斜を計測し、傾いている場合には図示されていない車輪駆動モータにより上下の走行車輪９を反対方向に駆動して水中ビークル１の姿勢を鉛直に修正する。

そしてさらに車輪駆動モータにより走行車輪９を回転して走行移動する。このとき、水中ビークル１はシュラウド６２に３点で接触しており、シュラウド６２との距離を一定に保ちながら水平に移動することができる。この時に傾斜センサ１３によりビークルの傾斜を計測し、傾斜している場合には上下の走行車輪９の回転速度を調整し制御することで姿勢を垂直に保ちながら水平に走行移動することができる。また、水中ビークル１を傾斜させて切返しながら移動することによって上下方向にも移動することができる。走行車輪９による走行時には距離計測ローラ１０も一緒に回転するのでエンコーダ等の回転センサ１１により、吸着したシュラウド６２に対する水中ビークル１の走行距離すなわち点検センサ２の相対移動量を計測することができる。

次に図３を用いて点検センサ駆動装置３の構成および動作を説明する。水中ビークル１の下部にＺ軸ベース２０が取り付けられている。Ｙ軸ベース２２はリニアガイド２１を介してＺ軸ベース２０と連結されており、Ｚ軸駆動モータ２３を駆動源としてタイミングベルト２４とボールネジ２５によって上下に駆動される。Ｘ軸ベース２７は２段に組み合わされたリニアガイド２６を介してＹ軸ベース２２と連結されており、Ｙ軸駆動モータ２８を駆動源としてタイミングベルト２９とラック・ピニオン３０によって前後に駆動される。

さらに姿勢調整機構のベースであるθ，φ軸ベース３１はリニアガイド３２を介してＸ軸ベース２７と連結されており、Ｘ軸駆動モータ３３を駆動源としてかさ歯車３４とタイミングベルト３５によって左右に駆動される。すなわち左右方向をＸ軸、上下方向をＺ軸、前後方向をＹ軸として直交３軸方向に点検センサ２を動作させることができる。以上が並進方向の動作自由度である。回転方向の動作自由度については、ψ軸ベース３８は２軸直交回転機構４５を介してθ，φ軸ベース３１と連結されており、θ，φ軸駆動モータ３６，３７により駆動される。点検センサ２はψ軸ベース３８に対してψ軸駆動モータ３９を駆動源としてかさ歯車４０によりψ軸周りに回転駆動される。

次に図４を用いて点検センサ２の姿勢調整自由度に関わる２軸直交回転機構４５の構成および動作について説明する。θ，φ軸駆動モータ３６，３７の出力軸に取り付けられて対向設置された２つの駆動用かさ歯車４６，４７に対し、２つの従動用かさ歯車４８，４９がかさ歯車４６，４７の夫々にかみ合うと同時に回転軸が直交して対向設置されている。また軸５１はψ軸ベース３８と従動用かさ歯車４８を固定連結しているが、従動用かさ車４９に固定された軸５２はψ軸ベース３８とは回動可能に支持されている。

いま、図４（ａ）のように駆動用かさ歯車４６，４７を同じ方向に回転させると従動用かさ歯車４８，４９は相対的に回転せずに一緒にθ軸周りに回転する。また、図４（ｂ）のように駆動用かさ歯車４６，４７を反対方向に回転させると従動用かさ歯車４８，４９は相対的に回転するので、従動用かさ歯車４８に固定されたψ軸ベース３８がφ軸周りに回転する。すなわち図４（ｃ）のように左右に回転する。

点検センサ駆動装置３は、以上に述べた並進方向の動作自由度および回転方向の動作自由度を組み合わせて、点検センサ２のスキャン動作と位置および姿勢の調整を行うことができる。すなわち水中ビークル１を例えばシュラウド６２に吸着固定させておき、点検センサ２の先端を吸着壁面と平行な面内（図３のＸ軸方向およびＺ軸方向）で方形波状に動作させることができる。点検センサ２のシュラウド６２に対する位置および姿勢は、超音波センサ１５，１６によりシュラウド６２までの距離を検出して調整する。

図３に示すように点検センサ２の左側の超音波センサ１５と右側の超音波センサ１６は上下方向に異なる位置に取り付けられている。それぞれの超音波センサ１５，１６によりシュラウド６２までの距離を計測し、この２つの値が等しくなるようにθ軸とψ軸を調整することによってシュラウド６２に対して点検センサ２が平行となるように調整することができる。また、この２つの値が予め設定された値となるようにＹ軸方向（前後方向）の位置を調整することによってシュラウド６２に対する点検センサ２の距離を調整することができる。このようにして超音波センサ１５，１６を用いることで、シュラウド６２に対して上下および左右に（図３のＸ軸方向およびＺ軸方向に）方形波状に走査する時のシュラウド６２に対する平行性と距離を確保することができる。

また、点検センサ２の先端を吸着壁面と直交する面内（図３のＸ軸方向およびＹ軸方向）で方形波状に動作させることも可能である。例えば図５のように、原子炉圧力容器６１とシュラウド６２に挟まれたアニュラス部において、水平面であるシュラウドサポートプレート７７に対して点検センサ２を走査する場合である。この場合には超音波センサ１５，１６を取り付ける向きを変え、上下方向に計測することにより上述と同じ走査を行うことができる。

以上に述べた点検センサ２の走査方法は水中ビークル１を固定した場合であるが、点検センサ２の吸着壁面に対する相対姿勢を調整し、水中ビークル１の走行機能により水平移動して点検センサ２を搬送することにより、連続的に溶接線の検査を行うことも可能である。

図５に原子炉圧力容器６１とシュラウド６２に挟まれたアニュラス部における本実施の形態の原子炉内検査装置による作業状況を示す。すなわち、たとえば原子炉圧力容器６１とシュラウドサポートプレート７７の溶接線検査を行う場合は、水中ビークル１を原子炉圧力容器６１の内面に吸着させ、下部に取り付けられた点検センサ駆動装置３および点検センサ２の搬送、位置決めを溶接線に沿って行う。この場合、水中ビークル１が停止した状態で点検センサ２のみをスキャンさせて溶接線の検査を行うことも可能であり、また点検センサ２と水中ビークル１によって水平移動しながら連続的に検査を行うことも可能である。また、同様の構成と方法によりシュラウドサポートシリンダ７６とシュラウドサポートプレート７７の溶接線検査も可能である。図３に示したように点検センサ駆動装置は薄型に構成可能であるため、図５に示すような狭隘で許容寸法が限られたアニュラス部底部における溶接線の検査作業に適合させやすい。

以上に説明した水中ビークル１および点検センサ駆動装置３の動作は、オペレーションフロア７０に設置された点検センサ出力処理部６の表示を見ながらビークル制御操作部５ａと点検センサ駆動装置制御操作部５ｂを操作して制御する。

以上のように本実施の形態によれば、原子炉圧力容器６１内や炉内構造物の検査において、水中ビークル１をシュラウド６２等の炉内構造物に吸着させて走行移動しながら点検センサ２により検査を行う場合、点検センサ駆動装置３により点検センサ２の位置と姿勢を遠隔で調整し適正に保つことができる。その結果、点検のための段取りと調整に要する時間を低減して作業時間を短縮することができ作業を効率的に行うことができる。また点検センサ２の出力に応じて点検センサ２の位置と姿勢を調整することが可能であるので検査品質を向上させることができる。

（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態を説明する。本実施の形態の原子炉内検査装置は、前述の第１の実施の形態における点検センサ駆動装置３に備えられる直動機構を構成する駆動モータやタイミングベルトおよびボールネジの代わりに、シャフトモータを用いる。シャフトモータとは、コイルが内蔵された可動子をシャフトが貫通しており、このシャフトを磁力によって軸方向に直接動作させるリニアアクチュエータの一つである。

すなわち図３において、Ｙ軸ベース２２を上下に動かすＺ軸はＺ軸駆動モータ２３、タイミングベルト２４およびボールネジ２５の３つの機構要素によって構成されているが、この３つの構成要素をシャフトモータに置き換える。これによって、第１の実施の形態では駆動モータの回転運動をボールネジによって並進運動に変換して動作させていた駆動構造が、シャフトモータによって直接並進方向に動作させる駆動構造になる。
本実施の形態によれば、直動機構の構成を簡略化することができるので、点検センサ駆動装置３を小型、軽量にすることができる。

本発明の第１の実施の形態の原子炉内検査装置を原子炉内に設置した状態を示す図。 本発明の第１の実施の形態の原子炉内検査装置を構成する水中ビークルを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は部分側面図。 本発明の第１の実施の形態の原子炉内検査装置を構成する水中ビークルに搭載する点検センサ駆動装置を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）中のｂ−ｂ矢視部分側面図。 本発明の第１の実施の形態の原子炉内検査装置に備えられる２軸直交回転機構の動作を説明する図。 本発明の第１の実施の形態の原子炉内検査装置によって原子炉圧力容器とシュラウドサポートプレートの溶接線の検査を行う状況を示す図。

符号の説明

１…水中ビークル、２…点検センサ、３…点検センサ駆動装置、４…ケーブル、５ａ…ビークル制御操作部、５ｂ…点検センサ駆動装置制御操作部、６…点検センサ出力処理部、７…上下スラスタ、８…水平スラスタ、９…走行車輪、１０…距離計測ローラ、１１…回転センサ、１２…ボールキャスタ、１３…傾斜センサ、１４…フロート、１５，１６…超音波センサ、１７…取付けブラケット、２０…Ｚ軸ベース、２１…リニアガイド、２２…Ｙ軸ベース、２３…Ｚ軸駆動モータ、２４…タイミングベルト、２５…ボールネジ、２６…リニアガイド、２７…Ｘ軸ベース、２８…Ｙ軸駆動モータ、２９…タイミングベルト、３０…ラック・ピニオン、３１…θ，φ軸ベース、３２…リニアガイド、３３…Ｘ軸駆動モータ、３４…かさ歯車、３５…タイミングベルト、３６，３７…θ，φ軸駆動モータ、３８…ψ軸ベース、３９…ψ軸駆動モータ、４０…かさ歯車、４５…２軸直交回転機構、４６，４７…駆動用かさ歯車、４８，４９…従動用かさ歯車、５１，５２…軸、６０…水、６１…原子炉圧力容器、６２…シュラウド、６３…上部格子板、６４…炉心支持版、６５…下鏡、６６…スタブチューブ、６７…ＣＲＤハウジング、７０…オペレーションフロア、７１…燃料交換機、７５…ジェットポンプアダプタ、７６…シュラウドサポートシリンダ、７７…シュラウドサポートプレート。

Claims (7)

1. 原子炉内を三次元方向に移動する水中ビークルと、原子炉内を検査し情報を得る点検センサと、前記点検センサを前記水中ビークルに対して保持し動作させる点検センサ駆動装置と、前記原子炉外に設けられ前記水中ビークルの動作を制御するビークル制御操作部と、前記原子炉外に設けられ前記点検センサ駆動装置の動作を制御する点検センサ駆動装置制御操作部と、前記原子炉外に設けられ前記検査情報に対応する前記点検センサの出力信号を入力して処理する点検センサ出力信号処理部とを備えていることを特徴とする原子炉内検査装置。
2. 前記水中ビークルは、前記原子炉の上下方向に沿う推力を生じる上下スラスタと、前記原子炉の水平方向に沿う推力を生じる水平スラスタと、浮力を生じるフロートと、傾斜を検知する傾斜センサと、炉内構造物表面を走行する車輪と、前記走行の距離を計測する距離計とを備えていることを特徴とする請求項１記載の原子炉内検査装置。
3. 前記点検センサ駆動装置は、前記水中ビークルに対して直交３軸方向の前記点検センサの取付け位置を調整する位置調整機構と、直交３軸まわりの姿勢を調整する姿勢調整機構とを備えていることを特徴とする請求項１記載の原子炉内検査装置。
4. 前記位置調整機構は、３つの直動機構が連接されて構成されていることを特徴とする請求項３記載の原子炉内検査装置。
5. 前記姿勢調整機構は、対向設置された２つの駆動用かさ歯車に対し、２つの従動用かさ歯車が上記駆動用かさ歯車の夫々にかみ合うとともに回転軸が直交して対向設置されており、前記駆動用かさ歯車の回転方向を組み合わせることにより従動側を直交２軸まわりに回転させる構造であることを特徴とする請求項３記載の原子炉内検査装置。
6. 請求項２に記載の原子炉内検査装置において、前記ビークル制御操作部を操作して前記水中ビークルを前記水平スラスタにより炉内構造物に接触させ、前記点検センサ駆動装置制御操作部を操作して前記点検センサ駆動装置により前記炉内構造物に対する点検センサの位置および姿勢を調整し、前記車輪により前記水中ビークルを前記炉内構造物上を移動させて、前記炉内構造物の検査を行うことを特徴とする原子炉内検査方法。
7. 請求項２に記載の原子炉内検査装置において、前記ビークル制御操作部を操作して前記水中ビークルを前記水平スラスタにより炉内構造物に固定設置し、前記点検センサ駆動装置制御操作部を操作して前記点検センサを前記点検センサ駆動装置により前記炉内構造物に対して走査することにより、前記炉内構造物の検査を行うことを特徴とする原子炉内検査方法。
   
   

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