JP6625401B2 - ナローギャップ検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、ナローギャップ検査装置であって、軸線方向に延在する検査すべき管、特に蒸気発生管と、中空円筒状のギャップによって半径方向に間隔を置いて管を包囲している外被部、特に外管とを備えた装置に関する。また本発明は、ナローギャップ検査装置の設置方法にも関する。

原子力技術の反応炉施設において蒸気発生器が用いられることは広く知られている。独特の実施形態として、複数の円筒状の蒸気発生器を、原子力反応炉を中心として星形に配置することが挙げられる。この場合、個々の蒸気発生器は全て、個々の要素において、中心に存在する蒸気発生管、いわゆる「ボイラスパイン」に懸架されており、この蒸気発生管が蒸気発生器の全重量を支持している。こうした蒸気発生管は、重量負荷が大きいため、約３０ｍｍから約３５ｍｍまでの壁厚さを有しており、管径は５００ｍｍ以上である。熱的理由から、こうした蒸気発生管は典型的には外管によって包囲されている。外管は蒸気発生管を約８ｍｍから約１５ｍｍまでのギャップ間隔で包囲しており、熱的保護機能を担当している。

最高度の安全性を保証するために、蒸気発生管、特にその溶接部を所定の時間間隔で検査し、それぞれの蒸気発生管での材料疲労又はその他の損傷の発生を確実に排除すべきである。こうした検査では、蒸気発生管が、外部から、相応の検査装置によって、好ましくはラスタ走査される。本発明における検査装置とは、考えうるあらゆる形式の測定センサ、例えば超音波センサその他であってよいし、又は、例えば蒸気発生管の外壁の所定の表面領域についてプローブを取り出す内部動作式の作業機械であってもよい。この種の検査装置のプロセスに対して、任意にアクセス可能な管を中心として取り付けられたレール状のリングの上を所定の半径で移動できるマニピュレータが公知である。

これに関連して、組み込まれた蒸気発生管へのアクセス性がこれを包囲している外管のせいで強く制限されることが欠点であると判明している。蒸気発生管と外管との間のギャップの大きさは例えば１０ｍｍ程度にすぎず、このため、外管によって包囲されている蒸気発生管を検査するための従来技術の使用は不可能である。また、検査の期間だけ外管を取り外すという措置は、発生するコストが大きくなるため、実際的ではない。

従来技術から出発して、本発明の課題は、ギャップがきわめて狭い場合にも、外被部もしくは外管によって包囲された組み込み型の検査すべき管、特に蒸気発生管上に、検査装置を簡単に位置決めできるナローギャップ検査装置を提供することである。また、本発明は、ナローギャップ検査装置の設置方法を提供することも課題とする。

この課題は、冒頭に言及した形式のナローギャップ検査装置によって解決される。本発明のナローギャップ検査装置は、外被部が軸線方向に延在する開放部を有しており、開放部が軸線方向に対する横断方向の開放角を有しており、開放部の半径方向上方に軸線方向移動の可能な支持装置が設けられており、支持装置がギャップ内に配置されて検査すべき管を中心として回転可能なリングを支持しており、リングが検査装置を備えており、検査装置がギャップでのそれぞれの支持装置の軸線方向移動及びギャップでのそれぞれのリングの回転により、蒸気発生管の上方に位置決め可能であることを特徴とする。

本発明の基本的着想は、中空円筒状のギャップ内に、相応の検査装置を支持したリングを配置することにある。検査装置の高さ及びリングの厚さは、これらがギャップの大きさ、例えば８ｍｍを超えず、リングの軸線方向長さが例えば２５０ｍｍとなるように選定される。軸線方向に延在する開放部に沿ってリングを軸線方向移動させるか又はリングを回転させることにより、検査装置を検査すべき蒸気発生管の上方でラスタ状に位置決めすることができる。開放部は必ずしも軸線方向長さの全体にわたっていなくてもよく、支持装置へのアクセス性が保証されるかぎりにおいて任意の開放角を有してよい。

検査装置のうち大きすぎてギャップに配置できない他の部品は全て、外被部又は外管に形成される開放部の半径方向上方に設けられる。この開放部は、例えば、長さ１．５ｍ、開放角９０°である。これは特に、リングとともに軸線方向移動の可能なリング用の支持装置に関連し、ギャップ内に存在するリングを回転させるために設けられる。外管に開放部を形成し、嵩張る部品の全てを開放部の半径方向上方に配置することにより、有利には、外管が存在する場合にも、支持装置によってギャップ内で検査装置を移動させることができる。

好ましくは、検査装置は、半径方向内側の管の外面を検査するために構成されるが、もちろん、当該検査装置によって半径方向外側の管の内面を検査することもできる。半径方向外側の外被部は、検査すべき管を包囲している熱的保護のための管である。また、こうした外被部は、検査すべき管の必ずしも全周を包囲しない壁状の部材であってもよい。重要なのは、検査すべき管が中空円筒状のギャップ又は中空室もしくはナローギャップによって完全に包囲されていて、本発明の検査装置が利用可能となることである。したがって本発明は、管を包囲する中空円筒状のギャップもしくはナローギャップによって多様な種類の管の検査に適しており、原子力技術施設においても種々の箇所で適用可能である。

本発明のナローギャップ検査装置の特に好ましい実施形態によれば、検査装置は、軸線方向でギャップ内に延在する平坦な接続要素を介してリングに接続され、これにより、検査装置は、開放部が延在していない軸線方向のギャップ領域においても位置決め可能である。こうしたブレードの利用は、有利には、接続要素乃至ブレードが存在しなければおおよそ開放部の軸線方向長さに制限されるはずのナローギャップ検査装置の軸線方向の到達距離を延長する。ブレード及び開放部の長さがそれぞれ１．５ｍである場合、このブレードをまずリングの一方側に取り付け、その後でリングの他方側に取り付ければ、全体で約４．５ｍの軸線方向の検査長さがカバーされる。ブレードの内部もしくは表面に、検査装置のタイプに応じて可変に構成可能な、検査装置に必要な接続線路が設けられる。したがって、検査装置及びブレードは、理想的には、例えば別のセンサが必要となった場合、他のユニットと交換可能な１つのユニットを形成する。

相応に、本発明のナローギャップ検査装置の別の実施形態では、平坦な接続要素のリング側の端部に、軸線方向に対する横断方向で開放部内へ導入されたフラットリボンケーブルが設けられ、このフラットリボンケーブルは、検査装置に対する接続線路を含む。平坦なケーブルを使用することにより、リングが回転運動する際にも線路のねじれが排除される。むしろ、フラットリボンケーブルは、回転運動の際に、ロールに巻き取られるのと同様の形態で、例えばリングの相応の周の凹部に巻き取られる。

本発明の別の態様では、平坦な接続要素の軸線方向長さは、開放部の軸線方向長さを超えず、平坦な接続要素は軸線方向に対する横断方向で開放部を通ってギャップ内へ導入可能である。これにより、外管によって包囲される蒸気発生管に対するナローギャップ検査装置の構造が有利に簡単化される。

本発明のナローギャップ検査装置の別の実施形態では、リングが円形に接続された複数のリングセグメントから成り、各リングセグメントの弧の大きさは、各リングセグメントを軸線方向に対する横断方向で開放部を通してギャップ内へ導入できるように選定される。複数のリングセグメント、例えば５個又は６個のリングセグメントを用いることにより、蒸気発生管を包囲するリングを部分ごとにギャップ内へ導入できる。各リングセグメントは例えば貴金属もしくはアルミニウムから形成され、ボルト接続もしくはヒンジ接続によって相互に堅固に接続可能であるか又は接続されている。

本発明のナローギャップ検査装置の好ましい実施形態によれば、支持装置は軸線方向移動のための駆動装置を含む。駆動装置は、例えば相応の歯付ロッドに作用の点で接続されたモータ及び駆動ローラ又は歯車を含む。このようにすれば自動検査が有利に簡単化される。

ナローギャップ検査装置の特に好ましい態様によれば、支持装置はリングを回転させるための駆動装置を含む。当該駆動装置は理想的には、同時にリング用のガイド装置を含むので、リングは支持装置に対して相対的に回転可能に支承される。リング用のガイド装置は、例えば、側方の断面エッジでリングを包囲している各スライド軸受である。これによりさらに、自動検査が有利に簡単化される。

ナローギャップ検査装置の別の実施形態によれば、リングは、その周に等間隔に配置されて少なくとも１つの列を形成する複数の係合孔を有する。当該係合孔の列により、リングを回転させるための駆動装置の回転運動をリングへ伝達できる。ここで、リングの周に設けられる係合孔の列は、支持装置に配置された相応の駆動装置の歯車に係合する歯付ロッドの機能を有する。また、係合孔に代えて、係合凹部も可能である。また、ゴム製ホイールを介した摩擦接着力による回転運動の伝達も可能である。

相応に、本発明のナローギャップ検査装置の別の態様によれば、少なくとも１つの軸線方向のガイドレールが外管に接続されて設けられ、このガイドレール上で支持装置がリングとともに移動可能である。この種のガイドレールは、外管に例えば一時的に溶接されるか又はねじ止めされる。この場合にも有利には歯付ロッドが使用される。なぜなら、駆動装置のスリップのおそれが排除され、歯付ロッドが支承するリングによって、支持装置の位置決めを高精度に行えるからである。理想的には、ガイドレールを備えた支持装置は、ガイドレールの少なくとも１つの端部が外被部に接続された、予成形されたユニットを形成する。この手段により実装が有利に簡単化される。

本発明の特に好ましい態様によれば、リングは少なくとも３６０°回転可能である。よって、蒸気発生管の周全体を問題なくラスタ走査できる。

本発明のナローギャップ検査装置の特に好ましい実施形態によれば、ナローギャップ検査装置はさらに、支持装置の軸線方向移動運動とリングの回転運動とを調整可能な制御装置を含む。制御装置は、例えば、検査装置とのインタラクションを可能にするモニタ出力装置及び操作パネルを備えた計算装置であってよい。

本発明の課題はさらに、ナローギャップ検査装置の設置方法によって解決される。ナローギャップ検査装置は、軸線方向に延在する検査すべき蒸気発生管と、中空円筒状のギャップによって半径方向に間隔を置いて管を包囲している外管とを備える。本発明の方法は、
・外管に、軸線方向に対する横断方向の開放角を有するように、軸線方向に延在する開放部を予め設けるステップと、
・ギャップに複数のリングセグメントを連続的に導入して円形に接続し、回転可能な１つのリングを形成するステップと、
・開放部に沿って延在するガイドレールを外管に接続するステップと、
・リングに対する、ガイドレール上で可動の支持装置を設け、この支持装置によってリングをギャップ内で開放部に沿って軸線方向移動可能及び回転可能にするステップと、
・検査装置をリングに接続するステップと
を含む。

設置される検査装置の利点は上述した通りである。検査の終了後、ナローギャップ検査装置は再び取り外され、外管の開放部は例えば予め取り外されていた管のカバー部分を溶接することによって再び閉鎖される。

さらに有利な実施形態は従属請求項に記載されている。

図示の例に即して、本発明のさらなる実施形態及び利点を詳細に説明する。

蒸気発生管を備えた原子炉の例を示す図である。 第１の蒸気発生器検査装置の例を示す図である。 第２の蒸気発生器検査装置の例を示す図である。 複数のセグメントから成るリングを示す図である。

図１には、例として、原子炉ボイラ１４内に配置された原子炉１６が示されている。原子炉ボイラ１４は複数の蒸気発生器１３によって星形に包囲されており、その中心に蒸気発生管１２もしくは「ボイラスパイン」が位置している。動作中に原子炉ボイラ１４から流出する加熱された冷却剤は連続的に蒸気発生器１３へ導入され、そこに配置されている熱交換器の冷却剤によって冷却されて、水蒸気が生じる。当該水蒸気はさらに電力の形成に利用される。続いて、冷却された冷却剤が再び原子炉ボイラ１４へ戻される。熱分離を改善するために、蒸気発生管１２はそれぞれ、約８ｍｍから約１５ｍｍの狭いギャップ幅を置いて配置された絶縁管によって包囲されている。

図２には、例として、第１の蒸気発生器検査装置２０が断面図で示されている。仮想の中心軸線４４に沿って蒸気発生管２２が延在しており、この蒸気発生管は５００ｍｍの内径と３０ｍｍから３５ｍｍの壁厚さとを有する。蒸気発生管２２は熱分離のために設けられた外管２４によって包囲されている。蒸気発生管２２の半径方向外側の面と外管２４の半径方向内側の面との間には、厚さ約１２ｍｍの中空円筒状のギャップ２８が延在しており、このギャップ内に自由に回転可能なリング２６が配置されている。

リング２６は約８ｍｍの厚さと例えば３００ｍｍの軸線方向長さとを有しており、複数の条片状のセグメントから成っている。リング２６はその上方領域で検査装置３０に接続されており、この検査装置３０はリング２６とともにギャップ２８内で回転可能である。また、検査装置３０は１０ｍｍの半径方向厚さを有する。検査装置３０はこの場合は超音波センサを備えているが、管の検査を実行する形態に応じて、他の適切な検査装置、例えばカメラ又は管の材料の測定を記録するツールなども使用できる。

外管２４は、検査を行う目的で設けられた開放部３２を有し、この開放部は、軸線方向長さと開放角４６とによって特徴づけられている。開放部３２の半径方向上方には軸線方向移動の可能な支持装置３４が存在しており、この支持装置３４はリング２６用の回転軸受を有し、リング２６を正確にギャップ２８内で支持している。駆動装置３８は、少なくとも３６０°の範囲内の任意のあらゆる角度位置でリング２６を回転させるために設けられている。この場合、リング２６は、その周に、それぞれの歯車を駆動装置３８に係合させるための複数の孔から成る図示されていない列を２つ有している。

支持装置３４は、側方で、歯付ロッド状に切り欠かれた軸線方向のガイドレール４０，４２上に配置されており、これらのガイドレール４０，４２上でリング２６とともに軸線方向移動を行うことができる。このために、それぞれ歯車を介してガイドレール４０，４２に作用の点で結合された駆動装置３６が設けられている。

図３には、例として、第２の蒸気発生器検査装置５０の上面図が示されている。仮想の中心軸線７６を中心として蒸気発生管５２が延在しており、この蒸気発生管５２は（本来は図の観察方向からは可視でないが）破線によって示されている。半径方向外側には中空円筒状のギャップ５６と外管５４とが続いている。外管は、約１．８ｍの軸線領域において、約６０°の開放角を有する開放部５８を有している。リングセグメントの数に応じて、これとは異なる開放角も有意であると判明している。

開放部５８に対して平行に、両側に、開放部５８と同様に検査の実行のために一時的にのみ設けられる軸線方向のガイドレール６０，６２が配置されている。ガイドレール６０，６２には、軸線方向移動６８が可能な支持装置６４が設けられており、この支持装置６４がギャップ５６内に配置されたリング６６を支持している。リング６６は図示されていない駆動装置によって回転運動７０を行うことができる。

検査装置７４は、同様にギャップ５６内に配置された棒状の平坦な接続要素７２を介して、リング６６から間隔を置いてこれに接続されている。したがって、検査装置７４は、リング６６もしくはこれを支承する支持装置６４の相応の軸線方向移動６８によって、ギャップのうち開放部５８が延在していないギャップ領域へ移動する。

図４には、概略的な上面図として、セグメント化されたリング８０が示されている。リング８０は、仮想の中心軸線８８を中心として円形に相互接続された複数のリングセグメント８２，８４から成っている。この場合、リングセグメント８２，８４の数は６個であるので、各リングセグメントの弧の大きさは６０°である。図示されていない外管の開放部の開放角８６は破線によって示されており、７５°である。したがって、開放部を通して個々のリングセグメント８２，８４を図示されていないギャップへ導入し、これらを相互に接続して容易に１つのリング８０を形成できる。

１０ 蒸気発生管を備えた原子炉（例）、 １２ 外管によって包囲された蒸気発生管、 １３ 蒸気発生器、 １４ 原子炉ボイラ、 １６ 原子炉、 １８ 保護壁、 ２０ 第１の蒸気発生器検査装置（例）、 ２２，５２ 蒸気発生管、 ２４，５４ 外管、 ２６，６６ 回転可能なリング、 ２８，５６ 中空円筒状のギャップ、 ３０，７４ 検査装置、 ３２，５８ 外管の開放部、 ３４，６４ 支持装置、 ３６ 軸線方向移動のための駆動装置、 ３８ 回転のための駆動装置、 ４０，６０ 第１の軸線方向ガイドレール、 ４２，６２ 第２の軸線方向ガイドレール、 ４４，７６，８８ 中心軸線、 ４６，８６ 開放角、 ５０ 第２の蒸気発生器検査装置（例）、 ６８ 軸線方向移動の方向、 ７０ 回転方向、 ７２ 平坦な接続要素、 ８０ 複数のセグメントから成るリング、 ８２ 第１のリングセグメント、 ８４ 第２のリングセグメント

Claims (13)

1. ナローギャップ検査装置（２０，５０）であって、
   軸線方向（４４，７６，８８）に延在する検査すべき管（２２，５２）と、中空円筒状のギャップ（２８，５６）によって半径方向に間隔を置いて前記管を包囲している外被部（２４，５４）とを備えた装置において、
   前記外被部は、前記軸線方向（４４，７６，８８）に延在する開放部（３２，５８）を有しており、該開放部は、前記軸線方向（４４，７６，８８）に対する横断方向の開放角（４６，８６）を有しており、
   前記開放部（３２，５８）の半径方向外側に、前記軸線方向（４４，７６，８８）で移動可能（６８）な支持装置（３４，６４）が設けられており、該支持装置（３４，６４）は、前記ギャップ（２８，５６）内に配置されて前記管を中心として回転可能（７０）なリング（２６，８０）を支持しており、該リングは検査装置（３０，７４）を備えており、該検査装置（３０，７４）は、前記ギャップ（２８，５６）内において前記支持装置（３４，６４）を前記軸線方向で移動させることにより、及び、前記ギャップ（２８，５６）内において前記リング（２６，８０）を回転させることにより、前記管の外側で位置決め可能であり、
   少なくとも１つの軸線方向のガイドレール（４０，４２，６０，６２）が前記外被部に接続されて設けられており、前記ガイドレール上で前記支持装置（３４，６４）が前記リング（２６，８０）とともに移動可能である、
   ことを特徴とするナローギャップ検査装置。
2. 前記検査装置（３０，７４）は、前記軸線方向（４４，７６，８８）で前記ギャップ（２８，５６）内に延在する平坦な接続要素（７２）を介して前記リング（２６，８０）に接続されており、これにより、前記検査装置（３０，７４）は、前記開放部（３２，５８）が延在していない前記軸線方向のギャップ領域においても位置決め可能である、
   請求項１記載のナローギャップ検査装置。
3. 前記平坦な接続要素（７２）のリング側の端部には、前記軸線方向（４４，７６，８８）に対する横断方向で前記開放部（３２，５８）内へ導入されたフラットリボンケーブルが設けられており、該フラットリボンケーブルは、前記検査装置（３０，７４）に対する接続線路を含む、
   請求項２記載のナローギャップ検査装置。
4. 前記平坦な接続要素（７２）の前記軸線方向（４４，７６，８８）長さは、前記開放部（３２，５８）の軸線方向長さを超えず、前記平坦な接続要素は前記軸線方向に対する横断方向で前記開放部（３２，５８）を通って前記ギャップ（２８，５６）内へ導入可能である、
   請求項２又は３記載のナローギャップ検査装置。
5. 前記リング（２６，８０）は、円形に接続された複数のリングセグメント（８２，８４）から成っており、各リングセグメント（８２，８４）の弧の大きさは、各リングセグメントが前記軸線方向（４４，７６，８８）に対する横断方向に配向されて前記開放部（３２，５８）を通って前記ギャップ（２８，５６）内へ導入可能なように選定されている、
   請求項１から４までのいずれか１項記載のナローギャップ検査装置。
6. 前記支持装置（３４，６４）は軸線方向移動のための駆動装置（３６）を含む、
   請求項１から５までのいずれか１項記載のナローギャップ検査装置。
7. 前記支持装置（３４，６４）は前記リング（２６，８０）を回転させるための駆動装置（３８）を含む、
   請求項１から６までのいずれか１項記載のナローギャップ検査装置。
8. 前記リング（２６，８０）は、該リングの周に等間隔に配置されて少なくとも１つの列を形成する複数の係合孔を有しており、
   該係合孔の列によって、前記リング（２６，８０）を回転させるための前記駆動装置（３８）の回転運動を前記リングへ伝達可能である、
   請求項７記載のナローギャップ検査装置。
9. 前記リング（２６，８０）は少なくとも３６０°回転可能である、
   請求項１から８までのいずれか１項記載のナローギャップ検査装置。
10. 前記ナローギャップ検査装置はさらに、前記支持装置（３４，６４）の軸線方向移動運動（６８）と前記リング（２６，８０）の回転運動（７０）とを調整可能な制御装置を含む、
    請求項１から９までのいずれか１項記載のナローギャップ検査装置。
11. 前記管は蒸気発生管（２２，５２）であり、前記外被部は外管（２４，５４）である、
    請求項１から１０までのいずれか１項記載のナローギャップ検査装置。
12. ナローギャップ検査装置（２０，５０）の設置方法であって、
    前記ナローギャップ検査装置（２０，５０）は、軸線方向（４４，７６，８８）に延在する検査すべき管（２２，５２）と、中空円筒状のギャップ（２８，５６）によって半径方向に間隔を置いて前記管を包囲している外被部（２４，５４）とを備えており、
    前記外被部（２４，５４）には、前記軸線方向（４４，７６，８８）に延在する開放部（３２，５８）が設けられており、前記開放部（３２，５８）は、前記軸線方向（４４，７６，８８）に対する横断方向の開放角（４６，８６）を有しており、
    前記方法は、
    ・前記ギャップ（２８，５６）内に複数のリングセグメント（８２，８４）を連続的に導入して円形に接続し、回転可能な１つ（７０）のリング（２６，８０）を形成するステップと、
    ・前記開放部（３２，５８）に沿って延在するガイドレール（４０，４２，６０，６２）を前記外管（２４，５４）に接続するステップと、
    ・前記リング（２６，８０）に対する、前記ガイドレール（４０，４２，６０，６２）上で可動の支持装置（３４，６４）を設け、前記支持装置によって前記リングを前記ギャップ（２８，５６）内で前記開放部（３２，５８）に沿って軸線方向移動（６８）可能及び回転（７０）可能にするステップと、
    ・検査装置（３０，７４）を前記リング（２６，８０）に接続するステップと
    を含む、
    ことを特徴とする方法。
13. 前記管は蒸気発生管（２２，５２）であり、前記外被部は外管（２４，５４）である、
    請求項１２記載の方法。

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