JP4611657B2 - 燃料棒の曲り測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料棒の曲りを測定する燃料棒の曲り測定装置に関する。

一般に、原子炉用の燃料集合体には、複数の燃料棒が支持されている。具体的には、図６に示すように、燃料集合体１０は、所定間隔で配列された複数の支持格子１１に複数の制御棒案内管１２を挿通して固定し、制御棒案内管１２の下部に下部ノズル１３、上部に上部ノズル１４をそれぞれ取り付けている。そして、各支持格子１１の格子空間には多数の燃料棒Ｘが挿通状態で弾性的に支持されて配列されている。このような構成を有する燃料集合体１０を原子炉に配設して使用する際、多数の燃料棒Ｘや制御棒案内管１２の間隙に冷却水が流れて熱を伝達することになる。

各燃料棒Ｘの間や燃料棒Ｘと制御棒案内管１２との間にそれぞれ冷却水を通過させて熱を有効に伝達するためには、各燃料棒Ｘ間等の間隙をそれぞれ所定の寸法に保持する必要がある。各燃料棒Ｘ間等の間隙は、燃料棒Ｘの中間部が曲っていると狭くなるため、各燃料棒Ｘ間等の間隙をそれぞれ所定の寸法に保持するためには、各燃料棒Ｘの曲りを測定し、各燃料棒Ｘの曲りが許容範囲内にあることを確認する必要がある。

従来、燃料棒の曲りを測定する曲り測定方法として、例えば、燃料棒の両端部及び中間部をＶブロックのＶ溝内に支持し、Ｖブロックに内蔵された軸芯位置測定装置によって燃料棒の両端部及び中間部の軸芯位置を測定し、中間部の軸芯位置と両端部の軸芯位置を結ぶ直線との離間距離を燃料棒の曲り量として演算する方法が提供されている（例えば、特許文献１参照。）。また、燃料棒の曲りを測定する曲り測定方法として、定盤上で燃料棒を転がして、定盤と燃料棒との隙間を燃料棒の曲り量としてスキマゲージで測定する方法もある。
特許第２９９１９８４号公報

しかしながら、上記した前者の従来の曲り測定方法では、燃料棒に軸方向に重力分布がある場合、自重の加わり方が異なり、燃料棒の撓み方に影響する虞があるという問題が存在する。特に、燃料棒の曲りを測定する基準となる直線をつくる一方の端部は、他の部位より軽量であるプレナム部であるため、基準となる直線に影響を及ぼし、正確な曲り測定ができない虞がある。しかも、燃料棒の曲りは三次元方向に発生するため、前者の従来の方法では、正確な曲りを測定することができなかった。また、上記した後者の従来の曲り測定方法では、燃料棒の自重を無視しているため、本来曲っている箇所であっても自重により真直ぐとなり、曲り量を過小に評価する虞があるとともに、実際の曲り形状と異なった形状で把握される虞があるという問題が存在する。

本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、燃料棒の自重に影響されずに、正確な曲り量を測定するとともに複雑な曲り形状も把握することができる燃料棒の曲り測定装置を提供することを目的としている。

本発明に係る燃料棒の曲り測定装置は、平らな面を有する定盤（基準台）と、該定盤に間隔をあけて複数並設されている架台とが備えられ、複数の架台は燃料集合体に間隔をあけて複数配置される支持格子の位置で支持格子の間隔で配設され、複数の架台の上に燃料棒を載置させて該燃料棒を架台上で転がして曲りを測定することを特徴としている。
本発明によれば、燃料棒を架台上で転がし、燃料棒と定盤との隙間を測定することで燃料棒の曲りが測定される。このとき、燃料棒の自重による撓み量を予め算出しておき、この撓み量を考慮して燃料棒と定盤との隙間の基準値を演算し、この基準値から実際に測定された燃料棒と定盤との隙間の値を引いて曲り量を測定する。また、燃料棒を架台上で転がすことで、燃料棒の全周にわたって最大曲り量が測定され、燃料棒がどの方向にどれだけ曲っているかが把握される。
また、複数の架台が、燃料集合体に間隔をあけて複数配置される支持格子の位置で支持格子の間隔をもって配設されていることによって、実際に燃料集合体に燃料棒を装着した場合における支持格子間に位置する箇所の燃料棒の曲りが測定される。支持格子の間に位置する箇所の曲りが許容範囲内であれば、各燃料棒間等の間隙が確保され、この間隙内に冷却水が十分流れて、燃料棒の熱が適度に伝達される。

また、架台は、燃料棒の自重による撓み量と、燃料棒の許容曲り量とを足した高さで形成されていることが好ましい。
これによって、燃料棒が定盤に接触したか否かで燃料棒の曲りが許容範囲内にあるか把握され、燃料棒の曲りの合否が目視で一見して確認される。

また、隣り合う架台の間に配設され、燃料棒の鉛直方向の位置を検知するセンサー手段が備えられていることが好ましい。
これによって、センサー手段によって燃料棒の曲り状態が把握される。

また、架台にかかる載荷重を計測する計測手段が備えられていることが好ましい。これによって、架台上に燃料棒が載せられることによる各架台にかかる荷重が計測され、燃料棒の自重による撓み量の算出精度を向上させることができる。

本発明に係る燃料棒の曲り測定装置によれば、燃料棒の自重による撓み量を考慮した燃料棒と定盤との隙間の基準値から実際に測定された燃料棒と定盤との隙間の値を引くことで、燃料棒の曲り量を測定することができ、燃料棒の自重に影響されることなく、正確な曲り量を測定することができ、また、燃料棒を架台上で転がしながら曲りを測定するため、燃料棒の全周にわたって最大曲り量が測定され、燃料棒がどの方向にどれだけ曲っているかを把握することができ、燃料棒の形状を三次元方向から正確に把握することができる。
しかも、複数の架台が、燃料集合体に間隔をあけて複数配置される支持格子の位置で支持格子の間隔をもって配設されていることによって、実際に燃料集合体に燃料棒を装着した場合における支持格子間に位置する箇所の燃料棒の曲りが測定される。支持格子の間に位置する箇所の曲りが許容範囲内であれば、各燃料棒間等の間隙が確保され、この間隙内に冷却水が十分流れて、燃料棒の熱が適度に伝達される。

以下、本発明に係る燃料棒の曲り測定装置の実施の形態について、図面に基いて説明する。

図１は燃料棒Ｘの曲りを測定する燃料棒Ｘの曲り測定装置１の側面図であり、図２は曲り測定装置１の平面図である。
図１，図２に示すように、燃料棒Ｘの曲りを測定する曲り測定装置１は、平らな上面２ａを有する定盤２と、上面２ａに間隔をあけて複数並設されている架台３と、架台３上の燃料棒Ｘの鉛直方向の位置を検知するセンサー手段４とから構成されている。

架台３は上端が半球状のものであり、複数の架台３は一定方向に平行にそれぞれ延在されている。架台３は、定盤２の上面２ａに固定されており、上面２ａからの高さＨが燃料棒Ｘの自重による撓み量と、燃料棒Ｘの許容曲り量とを足した高さに形成されている。燃料棒Ｘの自重による撓み量は、燃料棒Ｘを架台３上に水平状態で架設させたときの架台３間における撓み量であり、燃料棒Ｘの許容曲り量は、複数の燃料棒Ｘを配列させて燃料集合体を形成させるときの冷却水が流通するために十分な間隔が確保できる程度の燃料棒Ｘの曲り量である。また、複数の架台３は、間隔をあけて複数配置される図６に示す支持格子１１の間隔Ｌで配設されている。

図３（ａ），図３（ｂ）は曲り測定装置１の断面図である。図３（ａ），図３（ｂ）に示すように、センサー手段４は、投光部４ａと受光部４ｂとから構成される非接触型のセンサー（光電センサー）からなり、隣り合う架台３の間に燃料棒Ｘを挟んで投光部４ａと受光部４ｂとが互いに向かい合うように配設されている。センサー手段４は、図３（ａ）に示すように、投光部４ａから光Ｒを送り、この光Ｒを受光部４ｂで受け取ることで燃料棒Ｘと定盤２との間に隙間があることを確認するものであり、図３（ｂ）に示すように、投光部４ａから送った光Ｒが架台３上の燃料棒Ｘによって遮られて受光部４ｂに届かなくなると燃料棒Ｘと定盤２との間に隙間がないことを表す信号を発するものである。つまり、光Ｒの透過の有無によって燃料棒Ｘが定盤２の上面２ａに接触したどうかが把握される。

また、各架台３には、各々の架台３にかかる載荷重を計測する計測器（計測手段）５がそれぞれ内蔵されている。計測器５は、燃料棒Ｘが載せられることによって、どれくらいの荷重が各架台３に作用しているのかを計測するものである。なお、計測器５は架台３に内蔵されていないものでもよく、計測器を例えば架台３と定盤２との間に介在させてもよい。このように、各架台３にかかる荷重を計測することにより、燃料棒Ｘの自重による撓み量の算出精度を向上させることができる。

次に、上記した構成からなる曲り測定装置１を使用して燃料棒Ｘの曲りを測定する燃料棒Ｘの曲り測定方法について説明する。

まず、定盤２の平らな上面２ａに間隔をあけて複数並設された架台３の上に燃料棒Ｘを載置する。具体的には、燃料棒Ｘを架台３に直交する方向に延在させ、複数の架台３に架け渡すように配置する。また、架台３間に位置する燃料棒Ｘの中間部は自重により若干撓むため、燃料棒Ｘの自重による撓み量を予め算出しておく。

次に、架台３上の燃料棒Ｘを架台３上で転がしながら、センサー手段４によって燃料棒Ｘと定盤２との隙間を測定する。具体的には、燃料棒Ｘを架台３上で転がしながら、投光部４ａから受光部４ｂに向けて光Ｒを送る。燃料棒Ｘに許容範囲以上の曲りがあって燃料棒Ｘが定盤２の上面２ａに接触した場合、投光部４ａからの光Ｒが架台３上の燃料棒Ｘによって遮られて受光部４ｂに届かなくなる。受光部４ｂに光Ｒが届かなくなると、許容範囲以上の曲りが生じていることを知らせるために信号が発せられる。

上記した構成からなる燃料棒Ｘの曲り測定装置１によれば、燃料棒Ｘの自重による撓み量を予め算出し、燃料棒Ｘと定盤２の上面２ａとの離間距離（隙間）がセンサー手段４によって測定されるため、燃料棒Ｘと定盤２の上面２ａとの離間距離を測定することで、燃料棒Ｘは、燃料棒Ｘの自重に影響されることなく、正確な曲り量を測定することができる。また、燃料棒Ｘは架台３上で転がしながら曲り量が測定されるため、燃料棒Ｘの全周にわたって最大曲り量が測定される。これによって、燃料棒Ｘがどの方向に曲っているかが正確に把握することができ、燃料棒Ｘの形状を三次元方向から正確に把握することができる。

具体的に説明すると、図４（ａ）は定盤上で燃料棒Ｘを転がす従来の方法によって測定された燃料棒Ｘの曲り量を表すグラフであり、図４（ｂ）は本発明に係る曲り測定装置１および曲り測定方法によって測定された燃料棒Ｘの曲り量を表すグラフである。図４（ａ），図４（ｂ）に示すように、従来の方法では、燃料棒Ｘの自重を無視しているため、複雑な曲り形状を把握することはできず、曲り量を過小評価しているが、本発明では、解析にて求めた自重による撓み量を除いて評価されるため、燃料棒Ｘの曲り量を正確に評価することができ、複雑な曲り形状も把握することができる。

また、架台３は、燃料棒Ｘの自重による撓み量と、燃料棒Ｘの許容曲り量とを足した高さで形成されているため、燃料棒Ｘが架台３に接触したか否かで燃料棒Ｘの曲りが許容範囲内にあるか把握され、燃料棒Ｘの曲りの合否が目視で一見して確認される。これによって、燃料棒Ｘの曲りの合否判断を容易に行うことができる。

また、複数の架台３は、燃料集合体１０に間隔をあけて複数配置される支持格子１１の間隔で配設されているため、燃料集合体１０に燃料棒Ｘを装着した場合における支持格子１１間に位置する箇所の燃料棒Ｘの曲りが測定され、支持格子１１間に位置する箇所の燃料棒Ｘの曲り量は許容範囲内にすることができる。これによって、冷却水が流通する各燃料棒Ｘ間等の間隙は十分に確保され、燃料棒Ｘの熱を適度に伝達することができる。

また、隣り合う架台３の間に配設されて燃料棒Ｘの鉛直方向の位置を検知するセンサー手段４が備えられているため、センサー手段４によって燃料棒Ｘの曲り状態が把握される。これによって、容易且つ正確に燃料棒Ｘの曲り状態を把握することができる。

また、架台３にかかる載荷重を計測する計測器５が備えられているため、架台３上に燃料棒Ｘが載せられることによって各架台３にどれくらいの荷重がかかっているかが計測される。この計測データを基に燃焼棒Ｘの自重による撓み量の算出精度を向上させることができ、より正確に燃焼棒Ｘの曲りを補正することができる。

以上、本発明に係る燃料棒の曲り測定装置の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記した実施の形態では、架台３は燃料棒Ｘの自重による撓み量と燃料棒Ｘの許容曲り量とを足した高さに形成され、架台３上の燃料棒Ｘが定盤２の上面２ａに接触したかどうかはセンサー手段４によって検知されるが、本発明は、燃料棒Ｘと定盤２との隙間の有無を目視によって確認してもよい。また、図５に示すように、架台２０の高さｈを燃料棒Ｘの自重による撓み量と燃料棒Ｘの許容曲り量とを足した高さよりも高く形成してもよく、燃料棒Ｘと定盤２１との離間距離Ａをスキマゲージ等で測定してもよい。このとき、予め燃料棒Ｘの自重による撓み量を算出しておき、撓みも曲りも無い場合の燃料棒Ｘと定盤２１との離間距離Ｏから自重による撓み量と燃料棒Ｘの許容曲り量とを引いて燃料棒Ｘと定盤２１との離間距離の基準値Ｂを演算し、この基準値Ｂから実際に測定された燃料棒Ｘと定盤２１との離間距離Ａを引いて燃料棒Ｘの曲り量を測定する。これによって、燃料棒Ｘの曲げ量が許容範囲よりどれくらいオーバーしているかを測定することができる。

また、上記した実施の形態では、架台３は定盤２の上面２ａに固定されているが、本発明は、架台を上下方向に出し入れ可能に、或いは横移動可能に定盤２に形成してもよい。これによって、自重による曲げ量が異なる燃料棒毎に架台の高さを調節することができ、或いは支持格子数や支持格子間ピッチの異なる燃料棒用に切り替えることができ、多種の燃料棒に対応することができる。

本発明に係る燃料棒の曲げ測定装置の実施の形態を説明するための側面図である。 本発明に係る燃料棒の曲げ測定装置の実施の形態を説明するための平面図である。 （ａ）（ｂ）ともに本発明に係る燃料棒の曲げ測定装置の実施の形態を説明するための断面図である。 本発明に係る燃料棒の曲げ測定装置の実施の測定例を表す測定結果のグラフである。 本発明に係る燃料棒の曲げ測定装置のその他の実施の形態を説明するための側面図である。 一般的な原子炉用の燃料集合体の構成を説明するための正面図である。

符号の説明

１ 曲り測定装置
２ 定盤
３ 架台
４ センサー手段
５ 計測器（計測手段）
１１ 支持格子
Ｘ 燃料棒

Claims (4)

1. 平らな面を有する定盤と、該定盤に間隔をあけて複数並設されている架台とが備えられ、
   複数の前記架台は燃料集合体に間隔をあけて複数配置される支持格子の位置で支持格子の間隔で配設され、複数の前記架台の上に燃料棒を載置させて該燃料棒を前記架台上で転がして曲りを測定することを特徴とする燃料棒の曲り測定装置。
2. 請求項１記載の燃料棒の曲り測定装置において、
   前記架台は、前記燃料棒の自重による撓み量と、前記燃料棒の許容曲り量とを足した高さで形成されていることを特徴とする燃料棒の曲り測定装置。
3. 請求項１または２に記載の燃料棒の曲り測定装置において、
   隣り合う前記架台の間に配設され、前記燃料棒の鉛直方向の位置を検知するセンサー手段が備えられていることを特徴とする燃料棒の曲り測定装置。
4. 請求項１から３のいずれか記載の燃料棒の曲り測定装置において、
   前記架台にかかる載荷重を計測する計測手段が備えられていることを特徴とする燃料棒の曲り測定装置。

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