JP2672715B2 - 制御棒駆動機構のブレーキ機能確認試験方法 - Google Patents

制御棒駆動機構のブレーキ機能確認試験方法

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JP2672715B2 JP3039849A JP3984991A JP2672715B2 JP 2672715 B2 JP2672715 B2 JP 2672715B2 JP 3039849 A JP3039849 A JP 3039849A JP 3984991 A JP3984991 A JP 3984991A JP 2672715 B2 JP2672715 B2 JP 2672715B2
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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Description

【発明の詳細な説明】
[発明の目的]
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、沸騰水型原子炉(以下
BWRと略す)に使用される制御棒駆動機構(以下CR
Dと略す)のブレーキ機能確認試験方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図6はBWRの概略構成を示すもので、
図において原子炉圧力容器1内には冷却材2が収容され
ているとともに炉心3が配設されている。この炉心3は
原子炉圧力容器1内に配置されたシュラウド4に支持さ
れており、図示しない複数の燃料集合体及び制御棒5
(図では2体のみ示す)等から構成されている。冷却材
2は炉心3を上方に向かって流通し、その際炉心3より
発生する崩壊熱により加熱される。加熱された冷却材2
は水と蒸気との二相状態となり、炉心3上方へ移動す
る。炉心3の上方に設置された気水分離器6により水と
蒸気に分離された後、蒸気は図示しない蒸気乾燥器で乾
燥され、原子炉圧力容器1に接続された図示しない主蒸
気配管を介してタービン系に送られて発電に供される。
タービン系で仕事をした蒸気は復水器で凝縮・液化され
て復水となり、浄化系より浄化された後、原子炉圧力容
器1に給水として戻される。一方、原子炉圧力容器1内
で分離された内水はダウンカマ部に流下して上記給水と
混合した状態で炉心3の下方に移送される。以下同様の
サイクルを繰り返す。
【0003】前記制御棒5はCRD11により炉心3内へ
の挿入・引抜量を調整され、それによって炉心3の出力
制御がなされる。このCRD11は原子炉圧力容器1の低
部1aに固定されたCRDハウジング12内に挿入固定さ
れている。
【0004】つぎにCRD11の構成を図1を参照して説
明する。CRD11は電動式であり、すなわち図1中符号
13は電動機である。この電動機13の回転軸14は図示しな
い歯車式のカップリングとカップリングケース15を介し
てCRD11の駆動軸16に連結されている。この駆動軸16
は図示しないキー及びスプラインを介してボールねじ軸
19に連結されている。このボールねじ軸19にはボールナ
ット20が螺合している。このボールナット20にはローラ
21が設置されており、このローラ21はガイドチューブ22
の内周面に軸方向に取着された板23を挟持するように設
置されている。ボールナット20の上方には中空状のピス
トン24が設置されている。このピストン24はその上端に
設置されたカップリング25を介して前記制御棒5に連結
される。すなわち、電動機13の駆動により回転軸14及び
駆動軸16を介してボールねじ軸19が回転する。このボー
ルねじ軸19の回転によりボールナット20が上下動する。
なお、このボールナット20の回転はローラ21が板23を挟
持していることにより規制されている。ボールナット20
の上下動によりピストン24を介して制御棒5が上下動す
る。これによって制御棒5の炉心3への挿入・引抜量の
調整が行われる。なお、図中符号26はブラケットであ
り、27はラビリンスシールである。
【0005】次に原子炉に緊急事態が発生して原子炉を
緊急停止させる場合(以下スクラムと記す)について説
明する。緊急事態が発生した場合にはCRDハウジング
12の下部フランジに接続されたスクラム挿入配管17及び
注入口18を介して高圧駆動水がピストン24の下面側に供
給される。かかる高圧駆動水の供給によりボールナット
20の上に単に載置されているピストン24は上方に押し上
げられ、その結果、制御棒5は炉心3内に高速で挿入さ
れ原子炉はスクラムする。
【0006】更に上記構成において、制御棒5の挿入位
置の保持は電動機13自身が有する保持トルクによってボ
ールねじ軸19の回転を規制する事によりなされている。
これとともに、スクラム挿入配管破断時の制御棒逸出を
防ぐために、電磁ブレーキ28が設けられている。すなわ
ち、万一前記スクラム挿入配管17が破断したような場合
にはCRD11の内部圧力が低下し、その結果、原子炉圧
力容器1内の圧力がピストン24を押下げる力として作用
する。この押下げ力はボールねじ軸19に対して制御棒5
を引抜く方向への大きな引抜トルクとして作用する。そ
の際、前述した電動機13の保持トルクだけでは引抜トル
クに抵抗する事は出来ず、ボールねじ軸19が引抜方向に
回転して制御棒5が引抜かれてしまう事も予想される。
また、CRD11の内部圧力と原子炉圧力容器1内の圧力
差が大きい場合には制御棒5が高速で引抜かれる事にな
り、該引抜速度が炉心3における安全性維持のための許
容値を越えてしまい、急激な加速反応により炉心3が損
傷してしまうという事態も予想される。このため、前記
電動機13自身の保持トルク以外に電動機13の下に、十分
な保持トルクを有した電磁ブレーキ28を設けている。電
磁ブレーキ28は図2に示したようにコイル31がフィール
ド32内に設けられており、コイル31に通電すると電磁力
が発生する。フィールド32に相対して設けられた磁性材
で形成された円板状アーマチュア33は軸方向に移動でき
るが、回転できないようにピン34でフィールドに結合さ
れたサイドプレート41でフィールド32に取付けられてい
る。このフィールド32は電動機13のフレーム又はブラケ
ット26に固定されている。
【0007】一方、インナードライバ44は電動機13の回
転軸14に嵌合され、C型止メ輪36で固定されている。キ
ー37は回転軸14とインナードライバ44の間のトルク伝達
を行う。インナードライバ44の外周にはディスク38が軸
方向に移動可能なようにスプラインで嵌合し、ディスク
38の両面には摩擦板39が固定されている。以上の構造の
電磁ブレーキ28において、コイル31に通電しない場合に
はフィールド32に収容された複数個のスプリング40がア
ーマチュア33を上方向に押付ける。そのため、ディスク
38がサイドプレート41とアーマチュア33で強く挟み付け
られた状態となり、サイドプレート41と摩擦板39及び摩
擦板39とアーマチュア33の間の摩擦力によって電動機13
の回転軸14は拘束される。また、コイル31に通電した場
合にはフィールド32に発生した電磁力により、アーマチ
ュア33がスプリング40に打ち勝ってフィールド32に吸引
されるため、ディスク38が解放され制動力を失う。CR
D11において、制御棒5の挿入又は引抜を行う場合、通
常は通電せず制動力を有している電磁ブレーキ28に通電
して、その制動力を解除した後、電動機13を回転した制
御棒5の駆動を行う。駆動後は電動機13を停止後、電磁
ブレーキ28の通電を切って制動状態とする。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記構造のCRD11に
おいて、電磁ブレーキ28は安全機能を有する事から、定
検時には電磁ブレーキ28の保持機能の確認試験が可能で
ある事が要求されており、従来は、電動機13の駆動トル
クを利用していた。つまり、電磁ブレーキ28を通電せず
制動力を有した状態で電動機13を起動し、電動機13が回
転せず脱調状態にある事を見る事により、電磁ブレーキ
28の保持トルクを確認する方法が採用されていた。
【0009】しかしながら、上記のような電動機13の駆
動トルクを利用する確認方法では、電動機13が脱調した
場合、特に過渡周波数領域において、高サイクル且つ、
高トルク荷重の発生を伴うため、機器の健全性を保つ上
で好ましくなかった。
【0010】そこで本発明は、機器の健全性を損なう事
なく電磁ブレーキ28のトルク保持機能を確認できるCR
D11のブレーキ機能確認試験方法を提供する事を目的と
する。 [発明の構成]
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は以上の目的を達
成するために、BWRの発電所に用いられるCRDのブ
レーキ機能確認試験方法において、スクラム挿入配管破
断時に原子炉圧力容器内の圧力により制御棒が引抜かれ
る事を防ぐために上記CRDの下部に設置する電磁ブレ
ーキの電源をOFFした際の電圧及び電流に発生するス
パイクによりブレーキが動作した事、及びスパイクの発
生するまでの時間(以下アーマチュア釈放時間と記す)
を測定する事によりブレーキスプリング力の健全性を確
認する事を特徴とする。
【0012】
【作用】本発明のブレーキ機能確認試験方法は、ブレー
キの電源をOFFする際に電圧及び電流にスパイクが発
生し、このスパイクの発生によりブレーキが動作した事
の確認が可能になり、更にアーマチュア釈放時間の測定
値からスプリングの強さが正常である事の確認を可能に
する。この方法によれば、CRDの構成部品の健全性が
何等問題とならない。また、全てのブレーキの機能確認
試験が容易に行える等多くの利点がある。
【0013】
【実施例】以下本発明の一実施例を図1から図4を参照
して説明する。
【0014】図1はBWRに用いられるCRD11を示す
もので、図において符号28は電磁ブレーキを示してい
る。図2に詳細に示した電磁ブレーキ28は本体であるフ
ィールド32内にコイル31が装着されており、このコイル
31に通電すると電磁力が発生する。フィールド32は磁性
体で形成されており、磁力を強化してアーマチュア33を
吸引する働きをする。アーマチュア33は磁性体で形成さ
れた円板で、サイドプレート41によって軸方向に移動で
きるが、回転できない様にフィールド32に取付けられて
いる。同時にアーマチュア33は複数のスプリング40によ
って上方向に押圧されている。フィールド32は電動機13
のフレーム、またはブラケット26に固定されている。
【0015】一方、上記電磁ブレーキ28には図1に示す
ように電圧及び電流波形を表示するオシロスコープ30が
接続されている。このオシロスコープ30に表示される波
形からスパイクの有無の確認及びアーマチュア釈放時間
の測定が可能となる。
【0016】図3(a)〜(c)は、このような試験に
より得られたブレーキ動作特性を示す図であり、横軸に
は時間が縦軸にはそれぞれ電圧、電流及びトルクの大き
さがとられている。図3(a),(b)に示すように、
電源をt0 でOFFした時、アーマチュア33がコイル31
から動きが止まった時に磁気抵抗が変化するため、図中
時間t1 にあるようなスパイクが発生する。従って、ア
ーマチュア33が動かなければスパイクは発生せず、一方
電磁ブレーキ28の機能が健全であればスパイクが発生す
る事になる。
【0017】図4は、試験により得られたスプリング力
とアーマチュア釈放時間の関係を示す実験データであ
り、横軸にスプリング力、縦軸にアーマチュア釈放時間
がとられている。図に示されるようにスプリング力が弱
まるとアーマチュア釈放時間が長くなるという明確な相
関関係が認められる。
【0018】このことから、スパイク発生の確認及びア
ーマチュア釈放時間を測定する事により、ブレーキの動
作機能及びスプリングの力(保持トルク)の確認が可能
となる。
【0019】本発明の一実施例によれば、スクラム挿入
配管17破断時における電磁ブレーキ28の機能保持の確認
は、電磁ブレーキ28の電源をOFFした時の電圧及び電
流の波形をオシロスコープ30を通して見るだけであるた
め、機器の健全性の向上性がはかられ従来の問題を解消
することができる。
【0020】本発明は、上述した一実施例に限定される
ものではない。すなわち、図2の電磁ブレーキの代わり
に図5のツースブレーキでも同様のテストで機能確認で
きる。
【0021】図5において図2と同一部品には同一符号
を付した電磁ブレーキ28aにおいて、回転軸14にはイン
ナドライバ35が連結されており、このインナドライバ35
の外側にはキー37を介してロータ44が配設されている。
このロータ44とフィールド32とはスリーブ43を介してね
じ42によって連結されている。
【0022】このように構成された電磁ブレーキ28にお
いても、その機能保持の確認を電源OFF時の電圧、電
流によりスパイク発生の有無によって測定することがで
きる。
【0023】また、アーマチュア釈放時間の測定の代わ
りに、最高釈放電圧又は最低吸引電圧の測定でも良い。
更に、アーマチュア釈放時間の測定に加えてスパイクの
高さを測定しても良い。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
BWRの発電所に用いられるCRDにおいて、スクラム
挿入配管破断時に生じる可能性のある制御棒引抜けを防
止するための電磁ブレーキの機能確認が可能となり、C
RDを取付けたままでブレーキをOFFし、その時の電
圧又は電流波形を見るだけであるため、機器の健全性を
向上させると同時に、原子炉の安全性を十分保証でき
る。
【0025】また、短時間に全てのブレーキの機能確認
試験がブレーキをCRDに取付けたままで容易に行える
ため、定検時間が短縮され、プラント稼働率を向上させ
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る制御棒駆動機構のブレーキ機能確
認試験方法を実施する状態を示す断面図。
【図2】図1に示した電磁ブレーキを拡大して示す縦断
面図。
【図3】本発明の作用に係るブレーキ動作を説明する特
性図。
【図4】本発明の作用に係るスプリング力とアーマチュ
ア釈放時間との関係を示す特性図。
【図5】本発明の他の実施例として使用する電磁ブレー
キの縦断面図。
【図6】本発明を適用する原子炉圧力容器の縦断面図。
【符号の説明】
5…制御棒 11…制御棒駆動機
構(CRD) 13…電動機 14…回転軸 16…駆動軸 19…ボールねじ軸 20…ボールナット 24…ピストン 28,28a…電磁ブレーキ 33…アーマチュア 40…スプリング

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電動機の回転を該電動機の回転軸及び駆
    動軸を介してボールねじ軸に伝達し、このボールねじ軸
    の回転によりボールねじ軸に螺合しているボールナット
    が上下動し、このボールナットが上下動する事により該
    ボールナット上に載置されたピストンが上下動し、この
    上下動によって該ピストンに連結された制御棒を炉心内
    に挿入・引抜させるとともに、上記電動機にスクラム挿
    入配管破断時の制御棒引抜けを防止するための電磁ブレ
    ーキを設けた制御棒駆動機構におけるブレーキ機能確認
    試験方法において、電磁ブレーキの電源を切断した際の
    電圧及び電流を測定し、この測定した電圧及び電流に発
    生するスパイクを確認し、この電源切断時からスパイク
    の発生までのアーマチュア釈放時間を測定し、このスパ
    イクの発生とアーマチュア釈放時間からブレーキ機能を
    確認して成ることを特徴とする制御棒駆動機構のブレー
    キ機能確認試験方法。
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JP3501791B2 (ja) * 2002-01-21 2004-03-02 株式会社日立製作所 制御棒制御装置
JP3791519B2 (ja) * 2003-10-31 2006-06-28 株式会社日立製作所 制御棒制御装置

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