JP5976518B2 - 弁の開閉装置および弁の開閉方法 - Google Patents
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Description
本発明は、弁の開閉を遠隔の場所から行う弁開閉装置及び弁開閉方法に関する。
弁の開閉装置においては、交流電源等の主要操作源が失われた際に人力等の予備操作源により開閉できるように構成することが従来から行われている。例えば、特許文献１に記載されているアクチュエータでは、シャフト１７は通常は電気モータ２１により回転されるが、電気モータ２１が操作不能である場合、手動操作用のハンドホイール２０によって回転される（特許文献１の段落００２３、００２４、図２等）。
例えば、原子力発電所での事故発生時のように、放射線雰囲気が高い等のため手動操作用のハンドルが設置されている場所に人が立ち入れない場合がある。また、フレキシブルシャフト等を用いて手動操作を遠隔の場所から行えるようにしていても、入力の切替レバー等が弁の近傍にあり事故時に操作できない場合もある。そのため原子炉格納容器のベントなど、非常時に行うべき操作が行えないという問題があった。そこで、本発明は主要操作源が失われた際に弁の開閉を遠隔の安全な場所から行うことができる弁開閉装置及び弁開閉方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決する本発明は、弁を開閉するアクチュエータと、主要操作源により駆動されアクチュエータにトルクを入力する主要トルク入力手段と、主要操作源が失われた際に利用可能な予備操作源により駆動されフレキシブルシャフトを介してアクチュエータにトルクを入力する予備トルク入力手段とを備え、アクチュエータは、主要トルク入力手段と予備トルク入力手段との間で自動的に入力を切り替えるオートデクラッチ機構を備えることを特徴とする。
主要操作源が失われ主要トルク入力手段が作動しなくなった際に予備操作源で駆動される予備トルク入力手段を作動させると、トルクはフレキシブルシャフトを介してアクチュエータに伝達される。アクチュエータ内部に設けられたオートデクラッチ機構によりトルク入力が主要トルク入力手段から予備トルク入力手段に自動的に切り替えられる。そのため、主要操作源が失われた際に弁の開閉を遠隔の安全な場所から行うことができる。
以下、図面に示す実施例に基づいて本発明の一実施例である弁開閉装置を詳細に説明する。ここでは、弁開閉装置を原子力発電所の原子炉建屋の内外に設置する例を説明する。
図１は本発明の弁開閉装置１００の全体図である。弁開閉装置１００は、原子炉建屋内に設置されている弁本体１を開閉するアクチュエータ２、２本のフレキシブルシャフト４ａ、４ｂ、アクチュエータ２にトルクを入力するモーター６０、原子炉建屋壁１４を貫通する貫通シャフト１２、原子炉建屋外に設置される開度計１１、直流インパクトドライバ１５を備えている。
アクチュエータ２は、通常は交流電源（主要操作源の一例）により駆動されるモーター６０（主要トルク入力手段）からトルクを入力される。トルクはドライブスリーブ５１を介して弁本体１に伝達され弁の開閉を行う。また、アクチュエータ２のもう一つの入力端にはカップリング３、フレキシブルシャフト４ａ、減速機５、フレキシブルシャフト４ｂ、貫通シャフト１２を介して直流インパクトドライバ１５が接続されている。アクチュエータ２は、上記の二つのトルク入力手段を自動的に切り替えるオートデクラッチ機構を備えている。
フレキシブルシャフト４ａ、４ｂの接続部にはフレキシブルシャフト４ｂの回転を回転数を減少させてフレキシブルシャフト４ａに伝達する減速機５が設けられている。減速機５は、原子炉建屋の床等の強固な構造物に固定された減速機架台６にボルト止め等により固定されている。フレキシブルシャフト４ａ、４ｂは、サポート８により固定されている。サポート８は３ｍ程度の間隔で配置され、例えば、原子炉建屋の床にボルト止めされたクランプにより構成される。
図３に示すように、原子炉建屋壁１４には貫通孔１６が形成され、この貫通孔１６を貫通して外管１３が配置され、さらに外管１３を貫通して貫通シャフト１２が配置されている。貫通シャフト１２の両端は、それぞれ原子炉建屋壁１４にボルト等により固定された内側軸受部９のベアリング１９と外側軸受部１０のベアリング２０により軸受け支持されている。貫通孔１６の原子炉建屋外側の端部には塞止フタ１８が設けられ、貫通孔１６は原子炉建屋内の空気が原子炉建屋外に漏出しないグランド構造となっている。
貫通シャフト１２の原子炉建屋内の端部にはフレキシブルシャフト４ｂがコネクタ７を介して、原子炉建屋外の端部には開度計１１と直流電源（予備操作源の一例）で作動する直流インパクトドライバ１５（予備トルク入力手段の一例）がそれぞれ接続されている。
開度計１１は、フレキシブルシャフト４ｂの回転に基づいて弁本体１の開度を表示するもので、正確性は劣るが主要操作源が失われるような過酷事故の際には、弁本体１に併設された本来の開度計（図示せず）が作動しない、あるいは作動してもそれを見ることができる位置に人が立ち入れないことが想定されるため設けてある。そのため、開度計１１は、予備トルク入力手段の近傍に設けるようにする。
直流インパクトドライバ１５は、蓄電池を備え直流電流により作動する工具で、通常はボルトを締めるために用いられる。
予備操作源としては直流電源以外のものを用いることもできる。例えば、人力で回転させるハンドルやクランクを貫通シャフト１２に接続することもできる。また、ボンベに蓄えられた圧縮空気や圧縮窒素などの気体圧で作動するエアモーターを貫通シャフト１２に接続してもよい。圧縮窒素は、不活性ガスの使用が望まれる場合に好適である。
アクチュエータ２と原子炉建屋壁１４との中間に減速機架台６を設けることができない場合は、図２に示すように減速機５をアクチュエータ２とフレキシブルシャフト４ｃとの接続部に設けるようにしてもよい。弁本体１の上部とアクチュエータ２の下部との間に挟み込むように板状の減速機ベース６ａを設け、その上に高さ調整のためのスペーサプレート６ｂを介して減速機５を固定する。このようにすることによって、弁本体１、アクチュエータ２、カップリング３および減速機５は地震時に同調して振動するようになり、カップリング３に作用する地震力が減少する。図２に示す構成は、減速機５の位置とその固定方法、およびフレキシブルシャフトが１本となること以外は、図１に示したものと同様であるので図１と同じ符号を付して説明を省略する。
また、図１または図２の構成でバルブ本体１と直流インパクトドライバ１５との間に壁がない場合には、フレキシブルシャフト４ｂまたはフレキシブルシャフト４ｃと開度計１１とを直接接続すればよい。
図４と図５は、アクチュエータ２内部のオートデクラッチ機構を説明する図である。ウォームシャフト４３には、ウォームシャフトクラッチギア４１、トリッパピン４４、ウォームシャフトクラッチ４５、フォークリターンスプリング４６、クラッチピニオン４２、ウォーム４８が取り付けられている。フレキシブルシャフト４ａ、４ｂ（図２の構成では４ｃ）を介して直流インパクトドライバ１５からトルクを入力されるシャフト５０には、ギア４７が取り付けられている。
ウォームシャフトクラッチギア４１とクラッチピニオン４２はウォームシャフト４３に対して空転する構造となっている。一方、ウォームシャフトクラッチ４５は、ウォームシャフト４３とスプラインで嵌合しているため一体になって回転する。そのため、ウォームシャフトクラッチギア４１、クラッチピニオン４２はウォームシャフトクラッチ４５とかみ合うことによりウォームシャフト４３と一体となって回転する。また、クラッチフォーク３１が２本のフリッパ３２、３３でウォームシャフト４３をトリッパピン４４が取り付けられている位置で保持・開放するように取り付けられている。
オートデクラッチ機構は、弁本体１がモーター６０により開閉される通常時は次のように動作する。ウォームシャフトクラッチ４５とウォームシャフトクラッチギア４１とがかみ合っている。モーター６０からの回転は、モータピニオン６１、ウォームシャフトクラッチギア４１を介して、ウォームシャフトクラッチ４５、ウォームシャフト４３に伝達される。ウォームシャフト４３の回転は、ウォーム４８、これとかみ合うウォームギア（図示せず）を介してドライブスリーブ５１に伝達される。
オートデクラッチ機構は、主要操作源である交流電源が失われモーター６０が作動しなくなった際には、次のように動作する。直流インパクトドライバ１５の回転は、貫通シャフト１２、フレキシブルシャフト４ｂ、減速機５、フレキシブルシャフト４ａ（図２の構成では貫通シャフト１２、フレキシブルシャフト４ｃ、減速機５）を介してシャフト５０に伝達され、ギア４７が回転する。ギア４７に設けられたローラー４９がデクラッチフォーク３１のフリッパ３４を押す。フリッパ３４が押されることによりデクラッチフォーク３１が動作し、ウォームシャフトクラッチ４５を図４の矢印Ｂ方向に移動させる。ウォームシャフトクラッチ４５のウォームシャフトクラッチギア４１とのかみ合いがはずれ、クラッチピニオン４２とかみ合う。ウォームシャフトクラッチ４５、デクラッチフォーク３１は、トリッパ３２、３３によりこの状態を保持する（図５（ｂ））。シャフト５０の回転は、ギア４７、クラッチピニオン４２を介してウォームシャフトクラッチ４５、ウォームシャフト４３に伝達される。ウォームシャフト４３の回転は通常時と同様にドライブスリーブ５１に伝達される。
オートデクラッチ機構は、交流電源が回復し、モーター６０による操作へ復帰する際は次のように動作する。モーター６０が起動すると、モータピニオン６１の回転はウォームシャフトクラッチギア４１に伝達される。ウォームシャフトクラッチギア４１が回転すると、トリッパピン４４がトリッパ３２、３３の間隔を広げデクラッチフォーク３１の保持を解除する（図５（ａ））。デクラッチフォーク３１の保持が解除されるとウォームシャフトクラッチ４５はフォークリターンスプリング４６の作用により図４の矢印Ａの方向に移動する。ウォームシャフトクラッチ４５のクラッチピニオン４２とのかみ合いが外れ、ウォームシャフトクラッチギア４１とかみ合い、上述の通常時と同様にウォームシャフト４３の回転はドライブスリーブ５０に伝達される。
このようなオートデクラッチ機構の動作により、交流電源が失われてモーター６０が作動しなくなった際に、直流インパクトドライバ１５を作動させるだけで、切替レバー等を操作することなくトルクの入力手段を切り替えることができる。そのため、操作員は、弁本体１から遠隔の原子炉建屋外から安全に弁本体１の開閉を行うことができる。
図６は、フレキシブルシャフト４ａ、４ｂ、４ｃ（以下、これらの総称としてフレキシブルシャフト４という）の構造を説明する模式図である。フレキシブルシャフト４は、大別してシャフト本体７０と保護管８０とから成っている。シャフト本体７０は、トルクを伝達する部材で、中心の芯材７１のまわりに細径のピアノ線７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄが複数層に互いに反対方向に螺旋状に巻き付けてある。保護管８０は、シャフト本体７０に生じるねじれやうねりによる伝達トルクの低下や破断トルクの低下を防止するための管状の部材で、中心側から平板鋼材を螺旋状に巻き付けたライナー８１、螺旋管８２、鋼線を網状に織った鋼線ブレード８３、ニトリルゴム等の合成ゴムまたは合成樹脂からなる外側管８４の４層構造となっている。
このような構成により、フレキシブルシャフト４は、所定の曲げ半径以上であれば自由に曲げて配置することができ、かつ、高効率でトルクを伝達することができる。
１ 弁本体
２ アクチュエーター
３ カップリング
４ａ、４ｂ、４ｃ フレキシブルシャフト
５ 減速機
６ 減速機架台
６ａ 減速機ベース
６ｂ スペーサプレート
７ ジョイント
８ サポート
９ 内側軸受け部
１０ 外側軸受け部
１１ 開度計
１２ 貫通シャフト
１３ 外管
１４ 原子炉建屋壁
１５ 直流インパクトドライバ
１６ 貫通孔
１８ 塞止フタ
１９、２０ ベアリング
３１ クラッチフォーク
３２、３３ トリッパ
３４ フリッパ
４１ ウォームシャフトクラッチギア
４２ クラッチピニオン
４３ ウォームシャフト
４４ トリッパピン
４５ ウォームシャフトクラッチ
４６ フォークリターンスプリング
４７ ギア
４８ ウォーム
４９ ローラー
５０ シャフト
５１ ドライブスリーブ
６０ モーター
６１ モータピニオン
７０ シャフト本体
７１ 芯材
７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄ ピアノ線
８０ 保護管
８１ ライナー
８２ 螺旋管
８３ 鋼線ブレード
８４ 外側管
１００ 弁開閉装置
２ アクチュエーター
３ カップリング
４ａ、４ｂ、４ｃ フレキシブルシャフト
５ 減速機
６ 減速機架台
６ａ 減速機ベース
６ｂ スペーサプレート
７ ジョイント
８ サポート
９ 内側軸受け部
１０ 外側軸受け部
１１ 開度計
１２ 貫通シャフト
１３ 外管
１４ 原子炉建屋壁
１５ 直流インパクトドライバ
１６ 貫通孔
１８ 塞止フタ
１９、２０ ベアリング
３１ クラッチフォーク
３２、３３ トリッパ
３４ フリッパ
４１ ウォームシャフトクラッチギア
４２ クラッチピニオン
４３ ウォームシャフト
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４６ フォークリターンスプリング
４７ ギア
４８ ウォーム
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５０ シャフト
５１ ドライブスリーブ
６０ モーター
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８０ 保護管
８１ ライナー
８２ 螺旋管
８３ 鋼線ブレード
８４ 外側管
１００ 弁開閉装置
Claims (8)
- 弁を開閉するアクチュエータと、
主要操作源により駆動されアクチュエータにトルクを入力する主要トルク入力手段と、
主要操作源が失われた際に利用可能な予備操作源により駆動されフレキシブルシャフトを介してアクチュエータにトルクを入力する予備トルク入力手段とを備え、
アクチュエータは、主要トルク入力手段と予備トルク入力手段との間で自動的に入力を切り替えるオートデクラッチ機構を備えることを特徴とした弁開閉装置。 - 弁とアクチュエータとフレキシブルシャフトは建屋の内部に設置され、予備トルク入力手段は建屋の外部に設置され、フレキシブルシャフトと予備トルク入力手段とは建屋の壁を貫通する貫通シャフトにより接続され、貫通シャフトが配置される貫通孔は、建屋内部の空気を建屋外部に漏出させないグランド構造となっていることを特徴とする請求項１に記載の弁開閉装置。
- フレキシブルシャフトの中間に減速機を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の弁開閉装置。
- フレキシブルシャフトとアクチュエータとの接続部に減速機を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の弁開閉装置。
- 主要操作源は交流電源であり、予備操作源は直流電源であり、予備トルク入力手段はインパクトドライバであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の弁開閉装置。
- 主要操作源は交流電源であり、予備操作源は人力であり、予備トルク入力手段はハンドルまたはクランクであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の弁開閉装置。
- 主要操作源は交流電源であり、予備操作源は気体圧であり、予備トルク入力手段はエアモーターであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の弁開閉装置。
- 弁を開閉するアクチュエータへのトルクの入力を、主要操作源により駆動される主要トルク入力手段と、主要操作源が失われた際に利用可能な予備操作源により駆動されフレキシブルシャフトを介して行う予備トルク入力手段との間で、アクチュエータ内に設けられたオートデクラッチ機構により自動的に切り替えることを特徴とする弁開閉方法。
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-
2012
- 2012-12-14 JP JP2012272932A patent/JP5976518B2/ja active Active
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