JP2011043400A

JP2011043400A - 台車又は燃料取替機の免震構造およびその運転方法

Info

Publication number: JP2011043400A
Application number: JP2009191568A
Authority: JP
Inventors: Shinji Nagano; 真士長野; Kunihiko Iwama; 国彦岩間; Masayoshi Sonobe; 正義園部; Yutaka Yonetani; 豊米谷
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2009-08-21
Filing date: 2009-08-21
Publication date: 2011-03-03
Anticipated expiration: 2029-08-21
Also published as: JP5055330B2

Abstract

【課題】従来の燃料取替機の耐震性に関しては燃料取替機が持つ転倒防止金具やレールには地震により破損しない強度を持たせることにより脱線を防止する方法が一般的である。地震動見直しによる設計震度の増加に対しては、部材の強度を確保する、数量を増やし荷重を分散させること、などの対処が要求される。しかし、部品同士の物理的な干渉や燃料取替機の機能的な制約から寸法や数量を変更できない場合や、既に入手し得る最大の機械的強度を有す材料を使用している場合においては、これ以上の耐震性を向上させることは困難となる。
【解決手段】燃料取替機は、地震予知情報を受信し、受信したことを燃料取替機制御装置に信号送信する地震予知情報受信装置を有すことを必要とする。そして対象の原子力プラントの地震動で各周波数に対応する振動成分と照らし合わせ、最も地震動の影響の少ない固有周期を確認し、その横行台車位置を確定させる。
【選択図】図５

Description

本発明は、走行軌道及び横行軌道上を移動する揚重設備や台車の運転方法の改良に係わり、特に原子力発電所のオペレーティングフロアに設置される燃料取替機及びその運転方法に関するものである。

図１を用いて従来の燃料取替機の説明を行う。図１は本発明に係わる燃料取替機の全体構成を示す図である。

原子力発電所に設置される原子炉では、原子炉起動前及び原子炉の停止中に行われる定期検査時に燃料取替機１を用いて原子炉圧力容器２内の燃料集合体の装荷又は取替え作業を行っている。この作業は、使用済み燃料集合体を原子炉圧力容器２の外部に取り出し、燃料貯蔵プール３側に移動する作業や、新しい燃料集合体を原子炉圧力容器２内に装荷する作業であり、この作業と合わせて炉心内において燃焼度のばらつきがある燃料集合体の配置換えを行うようにしている。

燃料取替機１は、燃料貯蔵プール３，原子炉ウエルプール４，原子炉圧力容器２上を跨ぐように設置され、オペレーティングフロア５上に敷設された走行レール６上を自在に走行可能な走行台車７と走行台車７上に設置された横行レール８上を自在に横行可能な横行台車９を有し、原子炉ウエルプール４下方に位置する原子炉圧力容器の炉心部に配置された燃料集合体をその横行台車９から懸垂支持した燃料つかみ装置１０の下部先端のつかみ機構１１でつかみ、燃料つかみ装置１０を引き上げた状態で、走行，横行し、他の配置位置や燃料貯蔵プール３の貯蔵ラック内へ燃料集合体を移送し、そのつかみ機構１１から離すように動作する。これらの一連の動作は、燃料取替機１の機上または遠隔制御室内に設置された燃料取替機制御装置により制御されている。

燃料取替機１には、地震が発生したときに走行台車７や横行台車９がレールから脱線することや転倒することを防止するため、図１，図２に示すように走行レール６または横行レール８を囲むように転倒防止金具２１が走行台車７や横行台車９から取り付けられている。この転倒防止金具２１は走行台車７や横行台車９の横滑りや浮き上がりが発生したときに転倒防止金具２１のレールと相対する面をレールと接触させ、そのときに発生する荷重に耐えうる強度をレール及び転倒防止金具２１が有すことにより走行台車７や横行台車９に脱線または転倒を起こさせない構造となっている。また、同様の走行台車と横行台車からなる台車構造を有す揚重機においては地震に対して、図３に示すようなレールなどの軌道に沿って干渉物２２を設ける構造や、図４に示すような走行台車７や横行台車９に脱線防止金具２３を設ける構造のものがある。これらは地震動を受けた揚重機の横滑りに対しては、走行台車７や横行台車９と干渉物２２との接触や、走行レール６や横行レール８と脱線防止金具２３との接触で脱線を防止し、揚重機の浮き上がりに対しては干渉物２２や脱線防止金具２３の高さを揚重機の浮き上がり量以上に設定することで脱線を防止する。

なお、燃料取替機の地震に対する関連技術として特開平９−１７８８８４号公報に記載の、燃料取替機に設けた地震感知装置の信号で台車の制動を解除または作動させ、地震力による燃料取替機の駆動機能及び安全性を阻害することのない構造や運転方法がある。また、特開平１０−１５３６８号公報に記載の燃料取替機の地震時の地震入力を低減するために燃料取替機上に制震装置を設け、燃料取替機と地震動との共振を回避する方法がある。特開２００２−８２１９３号公報では、燃料取替機の駆動装置をリニアモータとし、地震波の検出装置により地震を検出した時にリニアモータの移動側コイルと固定側コイル間に定常的な吸引力を発生させ、走行台車及び横行台車を固定することによって、地震の振動によって動かされたり転倒したりする危険を防止する方法がある。

特開平９−１７８８８４号公報特開平１０−１５３６８号公報特開２００２−８２１９３号公報

前記従来の燃料取替機の耐震性に関しては燃料取替機が持つ転倒防止金具やレールには地震により破損しない強度を持たせることにより脱線を防止する方法が一般的である。また、燃料取替機本体の部材に対しても、同様に地震に対して破損しない部材で構成される必要がある。原子力プラントの地震動見直しによる設計震度の増加に対しては、燃料取替機は転倒防止金具やレール及び燃料取替機本体の部材の強度を確保するために、これらの寸法を大きくし発生応力を減少させることやこれらの数量を増やし荷重を分散させること、もしくはこれらの部品に使用する材料を機械的強度が高いものに変更することなどの対処が要求される。しかし、部品同士の物理的な干渉や燃料取替機の機能的な制約から寸法や数量を変更できない場合や、既に入手し得る最大の機械的強度を有す材料を使用している場合においては、これ以上の耐震性を向上させることは困難となる。

既設の燃料取替機に対して耐震性の向上として上記の変更改造を実施する場合には、燃料取替機は原子力プラントに設置されている状態で上記変更部材の取付及び加工作業が必要となるため、煩雑且つ多量の作業は控える必要があり、作業量の低減も課題の一つである。

また、燃料取替機が設置されている床レベルの地震動が燃料取替機への入力地震動となるが、この地震動は各原子力プラントによって異なる。ここで、燃料取替機は原子炉建物の形状や機能の変更が少ないことから、構造変更による未知の故障原因の作り込みを回避するため大幅な形状変更はしていない。このため燃料取替機に共振する振動成分が大きいような地震動をもつ原子力プラントに燃料取替機を設定する可能性があり、この地震動の低減を考慮する必要がある。

さらに、従来技術の燃料取替機の地震に対する対処方法は燃料取替機に取り付けている地震感知装置などにより発生した地震を検知することで有効機能を開始するものであるが、地震の予知情報をもとに有効機能を開始させ、予め地震に対する安全性を確保するものではない。

上記課題は次のようにして達成することができる。

燃料取替機は、地震予知情報を受信し、受信したことを燃料取替機制御装置に信号送信する地震予知情報受信装置を有すことを必要とする。

燃料取替機は、横行台車の横行レール上の位置により燃料取替機全体の固有周期が変化することが判明している。これは横行台車を横行レールの中央から端部へ移動させていくと、ほぼ滑らかに固有周期が変化していくものである。そこで、事前に燃料取替機の構造物フレームの強度検討を数値解析によって実施する際に、固有周期の変動範囲を確認しておく。そして対象の原子力プラントの地震動で各周波数に対応する振動成分と照らし合わせ、最も地震動の影響の少ない固有周期を確認し、その横行台車位置を確定させる。

以上をもとに実際に運用する方法として、燃料取替機の地震予知情報受信装置が地震予知情報を受信すると、その装置が燃料取替機制御装置に信号を発信し、燃料取替機制御装置がそれを受信することによりそれまでの燃料取替機の運転の中止指令及び横行台車を上記の最も地震動の影響の少ない位置に移動させる指令を発信させる。これにより、地震の本振動が到達する前に燃料取替機を地震に対して影響の低い状態に移動する。

本発明によれば、燃料取替機のように走行台車と横行台車から構成される台車構造に対して、地震動が到達する前に地震の影響の少ない台車位置にすることにより台車に入力される地震動を低減することができ、構造物にかかる地震時の荷重減少させることができるため耐震性に優れた台車を提供することができる。

燃料取替機の全体図。従来技術の転倒防止金具の構成図。従来技術の脱線防止手法の構成図。従来技術の脱線防止手法の構成図。本発明の実施形態１の燃料取替機の構成図。本発明の実施形態１の横行台車位置概要図。本発明の実施形態１の横行台車位置概要図。本発明の実施形態２の燃料取替機の構成図。本発明の実施形態３の燃料取替機の構成図。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を示す。

本発明の実施形態１として構成及び機能を図５を使用して以下に説明する。

本発明の燃料取替機は、地震を予知し警報などを生成するシステムから発せられる警報、例えば気象庁が発令する緊急地震速報を利用し、その信号を受信する受信端末３１が燃料取替機制御装置３２に接続されており、燃料取替機制御装置３２は燃料取替機の走行台車３３の走行駆動や横行台車３４の横行駆動及び燃料つかみ機３５の昇降駆動を制御するためそれらの駆動部に接続されている。

受信端末３１が発令された緊急地震速報を受信すると受信したことを燃料取替機制御装置３２に送信し、燃料取替機制御装置３２は速報発令後に到達する地震動に対して燃料取替機の構造物に影響の少ない横行台車位置３６に現在の任意の横行台車位置３７から横行台車３４を移動させるように駆動指令を出す。ここで、燃料取替機が自動運転をしている場合には、その自動運転を終了させ、燃料を取扱っている場合には燃料取替機制御装置内に予め設定した地震時の移動経路に沿って燃料つかみ機の昇降駆動と走行台車の走行駆動を実施するよう駆動指令を出し、それぞれの指定座標へ移動させ、横行台車の移動に伴う原子炉建屋壁面などとの干渉を回避するように横行台車を移動させる。指令は人が行ってもよいし、自動で行ってもよい。

ここで、地震に対して燃料取替機の構造物に影響の少ない横行台車の位置とは、以下のものが上げられる
（１）予め燃料取替機の構造物フレームの強度検討を数値解析によって実施する際に、固有周期の変動範囲を確認しておき、対象の原子力プラントの地震動で各周期に対応する振動成分と照らし合わせ、最も地震動の影響の少ない固有周期に対応する横行台車位置。
（２）図６に示すように燃料取替機に地震動が入力された際に走行台車のガーダ３８が振動し、横行台車３４はその振動振幅の影響を受けるが、そのガーダ３８の中央部のほうが振動振幅が大きくなるため振動振幅が最も小さいガーダ３８の固定部であるサドル３９の真上。
（３）図７に示すように横行台車３４の脱線のみを防止することを目的として、通常運転時には移動範囲ではなく作業の障害とならない横行方向の一部、例えば最端部とし、そこに強固な脱線防止用の干渉物４０などを走行台車上に設置して地震時の退避位置とする。

実施形態１は、燃料取替機に既設品に対して耐震補強を実施する際に、基本的には受信端末の設置及び燃料取替機制御装置の制御ソフト改造のみであるため改造作業は容易である。従って、導入するに際し、時間も短く、安価なコストで可能である。

本発明の変形例として実施形態２を以下に示す。実施形態２の構成及び機能を図８を使用し以下説明する。

実施形態２の燃料取替機は実施形態１と同様に、緊急地震速報を利用し、その信号を受信する受信端末３１が燃料取替機制御装置３２に接続されており、燃料取替機制御装置３２は燃料取替機の走行台車３３の走行駆動や横行台車３４の横行駆動及び燃料つかみ機３５の昇降駆動を制御するためそれらの駆動部に接続されている。さらに燃料取替機は、走行台車上に横行台車とは異なる付加的な移動台車５０を有し、燃料取替機制御装置は移動台車５０の駆動部にも接続されている。実施形態２は、横行台車が最も地震動の影響の少ない固有周期に対応する横行台車位置に移動させる手法を用いる際に、横行台車の移動だけでは所望の固有周期の変化が得られない場合に付加的に移動台車を移動させ、固有周期の変化量を増加させる。また、横行台車を移動をさせずに固有周期を変化させる場合にも用いることができる。本構成により、より大きな振動に対しても対応可能となる。

本発明の変形例として実施形態３を以下に示す。実施形態３の構成及び機能を図９を使用し以下説明する。

実施形態３の燃料取替機は実施形態１と同様に、緊急地震速報を利用し、その信号を受信する受信端末３１が燃料取替機制御装置３２に接続されており、燃料取替機制御装置３２は燃料取替機の走行台車３３の走行駆動や横行台車３４の横行駆動及び燃料つかみ機３５の昇降駆動を制御するためそれらの駆動部に接続されている。さらに燃料取替機は、通常時はオペレーティングフロア６０上に荷重を預けており、走行台車３３と一緒に移動する移動台車６１、及びその移動台車６１を地震時に走行台車３３に引き上げる引き上げ駆動装置６２を有し、燃料取替機制御装置は引き上げ駆動装置６２にも接続されている。図９（Ａ）は通常時の移動台車の状態であり、図９（Ｂ）は地震時の移動台車の状態である。実施形態３は、固有周期の変動幅が小さく、また最も効果の現れる固有周期にすることは難しいが、移動台車６１をわずかにオペレーティングフロア６０から浮き上がらせることで燃料取替機に荷重が移動し、固有周期が変化することから、実施形態１よりも迅速に地震への対処が可能である。このため、地震予知情報から、実際の地震が到達するまでの時間が短い場合には有効な手段である

１燃料取替機
２原子炉圧力容器
３燃料貯蔵プール
４原子炉ウエルプール
５，６０オペレーティングフロア
６走行レール
７，３３走行台車
８横行レール
９，３４横行台車
１０燃料つかみ装置
１１つかみ機構
２１転倒防止金具
２２，４０干渉物
２３脱線防止金具
３１受信端末
３２燃料取替機制御装置
３５燃料つかみ機
３６構造物に影響の少ない横行台車位置
３７現在の任意の横行台車位置
３８ガーダ
３９サドル
５０，６１移動台車
６２引き上げ駆動装置

Claims

走行用軌道上を移動する走行台車と、前記走行台車上に取り付けられた横行用軌道上を移動する横行台車と前記走行台車及び横行台車の位置を制御する制御装置と、前記走行台車及び横行台車に取り付けられた脱線防止手段により、地震時に前記走行台車及び横行台車が前記走行用軌道及び横行用軌道から脱線しない構造の台車において、
地震の予知情報を受信し、受信したことを送信する装置を有することを特徴とする台車。
走行用軌道上を移動する走行台車と、前記走行台車上に取り付けられた横行用軌道上を移動する横行台車と前記走行台車及び横行台車の位置を制御する制御装置と、前記走行台車及び横行台車に取り付けられた脱線防止手段により、地震時に前記走行台車や横行台車が前記走行用軌道や横行用軌道から脱線しない構造の台車が軌道上を移動する運転方法において、
地震の予知情報を受信し、受信したことを送信する装置にて地震予知情報を入手し、そのことを前記制御装置に送信し、前記制御装置は受信後に前記横行台車に指令を出し所望の位置に移動させることにより、台車の固有振動数を変化させることで台車にかかる震度を低減させることを特徴とする台車が軌道上を移動する運転方法。
走行用軌道上を移動する走行台車と、前記走行台車上に取り付けられた横行用軌道上を移動する横行台車と前記横行台車に設置されて下方に伸び、伸縮されるマストと、前記横行台車に設置され、前記マストの下端部に設けられた燃料つかみ具と、前記走行台車，横行台車及びマスト深さの位置を制御する制御装置と、前記走行台車及び横行台車に取り付けられた脱線防止手段により、地震時に前記走行台車や横行台車が前記走行用軌道や横行用軌道から脱線しない構造を有す燃料取替機において、
地震の予知情報を受信し、受信したことを送信する装置を有することを特徴とする燃料取替機。
走行用軌道上を移動する走行台車と、前記走行台車上に取り付けられた横行用軌道上を移動する横行台車と前記横行台車に設置されて下方に伸び、伸縮されるマストと、前記横行台車に設置され、前記マストの下端部に設けられた燃料つかみ具と、前記走行台車，横行台車及びマスト深さの位置を制御する制御装置と、前記走行台車及び横行台車に取り付けられた脱線防止手段により、地震時に前記走行台車や横行台車が前記走行用軌道や横行用軌道から脱線しない構造を有す燃料取替機の運転方法において、
地震の予知情報を受信し、受信したことを送信する装置にて地震予知情報を入手し、そのことを前記制御装置に送信し、前記制御装置は受信後に前記横行台車に指令を出し所望の位置に移動させることにより、燃料取替機の固有振動数を変化させることで燃料取替機にかかる震度を低減させることを特徴とする台車が軌道上を移動する運転方法。