JP2008216012A - 原子炉内構造物の保全・補修装置 - Google Patents

原子炉内構造物の保全・補修装置 Download PDF

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Abstract

【課題】原子炉内支持物が設置されていない場合に、原子炉圧力容器の底部に設置された原子炉内構造物に対して、保全・補修工事を行うために使用する原子炉内構造物の保全・補修装置を提供する。
【解決手段】本発明による原子炉内構造物の保全・補修装置６は、原子炉内構造物４９に固定される装置本体６ａと、装置本体６ａに連結され、原子炉内構造物４９の溶接部４９ａを補修する溶接部補修機構６ｂとを備えている。これにより、装置本体６ａを原子炉内構造物４９に固定して、溶接部補修機構６ｂによって原子炉内構造物４９の溶接部２ａを補修することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、原子炉圧力容器の底部に設置された原子炉内構造物に対して、保全・補修工事を行うために使用する原子炉内構造物の保全・補修装置に関する。
一般に、軽水炉の場合、原子炉圧力容器の底部に設置された原子炉内構造物は、オーステナイト系ステンレス鋼または高ニッケル合金などの十分な耐食性と高温強度を有する材料で構成されている。しかし、このような材料からなる原子炉内構造物であっても、高温高圧環境下での長期にわたる運転および中性子照射に起因される材料劣化の問題が懸念されている。特に、原子炉内構造物の溶接部近傍は、溶接施工時に発生した熱により、材料が鋭敏化し、または引張り残留応力が生じるなどのため、潜在的に応力腐食割れの可能性がある。
この応力腐食割れを予防する保全技術の一つとして、レーザピーニングを施工することが知られており、現在までに種々の開発が行われている。レーザピーニングは材料にパルスレーザを照射して表面にプラズマを発生させ、その衝撃波の運動エネルギーを利用して材料表面の引張り残留応力を圧縮応力に変えることができる。これにより、応力腐食割れの３つの要因である、材料因子、環境因子、および応力因子のうちの一つである応力因子（溶接時の引張り残留応力）を除去して、溶接部近傍の応力腐食割れを予防することができる。
応力腐食割れの予防のために、原子炉内構造物へレーザピーニングを施工する装置として、例えば特開2002-328193（特許文献１参照）、および特開2001-255395（特許文献２参照）、特開2005-227218（特許文献３参照）などが提案されている。これらのレーザピーニングを施工する装置は、装置が鉛直方向に長く、かつ装置の質量が大きい。また、原子炉内構造物の保全・補修工事の際に、原子炉内構造物へレーザピーニングを施工するためには、レーザピーニングを施工する装置を正確に位置決めし、安定して固定させる必要がある。このため、レーザピーニングを施工する装置の下部を、原子炉圧力容器の底部に設置された制御棒駆動機構ハウジングまたは炉内計装筒などの原子炉内構造物に固定するとともに、レーザピーニングを施工する装置の上部を、原子炉圧力容器内上部に設置された上部格子板または炉心支持板などの原子炉内支持物により保持する必要があった（図１７参照）。
しかしながら、例えば原子炉内構造物取替工事中のように、上部格子板または炉心支持板などの原子炉圧力容器内上部に設けられた原子炉内支持物が設置されていない場合においては、レーザピーニングを施工する装置の上部を保持することができなくなる。このため、レーザピーニングを施工する装置を、原子炉圧力容器内に、安定して固定させることが困難となる。これにより、原子炉内支持物が設置されていない場合においては、レーザピーニングを施工する装置を用いて、原子炉内構造物の保全・補修工事を行うことができなかった。
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、原子炉内支持物が設置されていない場合においても、レーザピーニングを施工する装置を原子炉内支持物により保持することなく、原子炉圧力容器の底部に設置された原子炉内構造物に固定することにより、原子炉内構造物の保全・補修工事を行うことができる原子炉内構造物の保全・補修装置を提供することを目的とする。
また、原子炉内支持物が設置されている場合、レーザピーニングを施工する装置をスムーズに原子炉圧力容器の底部に設置された原子炉内構造物まで導いて固定することにより、原子炉内構造物の保全・補修工事を行うことができる原子炉内構造物の保全・補修装置を提供することを目的とする。
本発明は、原子炉内支持物が設置されていない場合に、原子炉圧力容器の底部に設置された原子炉内構造物に対して、保全・補修工事を行うために使用する原子炉内構造物の保全・補修装置において、原子炉内構造物に固定される装置本体と、装置本体に連結され、原子炉内構造物の溶接部を補修する溶接部補修機構と、を備え、装置本体を原子炉内構造物に固定して、溶接部補修機構によって原子炉内構造物の溶接部を補修することを特徴とする原子炉内構造物の保全・補修装置である。
本発明は、原子炉内構造物は制御棒駆動機構ハウジングからなり、装置本体は、溶接部補修機構が連結されたフレームと、フレームに連結され、制御棒駆動機構ハウジング内に装着されるガイドと、ガイド内に設けられ、装置本体を制御棒駆動機構ハウジングに固定するクランプ機構と、を有することを特徴とする原子炉内構造物の保全・補修装置である。
本発明は、原子炉内構造物は炉内計装筒からなり、装置本体は、溶接部補修機構が連結されたフレームと、フレームに連結され、炉内計装筒に装着されるガイドと、ガイド内に設けられ、装置本体を炉内計装筒に固定する把持機構と、を有することを特徴とする原子炉内構造物の保全・補修装置である。
本発明は、装置本体は、溶接部補修機構に連結され、フレームに対して上下に移動自在な昇降機構を有し、装置本体のフレーム外周面と、制御棒駆動機構ハウジング外周面とは、略同一の外径を有し、これにより溶接部補修機構は、フレーム外周面と、制御棒駆動機構ハウジング外周面とに沿って、昇降機構により、装置本体に対して連続的に上下方向に移動できることを特徴とする原子炉内構造物の保全・補修装置である。
本発明は、溶接部補修機構は、パルスレーザ光を発振するレーザ発振器と、レーザ発振器に導光管および照射ヘッドを介して連結された照射レンズ取付体と、照射レンズ取付体内に設けられ、レーザ発信器からのパルスレーザ光を原子炉内構造物の溶接部に照射して溶接部の残留応力を除去する照射レンズと、を有したことを特徴とする原子炉内構造物の保全・補修装置である。
本発明は、照射レンズ取付体に、照射レンズの位置および方向を確認する水中カメラが取り付けられたことを特徴とする原子炉内構造物の保全・補修装置である。
本発明は、照射レンズ取付体に、溶接部に対して照射レンズからパルスレーザ光を照射した場合に溶接部から発生する超音波を検知する装置が取り付けられたことを特徴とする原子炉内構造物の保全・補修装置である。
本発明は、シュラウドと、シュラウド上部に設置された上部格子板と、シュラウド下部に設置された炉心支持板とを有する原子炉内支持物が設置されている場合に、原子炉圧力容器の底部に設置された原子炉内構造物に対して、保全・補修工事を行うために使用する原子炉内構造物の保全・補修装置において、原子炉内構造物に固定される装置本体と、装置本体に連結され、原子炉内構造物の溶接部を補修する溶接部補修機構と、を備え、上部格子板と炉心支持板との間に円筒状のガイドパイプを取り付け、装置本体および溶接部補修機構を、ガイドパイプ内を上方から下方へ通過させ、装置本体を原子炉内構造物に固定して、溶接部補修機構によって原子炉内構造物の溶接部を補修することを特徴とする原子炉内構造物の保全・補修装置である。
本発明によれば、原子炉内支持物が設置されていない場合においても、原子炉内構造物の保全・補修装置の上部を原子炉内支持物により保持することなく、原子炉内構造物の保全・補修装置の装置本体を原子炉内圧力容器の底部に設置された原子炉内構造物に安定して固定させることができる。このため、原子炉内構造物の保全・補修装置の溶接部補修機構によって原子炉内構造物の溶接部を補修することができる。
また、原子炉内支持物が設置されている場合には、原子炉内構造物の保全・補修装置をスムーズに原子炉圧力容器の底部に設置された原子炉内構造物まで導いて固定させることができる。このため、原子炉内構造物の保全・補修装置の溶接部補修機構によって、原子炉内構造物の溶接部を補修することができる。
第１の実施の形態
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。ここで、図１乃至図４、図７、図８、図１３、および図１４は、本発明による原子炉内構造物の保全・補修装置の第１の実施の形態を示す図である。このうち図１は、沸騰水型軽水炉（ＢＷＲ）の原子炉圧力容器への原子炉内構造物の保全・補修装置の取付状態を示す全体構成図であり、図２は、原子炉内構造物の保全・補修装置の詳細な構造を示す構造図であり、図３および図４は、制御棒駆動機構ハウジングの上部と原子炉内構造物の保全・補修装置の下部の構造を示す断面図であり、図７および図８は、昇降機構の昇降動作を示す構造図であり、図１３および図１４は水中カメラの取付状態を示す原子炉内構造物の保全・補修装置先端部の拡大図である。
まず、図１により、本発明の第１の実施の形態による原子炉内構造物の保全・補修装置６について説明する。本実施の形態による原子炉内構造物の保全・補修装置６は、沸騰水型軽水炉（ＢＷＲ）において、原子炉内支持物４８が設置されていない場合に、原子炉圧力容器１の底部に設置された原子炉内構造物４９の溶接部４９ａ（以下、原子炉内構造物溶接部４９ａ）、例えば、制御棒駆動機構ハウジング２の溶接部２ａ（以下、制御棒駆動機構ハウジング溶接部２ａ）などに対して、レーザピーニングによる施工などの保全・補修工事を行うためのものである。
ここで、図１により、沸騰水型軽水炉（ＢＷＲ）の原子炉圧力容器１の内部構造について説明する。原子炉圧力容器１の内部には、原子炉圧力容器１の底部に溶接された制御棒駆動機構ハウジング２と、同様に原子炉圧力容器１の底部に溶接された中性子計装管３と、原子炉圧力容器１の底部に溶接された炉心支持板差圧検出配管４と、原子炉圧力容器１の底部に溶接されたシュラウドサポートリング５とが設置されている。このシュラウドサポートリング５は、シュラウド４２と、シュラウド４２上部に設置された上部格子板４４と、シュラウド４２下部に設置された炉心支持板４３とを含む原子炉内支持物４８を保持するものである（図１７参照）。通常は、シュラウドサポートリング５の上側に、上述した原子炉内支持物４８が設置されているが、本実施の形態では、原子炉内支持物４８取替工事中などのように、原子炉内支持物４８が設置されていない場合における原子炉内構造物の保全・補修装置６について説明する。
図１乃至図４に示すように、原子炉内構造物の保全・補修装置６は、制御棒駆動機構ハウジング２に固定される装置本体６ａと、装置本体６ａに連結され、制御棒駆動機構ハウジング溶接部２ａを補修する溶接部補修機構６ｂとを備えている。
このうち装置本体６ａは、図２乃至図４に示すように、装置本体６ａは、溶接部補修機構６ｂが連結された、円筒形状からなるフレーム７と、フレーム７の下端に設けられた着座台８と、着座台８に連結され、制御棒駆動機構ハウジング２内に装着されるガイド９と、ガイド９内に設けられ、装置本体６ａを制御棒駆動機構ハウジング２に固定するためのクランプ機構４６とを有している。また、装置本体６ａのフレーム７は、種々の部品を取付・収納するために、側面に切り欠きを有している。
次に、図３および図４により、ガイド９の内部に組み込まれたクランプ機構４６について説明する。クランプ機構４６は、着座台８の中央部上方に取り付けられたエアシリンダ２０と、エアシリンダ２０に接続されたロッド２１と、ロッド２１の先端に接続されたラック２２とを有している。ガイド９には、円弧の一部を直線状に切り落とした形状を有する複数個のピニオン２３が回転自在に取り付けられ、ピニオン２３の円弧状部の端部にパッド２４が取り付けられている。このうち、ラック２２は側面に歯車部２２ａを有し、ピニオン２３は円弧状部に歯車部２３ａを有している。これらのラック２２の歯車部２２ａとピニオン２３の歯車部２３ａとは係合されている。これにより、エアシリンダ２０の上下方向への動作によって、ロッド２１を介してラック２２が上下移動し、ラック２２側面の歯車部２２ａと係合される歯車部２３ａを有しているピニオン２３が回転する。
また、図２に示すように、装置本体６ａのフレーム７は、溶接部補修機構６ｂをレーザ発信器１０の中心軸に対して回転自在とさせるための回転機構１６を介して溶接部補修機構６ｂに連結されている。また、装置本体６ａのフレーム７には、溶接部補修機構６ｂと回転機構１６とを、フレーム７に対して水平方向に移動自在とさせるための伸展機構１７が連結されている。またフレーム７には、溶接部補修機構６ｂと回転機構１６と伸展機構１７とを、フレーム７に対して鉛直方向に昇降自在とさせるための昇降機構１８が取り付けられている。またフレーム７内には、フレーム７を、制御棒駆動軸ハウジング２の中心軸に対して、回転自在とさせるための旋回機構１９が設けられている。
次に、図７および図８により、昇降機構１８の内部構造について詳細に説明する。伸展機構１７の内部は、フレーム７外周面の外径に対応する内径を有し、伸展機構１７の内部にフレーム７が挿入されている。このため、伸展機構１７は、フレーム７に沿って、フレーム７に対して昇降動作を行うことができる。さらに、フレーム７外周面と、制御棒駆動機構ハウジング２外周面とは、略同一の外径を有している。
次に、図２、図１３および図１４により、水中カメラ３７の取付について説明する。照射レンズ取付体１４に、照射レンズ１４ａの位置および方向を確認するために、水中カメラ３７が取付けられている。
次に、図２により溶接部補修機構６ｂについて更に説明する。溶接部補修機構６ｂは、パルスレーザ光を発振するレーザ発振器１０と、レーザ発振器１０の出射側に設けられた出射口１１を介してレーザ発信器１０に連結された導光管１２と、導光管１２の先端に連結された照射ヘッド１３とを有している。また、照射ヘッド１３の先端に照射レンズ取付体１４が連結され、照射レンズ取付体１４内に照射レンズ１４ａが設けられている。さらに、照射レンズ取付体１４は照射ヘッド１３に対して揺動機構１５により揺動するようになっている。照射ヘッド１３内部には、レーザ発信器１０から発せられたパルスレーザ光の照射方向を、揺動機構１５による照射レンズ取付体１４の揺動に対応するためのミラー１３ａが設けられている。また、照射レンズ取付体１４内に設けられた照射レンズ１４ａは、レーザ発信器１０から発せられたパルスレーザ光を集光するための集光レンズ１４ｂからなっている。
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
まず、原子炉内構造物の保全・補修装置６を制御棒駆動機構ハウジング２へ固定させる手順について述べる。
はじめに、上方から原子炉内構造物の保全・補修装置６を原子炉圧力容器１内に降下させて原子炉内構造物の保全・補修装置６を制御棒駆動機構ハウジング２上方まで持ってくる。次に、図３に示すように、原子炉内構造物の保全・補修装置６の装置本体６ａの先端に設けられたガイド９を制御棒駆動機構ハウジング２の貫通穴に挿入させる。この場合、エアシリンダ２０を予め上方側に動作させておく。これにより、ロッド２１を介してラック２２が上方へ移動し、ラック２２の側面の歯車部２２ａと係合される歯車部２３ａを有したピニオン２３が、パッド２４をガイド９の内部に収納させる方向に回転する。このため、ピニオン２３に取り付けられたパッド２４はガイド９の内部にスムーズに収納される。これにより、ピニオン２３に取り付けられたパッド２４と制御棒駆動機構ハウジング２とは接触することなく、ガイド９が制御棒駆動機構ハウジング２の内部に案内され、装置本体６ａの着座台８が制御棒駆動機構ハウジング２の上面に着座されるまで装置本体６ａを挿入することができる。
次に、図４に示すように、原子炉内構造物の保全・補修装置６が制御棒駆動機構ハウジング２に着座された後、エアシリンダ２０を下方側に動作させる。これにより、ロッド２１を介してラック２２が下方へ移動し、ラック２２の側面の歯車部２２ａと係合される歯車部２３ａを有したピニオン２３が、パッド２４をガイド９の外部に突出させる方向に回転する。このため、ピニオン２３に取り付けられたパッド２４は、ガイド９の外部へ突出される。これにより、ピニオン２３に取り付けられたパッド２４は、制御棒駆動機構ハウジング２の内面に押し付けられる。このため、原子炉内構造物の保全・補修装置６を制御棒駆動機構ハウジング２に堅固に固定させることができる。
次に、溶接部補修機構６ｂの先端に取り付けられた照射レンズ１４ａを、制御棒駆動機構ハウジング溶接部２ａに対して、正確な位置および方位へ移動させる手順について述べる。
上述のように、装置本体６ａのフレーム７は、回転機構１６、伸展機構１７、および昇降機構１８を介して溶接部補修機構６ｂに連結され、フレーム７内に旋回機構１９が設けられ、溶接部補修機構６ｂは揺動機構１５を有している（図２）。図２において、フレーム７を中心として旋回機構１９により溶接部補修機構６ｂを回転させ、伸展機構１７により、溶接部補修機構６ｂを、フレーム７を中心として半径方向に移動させる。このことにより、溶接部補修機構６ｂの照射レンズ１４ａを、フレーム７を中心とした所定位置まで持ってくることができる。次に昇降機構１８により伸展機構１７をフレーム７に沿って上下方向へ移動させる。このことにより、溶接部補修機構６ｂの照射レンズ１４ａを、制御棒駆動機構ハウジング溶接部２ａの近傍に精度良く持ってくることができる。
ところで、制御棒駆動機構ハウジング２の上面から、制御棒駆動機構ハウジング溶接部２ａまでの距離が1300mm程度ある状態において、制御棒駆動機構ハウジング２の外周面の外径がフレーム７の外周面の外径より大きいと、伸展機構１７が制御棒駆動機構ハウジング２の上端に引っ掛って、それ以上下降できず、照射レンズ１４ａを制御棒駆動機構ハウジング溶接部２ａの近傍まで移動させることができないことも考えられる。この場合は、レーザ発信器１０に接続された導光管１２を長くする必要がある（図９参照）。このため、原子炉内構造物の保全・補修装置６による施工を行う際には、導光管１２の先端に連結された照射ヘッド１３の設置状態が不安定となり、レーザピーニングによる施工を正確に行うことができない。
これに対して本実施の形態によれば、フレーム７外周面と制御棒駆動機構ハウジング２外周面とは、略同一の外径を有していることにより、昇降機構１８によってフレーム７の下端まで下降した伸展機構１７は、制御棒駆動機構ハウジング２外周面に沿って、さらに連続的に下降することができる。このため、レーザ発信器１０に接続された導光管１２を長くすることなく、照射レンズ１４ａを、制御棒駆動機構ハウジング溶接部２ａの近傍まで確実に移動させることができる。このため、照射ヘッド１３の設置状態が安定し、レーザピーニングによる施工を正確に行うことができる。
次に、照射レンズ取付体１４に取り付けられた水中カメラ３７を用いて、照射レンズ１４ａの位置および方向を確認する。これにより、制御棒駆動機構ハウジング溶接部２ａに対して、照射レンズ１４ａを、正確な位置および方向に修正させることができる。
ところで、制御棒駆動機構ハウジング溶接部２ａは、原子炉圧力容器１の底部が円弧状に形成されていることにより、制御棒駆動機構ハウジング２の中心軸に対して非対称形状となる。これにより、レーザピーニングによる施工を確実に行うためには、原子炉内構造物の保全・補修装置６が、制御棒駆動機構ハウジング溶接部２ａに対する正確な位置および方向を把握する必要がある。通常、原子炉圧力容器１内には、シュラウド４２下部に設置された炉心支持板４３の貫通孔付近にピンが設置されている。このため、このピンを用いることにより原子炉内構造物の保全・補修装置６の正確な位置および方向を検知することができた。しかし、本実施の形態では、原子炉内支持物４８取替工事中などのように、原子炉内支持物４８が設置されていない状態でのレーザピーニングによる施工を行う場合を想定している。このため、正確な位置および方向を検知するための、炉心支持体４３の貫通孔付近に設置されたピンのような構造物がないことが考えられる。
一方、制御棒駆動機構ハウジング２は原子炉圧力容器１の底部に規則的に設置されているため、制御棒駆動機構ハウジング２同士の相対的な位置および方向は明らかである。そこで、本実施の形態においては、水中カメラ３７を用いて、原子炉内構造物の保全・補修装置６の制御棒駆動機構ハウジング溶接部２ａに対する正確な位置および方向を求める。
すなわち、まず、水中カメラ３７が撮影する映像をモニター画面に表示しておき、このモニター画面に隣接した制御棒駆動機構ハウジング２を表示させる。このとき、レーザピーニングによる施工の対象としている制御棒駆動機構ハウジング２の中心と、モニター画面の中心とが一致するように、原子炉内構造物の保全・補修装置６を回転駆動させる。または、制御棒駆動機構ハウジング２の側端面が、モニター画面に予めマークしておいた位置に一致するように、原子炉内構造物の保全・補修装置６を回転駆動させる。これにより、モニター画面を用いて原子炉内構造物の保全・補修装置６の位置および方向を検知することが可能となる。このため、制御棒駆動機構ハウジング溶接部２ａに対して、照射レンズ１４ａを、正確な位置および方向に修正させることができる。
次に、原子炉内構造物の保全・補修装置６の溶接部補修機構６ｂを用いて、制御棒駆動機構ハウジング溶接部２ａに対して行うレーザピーニングによる施工を行う。
まず、レーザ発信器１０からパルスレーザ光が発せられる。このパルスレーザ光は、レーザ発信器１０に連結された導光管１２を介して照射ヘッド１３へ導かれ、照射ヘッド１３内部に設けられたミラー１３ａで反射して照射レンズ取付体１４へ導かれる。そして、照射レンズ取付体１４の内部に設けられた集光レンズ１４ｂによって集光されて、制御棒駆動機構ハウジング溶接部２ａへ照射される。このため、パルスレーザ光を照射された制御棒駆動機構ハウジング溶接部２ａは残留応力が除去される。これにより、制御棒駆動機構ハウジング溶接部２ａにおける応力腐食割れを予防することができる。
さらに、図１４に示すように、レーザピーニングによる施工後は、照射レンズ取付体１４に取り付けられた水中カメラ３７を用いて、制御棒駆動機構ハウジング溶接部２ａに対して目視確認を行う。これにより、原子炉内構造物の保全・補修装置６に取り付けられた水中カメラ３７とは別に、改めて水中カメラ３７を制御棒駆動機構ハウジング溶接部２ａ近傍に吊り下ろすことなく、制御棒駆動機構ハウジング溶接部２ａに対して、目視確認を行うことができる。
以上説明したように、本実施の形態によれば、原子炉内支持物４８が設置されていない場合においても、原子炉内構造物の保全・補修装置６の装置本体６ａを、原子炉内圧力容器１の底部に設置された制御棒駆動機構ハウジング２に安定して固定させることができる。また、原子炉内構造物溶接部４９ａに対して、照射レンズ１４ａを正確な位置および方向に移動させることができるため、レーザピーニングによる施工を正確に行うことができる。これにより、原子炉内構造物溶接部４９ａの応力腐食割れを効果的に予防することができる。
第２の実施の形態
次に、図５および図６により、本発明による原子炉内構造物の保全・補修装置の第２の実施の形態について説明する。ここで、図５および図６は、制御棒駆動機構ハウジングの上部と原子炉内構造物の保全・補修装置の下部の構造を示す断面図である。
図５および図６に示す第２の実施の形態は、クランプ機構４６の構造が第１の実施の形態とは異なって構成されたものであり、他の構成は、図１、図２、図７、図８、図１３、および図１４に示す第１の実施の形態と略同一である。
本実施の形態において、図１、図２、図７、図８、図１３、および図１４に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。図５および図６に示すように、クランプ機構５０は、着座台８の中央部上方に取り付けられたエアシリンダ２０と、エアシリンダ２０に接続されたロッド２１と、ロッド２１の先端に接続された複数のパンタグラフ機構２５とを有している。パンタグラフ機構２５の先端にはパッド２６が取り付けられている。これにより、エアシリンダ２０の上下方向への動作によって、ロッド２１を介してパンタグラフ機構２５が水平方向に伸縮する。
図５において、原子炉内構造物の保全・補修装置６を制御棒駆動機構ハウジング２に固定させるため、まず、原子炉内構造物の保全・補修装置６の装置本体６ａの先端に設けられたガイド９を制御棒駆動機構ハウジング２の貫通穴に挿入させる。この場合、エアシリンダ２０を予め下方側に動作させておく。これにより、ロッド２１を介してパンタグラフ機構２５は水平方向に縮み、パンタグラフ機構の先端に取り付けられたパッド２６は、ガイド９の内部にスムーズに収納される。これにより、パッド２６と制御棒駆動機構ハウジング２とは接触することなく、ガイド９が制御棒駆動機構ハウジング２の内部に案内され、装置本体６ａの着座台８が制御棒駆動機構ハウジング２の上面に着座されるまで装置本体６ａを挿入することができる。
次に、図６に示すように、原子炉内構造物の保全・補修装置６が制御棒駆動機構ハウジング２に着座された後、エアシリンダ２０を上方側に動作させる。これにより、ロッド２１を介してパンタグラフ機構２５は水平方向に伸び、パンタグラフ機構２５に取り付けられたパッド２６は、ガイド９の外部へ突出される。これにより、パンタグラフ機構２５に取り付けられたパッド２６は、制御棒駆動機構ハウジング２の内面に押し付けられる。このため、原子炉内構造物の保全・補修装置６を、御棒駆動機構ハウジング２に堅固に固定させることができる。
第３の実施の形態
次に、図１０および図１１により、本発明による原子炉内構造物の保全・補修装置の第３の実施の形態について説明する。ここで、図１０は、加圧水型軽水炉（ＰＷＲ）の原子炉圧力容器への原子炉内構造物の保全・補修装置取付状態を示す全体構成図であり、図１１は、炉内計装筒の上部と原子炉内構造物の保全・補修装置の下部の構造を示す断面図である。
図１０に示す第３の実施の形態は、加圧水型軽水炉（ＰＷＲ）において、原子炉内支持物４８が設置されていない場合に、原子炉圧力容器１の底部に設置された原子炉内構造物４９の原子炉内構造物溶接部４９ａ、例えば、炉内計装筒２８の溶接部２８ａ（以下、炉内計装筒溶接部２８ａ）などに対して、レーザピーニングによる施工などの保全・補修工事を行うためのものであり、他の構成は、図２、図７、図８、図１３、および図１４に示す第１の実施の形態と略同一である。
本実施の形態において、図２、図７、図８、図１３、および図１４に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。図１０に示すように、原子炉圧力容器２７の内部には、原子炉圧力容器２７の底部に溶接された炉内計装筒２８と、原子炉圧力容器２７内の側面に溶接された炉心支持金物２９とが設置されている。このうち炉心支持金物２９は、シュラウド４２と、シュラウド４２上部に設置された上部格子板４４と、シュラウド４２下部に設置された炉心支持板４３とを含む原子炉内支持物４８を保持するものである。通常は、炉心支持金物２９の上側に、上述した原子炉内支持物４８が設置されているが、本実施の形態では、原子炉内支持物４８取替工事中などのように、原子炉内支持物４８が設置されていない場合における原子炉内構造物の保全・補修装置６について説明する。
図１０に示すように、原子炉内構造物の保全・補修装置６は、炉内計装筒２８に固定される装置本体６ａと、装置本体６ａに連結され、炉内計装筒溶接部２８ａを補修する溶接部補修機構６ｂとを備えている。なお、炉内計装筒２８の外径は、制御棒駆動機構ハウジング２の外径に比べて小さい。このことにより、第１の実施の形態におけるクランプ機構４６、または第２の実施の形態におけるクランプ機構５０を用いることが困難である。このため、本実施の形態による、炉内計装筒２８への固定は、後述する把持機構４７を用いる。
装置本体６ａは、図１１に示すように、溶接部補修機構６ｂが連結された、円筒形状からなるフレーム７と、フレーム７の下端に連結され、炉内計装筒２８に装着されるガイド３３と、ガイド３３内に設けられ、装置本体６ａを炉内計装筒２８に固定するための把持機構４７とを有している。
次に、図１１により、ガイド３３の内部に組み込まれた把持機構４７について説明する。把持機構４７は、ガイド３３内部の中央部上方に取り付けられたエアシリンダ２０と、エアシリンダ２０に接続されたロッド３０とを有している。またガイド３３には、ロッド３０の先端とピンにより結合されたテコ３１が、ピン３２を中心に回転自在に取り付けられている。また、テコ３１の先端にパッド３４が取り付けられている。これにより、エアシリンダ２０の左右方向への動作によって、ロッド３０を介してテコ３１がピン３２を中心に回転する。
図１１において、原子炉内構造物の保全・補修装置６を炉内計装筒２８に固定させるため、まず、原子炉内構造物の保全・補修装置６の装置本体６ａの先端に設けられたガイド３３に、炉内計装筒２８を挿入させる。この場合、エアシリンダ２０を予め右方側に動作させておく。これにより、ロッド３０を介してテコ３１が、パッド３４をガイド３３の内部に収納させる方向に回転する。このため、テコ３１の先端に取り付けられたパッド３４はガイド３３の内部にスムーズに収納される。これにより、テコ３１に取り付けられたパッド３４と炉内計装筒２８とは接触することなく、ガイド３３に炉内計装筒２８が案内され、装置本体６ａのガイド３３が炉内計装筒２８の上面に着座されるまで炉内計装筒２８を挿入することができる。
次に、原子炉内構造物の保全・補修装置６が炉内計装筒２８に着座された後、エアシリンダ２０を左方側に動作させる。これにより、ロッド３０を介してテコ３１が、パッド３４をガイド３３の外部に突出させる方向に回転する。このため、テコ３１の先端に取り付けられたパッド３４は、炉内計装筒２８の外面に押し付けられる。これにより、炉内計装筒２８が、パッド３４とガイド３３とに挟みつけられ、原子炉内構造物の保全・補修装置６を炉内計装筒２８に堅固に固定させることができる。
第４の実施の形態
次に、図１２により、本発明による原子炉内構造物の保全・補修装置の第４の実施の形態について説明する。ここで、図１２は、炉内計装筒の上部と原子炉内構造物の保全・補修装置の下部の構造を示す断面図である。
図１２に示す第４の実施の形態は、把持機構４７の構造が第３の実施の形態とは異なるものであり、他の構成は、図１０に示す第３の実施の形態と略同一である。
本実施の形態において、図１０に示す第３の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。図１２に示すように、把持機構４７は、ガイド３６内部の下方であって、側方に取り付けられたエアシリンダ２０と、エアシリンダ２０に接続されたロッド２１と、ロッド２１の先端に取り付けられたパッド３５とを有している。これにより、エアシリンダ２０の左右方向への動作によって、ロッド２１が左右方向へ移動する。
図１２において、原子炉内構造物の保全・補修装置６を炉内計装筒２８に固定させるため、まず、原子炉内構造物の保全・補修装置６の装置本体６ａの先端に設けられたガイド３６に炉内計装筒２８を挿入させる。この場合、エアシリンダ２０を予め右方側に動作させておく。これにより、ロッド２１の先端に取り付けられたパッド３５は、ガイド３６の内部にスムーズに収納される。このため、パッド３５と炉内計装筒２８とは接触することなく、ガイド３６の内部に炉内計装筒２８が案内され、装置本体６ａのガイド３６が炉内計装筒２８の上面に着座されるまで炉内計装筒２８を挿入することができる。
次に、原子炉内構造粒の保全・補修装置６が炉内計装筒２８に着座された後、エアシリンダ２０を左方側に動作させる。これにより、ロッド２１の先端に取り付けられたパッド３５は、炉内計装筒２８の外面に押し付けられる。これにより、炉内計装筒２８が、パッド３５とガイド３６とに挟みつけられることにより、原子炉内構造物の保全・補修装置６を炉内計装筒２８に堅固に固定させることができる。
第５の実施の形態
次に、図１５により、本発明による原子炉内構造物の保全・補修装置の第５の実施の形態について説明する。ここで、図１５は、超音波マイクロホンの取付け状態を示す照射ヘッドの拡大図である。
図１５に示す第５の実施の形態は、照射レンズ取付体１４に超音波マイクロホン３８を取り付けたものであり、他の構成は図１乃至図４、図７、および図８に示す第１の実施の形態と略同一である。
本実施の形態において、図１乃至図４、図７、および図８に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。図１５に示すように、照射レンズ取付体１４に超音波マイクロホン３８が取り付けられる。超音波マイクロホン３８は、制御棒駆動機構ハウジング溶接部２ａに対してパルスレーザ光３９を照射した場合に、制御棒駆動機構ハウジング溶接部２ａに発生する超音波を検知するためのものである。なお、本実施の形態においては、炉内計装筒溶接部２８ａに対してパルスレーザ光３９を照射する場合であってもよい。
図１５において、制御棒駆動機構ハウジング溶接部２ａにパルスレーザ光３９を照射することにより、パルスレーザ光３９が照射された照射点４０から発生した超音波を、超音波マイクロホン３８で検知することができる。照射点４０から発生した超音波は、超音波伝播経路４１を伝播して超音波マイクロホン３８へ到達する。そこで、パルスレーザ光３９を照射レンズ１４ａから照射した後、照射点４０から発生した超音波が、超音波マイクロホン３８に到達するまでの時間を測定する。これにより、任意の温度において、水中における超音波が進む速度は明らかであるため、照射点４０から超音波マイクロホン３８までの距離を求めることができる。
一般に、レーザピーニングによる施工を確実に行うためには、照射レンズ１４ａから照射点４０までの距離を一定の範囲内に保持する必要がある。そのため、予めレーザピーニングによる施工を行う制御棒駆動機構ハウジング溶接部２ａの形状を図面寸法などから想定し、その形状に沿って照射レンズ１４ａを移動させながらパルスレーザ光３９を照射しなければならない。しかし、制御棒駆動機構ハウジング２は原子炉圧力容器１に溶接されているため、図面寸法などから想定した形状と大きく異なることがある。このため、照射レンズ１４ａから照射点４０までの距離を一定の範囲内に保持することが難しい。
これに対して本実施の形態によれば、予めレーザピーニングによる施工を行う制御棒駆動機構ハウジング溶接部２ａのうち、複数の箇所にパルスレーザ光３９を照射し、超音波マイクロホン３８を用いた上述の方法により、照射レンズ１４ａから照射点４０までの距離を測定する。これにより、想定した形状と実際の形状との差を算出して、予め想定した形状を補正し、照射レンズ１４ａを移動させる。このことにより、照射レンズ１４ａから照射点４０までの距離を一定の範囲内に保持することが可能となる。
第６の実施の形態
次に、図１６により、本発明による原子炉内構造物の保全・補修装置の第６の実施の形態について説明する。ここで、図１６は、原子炉圧力容器への原子炉内構造物の保全・補修装置取付状態を示す全体構成図である。
図１６に示す第６の実施の形態は、原子炉内支持物４８が設置されている場合に、原子炉内構造物溶接部４９ａ、例えば制御棒駆動機構ハウジング溶接部２ａなどに対して、レーザピーニングによる施工などの保全・補修工事を行うためのものであり、他の構成は、図２乃至図４、図７、図８、図１３、および図１４に示す第１の実施の形態と略同一である。
本実施の形態において、図２乃至図４、図７、図８、図１３、および図１４に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。図１６に示すように、原子炉圧力容器１内にシュラウド４２と、シュラウド４２上部に設置された上部格子板４４と、シュラウド４２下部に設置された炉心支持板４３とを有する原子炉内支持物４８が設置されている。また上部格子板４４と炉心支持板４３との間に円筒状のガイドパイプ４５が取り付けられている。ガイドパイプ４５は、上部格子板４４および炉心支持板４３に設けられた貫通孔を通過することのできる大きさの外径と、原子炉内構造物の保全・補修装置６が通過することのできる大きさの内径とを有している。さらに、ガイドパイプ４５は、上部格子板４４の上方から、炉心支持板４３を介して、制御棒駆動機構ハウジング２に固定したときの原子炉内構造物の保全・補修装置６の上方までの長さを有している。なお、本実施の形態において、炉内計装筒２８に対して原子炉内構造物の保全・補修装置６を固定させる場合であってもよい。
上述した第１乃至第５の実施の形態においては、原子炉内支持物４８が設置されていない状態について説明した。これに対して本実施の形態においては、原子炉圧力容器１内に原子炉内支持物４８が設置されている状態であっても、原子炉内構造物の保全・補修装置６が、上部格子板４４および炉心支持板４３に設けられた貫通孔を通過させることのできる大きさである場合、これらの原子炉内支持物４８を通過させ、制御棒駆動機構ハウジング２に固定させることが可能となる。他方、原子炉内構造物の保全・補修装置６にはさまざまな部品が取付けられているために凹凸形状を有していることから、上部格子板４４および炉心支持板４３に設けられた貫通穴を通過させる際に、原子炉内構造物の保全・補修装置６が、上部格子板４４および炉心支持板４３などの原子炉内支持物４８に接触することが考えられ、この場合は原子炉内構造物の保全・補修装置６を破損させる可能性が高くなる。
本実施の形態によれば、原子炉内構造物の保全・補修装置６を、原子炉内支持物４８を通過させて取り付け、および取り外しをする際に、上部格子板４４および炉心支持板４３にガイドパイプ４５を取り付けておく。このことにより、原子炉内構造物の保全・補修装置６を、ガイドパイプ４５内を上方から下方へ通過させ、これにより、原子炉内構造物の保全・補修装置６が、上部格子板４４および炉心支持板４３と接触して、原子炉内構造物の保全・補修装置６を破損させることを防ぐことができる。
ところで図１６において、予めガイドパイプ４５を制御棒駆動機構ハウジング溶接部２ａの複数の施工対象箇所に取り付けておいてもよい。これにより、ある一箇所のレーザピーニングによる施工が終了した後、次のレーザピーニングによる施工対象箇所へ、原子炉内構造物の保全・補修装置６をすぐに移動させて、原子炉内構造物の保全・補修装置６を原子炉内構造物４９へ固定させることができる。このため、原子炉内構造物の保全・補修装置６を原子炉内支持物４８に固定させるのにかかる時間を短縮することができる。
本発明の第１の実施の形態における沸騰水型軽水炉（ＢＷＲ）の原子炉圧力容器への原子炉内構造物の保全・補修装置取付状態を示す全体構成図 本発明の第１の実施の形態における原子炉内構造物の保全・補修装置の詳細な構造を示す構造図 本発明の第１の実施の形態における制御棒駆動機構ハウジングの上部と原子炉内構造物の保全・補修装置の下部の構造を示す断面図 本発明の第１の実施の形態における制御棒駆動機構ハウジングの上部と原子炉内構造物の保全・補修装置の下部の構造を示す断面図 本発明の第２の実施の形態における制御棒駆動機構ハウジングの上部と原子炉内構造物の保全・補修装置の下部の構造を示す断面図 本発明の第２の実施の形態における制御棒駆動機構ハウジングの上部と原子炉内構造物の保全・補修装置の下部の構造を示す断面図 本発明の第１の実施の形態における昇降機構の昇降動作を示す構造図 本発明の第１の実施の形態における昇降機構の昇降動作を示す構造図 本発明の第１の実施の形態における昇降機構の昇降動作を示す構造図 本発明の第３の実施の形態における加圧水型軽水炉（ＰＷＲ）の原子炉圧力容器への原子炉内構造物の保全・補修装置取付状態を示す全体構成図 本発明の第３の実施の形態における炉内計装筒の上部と原子炉内構造物の保全・補修装置の下部の構造を示す断面図 本発明の第４の実施の形態における炉内計装筒の上部と原子炉内構造物の保全・補修装置の下部の構造を示す断面図 本発明の第１の実施の形態における水中カメラの取付状態を示す原子炉内構造物の保全・補修装置先端部拡大図 本発明の第１の実施の形態における水中カメラの取付状態を示す原子炉内構造物の保全・補修装置先端部拡大図 本発明の第５の実施の形態における超音波マイクロホンの取付状態を示す照射ヘッドの拡大図 本発明の第６の実施の形態における原子炉圧力容器への原子炉内構造物の保全・補修装置取付状態を示す全体構成図 従来の原子炉内構造物の保全・補修装置の原子炉圧力容器への装置取付状態を示す全体構成図
符号の説明
１ 原子炉圧力容器
２ 制御棒駆動機構ハウジング
２ａ 制御棒駆動機構ハウジング溶接部
３ 中性子計装管
４ 炉心支持板差圧検出配管
５ シュラウドサポートリング
６ 原子炉内構造物の保全・補修装置
６ａ 装置本体
６ｂ 溶接部補修機構
７ フレーム
８ 着座台
９ ガイド
１０ レーザ発振器
１１ 出射口
１２ 導光管
１３ 照射ヘッド
１３ａ ミラー
１４ 照射レンズ取付体
１４ａ 照射レンズ
１４ｂ 集光レンズ
１５ 揺動機構
１６ 回転機構
１７ 伸展機構
１８ 昇降機構
１９ 旋回機構
２０ エアシリンダ
２１ ロッド
２２ ラック
２２ａ 歯車部
２３ ピニオン
２３ａ 歯車部
２４ パッド
２５ パンタグラフ機構
２６ パッド
２７ 原子炉圧力容器
２８ 炉内計装筒
２８ａ 炉内計装筒溶接部
２９ 炉心支持金物
３０ ロッド
３１ テコ
３２ ピン
３３ ガイド
３４ パッド
３５ パッド
３６ ガイド
３７ 水中カメラ
３８ 超音波マイクロホン
３９ パルスレーザ光
４０ 照射点
４１ 超音波伝播経路
４２ シュラウド
４３ 炉心支持板
４４ 上部格子板
４５ ガイドパイプ
４６ クランプ機構
４７ 把持機構
４８ 原子炉内支持物
４９ 原子炉内構造物
４９ａ 原子炉内構造物溶接部
５０ クランプ機構

Claims (8)

  1. 原子炉内支持物が設置されていない場合に、原子炉圧力容器の底部に設置された原子炉内構造物に対して、保全・補修工事を行うために使用する原子炉内構造物の保全・補修装置において、
    原子炉内構造物に固定される装置本体と、
    装置本体に連結され、原子炉内構造物の溶接部を補修する溶接部補修機構と、を備え、
    装置本体を原子炉内構造物に固定して、溶接部補修機構によって原子炉内構造物の溶接部を補修することを特徴とする原子炉内構造物の保全・補修装置。
  2. 原子炉内構造物は制御棒駆動機構ハウジングからなり、
    装置本体は、溶接部補修機構が連結されたフレームと、フレームに連結され、制御棒駆動機構ハウジング内に装着されるガイドと、ガイド内に設けられ、装置本体を制御棒駆動機構ハウジングに固定するクランプ機構と、を有することを特徴とする請求項１に記載の原子炉内構造物の保全・補修装置。
  3. 原子炉内構造物は炉内計装筒からなり、
    装置本体は、溶接部補修機構が連結されたフレームと、フレームに連結され、炉内計装筒に装着されるガイドと、ガイド内に設けられ、装置本体を炉内計装筒に固定する把持機構と、を有することを特徴とする請求項１に記載の原子炉内構造物の保全・補修装置。
  4. 装置本体は、溶接部補修機構に連結され、フレームに対して上下に移動自在な昇降機構を有し、
    装置本体のフレーム外周面と、制御棒駆動機構ハウジング外周面とは、略同一の外径を有し、これにより溶接部補修機構は、フレーム外周面と、制御棒駆動機構ハウジング外周面とに沿って、昇降機構により、装置本体に対して連続的に上下方向に移動できることを特徴とする請求項２に記載の原子炉内構造物の保全・補修装置。
  5. 溶接部補修機構は、パルスレーザ光を発振するレーザ発振器と、レーザ発振器に導光管および照射ヘッドを介して連結された照射レンズ取付体と、照射レンズ取付体内に設けられ、レーザ発信器からのパルスレーザ光を原子炉内構造物の溶接部に照射して溶接部の残留応力を除去する照射レンズと、を有したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の原子炉内構造物の保全・補修装置。
  6. 照射レンズ取付体に、照射レンズの位置および方向を確認する水中カメラが取り付けられたことを特徴とする請求項５に記載の原子炉内構造物の保全・補修装置。
  7. 照射レンズ取付体に、溶接部に対して照射レンズからパルスレーザ光を照射した場合に溶接部から発生する超音波を検知する装置が取り付けられたことを特徴とする請求項５に記載の原子炉内構造物の保全・補修装置。
  8. シュラウドと、シュラウド上部に設置された上部格子板と、シュラウド下部に設置された炉心支持板とを有する原子炉内支持物が設置されている場合に、原子炉圧力容器の底部に設置された原子炉内構造物に対して、保全・補修工事を行うために使用する原子炉内構造物の保全・補修装置において、
    原子炉内構造物に固定される装置本体と、
    装置本体に連結され、原子炉内構造物の溶接部を補修する溶接部補修機構と、を備え、
    上部格子板と炉心支持板との間に円筒状のガイドパイプを取り付け、
    装置本体および溶接部補修機構を、ガイドパイプ内を上方から下方へ通過させ、装置本体を原子炉内構造物に固定して、溶接部補修機構によって原子炉内構造物の溶接部を補修することを特徴とする原子炉内構造物の保全・補修装置。
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