JP4945237B2 - 熱交換器の水室における仕切板と管板との間の少なくともひとつの結合領域を修理する方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器の水室における仕切板と管板との間の少なくともひとつの領域を修理するための方法に関し、特に、加圧水型原子炉の蒸気発生器に関する。

加圧水型の原子炉は、原子炉の加圧冷却水が循環する一次回路を備え、一次回路は通常、蒸気発生器にそれぞれ配置された複数のループを備え、原子炉の加圧冷却水と給水との間にて熱交換を行って、給水を加熱及び蒸発させて、発電ステーションのタービンに送られる蒸気を発生させている。加圧水型原子炉における蒸気発生器は、軸線を垂直に配置された略円筒形の形状である容器を備え、その内部には熱交換管の管束が配置されると共に、管束を取り囲む容器の下方には、蒸気発生器の下方部分を構成する実質的に半球状の形状の水室を備えている。

水平に配置された厚い管板には、垂直方向に貫設された孔が組織的に配列状に配置されており、蒸気発生器の上部部分と水室との間を分割している。蒸気発生器の管束における管は、それらの端部において、密封されたやり方で、管板の孔に係合して取り付けられる。水室は、蒸気発生器の容器における下方部分を形成してなる半球状の壁によって画定されると共に、管束における管が通されて取り付けられた孔が開かれた、管板の水平な下面によって画定されている。

管束におけるそれぞれの管は、その上部部分において曲げられて、２本の直線的な枝部を有しており、その端部は、水室を２つの区画室に分割している仕切板の両側において、管板を貫通している孔に係合していて、２つの区画室のそれぞれは配管を介して一次回路のダクトに結合され、原子炉における冷却水が水室の片方の区画室に流入して、管束におけるそれぞれの管に供給される。
管束における管の内部を循環する加圧冷却水は、水室における第２の区画室に回収され、かかる水室の第２の区画室に結合された一次回路のダクトによって集められる。
水室にアクセスすることができるように、この水室における半球状の容器には、水室においてそれぞれひとつの区画室を画定している半球状の容器におけるそれぞれ２つの部分に、点検口ないしマンホールが貫設されている。
管板の下側は、仕切スタブとしても知られる、追加的な厚みを形成する帯状部分を備え、仕切板の上縁は、かかるスタブに整列される。
仕切板は、長手縁部のそれぞれにおいて、溶接によって管板に取り付けられる。
原子炉の運転中には、管板及び仕切板は、機械的及び熱的な応力に曝される。これらの応力はまた、管板と仕切板との間の結合領域、すなわち、溶接自体となかんずく溶接に隣接した領域とに影響を与える。

一定の運転時間の後には、これらの応力は、ひび割れ又は初期のひび割れの出現を引き起こすので、これらを検出して、給水が導入される蒸気発生器の容器の内部空間に加圧冷却水が漏出することを防止し、亀裂が広がって加圧容器の完全性を害さないようにしなければならない。
これらの領域にひび割れや初期のひび割れが検出されたならば、蒸気発生器の運転を再開する前に、漏出のリスクを防ぎ、圧力容器の完全性の劣化を防止するための修理を実行しなければならない。
これらの修理は一般的に、燃料集合体を原子炉容器に再装荷するための原子力発電所の予定されたシャットダウンに際して実行される。
これらの修理は、蒸気発生器の水室の内部で働くオペレータによって実行される。
この技術の不都合は、オペレータが高度の放射性領域において働かなければならないことであって、かかる領域には、炉心の燃料集合体と接触して循環する原子炉の冷却水によって水室に持ち込まれた放射性物質が堆積している。このため、オペレータが受ける被爆線量は、たとえ蒸気発生器の水室の内部における各オペレータの滞在時間を非常に短くして、作業を極めて迅速に実行した場合であっても、相当に高くなる。

従って、オペレータが受ける被爆線量を制限するためには、多数のオペレータが作業を実行する必要がある。
オペレータが水室に入らなければならない必要性に関連した不都合を防ぐために、水室の外部から遠隔制御される装置を使用して、点検作業を実行し、及びひび割れや初期のひび割れを修復するなど、その他のあらゆる作業を実行させることが知られている。
これらの遠隔制御装置によれば、オペレータが蒸気発生器の水室に滞在しなければならない時間を短縮することが可能になり、さらには、オペレータが水室の内部で作業する必要性を解消することさえ可能になる。
このために、点検口を通して水室の内部に挿入される、擬人的なタイプのロボットアームであって、点検口の付近において水室の壁に取り付けられる結合部分を備えてなるロボットアームが知られている。

蒸気発生器の水室の内部で作業を行う装置としては、管板の下面の下方に装置を結合させる板と、板に対して垂直な軸線、つまり作業中の管板に対して垂直な垂直軸線を中心として取付板に回転可能に取り付けられたタレットとを備えた装置が知られている。
装置は、１又は２の環状の領域を横切って掃引すべく、タレットの軸線を中心として回転可能なように、タレットと一体をなして回転する、１又は２の入子式アームを備える。
これまでに使用されてきた作業装置は、概して、かなりかさばると共に構造が極めて複雑であって、特に、装置を蒸気発生器の水室に挿入して配置するために、長時間の困難な作業を必要とする。
さらに、これらの装置は一般的に、特定の作業を提供するものであって、特に機械加工作業中の大きな力に耐えられることを意図していない。
また、水室の内部に装置を配置することは、作業の初期の段階において、複雑な作業であって、少なくとも一人のオペレータが水室の内部に居ることを必要としていた。

従って、本発明の目的は、上述した不都合を解消できる、熱交換器の水室の内部における仕切板と管板との間の少なくともひとつの結合領域を修理する方法を提供することである。

従って、本発明は、熱交換器の水室における仕切板と管板との間の少なくともひとつの結合領域を修理するための方法であって、前記水室は、少なくともひとつの点検口を設けられた実質的に半球形の壁を備え、複数の垂直孔が貫設された管板によって上部を画定され、仕切板によって横断されており、該方法が、
− 修理を必要とする結合領域を確認する段階と、
− レールに沿って移動可能であり且つ揺動式昇降手段を備えている少なくともひとつのキャリッジを支持する少なくともひとつの前記レールを、点検口を通して水室の中に挿入させる段階と、
− 前記レールを管板の下側に固定する段階と、
− ロボットアームを点検口に通して通過させる段階と、
− ロボットアームを揺動式昇降手段によって水室の内部へ巻き上げて、前記ロボットアームを管板の下側に固定する段階と、
− ロボットアームを遠隔制御する段階と、
− 水室の内部におけるロボットアームの位置に関連した基準を取得し、修理を必要とする結合領域をツールを用いて所定の深さに機械加工して、前記領域に存在するひび割れ又は初期のひび割れを解消する段階と、
− これらのひび割れ又は初期のひび割れが解消されたことを点検する段階と、
を備えていることを特徴とする。

本発明の他の特徴によれば、
− ひび割れ又は初期のひび割れが解消されたことを点検した後に、適切ならば、ロボットアームによって支持された溶接トーチによって、機械加工された領域を充填する段階、及び、
− ひび割れ又は初期のひび割れが解消されたことを点検した後に、または、機械加工された領域を溶接によって充填した後に、修理された領域が圧縮状態になるように、ロボットアームが支持するツールによって、槌打する段階、
を備える。

以下、添付図面を参照しつつ、例示として与えられた本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１は、例えば原子力発電所の蒸気発生器などの熱交換器の下部部分を、符号１にて示している。この蒸気発生器１は、略円筒形の形状である外側容器２を備え、その内部には管３の組からなる熱交換用の管束が配置されている。
蒸気発生器の熱交換管束におけるそれぞれの管３は、従来通り、Ｕ字形になっていて、弓形に曲げられた上部部分と、２つの直線状の枝部分とを有し、その下端部は管板５に設けた垂直孔に係合して取り付けられていて、管板５は、管３の束を取り囲んでいる蒸気発生器１の上部部分を、蒸気発生器１の水室７を形成している実質的に半球状である壁６によって画定された下方部分に対して隔てている。水室７は、その上部部分が、管板５の底面によって画定されている。

図２に詳しく示すように、水室７は、仕切板８が形成する垂直な仕切によって、２つの区画室Ａ及びＢに分割されている。仕切板は、管板５の直径上にあって対称面を形成している平面に配置されており、蒸気発生器１の管３の束におけるそれぞれの直線状の枝部分の端部は、仕切板の両側にまたがるように取り付けられている。
仕切板８は、水室７を第１の区画室Ａと第２の区画室Ｂとに分割しており、これらの区画室には、加圧水型原子炉における冷却水の入口配管と出口配管と（図示せず）がそれぞれ結合されていて、仕切板８によって分割された入口区画室と出口区画室との間において、管３の内部を冷却水が循環する。

図２に示すように、管板５は、実質的にその中央に、仕切スタブとしても知られる、大きな厚みに形成された帯状部分５ａを備えていて、一般的に、完全溶け込み溶接によって管板に溶接されており、この部分に、仕切板８の上縁が整列される。
仕切板８は、その長手縁部のそれぞれにおいて、仕切板８の全長にわたって延在する溶接５ｂによって、管板５に取り付けられる。
蒸気発生器が長時間にわたって運転された後には、溶接５ｂと、この溶接に隣接する領域とによって形成された取付領域には、ひび割れや初期のひび割れが発生する。
この水室の内部へのアクセスを提供する点検口ないしマンホール９が、水室７の壁６には貫設されている。

点検口９（図１及び図４）は、全体を符号１０にて示した修理装置を挿入するために使用され、修理装置を蒸気発生器の水室７の内部に入れて、管板５と仕切板８との間の各結合領域におけるひび割れや初期のひび割れを解消するために使用する。
修理装置１０は、いくつかの独立した要素からなり、水室７の内部に作業部材を導入することを可能にすると共に、これらの作業部材を前記水室７の内部において動かすことができる。

図１乃至図４に示すように、修理装置は、管板５の下側に取り付けるための取付部材１８を備えてなる、少なくともひとつのレール１１を具備している。
図３に示すように、レール１１は、管板５の底面に適用されるべくデザインされてなるフランジ１２と、フランジ１２によって支えられたロール軌道１３とから形成されていて、走行路１３の上を少なくともひとつのキャリッジ１５が移動する。ロール軌道１３は、レール１１のフランジ１２の全長にわたって延在している。
好ましくは、レール１１は、点検口９を通して水室７の内部に導入するのを容易にするため、２つの部分のレールから形成されており、それぞれのレール１１は、管板５の下側に取り付けるための部材を備えている。

これらの取付部材は好ましくは、３つの保持クランプ１８から構成され、３つの保持クランプは、図３に示すように、レール１１のフランジ１２の全長にわたって分配されている。フランジクランプ１８は、在来のタイプのものであって、それぞれが２つの半径方向に拡張可能なピンを備え、それぞれの公称外径は、垂直孔４の内径に比べて極めて小さくなっている。クランプ１８のピンは、適切な公知の駆動装置によって、水室７の外部から拡張させられるようになっている。
図３に示すように、キャリッジ１５は、チェーン若しくはケーブル又はその他の公知のタイプの適切な部材から形成された、振子状昇降手段１９を備えている。
また、修理装置１０は、全体を参照符号２０にて示した、ロボットアームを備える。この公知のタイプのロボットアーム２０は、複数のアーム要素２１を互いに関節状に備え、自由端２２は、空間内における３６０゜の動きを許容する。ロボットアーム２０の自由端２２は、行うべき作業に適した修理ツールを取り付けるための手段を備える。

ロボットアーム２０は、管板５の下側に取り付けるためのベース３０を備え、図５に示す如く、この取付ベース３０は、略矩形の形状であるベアリング板３１から形成されている。管板５の下側に取り付けるためのベース３０のベアリング板３１は、中央のハウジング３２を備え、ハウジングの中には、ベース３０を前記管板に対して当接させるための、昇降手段１９と協働する駆動手段３３が配置されている。駆動手段３３は、箱３４の内部に配置された不図示のホイールによって形成されており、ホイールを支持している軸３５は、モータ／ギアボックス３６によって回転する。このホイールは、昇降手段１９を把持するように合致した手段を備え、この昇降手段１９がチェーンである場合には、ホイールは歯車である。チェーン１９を通過させるために、箱３４は、チェーン１９が入るための開口部３４ａと、チェーン１９が出るための開口部３４ｂとを備えている。

さらに、ベアリング板３１は、その両側部分に、レール１１を位置決めするための凹部３７を備えている。また、ベアリング板３１は、公知のタイプの少なくとも２つの液圧式のフランジクランプ４０を備え、それぞれ管板５の垂直孔４に貫通するようにデザインされている。好ましくは、図５に示すように、ベアリング板３１は４つの液圧式のフランジクランプ４０をこのベアリング板３１のそれぞれの角部に配置されて備えている。これらのフランジクランプ４０はそれぞれ、半径方向に拡張可能なピンを備えており、対応するクランプを垂直孔４の内部にて動かないようにして、ベース３０及びロボットアームを水室７の内部において管板５の下側に保持する。

ロボットアーム２０を水室７の中へ挿入するのを容易にするため、装置は、かかるロボットアーム２０を支持して挿入するための組立体５０（図１及び図４）を備えている。この組立体５０は、可動であって、点検口９の外周に取り付けるための部材５１が設けられ、ベース３０を点検口９に対向させたロボットアーム２０を支持するための板５２を備えている。このキャリッジ５２は、組立体５０の上を移動する。
水室７における仕切板Ｂと管板５との間の１又は複数の結合領域は、以下のように修理される。

最初に、ひび割れや初期のひび割れが存在している、修理しなければならない結合領域を、適当な公知の手段によって確認する。
次に、この水室７の内部に居るオペレータが、点検口９を通して、第１のレール１１を受け取るが、このレール上にはキャリッジ１５が配置されている。オペレータは、フランジクランプ１８を固定する。それから、オペレータが、第２のレール１１についても同じ作業を行うと、レール１１は連続的なロール軌道を形成することになる。レールが支持するキャリッジ１５から、水室７の内部にチェーン１９が吊下される。

次に、オペレータは、図４に示すように、固定取付具５１を用いて、点検口９の外周に組立体５０をクランプする。組立体５０のキャリッジ５２は、ロボットアーム２０を支持していて、このロボットアームの取付ベース３０は、点検口９に対向するように配置される。
オペレータは、チェーン１９の自由端を、ロボットアーム２０のベース３０に支持された昇降手段３３における開口部３４ａに挿入して、このチェーン１９を昇降手段３３の歯車に係合させる。チェーンの端部は、出口開口部３４ｂを通って出て来る。昇降手段３３の歯車は、モータ／ギアボックス３６によって駆動される。
キャリッジ５２は、不図示のウインチによって組立体５０を昇り、ロボットアーム２０の第１の関節部分までが、水室７の内部に挿入される。
ロボットアーム２０を、チェーン１９と、昇降手段３３の歯車とによって巻き上げて、取付ベース３０上の支持板３１を管板５の下面に接触させる。フランジクランプ４０はそれぞれ、この管板５の垂直孔４の内部に位置決めされる。取付ベース３０が管板５の底面に対して当接すると直ちに、ロボットアーム２０は、液圧式のフランジクランプ４０を用いて、前記管板５にロックされる。

ロボットアーム２０は、例えば、ミルや、グラインダ、又は研磨用の水ジェットなどの機械加工ツールを装備しており、オペレータは水室７の外部からロボットアーム２０を遠隔制御する。結合領域の輪郭及び平坦度は、ロボットアーム２０によって検出され、ロボットアームは水室７の外部からオペレータによって遠隔制御される。この検出を、例えばセンサによって実行することで、あらゆる機械加工を行う前に、基準を作成することが可能になる。ロボットアーム２０は、水室７の内部における自分の位置に関連した基準を採用して、修理が必要な結合領域を特定の深さにまで機械加工し、かかる領域にあるひび割れや初期のひび割れを解消するために、ロボットアームが支持しているツールを使用する。
次に、オペレータは、修理された結合領域にひび割れや初期のひび割れが存在しないことを確認し、必要があれば、公知のタイプの適当な装置を備えたロボットアーム２０が、点検結果の求めに応じて、ロボットアームに支持された溶接トーチを用いた溶接の充填を行い、または、機械加工された表面を槌打して、修理された領域を圧縮状態にする。
これらの作業を実行するためには、蒸気発生器の水室の中にオペレータが滞在する必要はない。

事実上、水室の内部へのロボットアームの挿入、位置決め、及び取り付けについては、完全に、水室の外部から実行することができる。

図１は、本発明による方法によって結合領域の修理が実行される水室を備えてなる、蒸気発生器の下部部分を示した模式的な一部破断斜視図である。 図２は、仕切板の位置における水室の断面を示した模式図である。 図３は、ロボットアームを支持して移動させるためのレール及びキャリッジを示した模式的な斜視図である。 図４は、ロボットアームを挿入するための組立体を示した模式的な斜視図である。 図５は、ロボットアームを管板に取り付けるためのベースを示した模式的な斜視図である。 図６は、本発明によるロボットアームが取り付けられた、蒸気発生器の水室を示した模式的な部分斜視図である。

Claims (3)

1. 熱交換器（１）の水室（７）における仕切板（８）と管板（５）との間の少なくともひとつの結合領域を修理するための方法であって、前記水室（７）は、少なくともひとつの点検口（９）を設けられた実質的に半球形の壁（６）を備え、複数の垂直孔（４）が貫設された管板（５）によって上部を画定され、仕切板（８）によって横断されており、該方法が、
   − 修理を必要とする結合領域を確認する段階と、
   − レール（１１）に沿って移動可能であり且つ揺動式昇降手段（１９）を備えている少なくともひとつのキャリッジ（１５）を支持する少なくともひとつの前記レール（１１）を、点検口（９）を通して水室（７）の中に挿入させる段階と、
   − 前記レール（１１）を管板（５）の下側に固定する段階と、
   − ロボットアーム（２０）を点検口（９）に通して通過させる段階と、
   − ロボットアーム（２０）を揺動式昇降手段（１９）によって水室（７）の内部へ巻き上げて、前記ロボットアーム（２０）を管板（５）の下側に固定する段階と、
   − ロボットアーム（２０）を遠隔制御する段階と、
   − 水室（７）の内部におけるロボットアーム（２０）の位置に関連した基準を取得し、修理を必要とする結合領域をツールを用いて所定の深さに機械加工して、前記領域に存在するひび割れ又は初期のひび割れを解消する段階と、
   − これらのひび割れ又は初期のひび割れが解消されたことを点検する段階と、
   を備えていることを特徴とする方法。
2. ひび割れ又は初期のひび割れが解消されたことを点検した後に、適切ならば、ロボットアーム（２０）によって支持された溶接トーチを用いた溶接を実行して、機械加工された領域を充填する段階を備えていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. ひび割れ又は初期のひび割れが解消されたことを点検した後に、または、機械加工された領域を溶接によって充填した後に、修理された領域が圧縮状態になるように、ロボットアーム（２０）が支持するツールによって、槌打する段階を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。

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