JP3803734B2 - ウオータージェットピーニング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はウオータージェットピーニング装置に係り、特に狭隘部に配置した大口径円筒状構造物外表面の残留応力を軽減するウオータージェットピーニング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電プラントにおける原子炉圧力容器とシュラウド壁間には、ジェットポンプライザ管およびジェットポンプディフューザ等の溶接部を有する大口径円筒状構造物が配設されている。これらの溶接部および溶接時の熱的影響を受ける部分には引張り応力が残留し、応力腐食割れの原因となる。したがって、前記引張り応力を低減し、あるいは残留引張り応力を残留圧縮応力に改善して応力腐食割れを防止する必要がある。
【０００３】
金属表面層に圧縮残留応力を付与する方法として、ウオータージェットピーニング法が知られている。ウオータージェットピーニング法は、例えば特開平４−３６２１２４号公報に示されるように、流体中に置かれた平板状の金属材料に対向して流体中にノズルを設け、このノズルから金属材料に向かって噴流を噴出して、キャビテーションにより発生した気泡を含むジェット噴流を前記金属表面に衝突させる。この衝突によってキャビテーション気泡は崩壊し、崩壊時の水撃作用により金属表面を叩いて表面層に圧縮残留応力を与える方法である。
【０００４】
また、特開平７−２７０５９０号公報には、円筒状構造物に対して偏心した位置に前記ジェット水流を衝突させることにより、円筒状構造物を広範囲にわたってピーニング施工することが示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
円筒状構造物に対して偏心した位置に前記ジェット水流を衝突させて、前記円筒状構造物をピーニング施工する前記従来の処理方法は、原子炉内の口径１００ｍｍ程度の比較的小口径の配管群を対象としている。
【０００６】
一方、原子炉圧力容器内には前記小口径の配管群のほかに、口径約３００ｍｍのジェットポンプライザ管、口径約５００ｍｍのジェットポンプディフューザ等の大口径管が存在する。これらの大口径管は、前記ジェット水流を正面から衝突させると、平板への施工の場合と同様にジェット噴流の回り込みは期待できない。このため、施工範囲を広くとることはできない。
【０００７】
また、ジェットポンプライザ管、ジェットポンプディフューザは圧力容器とシュラウド間の隙間であるアニュラス部分に配置される。このように、ジェットポンプライザ管、ジェットポンプディフューザは狭隘な空間に配置されているため、ピーニング施工に際して適正な噴射距離および噴射角度を確保することは困難である。
【０００８】
本発明は前記種々の問題点に鑑みてなされたもので、噴流の回り込みが期待できない大口径管であっても、その外表面を効率的にピーニング施工できるとともに、施工環境が狭隘であっても施工時の適正な噴射距離および噴射角度を確保できるウオータージェットピーニング装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
加圧流体が導入され、キャビテーションにより発生した気泡を含有する噴流を流体中で発生するノズルと、
前記気泡を含有する噴流を流体中に配設した円筒状構造物に噴射して、該円筒状構造物表面をピーニング施工するウオータージェットピーニング装置において、
前記噴流の噴射方向は前記円筒状構造物の接線に対して４５度以下であり、前記ノズルの噴出孔と前記構造物間の噴射距離のノズル孔径に対する比は７５ないし１５０であることを特徴とする。
【００１０】
加圧流体が導入され、キャビテーションにより発生した気泡を含有する噴流を流体中で発生するノズルと、
前記気泡を含有する噴流を流体中に配設した大口径の円筒状構造物に噴射して、該円筒状構造物表面をピーニング施工するウオータージェットピーニング装置において、
前記噴流の噴射方向は前記円筒状構造物の接線に対して１５度以下であり、前記ノズルの噴出孔と前記構造物間の噴射距離のノズル孔径に対する比は７５ないし１５０であることを特徴とする。
【００１１】
また、前記ウオータージェットピーニング装置において、
前記円筒状構造物の外径は１００ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００１２】
また、前記ウオータージェットピーニング装置において、
前記円筒状構造物の外径は２００ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００１４】
また、前記ウオータージェットピーニング装置において、
前記ノズルは、自身を固定する固定装置を備えた着座ベースに取り付け方向可変に取り付けたことを特徴とする。
【００１５】
また、前記ウオータージェットピーニング装置において、
前記着座ベースは、噴出方向の異なる複数のノズルを備えたことを特徴とする。 また、前記ウオータージェットピーニング装置において、
前記固定装置は、ノズル後方の構造物位置からノズル位置を演算するノズル位置検出装置を備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、前記ウオータージェットピーニング装置において、
前記ノズルは首振り機構を備えたことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の第１の実施形態を図１ないし図３を用いて説明する。
【００１８】
図１は本実施形態に係るウオータージェットピーニング装置の概略を示す図、図２は本実施形態に係るウオータージェットピーニング装置の噴射角を変えた場合の施工結果を示す図、図３は本実施形態に係るウオータージェットピーニング装置の、噴射距離とノズル径の比を変えた場合の施工結果を示す図である。
【００１９】
ウオータージェットピーニング装置の概要を示す図１において、図１ａは円筒状構造物の接線に対して低角度θで噴射した場合を示す図、図１ｂは円筒状構造物の接線に対して高角度（垂直）で噴射した場合を示す図である。これらの図において、１は円筒状構造物、２は高圧水を噴出するノズル、３はノズル２から噴出する噴流であり、この噴流はキャビテーションにより発生した気泡を含んでいる。
【００２０】
図１ａに示すように、円筒状構造物１およびノズル２を水中に対向して配置する。また、ノズル２は円筒状構造物１の接線に対してノズルの噴流のなす噴射角をθ、噴射距離、すなわちノズルの噴射中心のノズル噴口から円筒状構造物までの距離をＬ1に設定して配置し、ノズル２から高圧水を水中に噴射する。
【００２１】
ノズル２から高圧水を水中に噴出すると、水中の噴流には噴流と周囲の水との剪断作用によりキャビテーションが発生し、前記水中の噴流はキャビテーション気泡を含んだ噴流となる。キャビテーション気泡を含んだ噴流は円筒状構造物１に沿って回り込み、回り込んだ部位ではキャビテーション気泡の発生と崩壊が活発に行われ、ウオータージェットピーニング施工の有効範囲は拡大されて、その範囲は円筒状構造物の中心角でα1となる。
【００２２】
一方、図１ａにおいて、円筒状構造物１およびノズル２の設置間距離を変えることなく、ノズルの噴射中心と円筒状構造物の接線との角度を９０°に設定して垂直方向に噴射を行うと、図１ｂに示す構成となる。図１ｂにおいてノズルの噴射中心から円筒状構造物接点までの距離はＬ2となる。距離Ｌ1とＬ2は、これらの図からＬ1＞Ｌ2となることは明らかである。また、ウオータージェットピーニング施工の有効範囲は円筒状構造物の中心角でα2となる。この範囲は、円筒構造物１の直径が大きいため、曲率を有さない平板を施工対象としたときと同程度の有効範囲であり、その範囲の関係はα1＞α2となる。
【００２３】
図２は、ノズルの噴射中心と接線のなす角度を変えてウオータージェットピーニング施工した場合の施工結果を示す図である。この図から、接線と噴射中心のなす角度θが小さいほど広い有効幅が得られることが分かる。この結果から、接線と噴流中心のなす角度θは４５°以下が好ましく、１５°以下がより好ましい。
【００２４】
図３は、は噴射距離（Ｌ）をノズル口径（Ｄ）で除した値（Ｌ／Ｄ）と円筒状構造物の円周方向のウオータージェットピーニング施工の有効幅の関係を示す図である。この図からＬ／Ｄが７０〜１５０の範囲で有効幅が広いことが分かる。
【００２５】
次に、円筒状構造物に対してウオータージェットピーニング施工行った場合の、円筒状構造物の外径と残留応力改善効果の得られる範囲の関係を説明する。
【００２６】
図４は円筒状構造物１とノズル２が噴出する噴流との関係を示す図であり、図４ａは斜視図、図４ｂは上面図、図４ｃは引張り残留応力が圧縮応力に改善される有効範囲を示す図である。
【００２７】
図に示すように、ノズルから噴出した噴流は噴流中心と前記円筒状構造物外表面の接する施工中心から、上流側および下流側に廻り込んでウオータージェットピーニング施工の有効範囲は拡大して、その有効範囲はα1となる。この有効範囲は前記円筒状構造物の口径によって異なる。そこで前記円筒状構造物の外径と残留応力が改善される有効範囲α1の関係を求めた。
【００２８】
図５は円筒状構造物の外径と有効範囲の関係を示す図である。図に示すように外径１００ｍｍ未満の円筒状構造物と外径２５０ｍｍ以上の円筒状構造物では、残留応力が改善される有効範囲α1の範囲は２倍近く異なることが分かる。この結果から、本発明が適用される円筒状構造物の外径は１００ｍｍ以上が好ましく、２００ｍｍ以上がより好ましい。
【００２９】
次に、本発明の第２の実施形態を図６ないし図９を用いて説明する。
【００３０】
図６は、ウオータージェットピーニング装置の施工対象であるアニュラス部分、すなわち、シュラウドと圧力容器の隙間部分を示す図である。図において３１はバッフルプレート、３２は口径約５００ｍｍのジェットポンプディフューザ、３３は口径約５００ｍｍのジェトポンプライザ管である。
【００３１】
前記アニュラス部分にはバッフルプレート３１が配設され、バッフルプレート上にはジェットポンプディフューザ３２を配置する。またジェットポンプディフューザ３２の間には屈曲形状のジェットポンプライザ管３３を配設し、ジェットポンプディフューザ３２とその間に配設したジェットポンプライザ管３３によりジェットポンプを構成する。
【００３２】
このようにして構成されたジェットポンプは圧力容器とシュラウド壁に挟まれており、ジェットポンプと圧力容器あるいはシュラウド壁の隙間は約１０ミリ程度しか存在しない。
【００３３】
図７は、ジェットポンプライザ管用のウオータージェットピーニング装置を示す図である。
【００３４】
図において、４０はウオータージェットピーニング装置、４１はウオータージェットピーニング装置の着座ベース、４２は着座ベース４１に取り付けたノズルヘッド、４３はノズルヘッド４２に取り付けた複数のノズル、４４はノズル４３にそれぞれ高圧水を供給する高圧ホースであり、高圧ホースはノズルの数だけ備えている。４５はクランプであり、クランプ４５は着座ベースに対して図示矢印Ａ方向に伸縮し、後述するように伸張したときクランプで圧力容器等を突っ張って着座ベースを固定する。なお、着座ベースにはクランプで突っ張った荷重を受ける図示しない脚部が取り付けられる。
【００３５】
図８は、ウオータージェットピーニング装置をジェットポンプライザ管に適用した例を示す図である。
【００３６】
図において、３３１はジェットポンプライザ管３３のエルボ部、３３２はジェトポンプライザ管の給水ノズル側管路、４１１はクランプが突っ張った荷重を受ける脚部である。前記エルボ部３３１は溶接によりライザ管３３および給水ノズル側管路３３２に接合される。なお、図６ないし図７に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００３７】
ウオータージェットピーニング装置４０の着座ベース４１をジェットポンプライザ管のエルボ部３３１に取り付ける。そして、着座ベースの一方側に形成した脚部４１１を圧力容器内壁に当接し、他方側に形成したクランプ４５を伸張してジェットポンプディフューザ３２を突っ張る。これによりウオータージェットピーニング装置を確実にアニュラス部分に取り付けることができる。
【００３８】
図９は、ウオータージェットピーニング装置を用いた施工装置の全体構成を示す図である。
【００３９】
図において、６０は原子炉、６０１は原子炉圧力容器である。６１はウオータージェットピーニング装置、６２は燃料交換器の補助ホイスト、６３はウオータージェットピーニング装置のノズルに高圧水を供給する高圧ホース、６４はウオータージェットピーニング装置の制御盤、６５は高圧水を供給する高圧ポンプ、６６は源水を高圧ポンプに供給する給水ホースである。６７は監視カメラであり、装置の設置状況、および施工状況等を監視する。６８は信号ケーブル、６９はモニタであり、前記監視カメラ６７は信号ケーブルによりモニタ６９に接続する。
【００４０】
ウオータージェットピーニング施工に際しては、ウオータージェットピーニング装置６１を、補助ホイスト６２により圧力容器とシュラウド間の施工箇所であるジェットポンプライザ管まで吊りおろす。次いで、監視カメラで設置位置を確認しながら、クランプを伸張してウオータージェットピーニング装置をシュラウド外壁と圧力容器間に固定する。次いで、ウオータージェットピーニング装置のノズルの方向と前記エルボ部の溶接部との距離を監視カメラで確認する。次いで噴流を前記溶接部に照射する。これらの手順により前記溶接部およびその周辺をピーニング施工することができる。
【００４１】
次に、本発明の第３の実施形態を図１０ないし図１３を用いて説明する。
図１０は、着座ベースに噴流を円筒状構造物に低角度で噴射するノズルを取り付けた、ジェットポンプライザ管用ウオータージェットピーニング装置の一例を示す図である。図において、８１はコの字状の着座ベースであり、ジェットポンプライザ管３３のエルボ部３３１に取り付ける。８２は着座ベース８１の４隅に取り付けたノズルである。なお、図において図６に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００４２】
ノズルは、その噴射角度が施工対象物であるジェットポンプライザ管３３のエルボ部３３１に対して低角度になるように取り付ける。また着座ベースは図示しないが、前述と同様なクランプによりシュラウドと圧力容器間に固定する。
【００４３】
図１１は、着座ベースに噴流を円筒状構造物に低角度で噴射するノズルを取り付けたジェットポンプライザ管用ウオータージェットピーニング装置の他の例を示す図である。図において、９１はコの字状の着座ベースであり、ジェットポンプライザ管３３のエルボ部３３１に取り付ける。９２は着座ベース８１の両側に、図示矢印Ｂ方向に移動可能に取り付けたノズルである。なお、図において図４に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００４４】
ノズル９２は、その噴射方向を一定に保持した状態で図示Ｂ方向に移動することにより、エルボ部３３１に形成した溶接部をウオータージェットピーニング施工することができる。
【００４５】
図１２は、着座ベースに、噴流を円筒状構造物に低角度で噴射するノズルを取り付けたジェットポンプライザ管用ウオータージェットピーニング装置のさらに他の例を示す図である。１０１はコの字状の着座ベース、１０２は着座ベース１０１に取り付けたＵの字状のレールであり、着座ベース１０１はジェットポンプライザ管３３のエルボ部３３１に取り付ける。１０３はＵの字状のレールに、図示矢印Ｃ方向に移動可能に取り付けたノズルである。なお、図において図４に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００４６】
ノズル１０３は、その噴射方向を低噴射角になるように保持した状態で図示Ｃ方向に移動することにより、エルボ部３３１に形成した溶接部をウオータージェットピーニング施工することができる。
【００４７】
図１３は、着座ベースに噴流を円筒状構造物に低角度で噴射するノズルおよび高角度で噴射するノズルを取り付けた、ジェットポンプライザ管用ウオータージェットピーニング装置の一例を示す図である。図において、１１１はコの字状の着座ベースであり、ジェットポンプライザ管３３のエルボ部３３１に取り付ける。１１２は着座ベース８１の４隅に取り付けたノズル、１１３は着座ベースの略中央に取り付けたノズルである。ノズル１１２および１１３はいずれも平行に取り付ける。なお、図において図６に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。また着座ベースは図示しないが前述と同様なクランプにより、シュラウドと圧力容器間に固定する。
【００４８】
着座ベース両端に近いノズル１１２は、その噴射角度が施工対象物であるジェットポンプライザ管３３のエルボ部３３１に対して低角度になるように取り付けることができる。一方、中央のノズル１１３はライザ管のエルボ部に対して垂直噴射に近い状態になる。しかし低角度噴射と高角度噴射の組み合わせになっているため垂直噴射のみの施工に比して施工効率の低下は少ない。
【００４９】
次に、本発明の第４の実施形態を図１４ないし図１６を用いて説明する。
【００５０】
図１４は、ノズルヘッドに取り付けたノズルに、その噴射方向を可変にする首振り機構を備えたウオータージェットピーニング装置を示す図である。ノズル１２１の噴射方向を図示矢印Ｄに示すように首振り可能にすることにより、円筒構造物の外表面をむらなく施工することができる。また、ノズルをノズルヘッドに固定した固定式ノズルに比してノズルの搭載数を軽減することができる。また固定式ノズルに比して、ノズルの設置位置精度を厳しくする必要がない。
【００５１】
図１５は、ノズルの首振り機構を示す図であり、図１５ａはノズルの首振り機構の平面図、図１５ｂはノズルの首振り機構の側面図である。
【００５２】
図において、１３１はノズル、１３２はノズルヘッド、１３３はノズル１３１を図示矢印方向に揺動するための電動式の駆動部であり、駆動部１３３はノズルヘッド１３２内に設けられる。１３５はスイベルジョイントであり、スイベルジョイント１３５はノズル１３１が揺動しても高圧ホース１３４からの高圧水をとぎれることなくノズルに供給することができる。なお、駆動部は電動式に代えて外部からギア等を介してノズルを回転できる機構を設けて、手動で揺動することも可能である。
【００５３】
図１６は、着座ベース上に装着するノズルヘッドの装着位置を可変できるウオータージェットピーニング装置を示す図である。
【００５４】
図において、１４１は着座ベース、１４２は着座ベースに装着したノズルヘッド、１４３はノズルヘッドに取り付けたノズルである。着座ベース１４１に対してノズルヘッド１４２は取り外し可能であり、例えば図示実線の位置から取り外して、図示破線の位置に取り付け可能である。
【００５５】
原子炉内でウオータージェットピーニング装置を使用する場合には、操作性および信頼性を考慮すると単純、軽量な構造が望ましい。このため必要最小限の個数のノズル１４３を備えた複数のノズルヘッドを準備しておき、適宜選択して前記着座ベースに取り付けることができる。
【００５６】
このようにノズルヘッドを付け替えることで複雑な機構や余分のノズルを搭載することなく、ウオータージェットピーニング装置を安価に構成することができる。
【００５７】
次に、本発明の第５の実施形態を図１７を用いて説明する。
【００５８】
図１７は、位置検出センサを用いたノズルの位置決め方法を示す図である
図において、１５１はノズル、１５２はシュラウド、１５３は圧力容器、１５４はノズル１５１の近傍に取り付けた距離センサである。なお、図において図６に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００５９】
ノズル１５１の前方は噴流の影響でセンサの種類によっては距離の測定が困難になるため、距離センサ１５４はノズル後方に取り付ける。図に示すように、センサ１５４はノズル後方にある圧力容器壁１５３までの距離を測定する。施工中心であるライザ管３３のエルボ部３３１の中心からノズル後方の圧力容器内壁１５４までの距離をｍ0、ノズル１５１の先端からセンサ１５４前面までの距離をｍ2、距離センサが測定したセンサ１５４先端から圧力容器内壁１５３までの距離をｍbとするとノズル先端からライザ管の中心位置までの距離ｍfは次式で求めることができる。
【００６０】
ｍf＝ｍ0−ｍ2−ｍb
次に、本発明の第６の実施形態を図１８を用いて説明する。
【００６１】
図１８はジェットポンプライザ管にウオータージェットピーニング装置を適用する場合の手順を示す図である。
【００６２】
まず、ステップＳ１において、原子炉圧力容器の上蓋、蒸気乾燥器およびシュラウドヘッドを取り外す。
【００６３】
次いで、ステップＳ２において、炉内構造物を取り外す。次いで必要に応じてインレットミキサを取り外す。
【００６４】
次いで、ステップＳ３において、監視カメラを吊り下ろしながらジェットポンプライザ管エルボ部への接近ルートのウオータージェットピーニング装置を設置するに際しての干渉物の有無および前記エルボ部の溶接線を監視モニタで確認する。
【００６５】
次いで、ステップＳ４において、制御盤および加圧ポンプを作業床上に配置し、給水ホースで加圧ポンプと源水タンクを連結し、高圧ホースで加圧ポンプとウオータージェットピーニング装置を連結する。またこれらの機器間に配線を敷設し調整する。
【００６６】
次いで、ステップＳ５において、ウオータージェットピーニング装置を設置する。まず最初に、ウオータージェットピーニング装置を、燃料交換用補助ホイストで吊り上げ、シュラウドと圧力容器の間のジェットポンプライザ管エルボ部上に吊り下ろし、監視カメラで水平位置を確認する。次に、前記ウオータージェットピーニング装置をシュラウドと圧力容器間に固定する。次に、施工対象のジェットポンプライザ管のエルボ部の溶接線とウオータージェットピーニング装置に備えたノズルとの距離およびノズルの方向を監視カメラで確認する。次に、噴流を試射し、噴流がジェットポンプライザ管のエルボ部の所定の位置に当たっているかを確認する。また、ウオータージェットピーニング装置に備えた距離センサを稼働させて、施工位置およびノズル位置を適正な位置に補正する。
【００６７】
次いで、ステップＳ６において、ウオータージェットピーニング施工を行う。まず最初に、前記ノズルの噴射圧力、噴射流量、ノズルの走行速度および走行範囲を設定する。またノズルを固定して噴射する場合は噴射時間を設定する。次に、噴流を試射し、その後前記ノズルをジェットポンプライザ管のエルボ部周囲を走査しながら、あるいはノズルを固定した状態で所定時間ウオータージェットピーニング施工する。施工状況は監視カメラで随時監視する。次に施工後に監視カメラで施工の完了を確認する。
【００６８】
次いで、ステップＳ７において、装置を撤収する。まず最初にシュラウドと圧力容器間にウオータージェットピーニング装置を固定したクランプを解除する。次に、ウオータージェットピーニング装置の吊り上げ準備完了を監視カメラで確認する。次に、前記補助ホイストでウオータージェットピーニング装置を吊り上げる。
【００６９】
次いで、ステップＳ８において、給水ホースおよび高圧ホースを取り外し、加圧ポンプと源水タンクとの連結および加圧ポンプとウオータージェットピーニング装置との連結を解除する。また各機器間の配線を取り外して、機器を撤収する。
【００７０】
次いで、ステップＳ９において、ステップ２においてインレットミキサを取り外した場合にはこれを取り付ける。
【００７１】
次いで、ステップＳ１０において、監視カメラを撤収する。
【００７２】
次いで、ステップＳ１１において、蒸気乾燥器、原子炉圧力容器およびシュラウドヘッドをつり込んで組立、復旧する。
【００７３】
次に、本発明の第７の実施形態を図１９ないし図２０を用いて説明する。
【００７４】
図１９はジェットポンプディフューザ用ウオータージェットピーニング装置を示す図である。図において、１７２はジェットポンプディフューザ３２を構成するロアリングであり、ロアリング１７２はバッフルプレート３１に溶接している。また１７３はジェットポンプディフューザを構成するテールパイプであり、テールパイプ１７３はロアリング１７２に溶接している。これら２箇所の溶接部がウオータージェットピーニング装置の施工箇所となる。１７４はジェットポンプディフューザ用ウオータージェットピーニング装置、１７５はクランプ、１７６はウオータージェットピーニング装置１７４の高さを調節するステイである。
【００７５】
ウオータージェットピーニング装置１７４をバッフルプレート上に取り付け、噴流中心が溶接部の高さと一致するようにその高さをステイ１７６で調節する。次いで、装置側面に取り付けたクランプ１７５を伸張して、ウオータージェットピーニング装置を圧力容器とシュラウド間に固定して、ウオータージェットピーニング施工を行う。ウオータージェットピーニング装置に低角度噴射および高角度噴射する複数のノズルを設け、これらの噴射方向をもつノズルを組み合わせることにより、全周をむらなく施工することができる。
【００７６】
図２０は、バッフルプレート３１とジェットポンプディフューザのロアリング３２との溶接部およびロアリングとテールパイプとの溶接部をウオータージェットピーニング施工する例を示す図である。
【００７７】
図２１はウオータージェットピーニング装置の首振り角を示す図である。
【００７８】
図において、１９１は首振り機構を備えたノズルであり、ψはその噴射角を示す。なお、図において図１７に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００７９】
ウオータージェットピーニング装置１７４をバッフルプレート上に取り付け、装置側面に取り付けたクランプ１７５を伸張して、ウオータージェットピーニング装置を圧力容器とシュラウド間に固定して、ウオータージェットピーニング施工を行う。ウオータージェットピーニング装置のノズル１９１は、バッフルプレート３１とロアリング１７２の溶接部、およびロアリング１７２とテールパイプ１７３との溶接部を施工可能なようにその噴射方向を可変できる機構を備えている。なお、図におけるノズルの噴射方向のバッフルプレートに対する角度ψは０〜４５°が望ましい。
【００８０】
図２２はノズルの首振り機構を示す図である。
【００８１】
図において、２０１はノズル、２０２はノズル２０１の後方に取り付けた距離センサである。なお、図において図１９ないし図２１に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００８２】
ノズル２０１の前方は噴流の影響でセンサの種類によっては距離の測定が困難になるため、距離センサ２０２はノズル後方に取り付ける。図に示すように、センサ２０２はノズル後方にあるディフューザ３２までの距離を測定する。施工中心であるディフューザ３２の中心からノズル先端までの距離は、図１５に関して前述したライザ管の場合と同様な手法で検出する。
【００８３】
次に、本発明の第８の実施形態を図２３を用いて説明する。
【００８４】
図２３はジェットポンプディフューザにウオータージェットピーニング装置を適用する場合の手順を示す図である。
【００８５】
まず、ステップＳ１において、原子炉圧力容器の上蓋、蒸気乾燥器およびシュラウドヘッドを取り外す。
【００８６】
次いで、ステップＳ２において、炉内構造物を取り外す。次いで必要に応じてインレットミキサを取り外す。
【００８７】
次いで、ステップＳ３において、監視カメラを吊り下ろしながらジェットポンプディフューザ部への接近ルートのウオータージェットピーニング装置を設置するに際しての干渉物の有無および前記ディフューザ部の溶接線を監視モニタで確認する。
【００８８】
次いで、ステップＳ４において、制御盤および加圧ポンプを作業床上に配置し、給水ホースで加圧ポンプと源水タンクを連結し、高圧ホースで加圧ポンプとウオータージェットピーニング装置を連結する。またこれらの機器間に配線を敷設し調整する。
【００８９】
次いで、ステップＳ５において、ウオータージェットピーニング装置を設置する。まず最初に、ウオータージェットピーニング装置を、燃料交換用補助ホイストで吊り上げ、シュラウドと圧力容器の間であり。かつ、ジェットポンプディフューザの間であるバッフルプレート上に吊り下ろし、監視カメラで設置位置を確認する。次に、前記ウオータージェットピーニング装置をシュラウドと圧力容器間に固定する。次に、施工対象のロアリングとバッフルプレートの間の溶接線およびロアリングとテールパイプとの間の溶接線とウオータージェットピーニング装置に備えたノズルとの距離およびノズルの方向を監視カメラで確認する。次に、噴流を試射し、噴流がディフューザの所定の位置に当たっているかを確認する。また、ウオータージェットピーニング装置に備えた距離センサを稼働させて、施工位置およびノズル位置を適正な位置に補正する。
【００９０】
次いで、ステップＳ６において、ウオータージェットピーニング施工を行う。まず最初に、前記ノズルの噴射圧力、噴射流量、ノズルの走行速度および走行範囲を設定する。またノズルを固定して噴射する場合は噴射時間を設定する。次に、噴流を試射し、その後前期ノズルをジェットポンプライザ管のエルボ部周囲を走査しながら、あるいはノズルを固定した状態で所定時間ウオータージェットピーニング施工する。施工状況は監視カメラで随時監視する。次に施工後に監視カメラで施工の完了を確認する。
【００９１】
次いで、ステップＳ７において、ロアリングとテールパイプ間の溶接部をウオータージェットピーニング施工するためにウオータージェットピーニング装置を移動する。まず最初に、シュラウドと圧力容器間にウオータージェットピーニング装置を固定したクランプを解除する。次に、ウオータージェットピーニング装置の吊り上げ準備完了を監視カメラで確認する。次に、前記補助ホイストでウオータージェットピーニング装置を吊り上げて、所定の位置に移動する。次に、監視カメラで設置位置を確認する。次に、前記ウオータージェットピーニング装置をシュラウドと圧力容器間に固定する。次いでステップ６と同様な手法で、ロアリングとテールパイプ間の溶接部をウオータージェットピーニング施工する。
【００９２】
次いで、ステップＳ８において、装置を撤収する。まず最初にシュラウドと圧力容器間にウオータージェットピーニング装置を固定したクランプを解除する。次に、ウオータージェットピーニング装置の吊り上げ準備完了を監視カメラで確認する。次に、前記補助ホイストでウオータージェットピーニング装置を吊り上げる。
【００９３】
次いで、ステップＳ９において、給水ホースおよび高圧ホースを取り外し、加圧ポンプと源水タンクとの連結および加圧ポンプとウオータージェットピーニング装置との連結を解除する。また各機器間の配線を取り外して、機器を撤収する。
【００９４】
次いで、ステップＳ１０において、ステップ２でインレットミキサを取り外した場合にはこれを取り付ける。
【００９５】
次いで、ステップＳ１１において、監視カメラを撤収する。
【００９６】
次いで、ステップＳ１２において、蒸気乾燥器、原子炉圧力容器およびシュラウドヘッドをつり込んで組立、復旧する。
【００９７】
なお、この手順を発電プラントの定期点検中に行う場合には、圧力容器の上鏡板、蒸気乾燥器およびシュラウドヘッドは取り外されているので、ウオータージェットピーニング施工はステップ２から始まりステップ１１で完了する。
【００９８】
なお、以上の説明ではピーニング装置に用いる流体として水を用いる場合について説明したが水以外の流体であっても適用可能であることはもちろんである。
【００９９】
【発明の効果】
本発明によれば、キャビテーション気泡を含有する噴流を大口径の円筒状構造物に対して低角度で噴射するので、大口径円筒状構造物を効率よくウオータージェットピーニング施工することができる。また噴流の回り込みを有効に利用できるので狭隘部に配置した大口径の円筒状構造物を効率よくウオータージェットピーニング施工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るウオータージェットピーニング装置の概略を示す図である。
【図２】ウオータージェットピーニング装置の噴射角を変えた場合の施工結果を示す図である。
【図３】ウオータージェットピーニング装置の噴射距離とノズル径の比を変えた場合の施工結果を示す図である。
【図４】円筒状構造物とノズルが噴出する噴流との関係を示す図であり
【図５】 円筒状構造物の外径と有効範囲の関係を示す図である。
【図６】ウオータージェットピーニング装置の施工対象であるアニュラス部を示す図である。
【図７】ジェットポンプライザ管用ウオータージェットピーニング装置を示す図である。
【図８】ウオータージェットピーニング装置をジェットポンプライザ管に適用した例を示す図である。
【図９】ウオータージェットピーニング装置を用いた施工装置の全体構成を示す図である。
【図１０】着座ベースにノズルを取り付けたウオータージェットピーニング装置を示す図である。
【図１１】着座ベースにノズルを取り付けたウオータージェットピーニング装置を示す図である。
【図１２】 着座ベースにノズルを取り付けたウオータージェットピーニング装置を示す図である。
【図１３】着座ベースにノズルを取り付けたウオータージェットピーニング装置を示す図である。
【図１４】首振り機構を備えたウオータージェットピーニング装置を示す図である。
【図１５】ノズルの首振り機構を示す図である。
【図１６】ノズルヘッドの装着位置を可変にできるウオータージェットピーニング装置をしめすずである。
【図１７】距離センサを用いたノズルの位置決め方法を示す図である。
【図１８】ジェットポンプライザ管にウオータージェットピーニング装置を適用する場合の手順を示す図である。
【図１９】ジェットポンプディフューザ用ウオータージェットピーニング装置を示す図である。
【図２０】バッフルプレートとディフューザのロアリングとの溶接部をウオータージェットピーニング施工する例を示す図である。
【図２１】ウオータージェットピーニング装置の首振り角を示す図である。
【図２２】ノズルの首振り機構を示す図である。
【図２３】ジェットポンプディフューザにウオータージェットピーニング装置を適用する場合の手順を示す図である。
【符号の説明】
１ 円筒状構造物
２ ノズル
３ 噴流
３１ バッフルプレート
３２ ジェットポンプディフューザ
３３ ジェットポンプライザ管
４０ ウオータージェットピーニング装置
４１ 着座ベース
４２ ノズルヘッド
４４ 高圧ホース
４５ クランプ
６０ 原子炉
６０１ 圧力容器
６１ ウオータージェットピーニング装置
６２ 燃料交換器の補助ホイスト
６３ 高圧ホース
６４ 制御盤
６５ 高圧ポンプ
６６ 給水ホース
６７ 監視カメラ
６８ 信号ケーブル
６９ モニタ
８１ 着座ベース
８２ ノズル
９２ ノズル
１０１ 着座ベース
１０３ ノズル
１１２ ノズル
１１３ ノズル
１３１ ノズル
１３２ ノズルヘッド
１４１ 着座ベース
１４３ ノズル
１４５ スイベルジョイント
１５２ シュラウド
１５３ 圧力容器
１５４ 距離センサ
１７２ ロアリング
１７３ テールパイプ
１７５ クランプ
１７６ ステイ
２０１ ノズル
【発明の属する技術分野】
本発明はウオータージェットピーニング装置に係り、特に狭隘部に配置した大口径円筒状構造物外表面の残留応力を軽減するウオータージェットピーニング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電プラントにおける原子炉圧力容器とシュラウド壁間には、ジェットポンプライザ管およびジェットポンプディフューザ等の溶接部を有する大口径円筒状構造物が配設されている。これらの溶接部および溶接時の熱的影響を受ける部分には引張り応力が残留し、応力腐食割れの原因となる。したがって、前記引張り応力を低減し、あるいは残留引張り応力を残留圧縮応力に改善して応力腐食割れを防止する必要がある。
【０００３】
金属表面層に圧縮残留応力を付与する方法として、ウオータージェットピーニング法が知られている。ウオータージェットピーニング法は、例えば特開平４−３６２１２４号公報に示されるように、流体中に置かれた平板状の金属材料に対向して流体中にノズルを設け、このノズルから金属材料に向かって噴流を噴出して、キャビテーションにより発生した気泡を含むジェット噴流を前記金属表面に衝突させる。この衝突によってキャビテーション気泡は崩壊し、崩壊時の水撃作用により金属表面を叩いて表面層に圧縮残留応力を与える方法である。
【０００４】
また、特開平７−２７０５９０号公報には、円筒状構造物に対して偏心した位置に前記ジェット水流を衝突させることにより、円筒状構造物を広範囲にわたってピーニング施工することが示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
円筒状構造物に対して偏心した位置に前記ジェット水流を衝突させて、前記円筒状構造物をピーニング施工する前記従来の処理方法は、原子炉内の口径１００ｍｍ程度の比較的小口径の配管群を対象としている。
【０００６】
一方、原子炉圧力容器内には前記小口径の配管群のほかに、口径約３００ｍｍのジェットポンプライザ管、口径約５００ｍｍのジェットポンプディフューザ等の大口径管が存在する。これらの大口径管は、前記ジェット水流を正面から衝突させると、平板への施工の場合と同様にジェット噴流の回り込みは期待できない。このため、施工範囲を広くとることはできない。
【０００７】
また、ジェットポンプライザ管、ジェットポンプディフューザは圧力容器とシュラウド間の隙間であるアニュラス部分に配置される。このように、ジェットポンプライザ管、ジェットポンプディフューザは狭隘な空間に配置されているため、ピーニング施工に際して適正な噴射距離および噴射角度を確保することは困難である。
【０００８】
本発明は前記種々の問題点に鑑みてなされたもので、噴流の回り込みが期待できない大口径管であっても、その外表面を効率的にピーニング施工できるとともに、施工環境が狭隘であっても施工時の適正な噴射距離および噴射角度を確保できるウオータージェットピーニング装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
加圧流体が導入され、キャビテーションにより発生した気泡を含有する噴流を流体中で発生するノズルと、
前記気泡を含有する噴流を流体中に配設した円筒状構造物に噴射して、該円筒状構造物表面をピーニング施工するウオータージェットピーニング装置において、
前記噴流の噴射方向は前記円筒状構造物の接線に対して４５度以下であり、前記ノズルの噴出孔と前記構造物間の噴射距離のノズル孔径に対する比は７５ないし１５０であることを特徴とする。
【００１０】
加圧流体が導入され、キャビテーションにより発生した気泡を含有する噴流を流体中で発生するノズルと、
前記気泡を含有する噴流を流体中に配設した大口径の円筒状構造物に噴射して、該円筒状構造物表面をピーニング施工するウオータージェットピーニング装置において、
前記噴流の噴射方向は前記円筒状構造物の接線に対して１５度以下であり、前記ノズルの噴出孔と前記構造物間の噴射距離のノズル孔径に対する比は７５ないし１５０であることを特徴とする。
【００１１】
また、前記ウオータージェットピーニング装置において、
前記円筒状構造物の外径は１００ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００１２】
また、前記ウオータージェットピーニング装置において、
前記円筒状構造物の外径は２００ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００１４】
また、前記ウオータージェットピーニング装置において、
前記ノズルは、自身を固定する固定装置を備えた着座ベースに取り付け方向可変に取り付けたことを特徴とする。
【００１５】
また、前記ウオータージェットピーニング装置において、
前記着座ベースは、噴出方向の異なる複数のノズルを備えたことを特徴とする。 また、前記ウオータージェットピーニング装置において、
前記固定装置は、ノズル後方の構造物位置からノズル位置を演算するノズル位置検出装置を備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、前記ウオータージェットピーニング装置において、
前記ノズルは首振り機構を備えたことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の第１の実施形態を図１ないし図３を用いて説明する。
【００１８】
図１は本実施形態に係るウオータージェットピーニング装置の概略を示す図、図２は本実施形態に係るウオータージェットピーニング装置の噴射角を変えた場合の施工結果を示す図、図３は本実施形態に係るウオータージェットピーニング装置の、噴射距離とノズル径の比を変えた場合の施工結果を示す図である。
【００１９】
ウオータージェットピーニング装置の概要を示す図１において、図１ａは円筒状構造物の接線に対して低角度θで噴射した場合を示す図、図１ｂは円筒状構造物の接線に対して高角度（垂直）で噴射した場合を示す図である。これらの図において、１は円筒状構造物、２は高圧水を噴出するノズル、３はノズル２から噴出する噴流であり、この噴流はキャビテーションにより発生した気泡を含んでいる。
【００２０】
図１ａに示すように、円筒状構造物１およびノズル２を水中に対向して配置する。また、ノズル２は円筒状構造物１の接線に対してノズルの噴流のなす噴射角をθ、噴射距離、すなわちノズルの噴射中心のノズル噴口から円筒状構造物までの距離をＬ1に設定して配置し、ノズル２から高圧水を水中に噴射する。
【００２１】
ノズル２から高圧水を水中に噴出すると、水中の噴流には噴流と周囲の水との剪断作用によりキャビテーションが発生し、前記水中の噴流はキャビテーション気泡を含んだ噴流となる。キャビテーション気泡を含んだ噴流は円筒状構造物１に沿って回り込み、回り込んだ部位ではキャビテーション気泡の発生と崩壊が活発に行われ、ウオータージェットピーニング施工の有効範囲は拡大されて、その範囲は円筒状構造物の中心角でα1となる。
【００２２】
一方、図１ａにおいて、円筒状構造物１およびノズル２の設置間距離を変えることなく、ノズルの噴射中心と円筒状構造物の接線との角度を９０°に設定して垂直方向に噴射を行うと、図１ｂに示す構成となる。図１ｂにおいてノズルの噴射中心から円筒状構造物接点までの距離はＬ2となる。距離Ｌ1とＬ2は、これらの図からＬ1＞Ｌ2となることは明らかである。また、ウオータージェットピーニング施工の有効範囲は円筒状構造物の中心角でα2となる。この範囲は、円筒構造物１の直径が大きいため、曲率を有さない平板を施工対象としたときと同程度の有効範囲であり、その範囲の関係はα1＞α2となる。
【００２３】
図２は、ノズルの噴射中心と接線のなす角度を変えてウオータージェットピーニング施工した場合の施工結果を示す図である。この図から、接線と噴射中心のなす角度θが小さいほど広い有効幅が得られることが分かる。この結果から、接線と噴流中心のなす角度θは４５°以下が好ましく、１５°以下がより好ましい。
【００２４】
図３は、は噴射距離（Ｌ）をノズル口径（Ｄ）で除した値（Ｌ／Ｄ）と円筒状構造物の円周方向のウオータージェットピーニング施工の有効幅の関係を示す図である。この図からＬ／Ｄが７０〜１５０の範囲で有効幅が広いことが分かる。
【００２５】
次に、円筒状構造物に対してウオータージェットピーニング施工行った場合の、円筒状構造物の外径と残留応力改善効果の得られる範囲の関係を説明する。
【００２６】
図４は円筒状構造物１とノズル２が噴出する噴流との関係を示す図であり、図４ａは斜視図、図４ｂは上面図、図４ｃは引張り残留応力が圧縮応力に改善される有効範囲を示す図である。
【００２７】
図に示すように、ノズルから噴出した噴流は噴流中心と前記円筒状構造物外表面の接する施工中心から、上流側および下流側に廻り込んでウオータージェットピーニング施工の有効範囲は拡大して、その有効範囲はα1となる。この有効範囲は前記円筒状構造物の口径によって異なる。そこで前記円筒状構造物の外径と残留応力が改善される有効範囲α1の関係を求めた。
【００２８】
図５は円筒状構造物の外径と有効範囲の関係を示す図である。図に示すように外径１００ｍｍ未満の円筒状構造物と外径２５０ｍｍ以上の円筒状構造物では、残留応力が改善される有効範囲α1の範囲は２倍近く異なることが分かる。この結果から、本発明が適用される円筒状構造物の外径は１００ｍｍ以上が好ましく、２００ｍｍ以上がより好ましい。
【００２９】
次に、本発明の第２の実施形態を図６ないし図９を用いて説明する。
【００３０】
図６は、ウオータージェットピーニング装置の施工対象であるアニュラス部分、すなわち、シュラウドと圧力容器の隙間部分を示す図である。図において３１はバッフルプレート、３２は口径約５００ｍｍのジェットポンプディフューザ、３３は口径約５００ｍｍのジェトポンプライザ管である。
【００３１】
前記アニュラス部分にはバッフルプレート３１が配設され、バッフルプレート上にはジェットポンプディフューザ３２を配置する。またジェットポンプディフューザ３２の間には屈曲形状のジェットポンプライザ管３３を配設し、ジェットポンプディフューザ３２とその間に配設したジェットポンプライザ管３３によりジェットポンプを構成する。
【００３２】
このようにして構成されたジェットポンプは圧力容器とシュラウド壁に挟まれており、ジェットポンプと圧力容器あるいはシュラウド壁の隙間は約１０ミリ程度しか存在しない。
【００３３】
図７は、ジェットポンプライザ管用のウオータージェットピーニング装置を示す図である。
【００３４】
図において、４０はウオータージェットピーニング装置、４１はウオータージェットピーニング装置の着座ベース、４２は着座ベース４１に取り付けたノズルヘッド、４３はノズルヘッド４２に取り付けた複数のノズル、４４はノズル４３にそれぞれ高圧水を供給する高圧ホースであり、高圧ホースはノズルの数だけ備えている。４５はクランプであり、クランプ４５は着座ベースに対して図示矢印Ａ方向に伸縮し、後述するように伸張したときクランプで圧力容器等を突っ張って着座ベースを固定する。なお、着座ベースにはクランプで突っ張った荷重を受ける図示しない脚部が取り付けられる。
【００３５】
図８は、ウオータージェットピーニング装置をジェットポンプライザ管に適用した例を示す図である。
【００３６】
図において、３３１はジェットポンプライザ管３３のエルボ部、３３２はジェトポンプライザ管の給水ノズル側管路、４１１はクランプが突っ張った荷重を受ける脚部である。前記エルボ部３３１は溶接によりライザ管３３および給水ノズル側管路３３２に接合される。なお、図６ないし図７に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００３７】
ウオータージェットピーニング装置４０の着座ベース４１をジェットポンプライザ管のエルボ部３３１に取り付ける。そして、着座ベースの一方側に形成した脚部４１１を圧力容器内壁に当接し、他方側に形成したクランプ４５を伸張してジェットポンプディフューザ３２を突っ張る。これによりウオータージェットピーニング装置を確実にアニュラス部分に取り付けることができる。
【００３８】
図９は、ウオータージェットピーニング装置を用いた施工装置の全体構成を示す図である。
【００３９】
図において、６０は原子炉、６０１は原子炉圧力容器である。６１はウオータージェットピーニング装置、６２は燃料交換器の補助ホイスト、６３はウオータージェットピーニング装置のノズルに高圧水を供給する高圧ホース、６４はウオータージェットピーニング装置の制御盤、６５は高圧水を供給する高圧ポンプ、６６は源水を高圧ポンプに供給する給水ホースである。６７は監視カメラであり、装置の設置状況、および施工状況等を監視する。６８は信号ケーブル、６９はモニタであり、前記監視カメラ６７は信号ケーブルによりモニタ６９に接続する。
【００４０】
ウオータージェットピーニング施工に際しては、ウオータージェットピーニング装置６１を、補助ホイスト６２により圧力容器とシュラウド間の施工箇所であるジェットポンプライザ管まで吊りおろす。次いで、監視カメラで設置位置を確認しながら、クランプを伸張してウオータージェットピーニング装置をシュラウド外壁と圧力容器間に固定する。次いで、ウオータージェットピーニング装置のノズルの方向と前記エルボ部の溶接部との距離を監視カメラで確認する。次いで噴流を前記溶接部に照射する。これらの手順により前記溶接部およびその周辺をピーニング施工することができる。
【００４１】
次に、本発明の第３の実施形態を図１０ないし図１３を用いて説明する。
図１０は、着座ベースに噴流を円筒状構造物に低角度で噴射するノズルを取り付けた、ジェットポンプライザ管用ウオータージェットピーニング装置の一例を示す図である。図において、８１はコの字状の着座ベースであり、ジェットポンプライザ管３３のエルボ部３３１に取り付ける。８２は着座ベース８１の４隅に取り付けたノズルである。なお、図において図６に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００４２】
ノズルは、その噴射角度が施工対象物であるジェットポンプライザ管３３のエルボ部３３１に対して低角度になるように取り付ける。また着座ベースは図示しないが、前述と同様なクランプによりシュラウドと圧力容器間に固定する。
【００４３】
図１１は、着座ベースに噴流を円筒状構造物に低角度で噴射するノズルを取り付けたジェットポンプライザ管用ウオータージェットピーニング装置の他の例を示す図である。図において、９１はコの字状の着座ベースであり、ジェットポンプライザ管３３のエルボ部３３１に取り付ける。９２は着座ベース８１の両側に、図示矢印Ｂ方向に移動可能に取り付けたノズルである。なお、図において図４に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００４４】
ノズル９２は、その噴射方向を一定に保持した状態で図示Ｂ方向に移動することにより、エルボ部３３１に形成した溶接部をウオータージェットピーニング施工することができる。
【００４５】
図１２は、着座ベースに、噴流を円筒状構造物に低角度で噴射するノズルを取り付けたジェットポンプライザ管用ウオータージェットピーニング装置のさらに他の例を示す図である。１０１はコの字状の着座ベース、１０２は着座ベース１０１に取り付けたＵの字状のレールであり、着座ベース１０１はジェットポンプライザ管３３のエルボ部３３１に取り付ける。１０３はＵの字状のレールに、図示矢印Ｃ方向に移動可能に取り付けたノズルである。なお、図において図４に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００４６】
ノズル１０３は、その噴射方向を低噴射角になるように保持した状態で図示Ｃ方向に移動することにより、エルボ部３３１に形成した溶接部をウオータージェットピーニング施工することができる。
【００４７】
図１３は、着座ベースに噴流を円筒状構造物に低角度で噴射するノズルおよび高角度で噴射するノズルを取り付けた、ジェットポンプライザ管用ウオータージェットピーニング装置の一例を示す図である。図において、１１１はコの字状の着座ベースであり、ジェットポンプライザ管３３のエルボ部３３１に取り付ける。１１２は着座ベース８１の４隅に取り付けたノズル、１１３は着座ベースの略中央に取り付けたノズルである。ノズル１１２および１１３はいずれも平行に取り付ける。なお、図において図６に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。また着座ベースは図示しないが前述と同様なクランプにより、シュラウドと圧力容器間に固定する。
【００４８】
着座ベース両端に近いノズル１１２は、その噴射角度が施工対象物であるジェットポンプライザ管３３のエルボ部３３１に対して低角度になるように取り付けることができる。一方、中央のノズル１１３はライザ管のエルボ部に対して垂直噴射に近い状態になる。しかし低角度噴射と高角度噴射の組み合わせになっているため垂直噴射のみの施工に比して施工効率の低下は少ない。
【００４９】
次に、本発明の第４の実施形態を図１４ないし図１６を用いて説明する。
【００５０】
図１４は、ノズルヘッドに取り付けたノズルに、その噴射方向を可変にする首振り機構を備えたウオータージェットピーニング装置を示す図である。ノズル１２１の噴射方向を図示矢印Ｄに示すように首振り可能にすることにより、円筒構造物の外表面をむらなく施工することができる。また、ノズルをノズルヘッドに固定した固定式ノズルに比してノズルの搭載数を軽減することができる。また固定式ノズルに比して、ノズルの設置位置精度を厳しくする必要がない。
【００５１】
図１５は、ノズルの首振り機構を示す図であり、図１５ａはノズルの首振り機構の平面図、図１５ｂはノズルの首振り機構の側面図である。
【００５２】
図において、１３１はノズル、１３２はノズルヘッド、１３３はノズル１３１を図示矢印方向に揺動するための電動式の駆動部であり、駆動部１３３はノズルヘッド１３２内に設けられる。１３５はスイベルジョイントであり、スイベルジョイント１３５はノズル１３１が揺動しても高圧ホース１３４からの高圧水をとぎれることなくノズルに供給することができる。なお、駆動部は電動式に代えて外部からギア等を介してノズルを回転できる機構を設けて、手動で揺動することも可能である。
【００５３】
図１６は、着座ベース上に装着するノズルヘッドの装着位置を可変できるウオータージェットピーニング装置を示す図である。
【００５４】
図において、１４１は着座ベース、１４２は着座ベースに装着したノズルヘッド、１４３はノズルヘッドに取り付けたノズルである。着座ベース１４１に対してノズルヘッド１４２は取り外し可能であり、例えば図示実線の位置から取り外して、図示破線の位置に取り付け可能である。
【００５５】
原子炉内でウオータージェットピーニング装置を使用する場合には、操作性および信頼性を考慮すると単純、軽量な構造が望ましい。このため必要最小限の個数のノズル１４３を備えた複数のノズルヘッドを準備しておき、適宜選択して前記着座ベースに取り付けることができる。
【００５６】
このようにノズルヘッドを付け替えることで複雑な機構や余分のノズルを搭載することなく、ウオータージェットピーニング装置を安価に構成することができる。
【００５７】
次に、本発明の第５の実施形態を図１７を用いて説明する。
【００５８】
図１７は、位置検出センサを用いたノズルの位置決め方法を示す図である
図において、１５１はノズル、１５２はシュラウド、１５３は圧力容器、１５４はノズル１５１の近傍に取り付けた距離センサである。なお、図において図６に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００５９】
ノズル１５１の前方は噴流の影響でセンサの種類によっては距離の測定が困難になるため、距離センサ１５４はノズル後方に取り付ける。図に示すように、センサ１５４はノズル後方にある圧力容器壁１５３までの距離を測定する。施工中心であるライザ管３３のエルボ部３３１の中心からノズル後方の圧力容器内壁１５４までの距離をｍ0、ノズル１５１の先端からセンサ１５４前面までの距離をｍ2、距離センサが測定したセンサ１５４先端から圧力容器内壁１５３までの距離をｍbとするとノズル先端からライザ管の中心位置までの距離ｍfは次式で求めることができる。
【００６０】
ｍf＝ｍ0−ｍ2−ｍb
次に、本発明の第６の実施形態を図１８を用いて説明する。
【００６１】
図１８はジェットポンプライザ管にウオータージェットピーニング装置を適用する場合の手順を示す図である。
【００６２】
まず、ステップＳ１において、原子炉圧力容器の上蓋、蒸気乾燥器およびシュラウドヘッドを取り外す。
【００６３】
次いで、ステップＳ２において、炉内構造物を取り外す。次いで必要に応じてインレットミキサを取り外す。
【００６４】
次いで、ステップＳ３において、監視カメラを吊り下ろしながらジェットポンプライザ管エルボ部への接近ルートのウオータージェットピーニング装置を設置するに際しての干渉物の有無および前記エルボ部の溶接線を監視モニタで確認する。
【００６５】
次いで、ステップＳ４において、制御盤および加圧ポンプを作業床上に配置し、給水ホースで加圧ポンプと源水タンクを連結し、高圧ホースで加圧ポンプとウオータージェットピーニング装置を連結する。またこれらの機器間に配線を敷設し調整する。
【００６６】
次いで、ステップＳ５において、ウオータージェットピーニング装置を設置する。まず最初に、ウオータージェットピーニング装置を、燃料交換用補助ホイストで吊り上げ、シュラウドと圧力容器の間のジェットポンプライザ管エルボ部上に吊り下ろし、監視カメラで水平位置を確認する。次に、前記ウオータージェットピーニング装置をシュラウドと圧力容器間に固定する。次に、施工対象のジェットポンプライザ管のエルボ部の溶接線とウオータージェットピーニング装置に備えたノズルとの距離およびノズルの方向を監視カメラで確認する。次に、噴流を試射し、噴流がジェットポンプライザ管のエルボ部の所定の位置に当たっているかを確認する。また、ウオータージェットピーニング装置に備えた距離センサを稼働させて、施工位置およびノズル位置を適正な位置に補正する。
【００６７】
次いで、ステップＳ６において、ウオータージェットピーニング施工を行う。まず最初に、前記ノズルの噴射圧力、噴射流量、ノズルの走行速度および走行範囲を設定する。またノズルを固定して噴射する場合は噴射時間を設定する。次に、噴流を試射し、その後前記ノズルをジェットポンプライザ管のエルボ部周囲を走査しながら、あるいはノズルを固定した状態で所定時間ウオータージェットピーニング施工する。施工状況は監視カメラで随時監視する。次に施工後に監視カメラで施工の完了を確認する。
【００６８】
次いで、ステップＳ７において、装置を撤収する。まず最初にシュラウドと圧力容器間にウオータージェットピーニング装置を固定したクランプを解除する。次に、ウオータージェットピーニング装置の吊り上げ準備完了を監視カメラで確認する。次に、前記補助ホイストでウオータージェットピーニング装置を吊り上げる。
【００６９】
次いで、ステップＳ８において、給水ホースおよび高圧ホースを取り外し、加圧ポンプと源水タンクとの連結および加圧ポンプとウオータージェットピーニング装置との連結を解除する。また各機器間の配線を取り外して、機器を撤収する。
【００７０】
次いで、ステップＳ９において、ステップ２においてインレットミキサを取り外した場合にはこれを取り付ける。
【００７１】
次いで、ステップＳ１０において、監視カメラを撤収する。
【００７２】
次いで、ステップＳ１１において、蒸気乾燥器、原子炉圧力容器およびシュラウドヘッドをつり込んで組立、復旧する。
【００７３】
次に、本発明の第７の実施形態を図１９ないし図２０を用いて説明する。
【００７４】
図１９はジェットポンプディフューザ用ウオータージェットピーニング装置を示す図である。図において、１７２はジェットポンプディフューザ３２を構成するロアリングであり、ロアリング１７２はバッフルプレート３１に溶接している。また１７３はジェットポンプディフューザを構成するテールパイプであり、テールパイプ１７３はロアリング１７２に溶接している。これら２箇所の溶接部がウオータージェットピーニング装置の施工箇所となる。１７４はジェットポンプディフューザ用ウオータージェットピーニング装置、１７５はクランプ、１７６はウオータージェットピーニング装置１７４の高さを調節するステイである。
【００７５】
ウオータージェットピーニング装置１７４をバッフルプレート上に取り付け、噴流中心が溶接部の高さと一致するようにその高さをステイ１７６で調節する。次いで、装置側面に取り付けたクランプ１７５を伸張して、ウオータージェットピーニング装置を圧力容器とシュラウド間に固定して、ウオータージェットピーニング施工を行う。ウオータージェットピーニング装置に低角度噴射および高角度噴射する複数のノズルを設け、これらの噴射方向をもつノズルを組み合わせることにより、全周をむらなく施工することができる。
【００７６】
図２０は、バッフルプレート３１とジェットポンプディフューザのロアリング３２との溶接部およびロアリングとテールパイプとの溶接部をウオータージェットピーニング施工する例を示す図である。
【００７７】
図２１はウオータージェットピーニング装置の首振り角を示す図である。
【００７８】
図において、１９１は首振り機構を備えたノズルであり、ψはその噴射角を示す。なお、図において図１７に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００７９】
ウオータージェットピーニング装置１７４をバッフルプレート上に取り付け、装置側面に取り付けたクランプ１７５を伸張して、ウオータージェットピーニング装置を圧力容器とシュラウド間に固定して、ウオータージェットピーニング施工を行う。ウオータージェットピーニング装置のノズル１９１は、バッフルプレート３１とロアリング１７２の溶接部、およびロアリング１７２とテールパイプ１７３との溶接部を施工可能なようにその噴射方向を可変できる機構を備えている。なお、図におけるノズルの噴射方向のバッフルプレートに対する角度ψは０〜４５°が望ましい。
【００８０】
図２２はノズルの首振り機構を示す図である。
【００８１】
図において、２０１はノズル、２０２はノズル２０１の後方に取り付けた距離センサである。なお、図において図１９ないし図２１に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００８２】
ノズル２０１の前方は噴流の影響でセンサの種類によっては距離の測定が困難になるため、距離センサ２０２はノズル後方に取り付ける。図に示すように、センサ２０２はノズル後方にあるディフューザ３２までの距離を測定する。施工中心であるディフューザ３２の中心からノズル先端までの距離は、図１５に関して前述したライザ管の場合と同様な手法で検出する。
【００８３】
次に、本発明の第８の実施形態を図２３を用いて説明する。
【００８４】
図２３はジェットポンプディフューザにウオータージェットピーニング装置を適用する場合の手順を示す図である。
【００８５】
まず、ステップＳ１において、原子炉圧力容器の上蓋、蒸気乾燥器およびシュラウドヘッドを取り外す。
【００８６】
次いで、ステップＳ２において、炉内構造物を取り外す。次いで必要に応じてインレットミキサを取り外す。
【００８７】
次いで、ステップＳ３において、監視カメラを吊り下ろしながらジェットポンプディフューザ部への接近ルートのウオータージェットピーニング装置を設置するに際しての干渉物の有無および前記ディフューザ部の溶接線を監視モニタで確認する。
【００８８】
次いで、ステップＳ４において、制御盤および加圧ポンプを作業床上に配置し、給水ホースで加圧ポンプと源水タンクを連結し、高圧ホースで加圧ポンプとウオータージェットピーニング装置を連結する。またこれらの機器間に配線を敷設し調整する。
【００８９】
次いで、ステップＳ５において、ウオータージェットピーニング装置を設置する。まず最初に、ウオータージェットピーニング装置を、燃料交換用補助ホイストで吊り上げ、シュラウドと圧力容器の間であり。かつ、ジェットポンプディフューザの間であるバッフルプレート上に吊り下ろし、監視カメラで設置位置を確認する。次に、前記ウオータージェットピーニング装置をシュラウドと圧力容器間に固定する。次に、施工対象のロアリングとバッフルプレートの間の溶接線およびロアリングとテールパイプとの間の溶接線とウオータージェットピーニング装置に備えたノズルとの距離およびノズルの方向を監視カメラで確認する。次に、噴流を試射し、噴流がディフューザの所定の位置に当たっているかを確認する。また、ウオータージェットピーニング装置に備えた距離センサを稼働させて、施工位置およびノズル位置を適正な位置に補正する。
【００９０】
次いで、ステップＳ６において、ウオータージェットピーニング施工を行う。まず最初に、前記ノズルの噴射圧力、噴射流量、ノズルの走行速度および走行範囲を設定する。またノズルを固定して噴射する場合は噴射時間を設定する。次に、噴流を試射し、その後前期ノズルをジェットポンプライザ管のエルボ部周囲を走査しながら、あるいはノズルを固定した状態で所定時間ウオータージェットピーニング施工する。施工状況は監視カメラで随時監視する。次に施工後に監視カメラで施工の完了を確認する。
【００９１】
次いで、ステップＳ７において、ロアリングとテールパイプ間の溶接部をウオータージェットピーニング施工するためにウオータージェットピーニング装置を移動する。まず最初に、シュラウドと圧力容器間にウオータージェットピーニング装置を固定したクランプを解除する。次に、ウオータージェットピーニング装置の吊り上げ準備完了を監視カメラで確認する。次に、前記補助ホイストでウオータージェットピーニング装置を吊り上げて、所定の位置に移動する。次に、監視カメラで設置位置を確認する。次に、前記ウオータージェットピーニング装置をシュラウドと圧力容器間に固定する。次いでステップ６と同様な手法で、ロアリングとテールパイプ間の溶接部をウオータージェットピーニング施工する。
【００９２】
次いで、ステップＳ８において、装置を撤収する。まず最初にシュラウドと圧力容器間にウオータージェットピーニング装置を固定したクランプを解除する。次に、ウオータージェットピーニング装置の吊り上げ準備完了を監視カメラで確認する。次に、前記補助ホイストでウオータージェットピーニング装置を吊り上げる。
【００９３】
次いで、ステップＳ９において、給水ホースおよび高圧ホースを取り外し、加圧ポンプと源水タンクとの連結および加圧ポンプとウオータージェットピーニング装置との連結を解除する。また各機器間の配線を取り外して、機器を撤収する。
【００９４】
次いで、ステップＳ１０において、ステップ２でインレットミキサを取り外した場合にはこれを取り付ける。
【００９５】
次いで、ステップＳ１１において、監視カメラを撤収する。
【００９６】
次いで、ステップＳ１２において、蒸気乾燥器、原子炉圧力容器およびシュラウドヘッドをつり込んで組立、復旧する。
【００９７】
なお、この手順を発電プラントの定期点検中に行う場合には、圧力容器の上鏡板、蒸気乾燥器およびシュラウドヘッドは取り外されているので、ウオータージェットピーニング施工はステップ２から始まりステップ１１で完了する。
【００９８】
なお、以上の説明ではピーニング装置に用いる流体として水を用いる場合について説明したが水以外の流体であっても適用可能であることはもちろんである。
【００９９】
【発明の効果】
本発明によれば、キャビテーション気泡を含有する噴流を大口径の円筒状構造物に対して低角度で噴射するので、大口径円筒状構造物を効率よくウオータージェットピーニング施工することができる。また噴流の回り込みを有効に利用できるので狭隘部に配置した大口径の円筒状構造物を効率よくウオータージェットピーニング施工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るウオータージェットピーニング装置の概略を示す図である。
【図２】ウオータージェットピーニング装置の噴射角を変えた場合の施工結果を示す図である。
【図３】ウオータージェットピーニング装置の噴射距離とノズル径の比を変えた場合の施工結果を示す図である。
【図４】円筒状構造物とノズルが噴出する噴流との関係を示す図であり
【図５】 円筒状構造物の外径と有効範囲の関係を示す図である。
【図６】ウオータージェットピーニング装置の施工対象であるアニュラス部を示す図である。
【図７】ジェットポンプライザ管用ウオータージェットピーニング装置を示す図である。
【図８】ウオータージェットピーニング装置をジェットポンプライザ管に適用した例を示す図である。
【図９】ウオータージェットピーニング装置を用いた施工装置の全体構成を示す図である。
【図１０】着座ベースにノズルを取り付けたウオータージェットピーニング装置を示す図である。
【図１１】着座ベースにノズルを取り付けたウオータージェットピーニング装置を示す図である。
【図１２】 着座ベースにノズルを取り付けたウオータージェットピーニング装置を示す図である。
【図１３】着座ベースにノズルを取り付けたウオータージェットピーニング装置を示す図である。
【図１４】首振り機構を備えたウオータージェットピーニング装置を示す図である。
【図１５】ノズルの首振り機構を示す図である。
【図１６】ノズルヘッドの装着位置を可変にできるウオータージェットピーニング装置をしめすずである。
【図１７】距離センサを用いたノズルの位置決め方法を示す図である。
【図１８】ジェットポンプライザ管にウオータージェットピーニング装置を適用する場合の手順を示す図である。
【図１９】ジェットポンプディフューザ用ウオータージェットピーニング装置を示す図である。
【図２０】バッフルプレートとディフューザのロアリングとの溶接部をウオータージェットピーニング施工する例を示す図である。
【図２１】ウオータージェットピーニング装置の首振り角を示す図である。
【図２２】ノズルの首振り機構を示す図である。
【図２３】ジェットポンプディフューザにウオータージェットピーニング装置を適用する場合の手順を示す図である。
【符号の説明】
１ 円筒状構造物
２ ノズル
３ 噴流
３１ バッフルプレート
３２ ジェットポンプディフューザ
３３ ジェットポンプライザ管
４０ ウオータージェットピーニング装置
４１ 着座ベース
４２ ノズルヘッド
４４ 高圧ホース
４５ クランプ
６０ 原子炉
６０１ 圧力容器
６１ ウオータージェットピーニング装置
６２ 燃料交換器の補助ホイスト
６３ 高圧ホース
６４ 制御盤
６５ 高圧ポンプ
６６ 給水ホース
６７ 監視カメラ
６８ 信号ケーブル
６９ モニタ
８１ 着座ベース
８２ ノズル
９２ ノズル
１０１ 着座ベース
１０３ ノズル
１１２ ノズル
１１３ ノズル
１３１ ノズル
１３２ ノズルヘッド
１４１ 着座ベース
１４３ ノズル
１４５ スイベルジョイント
１５２ シュラウド
１５３ 圧力容器
１５４ 距離センサ
１７２ ロアリング
１７３ テールパイプ
１７５ クランプ
１７６ ステイ
２０１ ノズル
Claims (8)
- 加圧流体が導入され、キャビテーションにより発生した気泡を含有する噴流を流体中で発生するノズルと、
前記気泡を含有する噴流を流体中に配設した円筒状構造物に噴射して、該円筒状構造物表面をピーニング施工するウオータージェットピーニング装置において、
前記噴流の噴射方向は前記円筒状構造物の接線に対して４５度以下であり、前記ノズルの噴出孔と前記構造物間の噴射距離（Ｌ）のノズル孔径（Ｄ）に対する比（Ｌ／Ｄ）は７５ないし１５０であることを特徴とするウオータージェットピーニング装置。 - 加圧流体が導入され、キャビテーションにより発生した気泡を含有する噴流を流体中で発生するノズルと、
前記気泡を含有する噴流を流体中に配設した円筒状構造物に噴射して、該円筒状構造物表面をピーニング施工するウオータージェットピーニング装置において、
前記噴流の噴射方向は前記円筒状構造物の接線に対して１５度以下であり、前記ノズルの噴出孔と前記構造物間の噴射距離（Ｌ）のノズル孔径（Ｄ）に対する比（Ｌ／Ｄ）は７５ないし１５０であることを特徴とするウオータージェットピーニング装置。 - 請求項１ないし請求項２の何れか１の記載において、前記円筒状構造物の外径は１００ｍｍ以上であることを特徴とするウオータージェットピーニング装置。
- 請求項１ないし請求項２の何れか１の記載において、前記円筒状構造物の外径は２００ｍｍ以上であることを特徴とするウオータージェットピーニング装置。
- 請求項１ないし請求項４の何れか１の記載において、前記ノズルは、自身を固定する固定装置を備えた着座ベースに取り付け方向可変に取り付けたことを特徴とするウオータージェットピーニング装置。
- 請求項５の記載において、前記着座ベースは、噴出方向の異なる複数のノズルを備えたことを特徴とするウオータージェットピーニング装置。
- 請求項１ないし請求項６の何れか１の記載において、前記固定装置は、ノズル後方の構造物位置からノズル位置を演算するノズル位置検出装置を備えたことを特徴とするウオータージェットピーニング装置。
- 請求項１ないし請求項７の何れか１の記載において、前記ノズルは首振り機構を備えたことを特徴とするウオータージェットピーニング装置。
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