JP4298527B2

JP4298527B2 - ジェットポンプ差圧計測管の補修装置

Info

Publication number: JP4298527B2
Application number: JP2004016912A
Authority: JP
Inventors: 豊吉江; 正之西野; 利治永島; 裕成池田; 信雄古川; 智菅野; 稔大高
Original assignee: Hitachi Engineering and Services Co Ltd; Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi Engineering and Services Co Ltd; Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2004-01-26
Filing date: 2004-01-26
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2024-01-26
Also published as: JP2005207983A

Description

本発明は、沸騰水型原子力発電プラントの供用期間中における原子炉圧力容器（以下、単に圧力容器と称す）内のジェットポンプ差圧計測管を補修する補修装置に関する。

図６は従来から実施されている沸騰水型の原子炉（ＢＷＲ）の圧力容器と炉内構造物を示す概略構成図である。
同図において、圧力容器１内には上部からドライヤ２、セパレータ３、シュラウド４等が据え付けられ、シュラウド４には燃料集合体１４を支持するための上部格子板５及び炉心支持板６が取り付けられている。また、燃料集合体１４は制御棒１５によって昇降させられ、制御棒１５は制御棒案内管１５ａに沿って制御棒駆動機構１５ｂによって昇降駆動される。また、圧力容器１とシュラウド４の間の狭隘な部位には、ジェットポンプ７がシュラウド４を囲むように据え付けられている。シュラウド４の外周部にはこのようにして複数のジェットポンプ７が等間隔で設置され、圧力容器１の外部に設けられた再循環ポンプによりジェットポンプ７内に冷却水を送り込み、冷却水が炉心内を強制循環するようになっている。

図７はジェットポンプの構成を示す正面図である。同図において、ジェットポンプ７は、中央部に配置され水流を上方に導くライザ管８、ライザ管８から２つに分岐したエルボ８ａ、エルボ８ａに混合ノズル８ｂを介して接続されたインレットミキサ９、インレットミキサ９に接続されたディフューザ１０、及びディフューザ１０の側面に沿ってディフューザ１０の軸方向に設けられた計測管１２から基本的に構成されている。計測管１２は、ディフューザ１０に第１ないし第３のサポート１１ａ，１１ｂ，１１ｃを介して溶接により３個所で取り付けられており、ディフューザ１０内の圧力を圧力容器１外に設けている差圧計に伝達するために設置されている。インレットミキサ９はライザ管８から送られてくる冷却水に、ジェットポンプ７の周囲の炉水を巻き込んでディフューザ１０側に送る機能を備えている。

このように大略構成されたジェットポンプ７では、再循環ポンプから送り込まれる冷却水と混合ノズル８ｂから噴射された炉水とが混合され、ディフューザ１０から放出されるので、流体振動が発生する。そのため、ジェットポンプ７や計測管１２が破損することがあり、特に計測管１２については破断にまで至ることがある。

このように計測管１２が破断すると、計測管として機能することができないので、修復、ここでは芯を合わせて溶接により接続する必要がある。これに対処して、例えば特許文献１では、ジェットポンプのライザ管内部の点検及び補修を炉水を抜く必要なく行えるようにした発明が開示されている。
特開平８−２７１６７３号公報

引用文献１記載の発明では、ジェットポンプのライザ管内部の点検及び補修を炉水を抜く必要なく行えるようにしているが、この方法では破断した計測管の補修を行うことはできない。すなわち、この発明では、ライザ管の内部に気中作業空間を形成するためにインレットミキサを取り外した後に前記ライザ管の上部開口部を炉内から液密にシールして区画し、炉上からシール管を降ろして前記ライザ管の上部開口部に接続して炉上空間と連通させるようにしているが、計測管の破損は、計測管のどの位置で発生するか不明であり、径も細いことから同様の方法を適用することはできない。

一方、水中状態で配管を補修する方法として、溶接による工法が提案されている。水中で溶接を実施する場合、水を排除しない雰囲気で被覆アーク溶接を行う湿式法あるいは、溶接部全体をチャンバーで覆い、その中の水を空気又はシールドガスで置換し、気中で通常の溶接を行なう乾式法が従来から行われている。

しかし、計測管は、サポートを介してディフューザに溶接されており、仮にその溶接部近傍に流体振動応力による割れが発生すると、図からも分かるように狭隘部となることから補修は極めて困難となり、前記従来技術も前述の溶接方法も適用することはできない。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、供用期間
中にジェットポンプ差圧計測管を補修する作業が生じた場合に、短期間に効率よく補修作
業ができる装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明は、沸騰水型原子炉のジェットポンプに設けられた差圧計測管の破断部を補修するジェットポンプ差圧計測管の補修装置において、計測管の破断部を突き合わせ、炉水中で前記計測管の破断部の仮付け溶接を行う仮付け溶接機と、仮付け終了後、前記仮付け溶接機を取り外した後溶接位置に設置され、少なくとも溶接位置が水上に露出する位置まで前記炉水を排水し、露出した破断部の全周を気中雰囲気下でシール溶接するシール溶接機と、を備え、前記仮付け溶接機が、破断した計測管の破断部を挟んでそれぞれを保持するクランプ手段と、破断によりジェットポンプのディフューザの側面に対して離脱した側の第１の計測管の位置を前記ディフューザの側面に支持された側の第２の計測管の端面に対して芯合わせを行う第１の調整手段と、前記第１の調整手段による調整が行われた状態で、前記第１の計測管の端面を前記第２の計測管の端面に対して突き合わせる第２の調整手段と、突き合わされた第１及び第２の計測管の突き合わせ部を１個所以上水中で仮付け溶接する第１の溶接手段と、前記溶接手段の溶接ヘッドを前記突き合わせ部に位置させる第３の調整手段と、を含み、前記シール溶接機が、前記第１の計測管を保持するクランプ手段と、前記破断部の外周を溶接するトーチを含む第２の溶接手段と、前記第２の溶接手段の前記計測管の軸方向の位置を調整する第４の調整手段と、前記第２の溶接手段の溶接ヘッドを前記破断部の外周に沿って少なくとも一周移動させる駆動手段と、前記溶接ヘッドの上部に設けられ、溶接部へのガスパージを行なうガスカーテンユニットと、を含み、前記駆動手段によって前記第２の溶接手段の溶接ヘッドを前記差圧計測管の外周に沿って移動させながら前記差圧計測管の前記破断部を外周部からシール溶接することを特徴とする。

このように第２の溶接手段の溶接ヘッドが前記破断部の外周に沿って少なくとも一周移動できるためには、前記溶接ヘッドはディフューザの側面と計測管との間を通り抜けることができるだけ小型にしておく必要がある。また、破断位置と溶接状態を確認するために溶接を行っていないときの状態を観察する機能と、溶接作業中のアークを監視する機能を備えていることが望ましく、この機能を実現するために溶接ヘッドに両機能を実現できる小型の監視用カメラを設けるとよい。

この発明を実施する際には、まず、圧力容器内の機器を取り外し、補修装置を圧力容器内に投入できる状態にする。次に、仮付け溶接機を圧力容器内に投入して破断した部分のジェットポンプ差圧計測管に前記仮付け溶接機を取り付け、溶接機を作動させ水中で破断部の仮付け溶接を行う。続いて、水中でシール溶接機を設置し、原子炉圧力容器のフランジ上部に遮蔽板、もしくは原子炉圧力容器の上鏡を仮置きして放射線を遮蔽し水抜きを行い、気中状態にしてシール溶接機で仮付け溶接した計測管の全周シール溶接を行う。その際、補修したジェットポンプ差圧計測管をクランプ治具を使用してディフューザに固定すると、流体振動による応力を低減して割れの発生を防止することが可能となる。

また、破断して上下に分離したジェットポンプ差圧計測管を仮付け溶接する際に芯合せする機構を第１の調整手段として設けたので、装置の一体化を図ることができ、作業効率の向上と治工具類の節約が可能となる。また、ディフューザ管と被補修配管の間を通過可能な溶接ヘッドとし、更に、破断部の外周面に沿って溶接ヘッドを一周旋回させて溶接軌道をティーチングし、その後、前記溶接軌道を再度旋回して全周シール溶接するティーチングする機能を備えているので、破断部が複雑な破断形状となっても、全周シール溶接を自動的に容易に行なうことができる。

更に、溶接ヘッドに溶接を行っていないときの状態を観察できるカメラと溶接作業中のアークを監視することができるカメラ、言い換えれば両状態を監視し得る波長域に対応した特性を備えたＣＣＤカメラなどを使用するようにすれば、カメラを交換することなく装置設定作業、溶接作業が行なえることから作業時間の短縮、作業者の被ばく低減を図ることができる。

なお、以下の実施例では、前述の仮付け溶接機は符号５０に、仮付け溶接機５０におけるクランプ手段は上部クランプユニット２７及び下部クランプユニット２８に、第１の計測管は計測管１６に、第２の計測管は計測管１２に、第１の調整手段は前後調整ユニット３３に、第２の調整手段は突き合わせユニット３２に、第１の溶接手段は溶接トーチ３０に、第３の調整手段はトーチ位置調整ユニット２９に、シール溶接機４２におけるクランプ手段はクランプユニット３５に、第２の溶接手段は溶接トーチ３６、ＡＶＣ駆動軸３８及びトーチ角度駆動軸３９に、駆動手段は回転駆動軸４１に、ガスカーテンユニットは符号３７にそれぞれ対応する。

本発明によれば、以上のように構成されているので、供用期間中にジェットポンプ差圧計測管を補修する作業が生じた場合に、短期間に効率よく補修作業ができる方法及び装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、圧力容器及びジェットポンプを含む炉内構造物は従来例に係る図６及び図７と同等なので、同等な各部には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は本発明の実施例に係るジェットポンプ計測管の補修方法の補修工程を示す作業工程図である。本実施例に係る補修方法を実施するに際して、先ず最初の工程として、圧力容器１の上鏡１３、ドライヤ２、セパレータ３、燃料集合体１４、御制棒１５等を順次取り外し、続いてジェットポンプ７の計測管１２へ補修装置が容易に取り付けられるようにインレットミキサ９を取り外す（ステップＳ１０１）。図２はステップＳ１０１の工程、すなわち炉内機器の取り外しが終了したときの状態を示す図である。図では、計測管１６は第３サポート１１ｃの下側で破断し、第３サポート１１ｃよりも上部の計測管１２と分離した状態を示している。

図２の状態になると、図示はしないが、破断した計測管１６の芯を仮合せするための芯合せ治具を炉内に投入し、その芯合せ治具を操作し、計測管１２に対して大きく芯ずれした計測管１６の計測管１２に対する仮芯合せを行ない（ステップＳ１０２）、その仮芯合わせにより破断面がほぼ一致した位置で保持する。次いで、計測管１２，１６の溶接性を向上させるため、図示しない磨き治具を炉内に投入して補修溶接する計測管１２，１６の管外表面の磨きを行なう（ステップＳ１０３）。

ステップＳ１０３で計測管１２，１６の管外表面の研磨が終了すると、仮付け溶接機５０を炉内に投入し、計測管１６を計測管１２に仮止めするため仮付け溶接を行なう（ステップＳ１０４）。図３は、このステップＳ１０４の作業時の状態を示す図である。仮付け溶接機５０は、上部クランプユニット２７、下部クランプユニット２８、溶接トーチ３０、トーチ調整ユニット２９、突き合わせユニット３２、前後調整ユニット３３及び誘い込みガイド３４から基本的に構成され、計測間１２，１６を上部クランプユニット２７及び下部クランプユニット２８によってクランプし、溶接トーチ３０によって仮止めが可能に構成されている。

すなわち、ステップＳ１０４における仮付け溶接では、仮付け溶接機５０を炉水中に投入し、上部クランンプユニット２７によりサポート１１ａ，１１ｂ，１１ｃにより固定されている側の計測管１２をクランプし、仮付け溶接機５０本体を固定する。次に、前記芯合わせ治具によって芯合せした計測管１６を誘い込みガイド３４により仮クランプし、前後調整ユニット３３を作動させて前記計測管１２との間で芯位置の調整を行なう。なお、前後調整ユニット３３はディフューザ１０の側面に対して垂直な方向と前記側面に対して接線方向に調整を行うことが可能になっている。前後調整ユニット３３によって芯合わせの微調整がなされ、下部クランプユニット２８によってクランプされた計測管１６を突合せユニット３２の作動により突き上げ、計測管１２との破断部３１の面を突き合わせて固定する。次いで、溶接トーチ３０の位置をトーチ上下位置調整ユニット２９を作動させて破断部３１に合せ、計測管１２と計測管１６の合わせ目を１箇所あるいは周方向の複数箇所点で仮付け溶接する。なお、水中環境下においても、タングステンイナートガス溶接で溶接電流、電圧と、イナートガスの圧力、流量と、ガスノズルからの電極突き出し長さ及び、アーク発生時間を調整して点付け溶接を行なうことができる。

仮付け溶接が完了すると、仮付けした計測管を全周シール溶接するため、仮付け溶接機５０を取り外して炉外に持ち出し、シール溶接機４３を炉内に投入し仮付け溶接した計測管１２，１６に取り付ける（ステップＳ１０５）。これまで一連の作業は全て水中状態で行なわれる。

次いで、ステップＳ１０６において、ウェルの水抜きを行い、圧力容器１に圧力容器１の上鏡１３あるいは、仮の遮蔽板を圧力容器フランジに取り付け、仮閉鎖して放射線を遮蔽し、更に炉水をドレンして圧力容器１内を気中環境にする。図４は、シール溶接機４２のジェットポンプ７の計測管１２，１６への取り付けを終了し、炉水のドレンが完了した状態を示す。シール溶接機ケーブル４３は、圧力容器１と圧力容器１の上蓋１３の隙間を通り、オペレーションフロア４５に据え付けられたシール溶接機制御盤４４に接続されている。

ステップＳ１０６で圧力容器１内の所定の水抜きが終了すると、気中環境でシール溶接
機４２を作動させて計測管１２，１６のシール溶接を行なう。図５は破断部３１をシール
溶接している状態を示す図である。シール溶接機４２は、仮付け溶接した計測管１２，１
６を全周シール溶接するための装置であり、クランプユニット３５、溶接トーチ３６、各
駆動軸３８，３９，４０，４１により構成された構造となっている。シール溶接機４２は
、クランプユニット３５により計測管１２に固定され、溶接トーチ３６はディフューザ１
０と計測管１２の間を通過可能な溶接トーチ３６を有し、計測管１２，１６の周囲を旋回
して全周シール溶接が行なえる。溶接トーチ３６の上部には、ガスカーテンユニット３７
が設けられ、溶接部へのガスパージを行なう。シール溶接は、溶接トーチ３６を破断部３
１の外周面に沿って一度旋回させて溶接軌跡をティーチングした後、溶接条件に従いＡＶ
Ｃ（Arc voltage Controller）駆動軸３８、トーチ角度駆動軸３９、上下駆動軸４０、回
転駆動軸４１を制御することにより行われる。図示はしないが、シール溶接機４２には光
の波長を調整するフィルタを持ったＣＣＤカメラが取り付けられ、ＣＣＤカメラのシャッ
タ速度を切り替えることによって、通常の映像及び溶接中に生じるビードの状態も観察で
きるようになっている。また、溶接中にビード状態の観察を行なう方法としては、２種類
のＣＣＤカメラを溶接ヘッドに搭載して切り替えるといった方法も考えられる。なお、溶
接トーチ３６の高さ位置は上下駆動軸４０をモータによって駆動することによりシール溶
接機４２自体の高さ方向の位置を調整し、トーチの角度はトーチ角度駆動軸３９を駆動す
ることにより調整し、ＡＶＣ駆動軸３８は溶接トーチ３６の位置を例えばアーク長が一定
になるように制御する。また、溶接トーチ３６の計測管１２，１６の外周の旋回動作は回
転駆動軸４１を駆動することによって行われる。なお、駆動軸３８，３９，４０，４１の
駆動は例えばモータが使用され、これらの制御及び溶接トーチ３６へのアーク電圧の制御
は前記シール溶接機制御盤４４によって行われる。

このようにしてシール溶接が終了すると、ステップＳ１０８において、圧力容器１の水張りを行い、圧力容器１の上鏡１３を圧力容器１から取り外し、更に水張りを行ってウェル満水状態にする。そして、ステップＳ１０９において、水中状態でシール溶接機４３を炉内から取外し、炉内機器を本の状態に戻して（ステップＳ１１０）計測管１２，１６の補修工法が完了する。

図示はしないが、好ましくは補修溶接したジェットポンプ計測管１６をクランプ治具を使用してディフューザ１０に固定すれば、流体振動による応力を低減して割れの発生を防止することができる。

本発明の実施例に係る補修の作業工程を示す作業工程図である。ステップＳ１０１の炉内機器の取り外しが終了したときの状態を示す図である。ステップＳ１０４の仮付け溶接構成の作業時の状態を示す図である。ステップＳ１０６のシール溶接機のジェットポンプの計測管への取り付けを終了し、炉水のドレンが完了した状態を示す図である。ステップＳ１０７の破断部をシール溶接している状態を示す図である。従来から実施されている沸騰水型の原子炉（ＢＷＲ）の圧力容器と炉内構造物を示す概略構成図である。ジェットポンプの構成を示す正面図である。

符号の説明

１原子炉圧力容器
７ジェットポンプ
８ライザ管
９インレットミキサ
１０ディフーザ
１１ａ，１１ｂ，１１ｃサポート
１２，１６計測管
２７上部クランプユニット
２８下部クランプユニット
２９トーチ上下位置調整ユニット
３０，３６溶接トーチ
３１計測管破断部
３２突合せユニット
３３前後調整ユニット
３４誘い込みユニット
３５クランプユニット
３７シールユニット
３８ＡＶＣ駆動部
３９トーチ角度駆動部
４０上下駆動部
４１回転駆動部
４２シールル溶接機
４４シール溶接機制御盤
５０仮付け溶接機

Claims

沸騰水型原子炉のジェットポンプに設けられた差圧計測管の破断部を補修するジェットポンプ差圧計測管の補修装置において、
計測管の破断部を突き合わせ、炉水中で前記計測管の破断部の仮付け溶接を行う仮付け溶接機と、
仮付け終了後、前記仮付け溶接機を取り外した後溶接位置に設置され、少なくとも溶接位置が水上に露出する位置まで前記炉水を排水し、露出した破断部の全周を気中雰囲気下でシール溶接するシール溶接機と、
を備え、
前記仮付け溶接機が、
破断した計測管の破断部を挟んでそれぞれを保持するクランプ手段と、
破断によりジェットポンプのディフューザの側面に対して離脱した側の第１の計測管の位置を前記ディフューザの側面に支持された側の第２の計測管の端面に対して芯合わせを行う第１の調整手段と、
前記第１の調整手段による調整が行われた状態で、前記第１の計測管の端面を前記第２の計測管の端面に対して突き合わせる第２の調整手段と、
突き合わされた第１及び第２の計測管の突き合わせ部を１個所以上水中で仮付け溶接する第１の溶接手段と、
前記溶接手段の溶接ヘッドを前記突き合わせ部に位置させる第３の調整手段と、
を含み、
前記シール溶接機が、
前記第１の計測管を保持するクランプ手段と、
前記破断部の外周を溶接するトーチを含む第２の溶接手段と、
前記第２の溶接手段の前記計測管の軸方向の位置を調整する第４の調整手段と、
前記第２の溶接手段の溶接ヘッドを前記破断部の外周に沿って少なくとも一周移動させる駆動手段と、
前記溶接ヘッドの上部に設けられ、溶接部へのガスパージを行なうガスカーテンユニットと、
を含み、
前記駆動手段によって前記第２の溶接手段の溶接ヘッドを前記差圧計測管の外周に沿って移動させながら前記差圧計測管の前記破断部を外周部からシール溶接すること
を特徴とするジェットポンプ差圧計測管の補修装置。