JP2020139801A - Fuel replacing machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、原子力発電所において水中に設置された燃料集合体や機器の移送を行う燃料取替機に関する。 The present invention relates to a fuel replacement machine for transferring fuel assemblies and equipment installed underwater in a nuclear power plant.
原子力発電所では、定期点検で行われる燃料取替作業に要する時間の短縮が望まれている。燃料取替作業には、燃料集合体を、原子炉圧力容器内の炉心から原子炉ウェルを経由して燃料プールに置かれた燃料貯蔵ラックへ移送する作業と、燃料貯蔵ラックから炉心へ移送する作業と、炉心内と燃料貯蔵ラック内で移送する作業が含まれる。この作業を行う燃料取替機は、走行台車と、走行台車上を移動する横行台車と、横行台車に取り付けられ伸縮可能な伸縮管を備え、伸縮管の下端で燃料集合体を把持し、走行台車と横行台車の移動(以下、「横走行」と呼ぶ。)と伸縮管の伸縮により燃料集合体を移送する。 At nuclear power plants, it is desired to reduce the time required for fuel replacement work performed during regular inspections. In the fuel replacement work, the fuel assembly is transferred from the core in the reactor pressure vessel to the fuel storage rack placed in the fuel pool via the reactor well, and from the fuel storage rack to the core. This includes work and transfer within the core and fuel storage racks. The fuel changer that performs this work is equipped with a traveling carriage, a traversing carriage that moves on the traveling carriage, and an expandable and contractible telescopic pipe that is attached to the traversing carriage, and grips the fuel assembly at the lower end of the telescopic pipe to run. The fuel assembly is transferred by the movement of the bogie and the traverse bogie (hereinafter referred to as "horizontal running") and the expansion and contraction of the expansion and contraction pipe.
燃料取替機を用いた燃料取替作業では、横走行の停止時に、伸縮管と伸縮管に把持された燃料集合体の振れが発生する。この振れが大きいと、燃料取替機が炉心内と燃料貯蔵ラック内の燃料集合体を掴み損なうことや、燃料集合体を炉心と燃料貯蔵ラックの所定の位置に挿入できないことなどの不具合が生じやすくなる。 In the fuel replacement work using the fuel replacement machine, the expansion pipe and the fuel assembly gripped by the expansion pipe run out when the lateral traveling is stopped. If this runout is large, problems such as the fuel replacement machine failing to grasp the fuel assembly in the core and the fuel storage rack, and the fuel assembly cannot be inserted into the predetermined positions of the core and the fuel storage rack occur. It will be easier.
そこで、燃料取替機では、燃料集合体を把持する前と燃料集合体を所定の位置へ挿入する前に、伸縮管と燃料集合体の振れが収まるまで燃料取替機を停止させて所定の時間待つ「振れ待ち」と呼ばれる動作を行っている。横走行の停止時に発生する伸縮管と燃料集合体の振れを速やかに抑制し、振れ待ちの時間を短縮することができれば、燃料取替作業に要する時間を短縮することができる。 Therefore, in the fuel changer, before gripping the fuel assembly and before inserting the fuel assembly into a predetermined position, the fuel changer is stopped until the runout of the expansion pipe and the fuel assembly is settled, and a predetermined position is set. Waiting for time An operation called "waiting for swing" is performed. If the runout of the expansion pipe and the fuel assembly that occurs when the lateral running is stopped can be quickly suppressed and the runout waiting time can be shortened, the time required for the fuel replacement work can be shortened.
特許文献1には、伸縮管と燃料集合体の振れを速やかに抑制する燃料交換機の例が開示されている。特許文献1に記載の燃料交換機は、横行台車と伸縮管の間にサスペンションと電磁石から構成された制振装置を備え、伸縮管の揺動速度により電磁石に供給する電流を制御して伸縮管の振れを抑制する。
特許文献1に記載の燃料交換機などの従来の燃料交換機は、伸縮管と燃料集合体の振れを抑制するために制振装置を備えるので、構成が複雑になって部品数が増加し、コストが増加するという課題がある。また、燃料集合体が伸縮管に搖動可能な状態で吊り下げられるため、伸縮管の振れが収まった後に燃料集合体の振れが残留することが懸念される。
A conventional refueling machine such as the refueling machine described in
本発明は、このような課題を鑑みてなされたものであり、制振装置を備えることなく、燃料集合体と伸縮管の振れを抑制することができる燃料取替機を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a fuel replacement machine capable of suppressing the runout of a fuel assembly and a telescopic pipe without providing a vibration damping device. To do.
本発明による燃料取替機は、移動可能な走行台車と、前記走行台車の上を移動可能な横行台車と、前記横行台車に取り付けられ、伸縮可能であり、燃料集合体を吊り下げることができる伸縮管と、前記走行台車と前記横行台車と前記伸縮管を制御する制御装置と、前記伸縮管と前記燃料集合体から構成される振動系の共振周波数を求める共振周波数同定装置と、前記走行台車と前記横行台車に対する指令値から前記共振周波数の成分を除去した補正指令値を求める補正装置とを備える。前記制御装置は、前記補正指令値に従って前記走行台車と前記横行台車を制御する。 The fuel changer according to the present invention is attached to a movable traveling carriage, a traversing carriage that can move on the traveling carriage, and the traversing carriage, is expandable and contractible, and can suspend a fuel assembly. An expansion tube, a control device for controlling the traveling carriage, the traversing carriage, and the expansion tube, a resonance frequency identification device for obtaining the resonance frequency of a vibration system composed of the expansion tube and the fuel assembly, and the traveling carriage. And a correction device for obtaining a correction command value obtained by removing the component of the resonance frequency from the command value for the traversing carriage. The control device controls the traveling carriage and the traversing carriage according to the correction command value.
本発明によると、制振装置を備えることなく、燃料集合体と伸縮管の振れを抑制することができる燃料取替機を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a fuel changer capable of suppressing the runout of a fuel assembly and a telescopic pipe without providing a vibration damping device.
本発明による燃料取替機は、走行台車と横行台車の移動(横走行)の指令値を制御することにより、制振装置を備えなくても、伸縮管と伸縮管に把持された燃料集合体との振れを速やかに抑制することができる。 The fuel changer according to the present invention controls the command value of the movement (lateral travel) of the traveling carriage and the traverse carriage, so that the fuel assembly held by the expansion and contraction pipe and the expansion and contraction pipe is held without a vibration damping device. It is possible to quickly suppress the fluctuation with.
以下、本発明の実施例による燃料取替機を、図面を用いて説明する。本明細書で用いる図面において、同一のまたは対応する構成要素には同一の符号を付け、これらの構成要素については繰り返しの説明を省略する場合がある。 Hereinafter, the fuel replacement machine according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings used in the present specification, the same or corresponding components may be designated by the same reference numerals, and repeated description of these components may be omitted.
以下に述べる実施例では、燃料取替機が水中に設置された燃料集合体を移送する例を説明する。本発明による燃料取替機は、炉心制御棒などの、原子力発電所において水中に設置された機器を移送することもできる。 In the examples described below, an example in which a fuel changer transfers a fuel assembly installed in water will be described. The fuel changer according to the present invention can also transfer equipment installed underwater in a nuclear power plant, such as a core control rod.
本発明の実施例1による燃料取替機について説明する。 The fuel changer according to the first embodiment of the present invention will be described.
図1は、本実施例による燃料取替機1の構成を示す図である。燃料取替機1は、走行台車2、横行台車3、伸縮管4、旋回装置(図示せず)、制御装置100、共振周波数同定装置101、及び補正装置102を備える。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a
走行台車2は、原子炉ウェルまたは燃料プール21を挟んで対向する床20の上に平行に設置されたレール22に沿って、原子炉ウェルまたは燃料プール21の真上を移動可能である。
The traveling
横行台車3は、走行台車2の移動方向と直交する方向に、走行台車2の上に設置されたレール(図示せず)に沿って、走行台車2の上を移動可能である。
The traversing carriage 3 can move on the traveling
伸縮管4は、ユニバーサルジョイント4aを介して横行台車3に取り付けられ、横行台車3から下方に向かって延伸し、鉛直方向に伸縮可能である。伸縮管4は、径が互いに異なる複数の同軸の円管4b、4c、4dを備え、これらの円管4b、4c、4dがテレスコピック式に伸縮可能な構造を持つ。図1に示した例では、円管4b、4c、4dは、この順に上から下に位置する。伸縮管4は、下端に掴み具4eを備え、掴み具4eで燃料集合体5を吊り下げて把持することができる。掴み具4eは、伸縮管4の下端に位置する円管4dに設けられ、フックを備え、燃料集合体5の上部にあるハンドル5aをフックで吊り下げたり、ハンドル5aを離したりできる構造を持つ。なお、図1には伸縮管4が3つの円管4b、4c、4dを備える例を示しているが、伸縮管4が備える円管の数は、3つに限定されない。
The
旋回装置(図示せず)は、横行台車3に設置され、ユニバーサルジョイント4aを鉛直軸の周りに旋回させて、伸縮管4の全体を鉛直方向の周りに旋回させることができる。
The swivel device (not shown) is installed on the traverse carriage 3 and can swivel the
制御装置100は、走行台車2、横行台車3、伸縮管4、掴み具4e、及び旋回装置に対する指令値200(実際には、指令値200が補正された補正指令値201)が入力され、入力された指令値200に従い、走行台車2、横行台車3、伸縮管4、掴み具4e、及び旋回装置を制御する。指令値200には、例えば、走行台車2の速度、横行台車3の速度、伸縮管4の長さ、掴み具4eの動作、及び旋回装置の旋回角に対する指令値が含まれる。
The
共振周波数同定装置101と補正装置102については、後述する。
The resonance
制御装置100、共振周波数同定装置101、及び補正装置102は、任意の場所に設置することができる。
The
燃料集合体5は、走行台車2と横行台車3の移動(横走行)により水平位置が定められ、伸縮管4の伸縮により鉛直位置が定められ、旋回装置の旋回により鉛直軸周りの向きが定められる。燃料集合体5は、水中に設置されているものとする。
The horizontal position of the
なお、燃料取替機1は、燃料集合体5の水平位置、鉛直位置、及び鉛直軸周りの向きを定める構成について、任意の構成を備えることができ、上述の構成を備えなくてもよい。また、指令値200は、走行台車2、横行台車3、伸縮管4、掴み具4e、及び旋回装置を制御できれば、上記以外の指令値(例えば、位置、加速度、または力などに対する指令値)を含んでもよい。本発明は、指令値200の種類によって限定されるものではない。
The
燃料取替機1では、伸縮管4がユニバーサルジョイント4aにより横行台車3に取り付けられているため、伸縮管4の振れが生じる。また、掴み具4eのフックに燃料集合体5が揺動可能に吊り下げられるため、伸縮管4に把持された燃料集合体5の振れも生じる。さらに、伸縮管4を構成する円管4b、4c、4dの継目部分に伸縮管4を伸縮可能とするための隙間が設けられ、伸縮管4の下端に位置する円管4dと掴み具4eの間にも嵌め合いのための隙間が設けられているため、これらの隙間により円管4b、4c、4dと掴み具4eにも振れが生じる。
In the
これらの振れは、横走行で顕著に現れる。特に、横走行の停止時に生じた振れが大きいと、燃料取替機1が燃料集合体5を掴み損なうことや、燃料集合体5を所定の位置に挿入できないことなどの不具合が生じやすくなる。そこで、特に横走行の停止時に、これらの振れを速やかに抑制することが必要である。
These runouts are prominent in lateral running. In particular, if the runout generated when the lateral traveling is stopped is large, problems such as the
横走行により振れが生じるのは、伸縮管4と燃料集合体5から構成される振動系に対して、この振動系の共振周波数成分を励起させる外力が横走行により加わり、共振が生じるためである。そこで、この振動系に加わる外力から共振周波数成分を除けば、振れを速やかに抑制することができる。すなわち、横走行を行う走行台車2と横行台車3に対する指令値200から、伸縮管4と燃料集合体5から構成される振動系の共振周波数成分を除去すればよい。
The reason why the runout occurs due to the lateral running is that an external force that excites the resonance frequency component of the vibration system is applied to the vibration system composed of the
そこで、本実施例による燃料取替機1は、共振周波数同定装置101と、補正装置102を備える。共振周波数同定装置101は、共振周波数を求める装置である。補正装置102は、指令値200を補正して補正指令値201を得る装置であり、指令値200から共振周波数成分を除去した補正指令値201を求める。制御装置100は、指令値200の代わりに補正指令値201に従い、走行台車2、横行台車3、伸縮管4、掴み具4e、及び旋回装置を制御する。
Therefore, the
初めに、共振周波数同定装置101について説明する。
First, the resonance
共振周波数同定装置101は、伸縮管4と燃料集合体5から構成される振動系の共振周波数fを求める。この振動系は、数値モデル化され、共振周波数同定装置101は、この数値モデルを用いて計算することにより共振周波数fを求め、求めた共振周波数fを補正装置102に出力する。なお、振動系の数値モデルには、共振周波数同定装置101が振動系を数値モデル化した数値モデルを用いることもでき、共振周波数同定装置101以外の装置が振動系を数値モデル化した数値モデルを用いることもできる。
The resonance
伸縮管4を構成する円管4b、4c、4d、掴み具4e、及び燃料集合体5の振れ角(接続している上部要素に対する相対的な角度)を時間の関数θ1(t)、θ2(t)、θ3(t)、θ4(t)、及びθ5(t)で表し、これらをまとめたベクトルをΘ(t)で表すと、振動系の運動方程式は、次式のように表せる。
M(t、Θ(t))*Θ’’(t)+G(t、Θ(t))*Θ(t)+V(t、Θ(t)、Θ’(t))=A(t) ・・・(1)
ここで、「’」は時間に関する1階微分を表し、「’’」は時間に関する2階微分を表す。Mは、Θ’’(t)に係る係数をまとめた行列(慣性行列)である。Gは、Θ(t)に係る係数をまとめた行列(重力項行列)である。Vは、Θ’’(t)とΘ(t)以外の項をまとめた行列である。Aは、横走行により生じる慣性力のベクトルである。M、G、V、及びAの値やΘ(t)の要素数は、伸縮管4の伸縮に応じて時間変化する。
The swing angles (angles relative to the connected upper elements) of the
M (t, Θ (t)) * Θ'' (t) + G (t, Θ (t)) * Θ (t) + V (t, Θ (t), Θ'(t)) = A (t) ... (1)
Here, "'" represents the first derivative with respect to time, and "''" represents the second derivative with respect to time. M is a matrix (inertia matrix) that summarizes the coefficients related to Θ'' (t). G is a matrix (gravity term matrix) that summarizes the coefficients related to Θ (t). V is a matrix in which terms other than Θ'' (t) and Θ (t) are put together. A is a vector of inertial force generated by lateral running. The values of M, G, V, and A and the number of elements of Θ (t) change with time according to the expansion and contraction of the expansion and
この振動系の共振周波数fは、MとGを伸縮管4と燃料集合体5が鉛直に垂下した状態近傍で線形近似して得られた式(2)を角周波数ωについて解き、式(3)を用いて得られる。
det(Gl−Ml*ω^2)=0 ・・・(2)
f=ω/(2π) ・・・(3)
ここで、Glは、Gを線形近似した行列を表し、Mlは、Mを線形近似した行列を表し、detは、行列式演算を表す。
The resonance frequency f of this vibration system is obtained by linearly approximating M and G in the vicinity of the state where the
det (Gl-Ml * ω ^ 2) = 0 ... (2)
f = ω / (2π) ・ ・ ・ (3)
Here, Gl represents a matrix that is a linear approximation of G, Ml is a matrix that is a linear approximation of M, and det represents a determinant operation.
以上のように振動系を数値モデル化し、Ml、Glを求めれば、式(2)、(3)から共振周波数fを計算できる。 If the vibration system is numerically modeled as described above and Ml and Gl are obtained, the resonance frequency f can be calculated from the equations (2) and (3).
図2Aと図2Bは、共振周波数同定装置101が共振周波数fを求めるための、振動系の簡単なモデルを示す図である。図2Aに示した振動系のモデルでは、四角柱形状の燃料集合体5がハンドル5aで掴み具4eに揺動可能に吊り下げられており、これらが横走行により矢印に示す方向へ移動し、燃料集合体5のみが振れるとしている。図2Bは、図2Aに示した燃料集合体5を上方から見た図である。
2A and 2B are diagrams showing a simple model of the vibration system for the resonance
図2Aと図2Bの振動系のモデルにおいて、燃料集合体5の長さをL、幅をw、密度をρとし、密度ρが燃料集合体5に一様に分布しているとすると、Mlは、次式のように求められる。
Ml=1/3*ρ*w^2*L^3+1/12*κ*π*ρf*w^2*L^3
・・・(4)
式(4)において、右辺第1項は、燃料集合体5の回転中心周りの慣性モーメントである。右辺第2項は、燃料集合体5に引きずられて移動する周りの水による付加質量効果を表しており、ρfは水の密度、κは燃料集合体5の形状と移動方向により変化する付加質量係数である。
In the model of the vibration system of FIGS. 2A and 2B, assuming that the length of the
Ml = 1/3 * ρ * w ^ 2 * L ^ 3 + 1/12 * κ * π * ρf * w ^ 2 * L ^ 3
... (4)
In the equation (4), the first term on the right side is the moment of inertia around the center of rotation of the
Glは、次式のように求められる。
Gl=1/2*g*ρ*w^2*L^2−1/2*g*ρf*w^2*L^2
・・・(5)
式(5)の右辺第1項は、燃料集合体5に加わる重力の影響を表し、右辺第2項は、燃料集合体5に加わる浮力の影響を表しており、gは重力加速度である。
Gl is calculated by the following equation.
Gl = 1/2 * g * ρ * w ^ 2 * L ^ 2-1 / 2 * g * ρf * w ^ 2 * L ^ 2
... (5)
The first term on the right side of the equation (5) represents the effect of gravity applied to the
以上説明した数値モデルの共振周波数fは、次式を用いて求められる。
ω=sqrt(Gl/Ml) ・・・(6)
f=ω/(2π) ・・・(7)
上記の数値モデルには、上述したように、伸縮管4と燃料集合体5の水中に存在する部分が水から受ける付加質量効果と浮力を含んでいる。
The resonance frequency f of the numerical model described above can be obtained by using the following equation.
ω = sqrt (Gl / Ml) ・ ・ ・ (6)
f = ω / (2π) ・ ・ ・ (7)
As described above, the above numerical model includes the additional mass effect and buoyancy that the portion of the
本実施例では、簡単のために、共振周波数同定装置101が、燃料集合体5のみが振れる数値モデルを用いて共振周波数fを求める例を説明した。伸縮管4と燃料集合体5から構成される振動系は、燃料集合体5の振れだけでなく、円管4b、4c、4dと掴み具4eの振れも含めて数値モデル化できる。共振周波数同定装置101は、燃料集合体5と円管4b、4c、4dと掴み具4eの振れを含めた数値モデルを用いても、共振周波数fを求めることができる。
In this embodiment, for the sake of simplicity, an example in which the resonance
共振周波数同定装置101は、以上のようにして、伸縮管4と燃料集合体5から構成される振動系の共振周波数fを求めることができる。なお、共振周波数同定装置101は、数値モデル化した振動系の共振周波数fを計算できれば、上記以外の任意の方法(例えば、有限要素法解析など)で共振周波数fを求めてもよい。本発明は、上記の方法に限定されるものではない。
As described above, the resonance
横行台車3には、振れ止め装置(図示せず)が取り付けられる。伸縮管4は、振れ止め装置により振れが微小であり、振れ止め装置との衝突や水の抵抗により振れの減衰が大きい。さらに、円管4b、4c、4dと掴み具4eは、これらの部材の隙間が僅かなため振れが微小であり、これらの部材同士の衝突、水の抵抗、及び隙間部分に対する水の流入と流出により振れの減衰が大きい。このため、伸縮管4の振れを微小として無視でき、伸縮管4の振れが燃料集合体5の振れに与える影響も無視できる。したがって、伸縮管4と燃料集合体5から構成される振動系の数値モデルは、燃料集合体5のみが振動する(単振子運動する)数値モデルとしてもよい。
A steady rest device (not shown) is attached to the traverse carriage 3. The
次に、補正装置102について説明する。
Next, the
補正装置102は、走行台車2と横行台車3に対する指令値200から、伸縮管4と燃料集合体5から構成される振動系の共振周波数fの成分を除去する。補正装置102は、共振周波数fを遮断周波数とするノッチフィルタを備え、このノッチフィルタを用いて指令値200から振動系の共振周波数成分を除去して、補正指令値201を求める(図1を参照)。補正装置102は、他の装置または作業員により指令値200を入力し、共振周波数同定装置101から共振周波数fの値を入力し、求めた補正指令値201を制御装置100に出力する。
The
図3A、3B、3Cは、補正装置102が、指令値200から振動系の共振周波数成分を除去する処理を説明する図である。図3A〜3Cでは、指令値200が横行台車3の速度である例を示している。図3Aは、指令値200の一例を示すグラフであり、横行台車3の速度の時間変化と、速度振幅の周波数特性を示す。図3Bは、補正装置102が備えるノッチフィルタの伝達関数G(s)の絶対値(ゲイン)の一例を示すグラフである。図3Cは、振動系の共振周波数成分が除去された指令値200である補正指令値201の一例を示すグラフであり、図3Aに対応して、横行台車3の速度の時間変化と、速度振幅の周波数特性を示す。
3A, 3B, and 3C are diagrams illustrating a process in which the
ノッチフィルタは、指令値200の速度振幅の特定の周波数成分を除去する。ノッチフィルタの伝達関数G(s)は、次式で表される。
G(s)=(s^2+2*ζn*ω*s+ω^2)/(s^2+2*ζd*ω*s+ω^2) ・・・(8)
ここで、ω=2π*f(fは遮断したい共振周波数)であり、ζnとζdは減衰係数である。ζnは、遮断する周波数帯域の広さと強さから決定される設計パラメータである。ζdは、G(s)の分母のゲイン特性が全周波数帯域でフラットになるように0.71とするのが望ましい。
The notch filter removes a specific frequency component of the velocity amplitude of the
G (s) = (s ^ 2 + 2 * ζn * ω * s + ω ^ 2) / (s ^ 2 + 2 * ζd * ω * s + ω ^ 2) ・ ・ ・ (8)
Here, ω = 2π * f (f is the resonance frequency to be cut off), and ζ n and ζ d are attenuation coefficients. ζ n is a design parameter determined from the width and strength of the frequency band to be cut off. It is desirable that ζ d is 0.71 so that the gain characteristic of the denominator of G (s) becomes flat in all frequency bands.
補正装置102は、共振周波数同定装置101から共振周波数fを入力し、走行台車2と横行台車3の指令値200が入力されると、G(s)で示された特性を持つノッチフィルタにより、指令値200から共振周波数fの周波数成分を除去し、補正指令値201を求める。
When the resonance frequency f is input from the resonance
なお、伸縮管4の伸縮により共振周波数fが時間変化する場合には、ノッチフィルタの伝達関数G(s)のパラメータが、共振周波数fの時間変化とともに変化するようにしてもよい。
When the resonance frequency f changes with time due to the expansion and contraction of the expansion /
図4は、補正装置102の別の構成を示す図である。補正装置102は、複数のノッチフィルタ102a、102b、102cを備え、指令値200を入力し、これらのノッチフィルタを用いて補正指令値201を求め、補正指令値201を制御装置100に出力する。なお、図4には、一例として補正装置102が3つのノッチフィルタ102a〜102cを備える構成を示しているが、補正装置102は、2つまたは4つ以上のノッチフィルタを備えることができる。
FIG. 4 is a diagram showing another configuration of the
燃料集合体5と円管4b、4c、4dと掴み具4eの振れを含めた振動系では、複数の共振周波数(例えば、f1、f2、f3)が得られる。この場合には、補正装置102が、遮断周波数が互いに異なる複数のノッチフィルタ102a、102b、102cを備えればよい。ノッチフィルタ102a、102b、102cは、それぞれ共振周波数f1、f2、f3を遮断周波数とし、直列に接続される。これにより、補正装置102は、指令値200から共振周波数f1、f2、f3の周波数成分を除去した補正指令値201を得ることができる。
A plurality of resonance frequencies (for example, f1, f2, f3) can be obtained in the vibration system including the vibration of the
なお、補正装置102は、複数の共振周波数のうち振幅が大きい共振周波数成分を遮断するノッチフィルタのみを備えてもよい。また、補正装置102では、ノッチフィルタの伝達関数G(s)の設計パラメータを調整し、遮断する周波数帯域を広くして、1つのノッチフィルタで複数の共振周波数成分を遮断するようにしてもよい。なお、補正装置102は、振動系の共振周波数成分を遮断できれば、ローパスフィルタなどの任意のフィルタを備えることができる。本発明は、上記の構成に限定されるものではない。
The
また、補正装置102は、走行台車2と横行台車3のそれぞれに対する指令値200からそれぞれに対する補正指令値201を求めてもよく、走行台車2と横行台車3の指令値を合成した指令値200から補正指令値201を求めてもよい。
Further, the
制御装置100は、以上のように、共振周波数同定装置101と補正装置102により得られた補正指令値201に従い、走行台車2と横行台車3を制御する。走行台車2と横行台車3の指令値200は、予め定めることができ、補正装置102は、予め定められた指令値200から補正指令値201を予め求めて記録することができる。制御装置100は、動作の実行時に、補正装置102が予め求めた補正指令値201を読み込んで、走行台車2と横行台車3を制御してもよい。
As described above, the
以上のように、本実施例による燃料取替機では、走行台車2と横行台車3を制御する指令値である補正指令値201には、伸縮管4と燃料集合体5から構成される振動系の共振周波数成分が含まれていないので、伸縮管4と燃料集合体5の共振が励起されず、伸縮管4と燃料集合体5の振れを抑制できる。本実施例による燃料取替機は、伸縮管4の振れだけではなく、燃料集合体5の振れも抑制できるので、伸縮管4の振れが収まった後に燃料集合体5の振れが残留する懸念はない。したがって、本実施例による燃料取替機では、横走行の指令値200を補正することにより、制振装置を備えずに、伸縮管4と燃料集合体5の振れを速やかに抑制することができる。
As described above, in the fuel replacement machine according to the present embodiment, the
本発明の実施例2による燃料取替機について説明する。上述の実施例による燃料取替機と共通の構成については、説明を省略する場合がある。 The fuel changer according to the second embodiment of the present invention will be described. The description of the configuration common to the fuel changer according to the above embodiment may be omitted.
図5は、本実施例による燃料取替機1の構成を示す図である。本実施例による燃料取替機1では、共振周波数同定装置101が、振れ観測装置101aと共振周波数演算装置101bを備える。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of the
実際の伸縮管4と燃料集合体5を表すパラメータ(例えば、形状や質量)が設計値と異なる場合や、燃料を使用したことにより燃料集合体5の質量が変化した場合には、設計値に基づいて求めた数値モデルを用いて計算した共振周波数fは、実際の振動系の共振周波数fと異なる。本実施例による燃料取替機1は、振れ観測装置101aと共振周波数演算装置101bを備え、実際の振動系の共振周波数fを求める。
If the parameters (for example, shape and mass) representing the
なお、伸縮管4の振れは、燃料集合体5の振れに含めて観測し抑制できる。
The runout of the
振れ観測装置101aは、燃料集合体5の振れθ(t)を計測する装置であり、例えば、水中から燃料集合体5を撮影できる水中カメラで構成することができる。なお、振れθ(t)は、鉛直方向に対する角度である。振れ観測装置101aは、水中から燃料集合体5を撮影することにより、水面に現れる波の影響を受けることなく、燃料集合体5の振れを計測することができる。振れ観測装置101aは、燃料集合体5の振れを計測できれば、走行台車2、横行台車3、伸縮管4、または掴み具4eなど、任意の位置に設けることができ、原子炉圧力容器や燃料プールに取り付けることもできる。
The
共振周波数演算装置101bは、振れ観測装置101aが計測した燃料集合体5の振れθ(t)から、共振周波数fを計算して求める。共振周波数演算装置101bは、例えば、θ(t)のFFT解析を行うことで、またはθ(t)のピーク値間の時間間隔から、共振周波数fを計算できる。共振周波数演算装置101bは、求めた共振周波数fを補正装置102に出力する。
The resonance
以上の共振周波数fの計算は、燃料取替機1の稼働開始時に実施する。実際の伸縮管4のパラメータが設計値と異なるのは、設計段階でのパラメータの見積もりの精度不足や、加工時の寸法公差が原因である。燃料取替機1の稼働開始時に共振周波数fを求めれば、これらの原因により、計算して求めた共振周波数fが実際の振動系の共振周波数fと異なるのを防止できる。
The above calculation of the resonance frequency f is performed at the start of operation of the
また、共振周波数fの計算は、伸縮管4が燃料集合体5を把持して移送するときに行ってもよい。燃料の使用による燃料集合体5のパラメータ(特に質量)の変化は、燃料集合体5を把持して移送する段階で観察可能となる。したがって、燃料集合体5を把持して移送するときに、燃料集合体5の振れを計測して共振周波数fを計算すると、燃料の使用による燃料集合体5のパラメータの変化を考慮した共振周波数fを求めることができる。
Further, the calculation of the resonance frequency f may be performed when the expansion /
以上説明したように、本実施例による燃料取替機1では、燃料集合体5の振れを計測することで振動系の共振周波数fを求めるので、燃料集合体5の実際のパラメータが設計値と異なっていても、この影響を受けずに正確に共振周波数fを求めることができ、より効果的に燃料集合体5の振れを抑制することができる。
As described above, in the
なお、振れ観測装置101aと共振周波数演算装置101bは、燃料集合体5の振れを計測できて共振周波数fを求めることができれば、任意の構成を備えることができ、本実施例での態様に限定されるものではない。
The
本発明の実施例3による燃料取替機について説明する。上述の実施例による燃料取替機と共通の構成については、説明を省略する場合がある。 The fuel changer according to the third embodiment of the present invention will be described. The description of the configuration common to the fuel changer according to the above embodiment may be omitted.
図8は、本実施例による燃料取替機1の構成を示す図である。本実施例による燃料取替機1は、燃料集合体パラメータ計測装置50を備える。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of the
燃料集合体5は、燃料を使用したことによりパラメータ(特に質量)が変化する。また、燃料取替機1が複数の種類の燃料集合体5を扱う場合には、燃料集合体5のパラメータは、燃料集合体5により異なる。このような場合にも、設計値に基づいて求めた数値モデルを用いて計算した共振周波数fは、実際の振動系の共振周波数fと異なる。本実施例による燃料取替機1は、燃料集合体パラメータ計測装置50と共振周波数同定装置101を備え、燃料集合体5の実際のパラメータを計測し、実際の振動系の共振周波数fを求める。
The parameters (particularly mass) of the
燃料集合体パラメータ計測装置50は、例えば、燃料集合体5の質量を計測する計測器50aで構成することができる。燃料集合体5の質量を計測する計測器50aには、例えば、荷重計を用いることができる。計測器50aは、例えば、伸縮管4または掴み具4eに設置することができる。燃料の使用により燃料集合体5の質量が変化した場合には、設計値に基づいて求めた数値モデルを用いて計算した共振周波数fは、実際の振動系の共振周波数fと異なる。本実施例による燃料取替機1では、燃料集合体パラメータ計測装置50(計測器50a)が、燃料集合体5の質量を計測し、共振周波数同定装置101が、計測した質量を用いた数値モデルを使って共振周波数fを計算(再計算)することで、実際の振動系の共振周波数fを求める。
The fuel assembly
燃料集合体パラメータ計測装置50は、燃料集合体5の質量を計測する計測器50aの他に、他の計測器(例えば、水中から燃料集合体5を撮影できる水中カメラ50b)を備えることもできる。水中カメラ50bは、燃料集合体5の形状パラメータ(例えば、長さ、幅、断面形状など)を計測する。
The fuel assembly
共振周波数同定装置101は、燃料集合体パラメータ計測装置50が計測したパラメータ(質量と形状パラメータ)を用いた数値モデルを使って、共振周波数fを計算して求める。(なお、パラメータの質量は、燃料集合体5の数値モデルにおいて、密度ρに反映される。)共振周波数同定装置101は、質量や形状が設計値から変動した燃料集合体5や、質量や形状が互いに異なる複数の燃料集合体5のそれぞれに対して、共振周波数fを正確に求めることができる。
The resonance
燃料集合体パラメータ計測装置50による燃料集合体5のパラメータの計測と、共振周波数同定装置101による計測値を用いた共振周波数fの計算は、伸縮管4が燃料集合体5を把持したときに行う。
The measurement of the parameters of the
以上説明したように、本実施例による燃料取替機1では、燃料集合体5のパラメータが変動したときや、燃料集合体5のパラメータが燃料集合体5により異なる場合にも、正確に共振周波数fを求めることができ、より効果的に燃料集合体5の振れを抑制することができる。
As described above, in the
なお、燃料集合体パラメータ計測装置50は、少なくとも燃料集合体5の質量を計測でき、望ましくは燃料集合体5の形状パラメータも計測できれば、任意の構成を備えることができ、本実施例での態様に限定されるものではない。また、燃料集合体5の質量を計測する計測器50aは、燃料集合体5の荷重を計測した場合でも、計測した荷重から燃料集合体5の質量を求めることができる。
The fuel assembly
本発明の実施例4による燃料取替機について説明する。上述の実施例による燃料取替機と共通の構成については、説明を省略する場合がある。 The fuel changer according to the fourth embodiment of the present invention will be described. The description of the configuration common to the fuel changer according to the above embodiment may be omitted.
燃料取替作業では、大量の燃料集合体5を移送するため、燃料集合体5の取り間違いを防止しなくてはならない。そこで、本実施例による燃料取替機1は、燃料集合体個体識別装置を備え、個々の燃料集合体5を識別する。燃料集合体個体識別装置は、燃料集合体5の個体識別情報(例えば、マーカー)を検出し、検出した個体識別情報で個々の燃料集合体5を識別することができる。個体識別情報は、個々の燃料集合体5に固有の情報であり、個々の燃料集合体5を特定するための情報である。
In the fuel replacement work, a large amount of
燃料集合体個体識別装置は、例えば、水中カメラ(例えば、図8の水中カメラ50b)を備えることができる。水中カメラは、燃料集合体5に付けられた個体識別情報を撮影して検出する。燃料集合体個体識別装置は、燃料集合体5の個体識別情報を検出し、検出した個体識別情報により個々の燃料集合体5を識別して特定する。燃料集合体5の識別は、伸縮管4が燃料集合体5を把持するとき、または燃料集合体5を把持するために横走行を行っている間に実施すればよい。
The fuel assembly individual identification device can include, for example, an underwater camera (for example, the
本実施例による燃料取替機1では、燃料集合体5を表すパラメータが複数の燃料集合体5において互いに異なる場合には、それぞれの燃料集合体5の個体識別情報とパラメータをデータベースに記録しておき、燃料集合体5を把持するときに、把持する燃料集合体5の個体識別情報に対応するパラメータをデータベースから読み込み、このパラメータを用いて共振周波数fを計算(再計算)するようにしてもよい。
In the
本実施例による燃料取替機1は、燃料集合体5の振れを抑制できるとともに、燃料集合体5の取り間違いを防止することができる。また、データベースに記録してある燃料集合体5のパラメータを用いて共振周波数fを計算する構成を備える場合には、把持する燃料集合体5を識別して正確に特定できるので、把持する燃料集合体5についてのパラメータを正しくデータベースから読み込んで共振周波数fを求めることができ、燃料集合体5の振れをさらに効果的に抑制することができる。
The
なお、燃料集合体個体識別装置は、個々の燃料集合体5を識別できれば、任意の構成を備えることができ、本実施例での態様に限定されるものではない。
The fuel assembly individual identification device can be provided with an arbitrary configuration as long as it can identify each
本発明の実施例5による燃料取替機について説明する。上述の実施例による燃料取替機と共通の構成については、説明を省略する場合がある。 The fuel changer according to the fifth embodiment of the present invention will be described. The description of the configuration common to the fuel changer according to the above embodiment may be omitted.
本実施例による燃料取替機1では、伸縮管4と燃料集合体5に加わる外乱により生じる燃料集合体5の振れも抑制することができる。
In the
図6は、本実施例による燃料取替機1の構成を示す図である。本実施例による燃料取替機1は、振れ観測装置101aと振れフィードバック補正装置103を備える。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of the
伸縮管4や燃料集合体5には、炉心または燃料貯蔵ラックに格納されている燃料集合体5の発熱による水の対流などの外乱が加わる場合がある。振れ観測装置101aと振れフィードバック補正装置103は、この外乱により生じる燃料集合体5の振れを抑制するために設けられる。
Disturbances such as convection of water due to heat generated by the
振れ観測装置101aは、実施例2でも説明したように、燃料集合体5の振れθ(t)を計測する装置であり、例えば、水中から燃料集合体5を撮影できる水中カメラで構成することができる。
As described in the second embodiment, the
振れフィードバック補正装置103は、振れ観測装置101aが計測した燃料集合体5の振れを抑制するように、走行台車2と横行台車3に対する指令値(補正指令値201)を補正する装置である。振れフィードバック補正装置103は、振れ観測装置101aが計測した燃料集合体5の振れθ(t)から、補正指令値201へのフィードバック補正量202を計算して求め、フィードバック補正量202を用いて補正指令値201を補正する。
The runout
振れフィードバック補正装置103は、例えば、次式の演算により、フィードバック補正量202を計算することができる。
F=kp*θ(t)+kd*θ’(t)+ki*Σθ(t) ・・・(9)
ここで、Fは、フィードバック補正量であり、kp、kd、kiは、フィードバック補正ゲインである。フィードバック補正ゲインは、公知技術を用いて定めることができる。
The runout
F = kp * θ (t) + kd * θ'(t) + ki * Σθ (t) ・ ・ ・ (9)
Here, F is a feedback correction amount, and kp, kd, and ki are feedback correction gains. The feedback correction gain can be determined using known techniques.
振れフィードバック補正装置103は、式(9)に従い、燃料集合体5が鉛直に垂下した状態を目標値としたPID制御を行い、適切に設定されたフィードバック補正ゲインを用いて、外乱により生じる燃料集合体5の振れを抑制することができる。
The runout
制御装置100は、補正指令値201(指令値200から伸縮管4と燃料集合体5から構成される振動系の共振周波数fの周波数成分が除去された指令値)にフィードバック補正量202が加算された指令値203、すなわちフィードバック補正量202を用いて補正された補正指令値201である指令値203を用いて、走行台車2と横行台車3を制御する。
In the
以上説明したように、本実施例による燃料取替機1では、燃料集合体5の振れθ(t)を走行台車2と横行台車3に対する指令値にフィードバックすることにより、共振周波数同定装置101と補正装置102では考慮できなかった水流などによる外乱の影響も含めて、燃料集合体5の振れを抑制することができる。
As described above, in the
なお、振れ観測装置101aと振れフィードバック補正装置103は、燃料集合体5の振れを計測できてこの振れを抑制するように指令値を補正できれば、任意の構成を備えることができ、本実施例での態様に限定されるものではない。
The
図7は、本実施例による燃料取替機1の別の構成を示す図である。図7に示す燃料取替機1は、図6に示す燃料取替機1において、共振周波数同定装置101と補正装置102を備えない構成を備える。振れフィードバック補正装置103は、走行台車2と横行台車3に対する指令値200を、フィードバック補正量202を用いて補正する。制御装置100は、振れフィードバック補正装置103が補正した指令値200である指令値204に従って、走行台車2と横行台車3を制御する。
FIG. 7 is a diagram showing another configuration of the
横走行により生じる伸縮管4と燃料集合体5の振れも、振れ観測装置101aと振れフィードバック補正装置103を用いて抑制することができる。そこで、図7に示す燃料取替機1は、振れ観測装置101aと振れフィードバック補正装置103により得られたフィードバック補正量202を指令値200に加算する。
The runout of the
制御装置100は、指令値200にフィードバック補正量202が加算された指令値である指令値204を用いて、走行台車2と横行台車3を制御する。
The
図7に示す燃料取替機1は、計測した燃料集合体5の振れを用いて指令値200を補正するので、水流などによる外乱の影響も含めて、燃料集合体5の振れを抑制することができる。
Since the
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. For example, the above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and the present invention is not necessarily limited to the embodiment including all the described configurations. In addition, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment. It is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. In addition, it is possible to delete a part of the configurations of each embodiment and add / replace other configurations.
1…燃料取替機、2…走行台車、3…横行台車、4…伸縮管、4a…ユニバーサルジョイント、4b、4c、4d…伸縮管を構成する円管、4e…掴み具、5…燃料集合体、5a…ハンドル、20…床、21…原子炉ウェルまたは燃料プール、22…レール、50…燃料集合体パラメータ計測装置、50a…燃料集合体の質量を計測する計測器、50b…燃料集合体を撮影する水中カメラ、100…制御装置、101…共振周波数同定装置、101a…振れ観測装置、101b…共振周波数演算装置、102…補正装置、103…振れフィードバック補正装置、200…指令値、201…補正指令値、202…フィードバック補正量、203、204…フィードバック補正量が加算された指令値。 1 ... Fuel replacement machine, 2 ... Traveling trolley, 3 ... Traverse trolley, 4 ... Telescopic tube, 4a ... Universal joint, 4b, 4c, 4d ... Circular tube constituting the telescopic tube, 4e ... Grip, 5 ... Fuel assembly Body, 5a ... handle, 20 ... floor, 21 ... reactor well or fuel pool, 22 ... rail, 50 ... fuel assembly parameter measuring device, 50a ... measuring instrument for measuring the mass of fuel assembly, 50b ... fuel assembly Underwater camera, 100 ... control device, 101 ... resonance frequency identification device, 101a ... runout observation device, 101b ... resonance frequency calculation device, 102 ... correction device, 103 ... runout feedback correction device, 200 ... command value, 201 ... Correction command value, 202 ... Feedback correction amount, 203, 204 ... Command value to which the feedback correction amount is added.
Claims (12)
前記走行台車の上を移動可能な横行台車と、
前記横行台車に取り付けられ、伸縮可能であり、燃料集合体を吊り下げることができる伸縮管と、
前記走行台車と前記横行台車と前記伸縮管を制御する制御装置と、
前記伸縮管と前記燃料集合体から構成される振動系の共振周波数を求める共振周波数同定装置と、
前記走行台車と前記横行台車に対する指令値から前記共振周波数の成分を除去した補正指令値を求める補正装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記補正指令値に従って前記走行台車と前記横行台車を制御する、
ことを特徴とする燃料取替機。 Movable trolley and
A traverse trolley that can move on the traveling trolley and
A telescopic pipe that is attached to the traversing carriage, can be expanded and contracted, and can suspend the fuel assembly.
A control device for controlling the traveling carriage, the traversing carriage, and the telescopic pipe,
A resonance frequency identification device for obtaining the resonance frequency of the vibration system composed of the expansion tube and the fuel assembly, and
A correction device that obtains a correction command value obtained by removing the component of the resonance frequency from the command values for the traveling carriage and the traversing carriage, and
With
The control device controls the traveling carriage and the traversing carriage according to the correction command value.
A fuel changer characterized by that.
請求項1に記載の燃料取替機。 The command value includes a command value for the speed of the traveling carriage and a command value for the speed of the traversing carriage.
The fuel replacement machine according to claim 1.
請求項1に記載の燃料取替機。 The resonance frequency identification device obtains the resonance frequency by calculating using the numerical model of the vibration system.
The fuel replacement machine according to claim 1.
前記共振周波数同定装置は、前記燃料集合体と前記伸縮管が水から受ける付加質量効果と浮力を含む前記数値モデルを用いて、前記共振周波数を求める、
請求項3に記載の燃料取替機。 The telescopic pipe can suspend the fuel assembly installed in water.
The resonance frequency identification device obtains the resonance frequency by using the numerical model including the additional mass effect and buoyancy that the fuel assembly and the expansion tube receive from water.
The fuel replacement machine according to claim 3.
請求項4に記載の燃料取替機。 The resonance frequency identification device obtains the resonance frequency by using the numerical model in which only the fuel assembly vibrates.
The fuel replacement machine according to claim 4.
前記燃料集合体の振れを計測する振れ観測装置と、
前記振れ観測装置が計測した前記燃料集合体の振れから、前記共振周波数を計算して求める共振周波数演算装置と、
を備える、
請求項1に記載の燃料取替機。 The resonance frequency identification device is
A runout observation device that measures the runout of the fuel assembly,
A resonance frequency calculation device that calculates and obtains the resonance frequency from the runout of the fuel assembly measured by the runout observation device.
To prepare
The fuel replacement machine according to claim 1.
請求項1に記載の燃料取替機。 The correction device includes at least one notch filter having the resonance frequency as a cutoff frequency.
The fuel replacement machine according to claim 1.
前記共振周波数同定装置は、前記燃料集合体パラメータ計測装置が計測した前記パラメータを用いた、前記振動系の数値モデルを用いて計算することにより、前記共振周波数を求める、
請求項1に記載の燃料取替機。 A fuel assembly parameter measuring device for measuring at least the mass of the fuel assembly as a parameter of the fuel assembly is provided.
The resonance frequency identification device obtains the resonance frequency by calculating using a numerical model of the vibration system using the parameters measured by the fuel assembly parameter measuring device.
The fuel replacement machine according to claim 1.
請求項1に記載の燃料取替機。 A fuel assembly individual identification device for detecting individual identification information of the fuel assembly is provided.
The fuel replacement machine according to claim 1.
前記振れ観測装置が計測した前記燃料集合体の振れを抑制するように、前記補正指令値を補正する振れフィードバック補正装置を備える、
請求項1に記載の燃料取替機。 A runout observation device that measures the runout of the fuel assembly,
A runout feedback correction device for correcting the correction command value is provided so as to suppress the runout of the fuel assembly measured by the runout observation device.
The fuel replacement machine according to claim 1.
前記走行台車の上を移動する横行台車と、
前記横行台車に取り付けられ、伸縮可能であり、燃料集合体を吊り下げることができる伸縮管と、
前記走行台車と前記横行台車と前記伸縮管を制御する制御装置と、
前記燃料集合体の振れを計測する振れ観測装置と、
前記振れ観測装置が計測した前記燃料集合体の振れを抑制するように、前記走行台車と前記横行台車に対する指令値を補正する振れフィードバック補正装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記振れフィードバック補正装置が補正した前記指令値に従って前記走行台車と前記横行台車を制御する、
ことを特徴とする燃料取替機。 Movable trolley and
A traverse trolley that moves on the traveling trolley and
A telescopic pipe that is attached to the traversing carriage, can be expanded and contracted, and can suspend the fuel assembly.
A control device for controlling the traveling carriage, the traversing carriage, and the telescopic pipe,
A runout observation device that measures the runout of the fuel assembly,
A runout feedback correction device that corrects command values for the traveling carriage and the traversing carriage so as to suppress the runout of the fuel assembly measured by the runout observation device.
With
The control device controls the traveling carriage and the traversing carriage according to the command value corrected by the runout feedback correction device.
A fuel changer characterized by that.
請求項11に記載の燃料取替機。 The command value includes a command value for the speed of the traveling carriage and a command value for the speed of the traversing carriage.
The fuel replacement machine according to claim 11.
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Citations (9)
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