JP4910715B2

JP4910715B2 - 非破壊検査装置

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Publication number: JP4910715B2
Application number: JP2007007855A
Authority: JP
Inventors: 正嗣山根; 安彦勝部; 隆佐藤; ジェイパービンアルバート; エヌエムエヌグラウサーロルフ; エフクレインジェイムス
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2007-01-17
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2027-01-17
Also published as: JP2007256262A; US7421915B2; US20070223643A1

Description

本発明は、原子炉圧力容器内の狭隘空間に位置する構成部材の非破壊検査を行う非破壊検査装置に関する。

原子力発電プラントの原子炉においては、非常時に炉心に冷却水を供給する非常用炉心冷却系統ＥＣＣＳ(Emergency Core Cooling System)が設けられている。この非常用炉心冷却系統からの冷却水は、原子炉圧力容器の炉壁を貫通して設けられた冷却水入口ノズルから原子炉圧力容器内に供給される。

冷却水入口ノズルの原子炉圧力容器の内側には炉心スプレイラインが設けられており、炉心スプレイラインにはさらに環状配管である炉心スプレイスパージャが連結されている。そして、炉心スプレイスパージャのノズルから原子炉圧力容器内に冷却水が放出される。

冷却水入口ノズル内のサーマルスリーブから炉心スプレイラインのヘッダに冷却水が供給される。サーマルスリーブは、原子炉圧力容器の冷却水入口ノズル部に発生する熱応力を緩和するために、冷却水入口ノズルが形成された原子炉圧力容器の壁面（以下、冷却水入口ノズルの壁面という）と所定のギャップを保って配置される。従って、サーマルスリーブと冷却水入口ノズルとの間は円環状の狭隘空間（Annulus Gap）が形成されている。

ここで、狭隘空間の非破壊検査を行う原子炉内配管検査装置として、炉心スプレイラインと炉心スプレイスパージャとの溶接部の非破壊検査するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。この原子炉内配管検査装置は、原子炉の上方から炉内に吊り下げられ、炉心スプレイスパージャのヘッダを基準として位置決め固定し、環状配管である炉心スプレイスパージャの軸方向及び周方向に沿う走査を行うためのスキャナ手段を有する。このスキャナ手段には検査ヘッドが支持され、狭隘空間であるスプレイラインヘッダと炉心スプレイスパージャとの溶接部に対してスキャナ手段を走査し非破壊検査を行う。
特開２００２−１４８３８５号公報

しかし、この原子炉内配管検査装置は、検査対象である炉心スプレイスパージャの表面に原子炉内検査装置を配置して、検査ヘッドを支持したスキャナ手段を炉心スプレイスパージャの軸方向及び周方向に走査して検査を行うものであることから、検査対象である炉心スプレイスパージャの周辺に、ある程度の大きさの空間が必要となる。このため、サーマルスリーブの壁面と冷却水入口ノズルの壁面との間には円環状の狭隘空間が形成されているが、そのような円環状狭隘空間にスキャナ手段を移動させることができないので、サーマルスリーブの溶接部の検査を行うことができない。

サーマルスリーブは、例えば原子炉圧力容器の材質（炭素綱）と同じ材質、または異なる材質のＳＵＳ（Stainless Used Steel）材で形成されたりするが、いずれの場合も溶接で原子炉圧力容器に取り付けられる。従って、サーマルスリーブの溶接部の検査を行うことが好ましいが、サーマルスリーブと冷却水入口ノズルとの間隔は狭隘空間となっていることから、これまで溶接部の検査がなされていない。

本発明の目的は、原子炉圧力容器内の円環状狭隘空間に位置する構成部材を検査することができる非破壊検査装置を提供することである。

本発明の非破壊検査装置は、原子炉圧力容器内の狭隘空間に位置する構成部材の非破壊検査を行う非破壊検査装置において、原子炉圧力容器に冷却水を供給する冷却水入口ノズル内のサーマルスリーブに連結された炉心スプレイラインのヘッダの位置まで原子炉圧力容器の上部から吊り下げられる本体と、本体に設けられ炉心スプレイラインのヘッダ位置の炉心スプレイラインを上下から把持して本体を炉心スプレイラインに固定する固定部と、テーププローブの先端部に検査ヘッドを装着しサーマルスリーブの壁面と冷却水入口ノズルの壁面との間に形成される円環状狭隘空間の軸方向にテーププローブを移動させるスキャナ部と、本体に設けられスキャナ部を円環状狭隘空間の周方向に移動案内するガイドレールとを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、検査対象であるサーマルスリーブの位置する円環状狭隘空間のギャップに検査ヘッドをサーマルスリーブの溶接線位置まで侵入させ、また、検査ヘッドはサーマルスリーブの溶接線に沿って移動するので、サーマルスリーブの溶接線の全周に亘っての非破壊検査ができる。従って、原子力発電プラントの信頼性が向上する。

まず、検査対象となるサーマルスリーブについて図１および図２を参照して説明する。図１は原子炉圧力容器内の配管構造を示す斜視図である。原子炉圧力容器１１の炉壁を貫通して冷却水入口ノズル１２が設けられ、冷却水入口ノズル１２から原子炉圧力容器内の炉心スプレイラインのヘッダ１３に冷却水が供給されるように構成されている。このヘッダ１３には炉心スプレイライン１４が連結され、炉心スプレイライン１４にはさらに環状配管である炉心スプレイスパージャ１５が連結されている。炉心スプレイスパージャ１５は、原子炉圧力容器の炉壁内面に沿って配置された円環状配管であり、図示省略のノズルから原子炉圧力容器内の周方向全体に亘って冷却水を放出する。

図２は冷却水入口ノズル１２の断面図である。冷却水入口ノズル１２内にはサーマルスリーブ１６が設けられている。サーマルスリーブ１６は、原子炉圧力容器１１の熱応力を緩和するために、冷却水入口ノズル１２の壁面と所定のギャップを保って配置される配管である。これにより、サーマルスリーブ１６の壁面と冷却水入口ノズル１２の壁面との間には円環状狭隘空間１７が形成される。

サーマルスリーブ１６は、原子炉圧力容器に溶接により取り付けられており、本発明の非破壊検査装置は、この溶接部１８に発生する欠陥を検査するものであり、円環状狭隘空間１７に検査ヘッドを挿入して検査する。

図３は本発明の実施の形態に係わる非破壊検査装置の斜視図である。非破壊検査装置の本体１９は、原子炉圧力容器の上部から吊り下ろされる吊り下げフレーム２０と主フレーム２３とを有する。本体１９の主フレーム２３は、本体１９を炉心スプレイライン１４に固定する固定部を有する。固定部は上部固定部２１ａと下部固定部２１ｂとからなり、上部固定部２１ａは本体１９の主フレーム２３に設けられ、下部固定部２１ｂは、上部固定部２１ａの下部に上部固定部２１ａに対面して、上下に移動可能に本体１９の主フレーム２３に設けられる。上部固定部２１ａを炉心スプレイライン１４の上面に位置決めし、下部固定部２１ｂを上方に移動させてヘッダ１３の根元部のサーマルスリーブ１６を把持し、本体１９を炉心スプレイライン１４に固定する。

また、本体１９の主フレーム２３は、スキャナ部の移動を案内するガイドレールを有する。ガイドレールは上部ガイドレール２２ａと下部ガイドレール２２ｂとからなり、上部ガイドレール２２ａにはスキャナ部２４ａが搭載されスキャナ部２４ａの移動を案内する。同様に、下部ガイドレール２２ｂにはスキャナ部２４ｂが搭載されスキャナ部２４ｂの移動を案内する。

上部ガイドレール２２ａは保持部２５ａを介して本体１９の主フレーム２３に取り付けられる。保持部２５ａは上下に移動可能に本体１９の主フレーム２３に設けられ、モータ２６ａにより上下に駆動される。同様に、下部ガイドレール２２ｂは保持部２５ｂを介して本体１９の主フレーム２３に取り付けられる。保持部２５ｂは上下に移動可能に本体１９の主フレーム２３に設けられ、モータ２６ｂにより上下に駆動される。

スキャナ部２４ａ、２４ｂはそれぞれ巻き尺状のテーププローブ(tape probe)２７を有している。スキャナ部２４ａは巻き尺状のテーププローブ２７を送り出した状態を示しており、スキャナ部２４ｂは巻き尺状のテーププローブ２７を収納した状態を示している。スキャナ部２４ａ、２４ｂのテーププローブ２７の先端部には検査ヘッド２８が装着されている。テーププローブ２７の先端部への検査ヘッド２８の装着は、例えば、磁気的または機械的な手段によって取り付けられる。検査ヘッドが装着されたテーププローブ２７は、サーマルスリーブ１６の壁面と冷却水入口ノズル１２の壁面との間に形成される円環状狭隘空間１７の軸方向に挿入される。これにより、テーププローブ２７の送り出しの長さを調節することにより検査ヘッド２８は円環状狭隘空間１７の軸方向に移動可能となる。

また、上部ガイドレール２２ａに搭載されたスキャナ部２４ａは、モータ２９ａの駆動によりワイヤ３０ａを介して上部ガイドレール２２ａ上を移動し、同様に、下部ガイドレール２２ｂに搭載されたスキャナ部２４ｂは、モータ２９ｂによりワイヤ３０ｂを介して下部ガイドレール２２ｂ上を移動する。すなわち、上部ガイドレール２２ａは円環状狭隘空間１７の上部半周の周方向にスキャナ部２４ａを移動案内し、下部ガイドレール２２ｂは円環状狭隘空間１７の下部半周の周方向にスキャナ部２４ｂを移動案内する。これにより、巻き尺状のテーププローブ２７の先端部に装着された検査ヘッド２８が円環状狭隘空間１７の周方向に移動する。

ここで、保持部２５ａ、２５ｂには、それぞれ監視カメラ３１ａ、３１ｂが搭載されており、上部ガイドレール２２ａと下部ガイドレール２２ｂとの連結操作や、スキャナ部２４の移動操作が監視される。

図４はスキャナ部２４の一例を示す斜視図である。スキャナ部２４は、巻き尺状のテーププローブ２７を巻き込んで収納する収納部３２と、収納部３２に収納されたテーププローブ２７を送り出したり収納したりする駆動モータ３３と、テーププローブ２７の送り出しや巻き取りの際にテーププローブ２７の移動を案内するガイド部３５と、ガイド部３５の出口でテーププローブ２７の送り出しや巻き取りを補助する補助モータ３４と、テーププローブ２７の先端部のサーマルスリーブ１６側に装着された検査ヘッド２８とから構成される。

テーププローブ２７は、巻き取りのための柔軟性と検査ヘッド２８を走査するために必要となる剛性を有した材料で形成される。収納部３２には、テーププローブ２７を巻き取るためのシリンダが内蔵されており、このシリンダを駆動モータ３３で回転させることにより、テーププローブ２７を巻き込んでテーププローブ２７を収納部３２に収納する。一方、収納部３２に収納されたテーププローブ２７を送り出す場合には、駆動モータ３３を逆方向に回転させる。その場合、ガイド部３５の部分で補助モータ３４を駆動し、駆動モータ３３によるテーププローブ２７の送り出しや巻き取りが円滑に行えるように補助する。

図５は、検査ヘッド２８の詳細図である。検査ヘッド２８はテーププローブ２７の先端部に設けられる。検査ヘッド２８は、一対の連結アーム(linkage arm)４０ａ、４０ｂの両端部を一対の枢軸(pivot joint)４１ａ、４１ｂで回動自在に連結し、第１の枢軸４１ａに連結部４２を枢設し、第２の枢軸４１ｂに探触子(sensor)４３を搭載したシュー(shoe)４４を枢設して形成される。探触子４３を搭載したシュー(shoe)４４は検査対象であるサーマルスリーブ１６側に接触する向きに装着される。

連結部４２はテーププローブ２７にネジ４６で取り付けられ、その連結部４２には、ねじりバネ(torsion spring)４５ａ、４５ｂが設けられている。このねじりバネ４５ａ、４５ｂと、一対の連結アーム(linkage arm)４０ａ、４０ｂを回動自在に連結する一対の枢軸(pivot joint)４１ａ、４１ｂとで、シュー(shoe)４４をサーマルスリーブ１６の壁面に押圧するための機構を形成している。

すなわち、ねじりバネ４５ａ、４５ｂの一方端はテーププローブ２７に接触し、他方端は連結アーム４０ａ、４０ｂの係止部に接触しており、ねじりバネ４５ａ、４５ｂは第１の枢軸４１ａを軸として連結アーム４０ａ、４０ｂに回転力を与える。これにより、ねじりバネ４５ａ、４５ｂは第２の枢軸４１ｂに枢設されたシュー４４がサーマルスリーブ１６の壁面に押圧するような押圧力を発生する。

検査ヘッド２８の探触子４３としては、超音波探触子（ＵＴ探触子）や渦電流探触子（ＥＣＴ探触子）が用いられる。ＵＴ探触子やＥＣＴ探触子を用いる場合には、探触子４３を検査対象であるサーマルスリーブ１６の壁面に接触させる必要があるので、探触子４３をサーマルスリーブ１６の壁面に押圧するためにねじりバネ４５ａ、４５ｂを用いている。なお、探触子４３に代えて内視鏡を用いる場合にはサーマルスリーブ１６の壁面に押圧するための機構に代えて、内視鏡の向きを変える機構を搭載することになる。

図６は幅が小さい円環状狭隘空間１７内に検査ヘッド２８を挿入した場合の検査ヘッド２８の側面図、図７は幅が大きい円環状狭隘空間１７内に検査ヘッド２８を挿入した場合の検査ヘッド２８の側面図である。

図６、図７に示すように、テーププローブ２７の先端部にネジ４６で取り付けられた検査ヘッド２８は、ねじりバネ４５ａ、４５ｂと、一対の連結アーム４０ａ、４０ｂを回動自在に連結する一対の枢軸４１ａ、４１ｂとで形成された機構により、シュー４４をサーマルスリーブ１６の壁面４８に押圧する。従って、円環状狭隘空間１７の隙間の大きさに関係なく、第１の枢軸４１ａが冷却水入口ノズル１２の壁面４７に当接し、シュー４４がサーマルスリーブ１６の壁面４８に当接する。

円環状狭隘空間１７の隙間が小さいときは、ねじりバネ４５ａ、４５ｂの戻り量が少ないので、強い力でシュー４４をサーマルスリーブ１６の壁面４８に押圧する。一方、円環状狭隘空間１７の隙間が大きいときは、ねじりバネ４５ａ、４５ｂの戻り量が多くなるので、シュー４４をサーマルスリーブ１６の壁面４８に押圧する押圧力は小さくなる。

図８は、スキャナ部２４の他の一例を示す斜視図である。このスキャナ部２４は、図４に示したスキャナ部２４に対し、巻き尺状のテーププローブ２７を巻き込んで収納する収納部３２に代えて、テーププローブ２７の送り出しの長さに対して余裕の長さ分をスライドさせて収納するスライド収納部３６を設けたものである。図４と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。

テーププローブ２７は、巻き取りのための柔軟性と検査ヘッド２８を走査するために必要となる剛性を有した材料で形成され、スライド収納部３６に収納される側のテーププローブ２７の端部には係止穴３７が形成されている。

一方、スライド収納部３６の端部にはテーププローブ駆動機構部３８が設けられている。テーププローブ駆動機構部３８は、ギヤ部３９と、このギヤ部３９を回転駆動する駆動モータ３３とを有し、テーププローブ２７をガイド部３５側に送り出したり、逆にスライド収納部３６側に収納したりものである。すなわち、テーププローブ駆動機構部３８のギヤ部３９は、テーププローブ２７の係止穴３７に係合して、駆動モータ３３による回転力をテーププローブ２７の直線方向のスライド力に変換する。これにより、テーププローブ２７をガイド部３５に送り出したり逆にスライド収納部３６側に収納したりする。

図９は、本発明の実施の形態に係わる非破壊検査装置を検査対象であるサーマルスリーブの溶接部に適用した場合の斜視図である。図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。非破壊検査装置の本体１９は、原子炉圧力容器の上部から吊り下げフレーム２０を吊り下げ、検査対象であるサーマルスリーブ１６に対応する炉心スプレイライン１４のヘッダ１３の位置まで吊り下げられる。そして、スプレイラインヘッダ１３の位置の炉心スプレイライン１４の上面に上部固定部２１ａを位置決めし、モータ４９を駆動して下部固定部２１ｂをヘッダ１３の根元部のサーマルスリーブ１６に移動し、上部固定部２１ａ及び下部固定部２１ｂでヘッダ部１３の炉心スプレイライン１４とサーマルスリーブ１６とを上下から把持して本体１９を炉心スプレイライン１４に固定する。

次に、保持部２５ａのモータ２６ａを駆動して上部ガイドレール２２ａを検査対象であるサーマルスリーブ１６が位置する円環状狭隘空間１７の上部半周部分に位置決めする。そして、スキャナ部２４ａから検査ヘッド２８を装着したテーププローブ２７を円環状狭隘空間１７に送り出す。テーププローブ２７は円環状狭隘空間１７の軸方向に送り出されるので、検査ヘッド２８がサーマルスリーブ１６の溶接部（溶接線）に到達するまでテーププローブ２７を送り出す。

その後に、モータ２９ａを駆動してスキャナ部２４ａを上部ガイドレール２２ａ上を移動させる。これにより、スキャナ部２４ａは円環状狭隘空間１７の上部半周の周方向に移動することになり、テーププローブ２７に装着された検査ヘッド２８はサーマルスリーブ１６の溶接部（溶接線）に沿って移動することになる。そこで、スキャナ部２４ａを上部ガイドレール２２ａの全範囲に亘って移動させ、検査ヘッド２８によりサーマルスリーブ１６の溶接部（溶接線）の上部半周を検査する。

同様に、保持部２５ｂのモータ２６ｂを駆動して下部ガイドレール２２ｂを検査対象であるサーマルスリーブ１６が位置する円環状狭隘空間１７の下部半周部分に位置決めする。そして、スキャナ部２４ｂから検査ヘッド２８を装着したテーププローブ２７を円環状狭隘空間１７に送り出す。テーププローブ２７は円環状狭隘空間１７の軸方向に送り出されるので、検査ヘッド２８がサーマルスリーブ１６の溶接部（溶接線）に到達するまでテーププローブ２７を送り出す。

その後に、モータ２９ｂを駆動してスキャナ部２４ｂを下部ガイドレール２２ｂの全範囲に亘って移動させ、テーププローブ２７に装着された検査ヘッド２８によりサーマルスリーブ１６の溶接部（溶接線）の下部半周を検査する。これにより、検査対象であるサーマルスリーブ１６の溶接部（溶接線）を全周に亘って検査することができる。

本発明の実施の形態によれば、検査対象であるサーマルスリーブ１６の位置する円環状狭隘空間１７のギャップが検査ヘッド２８を装着した巻き尺状のテーププローブ２７の厚さ以上のギャップであれば、検査ヘッド２８をサーマルスリーブ１６の溶接線位置まで侵入させることができ、また、検査ヘッド２８はサーマルスリーブ１６の溶接線に沿って移動することが可能であるため、サーマルスリーブ１６の溶接線の全周に亘っての非破壊検査が可能となる。従って、原子力発電プラントの信頼性が向上する。

図１は、原子炉圧力容器内の配管構造を示す斜視図。図２は、原子炉圧力容器の冷却水入口ノズルの断面図。図３は、本発明の実施の形態に係わる非破壊検査装置の斜視図。図４は、本発明の実施の形態に係わる非破壊検査装置におけるスキャナ部の一例を示す斜視図。図５は、本発明の実施の形態に係わる非破壊検査装置における検査ヘッドの詳細図。図６は、幅が小さい円環状狭隘空間内に検査ヘッドを挿入した場合の検査ヘッドの側面図。図７は、幅が大きい円環状狭隘空間内に検査ヘッドを挿入した場合の検査ヘッドの側面図。図８は、本発明の実施の形態に係わる非破壊検査装置におけるスキャナ部の他の一例を示す斜視図。図９は、本発明の実施の形態に係わる非破壊検査装置を検査対象であるサーマルスリーブの溶接部に適用した場合の斜視図。

符号の説明

１１…原子炉圧力容器、１２…冷却水入口ノズル、１３…ヘッダ、１４…炉心スプレイライン、１５…炉心スプレイスパージャ、１６…サーマルスリーブ、１７…円環状狭隘空間、１８…溶接部、１９…本体、２０…吊り下げフレーム、２１ａ…上部固定部、２１ｂ…下部固定部、２２ａ…上部ガイドレール、２２ｂ…下部ガイドレール、２３…主フレーム、２４…スキャナ部、２５…保持部、２６…モータ、２７…テーププローブ、２８…検査ヘッド、２９…モータ、３０…ワイヤ、３１…監視カメラ、３２…収納部、３３…駆動モータ、３４…補助モータ、３５…ガイド部、３６…スライド収納部、３７…係止穴、３８…テーププローブ駆動機構部、３９…ギヤ部、４０…連結アーム、４１ａ…第１の枢軸、４１ｂ…第２の枢軸、４２…連結部、４３…探触子、４４…シュー、４５…ねじりバネ、４６…ネジ、４７…壁面、４８…壁面、４９…モータ

Claims

原子炉圧力容器内の狭隘空間に位置する構成部材の非破壊検査を行う非破壊検査装置において、
原子炉圧力容器に冷却水を供給する冷却水入口ノズル内のサーマルスリーブに連結された炉心スプレイラインのヘッダの位置まで前記原子炉圧力容器の上部から吊り下げられる本体と、
前記本体に設けられ前記スプレイラインヘッダ位置の炉心スプレイラインを上下から把持して前記本体を前記炉心スプレイラインに固定する固定部と、
テーププローブの先端部に検査ヘッドを装着し前記サーマルスリーブの壁面と前記冷却水入口ノズルの壁面との間に形成される円環状狭隘空間の軸方向に前記テーププローブを移動させるスキャナ部と、
前記本体に設けられ前記スキャナ部を前記円環状狭隘空間の周方向に移動案内するガイドレールとを備えたことを特徴とする非破壊検査装置。
前記スキャナ部は、巻き尺状のテーププローブを巻き込んで収納する収納部と、前記収納部に収納されたテーププローブを送り出したり巻き取りしたりする駆動モータと、前記テーププローブの先端部の前記サーマルスリーブ側に装着され前記サーマルスリーブを検査する検査ヘッドとを備えたことを特徴とする請求項１記載の非破壊検査装置。
前記スキャナ部は、テーププローブをスライドさせて収納するスライド収納部と、前記スライド収納部に収納されたテーププローブを送り出したり収納したりする駆動モータと、前記テーププローブの先端部の前記サーマルスリーブ側に装着され前記サーマルスリーブを検査する検査ヘッドとを備えたことを特徴とする請求項１記載の非破壊検査装置。