JP2005308461A - Cleaning method and cleaning device of tubular member - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、沸騰水型原子炉に設置されるインレットミキサ等の、液体中に浸漬された管状部材の内面やノズルに付着するクラッドを除去する管状部材のクリーニング方法およびクリーニング装置に関する。 The present invention relates to a cleaning method and a cleaning device for a tubular member, such as an inlet mixer installed in a boiling water reactor, for removing an inner surface of a tubular member immersed in a liquid and a clad adhering to a nozzle.
沸騰水型原子炉(BWR)は、所要の出力密度を得るために必要な強制対流を炉心全体に生じさせる冷却材再循環系を備えている。この冷却材再循環系は、再循環ポンプを駆動源としてジェットポンプアセンブリを介して冷却水を循環させる設備である。再循環ポンプにより加圧された駆動水は、インレットミキサへと流れて、インレットミキサのジェットポンプノズルに供給される。一般的なBWRにおいては、16〜24個のインレットミキサが配置される。
原子炉の運転に伴い、インレットミキサの内表面に鉄を主成分とするクラッドが形成される。このクラッドが堆積すると冷却水流に抵抗が生じるため、再循環ポンプの速度を上昇させて冷却水流量を保持しなければならず、再循環ポンプの運転コストが増加する。また、クラッドの堆積が著しい場合には、再循環ポンプの速度を上昇させる等の対策を講じても、原子炉の出力が低下する恐れもある。 Along with the operation of the nuclear reactor, a clad composed mainly of iron is formed on the inner surface of the inlet mixer. When this clad is deposited, resistance is generated in the cooling water flow, so that the speed of the recirculation pump must be increased to maintain the cooling water flow rate, and the operating cost of the recirculation pump increases. In addition, if the cladding is significantly deposited, the output of the reactor may decrease even if measures such as increasing the speed of the recirculation pump are taken.
こうしたクラッドのインレットミキサへの付着による影響を防止する方法としては、インレットミキサを新品に交換する方法と、インレットミキサをクリーニングする方法とがある。 As a method of preventing the influence of the clad adhering to the inlet mixer, there are a method of replacing the inlet mixer with a new one and a method of cleaning the inlet mixer.
しかしながら、インレットミキサを交換する場合、新しいインレットミキサを製造するために必要な時間および製造コストが大きく、また、交換工事の期間、原子炉を停止しなければならないという問題があった。また、交換した古いインレットミキサは、放射性廃棄物とされるため処分の問題があった。 However, when the inlet mixer is replaced, there is a problem that the time and manufacturing cost required to manufacture a new inlet mixer are large, and the reactor must be stopped during the replacement work. In addition, the old inlet mixer that was replaced has a problem of disposal because it is radioactive waste.
一方、インレットミキサをクリーニングする場合、従来技術としてウォータジェットによるクリーニング方法が実施されている(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。
On the other hand, when cleaning an inlet mixer, the cleaning method by a water jet is implemented as a prior art (for example, refer
しかしながら、上記従来技術において、インレットミキサの構造が複雑であるためにクリーニングツールの安定的な設置が難しく、また放射能を帯びた二次生成物の発生を抑制しなければならないため、効果的で確実なクリーニング方法の確立が極めて困難であった。 However, in the above prior art, since the structure of the inlet mixer is complicated, it is difficult to stably install the cleaning tool, and generation of radioactive secondary products must be suppressed. It was extremely difficult to establish a reliable cleaning method.
本発明は、上述したような事情を考慮してなされたものであり、沸騰水型原子炉に使用されるインレットミキサ等の管状部材の内面に付着するクラッドを効果的に低コストで除去する管状部材のクリーニング方法およびクリーニング装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and is a tubular tube that effectively removes the cladding adhering to the inner surface of a tubular member such as an inlet mixer used in a boiling water reactor at low cost. It is an object of the present invention to provide a member cleaning method and a cleaning device.
本発明の管状部材のクリーニング方法は、上述した課題を解決するために、液体中に浸漬される管状部材の内面にパルスレーザを照射するヘッドとこのヘッドを駆動するための駆動手段とを備えたクリーニングユニットを前記管状部材の内部に挿入して固定し、前記ヘッドと光ファイバケーブルによって接続したレーザ発振器によりパルスレーザを発振して前記ヘッドにパルスレーザを供給し、前記ヘッドおよび前記駆動手段をコントローラにより操作してパルスレーザのスポットを前記管状部材の内面を走査することにより、前記管状部材に付着したクラッドを除去することを特徴とする方法である。 In order to solve the above-described problems, the tubular member cleaning method of the present invention includes a head that irradiates a pulse laser on the inner surface of a tubular member that is immersed in a liquid, and a drive unit that drives the head. A cleaning unit is inserted and fixed in the tubular member, and a pulse laser is oscillated by a laser oscillator connected to the head by an optical fiber cable to supply the pulse laser to the head, and the head and the driving means are controlled by a controller. The clad adhering to the tubular member is removed by scanning the inner surface of the tubular member with a pulse laser spot operated by the above method.
また、本発明の管状部材のクリーニング装置は、上述した課題を解決するために、液体中に浸漬された管状部材の内面に設置されてパルスレーザを出射するヘッドとこのヘッドを駆動するための駆動手段とを備えたクリーニングユニットと、パルスレーザを発振するレーザ発振器と、このレーザ発振器と前記ヘッドとを接続して前記ヘッドにパルスレーザを供給する光ファイバケーブルと、前記ヘッドおよび前記駆動手段を操作するコントローラとを備え、パルスレーザのスポットを前記管状部材の内面に走査することによりクラッドを除去することを特徴とするものである。 In order to solve the above-described problems, the tubular member cleaning device of the present invention is installed on the inner surface of a tubular member immersed in a liquid and emits a pulse laser, and a drive for driving the head. A cleaning unit comprising: means; a laser oscillator that oscillates a pulse laser; an optical fiber cable that connects the laser oscillator and the head and supplies the pulse laser to the head; and operates the head and the driving means And a controller for removing the clad by scanning the inner surface of the tubular member with a spot of a pulsed laser.
本発明の管状部材のクリーニング方法およびクリーニング装置によれば、管状部材を通常の作動位置に設置した状態で、管状部材の内面をクリーニングすることができるので、クリーニングに要する時間を短縮し、コストを低減することが可能である。 According to the method and apparatus for cleaning a tubular member of the present invention, the inner surface of the tubular member can be cleaned in a state where the tubular member is installed at a normal operating position, so that the time required for cleaning is shortened and the cost is reduced. It is possible to reduce.
特に、管状部材が沸騰水型原子炉のインレットミキサである場合、インレットミキサを原子炉内に設置した状態で、インレットミキサおよびノズル内面をクリーニングすることができるので、クリーニング時間およびコストが抑制される。 In particular, when the tubular member is a boiling water reactor inlet mixer, the inlet mixer and the inner surface of the nozzle can be cleaned in a state where the inlet mixer is installed in the reactor, thereby reducing the cleaning time and cost. .
本発明に係る管状部材のクリーニング方法およびクリーニング装置の実施例について、添付図面を参照して以下に詳細に説明する。なお以下の実施例において、管状部材の例として沸騰水型原子炉に設置されるインレットミキサを例示した。また本実施例において管軸方向とは、インレットミキサの長手方向を示し、円周方向とは、インレットミキサの管径方向を示す。 Embodiments of a tubular member cleaning method and a cleaning apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the following examples, an inlet mixer installed in a boiling water reactor was illustrated as an example of a tubular member. In this embodiment, the tube axis direction indicates the longitudinal direction of the inlet mixer, and the circumferential direction indicates the tube diameter direction of the inlet mixer.
図1に、本発明の管状部材のクリーニング方法を実施する装置の一実施例としてのクリーニング装置の構成を示す。 FIG. 1 shows the configuration of a cleaning apparatus as an embodiment of an apparatus for carrying out the tubular member cleaning method of the present invention.
この実施例1の管状部材のクリーニング装置は、クリーニングユニット1と、このクリーニングユニット1にレーザを供給するレーザ発振器2と、クリーニングユニット1を制御するコントローラ3とから構成される。レーザ発振器2とクリーニングユニット1とは、光ファイバケーブル4によって接続される。なお、図1においてクリーニングユニット1は、光ファイバケーブル4の先端に接続されてインレットミキサ5の内部に収容されている。図1に示す本実施例の管状部材のクリーニング装置は、水中でインレットポンプのクリーニングを実施する。
The tubular member cleaning apparatus according to the first embodiment includes a
一方、クリーニングユニット1とコントローラ3とは、電力供給線6と信号線7とで接続されており、クリーニングユニット1に電力を供給する一方、クリーニングユニット1の位置情報をコントローラ3に送信して制御する構成である。なお、図1において電力供給線6,信号線7,光ファイバケーブル4は、それぞれクリーニングユニット1に接続される構成としたが、実際の設備においては、接続先が同一のケーブル類は、統合して被覆したケーブルとして設置されることが、設備管理上好ましい。
On the other hand, the
レーザ発振器2は、オペレーティングフロア8に設置される。レーザ発振器2の例としては、AO(音響光学)−QスイッチNd:YAGレーザ発振器2が使用され、例えば、波長が1064nmでパルス幅が半値幅で約100nsのパルスレーザが出射される。また、オペレーティングフロア8には、ガス供給装置としてのガスボンベ9と圧力調整器11とコネクタ12とチューブ13が接続され、光ファイバケーブル4とクリーニングユニット1とをガスシールドするように構成される。
The
図2に、クリーニングユニット1のインレットミキサ5への設置状況を表す構成図を示す。また図3は、クリーニングユニット1のインレットミキサ5への設置部分の拡大図である。
In FIG. 2, the block diagram showing the installation condition to the
図2に示すように、BWRの典型的なインレットミキサ5は、エルボ15の出口に連なるプレノズルセクション16と、それに続くノズルセクション17を備え、以下、流体(水)下流側にスロートセクション18、バレルセクション19、フレアセクション21、すべり継手22がこの順に一体に接続されて構成される。ノズルセクション17には、インレットミキサ5の軸の回りに等角度で配列された5本のノズル23が設けられる。
As shown in FIG. 2, the BWR
また、ノズルセクション17には、ノズル23の外側にリブ17Bがインレットミキサ5の軸回りに等間隔で配置され、この構成により5個の二次インレット開口17Aが構成される。すなわち、水のジェットがノズル23を出るときに、インレットミキサ5の外部の水が二次インレット開口17Aを介してインレットミキサ5内部に導入され、再循環ポンプからの水と混合される仕組みである。
In the
スロートセクション18のノズルセクション17との接続部分には、ベルマウス18Aが形成されて、ノズルセクションのリブ17Bと一体に接合される。
A
図3に示すクリーニングユニット1は、ヘッド24と駆動装置25とから構成される。ヘッド24は、レーザ照射機構を備えたクリーニング機能部品である。ヘッド24と同軸上に一体的に接合された駆動装置25は、ヘッド24をインレットポンプ5の管軸方向に駆動させる機能を有する。なお、図3は、駆動装置25によりヘッド24をノズル23内に挿入した状態を図示したものである。
The
図4に、ヘッド24の詳細構造を表す断面図を示す。
FIG. 4 is a sectional view showing the detailed structure of the
図4に示すヘッド24は、光ファイバケーブル4により導入されたパルスレーザを処理する光学処理系と、ヘッド24を回転させる駆動手段とから構成され、駆動手段の構成要素としてモータ29とギア30とベアリング31を備える。また、光学処理系の構成要素として、コリメートレンズ32と集光レンズ33とミラー34とウィンドウ35とを備える。これらの構成部材が筐体36に収納されてヘッド24が一体的に構成される。筐体36には、防水措置が施され、ヘッド24の内部への水の侵入が防止される。ヘッド24には、光学処理系の位置情報を出力して駆動手段を制御するための信号線7および電力供給線6とが、上述した駆動装置25への信号線7および電力供給線6の入力とは独立して接続される。
The
光ファイバケーブル4は、光ファイバケーブル心線27とそれを覆う保護管28から構成される。光ファイバケーブル心線27は、レーザを伝送する機能を有する部材で、具体的な材料として例えば、コアが石英のステップインデックス(SI)型光ファイバケーブルが好適に使用される。保護管28は、光ファイバケーブル心線27を外部の衝撃から保護する機能を持ち、ガス供給装置からのガスが送入される。
The
レーザ発振器2とクリーニングユニット1のヘッドとは、それぞれ光ファイバケーブル4に接続されて互いに連結される。光ファイバケーブル4は、図3に示す第二インレット開口17Aを通してインレットミキサ5の内部に挿入されており、その先端に接続されたヘッド24がノズル23に挿入される構成である。
The
なお図4において、ヘッド24の詳細構造を明確化するために、電力供給線7,信号線6,光ファイバケーブルを独立した状態で図示したが、実際の設備においては、これらケーブル類は統合して統一されたケーブルとすることが好ましい。
In FIG. 4, in order to clarify the detailed structure of the
一方、図3のように、ヘッド24に接続された駆動装置25は、ヘッド24のインレットミキサ5の管軸方向への移動を可能にする。この駆動装置25は、モータ38とボールねじ39とシリンダ部40とから構成され、モータ38によりボールねじ39が回転して管軸方向にシリンダ部40を押し上げ、シリンダ部40と一体的に固定されたヘッド24がインレットミキサ5の管軸方向に押し上げられてノズル23に挿入される構成である。このとき、クリーニングユニット1は、ヘッド24の中心軸とノズル23の中心軸とが一致するように、保持具41により正確に位置決めされる。
On the other hand, as shown in FIG. 3, the
なお、図3に示した駆動装置25は、駆動機構の一実施例を示したものであり、駆動装置25は、ヘッド24をノズル23に挿入可能な構成であれば、本実施例に示した構成および機構に限定されない。
The
保持具41は、クリーニングユニット1を位置決め操作をするために設けられる部材で、特に形状を限定されないが、本実施例の保持具41は、クリーニングユニット1の駆動装置25と一体的に取り付けられ、ヘッド部24の側方に位置するように形成された部材である。すなわち、保持具41によりクリーニングユニット1のインレットミキサ5内での相対位置を固定し、駆動装置25によりヘッド24をインレットミキサの管軸方向に移動させる。
The
クリーニングユニット1の挿入時には、この保持具41を把持してインレットミキサ5内にクリーニングユニット1を挿入し、インレットミキサ5の内面のクリーニング部位に設置する。このとき保持具41に設けられたフック41Aがインレットミキサ5のベルマウス18Aに噛合い、かつ保持具41の先端がバレルセクション19の内面に当接し、かつ保持具41の側面がリブ17Bに当接するように固定することにより、保持具41と一体的に取り付けられた駆動装置25がインレットミキサ5内に固定される。駆動装置25が固定されることにより、ヘッド24は、中心軸がノズル23の中心軸と合致するように正確に位置決めされる。これにより、駆動装置25の駆動力によりヘッド24をノズル23に挿入する動作が可能となる。
When inserting the
なお、ヘッド24と駆動装置25とには、それぞれ独立して信号線7および電力供給線6が接続されるが、図3に示すように、駆動装置25に接続される信号線7および電力供給線6は、統合されて1本のケーブル43とされ、一方、ヘッド24に接続される信号線7および電力供給線6は、上述した保護管28内に収容されて光ファイバケーブル4と統合されて1本のケーブル44とされる。
In addition, the
オペレーティングフロア8に設置されたコントローラ3には、レーザ発振器2,ヘッド24,駆動装置25,圧力調整器11のそれぞれの信号線7が入力されており、入力されたヘッド24の位置情報を基にレーザ出力制御を行う。
The controller 3 installed on the
ケーブル43およびケーブル44は、インレットミキサ5の第2インレット開口17Aを通してインレットミキサ5内に挿入され、コントローラ3と各構成機器とを相互に接続する。
The
次に、このクリーニングユニット1の作用について説明する。
Next, the operation of the
レーザ発振器2で生成したパルスレーザ45を、レーザ発振器2内の光ファイバケーブル入射ユニットによって光ファイバケーブル4の光ファイバケーブル心線27に導入させる。導入させたパルスレーザ45を、光ファイバケーブル心線27の内部を伝送させて、ヘッド24内で光ファイバケーブル心線27の端面から出射させる。端面から出射させたパルスレーザ45を、コリメートレンズ32により擬似平行光とした後、集光レンズ33により収束しつつミラー34で反射し、ウィンドウ35からヘッド24の外部に出射する。ウィンドウ35から出射したパルスレーザ45を、水中を透過させてスポット46として水中透過距離47でノズル23の内面に照射させる。
The
レーザ照射面におけるパルスレーザ45のエネルギー密度は、0.34J/cm2〜0.85J/cm2の範囲とすることが好ましい。このエネルギー密度に設定したパルスレーザ45によると、レーザ照射面において蒸発や蒸発反力による溶融物の飛散、熱振動による剥離、誘起プラズマの圧力による除去等の諸現象が単独あるいは複次的に発生し、クラッドがノズル23内面から効果的に除去される。
The energy density of the
ヘッド24に内蔵されたモータ29の回転駆動力は、ギア30によって伝達され、集光レンズ33とミラー34とウィンドウ35を含むヘッド24の上部を、ヘッド24の中心軸の周りにベアリング31を介して円滑に旋回させる。この旋回運動により、パルスレーザ45のスポット46がノズル23の管径方向へ回転走査される。
The rotational driving force of the
一方、駆動装置25のモータ38の回転駆動力は、ボールねじ39を駆動させて、ヘッド24を中心軸に沿って上下方向に並進運動させる。この並進運動により、パルスレーザ45のスポット46は、ノズル23の管軸方向へ並進走査される。
On the other hand, the rotational driving force of the
上述の旋回運動と並進運動との組合せにより、パルスレーザ45のスポット46は、ノズル23の内面を螺旋経路に沿って走査される。この走査により、ノズル23の内面の全域を効率的にクリーニングしてクラッドを除去することができる。
By the combination of the above-described swirl movement and translation movement, the
ガスボンベ9に蓄積された高圧のガスは、圧力調整器11により圧力を調整された後、チューブ13を通り、コネクタ12を介して、光ファイバケーブル4の保護管28の内部に導入され、ヘッド24の内部に至る。導入されるガスの圧力は、ヘッド24外部の水圧より高く設定される。このようにヘッド24の内部に高圧のガスを充填することにより、例えば、筐体36が破損した場合でもヘッド24内部への浸水を防止することができる。
The high-pressure gas accumulated in the gas cylinder 9 is adjusted in pressure by the pressure regulator 11, then passes through the
コントローラ3は、レーザ発振器2およびヘッド24および駆動装置25および圧力調整器11の動作を制御するが、ミラー34を含むヘッド24上部の回転速度は、レゾルバあるいはタコジェネ等のセンサーを使用してコントローラ3によってフィードバック制御される。このフィードバック制御によりヘッド24の回転速度が正確に制御される。従って、ノズル23のクリーニング対象部におけるパルスレーザ45のスポット46の重畳数を正確に制御可能となり、素地を損傷させることなくクラッドを確実に除去することが可能となる。
The controller 3 controls the operations of the
また、ヘッド24の回転速度が、ある設定値以下となった場合には、コントローラ3によってパルスレーザ45の照射が停止される。この機能によって、ノズル23のクリーニング対象部におけるスポット46の過剰な重畳を防止することができるので、レーザ照射による素地の損傷を回避することができる。
Further, when the rotation speed of the
本発明に係る管状部材のクリーニング方法の効果を検証するため、模擬試験片を用いてクラッド除去試験を実施した。 In order to verify the effect of the method for cleaning a tubular member according to the present invention, a clad removal test was performed using a simulated test piece.
図5に、本発明の管状部材のクリーニング方法によるステンレス鋼表面のクラッドの除去試験結果を示す。 FIG. 5 shows the result of the test for removing the clad on the stainless steel surface by the method for cleaning a tubular member of the present invention.
ステンレス鋼(SUS316L)の表面に模擬クラッドとしてFe2O3の粉末を約7.4g/cm2付着させた試験片に、Nd:YAGレーザ(波長:1064nm、パルス幅:100ns(半値幅)、パルス繰返し:10kHz)の均一な強度分布を有する直径1.6mmのスポット46を走査して、Fe2O3の除去率を評価した。試験片へのレーザ照射は、水中雰囲気で行い、水中透過距離47は10mmとした。また、除去率は、レーザ照射前後のFe2O3付着量を画像処理で測定することにより評価し、除去率0.95以上を良好と判定した。
To a test piece in which about 7.4 g / cm 2 of Fe 2 O 3 powder was attached as a simulated cladding on the surface of stainless steel (SUS316L), an Nd: YAG laser (wavelength: 1064 nm, pulse width: 100 ns (half width)), A 1.6
クラッドの除去試験の結果、図5のグラフから明らかなように、パルスレーザ出力を0.34J/cm2とした場合、スポット重畳数500以上のとき除去率が95%以上と良好な結果を示した。また、パルスレーザ出力を0.34以上とすると、スポット重畳数400でも除去率が良好であり、ステンレス鋼表面のクラッドを効果的に除去可能であることが明らかとなった。 As a result of the clad removal test, as is apparent from the graph of FIG. 5, when the pulse laser output is 0.34 J / cm 2 , the removal rate is 95% or more when the number of spot overlaps is 500 or more. It was. Further, when the pulse laser output was 0.34 or more, it was found that the removal rate was good even at the spot superposition number of 400, and the clad on the stainless steel surface could be effectively removed.
なお、素地をノズル23と同じステンレス鋳鋼材とした場合には、グラフ上にプロットしたすべてのレーザ照射条件において、素地が鋭敏化せず健全であることも試験により評価された。
In addition, when the substrate was made of the same stainless cast steel as the
よって、本発明の管状部材のクリーニング方法におけるパルスレーザのエネルギー密度の範囲を0.34J/cm2〜0.85J/cm2に設定した。 Therefore, the energy density range of the pulse laser in the tubular member cleaning method of the present invention was set to 0.34 J / cm 2 to 0.85 J / cm 2 .
図6に、水中透過距離47を20mmとした場合の除去試験結果を示す。
FIG. 6 shows a removal test result when the
この試験において、中心部で強く周辺部で弱い強度分布を有する直径2.02mmのスポット46を試験片表面に走査した。その他の設定条件および試験方法は、上述の水中透過距離47を10mmとした試験と同様の条件とした。
In this test, a
図6に示すように、水中透過距離47を20mm以下とした場合にも、スポット重畳数を1300程度とすることにより、パルスレーザ45のエネルギー密度0.18J/cm2以上で良好にクラッドを除去することが可能であることが判明した。
As shown in FIG. 6, even when the
Nd:YAGレーザは、水中を透過する際に水による吸収を受け、レーザ強度が指数関数的に減衰するが、透過距離を20mm以下とすることによって、レーザ強度の減衰を抑制することができるので、効率的にクラッドを除去することができる。 The Nd: YAG laser is absorbed by water when it passes through water, and the laser intensity attenuates exponentially. However, the attenuation of the laser intensity can be suppressed by setting the transmission distance to 20 mm or less. The clad can be efficiently removed.
よって、これらのクラッドの除去試験より、本発明の管状部材のクリーニング方法において、パルスレーザ45として波長が1064nmのNd:YAGレーザを用いた場合、パルスレーザ45の水中透過距離47、すなわちウィンドウ35からノズル23内面までの距離が20mm以下に設定した。より好ましくは、パルスレーザの水中透過距離を10mm以下とした。
Therefore, based on these cladding removal tests, in the tubular member cleaning method of the present invention, when an Nd: YAG laser having a wavelength of 1064 nm is used as the
以上説明したように、本実施例の管状部材のクリーニング装置によれば、ノズル23の内面に付着したクラッドを素地を損傷させることなく効率的に除去することができる。
As described above, according to the tubular member cleaning device of the present embodiment, the clad adhering to the inner surface of the
次に、本発明の管状部材のクリーニング方法を実施する実施例2の管状部材のクリーニング装置について図を参照して説明する。 Next, a tubular member cleaning apparatus according to a second embodiment for carrying out the tubular member cleaning method of the present invention will be described with reference to the drawings.
実施例2の管状部材のクリーニング装置は、インレットミキサ5のバレルセクション19またはフレアセクション21の内面のクラッドを除去するクリーニング装置である。なお、実施例2のクリーニング装置の設置に関する全体構成および各構成機器のうち、上述した実施例1の管状部材のクリーニング装置と同様の構成については、同一符号を付して詳しい説明を省略する。
The tubular member cleaning apparatus according to the second embodiment is a cleaning apparatus that removes the clad on the inner surface of the
図7に、実施例2の管状部材のクリーニング装置におけるヘッド24の設置状態を示す。また、図8に実施例2の管状部材のクリーニング装置におけるヘッド24の内部構造を示す。
FIG. 7 shows an installation state of the
この実施例2の管状部材のクリーニング装置は、レーザ発振器2と光ファイバケーブル4とヘッド24と駆動装置25とコントローラ3とガスボンベ9と圧力調整器11とコネクタ12とチューブ13とから構成される。
The tubular member cleaning device according to the second embodiment includes a
実施例2の管状部材のクリーニング装置において、図8に示すヘッド24は、駆動手段としてのモータ29とギア30とベアリング31とを備え、光学処理系としてコリメートレンズ32と集光レンズ33とミラー34とウィンドウ35を備え、さらに、スライダ48とバネ49とを備える。これらの各構成部品が筐体36に収容されて一体に構成される。筐体36には防水措置が施され、筐体36の内部への水の侵入が防止される。
In the tubular member cleaning apparatus according to the second embodiment, the
一方、実施例2の管状部材のクリーニング装置において、駆動装置25は、図7に示すように、固定具51とワイヤ52と昇降用ドライブユニット53とエアシリンダ54とアーム55とローラ56とを備える。
On the other hand, in the tubular member cleaning device according to the second embodiment, the
次に、実施例2の管状部材のクリーニング装置の作用について説明する。 Next, the operation of the tubular member cleaning apparatus according to the second embodiment will be described.
レーザ発振器2で生成されたパルスレーザ45を、レーザ発振器2に内蔵された光ファイバケーブル入射ユニットにより、光ファイバケーブル4の光ファイバケーブル心線27に導入して光ファイバケーブル心線27の内部を伝送させて、ヘッド24内の光ファイバケーブル心線27の端面から出射させる。端面から出射したパルスレーザ45を、コリメートレンズ32により擬似平行光とした後、ミラー34で反射させて、集光レンズ33により収束させつつウィンドウ35からヘッド24の外部に出射させる。ウィンドウ35から出射したパルスレーザ45を、水中を透過させた後、インレットミキサ5の内面に照射させる。本実施例におけるレーザの照射条件は、上述した実施例1の管状部材のクリーニング装置と同一の条件とする。
The
また、パルスレーザ45として波長が1064nmのNd:YAGレーザを用いて、パルスレーザ45の水中透過距離47、すなわち、ウィンドウ35からインレットミキサ5の内面までの距離が20mm以下となるように設定する。
Further, an Nd: YAG laser having a wavelength of 1064 nm is used as the
また、ヘッド24の内圧に起因する力がバネ49から受ける力を超過すると、集光レンズ33とウィンドウ35を含むヘッド先端部が、スライダ48を介して滑らかに伸展する。この伸縮機構は、テーパ状の形状を有するフレアセクション21に対して、水中透過距離38が常に20mm以下となるように調整し、また、デフォーカスの増加に伴うスポット46の広がりを抑制して、エネルギー密度が適正値となるように補償する。
When the force caused by the internal pressure of the
ヘッド24には、図7のように、エアシリンダ54がヘッド24と同軸上に一体的に設けられ、このエアシリンダ54には、アーム55と、このアーム55の先端部に取り付けられたローラ56とが備えられる。本実施例の管状部材のクリーニング装置の使用時には、インレットミキサ5のフレアセクション21において、エアシリンダ54の作用によりアーム55が開き、アーム55先端部のローラ56がフレアセクション21の内面に押し当てられて、ヘッド24がインレットミキサ5の内面を管軸方向に移動可能なように設置される。このとき、アーム55により、ヘッド24の中心軸とインレットミキサ5の中心軸とが一致するように正確に位置決めされる。
As shown in FIG. 7, an
ヘッド24およびエアシリンダ54は、ワイヤ52によって吊り下げられ、ワイヤ52は、固定具51によってベルマウス18Aに固定された昇降用のドライブユニット53によって吊下される。ヘッド24の管軸方向位置は、昇降用ドライブユニット53でワイヤ52を巻き上げ、ヘッド24をインレットミキサ5の中心軸に沿って並進運動させることにより調整される。この並進運動により、パルスレーザ45のスポット46が、インレットミキサ5の管軸方向へ並進走査される。また、ヘッド24の回転運動については、実施例1と同様の構成により調整される。
The
上述した並進運動および回転運動の組合せにより、パルスレーザ45のスポット46がインレットミキサ5の内面を螺旋経路に沿って走査される。この走査により、インレットミキサ5のバレルセクション19またはフレアセクション21の内面を効率的にクリーニングすることができる。
The
ミラー34を含むヘッド24上部の回転速度は、レゾルバあるいはタコジェネ等のセンサーを使用してコントローラ3によりフィードバック制御される。フィードバック制御により回転速度が正確に制御され、したがって、クリーニング対象部におけるパルスレーザ45のスポット46の重畳数を正確に制御することができる。従って、素地を損傷することなくクラッドを充分に除去することが可能となる。
The rotational speed of the upper part of the
また、上記回転速度が、ある設定値以下となった場合には、コントローラ3の指令によりパルスレーザ45の照射が停止される。従って、クリーニング対象部におけるスポット46の過剰な重畳を防止することができるので、レーザ照射による素地の損傷を回避することができる。
In addition, when the rotational speed becomes a certain set value or less, the irradiation of the
実施例2の管状部材のクリーニング装置は、上述した実施例1と同様に、ガスボンベ9に蓄積された高圧のガスを圧力調整器11により圧力調整した後、チューブ13,コネクタ12を介して、光ファイバケーブル4の保護管28内に導入してヘッド24内部をガスパージする。このときのガスの圧力は、ヘッド24外部の水圧より高く設定され、ヘッド24内部への浸水を防止する。
In the tubular member cleaning apparatus of the second embodiment, the pressure of the high-pressure gas accumulated in the gas cylinder 9 is adjusted by the pressure regulator 11 and then the light is passed through the
以上説明のように、本実施例の管状部材のクリーニング装置によれば、バレルセクション19またはフレアセクション21の内面に付着したクラッドを、素地を損傷することなく効率的に除去することが可能である。
As described above, according to the tubular member cleaning apparatus of this embodiment, it is possible to efficiently remove the clad adhering to the inner surface of the
次に、実施例2の管状部材のクリーニング装置の変形例について説明する。 Next, a modification of the tubular member cleaning apparatus of the second embodiment will be described.
本変形例の管状部材のクリーニング装置は、上述した実施例2のクリーニング装置について、ヘッド24の構成を変化させたものである。図9に変形例の管状部材のクリーニング装置におけるヘッド24の内部構造を示す。
The tubular member cleaning device of this modification is obtained by changing the configuration of the
この変形例のヘッド24は、駆動手段としてのモータ29とギア30とベアリング31と、光学処理系としてのコリメートレンズ32とシリンドリカルレンズ59とミラー34とウィンドウ35とを備え、これら各構成部品を収容した筐体36とから構成される。シリンドリカルレンズ59は、1方向のみに湾曲したレンズであり、湾曲方向が水平方向(すなわち、管の周方向)と一致するように設置される。
The
この変形例の管状部材のクリーニング装置は、実施例2の管状部材のクリーニング装置の機能に加えて以下のような機能を有する。 In addition to the function of the tubular member cleaning device of the second embodiment, the tubular member cleaning device of this modification has the following functions.
すなわち、レーザ発振器2で生成されたパルスレーザ45をヘッド24に導入させて、コリメートレンズ32により擬似平行光とした後、ミラー34で反射させ、シリンドリカルレンズ59により1方向にのみ収束させつつウィンドウ35からヘッド24の外部に出射させる。ウィンドウ35から出射させたパルスレーザ45を水中を透過させた後、インレットミキサ5の内面に照射させる。
That is, the
このとき、シリンドリカルレンズ59の作用により、インレットミキサ5の内面に照射されるパルスレーザ45のスポット46が楕円状となる。シリンドリカルレンズ59は、この楕円の短管軸方向が、回転走査方向と一致するように設置される。レーザ照射面におけるエネルギー密度は、0.34J/cm2〜0.85J/cm2とする。また、パルスレーザ45として波長が1064nmのNd:YAGレーザを用いた場合、パルスレーザ45の水中透過距離38、すなわち、ウィンドウ35からインレットミキサ5の内面までの距離は20mm以下となるように設定する。
At this time, due to the action of the
この変形例の管状部材のクリーニング装置によれば、スポット46の管軸方向の幅が長くなるので、管軸方向のスポット46の重ね合わせが容易になるのでクリーニング効率が向上する。
According to the tubular member cleaning apparatus of this modification, the width of the
なお、この変形例の管状部材のクリーニング装置においては、1つのシリンドリカルレンズ59を使用して、パルスレーザ45の照射スポット46を楕円形状にする構成について説明したが、シリンドリカルレンズアレイを使用して、パルスレーザ45の照射スポット46を矩形形状とすることによっても、上述と同様の作用および効果を得ることができる。
In addition, in the tubular member cleaning device of this modification, the configuration in which the
次に、本発明に係る管状部材のクリーニング装置の、インレットミキサへの着脱方法について図10を参照して説明する。 Next, a method for attaching and detaching the tubular member cleaning apparatus according to the present invention to and from the inlet mixer will be described with reference to FIG.
図10にクリーニング装置をインレットミキサ5の内部への着脱手順を示す。
FIG. 10 shows a procedure for attaching / detaching the cleaning device to / from the
本発明の管状部材のクリーニング装置のクリーニングユニット1には、駆動装置25とヘッド24との接合部に関節60が設けられており、この関節60によりヘッド24と駆動装置25とを一定の角度に曲げ調整することが可能である。
In the
まず、クリーニング装置をインレットミキサ5に挿入するには、図10(A)に示すように二次インレット開口17Aからヘッド24を挿入し、図10(B)に示すように駆動装置25の関節60を折り曲げて、ヘッド24をインレットミキサ5の内部に挿入する。次に、ベルマウス18Aとリブ17Bとバレルセクション19の内面の位置を基準として、ヘッド24の中心軸とノズル23の中心軸が一致するように保持具41のフック41Aをベルマウス18Aに固定することにより正確に位置決めして、ヘッド24をスロートセクション18に図10(C)に示すように固定する。
First, in order to insert the cleaning device into the
図10(C)の状態としたのち、駆動装置25によりヘッド24を駆動させて、ノズル23内面をクリーニングする。
10C, after the
ノズル23をクリーニングした後、上記のヘッド24の挿入時と逆の手順、すなわち、図10(C)、図10(B)、図10(A)の手順により、管状部材のクリーニング装置を、インレットミキサ5の外部に排出する。
After the
なお、本発明の管状部材のクリーニング方法およびクリーニング装置は、上述したようなインレットミキサのクリーニングに限定されず、原子炉の構成部材等のように水中に浸漬される管状部材のクリーニング方法およびクリーニング装置として一般に適用可能である。 The tubular member cleaning method and cleaning device of the present invention are not limited to the cleaning of the inlet mixer as described above, and a cleaning method and a cleaning device for a tubular member immersed in water such as a constituent member of a nuclear reactor. Is generally applicable.
以上説明のように、本発明の管状部材のクリーニング方法およびクリーニング装置によれば、インレットミキサ5を原子炉内部での作動位置に設置した状態でインレットミキサ5のノズル23およびインレットミキサ5の内面をクリーニングすることができるので、クリーニングに要する時間を短縮し、クリーニングに係るコストを低減することが可能である。
As described above, according to the tubular member cleaning method and the cleaning device of the present invention, the
1 クリーニングユニット
2 レーザ発振器
3 コントローラ
4 光ファイバケーブル
5 インレットミキサ
6 電力供給線
7 信号線
8 オペレーティングフロア
9 ガスボンベ
11 圧力調整器
12 コネクタ
13 チューブ
15 エルボ
16 プレノズルセクション
17 ノズルセクション
17A 第2インレット開口
17B リブ
18 スロートセクション
18A ベルマウス
19 バレルセクション
21 フレアセクション
22 すべり継手
23 ノズル
24 ヘッド
25 駆動装置
27 光ファイバケーブル心線
28 保護管
29 モータ
30 ギア
31 ベアリング
32 コリメートレンズ
33 集光レンズ
34 ミラー
35 ウィンドウ
36 筐体
38 モータ
39 ボールねじ
40 シリンダ部
41 保持具
41A フック
43,44 ケーブル
45 パルスレーザ
46 スポット
47 水中透過距離
48 スライダ
49 バネ
51 固定具
52 ワイヤ
53 昇降用ドライブユニット
54 エアシリンダ
55 アーム
56 ローラ
59 シリンドリカルレンズ
60 関節
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