JP4398796B2

JP4398796B2 - 炉心スプレー配管の検査装置

Info

Publication number: JP4398796B2
Application number: JP2004166011A
Authority: JP
Inventors: 原剛前; 藤孝男佐; 川哲郎中
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-06-03
Filing date: 2004-06-03
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2024-06-03
Also published as: JP2005345295A

Description

本発明は、原子炉圧力容器内に設けられた炉心スプレー配管の溶接部を走査する炉心スプレー配管の検査装置に関する。

シュラウド内炉心スプレー配管のスパージャヘッドとパイプとの溶接部は、その背後はシュラウド内面に接している。また、この溶接部は、上方にはシュラウド上端リングがあり下方には炉心支持板等が存在するため、厳しい寸法の制約がある。さらに、水平パイプにはスプレーノズルが林立しているため、この溶接部に対する装置の接近を難しくしている。従来はこの部分の超音波探傷検査(UT)等は、その駆動装置を抱かせるスペースが取れないとして困難であるとされてきた。したがって、プローブがアクセスするためのスペースが非常に狭隘であるような炉心スプレー配管の検査装置において、配管同士が互いに交わる部分の周上でかつ蛇行した溶接線に沿ってプローブを走査させるための機構を成立させることが課題となっていた。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、狭隘な空間において配管同士が互いに交わる部分の周上でかつ蛇行した溶接線に沿ったプローブの走査を可能とする炉心スプレー配管の検査装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成すべき本発明の第１の特徴は、原子炉圧力容器内の炉心スプレー配管のシュラウド貫通部スパージャヘッドと水平パイプとの溶接部の検査装置において、前記溶接部を検査するプローブと、このプローブを、水平パイプの外周面から一定の距離を保ちつつ走査するプローブ保持装置と、を備え、このプローブ保持装置は、水平パイプの軸に平行に配置されたセンター軸と、このセンター軸に回動可能に固定された第１のアームと、この第１のアームを回動するアーム駆動モータと、第１のアームに第１のリンクピンを介して回動可能に固定された第２のアームと、この第２のアームに第２のリンクピンを介して回動可能に固定されてプローブを保持するプローブホルダとを備え、前記プローブ保持装置は、センター軸、第１のリンクピンおよび第２のリンクピンにそれぞれ固定されたプーリおよびこれらのプーリに掛け渡されたベルトを更に備え、これらのプーリおよびベルトを駆動することにより、プローブホルダを、その向く方向と第１のアームが常に平行になるように移動させ、プローブを、水平パイプの外周面上を常に軸心方向に向くように維持しつつ走査するようにしたことである。

本発明の第２の特徴は、前記プローブには、前記パイプ外周面からの距離を一定に保つための脚が設けられているとともに、前記プローブと前記プローブ保持装置との間には、前記プローブと前記プローブ保持装置との間の距離変動を吸収する弾性部材が介装されていることである。

本発明の第３の特徴は、前記プローブ保持装置は、前記プローブを前記水平パイプの周方向に走査させる回動機構と、前記プローブを前記水平パイプの軸方向に移動させる軸方向移動機構とを有することである。

本発明の第４の特徴は、前記プローブ保持装置を、上部格子板上に設置又はシュラウド上端より懸垂して設置もしくは炉心スプレー配管を把持して設置するベースをさらに備えていることである。

本発明の第５の特徴は、前記プローブ保持装置は、前記プローブを傾斜させるプローブ傾斜機構をさらに有することである。

本発明の第６の特徴は、前記プローブの替わりにカメラ又は磨き装置を設けたことであうる。

本発明の第１の特徴によれば、スパージャヘッドと水平パイプとの溶接部を容易かつ確実におこなうことができる。

本発明の第２の特徴によれば、プローブ保持装置による保持位置に多少の誤差があっても、プローブをパイプの外周面に沿って走査することができるとともに、プローブの破損を防止することができる。

本発明の第３の特徴によれば、蛇行するスパージャヘッドと水平パイプとの溶接部に沿ってプローブを正確に追従させることができ、従って溶接部の検査を容易かつ正確に行うことができる。

本発明の第４の特徴によれば、プローブ保持装置を炉内の上部格子板上等に確実に保持することができ、従って正確な測定が可能になる。

本発明の第５の特徴によれば、プローブをスパージャヘッド外周面に沿って走査する場合にも、正確な検査を行うことができる。

本発明の第６の特徴によれば、本装置を写真撮影等の他の用途にも適用可能になる。

以下、本発明に係る炉心スプレー配管の検査装置の実施の形態について図１ないし図５
図面を参照して説明する。

図１において、原子炉圧力容器（図示せず）内に、燃料集合体(図示せず)が装荷される円筒形状のシュラウド1が設置されている。発電所の定期検査時は、シュラウド1の上部に設置されるシュラウドヘッド(図示せず)と蒸気乾燥器(図示せず)は外され、シュラウド1は開口した状態になっている。このようなシュラウド１内の炉心スプレー配管は、シュラウド1を貫通しているスパージャヘッド2と、そこから水平方向にシュラウド1の内面に沿って延びるパイプ3と、パイプ3の上下に林立するスプレーノズル４とで構成されている。そして、炉心スプレー配管は、その上下をシュラウド上端リング５とシュラウド1内に固定された上部格子板６とによって挟まれた位置に設置されている。

このような炉心スプレー配管に適用される炉心スプレー配管検査装置１０１は、プローブ１０７と、このプローブ１０７を所定の位置に保持又は移動させるプローブ保持装置１０２とを有している。このプローブ保持装置１０２は、上部格子板６上に着座する固定部１０３とモータ駆動によりプローブ１０７の位置合せを行う３軸テーブル１０４とプローブ１０７を溶接部に沿って走査させる行うプローブ駆動機構１０５から構成されている。

固定部１０３は、ベースプレート９を有しており、このベースプレート９の下面が上部格子板６の上面に着座するようになっている。また、ベースプレート９の下面には、上部格子板６の格子内面において芯出しを行うガイド機構１０が設けられている。このベースプレート９上面には、スライドベース１１が鉛直に立てられており、このスライドベース１１にはサーボモータとボールネジで構成されたZ軸駆動機構１２が装着され上下方向の位置決めを行うようになっている。また、このＺ軸駆動機構１２には、Z軸と同様の構成でシュラウド１の半径向に摺動するＹ軸駆動機構１３が設けられ、このＹ軸駆動機構１３には、シュラウド１の周方向に摺動するＸ軸駆動機構１４が設けられている。そして、これらＺ軸駆動機構１２、Ｙ軸駆動機構１３、Ｘ軸駆動機構１４を有する３軸テーブル１０３の先端部にはプローブ駆動機構１０５が設けられている。

このプローブ駆動機構１０５は、プローブをパイプ３の外周面に沿って移動させるとともにプローブの方向を常に外周面の法線方向に位置せしめる回動機構１０６と、プローブをパイプの軸方向に移動させる軸方向移動機構１０８と、プローブをスパジャヘッドに沿って傾斜させる傾斜機構１０９とを有している。

まず、回動機構１０６について説明する。Ｘ軸移動機構１４のＸ軸レール４０には、このＸ軸レール４０に沿って摺動可能に支持されたスライドベース４１ａが設けられており、このスライドベース４１ａには、アーム保持台２１が設けられている。このアーム保持台２１には、パイプ３の軸方向に略平行に配設されたセンター軸１７が回転自在に軸支されている。このセンター軸１７には、このセンター軸１７から突出する第１のアーム１８が固定されている。また、このセンター軸１７の第１のアーム１８の反対側には、第１のプーリ６１が固定されている。一方、アーム保持台２１には、アーム駆動モータ１５が搭載されており、このアーム駆動モータ１５の出力軸には、第２のプーリ６２が固定されている。この第２のプーリ６２と第１のプーリ６１との間には、第１のベルト１６が掛け渡されている。そして、アーム駆動モータ１５の回転を第２のプーリ６２、第１のベルト１６、第１のプーリ６１を介してセンター軸１７に伝え、第１のアーム１８を回動できるようになっている。

センター軸１７の第１のプーリ６１と反対の端部には、このセンター軸１７に回転自在かつアーム支持台２１に固定されて第３のプーリ２２が設けられている。また、第１のアーム１８の他端部には、第１のリンクピン１９がセンター軸１７に平行にかつ第１のアーム１８に固定されて配設されている。この第１のリンクピン１９には、第３のプーリ２２と同径の第４のプーリ２３が回転可能に軸支されている。そして、第３のプーリ２２と第４のプーリ２３との間には第２のベルト２４が掛け渡されている。また、第４のプーリ２３には、この第４のプーリ２３からパイプ３に向かって延びる第２のアーム２０が固定されている。また、第１のリンクピン１９の第４のプーリ２３と反対側には、第５のプーリ２５が第１のリンクピン１９および第１のアームに１８に固定して設けられている。

第２のアーム２０の他端部には第２のリンクピン２６が、第１のリンクピン１９に平行かつ第２のアーム２０に固定されて設けられている。この第２のリンクピン２６には、第６のプーリ２８が回転自在に軸支されている。そして、この第６のプーリ２８と第５のプーリ２５との間には第３のベルト２９が掛け渡されている。

この第６のプーリ２８には、プローブホルダ２７が固定されている。また、このプローブホルダ２７には、プローブ１０７が第２のリンクピン２６に対して離接する方向に摺動可能に装着されている。そして、このプローブホルダ２７とプローブ１０７との間には、プローブ１０７を第２のリンクピン２６から離間する方向に押圧するバネ３１が介装されている。また、プローブ１０７には、第２のリンクピン２６から離間する方向に突出するスライド脚３０が設けられている。

このような構成において、まず、３軸テーブル１０３を作動させて、回動機構１０６をパイプ３に対向する位置に移動させる。この時、回動機構１０６を、そのセンター軸１７、第１のリンクピン１９、第２のリンクピン２６がパイプ３の軸線に平行になり、かつセンター軸１７、第１のリンクピン１９、第２のリンクピン２６、パイプ３の軸線が平行四辺形の各頂点の位置になるように配置する。

次いで、アーム駆動モータ１５を作動させ、第１のアーム１８を回動させて、第１のリンクピン１９をスイングさせる。この際、第３のプーリ２２はアーム保持台２１に固定されてるため回動せず、したがって、この第３のプーリ２２と第２のベルト２４を介して連結されている第４のプーリ２３も、アーム保持台２１に対して相対的に回動しない。このため、この第４のプーリ２３に固定されている第２のアーム２０もアーム保持台２１に対して相対的に回動せず、水平姿勢を保ったまま第１のリンクピン１９にしたがって移動する。

一方、第５のプーリ２５は、第１のアーム１８に固定されているから、アーム保持台２１に対して第１のアーム１８とともに回動する。そして、この第５のプーリ２５と第３のベルト２９を介して連結している第６のプーリ２８も第１のアーム１８とともに回動する。したがって、この第６のプーリ２８に固定されているプローブホルダ２７も第１のアーム１８とともに回動する。このようにして、プローブホルダ２７は、その向く方向と第１のアーム１８が常に平行になるように移動する。すなわち、センター軸１７、第１のリンクピン１９、第２のリンクピン２６、パイプ３の軸心は、略平行四辺形の頂点に位置し、第１のアーム１８、第２のアーム１８、プローブホルダ２７のそれぞれは、センター軸１７とパイプ３の軸心とを結ぶリンクを固定したと考えたときの平行四棒リンク機構と同様の運動を行う。したがって、プローブホルダ２７に装着されたプローブ１０７は、パイプ３の軸心を中心とする円周上を移動し、かつその姿勢を常にパイプ３の軸心に向かう方向に一致させながら移動することになる。よって、この回動機構１０６にあっては、プローブ１０７を、常にパイプ３の外周面から等距離に位置せしめかつその姿勢をパイプ３の外周面の法線方向に向けることができ、溶接部の探査を確実に行うことができる。

また、プローブホルダ２７とプローブ１０７との間にはバネ３１が介装され、プローブ１０７にはスライド脚３０が設けられている。ここで、パイプ３の外周面にスライド脚３０を接触させてバネ３１をある程度圧縮した状態において、第２のリンクピン２６とパイプ３の外周面との距離とパイプ３の半径との和は、第１のアーム１８の両端のセンター軸１７と第１のリンクピン１９との距離に等しくなるようにする。このようにすると、４つの点すなわち、センター軸１７、第１のリンクピン１９、第２のリンクピン２６、パイプ３の軸心が、平行四辺形の頂点に正確に位置していない場合であっても、その誤差をバネ３１が吸収することができ、プローブ１０７はパイプ外周面に対して所定距離を維持することができる。したがって、プローブの破損を防止することができるとともに、測定精度を向上させることができる。また、パイプ３の断面形状が理想円から外れている場合であっても、バネ３１がこれを吸収するためプローブの走査が可能である。

なお、パイプ３の下面を走査するときは、図２に想像線で示すようにすればよい。

ところで、スパージャヘッド２とパイプ３との溶接線は、実際は図３においてＷで示すようなもので同一平面上にあるわけではない。すなわち、パイプ３の周方向に１回転する間に２回軸方向に移動するような蛇行した曲線である。このように、溶接線を実際に走査するにはプローブ１０７をパイプ３の軸方向にも周期的に移動させる必要がある。このように、プローブ１０７をパイプ３の軸方向に周期的に移動させる軸方向移動機構１０８について、次に説明する。

図４において、アーム保持台２１は、Ｘ軸レール４０上を摺動する第１のスライドベース４１ａに設けられている。このアーム保持台２１に設けられたセンター軸１７には、第１の歯車３２が固定されており、この第１の歯車３２には、この第１の歯車の歯数の１/２の歯数を有する第２の歯車３３がかみ合っている。この第２の歯車３３の歯車軸は、一対の傘歯車３４、３４を介してシャフト３５に連結されており、このシャフト３５には偏心フランジ３６が取り付けられている。この偏心フランジ３６に設けられた偏心シャフト３７には、第１のリンク３８が連結されており、この第１のリンク３８は第２のスライドベース４１ｂに接続されている。そして、第２のスライドベース４１ｂは、Ｘ軸駆動機構１４のボールネジナット３９に連結されている。

このような構成において、アーム駆動モータ１５を駆動させると、センター軸１７が回転し、前述のように、第１のアーム１８、第２のアーム２０を駆動して、プローブ１０７がパイプ３の外周面を走査する。これと同時に、センター軸１７に取り付けられた第１の歯車３２が回転し、これとかみ合っている第２の歯車３３が回転する。この際、第２の歯車３３の歯数は、第１の歯車３２の歯数の１/２倍であるため、第２の歯車３３は第１の歯車３２の２倍の回転数で回転する。そしてこの回転は、傘歯車対３４、３４を介して偏心フランジ３６の偏心シャフト３７を回転させる。この偏心シャフト３７と第２のスライドベース４１ｂとは、連結しているため、クランクスライダー機構を構成し、第１のスライドベース４１ａにガイドされたアーム保持台２１は、センター軸１７の回転数の２倍の周期で往復動することになる。したがって、プローブ１０７がパイプ３の外周面を１回転走査する間にプローブ１０７を軸方向に周期的に２往復させることができる。したがって、この軸方向移動機構１０８にあっては、プローブ１０７をスパージャヘッド２とパイプ３との溶接線に沿ってを容易にトレースさせることができる。

上記第１の実施の形態は、溶接線についてパイプ３の外周面に沿って走査する装置に関するものであるが、これに対してスパージャヘッド２の外周面に沿って走査する場合には、プローブ１０７をパイプ３の外周に沿って移動させながら傾斜させる必要がある。このようにプローブ１０７を傾斜させる傾斜機構１０９について、以下図５において説明する。

この図において、符号２０，２６，２８はそれぞれ第２のアーム、第２のリンクピン、第６のプーリを示す。第２のアーム２０には第２のリンクピン２６が固定されており、この第２のリングピン２６には第３の歯車４３が固定されている。一方、第２のリンクピン２６には、第６のプーリ２８が回転自在に軸支されている。この第６のプリー２８には、この第６のプリー２８に設けられた回転軸に軸支された第４の歯車４４が回転自在に設けられている。そして、この第４の歯車４４は第３の歯車４３とかみ合っており、第３の歯車４３の外周を遊星運動するようになっている。また、この第４の歯車４４は、その歯数が第３の歯車４３の１/２であり回転数は２倍になるようになっている。

第４の歯車４４にはこれと同軸かつ一体になされた第５の歯車４５が設けられており、この第５の歯車４５には、第３の歯車４３と同軸に配設されかつ別体になされた第６の歯車４６が設けられている。この第６の歯車４６の歯数は第５の歯車４５の歯数と同一になされている。そして、これら第３の歯車４３、第４の歯車４４、第５の歯車４５、第６の歯車４６は、遊星歯車機構を構成し、第６の歯車４６の回転数が第３の歯車４３の２倍になるようになっている。

この第６の歯車４６には、偏心アーム４７が設けられており、この偏心アーム４７の端部には、第２のリンク４８が連結されている。そして、この第２のリンク４８の他端はプローブ１０７に連結されている。

このような構成において、第２のリンクピン２６が図５（ａ）に示すような位置にあるとき、すなわち、スパージャヘッド２の外周面とパイプ３の外周面が略１３５°の角度で交わる位置において、プローブ１０７は、偏心アーム４７と第２のリンク４８とによって
スパージャヘッド２の外周面に向く方向に位置づけられている。

この図５（ａ）の状態から第２のリンクピン２６がパイプ３の外周にそって９０°回動すると、図５（ｂ）に示す位置に来る。この位置においては、スパージャヘッド２の外周面はパイプ３の外周面に対して垂直になっている。なお、この間に、リンクピン２６は、図４で説明した軸方向移動機構によって溶接線Ｗに沿ってパイプ３の軸方向に若干移動している。図５（ａ）から図５（ｂ）に示すように、第２のリンクピン２６がパイプ３の外周にそって９０°回動すると、第２のリンクピン２６に対して第６のプーリ２８が９０°回動する。すなわち、相対的に第６のプーリ２８が第２のリンクピン２６に対して９０°回動する。この回動に伴って、第４の歯車４４が第３の４３の周りを９０°回動し、したがって、第３の歯車４３、第４の歯車４４、第５の歯車４５、第６の歯車４６によって構成される遊星歯車機構によって偏心アーム４７が１８０°回動する。この偏心アーム４７が１８０°回動すると、偏心アーム４７と第２のリンク４８とを有する立体リンク機構によって、プローバ１０７は、図５（ａ）から図５（ｂ）に示す位置まで４５°回動する。そして、プローバ１０７は、スパージャヘッド２の外周面に正対する方向に位置せしめられる。

このように、この傾斜機構１０９にあっては、第３の歯車４３、第４の歯車４４、第５の歯車４５、第６の歯車４６によって構成される遊星歯車機構と、偏心アーム４７と第２のリンク４８とを有する立体リンク機構とを有しているから、第２のリンクピン２６が９０°回動すると、これに連動してプローブ１０７を４５°回動することができる。したがって、プローブ１０７をスパージャヘッド２の外周面に対して常に法線方向に位置せしめることができ、より正確確実に溶接部の走査を行うことができる。

なお、上記実施の形態においては、スパージャヘッド２の外周面とパイプ３の外周面が略１３５°の角度で交わる場合について説明しているが、これに限る必要はなく、スパージャヘッド２の外径とパイプ３の外径によって、この交わる角度については種々の値を採りうることは勿論であり、それに応じてプローブ１０７の傾斜角度も適宜選択しうるものである。

以上説明したように、この炉心スプレー配管検査装置１０１においては、回動装置１０６、軸方向移動装置１０８、傾斜装置１０９を有しているから、スパージャヘッド２とパイプ３との複雑な溶接線に沿ってプローブを走査することができ、従って容易かつ確実に検査を行うことができる。

本発明に係る炉心スプレー配管の検査装置を上部炉心シュラウドに装着した状態を示す概略側面図。図1に示す炉心スプレー配管の検査装置においてプローブをパイプの周方向に走査させる機構を示す図であって、（ａ）はその断面図、（ｂ）はその概略側面図。図１に示す炉心スプレー配管の検査装置のプローブを示す図であって、（ａ）はプローブホルダを示す図、（ｂ）はスライド脚を示す図。図１に示す炉心スプレー配管の検査装置において、プローブをパイプの軸方向に周期的に移動させる機構を示す図。図１に示す炉心スプレー配管の検査装置において、プローブをスパージャヘッドの外周面に沿って傾斜させる機構を示す図。

符号の説明

１炉心シュラウド
２スパージャヘッド
３パイプ
４スプレーノズル
６上部格子板
９ベースプレート
１１スライドベース
２７プローブホルダ
３０スライド脚
３１バネ
４２プローブホルダ
１０１炉心スプレー配管の検査装置
１０２プローブ保持装置
１０５プローブ駆動機構
１０６回動機構
１０７プローブ
１０８軸方向移動機構
１０９傾斜機構

Claims

原子炉圧力容器内の炉心スプレー配管のシュラウド貫通部スパージャヘッドと水平パイプとの溶接部の検査装置において、
前記溶接部を検査するプローブと、
このプローブを、水平パイプの外周面から一定の距離を保ちつつ走査するプローブ保持装置と、
を備え、
このプローブ保持装置は、水平パイプの軸に平行に配置されたセンター軸と、このセンター軸に回動可能に固定された第１のアームと、この第１のアームを回動するアーム駆動モータと、第１のアームに第１のリンクピンを介して回動可能に固定された第２のアームと、この第２のアームに第２のリンクピンを介して回動可能に固定されてプローブを保持するプローブホルダとを備え、前記プローブ保持装置は、センター軸、第１のリンクピンおよび第２のリンクピンにそれぞれ固定されたプーリおよびこれらのプーリに掛け渡されたベルトを更に備え、これらのプーリおよびベルトを駆動することにより、プローブホルダを、その向く方向と第１のアームが常に平行になるように移動させ、プローブを、水平パイプの外周面上を常に軸心方向に向くように維持しつつ走査することを特徴とする炉心スプレー配管の検査装置。
前記プローブには、前記パイプ外周面からの距離を一定に保つための脚が設けられているとともに、前記プローブと前記プローブ保持装置との間には、前記プローブと前記プローブ保持装置との間の距離変動を吸収する弾性部材が介装されていることを特徴とする請求項１に記載の炉心スプレー配管の検査装置。