JP2007098515A - 砥石切断装置及びその切断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放射化された構造物の切断と端面の開先加工を同時に行い、しかも切断研削具の送り量の異常判定を容易に行うことができる砥石切断装置を提供する。
【解決手段】砥石切断装置本体１１は、水中において構造物を遠隔切断する円板状の砥石２と、砥石１１を回転させる回転用アクチュエータ８１と、砥石２を送る送り用アクチュエータ８２と、砥石２の送り動作中に送りを停止させる送り停止手段と、砥石２を切断対象に対して一定位置に保持して回転研削する定位置研削手段と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、人が容易に接近できない箇所に設置された構造物、例えば原子炉圧力容器内に配置される炉心シュラウドや放射性廃棄物等を切断する砥石切断装置及びその切断方法に関する。

原子力発電プラントを建設した後に長期間にわたって運転した場合には、安全性の確保の見地から定期運転時のデータ等に基づいて各種部品の交換が行われ、これにより健全性の維持を図って継続的な運用が図られている。

沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器内に設けられる部品のうち、着脱可能な構成のものは比較的容易に交換することが可能であるが、固定装置型の部品については一部を切断し、切断後に端面加工等により開先を形成して新部品を溶接などにより固定する必要がある。

この部品交換のときには、原子炉圧力容器内は、運転時の放射線照射によって放射化されているため、切断、端面研削加工、内径計測、加工面計測、補修溶接、表面改質及び溶接等の作業は遠隔操作により行われることが望まれる。特に、切断、端面研削加工は被曝低減の観点から可能な限り水中で行うことが望ましい。

この種の放射化された構造物の交換方法として、炉心シュラウドの交換方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

炉心シュラウドは、原子炉圧力容器の炉心部に固定配置されており、高放射化されている。この炉心シュラウドは、原子炉圧力容器内の底部から立ち上がるシュラウドサポートシリンダに下端部が溶接により接続されている。この炉心シュラウドを交換するときには、下端部のシュラウドサポートシリンダとの接合部位を切断して、一旦撤去する必要がある。この炉心シュラウドはその高さが高いため、最初に炉心シュラウドの中間部で切断し、次に下端部のシュラウドサポートシリンダとの接合部位を切断することが望ましい。

その後、残存するシュラウドサポートシリンダ部位の上端部を端面加工して開先形成する必要もある。しかる後、新規の炉心シュラウドを開先加工されたシュラウドサポートシリンダに載置して溶接することになる。

また、放射化された構造物の切断装置として、原子力発電プラントに貯蔵する放射性廃棄物で、ステンレス製のキャスクに入らない大きさの放射性廃棄物を切断して、このキャスクに収納できる大きさにするための切断装置等を列挙することができる。
特開２０００−２４９７９１号公報

上述した運転後のシュラウド交換は現地（サイト）で行われ、特定の限られた空間内で、しかも放射化された雰囲気の下で行わなければならない。

しかし、このシュラウド交換は放射化された雰囲気の下でさらには水中で施工されるため、人手により作業することができないばかりでなく、技術的にも汎用の機械設備を使用することが困難である、という課題があった。

また、シュラウド切断装置では、炉心シュラウドやシュラウドサポートシリンダのようなシュラウドの切断後に、残存するシュラウドサポートシリンダ部位の上端部を端面加工して開先形成する別工程が必要である、という課題があった。

さらに、回転用アクチュエータの負荷により、送り量異常等の施工条件不良を検知するが、水中施工のため、切断研削砥石の磨耗により、砥石径が変化しかき混ぜ損失に影響を与えることによって、回転用アクチュエータの負荷検知だけでは送り量異常の判定ができない、という課題があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、炉心シュラウドやシュラウドサポートシリンダのような放射化された構造物の切断及び端面の開先加工を同時に行い、しかも切断研削具の送り量の異常判定を容易に行うことができる砥石切断装置及びその切断方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、水中において構造物を遠隔切断する円板状の砥石と、この砥石を回転させる回転用アクチュエータと、前記砥石を送る送り用アクチュエータと、を有する砥石切断装置において、前記砥石の送り動作中に送り動作を停止させる送り停止手段と、前記砥石を切断対象に対して一定位置に保持して回転研削する定位置研削手段と、を有することを特徴とするものである。

また、上記目的を達成するため、本発明は、水中において構造物を遠隔切断する円板状の砥石と、この砥石を回転する回転用アクチュエータと、前記砥石を送る送り用アクチュエータと、を用いて回転切断する砥石切断方法において、前記砥石の送り動作中に送り動作を停止させる送り停止ステップと、前記砥石を切断対象に対して一定位置に保持して回転研削する定位置研削ステップと、を有することを特徴とするものである。

本発明の砥石切断装置及びその切断方法によれば、送り停止手段を設けることにより、炉心シュラウドやシュラウドサポートシリンダのような放射化された構造物の切断と端面の開先加工とを同時に行い、しかも切断研削具の送り量の異常判定を容易に行えるので、放射化された構造物の交換を短期間でしかも安全に施行することができる。

以下、本発明に係る砥石切断装置及びその切断方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。

図１は、本発明の実施の形態の砥石切断装置の構成を示す平面図であり、図２は、本発明の実施の形態の砥石切断装置本体の構成を示す縦断面図である。

本図に示すように、砥石切断装置本体１１は、ケーブル８を介して切断制御装置９に接続され、遠隔で運転操作することができる。この砥石切断装置本体１１は、主に、回転用アクチュエータ８１と、送り用アクチュエータ８２とから構成される。この回転用アクチュエータ８１は、切断ユニット３と、砥石２を駆動する砥石回転モータ４等からなる。送り用アクチュエータ８２は、上記の砥石２を軌道である２本の送りレール７に沿って送り込む砥石送りモータ６を有している。

上記の切断ユニット３の先端部には工具ユニット１が設けられている。この工具ユニット１の上部端面には砥石２が着脱自在に取り付けられている。また、工具ユニット１は、切断ユニット３に内設されたＮＣ工作機械等に使用されるプルスタッド３ａを用いて、切断ユニット３と共に着脱自在に取り付けられている。上記砥石２は、砥石回転モータ４を駆動力として動力伝達ベルト５及び工具ユニット１を介して回転される。

ここで、工具ユニット１等の構造について図３を用いて説明する。

図３は、図１の工具ユニット及びその周辺部を示す平面図である。

本図に示すように、砥石２の周囲には砥石２の切削屑の飛散防止と砥石２自体の割れ飛散防止のために防護カバー１２が設置されている。また切断対象１０の裏側には水圧センサ１３が設けられている。このように構成することにより、砥石２が切断対象１０を突き抜けたときに、砥石２の回転によって生ずる水流変化を検出することができる。なお、詳細については後述する。

図４は、図１の切断制御装置９の構成を示すブロック図である。

本図に示すように、砥石回転モータ４はケーブル８を介してインバータ１７に接続されている。この砥石回転モータ４は、定格回転数内で任意の回転数で運転可能である。また砥石送りモータ５はサーボアンプ１８に接続されて、任意の送り移動量と送り速度で運転可能である。一方、計算機１４には外部の機器から信号が入力される。

この入力信号として、水圧センサ１３から水圧センサ信号１４ａ、インバータ１７から砥石回転モータ４の主軸負荷信号１４ｃを記録装置（レコーダ）１６を経由して入力される主軸負荷信号１４ｄ、データ保存装置１５に予め保存してある主軸加工データ１４ｅ、主軸送りの動作限界を検出するリミットスイッチ１９の送り機構リミット信号１４ｆ、砥石送りモータ５の送り移動量、送り速度、故障に係るサーボアンプ１８からの各信号１４ｈ等がある。外部の機器への出力信号として、インバータ１７に砥石回転・停止を指示する主軸運転信号１４ｂ、サーボアンプ１８に送り移動量と送り速度を指示する送り運転信号１４ｇ等がある。

ここで、図４の送り停止手段８３及び定位置研削手段８４による切断状態について説明する。

図５は、図１の砥石が切断対象を切断するときの通常の切断状態を示す運転模式図である。

本図に示すように、砥石切断装置本体１１の砥石回転モータ４の負荷を基にした加工データ１４ｅが計算機１４に入力され、そしてこの計算機１４より出力された信号に従って運転が行われる。

主軸モータＯＮ（Ｐ４１）にて砥石２を回転させ、送りモータＯＮ（Ｐ４２）により砥石２を送り始める。砥石２が切断対象１０に接触（Ｐ４３）すると主軸負荷が増加し、送り量が増加すると、砥石２と切断対象１０の接触面が大きくなり主軸負荷も大きくなる（Ｐ４４）。そして、送り停止手段８３における予め設定した送り停止位置にて送りを停止する。送り停止手段８３により送り停止位置にて送りを停止した後に、定位置研削手段８４により砥石２を一定位置で回転研削することにより、切断面の面精度を向上させている。

この砥石２の送りが進行して、砥石２が切断対象１０を突き抜ける時点（Ｐ４５）から、さらに砥石２の送りが進むと、砥石２と切断対象１０の接触面が小さくなり主軸負荷信号１４ｄも低下を始め加工終了位置に到達する（Ｐ４６）。ここで送りモータＯＦＦ（Ｐ４７）にして主軸モータＯＦＦ（Ｐ４８）で運転が終了する。

本実施の形態によれば、砥石の送り動作中に送りを停止させる送り停止回路を設け、切断面に対して切断砥石を一定位置で回転研削する動作を付加することにより、残存するシュラウドサポートシリンダの上端部切断面の面精度を向上させ、端面加工を同時に行い、開先形成することが可能となる。すなわち、送り停止手段８３及び定位置研削手段８４を備えることにより、上記のシュラウドの切断と同時に残存するシュラウドサポートシリンダ部位の上端部の開先加工を精度良く施工させることができる。

図６は、図１の砥石２が切断対象１０を切断するときの過大切断状態を示す運転模式図である。本図には、運転に際して砥石回転モータ４の主軸負荷信号１４ｄが計算機１４に入力され比較演算されて切断運転している状態を示す。そして、砥石切断装置本体１１の砥石回転モータ４の負荷を基にした加工データ１４ｅが計算機１４に入力され、そしてこの計算機１４から出力された信号に従って運転が行われる。

まず、送り停止判断手段について説明する。

上記の砥石２が切断対象１０に接触（Ｐ４３）した時点から切断対象１０を突き抜ける時点（Ｐ４５）の間において、主軸負荷信号１４ｄが、設定値１（Ｐ５１）を超える場合（Ｐ５４）を考える。このとき、砥石２の加工能力低下と判断し、送りを停止して、砥石２を一定位置で回転させる。その後、主軸負荷信号１４ｄが設定値３（Ｐ５３）まで下がると、再度、砥石２の送りを開始させる。

本実施の形態によれば、砥石回転用アクチュエータの負荷と、その負荷を記録する記録手段に予め記録した仕上げ加工時の負荷とを比較して、送りを停止させることにより、砥石の送り量を切断対象に対して最適に、しかも切断面の仕上げ精度を均一にすることが可能となる。すなわち、送り停止判断手段を備えることにより、砥石２の送り量を切断対象１０に対して最適に、しかも切断面の仕上げ精度を均一にすることが可能となる。

次に、送り後退手段及び砥石磨耗検知手段について説明する。

上記の砥石２を一定位置で回転して（砥石２の送りを停止した時）、主軸負荷信号１４ｄが設定値３（Ｐ５３）まで下がらず、逆に設定値２（Ｐ５２）まで上昇する場合を考える。このときは、砥石２に過大な外力が発生していると判断して、砥石２の送りを切断方向から退避方向に切り替えて動作させる。すなわち、砥石２の外力を開放させてから切断方向に砥石２を送り込むことにより、砥石２に係る外力を開放させ、砥石２の目詰まりを軽減させて、砥石２の加工性能の劣化を防止させることが可能となる。

本実施の形態によれば、送り後退手段を設けることにより、送り停止回路により送りを停止しても砥石回転用アクチュエータの負荷低減が図れないときは、送り動作を後退に切り替えることにより、砥石に係る外力を開放させ、砥石の目詰まりを軽減させて、砥石の加工性能の劣化を防止させることができる。

また、砥石磨耗検知手段を設けることにより、運転中の砥石２が送りモータＯＮ（Ｐ４２）の時点から切断対象１０に接触（Ｐ４３）した時点までの移動量により、砥石２が磨耗して径が小さくなった分だけ変化することを計算機１４で検知し、切断途中の工程内でも砥石２の磨耗量を検出することが可能となる。すなわち、予め構造物の位置が分っている表面に、切断加工により砥石径が変化した砥石２を接触させる工程を設けることにより、砥石２の磨耗量を検知することができる。

次に、砥石交換判断手段、砥石割れ判断手段及び送り量増加手段について説明する。

図７は、図１の砥石の直径と水中で砥石を回転させたときのかき混ぜ損失を反映した主軸負荷信号を現す直径−主軸負荷曲線を示すグラフである。

本図に示すように、砥石直径Ｐ６１の時のかき混ぜ損失を反映した主軸負荷信号１４ｄの値がＰ６４である。砥石直径Ｐ６２の時のかき混ぜ損失を示す主軸負荷信号１４ｄの値がＰ６５である。一方、砥石２で切断対象１０を切断すると、砥石２は磨耗し、その直径はＰ６１からＰ６２へと小さくなる。この変化は直径―主軸負荷曲線２０に沿って主軸負荷信号１４ｄにも現れ、Ｐ６４からＰ６５へと検知され、計算機１４に入力される。

本実施の形態において、上記の計算機１４にて、主軸負荷信号１４ｄのＰ６５の値より、砥石２の直径を計算して、予め設定した砥石磨耗限界の直径と比較して、少ない場合に砥石交換の信号を提示することにより、砥石寿命を砥石切断装置により判断することとなる。また、砥石２の直径の変化のみでなく、かき混ぜ損失から直接所定値以下となった場合、またはかき混ぜ損失からも止められた砥石２の磨耗量が所定地以下となった場合に同様に砥石２が寿命となり交換の信号を提示してもよい。さらに、主軸負荷信号１４ｄがＰ６４からＰ６６に過渡的に変化すると、砥石２の直径は直径―主軸負荷曲線２０からＰ６３に変化したと計算機１４が検知する。その計算された砥石径の過渡変化を用い、砥石径が予め定められた値以下に減少した場合に砥石２の割れや砥石２の損傷を砥石切断装置により判断することとなる。

本実施の形態によれば、送りを停止させて砥石を回転させている時の砥石回転用アクチュエータの負荷から砥石による水のかき混ぜ損失を算出する。この算出結果により砥石の径を計算し、この計算された砥石径を用い、砥石交換の信号を提示することにより、砥石交換時期、すなわち砥石寿命を切断装置自身で判断することが可能である。

また、送り量増加手段を備えることにより、砥石切断装置本体１１の砥石回転モータ４の負荷を基にした加工データ１４ｅが計算機１４に入力され、そしてこの計算機１４より出力された信号に従って運転しているときに、上記の水中で砥石２を回転させたときのかき混ぜ損失の主軸負荷信号１４ｄを現す直径−主軸負荷曲線２０を用いて、砥石２の切断対象１０への送りを増加させることにより、砥石２が磨耗して径が小さくなっても、切断することが可能となる。すなわち、砥石回転用アクチュエータの負荷の変化を検知し、砥石２の切断対象への送りを増加させることにより、砥石２が磨耗して径が小さくなっても、切断することが可能となる。

次に、突き抜け検知手段について説明する。

図８は、図４の水圧センサの信号を入力して切断するときの切断状態を示す運転模式図である。

本図に示すように、砥石切断装置本体１１の砥石回転モータ４の負荷を基にした加工データ１４ｅが計算機１４に入力され、そしてこの計算機１４より出力された信号に従って運転が行われる。

図５に示すように、砥石２の送りが進行して、切断対象１０を突き抜ける時点（Ｐ４５）から、さらに砥石２の送りが進行すると、砥石２と切断対象１０の接触面が小さくなり主軸負荷信号１４ｄも低下を始め加工終了位置に到達する（Ｐ４６）。

本実施の形態によれば、上記の切断対象１０を突き抜ける時点（Ｐ４５）を過ぎると、切断対象１０の裏面に配置された水圧検知センサ１３に砥石２の回転によって生じた水流が当たることにより圧力信号１４ａがＯＮ（Ｐ７１）したことを計算機１４が検出すると、切断対象１０への切断加工終了を砥石切断装置により検知することができる。

すなわち、砥石を送り込んでいる切断対象１０の逆側に水圧検出手段１３を設けることにより、その水圧変化により砥石２が切断対象１０を突き抜けていることを検知することができ、切断対象１０の切断加工終了を砥石切断装置により検知することができる。

また、前記の切断対象１０を突き抜ける時点（Ｐ４５）を過ぎても圧力信号がＯＮ（Ｐ７１）しないときは、砥石２の磨耗と計算機１４が判断して、砥石２の切断対象１０への送りを増加させることにより、砥石が磨耗して径が小さくなっても、切断することが可能となる。

さらに、本発明は、上述したような各実施の形態に何ら限定されるものではなく、砥石切断装置の砥石の送りは切断対象に対し前後方向であるが、砥石を切断対象に対し左右方向の送りを追加変更してもよく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、砥石を一定深さまで追い込んだ後に横送りし、その後また一定深さまで追い込み横送りするジグザク駆動で切断対象を切削することにも適用することができる。

本発明の実施の形態の砥石切断装置の構成を示す平面図。 本発明の実施の形態の砥石切断装置本体の構成を示す側断面図。 図１の工具ユニット及びその周辺部を示す平面図。 図１の切断制御装置の構成を示すブロック図。 図１の砥石が切断対象を切断するときの通常の切断状態を示す運転模式図。 図１の砥石が切断対象を切断するときの過大切断状態を示す運転模式図。 図１の砥石の直径と水中で砥石を回転させたときのかき混ぜ損失を反映した主軸負荷信号を現す直径−主軸負荷曲線を示すグラフ。 図３の水圧センサの信号を入力して切断するときの切断状態を示す運転模式図。

符号の説明

１…工具ユニット、２…砥石、３…切断用ユニット、４…砥石回転モータ、５…動力伝達ベルト、６…砥石送りモータ、７…送りレール、８…ケーブル、９…切断制御装置、１０…切断対象、１１…砥石切断装置、１２…防護カバー、１３…水圧センサ、１４…計算機、１５…データ保存装置、１６…記録装置、１７…インバータ、１８…サーボアンプ、１９…リミットスイッチ、２０…直径−主軸負荷曲線、８１…回転用アクチュエータ、８２…送り用アクチュエータ、８３…送り停止手段、８４…定位置研削手段。

Claims (9)

1. 水中において構造物を遠隔切断する円板状の砥石と、この砥石を回転させる回転用アクチュエータと、前記砥石を送る送り用アクチュエータと、を有する砥石切断装置において、
   前記砥石の送り動作中に送り動作を停止させる送り停止手段と、
   前記砥石を切断対象に対して一定位置に保持して回転研削する定位置研削手段と、
   を有することを特徴とする砥石切断装置。
2. 前記送り停止手段は、前記回転用アクチュエータの負荷を検知する負荷検知手段と、この検知した負荷を記録する負荷記録手段と、研削中の前記砥石回転用アクチュエータの負荷と前記負荷記録手段に記録された設定値とを比較して前記砥石の送りを判断する送り停止判断手段と、を具備することを特徴とする請求項１記載の砥石切断装置。
3. 前記送り停止手段は、前記砥石の送りを停止した時に前記回転用アクチュエータの負荷が低下しない場合には、前記送りを後退に切り替える送り後退手段を具備すること、を特徴とする請求項２記載の砥石切断装置。
4. 前記送り停止手段は、前記砥石が切断対象に接触させて砥石の磨耗を検知する砥石磨耗検知手段を具備すること、を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の砥石切断装置。
5. 前記送り停止手段は、前記砥石による水のかき混ぜ損失，砥石の磨耗量及び砥石径を算出し、この算出値が予め定められた値以下となった場合に前記砥石の交換を判断する砥石交換判断手段を具備すること、を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の砥石切断装置。
6. 前記送り停止手段は、前記砥石径の過渡変化を用いて予め定められた値以上に前記砥石径が減少した場合に前記砥石の割れの有無を判断する砥石割れ判断手段を具備すること、を特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の砥石切断装置。
7. 前記送り停止手段は、前記砥石回転用アクチュエータの負荷の変化に応じて、前記砥石の切断対象への送りを増加させるように判断する送り量増加手段を具備すること、を特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の砥石切断装置。
8. 前記送り停止手段は、前記砥石を送り込んでいる切断対象の付近に設けた水圧検出手段と、この水圧検出手段で検出された水圧変化により前記砥石が切断対象を突き抜けていることを検知する突き抜け検知手段と、を具備するこを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の砥石切断装置。
9. 水中において構造物を遠隔切断する円板状の砥石と、この砥石を回転する回転用アクチュエータと、前記砥石を送る送り用アクチュエータと、を用いて回転切断する砥石切断方法において、
   前記砥石の送り動作中に送り動作を停止させる送り停止ステップと、
   前記砥石を切断対象に対して一定位置に保持して回転研削する定位置研削ステップと、
   を有することを特徴とする砥石切断方法。

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