JP4556035B2

JP4556035B2 - 陽子加速器用配管着脱装置

Info

Publication number: JP4556035B2
Application number: JP2005180870A
Authority: JP
Inventors: 風海山本; 学岡崎; 謙二成瀬
Original assignee: 独立行政法人日本原子力研究開発機構
Priority date: 2005-06-21
Filing date: 2005-06-21
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2025-06-21
Also published as: JP2007005020A

Description

本発明は、大口径の配管を遠隔操作で着脱するための配管着脱装置に係り、特に、大強度陽子加速器の真空ダクトなどを遠隔操作で着脱可能とする配管着脱装置に関するものである。

現在、生命・物質科学等の基礎科学や長寿命核種核変換処理等の研究開発を行うことを目的として、大強度陽子加速器が建設されている。（例えば、非特許文献１を参照。）
この大強度陽子加速器は、その内部が真空状態に保持されたリング状又は直線状のトンネル内において、陽子を高電圧下で所定の速度まで加速した後に、目標となる物質（ターゲット）に衝突させることにより、種々の実験を行うものである。

このトンネルは、電圧発生装置や測定器が設置された内径が約２５０ｍｍ〜４００ｍｍの複数の大口径の配管（以下、真空ダクトという。）から構成されており、それらは気密を保つためにガスケットを介して互いにフランジにより接続されている。

これらの真空ダクトに設置される駆動装置や計測器などは、過酷な条件下で長時間使用されるため、定期的な補修が必要とされるが、個々の真空ダクトは内部が放射化されているため、作業員が容易に接近することができず補修作業等を行う上で障害となっている。

そこで、遠隔操作により、補修作業等の対象となる真空ダクトを、他の配管から着脱させる技術が必要とされている。

大口径の配管を遠隔で簡易的に着脱させる技術としては、配管の端部に設けられたフランジを相対させて、それらのフランジの外周をクランプチェーンで締め付けることにより接続する配管継手に関するものが知られている。（特許文献１を参照。）
特開平７−１９０２６４号公報高エネルギー加速器研究機構、"大強度陽子加速器計画"、［online］、平成１６年９月６日、［平成１７年５月１６日検索］、インターネット＜URL：http://j-parc.jp/Home-j.files/AccSci-j.html＞

しかし、上記の配管継手においては、フランジ部分の締め付けが均等になるように、板バネをクランプチェーンに付加しているため、構造が複雑になるとともに重量が増加して、操作性が悪くなるという懸念が想定される。

また、効率的な補修作業等を行うためには、接続を解除した後の配管（真空ダクト）を、加速器本体から分離して十分な作業スペースを確保することが必要であるが、従来はこの分離作業を別途行わなければならなかったため、補修作業等の効率が低下するという問題も生じていた。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、遠隔操作により大口径の配管の接続・解除及び解除後の加速器本体からの分離を行うことができる陽子加速器用配管着脱装置を提供することを目的とするものである。

本発明にかかる陽子加速器用配管着脱装置は、一方の真空ダクト（２１）を、前記真空ダクト（２１）に相対する外周が円錐状のフランジ（３１）を円錐面側が該真空ダクト（２１）側となるように端部に取り付けた他方の真空ダクト（３０）に締結する陽子加速器用配管着脱装置であって、前記配管着脱装置は配管接続部（Ａ）と支持移送部（Ｂ）とから構成され、前記配管接続部（Ａ）は、前記真空ダクト（２１）の端部に、伸縮可能な筒状の緩衝体（２２）と短尺の配管（３２）とを通じて、前記フランジ（３１）と同軸かつ円錐面側が該フランジ（３１）側となるよう取り付けられた外周が円錐状のフランジ（２）と、前記配管（３２）を支持するスライドフレーム（１２）と、前記スライドフレーム（１２）の表面に密着し、２組のクランプチェーン（３、３）を前記フランジ（２）を外囲するように保持するクランプ固定板（４）と、六角ボルト（５ａ、６ａ）を有する一端部が前記配管着脱装置の上方に突出し、他端部が前記２組のクランプチェーン（３、３）の端部同士に螺入して締め付け部（１０、１１）をそれぞれ形成する２本の締付ボルト（５、６）と、前記２本の締付ボルト（５、６）の一端部の側面に固定されたスプロケット（３３、３３）間に巻き回された無端状のチェーン（３４）とからなり、前記支持移送部（Ｂ）は、上面に前記スライドフレーム（１２）に固定され、固定架台（１４）上に敷設されたガイドレール（１５）上を、ウオームギア（１３ａ）とウオームホイール（１３ｂ）とからなる駆動機構（１３）により前記配管（３２）の軸方向へ移動する移動架台（７）と、六角ボルト（１８ａ）を有する一端部が前記配管着脱装置の上方に突出し、他端部がベベルギアボックス（１７）を介して前記ウオームギア（１３ａ）に接続する駆動ボルト（１８）とからなることを特徴とするものである。

このような配管着脱装置によれば、配管着脱装置の上部に突出しているボルトの一端をマニピュレータ等の遠隔操作で回転させることにより、大口径の配管の接続・解除と、解除後の加速器本体からの分離とを連続して行うことができるため、補修作業等の効率を向上させることができる。

このような緩衝体を介して配管着脱装置を真空ダクトと接続することにより、配管着脱装置が配管の軸方向に移動しても、真空ダクトを分離するのに必要な作業スペースを確保することができる。

２本の締付ボルトを同じく回転させることにより、クランプチェーンによるフランジの締め付けを均等にすることができるため、他の配管との接続・解除を確実かつ効率的に行うことが可能となる。

上記のように、本発明に係る配管着脱装置により、大口径の配管の接続・解除と解除後の加速器本体からの分離とを、遠隔操作により連続して容易に行うことができるため、補修作業等の効率を向上させることができる。

本発明にかかる陽子加速器用配管着脱装置（以下、「配管着脱装置」という。）について、図１及び図２に基づいて説明する。

図１は配管着脱装置１の正面図であるが、後述する移送機構の一部については断面図により内部構造を示している。また、図２は配管着脱装置１の側面図である。

配管着脱装置１は、補修対象となる配管状の真空ダクト間に設置されるものであり、ガスケットを介して他のダクトのフランジと接続する配管接続部Ａと、当該他のダクトとの接続が解除された後の配管接続部Ａを支持しつつ軸方向に移動させて分離する支持移送部Ｂとから構成される。

配管接続部Ａは、他の配管と接続すべきフランジ２、そのフランジ２の外周に配置された２組のクランプチェーン３、２組のクランプチェーン３を締付又は解除する２本のボルト５、６、及びそれらを保持する固定板４を有している。

２組のクランプチェーン３は、複数のクランプ８を連結ピン９により軸支したものであり、その連結ピン９をクランプ固定板４に設けられたガイド溝（図示しない）に嵌合させることによりクランプ固定板４にそれぞれ保持されている。

締付ボルト５、６は、遠隔操作が可能なように、その一端を配管着脱装置１の上部に突出させるようにして、支持具５ｂ、６ｂによりスライドフレーム１２に固定されており、また、その他端は２組のクランプチェーン３のそれぞれの端部に螺入することにより、締め付け部１０、１１を形成している。

なお、締付ボルト５、６は、必ずしも２本である必要はなく、締付ボルト５又は６の片方のみを設けるものでもよい。

従って、締付ボルト５、６を回転させると、２組のクランプチェーン３間の距離が、締め付け部１０、１１において増減するため、それらのクランプチェーン３によりフランジ２の外周を締め付け又は開放することができる。

フランジ２の後部には、スライドフレーム１２により支持された短尺の配管３２（後述する図５を参照）が接続されており、当該短尺の配管３２の端部は、筒状の緩衝体２２を介して真空ダクト２１に接続している。

このような配管接続部Ａは、クランプ固定板４と密着したスライドフレーム１２を介して、図３に示すように移動架台７に固定・支持されている。

支持移送部Ｂは、配管接続部Ａを支持する移動架台７を配管の軸方向に移動させる駆動機構１３、それを駆動するボルト１８、駆動ボルト１８の回転力を駆動装置１３に伝達するユニバーサルジョイント１６とベベルギア１７、及び移動架台７の移動方向を案内するガイドレール１５を有している。

駆動ボルト１８は、配管接続部Ａの一方の側面において、その一端１８ａを配管着脱装置１の上部に突出して上下方向に設置されており、その端部１８ａに回転を加えると、ユニバーサルジョイント１６とそれに続くスプライン１８ｃ及びベベルギアボックス１７等からなる動力伝達機構を通じて移動架台７の下方に設置された駆動機構１３に動力が伝えられ、その内部のウオームギア１３ａ及びウオームホイール１３ｂを駆動することにより、移動架台７をガイドレール１５に案内された方向へ移動させることができる。

なお、筒状の緩衝体２２を設けることにより、上記のように配管接続部Ａが配管の軸方向に移動されても、その変位が吸収されるため、真空ダクト２１を分離するのに必要な作業スペースを確保することができる。

以上に説明した配管着脱装置１を遠隔により操作するには、例えば、配管着脱装置１の上部に突出している各ボルトの駆動端である５ａ、６ａ、１８ａを、図１に示すような六角ボルトの形状にすれば、その六角ボルトに嵌合するソケットを有する専用治具を、クレーン等で保持しつつ上部から接続して、モーター等でソケットを介してボルト５、６、１８を回転させることにより行うことができる。

更に、配管接続部Ａのフランジ２における他の配管との接続・解除を確実かつ効率的に行うためには、クランプチェーン３によるフランジ２の締め付け又は開放を円滑に行う必要がある。

そのためには、２本の締付ボルト５、６の回転を連動させればよいが、上述の遠隔操作用の専用治具にそのような機構がない場合には、配管着脱装置１に連動機構を備える必要がある。

この連動させる機構については、例えば図４に模式的に示すように、それぞれの締付ボルト５、６の外側にスプロケット３３を嵌合して固定し、それと噛合するチェーン３４により締付ボルト５、６の回転を連動させるものがある。

この配管着脱装置１を用いて、他の配管との接続の解除及び加速器本体からの分離を行う方法を、図５に基づき説明する。

図５は、配管着脱装置１が他の配管（固定側配管）３０と接続している場合、及び分離した場合における配管の軸方向の断面を示したものである。

図５（ａ）においては、配管着脱装置１のフランジ２と、それに相対して配置されている固定側配管３０の端部に設けられたフランジ３１とは、その間に図示しないガスケット等を介在させて、クランプチェーン３でその外周を締め付けることにより接続・固定されている。

また、フランジ２の他端に接続した短尺の配管３２は、筒状の緩衝体２２を介して補修対象となる真空ダクト２１と接続している。

この状態において、例えば、離れた箇所からテレビモニター等で監視しながらクレーン等を操作して、専用治具を上部から設置して遠隔操作により締付ボルト５、６を回転させると、クランプチェーン３が徐々に開放され、それに伴いフランジ２、３１の締め付けが緩くなり、ついにクランプチェーン３が完全に開くと、フランジ３、３１は互いに軸方向へ移動可能な状態となる。

次いで、同様の遠隔操作により駆動ボルト１８を回転させると、その回転力が移送機構１３に伝達されて、移動架台７が配管の軸方向へ移動するため、それまで互いに密着状態にあったフランジ２とフランジ３１が分離される。なお、図５（ｂ）は、この分離が終了した際の配管着脱装置１の軸方向の断面を示したものである。

本図において移動架台７の位置の変化で示される配管接続部Ａの軸方向の移動は、筒状の緩衝体２２の収縮により吸収されるため、真空ダクト２１を分離するのに必要な作業スペースを確保することができる。

以上に説明したようにして、遠隔操作により真空ダクト２１を加速器から容易に分離することができる。

また、配管着脱装置１を用いて、分離された真空ダクト２１を固定側配管３０に接続するときは、上記の逆の手順により行うことになる。

この場合には、配管着脱装置１のフランジ２部にガイド、例えば図６に示すような円筒形状のテーパガイド３５など、を設けることにより、配管３０、３１の径方向へのズレを吸収することができる。

配管着脱装置の正面図である。配管着脱装置の側面図である。移送架台上に固定された配管接続部の側面図である。（図１におけるＸ−Ｘ断面）締付ボルトの連動機構の一例を示す断面図である。配管着脱装置における他の配管からの接続の解除とその後の分離の手順を示した断面図である。配管着脱装置のフランジ部に設けたテーパーガイドを示す断面図である。

符号の説明

1 配管着脱装置
2 フランジ
3 クランプチェーン
４クランプ固定板
５第１締付ボルト
５ａ第１締付ボルト頂部
５ｂ第１締付ボルト支持板
６第２締付ボルト
６ａ第２締付ボルト頂部
６ｂ第２締付ボルト支持板
７移動架台
８クランプ
９連結ピン
１０第１締め付け部
１１第２締め付け部
１２スライドフレーム
１３駆動機構
１３ａウオームギア
１３ｂウオームホイール
１４固定架台
１５ガイドレール
１６ユニバーサルジョイント
１７ベベルギアボックス
１８駆動ボルト
１８ａ駆動ボルト頂部
１８ｂ駆動ボルト支持部
１８ｃスプライン
１９レール受け
２０支持具
２１真空ダクト
２２筒状の緩衝体
３０固定側配管（真空ダクト）
３１固定側配管のフランジ
３２短尺の配管
３３スプロケット
３４チェーン
３５テーパガイド

Claims

一方の真空ダクト（２１）を、前記真空ダクト（２１）に相対する外周が円錐状のフランジ（３１）を円錐面側が該真空ダクト（２１）側となるように端部に取り付けた他方の真空ダクト（３０）に締結する陽子加速器用配管着脱装置であって、
前記配管着脱装置は配管接続部（Ａ）と支持移送部（Ｂ）とから構成され、
前記配管接続部（Ａ）は、
前記真空ダクト（２１）の端部に、伸縮可能な筒状の緩衝体（２２）と短尺の配管（３２）とを通じて、前記フランジ（３１）と同軸かつ円錐面側が該フランジ（３１）側となるよう取り付けられた外周が円錐状のフランジ（２）と、
前記配管（３２）を支持するスライドフレーム（１２）と、
前記スライドフレーム（１２）の表面に密着し、２組のクランプチェーン（３、３）を前記フランジ（２）を外囲するように保持するクランプ固定板（４）と、
六角ボルト（５ａ、６ａ）を有する一端部が前記配管着脱装置の上方に突出し、他端部が前記２組のクランプチェーン（３、３）の端部同士に螺入して締め付け部（１０、１１）をそれぞれ形成する２本の締付ボルト（５、６）と、
前記２本の締付ボルト（５、６）の一端部の側面に固定されたスプロケット（３３、３３）間に巻き回された無端状のチェーン（３４）とからなり、
前記支持移送部（Ｂ）は、
上面に前記スライドフレーム（１２）に固定され、固定架台（１４）上に敷設されたガイドレール（１５）上を、ウオームギア（１３ａ）とウオームホイール（１３ｂ）とからなる駆動機構（１３）により前記配管（３２）の軸方向へ移動する移動架台（７）と、
六角ボルト（１８ａ）を有する一端部が前記配管着脱装置の上方に突出し、他端部がベベルギアボックス（１７）を介して前記ウオームギア（１３ａ）に接続する駆動ボルト（１８）とからなる陽子加速器用配管着脱装置。
前記フランジ（２）の前記フランジ（３１）と当接する面にガスケットを取り付けた請求項１に記載の陽子加速器用配管着脱装置。
前記六角ボルト（１８ａ）が、ユニバーサルジョイント（１６）とスプライン（１８ｃ）とを通じて前記駆動ボルト（１８）の一端部に接続すると共に、該ベベルギアボックス（１７）が、他のユニバーサルジョイント（１６）を通じて前記ウオームギア（１３ａ）に接続する請求項１又は２に記載の陽子加速器用配管着脱装置。