JP2014503810A - 上部格子板検査具 - Google Patents

Abstract

沸騰水型原子炉の上部格子板の下面の目視検査を行うための検査具。検査は原子炉容器内において、水中で行われる。検査具は上部格子板の上端に載置される枠状構造を含み、上部格子板の燃料集合体に対応する格子穴内で、格子穴の輪郭に沿ったホイール軌道を支持する。枠から吊り下げられるカメラ支持体はホイール軌道の輪郭に沿って遠隔的に手動で回転され、検査具がカメラを固定アングルで上部格子板の下面から既知の一定の距離に維持する。
【選択図】図２

Description

本発明は概して沸騰水型原子炉内部の検査に関し、より詳細には、沸騰水型原子炉の上部格子板の下面の検査に関する。

図１は、沸騰水型原子炉の典型的な原子炉圧力容器１０の一部破断断面図である。沸騰水型原子炉の運転時、原子炉圧力容器１０内を循環する冷却水は、炉心１２内で発生する核分裂により加熱される。原子炉圧力容器１０内には、給水注水口１４及び給水スパージャ１６によって給水が導入される。スパージャ１６は、給水を原子炉圧力容器１０の内側の円周方向に散布するための開口を備えた輪状の管である。給水スパージャ１６からの給水は、原子炉圧力容器１０と炉心シュラウド２０との間の環状の領域であるダウンカマアニュラス１８を通って下方に流れる。

炉心シュラウド２０は炉心１２を取り囲むステンレス鋼製の円筒体である。炉心１２は多数の燃料束集合体２２を含み、図１にはそのうち２つのアレイが示されている。燃料束集合体２２の各アレイは、上部では上部格子板２４により支持され、下部では炉心板２６により支持される。上部格子板２４は燃料束集合体２２の上部を側方から支持して、制御棒を挿入できるよう、適正な燃料チャネル間隔を維持する。

冷却水はダウンカマアニュラス１８を通って下方に流れ、炉心下部プレナム２８に流入する。炉心下部プレナム２８内の冷却水は、引き続いて炉心１２を通り上方に流れる。冷却水は燃料束集合体２２に入り、そこで沸騰境界層を形成する。水と蒸気との混合体は炉心１２を出て、シュラウドヘッド３２の下の炉心上部プレナム３０に入る。炉心上部プレナム３０は、炉心１２から出る蒸気・水混合体とスタンドパイプ３４に入る蒸気・水混合体との間の緩衝機能を有する。スタンドパイプ３４はシュラウドヘッド３２の上部に配設され、炉心上部プレナム３０と流体連通関係にある。

蒸気・水混合体はスタンドパイプ３４を通って流れ、気水分離器３６に入る。気水分離器３６は、例えば、軸流遠心式であってもよい。気水分離器３６は蒸気・水混合体を液状水と蒸気とに実質的に分離するものである。分離された液状水は、混合プレナム３８において給水と混ざり合う。この混合体は次いでダウンカマアニュラス１８を介して炉心１２へ戻る。分離された蒸気は、蒸気乾燥器４０を通過して蒸気ドーム４２に入る。乾燥された蒸気は蒸気出口４４を介して原子炉圧力容器１０から取り出され、タービン及び他の機器（図示せず）において用いられる。

沸騰水型原子炉は、所要の出力密度を得るのに必要な、炉心１２を通る強制対流を提供する冷却材再循環系も備えている。水の一部はダウンカマアニュラス１８の下端から再循環水出口４６を介して吸引され、遠心再循環ポンプ（図示せず）によって、再循環水入口５０を介して複数のジェットポンプ集合体４８（そのうち１つのみを示す）内に強制的に導入される。ジェットポンプ集合体４８は炉心シュラウド１１０の周囲に沿って円周方向に分散配置されており、必要な炉心流量を提供する。

米国原子力規制委員会（The United States Nuclear RegulatoryCommission）は、原子力発電所の認可延長のためには、経年劣化し易い原子炉炉内構造物の構成要素について、粒界応力腐食割れ等の作用による劣化の検査を行うことを要求している。上部格子板の下部側の従来の検査方法は、一片のテープによって直接上を向くように背面固定された１台のカメラを用いて行われていた。この方法を用いる場合、運動及び検査角度が不正確となるのが一般的であった。米国電力研究所（ＥＰＲＩ）の沸騰水型原子炉容器及び炉内構造物プロジェクト（ＢＷＲＶＩＰ）報告−０３（改定１２版）に規定される目視検査基準は、カメラアングルが、検査片から既知の距離を置いた状態で、垂線から３０°以下に配置されることを求めている。ＢＷＲＶＩＰ−２６Ａ及びＢＷＲＶＩＰ−１８３はいずれも上部格子板の試験に適用される。従来の方法を用いると、検査が検査基準内に収まることを確認するのが困難であった。

したがって、検査基準を満たしていることを確認可能な新たな方法が望まれている。より詳細には、そのような方法を実行可能で、且つ既知のカメラアングル及び検査片からの距離を維持可能であるとともに、流れにより誘起される検査工程への影響を完全に排除しないまでも最小限に保つための剛性を備えた新たな装置が望まれている。

上記の目的は、沸騰水型原子炉の上部格子板の検査具を提供する本発明の装置により達成される。この検査具は、上部格子板の燃料集合体に対応する格子穴の上端に載置され支持される大きさの枠を含む。ホイール軌道は、枠が燃料集合体に対応する格子穴の上端に支持されると、燃料集合体に対応する格子穴の内周に、実質的に格子穴の境界に近接して延びるように、枠によって支持される。中心軸は枠により回転自在に支持され、枠が燃料集合体に対応する格子穴の上端に支持されると、格子穴の下方へ、格子穴の下方へ配置される燃料集合体の軸に概ね沿って延びる。リンケージブラケットは、中心軸に固定接続されて該中心軸から横方向に延び、中心軸に実質的に平行で離隔した蝶番線を有する遠位リンクが蝶着されている。カム従動子は、ホイール軌道に乗り、遠位リンクにより支持される。検査装置ブラケットは、上部格子板の下面を走査するようにカメラを固定アングルで支持するために、中心軸と遠位リンクとの間に接続される。

一実施形態において、検査具は、中心軸が約３８０°を超えて回転するのを防止するためのハードストップ環を含む。好ましくは、蝶着された遠位リンクは、蝶番線と中心軸との間のリンケージブラケットの別の部分と好ましくは０°の角度をなす予め選択された配向を有するようにばね付勢される。

好適な実施形態においては、ホイール軌道は略長方形であり、好ましくは略正方形である。望ましくは、ホイール軌道は、枠が燃料集合体に対応する格子穴の上端に載置されているときには、上部格子板の燃料集合体に対応する格子穴内で枠から吊り下げられ、一実施形態においては、ホイール軌道は上部格子板の上面の直下に位置する。

別の実施形態においては、本発明の検査具は、中心軸の上端に、中心軸を回転させる駆動手段との連結のための連結器を含む。好ましくは、この駆動手段は、検査具を燃料集合体に対応する格子穴の上端に位置決めし中心軸を回転させる連結器に接続するポールを含む。

本発明は、以下の好適な実施形態の説明を、添付の図面を参照しながら読むことにより、より良く理解することができる。

沸騰水型原子炉の典型的な原子炉圧力容器の一部破断断面図である。 本発明の検査具の分解図である。 図２に示す検査具の枠及びホイール軌道の分解図である。 本発明の検査具の中心軸及び該中心軸に直接接続されたリンク集合体の一部の斜視図である。 図４に示すリンク集合体の一部に蝶番式に取り付けられるリンク集合体の遠位端の斜視図である。 上部格子板の燃料集合体に対応する格子穴内に配置された本発明の検査具の下面を、検査センサブラケットが第１の配向状態で、示す斜視図である。 第２の配向状態にある、図６に示した本発明の検査具の斜視図である。

本発明の上部格子板検査具は、分解図の形で図２に図示されており、小型操作ポール５２を介して原子炉作業プラットフォームから提供される。小型操作ポール５２は、本発明の検査具６２の中心軸６０の上部であるスリーブ５８の遠位端のＪ字形スロット結合部５６に嵌合するディンプル５４を有する。小型操作ポール５２により、検査具６２が上部格子板のセル、すなわち燃料集合体の格子穴内に設置されるが、検査具は、この小型操作ポール５２により、カメラ又は他の検査センサを手動で機械的に操作したり、回転させたりして、目視検査要件を満たすべく、上部格子板の下側の表面を目視検査するのを可能にする。検査は、要望に応じて、時計回り又は反時計回りに実施可能である。

検査具６２の特徴は、図３の分解図にさらに詳細に示されている交差部材枠６４とホイール軌道６６とを備えることである。枠は４つのアームまたは筋交い７０を備えた中央ハブ６８を有しており、筋交い７０はハブ６８のまわりに９０°間隔で放射状に延出している。筋交い７０は、上部格子板の燃料集合体に対応する格子穴の壁の上面上に乗るよう設計された支持棚部７２を有する。中央ハブ６８は、下部スリーブ軸受７４と、改造された上部スリーブ軸受７６とを有し、上部スリーブ軸受７６はそれを貫通する中心軸６０の回転を許容する。ハードストップ遊動環７８は中心軸６０に接続され、一段高いランド８０を含む。この一段高いランド８０は、上部軸受７６のフランジの切り欠き８２と協働して、中心軸の回転を１回転よりも少し大きい角度、すなわち約３８０°に制限する。ハードストップからハードストップまでの約３８０°の回転により、検査領域が重複し、全領域が確実に検査対象となる。ハードストップが望ましいのは、ユーザが残りすべての検査を同一方向で実行し続け、完全に１回転した後で検査具を「ホーム」位置にリセットしない場合、装置、例えばカメラのケーブルが絡まるのを防止するからである。ビデオ（あるいは他のセンサ）ケーブルを適切に確保して、ケーブルが過度にたるんだり、又はたるみ不足になるのを防止するために、２つのケーブル拘束フック８４が枠のハブ６８に設置されている。ホーム位置可視表示器８６は、枠の上側に設置されて、動作時のカメラの相対的な位置をフィードバックする。ホイール軌道６６は枠に溶接され、枠が定位置にあるとき、上部格子板の上面の直下で、燃料集合体に対応する格子穴内に収まる。カメラ支持ブラケット９０にあるカメラ８８を上部格子板の燃料集合体に対応する格子穴の壁の下面の周辺にガイドするために、ホイール軌道６６は、燃料集合体の格子穴の内面に追従するよう長方形、好ましくは正方形であるのがより望ましい。

中心軸６０は、上部Ｊ字形スロット付きスリーブ５８と、上部中心軸部材９２と、リンケージ集合体スリーブ９４と、下部軸部材９７とから成り、各々が端と端とを溶接等により固定的に連結され、ピン９８が回転すべりを確実になくす働きをする。カメラ支持ブラケット９０の重量は、下部中心軸部材９６に固定された軸カラー集合体１００により担持される。下部中心軸部材９６上の軸カラー集合体１００の高さは、カメラ支持ブラケット９０を様々な上部格子板の構造に応じて上下動できるように、調節可能である。下部中心軸９６上の印１０２は、上部格子板の個別の設計に応じた高さ調節を識別するために設けられている。スロットを有するカメラブラケット１０４は、カメラ支持ブラケット９０を下部中心軸部材９６に接続するものであるが、以下に説明するように、遠位リンケージブロック１１０を介してカメラ支持ブラケット９０に接続されたカム従動子１２４がホイール軌道６６に沿って動くと、カメラ支持ブラケットが横方向に移動できるようにする。

リンケージ集合体１０６は一般的にスリーブ９４と、第１のリンケージブロック１０８と、第２の遠位リンケージブロック１１０とから成る。第１のリンケージブロック１０８は図４により詳しく示されており、リンケージ集合体スリーブ９４に溶接されて一体部材を形成している。第２の、すなわち遠位リンケージブロック１１０は、図５により良く示されている。第１のリンケージブロック１０８は、連結ピン１１４により枢動可能に連結された蝶番式連結器１１２を介して第２のリンケージブロック１１０に接続される。蝶番式連結器１１２は、蝶番の配向を中立位置、すなわち第１のリンケージブロック１０８と第２のリンケージブロック１１０との間のオフセットが０°に戻すねじりばね１１６を備える。第２のリンケージブロックの下部側には、回転運動を可能とする滑り嵌め棒１２０の一方の端部のための孔１１８がある。滑り嵌め棒１２０のもう一方の端部は、カメラブラケットの固定配向を維持するために、カメラブラケット９０の上端に固定接続される。第２のリンケージブロック１１０の上方端部の孔１２２には、カム従動子１２４の軸が据え付けられる。カム１２４はホイール軌道６６の内面に乗っている。

検査具６２の構成は、中心軸６０が小型操作ポール５２によって手動で回転される際、カメラの位置が常にカムローラ１２４と同一の位置に保たれるようになっている。検査具はカメラ８８を支持するものとして記載されているが、上部格子板の状態を試験するために、他の非破壊式センサもこの検査具により支持可能であることが理解されるべきである。上述の通り、検査具の回転を完全な１回転に制限するために、ハードストップ環７８が中心軸６０上に配置されるが、これによって、カメラケーブルが検査具に絡み付くのが防止されるとともに、検査の開始及び終了の機械的フィードバックが行われる。

検査具は、本発明の検査具によって行われる検査がＶＴ−１試験のＢＷＲＶＩＰの要件内に収まるように、カメラを位置決めする。これには、検査面に対するカメラの視角の関係（該面とカメラの視野との間の垂線の角度から３０°未満）ならびに検査距離（検査面から１５．２４ｃｍ）が含まれる。検査を行うためには、検査対象に指定された上部格子板のセル（すなわち燃料集合体に対応する格子穴）からすべての燃料集合体、制御棒ブレード、ダブルブレードガイド及び／又はシングルブレードガイドを完全に退避させなければならない。直ぐ隣りのセル内に位置する燃料集合体、ダブルブレードガイド、及び／又はシングルブレードガイドについては、こうした物体のいずれとも接触又は干渉することがないであろうから、検査を行うために退避させる必要はない。上記した本発明の検査具はまた、局部出力領域モニタ等のいずれの計装体にも干渉せず、接触もしない。

ＢＷＲ−２型乃至６型上部格子板の設計のすべてにそれぞれ必要な５つの異なる構成に適応させるため、３つの異なる長さの棒１２０が用いられてもよい。各棒は、軸カラー１００の位置に応じた垂直方向の調整を可能にしつつ、リンケージの遠位ブロック１１０の滑り嵌め孔１１８への有意な接触を維持するよう設計されている。軸カラー１００を保持する下部中心軸部材９６は、検査中の上部格子板に応じて軸カラーをどこに適切に位置付けるべきかを示すための小さな溝１０２を有する。検査具が特定の構成に適応するように設定されると、予定されたすべての検査は、設定をさらに変更、修正、又は操作することなく行うことができる。本実施形態の様々な構成要素に用いられる主な構成材料は、耐食性のため、３００系ステンレス鋼と６０６１アルミニウムとから形成される。このように、本発明の検査具は、既知のカメラアングル及び検査片からの距離による円滑な検査を可能にするとともに、流れにより誘起される検査への影響を完全に排除しないまでも最小限に保つための剛性を備えている。

図６は、カメラ支持体９０が上部格子板２４の下面を走査する際、カム１２４がホイール軌道６６の直線状のレールに沿った中央の場所に来た状態の、上部格子板に設置された本発明の検査具を示す斜視図である。図７は、カムホイール１２４がホイール軌道６６の角位置にある状態の、図６に示す検査具を示す斜視図である。図６及び７によれば、蝶番式の連結器１１２がホイール軌道６６の直線部に適応するために曲がる際のリンケージ集合体１０６の機能をより良く理解することができる。

本発明を特定の実施形態につき詳細に説明したが、当業者には、開示内容の全体的な教示に照らして、それらの種々の変形及び代替案を作成することができることがわかるであろう。したがって、開示されている特定の実施形態は、例示的であることを意図しているのみであって本発明の範囲を限定するものではなく、その範囲は添付の請求項ならびにそのあらゆる均等物の全幅を与えられるべきである。

Claims (11)

1. 沸騰水型原子炉の上部格子板（２４）の検査具（６２）であって、
   前記上部格子板の燃料集合体に対応する格子穴の上端に載置され支持される大きさの枠（６４）と、
   前記枠が前記燃料集合体に対応する格子穴の前記上端に支持されると、前記燃料集合体に対応する格子穴の内周に、実質的に前記格子穴の境界に近接して延びるように、前記枠（６４）によって支持されるホイール軌道（６６）と、
   前記枠（６４）により回転自在に支持され、前記枠が前記燃料集合体に対応する格子穴の前記上端に支持されると、前記格子穴の下方へ、前記格子穴の下方へ配置される燃料集合体の軸に概ね沿って延びる中心軸（６０）と、
   前記中心軸（６０）に固定接続され、前記中心軸から横方向に延び、前記中心軸に実質的に平行で離隔した蝶番線（１１２）を有する遠位リンク（１１０）が蝶着されたリンケージブラケット（１０６）と、
   前記ホイール軌道（６６）に乗り、前記遠位リンク（１１０）により支持されるカム従動子（１２４）と、
   前記中心軸（６０）と前記遠位リンク（１１０）との間に固定アングルで接続される検査装置ブラケット（９０）と、
   を備えることを特徴とする検査具（６２）。
2. 前記中心軸（６０）が約３８０度を超えて回転するのを防止するためのハードストップ環（７８）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の検査具（６２）。
3. 前記蝶着された遠位リンク（１１０）が予め選択された配向を有するようにばね付勢されることを特徴とする、請求項１に記載の検査具（６２）。
4. 前記予め選択された配向が、前記蝶番線（１１２）と前記中心軸（６０）との間の前記リンケージブラケット（１０６）の別の部分（１０８）と０度の角度をなすことを特徴とする、請求項３に記載の検査具（６２）。
5. 前記検査装置ブラケット（９０）に据え付けられるビデオカメラ（８８）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の検査具（６２）。
6. 前記ホイール軌道 （６６）が実質的に長方形であることを特徴とする請求項１に記載の検査具（６２）。
7. 前記ホイール軌道（６６）が略正方形であることを特徴とする請求項６に記載の検査具（６２）。
8. 前記枠が前記燃料集合体に対応する格子穴の前記上端に載置されているときには、前記ホイール軌道（６６）が、前記上部格子板（２４）の前記燃料集合体に対応する格子穴内で前記枠（６４）により吊り下げられることを特徴とする、請求項１に記載の検査具（６２）。
9. 前記枠（６４）が前記燃料集合体に対応する格子穴の上端に載置されているときには、前記ホイール軌道（６６）が前記上部格子板（２４）の上面の直下に位置することを特徴とする、請求項８に記載の検査具（６２）。
10. 前記中心軸（６０）の上端に、前記中心軸を回転させる駆動手段（５２）との連結のための連結器（５４，５６）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の検査具（６２）。
11. 前記検査具を前記燃料集合体に対応する格子穴の上端に位置決めし前記中心軸（６０）を回転させるために前記連結器（５４，５６）に接続するポール（５２）を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の検査具（６２）。

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