JP5963232B2

JP5963232B2 - 沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法

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Publication number: JP5963232B2
Application number: JP2011247583A
Authority: JP
Inventors: 馬場　淳史; 淳史馬場; 真弘平塚; 稔大高; 小池　正浩; 正浩小池; 太郎池隅
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2011-11-11
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2031-11-11
Also published as: JP2013104730A

Description

本発明は、沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法に係り、特に、沸騰水型原子炉の圧力容器内に設置されるジェットポンプをはじめとする炉内機器の振動状態の計測するに好適な沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法に関する。

一般的な沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の炉内機器の一例として、ジェットポンプがある。長期的な原子炉の運転において、このジェットポンプの信頼性を確保するためには、この冷却水の流体振動に伴うジェットポンプの振動状態（振幅、周波数、振動モードなど）を原子炉外より監視し、その劣化や損傷を事前に検出する必要がある。

振動監視方法としては、例えば、圧力容器外面に超音波センサを設置し、圧力容器や炉水を介してジェットポンプに超音波パルスを送信し、圧力容器の超音波速度、炉水の超音波速度、圧力容器の板厚、および圧力容器と炉内構造物との間の距離をもとにして、超音波の伝播時間の変化分を計測して炉内構造物の振動振幅を求める原子炉振動監視装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、監視対象物の表面に超音波を反射可能な平面形状の反射面や、直行する平面を反射面として備えたコーナリフレクタを取り付け、この反射体の反射面で反射された超音波を受信して、監視対象物の振動変位を計測する振動・劣化監視装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

さらに、原子炉圧力容器の壁内部を反射した反射超音波パルスを特定して除外処理することにより、反射板を取り付けることなく、傾きや曲率がある内部機器の振動を検出することのできる原子炉振動監視装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開平１１−１２５６８８号公報特開２００９−０６８９８７号公報特開２０１１−１３３２４１号公報ＩＩＣＲＥＶＩＥＷ（2009/10）， No．42 ，pp.39 日本機械学会蒸気表 BASED ON IAPWS-IF97 （1999），pp.128-129

ここで、ジェットポンプをはじめとする沸騰水型原子炉内機器の振動状態を監視する際、超音波が伝播する媒質である低合金鋼やステンレス鋼、ニッケル基合金、炉水は、温度によって音速が変化する（例えば、非特許文献１参照）。軟鋼の音速変化は、室温から３００℃で約４％である。また、特に沸騰水型原子炉の炉水の音速は、供用中検査終了時の４０℃から定格運転に至る３００℃まで昇温する間に、１５３１ｍ／ｓから９７０ｍ／ｓと約３７％も変化することになる（例えば、非特許文献２参照）。

このため、音速変化に伴い、例えば、超音波センサを設置したとすると、原子炉起動中の温度変化のある条件下や約３００℃での定格運転中では、原子炉外に設置した超音波センサより送信した超音波が計測対象で反射し、再度超音波センサで受信するまでの時間が温度条件によって大幅に変わってくることになる。さらに、このような温度変化が生じた場合、原子炉内機器や圧力容器が熱膨張し、超音波センサを設置した際の超音波センサと計測対象の相対位置関係にずれが生じる。そのため、このような条件化での超音波計測において、計測対象部位からの超音波エコーの受信時間位置が変化するため、計測上のノイズとなるＲＰＶ内での多重反射エコーや、超音波の広がりによって生じるノイズエコーや形状エコーとの弁別が難しくなり、計測対象部位からの超音波エコーを特定する必要があった。

また、計測対象部位からの超音波エコー受信時間位置を知るためには、温度変化による超音波伝播媒質の音速変化や、温度変化による相対位置のずれを考慮して、各媒質での伝播距離とその温度での音速による補正が必要であった。

超音波センサやＲＰＶの温度は熱電対などの温度計測手段により、簡単に計測が可能であるが、計測対象部位を流れる炉水の温度を計測するためには、炉内に温度計測手段を設置する必要があった。

さらに、計測対象部位の振動の振幅を高精度に評価するためには、炉水の温度を計測する必要があり、従来の技術ではその評価ができなかった。

以上のように、ジェットポンプをはじめとする沸騰水型原子炉内機器の振動状態を監視する技術において、超音波伝播経路の媒質である金属や炉水の超音波の音速が変化することにより、計測対象からの反射エコーを特定することが難しいという問題があった。

本発明の目的は、沸騰水型原子炉内機器の振動状態を超音波を用いて監視する際に、計測対象からの反射エコーを特定することが容易な沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法であって、複数の超音波反射面が形成された超音波反射板を、前記沸騰水型原子炉内機器の振動計測対象部位に設け、前記超音波反射板に向けて圧力容器の外面に設置した超音波センサより超音波を送信し、前記複数の超音波反射面でそれぞれ生じた複数の反射波を前記超音波センサで受信し、信号処理部により、前記反射波を連続して収録し、信号処理部により、前記複数の超音波反射面の往復距離に対応した時間分だけ遅れて到達する前記複数の反射波のみを圧力容器の多重反射エコーや形状エコーと弁別して特定し、前記複数の反射波の時間移動量を連続して算出し、前記時間移動量から前記計測対象部位における振動状態を計測するようにしたものである。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記複数の超音波反射面でそれぞれ生じた複数の反射波の時間差を算出し、前記複数の反射波の時間差と前記複数の超音波反射面の高さの差を用いて、原子炉水中での超音波の音速を算出し、前記原子炉水中での超音波の音速と前記複数の反射波の時間移動量を用いて、前記計測対象部位における振動状態の振幅を求めるようにしたものである。

（３）上記（１）において、好ましくは、前記複数の反射波が含まれるように反射波の収録時間の範囲を決定するようにしたものである。

（４）上記（１）において、好ましくは、前記複数の超音波反射面は、それぞれ、平面である。

（５）上記（１）において、好ましくは、前記複数の超音波反射面は、それぞれ、曲面である。

本発明によれば、沸騰水型原子炉内機器の振動状態を超音波を用いて監視する際に、計測対象からの反射エコーを特定することが容易となる。

本発明の第１の実施形態による沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法が適用される原子炉の構成を示す断面図である。本発明の一実施形態による沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法が適用される原子炉に用いられるジェットポンプの構成を示す正面図である。本発明の第１の実施形態による沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法を実施するための装置の構成図である。本発明の第１の実施形態による沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法の内容説明図である。本発明の第１の実施形態による沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法によって測定された波形の説明図である。本発明の第１の実施形態による沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法によって測定された波形の波形収録範囲の決定方法の説明図である。本発明の第１の実施形態による沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法に用いる反射板の寸法の説明図である。本発明の第２の実施形態による沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法に用いる反射板の形状の説明図である。本発明の第３の実施形態による沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法に用いる反射板の形状の説明図である。本発明の第４の実施形態による沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法に用いる反射板の形状の説明図である。本発明の第５の実施形態による沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法に用いる反射板の形状の説明図である。

以下、図１〜図７を用いて、本発明の第１の実施形態による沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法の内容について説明する。
最初に、図１及び図２を用いて、本実施形態による沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法が適用される原子炉の構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法が適用される原子炉の構成を示す断面図である。図２は、本発明の一実施形態による沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法が適用される原子炉に用いられるジェットポンプの構成を示す正面図である。なお、図１及び図２にて同一符号は、同一部分を示している。

図１は、一般的な沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）及びそれに用いられるジェットポンプの構成を示している。

ＢＷＲの圧力容器（ＲＰＶ）１０１は、一般的に円筒形状を有し、その上端は脱着可能な上部ヘッド１０３により閉じられ、その下端は底部ヘッド１０２により閉じられる構造となっている。核燃料を備えた炉心１０４での核反応により水・蒸気の二相流状態となり、気水分離器１０５で蒸気と水に分離される。気水分離器１０５で分離された蒸気は、さらに蒸気乾燥器１０６で湿分を除去され、蒸気タービン（図示省略）に送られる。また、炉心１０４は炉心シュラウド１０７により囲われており、炉心シュラウド支持構造１０８によりＲＰＶ１０１の内部に支持される。ＲＰＶ１０１と炉心シュラウド１０７の間には、同心円状の空間（アニュラス部１０８）が設けられており、このアニュラス部１０８に複数個のジェットポンプ１０９が配置される。

ジェットポンプ１０９の役割は、気水分離器１０５及び蒸気乾燥器１０６で分離し落下した水と給水１１０を混合した冷却水を再循環系１１１に取込み、再循環ポンプ（図示省略）により昇圧して、冷却水１１２を炉心１０４に供給することである。

次に、図２を用いて、ジェットポンプの構成について説明する。

図１において再循環系１１１に取込まれ加圧された冷却水１１２は、ライザ管２０１の下部より上部へと供給され、トランジションピース２０２に到達する。トランジションピース２０２において、冷却水１１２は左右に分岐されるとともに、流れの方向を上から下へと１８０°変え、スロート２０３内へ導入される。この際に、先端を絞った形状のノズル２０４で冷却水の流速を増加させるとともに、スロート２０３の入り口のベルマウス２０５で流路面積を絞ることで、冷却水１１２の速度を増加して静圧を減少させる。これにより、ジェットポンプ１０９の外側にある冷却水１１２をスロート２０３に吸い込み、デフューザ２０６から図１のＲＰＶ１０１の下部へ噴出する。

このように、ジェットポンプ１０９の働きにより、少ない動力で冷却水１１２の炉心流量を確保することができる。このような役割を果たすジェットポンプ１０９は、冷却水１１２がライザ管２０１上昇した後、トランジションピース２０２でその流れを１８０°反転させる際の流体反力に抗するため、ジェットポンプビーム（梁）２０７により締結されている。

長期的な原子炉の運転において、このジェットポンプの信頼性を確保するためには、この冷却水の流体振動に伴うジェットポンプの振動状態（振幅、周波数、振動モードなど）を原子炉外より監視し、その劣化や損傷を事前に検出する必要がある。

次に、図３及び図４を用いて、本実施形態による沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法を実施するための装置構成及び実施内容について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態による沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法を実施するための装置の構成図である。図４は、本発明の第１の実施形態による沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法の内容説明図である。なお、図１及び図２と同一符号は，同一部分を示している。

図３に示すように、原子炉内機器の振動計測システムは、超音波反射板３０１と、超音波センサ３０２と、超音波送受信装置３０３と、これらを結ぶ同軸線３０４と、超音波受信波形を収録し処理する超音波信号処理部３０５から構成される。

ジェットポンプ１０９には、超音波反射板３０１が取り付けられている。図示の例では、３つの超音波反射板３０１が、ジェットポンプ１０９のそれぞれの場所に取り付けられている。超音波反射板３０１の取り付け箇所が、ジェットポンプ１０９の計測対象部である。超音波反射板３０１の詳細構成については、図４を用いて後述する。超音波反射板３０１の取付け方法は、ネジ止めや取付けジグ、計測対象部位への溶接など、温度変化や振動に対して長期的に耐性のある取付け方であればいずれでもよいものである。

超音波反射板３０１に超音波３０５が効率良く当たるＲＰＶ１０１の外面の位置に超音波センサ３０２が取り付けられる。耐熱性のある超音波センサ３０２の取付け方法としては、金、銀や銅などの軟金属を挟んで圧力をかけて設置する方法や、高温接着剤、ろう付けや高温ハンダで物理的に取り付ける方法が用いられ、高温でも安定して超音波を送受信できる方法であれば、いずれの技術を用いてもよいものである。また、超音波センサ３０２を設置する際には、後述する超音波反射板３０１から反射される複数の超音波反射エコーを検出して設置位置を決めてもよいものであるし、設置時の温度条件と計測時の温度条件の違い、特に温度変化に対する媒質の音速変化を考慮し、シミュレーションなどを用いて各温度条件での超音波伝播経路を事前に解析して超音波センサ３０２の設置位置を決定してもよいものである。

超音波センサ３０２と超音波送受信装置３０３を結ぶ同軸線３０４は、ＲＰＶ１０１と原子炉格納容器（ＰＣＶ）３０７との間を配線し、ＰＣＶの配線引き出しハッチを通して、超音波送受信装置３０３と連結される。この状態で、超音波センサ３０２から超音波３０６を送信し、ＲＰＶ１０１と炉水３０８を介して超音波反射板３０１で反射エコーとなり再び超音波センサ３０２に受信される。受信された超音波エコーは電気信号として超音波送受信装置３０３で受信され、その波形が経時的に記録される。ここで、ジェットポンプ１０９が紙面水平方向に振動していたとすると、超音波３０６の伝播距離が、経時的に変化することになる。超音波信号処理部３０５に経時的に保存された反射エコーの時間位置は、前述のジェットポンプの振動に対応して、時間軸上で変化する。この反射エコーの時間軸上での変化を検出すれば計測対象部位の振動を計測したことになる。なお、反射エコーの時間変化と計測対象部位の炉水の音速を乗算することで振動振幅の絶対値を求めることができる。また、その時間変化の振動波形を一般的に用いられている高速フーリエ変換処理（ＦＦＴ）を行うことで、計測対象の振動の周波数スペクトルを得ることができる。

次に、図４を用いて、図３にて説明した超音波反射板３０１（図４では、４０１）の構造と超音波伝播経路について説明する。
図４（Ａ）は超音波反射板４０１の斜視図であり、図４（Ｂ）は超音波伝播経路の説明図である。

超音波反射板４０１は、ジェットポンプ１０９の上に固定されている。超音波反射板４０１は、円盤状であり、その中央に窪みを有している。すなわち、超音波反射板４０１は、第１の超音波反射面４０２と、第２の超音波反射面４０３の２つの平行平面を備えている。

超音波反射板４０１に対して超音波センサ３０２から超音波を送信すると、超音波は超音波センサ３０２の内部の前面板４０４を伝播し、前面板４０４とＲＰＶ１０１の音響インピーダンス（音速×密度）の差に対応した透過率でＲＰＶ１０１に透過波ＷＡ１として伝播、音響インピーダンスに対応した反射率で前面板内で反射波ＷＡ２として反射する。同様に、ＲＰＶ１０１に伝播した超音波ＷＡ１は、炉水への透過波ＷＡ４とＲＰＶ内での反射波ＷＡ３に分かれる。ここで、ＲＰＶ１０１から炉水への透過率は、音響インピーダンスの差が大きいため室温で約５％（３００℃で３．５％）と低く、反射率は９５％（３００℃で９６．５％）高くなる。そのため、超音波センサ３０２から送信された超音波は、そのほとんどがＲＰＶ１０１内を多重反射することとなる。このため、この多重反射波ＷＡ５が残響としてノイズとなることがある。

さらに、炉水中に伝播した超音波ＷＡ４は、反射板４０１に到達する。この例では、反射板４０１には２つの超音波反射面４０２，４０３が付与されているため、反射板４０１からの反射エコーは反射面の高さの２倍、つまり往復距離に対応した時間分だけ遅れて到達する２つの反射エコーが、これまで説明してきた超音波伝播経路の逆の経路で超音波センサ３０２に受信されることとなる。

本実施形態では、反射板に２つの超音波反射面４０２，４０３を備えることで、その反射面の高さの２倍に相当する時間だけずれた２つの反射エコーが得られるため、例えば、1波分（サイン波1サイクル）の超音波を送信したとするとＲＰＶ１０１内の多重反射波ＷＡ５はサイン波1サイクルであるのに対して、本実施形態の反射板で反射した反射エコーは時間軸上でずれた２つのサイン波1サイクルが得られることになり、複数の反射波を含む超音波信号の中から反射板で反射した反射エコーのみを弁別し、収録する波形を特定することが容易に可能となる。

次に、図５及び図６を用いて、本実施形態による沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法によって測定された波形について説明する。
図５は、本発明の第１の実施形態による沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法によって測定された波形の説明図である。図６は、本発明の第１の実施形態による沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法によって測定された波形の波形収録範囲の決定方法の説明図である。

図５は、超音波センサで超音波を送受信し、その際に収録した全波形の概要を示している。

図５（Ａ）は従来の反射板を用いた場合である。本実施形態の反射板は、図４に示した反射板４０１のように、中央に窪みを有し、２つの平行な反射面を有している。それに対して、従来の反射板とは、特許文献２に示されているようなコーナーリフレクタである。

図５（Ａ）に示すように、収録した全波形にはＲＰＶ１０１内の多重反射波ＷＡ５の波形５０１が複数存在し、また、形状エコーに伴うノイズ波形５０２も存在する。従来技術の場合には、反射板は平面により構成されたコーナーリフレクタが用いられるため、反射波形は多重反射の波形５０１やノイズ波形５０２と同じような波形となり、特にこれらが同程度の強度で計測された際には計測対象部位に設置した従来の反射板からの反射波形５０３を特定するのは難しい。さらに、前述のように超音波が伝播するＲＰＶと炉水の温度が変化するとそれぞれの音速も変化するため、この反射波形５０３の時間位置は時間軸上を移動し、その特定がますます難しくなる。

これに対し、本実施形態における反射板４０１を用いた場合には、図５（Ｂ）に示すように、反射板４０１から２つの反射波形５０４が得られることになる。この２つの反射波形５０４の時間間隔は、前述したように超音波反射面の高さの２倍に相当する。またこの２つの反射エコーは、前述したＲＰＶ１０１内の多重反射波形５０１や形状エコーに伴うノイズの波形５０２とは波形そのものが異なるため、特定が容易である。さらに、温度変化に伴う媒質の音速変化によりこの２つの反射波形５０４の時間軸上での位置が変化しても、多重反射波やノイズ波との干渉がない限り容易に特定することが可能である。

さらに、この２つの反射波形５０４を特定した後は、図６に図示されるように、この波形が含まれる範囲に超音波の収録範囲６０１を設定し、経時的に波形を収録する。なお、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）における超音波の収録範囲６０１を収録したときの波形を示している。

この場合、計測対象振動するとこの２つの反射波形のみが、時間軸上で振動振幅に伴って時間軸上を左右に移動することになる。また、振幅を求める際には、２つの反射波形の時間差Δｔと超音波反射面の高さの差ΔＨを用いて、計測対象部位の炉水の音速Ｖwを次式（１）で求めることができる。

Ｖw ＝２ΔＨ／Δｔ …（１）

計測対象部位の振動振幅を求める際には、各時刻で計測された反射波形の時間移動量に式（１）で示した炉水の音速を乗算することで、従来よりも高い精度で振動振幅６０２を評価することができる。ここで、ジェットポンプが振動していると、その振動に応じて、計測された反射波形は時間軸上で移動して観察されるため、この移動量が、前述の反射波形の移動量である。また、振幅に加えて、周波数、振動モードなどの振動状態を評価することができる。

次に、図７を用いて、本実施形態による沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法に用いる反射板の寸法について説明する。
図７は、本発明の第１の実施形態による沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法に用いる反射板の寸法の説明図である。

図７で示すように、超音波反射板４０１の寸法については、超音波センサ３０２から送信される超音波の広がり７０１と反射板におけるその強度分布７０２を元にシミュレーションなどを用いて、超音波センサで受信される２つの超音波エコー強度が同程度になるよう、それぞれの超音波反射面の寸法を決定する。超音波の広がりやその強度分布の解析方法については、円形の超音波振動素子であれば、ベッセル関数型の強度分布になる。これについては、専門書に詳述されているのでここでは省略する。また、それぞれの超音波反射面の高さの差は、計測に用いる超音波センサの周波数と波数、送信方式（シングルパルス、バースト）などを考慮し、２つの反射エコーが互いに干渉しないような時間差ができるような高さに設定する。

以上説明したように、本実施形態によれば、ジェットポンプをはじめとする沸騰水型原子炉内機器の振動計測において、計測対象部位に２つ以上の平面あるいは曲面から形成される超音波反射板を設けることで、特徴的な２つ以上の超音波反射エコーが生じ、これを受信することにより、ＲＰＶ内での多重反射エコーや、超音波の広がりによって生じるノイズエコーや形状エコーとの弁別や特定ができ、温度変化による超音波伝播媒質の音速変化や、温度変化による相対位置のずれを考慮した各媒質での伝播距離とその場の音速による補正をすることなく、超音波の収録範囲を設定できる。また、２つ以上の超音波反射エコーのそれぞれの反射波の時間差と反射面の高さの差から算出される炉水の超音波伝播距離差を用いて、計測時の温度での炉水の超音波の音速を求め、対象部位における振動状態の振幅を補正することで、高精度にその振動振幅を評価できる。

したがって、沸騰水型原子炉内機器の振動状態を超音波を用いて監視する際に、計測対象からの反射エコーを特定することが容易となる。

次に、図８を用いて、本発明の第２の実施形態による沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法に用いる反射板の形状について説明する。
図８は、本発明の第２の実施形態による沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法に用いる反射板の形状の説明図である。

図４に示した例では、凹型に超音波反射面を備えた反射板を用いていた。それに対して、本実施形態では、超音波反射板８０１に凸型に配置した２つの超音波反射面８０２，８０３を備えている。超音波反射面の機能は、第１の実施形態同様であり、２つの平行平面からの２つの超音波の反射波形を特定して、経時間的に計測することで、計測対象部位での振動を計測するとともに、超音波反射面８０２及び８０３の高さの差と２つの反射波の時間差からその時の炉水の音速を計測し、従来よりも高い精度で振動振幅を評価することができる。

本実施形態によっても、沸騰水型原子炉内機器の振動状態を超音波を用いて監視する際に、計測対象からの反射エコーを特定することが容易となる。

次に、図９を用いて、本発明の第３の実施形態による沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法に用いる反射板の形状について説明する。
図９は、本発明の第３の実施形態による沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法に用いる反射板の形状の説明図である。

図４及び図８の例では、２つの超音波反射面を備えた反射板を用いていたた。それに対して、本実施形態では、超音波反射板９０１に３つの超音波反射面９０２，９０３，９０４を備えている、超音波反射面の数は、２つに限定する必要はなく、２つ以上であれば、超音波反射面の高さの差との反射波の時間差からその時の炉水の音速を計測することができ、従来よりも高い精度で振動振幅を評価することができる。ここで示したように、超音波反射面が３つの場合には、それぞれの高さの差とそれぞれの反射面からの反射波の時間差を用いて、それぞれの炉水の音速を計測し、その平均値を取ることで音速の評価精度を向上することができる。但し、超音波反射面の数が多くなると、分割数に応じてそれぞれの反射波のエコー強度が低下するため、十分なエコー強度を保てる範囲内で超音波反射面の数を選定する必要がある。

次に、図１０を用いて、本発明の第４の実施形態による沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法に用いる反射板の形状について説明する。
図１０は、本発明の第４の実施形態による沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法に用いる反射板の形状の説明図である。

前述の各実施形態では、２つ以上の平行平面の超音波反射面を備えた反射板を用いていた。それに対して、本実施形態では、超音波反射板１００１を曲面による反射レンズ形状とした、２つの超音波反射面１００２，１００３を備えている。超音波反射面の機能はこれまでの例と同様であるが、反射レンズ形状とすることで各反射面からの反射エコーの拡散による強度低下を防止でき、反射エコー強度を高く保持でき高いＳＮ比（Signal to Noise比）で計測することができる点が特徴である。このレンズ形状の反射板の形状については、図７でも示したように超音波センサから発振される超音波の広がりを考慮して、焦点距離を設定すればよく、２つの反射面それぞれの焦点距離がほぼ同一となるように設定すればよい。またこの場合にも反射面の数に対応して、反射面の数だけ波形が得られ、超音波反射面１００２及び１００３の高さの差と２つの反射波の時間差からその時の炉水の音速を計測し、従来よりも高い精度で振動振幅を評価することができる。

次に、図１１を用いて、本発明の第５の実施形態による沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法に用いる反射板の形状について説明する。
図１１は、本発明の第５の実施形態による沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法に用いる反射板の形状の説明図である。

前述の各例では、２つ以上の超音波反射面を備えたジェットポンプとは別体の反射板を用いいた。それに対して、本実施形態では、超音波反射板を計測対象部位に取付けるのではなく、対象部位、例えばジェットポンプ１１０１の表面に、複数の反射面１１０２，１１０３から形成される超音波反射部１１０４を直接加工する。ジェットポンプの外径は円筒形状であるが、その下部の直径は２００ｍｍφ程度と大きく、容易に平面等の切削加工が可能である。ジェットポンプの上部は、下部に比べて直径が小さい。一方、ジェットポンプの各部は鋳造により成形されるため、予めほぼ平坦となるような部分を設けておき、その部分を切削加工して反射面を形成することができる。超音波反射部の形状は、図４，図８〜図１０に示した形状を加工すれば、同様の機能を備えることができることになる。これにより、沸騰水型原子炉運転中に反射板が脱落して計測できなくなることを防止することできるうえ、反射板を介することなく、計測対象そのものの振動状態を計測することができる。

１０１…ＢＷＲの圧力容器（ＲＰＶ）
１０９…ジェットポンプ
３０１…超音波反射板
３０２…超音波センサ
３０３…超音波送受信装置
３０４…同軸線
３０５…超音波信号処理部
３０６…超音波
３０７…原子炉格納容器（ＰＣＶ）
３０８…配線引き出しハッチ

Claims

沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法であって、
複数の超音波反射面が形成された超音波反射板を、前記沸騰水型原子炉内機器の振動計測対象部位に設け、
前記超音波反射板に向けて圧力容器の外面に設置した超音波センサより超音波を送信し、
前記複数の超音波反射面でそれぞれ生じた複数の反射波を前記超音波センサで受信し、
信号処理部により、前記反射波を連続して収録し、
信号処理部により、前記複数の超音波反射面の往復距離に対応した時間分だけ遅れて到達する前記複数の反射波のみを圧力容器の多重反射エコーや形状エコーと弁別して特定し、前記複数の反射波の時間移動量を連続して算出し、前記時間移動量から前記計測対象部位における振動状態を計測することを特徴とする沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法。
請求項１記載の沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法において、
前記複数の超音波反射面でそれぞれ生じた複数の反射波の時間差を算出し、
前記複数の反射波の時間差と前記複数の超音波反射面の高さの差を用いて、原子炉水中での超音波の音速を算出し、
前記原子炉水中での超音波の音速と前記複数の反射波の時間移動量を用いて、前記計測対象部位における振動状態の振幅を求めることを特徴とする沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法。
請求項１記載の沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法において、
前記複数の反射波が含まれるように反射波の収録時間の範囲を決定することを特徴とする沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法。
請求項１記載の沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法において、
前記複数の超音波反射面は、それぞれ、平面であることを特徴とする沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法。
請求項１記載の沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法において、
前記複数の超音波反射面は、それぞれ、曲面であることを特徴とする沸騰水型原子炉内機器の振動計測方法。