JP7071382B2 - 放射性環境において熱交換器の管板に管を機械加工するためのドリル装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１のおいて書きに記載の、放射性環境において、熱交換器の管板に管を機械加工するためのドリル装置に関する。

原子力発電所では、一定の間隔で、保全作業と、必要に応じて修理とが実施される。その際、原子力発電所には、放射線に曝露され、ある程度の時間が経過すると、自身が放射線を放出する領域が存在する。このような放射性環境においても、例えば蒸気発生器管又は熱交換器管において、保全作業及び修理は実施されるべきである。人間には、放射性環境は適しておらず、せいぜい短時間アクセスできる程度である。さらに、法律の規定が要請するところによると、人員及び物質の放射線曝露は、可能な限り少ないものでなくてはならず、決められた上限を超えてはならない。これらの領域では、遠隔操作可能な工作機械又は試験装置も用いられる。

管板に保持されている管の修理に関しては、特許文献１が示すように、穿孔機器をロボットのロボットアームに取り付け、穿孔機器をロボットアームと共に、放射性環境において機械加工されるべき箇所に移動させることが可能である。機械加工の際に、穿孔機器で用いられているドリルビット又はフライス盤が鈍くなるか、又は、破損することがあり得るので、工具を交換しなければならない。そのために、ロボットは、穿孔機器を熱交換器のマンホールに輸送する。マンホールにおいて、穿孔機器はロボットから分離され、係員は、当該穿孔機器を工具の交換のために受け取る。次に、穿孔機器は再びロボットにゆだねられ、ロボットは、工作機械を、機械加工されるべき箇所に戻す。

この方法の欠点は、工具の交換が比較的複雑であり、長い時間を要し、さらに、工具の交換を行う人員が、望ましくないことに、放射線に曝露されることにある。

米国特許第６２８２４６１号明細書

当該先行技術から出発して、本発明の課題は、工具の交換が容易になり、さらに、工具を交換する人員の放射線曝露が減少するようなドリル装置について記載することにある。

本課題は、冒頭に挙げた種類のドリル装置によって解決される。当該ドリル装置は、保持プレートが、第１の面において、少なくとも２つの保持フィンガーで、管内にクランプされ得ること、ロック解除機器を用いて、工具チャックを工具軸からロック解除し得ること、及び、ロック解除機器が、遠隔操作装置によって制御可能であることを特徴としている。

放射性環境において熱交換器の管板に管を機械加工するための、本発明に係るドリル装置は、少なくとも２つの保持フィンガーを用いて、機械加工されるべき熱交換器の管内にクランプ可能である。工具の交換に際して、ドリル装置は、有利には、管板に接したままであり得る。有利には、本発明に係るドリル装置では、ドリル装置が管板から分離していなくても、ドリルチャックが、遠隔操作によって工具軸からロック解除可能であることも保証されている。その際、例えばドリルチャックは、ドリルビット又はフライス盤等の工具と共に、把持工具によって把持され、ドリル装置から除去される。次に、ドリルチャックは、新しい工具と共に、遠隔操作可能な把持工具によって、再び工具軸に近づけられる。ロック解除機器は、ロック解除を終了させ、新しい工具チャックは、駆動軸と接続されている。従って、有利には、管板からのドリル装置の分離、ドリル装置のマンホールへの輸送、及び、ドリル装置を工具交換のために取り除く際の、それに伴う人員の放射線曝露が省かれる。さらに、工具交換が容易になり、これまでよりも迅速に行うことができる。その際、遠隔操作装置は、別個の機器として実現され得る。しかしまた、遠隔操作装置が、ドリル装置の制御部に統合されていることも、本発明の思想に含まれる。さらに、原子力発電所の蒸気発生器も、熱交換器と見なされる。

本発明の対象の有利な態様においては、第１の面にはスペーサ要素が配置されている。さらに、第１の面は、機械加工されるべき管板の方向を向いている。スペーサ要素によって、保持プレートが、正確に決定された地点において、機械加工されるべき管板と接触していることが保証される。このような方法で、保持プレートは、管板に対して平行に配置されている。

さらに、第１の面に、検出器、特にリミットスイッチが配置されており、それによって、保持プレートの管板に対する位置変化が認識できると有利である。ドリル装置の動作の間に、管板の機械加工に起因する振動によって、管板の管内における保持フィンガーの位置が変化することがあり得る。保持プレートは、場合によっては、もはや管板に接してしないので、機械加工工具は、比較的大きな摩耗にさらされるか、又は、材料の損傷が生じ得る。検出器は、保持プレートの変更した位置を検出するので、保持プレートが再び正しい位置に着くまで、機械加工が中断され得る。理想的には、検出器は、スペーサ要素と同じ長さを有するリミットスイッチであるので、スペーサ要素と管板との間のあらゆる間隔の変化は、切り替えプロセス、特に機械加工の停止をもたらす。

ドリル装置の特に有利な態様は、ロック解除機器が、ロック装置、動作要素、及び、動作装置を有していること、中空軸の第２の端面では、ロック装置が、少なくとも部分的に、中空軸内に配置され、中空軸と接続されていること、動作要素は、ロック装置を通って案内されていること、動作要素は、動作装置によって、ロック位置から、少なくとも一時的にロック解除位置に移動可能であること、及び、工具チャックは、ロック位置において、工具軸によって駆動されていることにおいて得られている。

このように構成されたロック解除機器を用いて、工具チャックに関する安定した、エラーを生じにくいロック解除が実現している。工具チャックとしては特に、フローティングホルダが考慮されており、フローティングチャックは、補償チャックとして、自身でセンタリングしながら作用しており、開口部の中心と駆動軸の軸位置との間における軸変位又はアキシャルオフセットも許容する。

本発明に係るドリル装置は、ロック装置がバネ要素を有しており、バネ要素の弾性力によって、動作要素がロック位置に保持されている場合、単純化される。このような方法で、補助エネルギーが欠如している場合でも、工具チャックが工具軸にロックされていることが保証されている。

本発明の対象のさらなる態様によると、ロック位置における動作要素によって、複数の球体が、工具チャックの溝内に保持されており、当該球体によって、工具チャックは、軸方向において固定されている。このような方法で、工具は、工具軸の軸方向において固定されているので、考慮せずにすむ程度の遊隙を有する、特に正確な作業が可能である。フィードを伴う、特に正確な作業も可能である。

ドリル装置のさらなる発展形態は、動作要素が、キャップを有する動作ピンであり、動作装置のロック解除要素が、ロック解除のために、キャップと協働するので、キャップが動作ピンと共に、工具軸の軸方向において移動する場合に得られる。ロック解除は、この発展形態を用いて、特に確実に可能である。

さらなる利点は、ロック解除要素が、動作ピンが挿入によって係合する中空シリンダとして構成されている場合に、且つ、動作ピンの寸法が、動作ピンと中空シリンダとがロック位置において接触しないようにロック解除要素に適合している場合に得ることができる。それによって、動作中の動作ピンの回転運動に起因する、動作ピン及び中空シリンダの摩耗が回避される。

有利なドリル装置は、制御装置が、第１の駆動部及び／又は第２の駆動部及び／又はフィード装置及び／又はロック解除機器に接続されていることも特徴としている。基本的に、全ての駆動部、フィード装置又はロック解除機器は、手動でも操作可能である。当該制御装置は、検出器が保持プレートの管板に対する位置が変化したという信号を発する場合に、自動でスイッチが切られるといった、特定の動作論理回路が制御部内に形成され得るという利点を有している。

さらなる有利な態様の可能性は、さらなる従属請求項から明らかである。

図面に示された実施例を基に、本発明、さらなる実施形態、及び、さらなる利点について、詳細に記載する。

フライス盤／ドリル装置の一例の側面図である。 当該フライス盤／ドリル装置の一部の断面図である。

図１は、熱交換器に管を機械加工するように構成されている例示的な穿孔機器１０を示している。原子力発電所における熱交換器としては、例えば蒸気発生器や多管式熱交換器が挙げられるが、蒸気発生器や多管式熱交換器では、一般的に、一の管束が少なくとも２つの管板に保持されている。例えばフライス盤やドリルビット等のような、シャフトの回転運動によって駆動される工具であれば、すべて穿孔機器１０として利用可能である。穿孔機器１０は、保持プレート１２を有しており、その第１の面には、複数のストッパ突起１４が配置されている。この場合には、第１の面は、熱交換器の管板すなわち機械加工されるべき管板に面しているが、当該機械加工されるべき管板は図示されていない。穿孔機器１０は、ストッパ突起１４が管板に接触するように当該管板に至るまで移動される。このような移動は、例えば、対応して設計されたロボットを利用することによって実現される。少なくとも２つのクランプ要素１６が、管板の対応する数量の管に導入され、管の内部でクランプされるので、穿孔機器１０は管板に接続される。クランプ要素１６のうち輸送位置における一のクランプ要素のみが図示されている。クランプ要素駆動部１８によって、駆動部に配設されたクランプ要素１６が、管板に向かって第１の面に対して垂直に移動可能とされる。このような移動を実現するために、保持プレート１２は、切り欠きを有しており、クランプ要素１６は、ストッパ突起１４が管板の管の内部に延在する程度に、当該切り欠きを通じて、必要に応じて具体的にはストッパ突起１４を越えて係合する。続いて、クランプ要素駆動部１８によって、クランプ要素１６の管の内部に位置する部分が拡径されるので、管の内部に配置されたクランプ要素１６が管壁に固定される。さらに、第１の面には、ストッパ突起１４と同じ長さを有する検出器１５が配置されている。何らかの理由で、例えばクランプ要素１６のうち一のクランプ要素が機械加工の際に発生する振動に起因して管の内部で滑動したために、管板に対する保持プレート１２の位置が変わった場合に、このような状態変化は検出器１５によって検出され、適切な信号が穿孔機器１０の制御部に伝送される。検出器１５は、リミットスイッチとして、特に堅牢な構成で具現化されている。

保持プレート１２の第２の面において、穿孔機器１０は、スピンドル２０を有しており、スピンドル２０は、当該図面では、スピンドルカバー２２によって覆い隠されている。スピンドル２０は、その一方の端部において、軸受を有しており、当該軸受は、第２の面に配置されている。スピンドル２０は、変速機２４を通って延在しており、変速機２４の保持プレート１２に背向する側では、スピンドル駆動部２６が、変速機２４のハウジングに接続されている。油圧式駆動部３０は、変速機２４の駆動軸を駆動し、その出力側において、片持ち変速機２８は、変速機２４に接続されている。片持ち変速機２８の駆動軸は、フローティングチャック３２を、駆動軸の保持プレート１２に面している面で受容し、且つ、駆動するように構成されている。フローティングチャック３２は、補償工具チャックであり、フライス盤等の機械加工工具との接続を保証し、同時に、工具に角度又は位置の誤りが生じた場合に、補償するように、及び／又は、自身がセンタリングを行うように作用する。駆動軸の他方の側には、ロック解除装置３４が配置されており、ロック解除装置３４は、スピンドル駆動部２６のハウジングに接続されており、駆動軸には、ロックマンドレル３８を有するロックユニット３６が螺入されている。ロックマンドレル３８は、ロック解除装置３４を通って延在し、その端部には、プルキャップ７２が設けられている。ロック解除装置３４は、フローティングチャック３２を片持ち変速機２８から取り除く必要がある場合に、ロックマンドレル３８を、保持プレート１２から離れる方向に動かし、それによってフローティングチャック３２のロックを解除するという課題を有している。フローティングチャック３２は、例えば把持工具ホルダとしてのロッドに取り付けることも可能である把持工具を用いて、片持ち変速機から取り除かれ、別の工具チャックが、別の工具と共に、再び片持ち変速機２８に挿入され得る。このような方法で、比較的迅速な工具交換が行われる。人員は、放射線に曝露されることはないか、又は、対応してより少ない量の放射線に曝露される。この場合、工具は、その都度、工具チャックと共に交換される。

図２は、穿孔機器１０の一部の断面図である。従って、すでに図１において導入された、技術的部材に関する参照符号が、図２に引き継がれている。変速機２４は、５つの歯車を有しているが、個別に図示されてはいない。中間の歯車と、変速機２４の変速機ケース４２とは、切り欠きを有しており、スピンドル２０は、当該切り欠きを通過している。スピンドルハウジング４４は、変速機ケース４２に取り付けられており、スピンドル駆動部２６の方向を向いた側では、ネジ式スピンドルとして構成されたスピンドル２０に、第１の歯車４８に接続されたスピンドルナット４６が、ネジで取り付けられる。第１の歯車４８は、スピンドル駆動部２６のシャフト上に配置され、スピンドル駆動部２６によって駆動されている第２の歯車５０によって駆動される。スピンドルナット４６は、ナットハウジング５２内に配置されており、変速機ケース４２に接続されている。スピンドル駆動部２６が作動し、スピンドルナット４６が当該方法で回転する場合、変速機２４は、その接続された全ての部分と共に、回転方向に従って、保持プレート１２上へ、又は、保持プレート１２から離れるように動かされる。スピンドル駆動部２６もまた、制御部によって制御可能である。このような方法で、フィードユニットが実現している。

油圧式駆動部３０は、変速機２４の駆動側５４に接続されている。片持ち変速機２８内には、出力歯車５６が配置されており、出力歯車５６は、変速機２４の出力側５８によって駆動されており、出力軸５７に成形されている。出力歯車５６は、中心に開口部を有しており、当該開口部は、保持プレート１２の方向を向いた端面において拡大され、六角穴形状の切り欠き６０を形成しており、他方の端面には、雌ネジを有している。この雌ネジには、ロックユニット６２が螺入しており、ロックユニット６２は、ロックスリーブ６４を有しており、ロックスリーブ６４内には、さらなる切り欠きが存在しており、当該切り欠き内にはそれぞれ球体が配置されている。ロックピン６８は、圧縮バネ７０によって、保持プレート１２の方向に押されており、ロックピン６８は、その際に球体６６を径方向外側に押し出すように構成されている。ロック解除装置３４は、その際、保持プレート１２に背向する側において、ロックスリーブ６４が接触されない程度に、片持ち変速機２８から離間している。ロックピン６８は、ロックピン６８が、ロック解除装置３４を通り、その自由端において、ネジ接続によってプルキャップ７２に接続されているように測定された長さを有している。ロック解除装置３４内には、プルピストン７４が配置されており、プルピストン７４によって、ロックピン６８は包囲されている。その際、プルピストン７４の内側開口部は、ロックピン６８の直径に合わせられているので、動作状態における両方の部材の接触は回避されている。当該動作状態は、穿孔機器１０の、油圧式駆動部３０が動作しており、それによって出力軸５７が駆動されている状態を意味している。

以下に、出力軸５７における工具チャックのロック又はロック解除について、詳細に説明する。図２は、工具チャックを有さない出力軸５７を示しており、その中心に位置する切り欠きに、異なる直径を有する第１の部分７６と第２の部分７８とを備えている。その際、部分７６と部分７８とは、高い同心性が得られ、その際に比較的小さい遊隙が得られている程度に、互いに離間している。六角穴形状の切り欠き６０を通じて、出力軸５７のトルクが、工具チャックと、従って工具とに伝達される。工具チャックが、出力軸５７にロックされている場合、球体６６は、ロックユニット６２によって、工具チャックのそのために調整された溝に押し込まれている。このような方法で、工具チャックは、出力軸５７に対して軸方向において固定されている。工具チャックのロック解除又は分離のために、出力軸５７の駆動は停止され、プルピストン７４は、バネ８０の弾性力に反して移動するので、プルピストン７４は、プルキャップ７２に接し、プルキャップ７２をロックピン６８と共に動かす。その際、プルピストン７４は、油圧式、空気圧式又は電気駆動部によって駆動される。その際、ロックピン６８は、球体６６が、ロックピン６４の対応する切り欠きに戻るまで動かされる。そのために、ロックピン６４の、球体６６に面している端部は、円錐形に構成されており、この構成は、勾配の異なる複数の円錐も有し得る。このような方法で、球体６６が切り欠きの内に、又は、切り欠きの外へ滑ることが、特に良好に保証されている。球体６６が、そのロックピン６４の切り欠き内に位置している場合、工具チャックはロックが解除されているか、又は、分離されており、出力軸５７から除去され得る。別の工具チャック、例えばフローティングチャックが、出力軸５７と接続されるべき場合、当該工具チャックは、出力軸５７内に差し込まれ、プルピストン７４の駆動は停止する。その際、バネ８０の弾性力は、プルピストン７４を再びその出発位置に押し戻す。このような方法で、ロックピン６８は、再び解除され、圧縮バネ７０の弾性力によって、再び保持プレート１２の方向に押される。その際、球体６６は、ロックピン７４の球形の端部によって、フローティングチャックの対応する溝に押し込まれるので、フローティングチャックは、今や出力軸５７にロックされている。

１０ 穿孔機器
１２ 保持プレート
１４ ストッパ突起
１５ 検出器
１６ クランプ要素
１８ クランプ要素駆動部
２０ スピンドル
２２ スピンドルカバー
２４ 変速機
２６ スピンドル駆動部
２８ 片持ち変速機
３０ 油圧式駆動部
３２ フローティングチャック
３４ ロック解除装置
３６ ロックユニット
３８ ロックマンドレル
４２ 変速機ケース
４４ スピンドルハウジング
４６ スピンドルナット
４８ 第１の歯車
５０ 第２の歯車
５２ ナットハウジング
５４ 駆動側
５６ 出力歯車
５７ 出力軸
５８ 出力側
６０ 六角穴形状の切り欠き
６２ ロックユニット
６４ ロックスリーブ
６６ 球体
６８ ロックピン
７０ 圧縮バネ
７２ プルキャップ
７４ プルピストン
７６ 第１の部分
７８ 第２の部分
８０ バネ

Claims (13)

1. 放射性環境において、熱交換器の管板に管を機械加工するためのドリル装置（１０）であって、保持プレート（１２）の第２の面には、工具軸（５７）を駆動する第１の駆動部（３０）が配置されており、工具チャックは、前記工具軸（５７）の第１の端面において、前記工具軸と解除可能に接続されており、変速機（２４）及び第２の駆動部（２６）によって、前記工具軸（５７）の前送りがもたらされているドリル装置において、
   前記保持プレート（１２）は、第１の面において、少なくとも２つの保持フィンガー（１６）で、管内にクランプ可能であること、ロック解除機器（３４、３６、３８）を用いて、前記工具チャックは、前記工具軸（５７）からロック解除可能であること、前記ロック解除機器（３４、３６、３８）は、遠隔操作装置によって制御可能であることを特徴とするドリル装置。
2. 前記第１の面には、スペーサ要素（１４）が配置されていることを特徴とする請求項１に記載のドリル装置。
3. 前記第１の面には、検出器（１５）、特にリミットスイッチが配置されており、前記検出器を用いて、管板に対する前記保持プレート（１２）の位置の変化を突き止めることができることを特徴とする請求項１又は２に記載のドリル装置。
4. ロック解除機器（３４、３６、３８）が、ロック解除装置（３４）と、動作要素（３８）と、動作装置（３６）とを有していること、前記工具軸（５７）の第２の端面では、ロック装置（３６）が、少なくとも部分的に、前記工具軸（５７）内に配置され、前記駆動軸と接続されていること、前記動作要素（３８）は、前記ロック解除装置（３４）を通って案内されていること、前記動作要素（３８）は、前記動作装置（３６）によって、ロック位置から、少なくとも一時的にロック解除位置に移動可能であること、及び、工具チャックは、ロック位置において、前記工具軸（５７）によって駆動されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のドリル装置。
5. 前記ロック装置（３６）が、バネ要素（７０）を有しており、前記バネ要素（７０）の弾性力によって、前記動作要素（３８）は、ロック位置に保持されていることを特徴とする請求項４に記載のドリル装置。
6. ロック位置における前記動作要素（３８）によって、複数の球体（６６）が、前記工具チャックの溝内に保持されていること、及び、前記球体（６６）によって、前記工具チャックは、軸方向において固定されていることを特徴とする請求項４又は５に記載のドリル装置。
7. 前記動作要素（３８）が、キャップ（７２）を有する動作ピン（６８）であること、前記動作装置（３４）のロック解除要素（７４）は、ロック解除のために、前記キャップ（７２）と協働するので、前記キャップ（７２）は、前記動作ピンと共に、前記工具軸（５７）の軸方向に動かされることを特徴とする請求項４～６のいずれか一項に記載のドリル装置。
8. 前記ロック解除要素（７４）が、中空シリンダとして構成されており、前記動作ピン（６８）は、前記ロック解除要素を通って延在していること、及び、前記動作ピン（６８）の寸法は、前記動作ピン（６８）と前記中空シリンダとが、ロック位置において接触しないように、前記ロック解除要素（７４）に合わせられていることを特徴とする請求項７に記載のドリル装置。
9. 前記動作装置（３６）が、さらなるバネ要素（８０）を有しており、前記バネ要素は、ロック解除シリンダ（７４）に作用するので、前記バネ要素の弾性力は、前記ロック解除シリンダ（７４）を、ロック位置に保持することを特徴とする請求項８に記載のドリル装置。
10. 前記工具軸（５７）が、中空軸として構成されていることを特徴とする請求項１～９のいずれか一項に記載のドリル装置。
11. 第１の駆動部（３０）と前記工具軸（５７）との間には、前記変速機（２４）が接続されていることを特徴とする請求項１～１０のいずれか一項に記載のドリル装置。
12. 前記第２の駆動部（２６）が、ネジ式スピンドル（２０）を有しており、前記ネジ式スピンドル上には、ナット（４６）が、前記ネジ式スピンドル（２０）に適応したネジを有する歯車（４８）と共に誘導されていること、及び、第２の駆動部（２６）によって、前記歯車（４８）が駆動されていることを特徴とする請求項１～１１のいずれか一項に記載のドリル装置。
13. 制御装置が、前記第１の駆動部（３０）及び／又は前記第２の駆動部（２６）及び／又は前記ロック解除機器（３４、３６、３８）に接続されていることを特徴とする請求項１～１２のいずれか一項に記載のドリル装置。

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