JP2007069271A - 円筒状構造物のショットピーニング装置およびショットピーニング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】円筒状構造物へのショットピーニングに際し、ショットピーニング用処理ヘッドを自由に移動、取付け、取外し等することができ、据付け位置環境に適した小型化が図れ、設備の簡素化、作業性および安全性向上等が図れるようにする。
【解決手段】複数の分割体である円弧状レールエレメントをピーニング処理対象となる円筒状構造物１０３の周面に沿って配置し、この円弧状レールエレメントに円筒状構造物の周面に沿う張力を与えてガイドレール３を円筒状構造物に固定し、設置したガイドレール上にショットピーニング用処理ヘッド２を搭載して、この処理ヘッドをウインチ機構１２によってガイドレールに沿って移動させながら、円筒状構造物の表面へのピーニング材のショットおよびショット後のピーニング材の回収をそれぞれ異なるホース５ａ，６ａを使用して行う。
【選択図】 図４

Description

本発明は原子炉内構造物である炉心シュラウド等にショットピーニング処理を施すための円筒状構造物のショットピーニング装置およびショットピーニング方法に係り、特に施工個所が狭隘空間である場合に作業性・安全性等の向上が図れるショットピーニング装置およびショットピーニング方法に関するものである。

例えば沸騰水型原子炉には炉内構造物として、炉心を包囲する炉心シュラウドが設置されている。この炉心シュラウドを支えるサポートシリンダは、オーステナイト系ステンレス鋼または高ニッケル合金等のように、十分な耐食性と高温強度を有する材料によって構成されている。

しかしながら、これらの材料は高温高圧環境下での長期に亘る運転および中性子照射に起因する材料劣化の問題が懸念されている。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および引張り残留応力が形成されているため、潜在的な応力腐食割れ発生の可能性を有している。

この応力腐食割れに対する予防保全のため、従来よりショットピーニング処理による対応が行われている。例えば、金属小球等のピーニング材を水流や高圧空気などの流体によって円筒状構造物に高速で噴射し、これにより被施工面を塑性変形させて引張り残留応力を圧縮応力に変え、応力腐食割れの３要因（材料、環境、応力）の一つである応力因子（溶接時の引張り残留応力）を除去し、溶接部近傍の応力腐食割れを防止する処理方法が行われる。

従来、このような応力腐食割れ防止用手段として、炉心シュラウド下部等の狭隘な空間にガイドレールを挿入して溶接固定し、この溶接固定されたガイドレール上に自走式の処理ヘッドを搭載して移動させながら、処理対象部に向けてショットピーニング処理を施すようにしたショットピーニング装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−２７７４３６号公報

上述した公知技術では、狭隘な空間にガイドレールを挿入して溶接固定し、この溶接固定されたガイドレール上に自走式の処理ヘッドを搭載して移動させながら、処理対象部に向けてショットピーニング処理を施すようにしているため、種々の課題が生じた。

例えば、ガイドレールを溶接により固定設置するため、レールの設置および取外し作業に多くの手間がかかり、使用設備が複雑・大掛かりとなっていた。また、処理ヘッドが自走式駆動機構を有する構成となっているため、処理ヘッドの周辺機器の部品構成が複雑化するとともに、駆動機構への通電用ケーブル等が必要となり、ショットピーニング施工事におけるケーブル類の送り作業が複雑となっていた。また、処理ヘッドのケーブル類が多くなるため作業人員を多く必要とした。さらに、処理ヘッドにおけるショットピーニングの供給用ホースと回収用ホースとが一体的な構成であるため、処理ヘッドが大型化した。

さらにまた、処理ヘッドが大型であるため、加工対象の円筒状構造物周囲が狭隘であると、ショットピーニング施工が困難となり、さらにショットピーニング施工におけるトラブルの可能性があり、トラブルが発生した場合には、トラブルからの復帰時間が長くなる可能性があった。

このように、従来の技術では装置構成が複雑であるとともに、設置時およびピーニング処理時等における作業に多くの手間，人員を必要とし、装置故障時の処理ヘッド着脱等の作業も困難となり、また処理ヘッド移動用レールを構造物に溶接しているためレールの取付けおよび取外し作業が困難である等の課題があった。この結果、ショットピーニング装置の製作費削減、製作期間および施工期間等の短縮を図るうえで多くの制約を受けていた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、狭隘部においてもショットピーニング用処理ヘッドを自由に移動、取付け、取外し等することができ、据付け位置環境に適した小型化が図れ、設備の簡素化、作業性および安全性向上等が図れる円筒状構造物のショットピーニング装置およびショットピーニング方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明では、円弧状をなす複数のレールエレメントの連結によりリング状に組立てられ、ピーニング処理対象となる円筒状構造物の周面に沿って配置されるガイドレールと、前記レールエレメント間の１または２以上の個所に設けられ、当該レールエレメント同士の間に張力を発生させて前記ガイドレールを前記円筒状構造物の周面に固定させるガイドレール固定機構と、前記ガイドレール上に滑車を介して移動可能に搭載され、前記円筒状構造物にショットピーニング処理を施すピーニング処理ヘッドと、前記ガイドレールの軌道方向における前記処理ヘッドの移動範囲端部位置に設けられ、当該処理ヘッドを前記ガイドレールの軌道方向に沿って移動させるウインチ機構と、前記処理ヘッドにショット供給用ホースを介してピーニング材を供給するショット供給装置と、前記回収部からショット後のピーニング材をショット回収用ホースを介して回収するショット回収装置とを備えたことを特徴とする円筒状構造物のショットピーニング装置を提供する。

また、本発明では、複数の分割体である円弧状レールエレメントをピーニング処理対象となる円筒状構造物の周面に沿って配置するガイドレール配置工程と、配置された前記円弧状レールエレメントに前記円筒状構造物の周面に沿う張力を与えて前記ガイドレールを前記円筒状構造物に固定するガイドレール固定工程と、設置した前記ガイドレール上にショットピーニング用処理ヘッドを搭載する処理ヘッド搭載工程と、この搭載した処理ヘッドをウインチ機構によって前記ガイドレールに沿って移動させながら、前記円筒状構造物の表面へのピーニング材のショットおよびショット後のピーニング材の回収をそれぞれ異なるホースを使用して行うショットピーニング工程とを備えることを特徴とする円筒状構造物のショットピーニング方法を提供する。

本発明によれば、ガイドレールの取付け固定を溶接ではなく機械的な締付け力等で行うことにより、レール着脱の簡略化が図れるとともに、ヘッド自体に駆動機構を設けず、外力によって移動させる構成としたことにより、処理ヘッドを小型化することができる。したがって、周辺構成が簡素化され、駆動用ケーブル類も不要となる。また、処理ヘッドのケーブル類を削減することができ、ショットピーニング施工における作業人員を削減することも可能となる。また、処理ヘッドの小型化が図れるため、加工対象となる円筒状構造物の周囲空間が狭隘であっても、ショットピーニング施工が容易に行える。そして、ショットピーニング施工におけるトラブルの発生原因も削減され、トラブルが発生した場合においてもトラブルからの復帰時間を短縮することができる。

以下、本発明に係るショットピーニング装置およびショットピーニング方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、沸騰水型原子炉の定期点検等の際に、所定の除染処理を施した後、炉心シュラウドの下部に設けられているサポートシリンダの外周面を改質処理するための装置および方法について説明する。

図１は、本実施形態の全体構成を概略的に示すシステム構成図である。図１に示すように、本実施形態のショットピーニング装置１は、原子炉圧力容器１０１の内部に設置される炉内設置用機構部１Ａと、炉外に設置される炉外設置用機構部１Ｂとにより構成されている。

炉内設置用機構部１Ａとしては、ショットピーニング処理用の移動可能なピーニング処理ヘッド２と、このピーニング処理ヘッド２を搭載してガイドするガイドレール３と、ショットピーニング後の処理面等を監視する部監視用カメラ４と、後述する他の機器等を備えている。

また、炉外設置用機構部１Ｂとしては、ピーニング材をピーニング処理ヘッド２に供給するためのショット供給装置としての加圧タンク５と、ショット後のピーニング材を回収するショット回収装置としての回収タンク６とを備えている。これらの加圧タンク５および回収タンク６は、互いに独立した構成のショット供給用ホース５ａおよびショット回収用ホース６ａを介してそれぞれピーニング処理ヘッド２に連結されている。また、回収タンクには、回収物移送ホース７ａを介してフィルタ装置７が接続されるとともに、フィルタ装置７には排気用ホース８ａを介して排風機（または廃液器）８が接続されている。これらにより、ショット媒体である空気（または水その他の液体）等の濾過および排出が行われる。さらに、監視用カメラ４で取得した映像を映し出す監視用のモニタ９が設置され、これらはケーブル９ａにて接続されている。

図２は原子炉圧力容器１０１内の炉心部を示す横断面図であり、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図（縦断面図）である。これらの図には、炉内に導入された本実施形態によるショットピーニング装置１（１Ａ）の全体構成が示されている。

図２および図３に示すように、原子炉圧力容器１０１内の炉心部には円筒状構造物である炉心シュラウド１０２が設けられている。そして図３に示すように、炉心シュラウド１０２の下端側は円筒状構造物であるサポートシリンダ１０３が設けられ、このサポートシリンダ１０３は溶接部１０３ａにより上下に一体に接合されている。サポートシリンダ１０３の周囲には、複数のジェットポンプ１０４が所定の間隔で配置されている。サポートシリンダ１０３と各ジェットポンプ１０４とは互いに接近し、これらの間隙は狭隘空間となっている。各ジェットポンプ１０４のディフューザ１０５の下端部は、水平なリング状のバッフルプレート１０６に支持されており、このバッフルプレート１０６の内周縁部がサポートシリンダ１０３の外周面に接合している。

本実施形態では、このようなサポートシリンダ１０３の周壁外面、特に溶接部１０３ａの近傍が処理・観察の対象となる。本実施形態のショットピーニング装置１の炉内設置用機構部１Ａは、例えば定期点検時の化学徐染等の後、サポートシリンダ１０３とジェットポンプ１０４との間の狭隘な空間に導入され、バッフルプレート１０６上に設置される。

ガイドレール３は図２に示すように、複数の分割体である円弧状レールエレメント３ａ，３ｂの組立体として各端部を連結することにより、全体として略リング状に構成され、サポートシリンダ１０３の周囲に配置される。

なお、図２に示すように、本実施形態においては、ガイドレール３が例えばサポートシリンダ１０３を略半周ずつ覆う第１の半円弧状ガイドレール３Ａと、第２の半円弧状ガイドレール３Ｂとを連結した構成となっている。第１，第２のガイドレール３Ａ，３Ｂは、それぞれサポートシリンダ１０３の曲率に沿う円弧状をなす複数本（例えば各９本）のレールエレメント３ａ‥、３ｂ‥を連結して組立てられる。そして、これら第１，第２のガイドレール３Ａ，３Ｂの各端部同士が後に詳述するガイドレール固定機構としてのレール連結用ワイヤ１０およびワイヤ巻上げ用締付レバー１１により連結される。すなわち、締付レバー１１の締付力によって第１，第２のガイドレール３Ａ，３Ｂがサポートシリンダ１０３の外周面に締付けられ、一体構造のリング状ガイドレール３としてサポートシリンダ１０３の周囲に固定される。

このような第１，第２のガイドレール３Ａ，３Ｂに、ショットピーニング処理用のピーニング処理ヘッド２，２がそれぞれ搭載され、ガイドレール３Ａ，３Ｂにガイドされてサポートシリンダ１０３の周囲に沿い、半周ずつ移動し得る構成となっている。

また、図２に示すように、各ピーニング処理ヘッド２，２を移動するため、各ガイドレール３Ａ，３Ｂの両端位置に外部駆動機構としてのウインチ機構１２が設けられている。すなわち、各ガイドレール３Ａ，３Ｂの両端位置にそれぞれ手動式または電動式のウインチ機構１２が１対ずつ固定設置され、これらのウインチ機構１２に巻かれたヘッド駆動用ワイヤ１３が、それぞれ各ピーニング処理ヘッド２のレール方向に沿う両側部に連結されている。そして、各１対のウインチ機構１２のワイヤ巻き上げ（巻き戻し）操作により、各ピーニング処理ヘッド２が各ガイドレール３Ａ，３Ｂ上で移動できるようになっている。

なお、図２および図３の例では、ガイドレール３が第１，第２のガイドレール３Ａ，３Ｂを備え、各ガイドレール３Ａ，３Ｂにそれぞれピーニング処理ヘッド２を搭載する構成（２台のピーニング処理ヘッド２を含む構成）としているが、ガイドレール３の区分数およびピーニング処理ヘッド２の台数は特に制限されるものではない。例えば処理対象となる円筒状構造物の大きさ等に対応して、ガイドレール３を全体として１組のみとし、１台のピーニング処理ヘッド２を含む構成としてもよく、またガイドレール３を３組以上とし、３台以上のピーニング処理ヘッド２を含む構成としてもよい。

図４は、ガイドレール３の全体構成を示すとともに、このガイドレール３への搭載機器等の概略配置を説明するための側面図である。図５（ａ）は図４に示したガイドレール構成を詳細に示す拡大図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

まず、ガイドレール３の構成を詳細に説明する。図５（ｂ）に示すように、ガイドレール３を構成する各レールエレメント３ａはそれぞれ肉薄かつ縦長とされており、ガイドレール３の軌道方向に直角な断面が縦長六角形状とされている。すなわち、ガイドレール３の上端部の両側面は山形の傾斜面となり、またガイドレール３の下端部の両側面はＶ字形の傾斜面となっている。これらガイドレール３の上下端の各傾斜面が、それぞれピーニング用処理ヘッド２の滑車ガイド面となる。

また、ガイドレール３を構成する各レールエレメント３ａの下部には、移動用のレール台車１４が取付けられている。これらのレール台車１４は、少なくとも各レールエレメント３ａの軌道方向両端部に配置されている。これにより、各ガイドレール３はそれぞれ独立してバッフルプレート１０６上で移動することができる。

レール台車１４の車輪１４ａは例えばＬ字形の脚部１５の下片に軸支され、脚部１５の上片は、ガイドレール３の側面に形成された凹部１６に嵌合されてピン１７により固定されている。これにより、脚部１５の側面とガイドレール３の側面とは面一となり、ガイドレール３はサポートシリンダ１０３の外周面に隙間を生じることなく、密着状態で設置することができ、ガイドレール３をサポートシリンダ１０３の外周面に締付け状態で固定させる場合にレール台車１４が締付けを阻害しない構成となっている。

また、図４および図５（ａ），（ｂ）に示すように、ガイドレール３を構成する各レールエレメント３ａの各端部には、上下に重合して連結できる段部１８，１９を有し、さらに各段部１８，１９の水平な重合面には、上方および下方に突出する係止用嵌合部２０，２１が形成され、これらの嵌合部２０，２１により水平方向の引き抜きによる外れを防止し得る構成となっている。

そして、１対のレールエレメント３ａの各段部１８，１９における、水平な上下面の接合部が縦向きのピン２２によって連結されるとともに、縦面同士は横向きのボルト２３およびナット２４により連結されている。縦向きのピン２２は一方のレールエレメント３ａの端部に形成した下向きの穴２５と、他方のレールエレメント３ａの端部に形成した上向きの穴２６とに垂直に挿入されて水平方向の位置決めを担っている。横向きのボルト２３は一方のレールエレメント３ａ端部の横向きネジ穴２７に螺合したネジ部２８と、このネジ部２８と一体となったボルト２３とを有する。そして、ボルト２３は他方のレールエレメント３ａに穿設した横向き孔２９に挿通され、この他方のレールエレメント３ａに開けた窓孔３０にボルト２３の頭部が突出し、このボルト２３に窓孔側からナット２４を締付けることにより、垂直方向の位置決めおよび水平方向の連結を担っている。

また、図５（ａ）には第１，第２のガイドレール３Ａ，３Ｂを連結するガイドレール固定機構が詳細に示してある。この図に示すように、第１，第２のガイドレール３Ａ，３Ｂの連結用端部にリング状の連結具３１，３２がそれぞれ設けられており、一方の連結具３１にはワイヤ巻取り機構３３が取付けられ、他方の連結具にはワイヤ３４が設けられている。ワイヤ巻取り機構３３はワイヤ３４を巻取るドラム、ラッチ等の巻取り機構３５および巻取りレバー３６等によって構成されている。そして、巻取りレバー３６を回転させて巻取り機構３５にワイヤ３４を巻取ることにより、両ガイドレール３Ａ，３Ｂを相互に引寄せる方向に張力を付与することができるようになっている。この張力によりガイドレール３全体の径が縮小し、ショットピーニング処理対象となるサポートシリンダ１０３に締付け力が発生し、ガイドレール３が固定される。

図６はピーニング処理ヘッド２の構成を詳細に示す拡大図であり、図７および図８はそれぞれ図６のＣ−Ｃ線およびＤ−Ｄ線に沿う断面図である。

ピーニング用処理ヘッド２は上述したように、ガイドレール３に滑車を介して移動可能に搭載され、円筒状構造物であるサポートシリンダ１０３の外周面にショットピーニング処理を施すものである。すなわち、ピーニング用処理ヘッド２は、サポートシリンダ１０３の表面に対向して一定の範囲を覆う縦長板状のヘッド本体フレーム３７を備え、このヘッド本体フレーム３７に走行用の滑車３８（３８ａ，３８ｂ）、ワイヤ接続具３９，４０、ショットノズル４１、ショット回収口４２、ショット飛散防止ブラシ４３、５８および監視用カメラ４等を設けた構成とされている。

まず、図６および図７により、ヘッド本体フレーム３７、走行用の滑車３８およびワイヤ接続具３９，４０等の構成を説明する。

ヘッド本体フレーム３７は任意形状、例えば図６に示すように側面視略長方形の縦長な板状とされており、ガイドレール３の外周面に沿って垂直に配置されている。このヘッド本体フレーム３７には、ガイドレール３の上端に係合する２つの上部滑車３８ａ，３８ａと、ガイドレール３の下端に係合する２つの下部滑車３８ｂ，３８ｂとが設けられている。

各上部滑車３８ａ，３８ａは水平軸４６に周面が傾斜した１対のローラ４７ａ，４７ｂを支持させて両ローラ４７ａ，４７ｂ間にＶ溝を形成した構成のものであり、Ｖ溝部分がガイドレール３上端の山形傾斜面上に係合して搭載されるようになっている。各下部滑車３８ｂ，３８ｂも同様に、水平軸４８に周面が傾斜した１対のローラ４９ａ，４９ｂを支持させて両ローラ４９ａ，４９ｂ間にＶ溝を形成した構成のものであり、Ｖ溝部分がガイドレール３下端の傾斜面に係合している。このように、本実施形態ではガイドレール３を上部滑車３８ａ，３８ａおよび各下部滑車３８ｂ，３８ｂにより上下方向から挟み込み、ヘッド本体フレーム３７をガイドレール３に一定姿勢で搭載保持できる構成となっている。

なお、下部滑車３８ｂは図７に示すように、ガイドレール３の下端とレール台車１４との間隙間に配置され、レール台車１４と干渉することはなく、上下方向に略一列配置とされる。

また、図６に示すように、ヘッド本体フレーム３７の幅方向両端位置には、ガイドレール３上からショット粒等を除去するためのスカッパー５０が設けられている。これにより、ガイドレール３上へのショット粒等の蓄積が防止され、ショットピーニング作用中のヘッド走行を円滑に行うことができる。

次に、図６〜図８により、ショットノズル４１、ショット飛散防止ブラシ４３，５８、ショット回収口４２、および監視用カメラ４等の構成を説明する。

ショットノズル４１は、ショット供給用ホース５ａに継手５１を介して接続されたノズル配管５２の先端に連結され、ヘッド本体フレーム３７の一側面（ガイドレール３と反対側の面）に配置されている。このショットノズル４１は、ヘッド本体フレーム３７の略中央位置に穿設された縦長なスリット５３に臨む配置とされており、このスリット５３を介してヘッド本体フレーム３７からピーニング材であるショット粒を噴射し、サポートシリンダ１０３にショットピーニング処理を施すようになっている。

ヘッド本体フレーム３７には、スリット５３と平行な縦配列で上下方向に複数のノズル取付け孔５４が２列穿設されており、ショットノズル４１は、これらのノズル取付け孔５４に挿通されるボルト等の締結具５５と、この締結具５５により締結される保持具５６とにより、ヘッド本体フレーム３７の一側面に固定されている。ショットの際には、予めサポートシリンダ１０３に対するショット高さが設定される。なお、ヘッド本体フレーム３７の一側面にはスリッ５３トと平行に位置確認用のスケール５７が設けられている。このスケール５７により、ショットノズル４１の設置高さを確認することができる。なお、ショットノズル４１は、ギア機構等により上下に移動可能な構成とすることも可能である。

ヘッド本体フレーム３７の他側面側には、ショットピーニング施工範囲として設定した領域を覆う配置でショット飛散防止ブラシ４３が設けられている。このショット飛散防止ブラシ４３は、例えば帯状のブラシホルダにブラシ要素を多数植設したものであり、ヘッド本体フレーム３７の他側面に所定の間隔で設けたブラシ止め具５９により固定されている。このショット飛散防止ブラシ４３により囲まれるショットピーニング施工範囲は、図６に破線で示すように、ガイドレール３の上方位置からヘッド本体フレーム３７の上端近傍の範囲となっている。

また、ヘッド本体フレーム３７に穿設したスリット５３にもショット飛散防止ブラシ５８が設けられている。すなわち、スリット５３はショットノズルを昇降するためにヘッド本体フレーム３７に縦長な配置で穿設したものであり、このスリット５３からショット粒が外部に飛散する可能性がある。そこで、スリット５３の周縁部から内側開口部を塞ぐようにショット飛散防止ブラシ５８がヘッド本体フレーム３７の面と平行面に沿って配設されている。これにより、スリット５３からショット粒が外部に飛散することが防止される。なお、飛散防止ブラシ５８は弾性を有するため、ショットノズル４１が配置されるスリット５３の一部は開口状態となり、ショット作用が阻害されることはない。

次に、ショット回収口４２は、ショットピーニング施工範囲の下端位置に設けられている。このショット回収口４２には、ショット回収用ホース６ａが接続され、このショット回収用ホース６ａは止め具６１によりヘッド本体フレーム３７に固定されている。

なお、ショット回収用ホース６ａは上述したように、ショット供給用ホース５ａから独立した構成とされており、これらは互いに平行に揃えてガイドレール３の上方に沿って配置される。そして、ショット後にショット領域内に落下して集積したショット粒は、ショット回収口４２からショット回収用ホース６ａを介して回収タンクに回収される。

監視用カメラ４は、ショット後のショット面の観察およびショット位置の確認等の情報を取得するものであり、ヘッド本体フレーム３７の一側面に配置されている。この監視用カメラ４は、例えばショットノズル４１の下方に隣接配置され、ヘッド本体フレーム３７のスリット部分からサポートシリンダ１０３の表面を観察することができ、さらに外周側の機器の観察も可能となっている。

この監視用カメラ４は例えばショットノズル４１の保持具５６により、ショットノズル４１とともに一体的に保持されている。そして、監視用カメラ４には情報伝達用のケーブル９ａが接続され、取得された映像はケーブル９ａに接続されているモニタ９に表示される。

なお、ケーブル９ａは、ショット供給用ホース５ａおよびショット回収用ホース６ａとともにガイドレール３の上方に沿って配置される。すなわち、図２、図４および図５（ａ）に示すように、ガイドレール３には、ショット供給用ホース５ａ、ショット回収用ホース６ａおよびケーブル９ａを支持するためのサポート台車６２が複数台搭載されている。これらのサポート台車６２は、例えば１枚または２枚の縦板にピーニング用処理ヘッド２と同様の４個の滑車６３を設け、ガイドレール３の上下縁に安定に支持されて走行できる構成のものである。このサポート台車６２の上部に、上述のショット供給用ホース５ａ、ショット回収用ホース６ａおよびケーブル９ａが支持され、所定の位置まで案内される。

次に、ピーニング用処理ヘッド２を走行させるための駆動機構について説明する。本実施形態のピーニング用処理ヘッド２は自走用の駆動部を備えておらず、ヘッド移動範囲の端部位置に設置された２台のウインチ機構１２にワイヤ１３を介して接続され、これらのウインチ機構１２による手動または電動操作によるワイヤ巻上げ操作によってガイドレール３上を走行するようになっている。

図９はウインチ機構を示す拡大図であり、図１０は図９の側面図である。図９および図１０に示すように、ウインチ機構１２はガイドレール３の端部位置に設置されている。このウインチ機構１２はレールエレメント３ａに固定されるスタンド６４と、このスタンド６４上に立設されたブラケット６５と、ブラケット６５に軸６６を介して回転自在に取付けられたワイヤリール６７とを備えている。

また、ブラケット６５には回転操作用の手動用ハンドル６８がレバー６９および軸７０を介して取付けられ、この軸７０の回転が動力伝達機構７１を介してワイヤリール６７に伝達されるようになっている。また、スタンド６４には、ワイヤ送り用の滑車７２が設けられている。この滑車７２はガイドレール３の外周側に配置されており、ワイヤリール６７に巻かれたワイヤ１３は、図６に示したピーニング用処理ヘッド２のワイヤ連結具３９に連結されている。そして、このワイヤ１３をワイヤリール６７に巻取り、または巻き戻しすることにより、ピーニング用処理ヘッド２をガイドレール３に沿って移動することができる。

この構成により、駆動機構を有しないピーニング処理ヘッド２を１対のウインチ機構１２の操作で第１，第２のガイドレール３Ａ，３Ｂ上で移動することができる。

次に、以上の構成を用いてショットピーニングを実施する方法について説明する。

本実施形態では、まず、複数の分割体である円弧状レールエレメント３ａをピーニング処理対象となる円筒状構造物の周面に沿って配置する（ガイドレール配置工程）。この場合、本実施形態では、各レールエレメント３の厚さが小さく構成されていることにより、各レールエレメント３ａを原子炉内の狭い空間を介して個々に吊下げ、または吊上げ等の操作により、バッフルプレート１０６上の狭い空間への導入および撤去等が容易に行える。また、狭隘な空間内を介して、筒状構造物であるサポートシリンダ１０３の外周面に沿ってガイドレール３を容易に配置することができる。

また、ガイドレール３を構成する各レールエレメント３ａの下部には、移動用のレール台車１４が取付けられ、これらのレール台車１４は、少なくとも各レールエレメント３ａの軌道方向両端部に配置されているので、各ガイドレール３はそれぞれ独立してバッフルプレート１０６上で容易に移動することができ、組立および取外し等が容易に行える。

次に、円弧状レールエレメント３ａに円筒状構造物の周面に沿う張力を与えてガイドレール３をサポートシリンダ１０３の外周面に固定する（ガイドレール固定工程）。この工程では、分割式のレールエレメント３ａをサポートシリンダ１０３に位置決めピンおよびボルト等を用いた機械的な方法で締付けることにより、構造物の全周にレールを固定することができる。

その後、設置したガイドレール３上に、ショットピーニング用処理ヘッド２を搭載する（処理ヘッド搭載工程）。この工程では、レールエレメント３ａに取付けられた処理ヘッド２のレール軌道方向両側にそれぞれウインチ機構１２を設置する。そして、ウインチ機構１２と処理ヘッド２とをワイヤで接続することにより、ウインチ機構１２の駆動により処理ヘッド２をサポートシリンダ１０３の周方向に移動することが可能となる。

以上の工程の後、搭載した処理ヘッド２をウインチ機構１２によってガイドレール３に沿って移動させながら、サポートシリンダ１０３の外面へのピーニング材のショット、およびショット後のピーニング材の回収をそれぞれ異なるホース５ａ，６ａを使用して行う（ショットピーニング工程）。この工程では、処理ヘッド２と２つのウインチ機構１２，１２間をウインチ用ワイヤ１３による手動方式または電動方式により処理ヘッド２の移動が可能である。そして、加圧タンク５から供給されるピーニング材がこのサポートシリンダ１０３の周壁にショットされ、ピーニング処理ヘッド２の移動に伴って所定のピーニング処理が施される。

また、ショット粒については、ピーニング処理ヘッド２およびショットノズル４１の上下移動用のスリットに飛散防止ブラシ４３を設け、ブラシホルダ５１にて固定することで、ショット粒の飛散を防止し、落下し集積したショット粒はピーニング処理ヘッド２の下部に設けられたショット回収口４２からショット回収用ホース６ａにて回収タンク６へと回収される。また、監視用カメラ４およびモニタ９を設置したことにより、加工面および作業の健全性確認、加工状況の確認等が行える。そして、処理ヘッド２には駆動機構が存在しないことから、従来の処理ヘッド２に比べて駆動用ケーブル類を省略することが可能となり、ショットピーニング加工時におけるケーブル類の送り作業が容易に行えるようになる。なお、装置故障時においては、ピーニング用処理ヘッド２に駆動機構がないため、容易に取外しを行うことが可能である。また、ウインチ機構１２に電動方式を採用した場合には処理ヘッド２の位置移動速度を安定化させることが可能である。

さらに、処理ヘッド２に接続されるショット供給用ホース５ａとショット回収用ホース６ａとを分割させることで、処理ヘッド２を小型化させることが可能となる。これにより、円筒状構造物周囲が狭隘であってもショットピーニングの施工が可能となる。

以上で詳述したように、本実施形態によれば、ガイドレール３の円筒状構造物への取付けを溶接ではなく、機械的な手段で取付けることにより、ガイドレール着脱の簡略化が図れるとともに、処理ヘッド２自体に駆動機構を設けないため、同ヘッドの周辺構成が簡素化される。また、駆動用ケーブル類が不要となり、ショットピーニング施工事におけるケーブル類の送り作業が容易となる。また、ピーニング用処理ヘッド２のケーブル類の削減によりショットピーニング施工における作業者の人数を削減することができる。

また、処理ヘッド２におけるショット供給用ホース５ａとショット回収用ホース６ａとを分割することにより、処理ヘッド２を小型化することができる。さらに、処理ヘッド２の小型化により、加工対象の円筒状構造物周囲が狭隘であってもショットピーニング施工が可能となる。

さらにまた、ショットピーニング施工におけるトラブル発生原因を削減し、トラブルが発生した場合においてもトラブルからの復帰時間を短縮することができる。

なお、以上の実施形態では、円筒状構造物の外周面にガイドレール３を設置する場合について引張り力によってガイドレール３を円筒状構造物の外周面に締付ける構成としたが、本発明では、円筒状構造物の内周面にガイドレール３を設置する場合に伸長方向の張力を与えて、円筒状構造物の内周面に突張り力としての張力を与えてレール設置をする応用も可能である。

また、本発明の装置および方法は、上述したサポートシリンダ以外の円筒状構造物へのショットピーニング処理に対しても種々適用することが可能である。

本発明の一実施形態によるショットピーニング装置を概略的に示すシステム構成図。 原子炉圧力容器内の炉心部および本発明の一実施形態によるショットピーニング装置を示す横断面図。 図２のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図。 本発明の一実施形態によるショットピーニング装置のガイドレールを示す側面図。 （ａ）は図４に示したレールを詳細に示す拡大図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図。 本発明の一実施形態によるショットピーニング装置の処理ヘッドを示す拡大図。 図６のＣ−Ｃ線断面図。 図６のＤ−Ｄ線断面図。 本発明の一実施形態によるショットピーニング装置のウインチを示す拡大図。 図９の側面図。

符号の説明

１ ショットピーニング装置
１Ａ 炉内設置用機構部
１Ｂ 炉外設置用機構部
２ ピーニング処理ヘッド
３ ガイドレール
３Ａ 第１の半円弧状ガイドレール
３Ｂ 第２の半円弧状ガイドレール
３ａ、３ｂ 円弧状レールエレメント
４ 監視用カメラ
５ 加圧タンク
５ａ ショット供給用ホース
６ 回収タンク
６ａ ショット回収用ホース
７ フィルタ装置
８ 排風機
９ モニタ
９ａ ケーブル
１０ レール連結用ワイヤ
１１ 締付レバー
１２ ウインチ
１３ ヘッド駆動用ワイヤ
３３ ワイヤ巻取り機構
３８ 滑車
４１ ショットノズル
４２ ショット回収口
４３ ショット飛散防止ブラシ
５３ スリット
５８ ショット飛散防止ブラシ
６１ 止め具
６２ サポート台車
１０１ 原子炉圧力容器
１０２ 炉心シュラウド
１０３ サポートシリンダ
１０３ａ 溶接部
１０４ ジェットポンプ
１０５ ディフューザ
１０６ バッフルプレート

Claims (4)

1. 円弧状をなす複数のレールエレメントの連結によりリング状に組立てられ、ピーニング処理対象となる円筒状構造物の周面に沿って配置されるガイドレールと、前記レールエレメント間の１または２以上の個所に設けられ、当該レールエレメント同士の間に張力を発生させて前記ガイドレールを前記円筒状構造物の周面に固定させるガイドレール固定機構と、前記ガイドレール上に滑車を介して移動可能に搭載され、前記円筒状構造物にショットピーニング処理を施すピーニング処理ヘッドと、前記ガイドレールの軌道方向における前記処理ヘッドの移動範囲端部位置に設けられ、当該処理ヘッドを前記ガイドレールの軌道方向に沿って移動させるウインチ機構と、前記処理ヘッドにショット供給用ホースを介してピーニング材を供給するショット供給装置と、前記回収部からショット後のピーニング材をショット回収用ホースを介して回収するショット回収装置とを備えたことを特徴とする円筒状構造物のショットピーニング装置。
2. 前記各レールエレメントはそれぞれ下部に台車を有し、ショットピーニング処理位置の床面上で移動可能とされている請求項１記載の円筒状構造物のショットピーニング装置。
3. 前記ショット供給用ホースおよび前記ショット回収用ホースは、互いに独立した構成とされている請求項１記載のショットピーニング装置。
4. 複数の分割体である円弧状レールエレメントをピーニング処理対象となる円筒状構造物の周面に沿って配置するガイドレール配置工程と、配置された前記円弧状レールエレメントに前記円筒状構造物の周面に沿う張力を与えて前記ガイドレールを前記円筒状構造物に固定するガイドレール固定工程と、設置した前記ガイドレール上にショットピーニング用処理ヘッドを搭載する処理ヘッド搭載工程と、この搭載した処理ヘッドをウインチ機構によって前記ガイドレールに沿って移動させながら、前記円筒状構造物の表面へのピーニング材のショットおよびショット後のピーニング材の回収をそれぞれ異なるホースを使用して行うショットピーニング工程とを備えることを特徴とする円筒状構造物のショットピーニング方法。

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