JP2014144499A - ウォータジェットピーニング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の大型化および複雑化を防ぎつつ、計装管台の外面および計装管台の溶接部にウォータジェットピーニングを行うこと。
【解決手段】計装管台１３６の上端に位置決めされた位置決部材３を中心として水平方向に噴射ノズル４を旋回させる旋回機構５と、計装管台１３６の上端に位置決めされた位置決部材３に対して鉛直方向に噴射ノズル４を昇降させる昇降機構６と、鉛直方向に対して位置決部材３側に下向きに傾斜する回転軸心Ｓを中心に噴射ノズル４を回転可能に支持し、かつ回転軸心Ｓに対して傾斜した方向であって回転軸心Ｓ側に向けて噴射口４ｂを配置して、回転軸心Ｓを中心に噴射ノズル４を回転させる回転機構７と、を備える。
【選択図】図７

Description

本発明は、原子炉容器に設けられる管台およびその周辺を補修するウォータジェットピーニング装置に関するものである。

例えば、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）を備える原子力発電プラントは、軽水を原子炉冷却材および中性子減速材として使用し、炉心全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させ、この蒸気をタービン発電機へ送って発電するものである。

このような原子力発電プラントにて、加圧水型原子炉は、十分な安全性や信頼性を確保するために各種の構造物などを定期的に検査する必要がある。そして、各検査を施工して不具合を発見した場合は、その不具合に関係する必要箇所を補修している。例えば、加圧水型原子炉にて、原子炉容器本体は、下鏡を貫通する多数の計装管台が設けられ、この各計装管台は、炉内側の上端部に炉内計装案内管が固定される一方、炉外側の下端部にコンジットチューブが連結されている。そして、中性子束を計測可能な中性子束検出器は、コンジットチューブにより計装管台から炉内計装案内管を通して炉心（燃料集合体）まで挿入可能となっている。

この計装管台は、炉内計装筒が原子炉容器本体の取付孔に嵌入して溶接されることで構成されている。そのため、炉内計装筒やこの炉内計装筒の溶接部およびその周辺部に引張応力が残留している可能性があり、長期の使用により応力腐食割れが発生する確率が高くなる。そこで、従来から、表面の引張残留応力を圧縮残留応力に改善することで、応力腐食割れを防止するようにしたウォータジェットピーニング技術がある。このウォータジェットピーニングは、水中で金属部材表面にキャビテーション気泡を含む高圧水を噴射し、金属部材表面の引張残留応力を圧縮残留応力に改善するものである。このようなウォータジェットピーニング装置としては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。

特許文献１に記載されたウォータジェットピーニング装置において、噴射ノズルは、計装管台を中心に旋回可能、計装管台の立設方向（上下方向）に昇降可能、下方向または計装管台に対する斜め方向に向くようにスイング可能、かつ計装管台に対して近づいたり離れたりする前後方向に移動可能に構成されている。これにより、計装管台の外周面と、原子炉容器に対する計装管台の溶接部とに対してウォータジェットピーニングを行えるようにしている。

特開２００６−２０１１４１号公報

上述した特許文献１に記載のウォータジェットピーニング装置は、噴射ノズルを下方向または計装管台に対する斜め方向に向くようにスイング可能に構成することで、計装管台の外周面と、原子炉容器本体に対する計装管台の溶接部とに対してウォータジェットピーニングが行えるようにしている。噴射ノズルをスイングさせた場合、噴射ノズルの噴出口の位置が計装管台の中心から径方向に変位するため、金属部材表面と噴射ノズルの噴出口との距離が変わってしまい、ウォータジェットピーニングの効果が低減または得られないおそれがある。このため、特許文献１に記載のウォータジェットピーニング装置では、噴射ノズルを前後方向に移動可能に構成することで、この問題を解消しようとしている。

しかし、噴射ノズルの移動機構を多くすると、装置が大型化することになる。計装管台は、原子炉容器本体の底部に林立しているため、装置が大型化すると、ウォータジェットピーニングを行う計装管台に隣接する他の計装管台に装置が干渉したり、最外周の計装管台においては、原子炉容器本体内で炉内構造物を支持する支持架台に装置が干渉したりするおそれがあるため好ましくない。しかも、噴射ノズルの移動機構を多くすると、移動機構の制御が多重化して複雑となり、かつ装置が複雑化するため、故障の要因が増すことになる。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、装置の大型化および複雑化を防ぎつつ、計装管台の外面および計装管台の溶接部にウォータジェットピーニングを行うことのできるウォータジェットピーニング装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明のウォータジェットピーニング装置は、計装管台の上端に位置決めされる位置決部材とともに噴射ノズルが設けられ、当該噴射ノズルの噴射口からウォータジェットを噴射するウォータジェットピーニング装置において、前記計装管台の上端に位置決めされた前記位置決部材を中心として水平方向に前記噴射ノズルを旋回させる旋回機構と、前記計装管台の上端に位置決めされた前記位置決部材に対して鉛直方向に前記噴射ノズルを昇降させる昇降機構と、前記鉛直方向に対して前記位置決部材側に下向きに傾斜する回転軸心を中心に前記噴射ノズルを回転可能に支持し、かつ前記回転軸心に対して傾斜した方向であって前記回転軸心側に向けて前記噴射口を配置して、前記回転軸心を中心に前記噴射ノズルを回転させる回転機構と、を備えることを特徴とする。

このウォータジェットピーニング装置によれば、回転機構において、鉛直方向に対して位置決部材側に下向きに傾斜する回転軸心を中心に噴射ノズルを回転可能に支持し、かつ回転軸心に対して傾斜した方向であって回転軸心側に向けて噴射口を配置して、回転軸心を中心に噴射ノズルを回転させることで、位置決部材側からの水平方向の距離を比較的離した位置で鉛直方向に対して所定角度傾斜した向きに噴射口を配置した状態と、位置決部材側からの水平方向の距離を比較的近づけた位置で鉛直方向に沿って向くように噴射口を配置した状態とが得られる。このため、水平方向の位置の調整を回転機構で行うことが可能になる。この結果、旋回機構と、昇降機構と、回転機構との構成により、装置の大型化および複雑化を防ぎつつ、計装管台の外面および計装管台の溶接部にウォータジェットピーニングを行うことができる。

また、本発明のウォータジェットピーニング装置は、前記回転機構は、その基部に対して前記噴射ノズルを回転可能に支持する回転軸と、前記基部の内部に設けられて高圧水が導入される導入路と、前記回転軸の内部に設けられて前記導入路と前記噴射口とを連通する連通路と、前記回転軸の回転を許容しつつ前記連通路と前記導入路との連通部分をシールするシール材と、を備えることを特徴とする。

このウォータジェットピーニング装置によれば、固定側である基部に設けられた導入路に高圧水を供給する高圧水供給管を接続でき、噴射ノズルの回転に際して高圧水供給管に捩れを伴うことがなく、かつシール材により回転軸の外側に高圧水を漏らさず噴射口から噴射させることができる。

また、本発明のウォータジェットピーニング装置は、前記回転機構は、前記回転軸心を中心にして前記噴射ノズルに設けられたピニオン歯車と、前記ピニオン歯車に噛合するラック歯と、前記ラック歯をスライド移動させるシリンダと、を備えることを特徴とする。

ウォータジェットピーニングは水中にて施工を行うものであり、回転機構にモータなどを使用すると防水機能が必要機構などを要し、回転機構が大型化することになる。この点、本発明のウォータジェットピーニング装置によれば、シリンダによりラック歯をスライド移動させ、噴射ノズルを伴ったピニオン歯車を回転させる構成のため、防水機能が不要となり、回転機構の大型化を防ぐことができる。

また、本発明のウォータジェットピーニング装置は、前記噴射ノズルの回転に伴って前記噴射口の向きが反転する両位置で前記噴射ノズルの回転を規制する規制手段を備えることを特徴とする。

このウォータジェットピーニング装置によれば、規制手段を備えることで、シリンダによりラック歯をスライド移動させ、噴射ノズルを伴ったピニオン歯車を回転させる構成とした場合に、噴射口の向きが反転する両位置を規定し、噴射口を適した位置に向くように移動させることができる。

本発明によれば、装置の大型化および複雑化を防ぎつつ、計装管台の外面および計装管台の溶接部にウォータジェットピーニングを行うことができる。

図１は、原子力発電プラントの一例の概略構成図である。 図２は、加圧水型原子炉の縦断面図である。 図３は、原子炉容器の計装管台の断面図である。 図４は、ウォータジェットピーニング装置の据付状態を表す概略図である。 図５は、ウォータジェットピーニング装置の正面図である。 図６は、ウォータジェットピーニング装置の昇降機構を示す側面図である。 図７は、ウォータジェットピーニング装置の噴射ノズルを示す正面図である。 図８は、ウォータジェットピーニング装置の回転機構を示す平断面図である。 図９は、ウォータジェットピーニング装置の回転機構を示す平断面図である。 図１０は、ウォータジェットピーニング装置の回転機構を示す側面図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、原子力発電プラントの一例の概略構成図であり、図２は、加圧水型原子炉の縦断面図であり、図３は、原子炉容器の計装管台を表す断面図である。

図１に示す原子力発電プラントは、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）を有する。この原子力発電プラントは、原子炉格納容器１００内において、加圧水型原子炉の原子炉容器１０１、加圧器１０２、蒸気発生器１０３および一次冷却水ポンプ１０４が、一次冷却水管１０５により順次接続されて、一次冷却水の循環経路が構成されている。

原子炉容器１０１は、内部に燃料集合体１２０を密閉状態で格納するもので、燃料集合体１２０が挿抜できるように、原子炉容器本体１０１ａとその上部に装着される原子炉容器蓋１０１ｂとにより構成されている。原子炉容器本体１０１ａは、上部に一次冷却水としての軽水を給排する入口側管台１０１ｃおよび出口側管台１０１ｄが設けられている。出口側管台１０１ｄは、蒸気発生器１０３の入口側水室１０３ａに連通するように一次冷却水管１０５が接続されている。また、入口側管台１０１ｃは、蒸気発生器１０３の出口側水室１０３ｂに連通するように一次冷却水管１０５が接続されている。

蒸気発生器１０３は、半球形状に形成された下部において、入口側水室１０３ａと出口側水室１０３ｂとが仕切板１０３ｃによって区画されて設けられている。入口側水室１０３ａおよび出口側水室１０３ｂは、その天井部に設けられた管板１０３ｄによって蒸気発生器１０３の上部側と区画されている。蒸気発生器１０３の上部側には、逆Ｕ字形状の伝熱管１０３ｅが設けられている。伝熱管１０３ｅは、入口側水室１０３ａと出口側水室１０３ｂとを繋ぐように端部が管板１０３ｄに支持されている。そして、入口側水室１０３ａは、入口側の一次冷却水管１０５が接続され、出口側水室１０３ｂは、出口側の一次冷却水管１０５が接続されている。また、蒸気発生器１０３は、管板１０３ｄによって区画された上部側の上端に、出口側の二次冷却水管１０６ａが接続され、上部側の側部に、入口側の二次冷却水管１０６ｂが接続されている。

また、原子力発電プラントは、蒸気発生器１０３が、原子炉格納容器１００外で二次冷却水管１０６ａ，１０６ｂを介して蒸気タービン１０７に接続されて、二次冷却水の循環経路が構成されている。

蒸気タービン１０７は、高圧タービン１０８および低圧タービン１０９を有するとともに、発電機１１０が接続されている。また、高圧タービン１０８および低圧タービン１０９は、湿分分離加熱器１１１が、二次冷却水管１０６ａから分岐して接続されている。また、低圧タービン１０９は、復水器１１２に接続されている。この復水器１１２は、二次冷却水管１０６ｂに接続されている。二次冷却水管１０６ｂは、上述したように蒸気発生器１０３に接続され、復水器１１２から蒸気発生器１０３に至り、復水ポンプ１１３、低圧給水加熱器１１４、脱気器１１５、主給水ポンプ１１６、および高圧給水加熱器１１７が設けられている。

従って、原子力発電プラントでは、一次冷却水が原子炉容器１０１にて加熱されて高温・高圧となり、加圧器１０２にて加圧されて圧力を一定に維持されつつ、一次冷却水管１０５を介して蒸気発生器１０３に供給される。蒸気発生器１０３では、一次冷却水と二次冷却水との熱交換が行われることにより、二次冷却水が蒸発して蒸気となる。熱交換後の冷却した一次冷却水は、一次冷却水管１０５を介して一次冷却水ポンプ１０４側に回収され、原子炉容器１０１に戻される。一方、熱交換により蒸気となった二次冷却水は、蒸気タービン１０７に供給される。蒸気タービン１０７に係り、湿分分離加熱器１１１は、高圧タービン１０８からの排気から湿分を除去し、さらに加熱して過熱状態とした後に低圧タービン１０９に送る。蒸気タービン１０７は、二次冷却水の蒸気により駆動され、その動力が発電機１１０に伝達されて発電される。タービンの駆動に供された蒸気は、復水器１１２に排出される。復水器１１２は、取水管１１２ａを介してポンプ１１２ｂにより取水した冷却水（例えば、海水）と、低圧タービン１０９から排出された蒸気とを熱交換し、当該蒸気を凝縮させて低圧の飽和液に戻す。熱交換に用いられた冷却水は、排水管１１２ｃから排出される。また、凝縮された飽和液は、二次冷却水となり、復水ポンプ１１３によって二次冷却水管１０６ｂを介して復水器１１２の外部に送り出される。さらに、二次冷却水管１０６ｂを経る二次冷却水は、低圧給水加熱器１１４で、例えば、低圧タービン１０９から抽気した低圧蒸気により加熱され、脱気器１１５で溶存酸素や不凝結ガス（アンモニアガス）などの不純物が除去された後、主給水ポンプ１１６により送水され、高圧給水加熱器１１７で、例えば、高圧タービン１０８から抽気した高圧蒸気により加熱された後、蒸気発生器１０３に戻される。

このように構成された原子力発電プラントの加圧水型原子炉において、図２に示すように、原子炉容器１０１は、その内部に燃料集合体１２０を含む炉内構造物が挿入できるように、原子炉容器本体１０１ａに対して原子炉容器蓋１０１ｂが複数のスタッドボルト１２１およびナット１２２により開閉可能に固定されている。

原子炉容器本体１０１ａは、原子炉容器蓋１０１ｂを取り外すことで上部が開口可能であり、下部が半球形状をなす下鏡１０１ｅにより閉塞された円筒形状をなしている。原子炉容器本体１０１ａは、内部にて、入口側管台１０１ｃおよび出口側管台１０１ｄより上方に上部炉心支持板１２３が固定される一方、下方の下鏡１０１ｅの近傍に位置して下部炉心支持板１２４が固定されている。この上部炉心支持板１２３および下部炉心支持板１２４は、円板形状をなして図示しない多数の連通孔が形成されている。そして、上部炉心支持板１２３は、複数の炉心支持ロッド１２５を介して下方に図示しない多数の連通孔が形成された上部炉心板１２６が連結されている。

原子炉容器本体１０１ａは、内部に円筒形状をなす炉心槽１２７が内壁面と所定の隙間をもって配置されており、この炉心槽１２７は、上部が上部炉心板１２６に連結され、下部に円板形状をなして図示しない多数の連通孔が形成された下部炉心板１２８が連結されている。そして、下部炉心板１２８は、下部炉心支持板１２４に支持されている。即ち、炉心槽１２７は、原子炉容器本体１０１ａの下部炉心支持板１２４に支持されることとなる。

上部炉心板１２６と炉心槽１２７と下部炉心板１２８とにより炉心１２９が形成されている。炉心１２９は、内部に多数の燃料集合体１２０が配置されている。燃料集合体１２０は、図示しないが、多数の燃料棒が支持格子により格子状に束ねられて構成され、上端部に上部ノズルが固定される一方、下端部に下部ノズルが固定されている。また、炉心１２９は、内部に多数の制御棒１３０が配置されている。この多数の制御棒１３０は、上端部がまとめられて制御棒クラスタ１３１となり、燃料集合体１２０内に挿入可能となっている。上部炉心支持板１２３は、この上部炉心支持板１２３を貫通して多数の制御棒クラスタ案内管１３２が固定されており、各制御棒クラスタ案内管１３２は、下端部が燃料集合体１２０内の制御棒クラスタ１３１まで延出されている。

原子炉容器１０１を構成する原子炉容器蓋１０１ｂは、上部が半球形状をなして磁気式ジャッキの制御棒駆動装置１３３が設けられており、原子炉容器蓋１０１ｂと一体をなすハウジング１３４内に収容されている。多数の制御棒クラスタ案内管１３２は、上端部が制御棒駆動装置１３３まで延出され、この制御棒駆動装置１３３から延出されて制御棒クラスタ駆動軸１３５が、制御棒クラスタ案内管１３２内を通って燃料集合体１２０まで延出され、制御棒クラスタ１３１を把持可能となっている。

この制御棒駆動装置１３３は、上下方向に延設されて制御棒クラスタ１３１に連結されるとともに、その表面に複数の周溝を長手方向に等ピッチで配設してなる制御棒クラスタ駆動軸１３５を磁気式ジャッキで上下動させることで、原子炉の出力を制御している。

また、原子炉容器本体１０１ａは、下鏡１０１ｅを貫通する多数の計装管台１３６が設けられ、この各計装管台１３６は、炉内側の上端部に炉内計装案内管１３７が連結される一方、炉外側の下端部にコンジットチューブ１３８が連結されている。各炉内計装案内管１３７は、上端部が下部炉心支持板１２４に連結されており、振動を抑制するための上下の連接板１３９，１４０が取付けられている。中性子束を計測可能な中性子束検出器（図示略）が装着されたシンブルチューブ１４１は、コンジットチューブ１３８から計装管台１３６および炉内計装案内管１３７を通り、下部炉心板１２８を貫通して燃料集合体１２０まで挿入可能となっている。

従って、制御棒駆動装置１３３により制御棒クラスタ駆動軸１３５を移動して燃料集合体１２０から制御棒１３０を所定量引き抜くことで、炉心１２９内での核分裂を制御し、発生した熱エネルギにより原子炉容器１０１内に充填された軽水が加熱され、高温の軽水が出口側管台１０１ｄから排出され、上述したように、蒸気発生器１０３に送られる。即ち、燃料集合体１２０を構成する原子燃料が核分裂することで中性子を放出し、減速材および一次冷却水としての軽水が、放出された高速中性子の運動エネルギを低下させて熱中性子とし、新たな核分裂を起こしやすくするとともに、発生した熱を奪って冷却する。一方、制御棒１３０を燃料集合体１２０に挿入することで、炉心１２９内で生成される中性子数を調整し、また、制御棒１３０を燃料集合体１２０に全て挿入することで、原子炉を緊急に停止することができる。

また、原子炉容器１０１は、炉心１２９に対して、その上方に出口側管台１０１ｄに連通する上部プレナム１４２が形成されるとともに、下方に下部プレナム１４３が形成されている。そして、原子炉容器１０１と炉心槽１２７との間に入口側管台１０１ｃおよび下部プレナム１４３に連通するダウンカマー部１４４が形成されている。従って、軽水は、入口側管台１０１ｃから原子炉容器本体１０１ａ内に流入し、ダウンカマー部１４４を下向きに流れ落ちて下部プレナム１４３に至り、この下部プレナム１４３の球面状の内面により上向きに案内されて上昇し、下部炉心支持板１２４および下部炉心板１２８を通過した後、炉心１２９に流入する。この炉心１２９に流入した軽水は、炉心１２９を構成する燃料集合体１２０から発生する熱エネルギを吸収することで、この燃料集合体１２０を冷却する一方、高温となって上部炉心板１２６を通過して上部プレナム１４２まで上昇し、出口側管台１０１ｄを通って排出される。

このように構成された原子炉容器１０１にて、図３に示すように、計装管台１３６は、炉内計装筒１４５が原子炉容器本体１０１ａの下鏡１０１ｅに形成された取付孔１４６に嵌入し、下鏡１０１ｅの内面に溶接（開先溶接部１４７）により固定されて構成されている。原子炉容器本体１０１ａは、母材となる低合金鋼の内面にステンレス鋼が肉盛溶接されて構成され、ニッケル基合金製の炉内計装筒１４５がこの原子炉容器本体１０１ａの取付孔１４６に嵌入した状態で、ニッケル基合金製の材料により原子炉容器本体１０１ａに溶接（開先溶接部１４７）されている。

そのため、計装管台１３６（炉内計装筒１４５）、開先溶接部１４７およびその周辺部に引張応力が残留している可能性があり、長期の使用により応力腐食割れが発生する確率が高くなる。そこで、原子炉補修装置としてのウォータジェットピーニング装置により対象となる計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の表面や、開先溶接部１４７およびその周辺部である下鏡１０１ｅの表面（内面）の引張残留応力を圧縮残留応力に改善することで、応力腐食割れを防止するようにしている。このウォータジェットピーニング装置は、水中で金属部材表面にキャビテーション気泡を含む高圧水を噴射し、金属部材表面の引張残留応力を圧縮残留応力に改善するものである。

そして、ウォータジェットピーニング装置により炉内計装筒１４５の表面や下鏡１０１ｅの表面の引張残留応力を圧縮残留応力に改善する場合、このウォータジェットピーニング装置を計装管台１３６（炉内計装筒１４５）に装着して作業を行う。

図４は、ウォータジェットピーニング装置の据付状態を表す概略図であり、図５は、ウォータジェットピーニング装置の正面図であり、図６は、ウォータジェットピーニング装置の昇降機構を示す側面図（図５の矢視Ａ図）であり、図７は、ウォータジェットピーニング装置の噴射ノズルを示す正面図であり、図８は、ウォータジェットピーニング装置の回転機構を示す平断面図（図７のＢ−Ｂ断面図）であり、図９は、ウォータジェットピーニング装置の回転機構を示す平断面図（図７のＣ−Ｃ断面図）であり、図１０は、ウォータジェットピーニング装置の回転機構を示す側面図である（図７の矢視Ｄ図）。

図４に示すように、ウォータジェットピーニング装置１は、原子炉容器１０１（原子炉容器本体１０１ａ）の下鏡１０１ｅに設けられた計装管台１３６（炉内計装筒１４５）に据え付けられる。

また、原子力発電プラントにおいて、原子炉建屋（図示略）は、作業フロア１５１が設けられており、この作業フロア１５１より下方にキャビティ１５２が設けられ、このキャビティ１５２に冷却水が貯留されている。キャビティ１５２は、内部に原子炉容器１０１が配置され、吊下げ支持されている。原子炉建屋は、キャビティ１５２の両側に並行な一対のガイドレール１５５が敷設され、移動式クレーン１５６が移動自在に支持されている。この移動式クレーン１５６は、水平方向における一方向（図４にて、左右方向）に移動自在であるとともに、水平方向における一方向に交差（直交）する他方向（図４にて、紙面直交方向）に移動自在な電動ホイスト１５７が設けられている。そして、この電動ホイスト１５７は、鉛直方向に沿って昇降可能なフック１５８を有している。このフック１５８を介し、据付用ポール１５９が吊り下げられる。

据付用ポール１５９は、長尺部材であって、所定の長さを有しており、下端部にウォータジェットピーニング装置１が連結可能となっている。この据付用ポール１５９は、複数の分割ポールから構成され、その上下端のフランジ部同士を密着させ、複数のスイングボルトにより両者を締結することができる。

図５に示すように、ウォータジェットピーニング装置１は、装置本体２と位置決部材３と噴射ノズル４とを有している。位置決部材３は、装置本体２の下部から下方に突出して配置され、計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の上端に嵌合してクランプすることで、装置本体２を計装管台１３６に固定するものである。

噴射ノズル４は、図５に示すように、装置本体２に設けられており、計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の外面や、下鏡１０１ｅの内面および開先溶接部１４７に高圧水を噴射するものである。噴射ノズル４は、高圧水が供給される高圧水供給管４ａが接続されている。この高圧水供給管４ａは、図４に示すように、作業フロア１５１に設置されて高圧水を送る高圧水ポンプ１６０に接続されている。また、噴射ノズル４は、その下端部に噴射口４ｂが設けられている。この噴射ノズル４は、３つの移動機構である、旋回機構５、昇降機構６および回転機構７により移動可能に設けられている。

旋回機構５は、位置決部材３を中心とした水平方向に噴射ノズル４を旋回させるものである。位置決部材３は、計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の上端に嵌合してクランプすることで、計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の中心軸Ｃに旋回機構５の旋回の中心を一致させる。即ち、旋回機構５は、位置決部材３が計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の上端に嵌合してクランプした場合、計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の中心軸Ｃを中心に噴射ノズル４を旋回させる。

旋回機構５は、図５に示すように、装置本体２の上部に旋回モータ５ａを有する。旋回モータ５ａは、その出力軸に駆動歯車５ｂが設けられている。また、旋回機構５は、装置本体２の上部に旋回軸５ｃを有する。旋回軸５ｃは、旋回モータ５ａの出力軸と並行に設けられ、装置本体２の上部に連結されているとともに、据付用ポール１５９に対して回転自在に設けられている。また、旋回軸５ｃは、旋回モータ５ａの駆動歯車５ｂに噛合する従動歯車５ｄが設けられている。旋回軸５ｃおよび従動歯車５ｄは、各回転の中心が位置決部材３を中心として一致している。そして、旋回モータ５ａが駆動されると、駆動歯車５ｂから従動歯車５ｄに回転が伝達され、旋回軸５ｃが装置本体２を伴い位置決部材３を中心に回転する。このため、装置本体２に設けられている噴射ノズル４が位置決部材３を中心に旋回する。即ち、位置決部材３が計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の上端に嵌合してクランプした場合、噴射ノズル４は、計装管台１３６（炉内計装筒１４５）を中心に旋回する。

昇降機構６は、位置決部材３に対して鉛直方向に噴射ノズル４を昇降させるものである。位置決部材３は、計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の上端に嵌合してクランプすることで、装置本体２を計装管台１３６に固定する。即ち、昇降機構６は、位置決部材３が計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の上端に嵌合してクランプした場合、計装管台１３６（炉内計装筒１４５）や、下鏡１０１ｅの内面および開先溶接部１４７に対して近接または離間するように噴射ノズル４を昇降させる。

昇降機構６は、図６に示すように、装置本体２に固定された昇降モータ６ａを有する。昇降モータ６ａは、その出力軸に、ボールネジ６ｂが設けられている。ボールネジ６ｂは、上下方向に延在して設けられ、装置本体２に対して回転自在に設けられている。このボールネジ６ｂは、位置決部材３が計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の上端に嵌合してクランプした場合、計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の中心軸Ｃと平行となり鉛直方向に延在する。また、昇降機構６は、ボールネジ６ｂと平行に延在して設けられて装置本体２に固定されたレール６ｃを有する。レール６ｃは、その延在方向に移動自在にスライダ６ｄが設けられている。スライダ６ｄは、スライド架台６ｅが固定されている。そして、スライド架台６ｅは、ボールネジ６ｂに螺合するナット部６ｆが固定されている。また、スライド架台６ｅは、噴射ノズル４が固定されている。また、スライド架台６ｅは、噴射ノズル４に接続された高圧水供給管４ａが支持部６ｇを介して支持されている。そして、昇降モータ６ａが駆動されると、ボールネジ６ｂが回転し、この回転によりナット部６ｆがスライド架台６ｅを伴ってレール６ｃの延在方向に沿ってスライド移動する。即ち、位置決部材３が計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の上端に嵌合してクランプした場合、噴射ノズル４は、計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の中心軸Ｃの延在方向に沿って昇降する。

回転機構７は、噴射ノズル４を回転させるものである。具体的には、図７に示すように、位置決部材３が計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の上端に嵌合してクランプした場合、計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の中心軸Ｃに沿う鉛直方向に対して所定角度α（例えば、１７．５°）で傾斜する回転軸心Ｓを中心に噴射ノズル４を回転させる。

回転機構７は、装置本体２に取り付けられており、装置本体２に固定される基部７ａに、回転軸心Ｓに沿って延在する回転軸７ｂを有している。回転軸７ｂは、基部７ａに対して回転自在に設けられ、噴射ノズル４が取り付けられており、噴射ノズル４を伴って回転軸心Ｓを中心に回転する。

また、回転機構７は、噴射ノズル４の回転移動を１８０°に反転する回転移動となるように規制する規制手段を有している。規制手段は、図７および図８に示すように、移動側である噴射ノズル４に設けられた当接部７ｃと、固定側である回転機構７の基部７ａに設けられたストッパ７ｄとで構成される。ストッパ７ｄは、回転軸心Ｓを中心として位置を１８０°異ならせてそれぞれ配置されている。そして、噴射ノズル４の回転移動において当接部７ｃがストッパ７ｄに当接することで、噴射ノズル４の回転移動を１８０°に反転する回転移動となるように規制する。

また、回転機構７は、回転軸心Ｓを中心に噴射ノズル４を回転させるため、図９に示すように、回転軸７ｂに設けられたピニオン歯車７ｅを有している。ピニオン歯車７ｅは、ラック歯７ｆに噛合する。ラック歯７ｆは、基部７ａに対してスライド移動可能に設けられ、スライド移動により回転軸７ｂを伴ってピニオン歯車７ｅを回転させる。ラック歯７ｆは、シリンダ７ｇのシリンダロッド７ｈが連結され、このシリンダロッド７ｈの摺動に伴ってスライド移動する。即ち、シリンダ７ｇが駆動されると、ラック歯７ｆがスライド移動し、ピニオン歯車７ｅの回転に伴って回転軸７ｂが回転し、噴射ノズル４が回転軸心Ｓを中心に回転することになる。なお、シリンダ７ｇによるラック歯７ｆのスライド移動範囲（回転軸７ｂの回転移動範囲）は、上述した規制手段（当接部７ｃおよびストッパ７ｄ）により規制された噴射ノズル４の回転移動範囲よりも大きい移動範囲とされている。

また、回転機構７は、シリンダ７ｇのシリンダロッド７ｈとラック歯７ｆとの連結部分において、磁石７ｉが設けられている。磁石７ｉは、シリンダ７ｇによるラック歯７ｆのスライド移動と共にスライド移動する。この磁石７ｉのスライド移動の両端部に、磁石７ｉの磁気を検出する磁気検出センサ７ｊがそれぞれ設けられている。各磁気検出センサ７ｊの位置は、上述した規制手段（当接部７ｃおよびストッパ７ｄ）により規制された噴射ノズル４の回転移動範囲であってラック歯７ｆのスライド移動範囲に相当する。従って、各磁気検出センサ７ｊにより磁石７ｉの磁気が検出されたラック歯７ｆのスライド位置が規制手段（当接部７ｃおよびストッパ７ｄ）により規制された噴射ノズル４の回転位置となり、この回転位置が検出されることになる。

また、回転機構７は、図６に示すように、上述した回転軸７ｂが基部７ａに対して回転可能に支持されていることで、噴射ノズル４が回転可能に設けられている。そして、基部７ａは、その内部に高圧水供給管４ａから供給される高圧水を導入する導入路７ｋが設けられている。一方、回転軸７ｂは、その内部に導入路７ｋと噴射口４ｂとを連通する連通路７ｍが設けられている。また、基部７ａに回転軸７ｂが回転可能に支持される部分において、導入路７ｋと連通路７ｍとの連通部分をシールするシール材７ｎが設けられている。即ち、高圧水供給管４ａから供給される高圧水は、導入路７ｋに導入され、連通路７ｍを経て噴射口４ｂから噴射される。また、噴射ノズル４は、回転軸心Ｓ（回転軸７ｂ）を中心に回転する。そして、導入路７ｋは固定側である基部７ａに設けられており、連通路７ｍは回転側である回転軸７ｂに設けられているが、相互の連通部分はシール材７ｎでシールされている。このため、固定側である基部７ａに設けられた導入路７ｋに高圧水を供給する高圧水供給管４ａを接続でき、噴射ノズル４の回転に際して高圧水供給管４ａに捩れを伴うことがなく、かつシール材７ｎにより回転軸７ｂの外側に高圧水を漏らさず噴射口４ｂから噴射させることが可能である。即ち、回転機構７は、いわゆるスイベルジョイントにより噴射ノズル４を回転可能に支持する。

ところで、回転軸７ｂに取り付けられた噴射ノズル４は、噴射口４ｂが回転軸心Ｓに対して傾斜した方向であって回転軸心Ｓ側に向けて設けられている。具体的に、図７に示すように、規制手段（当接部７ｃおよびストッパ７ｄ）により回転移動が規制された１８０°の各反転位置において、噴射口４ｂは、回転軸心Ｓに対して所定角度β（例えば１２．５°）傾斜した方向であって回転軸心Ｓ側に向けて設けられている。即ち、この方向に高圧水が噴射される。

例えば、図７に実線で示す噴射口４ｂは、位置決部材３が計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の上端に嵌合してクランプした場合、中心軸Ｃに対して所定角度α（例えば、１７．５°）で傾斜する回転軸心Ｓに対し、回転軸心Ｓの外側（中心軸Ｃから離れる側）に所定角度（例えば１２．５°）傾斜しているため、所定角度α＋所定角度βの角度θ（例えば、３０°）で中心軸Ｃに沿う鉛直な面に対して上方から斜め下方に高圧水を噴射することになる。これは、ウォータジェットピーニングにおいて好適とされる高圧水の噴射角度３０°〜９０°の範囲内である。即ち、中心軸Ｃに沿って鉛直に設けられた計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の外面や、半球状の下鏡１０１ｅにおいて鉛直に近い内面から、鉛直に対して例えば６０°以上傾いた内面に対し、好適な角度で高圧水を噴射することが可能になる。

一方、図７に二点鎖線で示す噴射口４ｂは、位置決部材３が計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の上端に嵌合してクランプした場合、中心軸Ｃに対して所定角度α（例えば、１７．５°）で傾斜する回転軸心Ｓに対し、回転軸心Ｓの内側（中心軸Ｃに近づく側）に所定角度β（例えば１２．５°）傾斜しているため、所定角度α−所定角度βの角度であって、中心軸Ｃに直交する水平な面に対して角度δ（例えば、８５°）で、上方から下方に高圧水を噴射することになる。これは、ウォータジェットピーニングにおいて好適とされる高圧水の噴射角度３０°〜９０°の範囲内である。即ち、半球状の下鏡１０１ｅにおいて水平な内面から、水平に対する傾きが例えば５５°以上の内面に対し、好適な角度で高圧水を噴射することが可能になる。

また、噴射ノズル４の噴射口４ｂは、位置決部材３が計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の上端に嵌合してクランプした場合、各反転位置において中心軸Ｃに対する水平方向の噴射位置までの距離が適宜設定されている。具体的には、図７において中心軸Ｃから計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の外面の噴射位置までの水平方向の距離Ｈ１や、中心軸Ｃから下鏡１０１ｅの内面の噴射位置までの水平方向の距離Ｈ２は、各計装管台１３６の設計値で決まっており、当該設計値が各計装管台１３６で共通している。このため、距離Ｈ１，Ｈ２となるように、噴射ノズル４の噴射口４ｂの位置を設定する。本実施形態のウォータジェットピーニング装置１では、回転機構７において、位置決部材３が計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の上端に嵌合してクランプした状態で、図７に示すように、鉛直方向に対して計装管台１３６側（位置決部材３側）に下向きに傾斜する回転軸心Ｓを中心に噴射ノズル４を回転可能に支持し、かつ回転軸心Ｓに対して傾斜した方向であって回転軸心Ｓ側に向けて噴射口４ｂを配置している。このため、図７に実線で示すように噴射ノズル４を回転させた場合は、中心軸Ｃにより近い距離Ｈ１の位置に高圧水が至るようになり、図７に二点鎖線で示すように噴射ノズル４を回転させた場合は、中心軸Ｃから遠い距離Ｈ２の位置に高圧水が至るようになる。そして、これら距離Ｈ１，Ｈ２の関係が計装管台１３６の設計値に合うように上記角度αや角度βを設定する。この結果、計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の外面、および下鏡１０１ｅの内面の２箇所へのウォータジェットピーニングを噴射ノズル４の回転により行うことが可能になる。

また、位置決部材３が計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の上端に嵌合してクランプした場合、図７に実線で示す噴射口４ｂから計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の外面までの距離Ｌ１や、図７に二点鎖線で示す噴射口４ｂから下鏡１０１ｅの内面までの距離Ｌ２は、昇降機構６により調整される。この距離Ｌ１，Ｌ２は、ウォータジェットピーニングにおいて好適とされる高圧水の噴射距離である１３０ｍｍ±１０ｍｍとする。噴射ノズル４の鉛直方向の位置は、位置決部材３が計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の上端に嵌合してクランプした状態で、昇降機構６による基準位置（例えば最上位置）と、各計装管台１３６の設計値とで決まるため、その後は昇降機構６による噴射ノズル４の昇降位置により噴射距離を好適に調整できる。

また、ウォータジェットピーニング装置１は、図５に示すように、装置本体２側である位置決部材３に対して施工監視用カメラ８が設けられている。施工監視用カメラ８は、位置決部材３に固定され、旋回機構５により噴射ノズル４とともに旋回移動可能に設けられており、噴射ノズル４による高圧水の噴射状態を撮影することが可能となっている。

ここで、ウォータジェットピーニング装置１による計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の外面の施工、および下鏡１０１ｅの内面に対するウォータジェットピーニングの施工方法について説明する。

図４に示すように、キャビティ１５２に冷却水が貯留されている状態で、移動式クレーン１５６により据付用ポール１５９を介してウォータジェットピーニング装置１を吊下げる。ここからこの移動式クレーン１５６を用いてウォータジェットピーニング装置１を水平方向に移動し、計装管台１３６に対する位置決めをしながら、電動ホイスト１５７を用いてウォータジェットピーニング装置１を下降する。

そして、図５に示すように、位置決部材３が計装管台１３６の上端に位置決めされることで、ウォータジェットピーニング装置１は、計装管台１３６に固定される。

ウォータジェットピーニング装置１が計装管台１３６に固定されると、施工監視用カメラ８で監視し、計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の外面の施工、または下鏡１０１ｅの内面の施工に合わせて噴射ノズル４を回転機構７により回転させ、高圧水を噴射させたまま旋回機構５で噴射ノズル４を旋回させながら、昇降機構６で噴射ノズル４の高さ位置を調整することで、計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の外面、または下鏡１０１ｅの内面にキャビテーション気泡を含む高圧水が噴射される。このため、計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の外面や、下鏡１０１ｅの内面の引張残留応力が圧縮残留応力に改善される。

このように本実施形態のウォータジェットピーニング装置１は、計装管台１３６の上端に位置決めされる位置決部材３とともに噴射ノズル４が設けられ、当該噴射ノズル４の噴射口４ｂからウォータジェットを噴射するウォータジェットピーニング装置１において、計装管台１３６の上端に位置決めされた位置決部材３を中心として水平方向に噴射ノズル４を旋回させる旋回機構５と、計装管台１３６の上端に位置決めされた位置決部材３に対して鉛直方向に噴射ノズル４を昇降させる昇降機構６と、鉛直方向に対して位置決部材３側に下向きに傾斜する回転軸心Ｓを中心に噴射ノズル４を回転可能に支持し、かつ回転軸心Ｓに対して傾斜した方向であって回転軸心Ｓ側に向けて噴射口４ｂを配置して、回転軸心Ｓを中心に噴射ノズル４を回転させる回転機構７と、を備える。

このウォータジェットピーニング装置１によれば、回転機構７において、鉛直方向に対して位置決部材３側に下向きに傾斜する回転軸心Ｓを中心に噴射ノズル４を回転可能に支持し、かつ回転軸心Ｓに対して傾斜した方向であって回転軸心Ｓ側に向けて噴射口４ｂを配置して、回転軸心Ｓを中心に噴射ノズル４を回転させることで、位置決部材３側からの水平方向の距離を比較的離した位置で鉛直方向に対して所定角度傾斜した向きに噴射口４ｂを配置した状態と、位置決部材３側からの水平方向の距離を比較的近づけた位置で鉛直方向に沿って向くように噴射口４ｂを配置した状態とが得られる。このため、水平方向の位置の調整を回転機構７で行うことが可能になる。この結果、旋回機構５と、昇降機構６と、回転機構７との構成により、装置の大型化および複雑化を防ぎつつ、計装管台１３６の外面および計装管台１３６の開先溶接部１４７（下鏡１０１ｅの内面）にウォータジェットピーニングを行うことができる。

また、本実施形態のウォータジェットピーニング装置１では、回転機構７は、その基部７ａに対して噴射ノズル４を回転可能に支持する回転軸７ｂと、基部７ａの内部に設けられて高圧水が導入される導入路７ｋと、回転軸７ｂの内部に設けられて導入路７ｋと噴射口４ｂとを連通する連通路７ｍと、回転軸７ｂの回転を許容しつつ導入路７ｋと連通路７ｍとの連通部分をシールするシール材７ｎと、を備える。

このウォータジェットピーニング装置１によれば、固定側である基部７ａに設けられた導入路７ｋに高圧水を供給する高圧水供給管４ａを接続でき、噴射ノズル４の回転に際して高圧水供給管４ａに捩れを伴うことがなく、かつシール材７ｎにより回転軸７ｂの外側に高圧水を漏らさず噴射口４ｂから噴射させることができる。

また、本実施形態のウォータジェットピーニング装置１では、回転機構７は、回転軸心Ｓを中心にして噴射ノズル４に設けられたピニオン歯車７ｅと、ピニオン歯車７ｅに噛合するラック歯７ｆと、ラック歯７ｆをスライド移動させるシリンダ７ｇと、を備える。

ウォータジェットピーニングは水中にて施工を行うものであり、回転機構７にモータなどを使用すると防水機能が必要な機構などを要し、回転機構７が大型化することになる。この点、本実施形態のウォータジェットピーニング装置１によれば、シリンダ７ｇによりラック歯７ｆをスライド移動させ、噴射ノズル４を伴ったピニオン歯車７ｅを回転させる構成のため、防水機能が不要となり、回転機構７の大型化を防ぐことができる。

また、本実施形態のウォータジェットピーニング装置１は、噴射ノズル４の回転に伴って噴射口４ｂの向きが反転する両位置で噴射ノズル４の回転を規制する規制手段（当接部７ｃおよびストッパ７ｄ）を備える。

このウォータジェットピーニング装置１によれば、規制手段（当接部７ｃおよびストッパ７ｄ）を備えることで、シリンダ７ｇによりラック歯７ｆをスライド移動させ、噴射ノズル４を伴ったピニオン歯車７ｅを回転させる構成とした場合に、噴射口４ｂの向きが反転する両位置を規定し、噴射口４ｂを適した位置に向くように移動させることができる。

１ ウォータジェットピーニング装置
２ 装置本体
３ 位置決部材
４ 噴射ノズル
４ａ 高圧水供給管
４ｂ 噴射口
５ 旋回機構
５ａ 旋回モータ
５ｂ 駆動歯車
５ｃ 旋回軸
５ｄ 従動歯車
６ 昇降機構
６ａ 昇降モータ
６ｂ ボールネジ
６ｃ レール
６ｄ スライダ
６ｅ スライド架台
６ｆ ナット部
６ｇ 支持部
７ 回転機構
７ａ 基部
７ｂ 回転軸
７ｃ 当接部（規制手段）
７ｄ ストッパ（規制手段）
７ｅ ピニオン歯車
７ｆ ラック歯
７ｇ シリンダ
７ｈ シリンダロッド
７ｉ 磁石
７ｊ 磁気検出センサ
７ｋ 導入路
７ｍ 連通路
７ｎ シール材
８ 施工監視用カメラ
１０１ 原子炉容器
１０１ａ 原子炉容器本体
１０１ｅ 下鏡
１３６ 計装管台
１４５ 炉内計装筒

Claims (4)

1. 計装管台の上端に位置決めされる位置決部材とともに噴射ノズルが設けられ、当該噴射ノズルの噴射口からウォータジェットを噴射するウォータジェットピーニング装置において、
   前記計装管台の上端に位置決めされた前記位置決部材を中心として水平方向に前記噴射ノズルを旋回させる旋回機構と、
   前記計装管台の上端に位置決めされた前記位置決部材に対して鉛直方向に前記噴射ノズルを昇降させる昇降機構と、
   前記鉛直方向に対して前記位置決部材側に下向きに傾斜する回転軸心を中心に前記噴射ノズルを回転可能に支持し、かつ前記回転軸心に対して傾斜した方向であって前記回転軸心側に向けて前記噴射口を配置して、前記回転軸心を中心に前記噴射ノズルを回転させる回転機構と、
   を備えることを特徴とするウォータジェットピーニング装置。
2. 前記回転機構は、
   その基部に対して前記噴射ノズルを回転可能に支持する回転軸と、
   前記基部の内部に設けられて高圧水が導入される導入路と、
   前記回転軸の内部に設けられて前記導入路と前記噴射口とを連通する連通路と、
   前記回転軸の回転を許容しつつ前記連通路と前記導入路との連通部分をシールするシール材と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のウォータジェットピーニング装置。
3. 前記回転機構は、
   前記回転軸心を中心にして前記噴射ノズルに設けられたピニオン歯車と、
   前記ピニオン歯車に噛合するラック歯と、
   前記ラック歯をスライド移動させるシリンダと、
   を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のウォータジェットピーニング装置。
4. 前記噴射ノズルの回転に伴って前記噴射口の向きが反転する両位置で前記噴射ノズルの回転を規制する規制手段を備えることを特徴とする請求項３に記載のウォータジェットピーニング装置。

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