JP2008020405A - Control rod driving mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、原子炉における制御棒の駆動機構に係り、特に炉心上部から鉛直下方に制御棒が挿入される型式の制御棒駆動機構に関する。 The present invention relates to a control rod drive mechanism in a nuclear reactor, and more particularly to a control rod drive mechanism of a type in which a control rod is inserted vertically downward from an upper part of a core.
沸騰水型原子炉は、一般に図5に示すように構成されている。すなわち、図中符号1は原子炉圧力容器であって、この原子炉圧力容器1内にはシュラウド2が設けられており、このシュラウド2内に炉心3が配置されている。この炉心3は多数の燃料集合体を格子状に配列して構成され、これらの燃料集合体の間の間隙内に下方から断面十字形の制御棒4が挿入され、炉心3の出力を調整するように構成されている。すなわち、原子炉圧力容器1の底部1aにはハウジング5が垂直に貫通垂設されており、そのハウジング5内に制御棒駆動機構が設けられており、上記制御棒4が連結されている作動ピストンを駆動することにより上記制御棒4の挿入・引き抜きを行うように構成されている。
A boiling water reactor is generally configured as shown in FIG. That is,
このように、従来の制御棒駆動機構は、原子炉圧力容器1を貫通して下方に延びるハウジング内に設けられているために、原子炉圧力容器の据付け高さが高くなり、ひいては原子炉格納容器が大きくなり、製造コストが増加する等の問題があり、さらに制御棒駆動機構の取り外しのため原子炉圧力容器の下方に広いスペースが必要である等の問題がある。また、原子炉の設計基準である冷却材喪失事故時の冷却材を収める原子炉格納容器を小さくすることが安全面でも必要である。
As described above, since the conventional control rod drive mechanism is provided in the housing that extends downward through the
そこで、制御棒駆動機構を炉内に収納して、原子炉圧力容器の下部を簡素化できるようにした装置も提案されている(特許文献1参照)。
ところが、上記特許文献1記載の制御棒駆動機構は原子炉圧力容器内に収納されており、その制御棒駆動機構を作動させるための電気器具がバウンダリ内に設けられたいるため、上記制御棒駆動機構を作動させるための電力を炉外から伝送させる必要があり、電線を原子炉圧力容器を貫通して配設しなければならず、その機構が複雑となるとともに、制御棒駆動機構のメンテナンス性および信頼性が低下する可能性がある等の問題がある。
However, the control rod drive mechanism described in
本発明は、このような点に鑑み、制御棒駆動機構を原子炉圧力容器上部鏡板の上方に設置し、原子炉圧力容器の下部を簡素化するとともに、そのメンテナンス性および信頼性を向上し得るようにした制御棒駆動機構を提供することを目的とする。 In view of such a point, the present invention can install a control rod drive mechanism above the reactor pressure vessel upper end plate, simplify the lower portion of the reactor pressure vessel, and improve its maintainability and reliability. An object of the present invention is to provide a control rod drive mechanism.
本発明は、原子炉圧力容器内の炉心に制御棒を上から下方に向けて挿入し、かつ下方から上方に向けて引抜操作を行うようにした制御棒駆動機構において、圧力バウンダリである原子炉圧力容器上部鏡板の上方に設置されたモータと、下端に制御棒が連結され、外周にねじ加工された駆動軸と、その駆動軸に螺合されたローラナットと、前記モータ側に設けられたモータ側マグネットカップリングと、前記モータ側マグネットカップリングと同心状に配設され前記ローラナットに回転力を伝動する外胴側マグネットカップリングとを有し、前記モータにより、モータ側マグネットカップリングおよび外胴側マグネットカップリングを介して前記ローラナットを回転させ、前記駆動軸を介して制御棒の上下動を行わせるようにしたことを特徴とする。 The present invention relates to a reactor that is a pressure boundary in a control rod drive mechanism in which a control rod is inserted into a core in a reactor pressure vessel from the top to the bottom and a pulling operation is performed from the bottom to the top. A motor installed above the upper end plate of the pressure vessel, a control shaft connected to the lower end, a drive shaft threaded on the outer periphery, a roller nut screwed to the drive shaft, and provided on the motor side A motor-side magnet coupling, and an outer-body-side magnet coupling that is disposed concentrically with the motor-side magnet coupling and transmits a rotational force to the roller nut. The roller nut is rotated through an outer body side magnet coupling, and the control rod is moved up and down through the drive shaft. That.
本発明は上述のように構成したので、原子炉圧力容器の下部から制御棒駆動機構が突き出しがなくなり、原子炉圧力容器の下部構造が簡略化され、原子炉圧力容器の高さを低くすることができ、ひいては原子炉圧力容器が小さくなり耐震設計上有利になるとともに、製造コストを低減できる。しかも、全ての電機部品を原子炉圧力容器外に置くことが可能となるため、原子炉圧力容器を貫通する電線も不要となる等の効果を奏する。 Since the present invention is configured as described above, the control rod drive mechanism does not protrude from the lower part of the reactor pressure vessel, the lower structure of the reactor pressure vessel is simplified, and the height of the reactor pressure vessel is reduced. As a result, the reactor pressure vessel becomes smaller, which is advantageous in terms of seismic design, and the manufacturing cost can be reduced. Moreover, since all the electric parts can be placed outside the reactor pressure vessel, there is an effect that an electric wire penetrating the reactor pressure vessel is not required.
図1は、本発明の制御棒駆動機構の適用対象となる原子炉炉内構造の一例を示す図であり、原子炉圧力容器10内には、バンドルインバスケット11内に設置された燃料集合体12で構成された炉心13が配設されている。上記炉心13は原子炉圧力容器10内に設けられている炉心支持板14により支持されており、その炉心13の外周にはシュラウド15が設けられている。バンドルインバスケット12の上部はシュラウド15に支持された上部格子板16により支持されている。また、シュラウド15の上部に、シュラウドヘッド17が配置されており、上記シュラウドヘッド17からは制御棒案内管18が上方に延びている。上記制御棒案内管18は原子炉圧力容器上部鏡板19の上方に設置された制御棒駆動機構20の下部に結合されている。
FIG. 1 is a view showing an example of a reactor internal structure to which a control rod drive mechanism of the present invention is applied. In a
図2に示すように、制御棒駆動機構20により駆動される後述する駆動軸21は、グリッパ22により延長軸23と、また延長軸23はグリッパ24により制御棒25に結合されており、上記制御棒駆動機構20により駆動軸21を上下させることにより制御棒25の炉心13への挿入・引き抜きが行われる。制御棒25の上下動は、制御棒案内管18が延長軸23、駆動軸21をガイドすることにより滑らかに行われ、制御棒25は炉心においてはバンドルインバスケット11の外周部によってガイドされる。上記駆動軸21、延長軸23、制御棒25の分解・結合は、原子炉圧力容器上部鏡板19の上部から制御棒駆動機構20内の駆動軸21および延長軸23内に治具を挿入することで行うことができる。
As shown in FIG. 2, a later-described
図3は前記制御棒駆動機構20の縦断面図、図4は図3のA−A断面図であり、制御棒駆動機構20のハウジング26が原子炉圧力容器上部鏡板19を貫通装着されており、上記原子炉圧力容器上部鏡板19を貫通しているハウジング26の上部にはハウジング上蓋27が装着されている。上記ハウジング上蓋27が装着されているハウジング26内には、上記ハウジング26と同心状に外胴28がベアリング29、30により軸線周りに回動可能に設けられている。
3 is a longitudinal sectional view of the control
前記ハウジング上蓋27の上方にはモータ31が設置されており、そのモータ31の回転軸(図示せず)には前記ハウジング上蓋27の上部の外周に沿って回動するモータ側マグネットカップリング32が設けられている。一方、前記外胴28の頂端部外周には、前記ハウジング上蓋27を挟んで上記モータ側マグネットカップリング32と対向するように外胴側マグネットカップリング33が装着されている。しかして、上記モータ31の作動によりモータ側マグネットカップリング32が回転されると、モータ側マグネットカップリング32により外胴側マグネットカップリング33が回転駆動され、上記外胴側マグネットカップリング33を介して外胴28が軸線周りに回転される。
A
ところで、上記外胴28内には内胴34が外胴28と同心状に配設されている。上記外胴28の内面には軸線方向に延びるキー28aが設けられており、そのキー28aが内胴34の外面のキー溝に係合され、前記外胴28の回転により内胴34が回転されるとともに、内胴34が外胴28に対して上下動可能としてある。上記内胴34にはローラナット35が或る程度上下動のみ可能に配設されており、上記ローラナット35はローラナット35と内胴34との間に設けられたバネ36により下方に付勢されている。上記ローラナット35には上下方向にのみ移動可能な前記駆動軸21が螺合されており、外胴28を介して内胴34が回転したとき、その内胴34の回転によりローラナット35を介して上記駆動軸21が上下動するようにしてある。しかして、モータ31の回転方向を変えることにより、外胴28、内胴34、ローラナット35の回転方向も変わり、駆動軸21の上下動作方向を変えることができる。
By the way, an
外胴28の上部には外胴側マグネット37が設けられるとともに、内胴34の上部には内胴側マグネット38が設けられ、さらにハウジング上蓋27の外周にはコイル39が装着されている。しかして、上記コイル39に通電することにより外胴側マグネット37に対して内胴側マグネット38が吸着され、またコイル39の通電を切ることにより外胴側マグネット37に対する内胴側マグネット38の吸着がなくなり、内胴34が駆動軸21や制御棒25とともに落下し、スクラム動作を行うことができるようにしてある。
An outer
ところで、駆動軸21には当て板40が設けられており、上記スクラム動作時には、上記当て板40がハウジング26の下部に設けられているダンパー41に衝突することにより、スクラム時の荷重を吸収することができる。さらに、スクラム時には前記内胴34とローラナット35の間に設けられているバネ36によりローラナット35にかかる荷重が吸収される。
なお、図3中符号42は、駆動軸21、延長軸23内に挿通され制御棒25の位置を検出する位置検出器である。
By the way, the
3 is a position detector that is inserted into the
そこで、制御棒25を通常運転時の反応度調整のために上昇、下降(引き抜き、挿入)させるためには、外胴側マグネット37と内胴側マグネット38が接触した状態でコイル39へ通電し、外胴側マグネット37に対して内胴側マグネット38を吸着させた状態で、モータ31を回転させる。このモータ31の回転はモータ側マグネットカップリング32と外胴側マグネットカップリング33によりハウジング上蓋27を介して外胴28に伝わり、外胴28の回転はキー28aを介して内胴34に伝えられ、内胴34は外胴28と同位相で回転する。この内胴34の回転によりローラナット35も回転し、このローラナット35に螺合している駆動軸21が上昇或いは下降され、制御棒25の引き抜き・挿入が行われる。
Therefore, in order to raise and lower (pull out and insert) the
制御棒25をスクラム動作させる場合には、コイル39への通電を切れば、外胴側マグネット37と内胴側マグネット38間の吸着がなくなり、内胴34が外胴28のキー28aに沿って落下する。内胴34に設けられたローラナット35は駆動軸21とネジ部を介して噛み合っているため、内胴34、駆動軸21、延長軸23、制御棒25は一体となって鉛直下方向へ自由落下する。自由落下した制御棒25は、バンドルインバスケット11の間を落下してスクラムが完了する。
When the
上記スクラム時には、前記駆動軸21に取り付けられた当て板40がダンパー41に衝突することにより衝撃が吸収され、その落下時の衝撃荷重はハウジング26を介して原子炉圧力容器上部鏡板19により支持される。
At the time of the above scram, impact is absorbed by the
制御棒25のスクラム後、駆動軸21、延長軸23および制御棒25が下方に移動する方向にモータ31を回転させる。このとき駆動軸21、延長軸23および制御棒25はスクラム後、炉心支持板14上に支持されている状態であり、鉛直下方への移動が拘束されているため、駆動軸21、延長軸23および制御棒25に対して相対的に内胴34がキー28aに沿って上昇する。このようにして内胴34に装着されている内胴側マグネット38が外胴側マグネット37に接触するまで内胴34を上昇させた後、コイル39へ通電することにより、外胴側マグネット37に内胴側マグネット38が吸着して内胴34が外胴28に対して保持される。その後、モータ31を駆動軸21、延長軸23および制御棒25が上昇する向きに回転させることで、制御棒25、延長軸23、駆動軸21が上昇し、制御棒25が炉心13に対して引き抜かれ、通常運転が可能となる。
After the scram of the
制御棒25の位置検出は、駆動軸21内に設置された位置検出器42により行う。すなわち、制御棒25の動きは延長軸23を介して駆動軸21に伝えられるので、駆動軸21の位置を位置検出器42により検出することにより、制御棒25の位置を確認することができる。
The position of the
また、制御棒駆動機構20を取り外す場合には、以下の手順で行う。すなわち、駆動軸21の中心に設置された位置検出器42を取り外した後、駆動軸21の中心孔に治具を挿入し、駆動軸21と延長軸23間のグリッパ22を切り離す。そこで治具を引っ張り上げ、駆動軸21と内胴34を最上部まで引き上げて治具を固定する。その後ハウジング上蓋27を取り外し、外胴28、内胴34ごとハウジング26を原子炉圧力容器10外に取り出す。
Moreover, when removing the control-
ところで、上記実施の形態においてはハウジング26にダンパー41を設置したものを示したが、炉心支持板14にダンパーを設置してスクラム時の荷重を吸収することもできる。また、外胴28の内面に加工されたキー28aを螺旋状にすることにより、スクラム時の制御棒25の落下速度を調整することもできる。
By the way, although the thing which installed the
10 原子炉圧力容器
11 バンドルインバスケット
12 燃料集合体
13 炉心
14 炉心支持板
15 シュラウド
16 上部格子板
17 シュラウドヘッド
18 制御棒案内管
19 原子炉圧力容器上部鏡板
20 制御棒駆動機構
21 駆動軸
22、24 グリッパ
23 延長軸
25 制御棒
26 ハウジング
27 ハウジング上蓋
28 外胴
29、30 ベアリング
31 モータ
32 モータ側マグネットカップリング
33 外胴側マグネットカップリング
34 内胴
35 ローラナット
36 バネ
37 外胴側マグネット
38 内胴側マグネット
39 コイル
40 当て板
41 ダンパー
42 位置検出器
10
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