JPH11230732A - 炉内構造物の距離測定方法およびその距離測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】シュラウドと、シュラウドの外側に設けられた
計測配管との距離（寸法）を精度よく測定すること。 【解決手段】原子炉圧力容器内に設けられたシュラウド
４の外面４ｂと計測配管５の表面との距離（寸法）を測
定するにあたり、シュラウド４の内面４ａに超音波探傷
試験装置のＵＴ探触子12を取付ける。ＵＴ探触子12によ
りシュラウド４の内面４ａから超音波13を照射してシュ
ラウド４を通過した超音波13が計測配管５に当り、計測
配管５の表面で反射した超音波をシュラウド４内で受け
る。これによりシュラウド４と計測配管５との距離（寸
法）を精度よく測定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は沸騰水型原子炉の原
子炉圧力容器内に炉内構造物として設置されているシュ
ラウドと炉内計測配管との距離、つまり寸法を測定する
ための炉内構造物の距離測定方法およびその測定装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】沸騰水型原子炉では図７に示したように
原子炉圧力容器１内に炉心支持板２と上部格子板３を保
持し燃料集合体（図示せず）全体を包んで炉心を形成す
る大径筒状シュラウド４が設置されている。炉心支持板
２は制御棒案内管（図示せず）と燃料支持金具（図示せ
ず）を介して燃料集合体を保持する。

【０００３】シュラウド４の外側には計測配管５とジェ
ットポンプ６が設置されている。計測配管５はエルボ５
ａを介して外部計測管５ｂと接続し、外部計測配管５ｂ
は図示していないが、オペレーションフロア上に設置し
た測定器に接続している。

【０００４】シュラウド４は原子炉圧力容器１内の底部
に突設したシュラウドサポート７上に載置固定されてい
る。原子炉圧力容器１の底面には多数本の制御棒駆動機
構（以下、ＣＲＤと記す）ハウジング８が貫通して設け
られている。

【０００５】なお、図７では原子炉圧力容器の上端を閉
塞する上蓋を取外して水９を張った状態で示している。
図７中、符号10は後述する本発明の実施の形態での超音
波探傷試験装置（以下、ＵＴ装置と記す）11を取付ける
ための操作ポールを示している。この操作ポール10の上
端部は上部格子板３を貫通している。

【０００６】ところで、長年使用した原子炉において
は、原子炉圧力容器１内のシュラウド４は予防保全のた
め、新しいシュラウドと交換するが、このシュラウド交
換時に使用済みシュラウド４を取外して、新しいシュラ
ウドを吊り込み、シュラウドサポート７上に載置固定す
るためシュラウドサポート７とシュラウド４の下端部と
を溶接する。

【０００７】この溶接作業にあたり、シュラウド４と計
測配管５との隙間に溶接機を移動しなければならない。
前記隙間は 100mm以下と狭いので、この隙間の寸法、つ
まりシュラウド４の外面と計測配管５の距離を正確に測
定しなければならないが、従来、前記距離を測定する場
合にはシュラウド４の外側で計測治具、例えばスケール
により測定している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述したようにシュラ
ウド４と計測配管５との隙間は狭いので、この寸法を精
度よく実測しておかなければ、溶接機が計測配管５に接
触する恐れがある。前記隙間をシュラウド４の外側から
機械的に測定することが考えられるが、炉上部から測定
装置を吊り降ろしてもシュラウド４の上部は広がってい
る。

【０００９】したがって、その該当個所への測定装置の
アクセスが困難なことおよびジェットポンプ６がシュラ
ウド４の外周に林立して設けられていることもあり、前
記該当個所への測定装置のアクセスを更に困難にしてい
る。このような理由から、シュラウドの外側からシュラ
ウドの外面と計測配管の距離寸法を測定することは難し
く、かつ誤差を生じる課題がある。

【００１０】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、シュラウドの内部を利用してシュラウドと、
その外側に取付けられた計測配管の距離寸法を精度よく
確実に計測することができる炉内構造物の距離測定方法
およびその測定装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、原子
炉圧力容器内に設置したシュラウドの内面に超音波を照
射し、前記シュラウド内部を通過した超音波の一部が前
記シュラウド外側の水を通過し、前記シュラウドの外側
に設置した計測配管に到達し、前記計測配管表面で反射
して再度前記水を通過し、前記シュラウド外側から前記
シュラウド内部を通過し前記シュラウド内面に到達した
超音波信号を検出することにより前記シュラウド外側と
前記計測配管の距離を測定することを特徴とする。

【００１２】請求項１の発明においては、予めシュラウ
ド材料を通過する超音波の音速と、水を通過する超音波
の音速を求めておき、音速と進行時間から距離を測定す
ることができる。

【００１３】請求項２の発明は、前記距離を測定するに
あたり、予め前記原子炉圧力容器内の距離測定個所に単
数または複数の校正用試験片を吊り降ろし、前記計測配
管と同等温度で超音波測定することを特徴とする。

【００１４】請求項２の発明によれば、水温による誤差
を最小限にすることができる。すなわち、水の音速およ
びシュラウド材の音速は温度の変化に影響するので、当
該測定部近傍にシュラウドと同等な材料を保持し、当該
各材料の温度と同じ温度にするか、温度計等により温度
を測り、温度校正をする。

【００１５】請求項３の発明は、原子炉圧力容器内に設
置した上部格子板の貫通孔を通過しＣＲＤハウジングま
での長さを有する操作ポールと、この操作ポールの中間
部に設けた超音波探傷試験装置と、この超音波探傷試験
装置にシリンダを介して進退自在に取付けた超音波探傷
試験用探触子とを具備し、前記超音波探傷試験装置は前
記シリンダを駆動する前記後退用モータと、この前進後
退用モータに接続した上部ラックと、前記シリンダの角
度を変える探触子チルトモータおよびリンク機構と、前
記シリンダの上下動作を行う昇降用モータおよび昇降ガ
イドとからなることを特徴とする。

【００１６】請求項３の発明によれば、上部格子板の貫
通孔から操作ポールによりＵＴ装置を吊り降ろし、シュ
ラウド内面にＵＴ探触子から超音波を照射し、シュラウ
ド肉厚を通過した超音波がシュラウドの外面に設置した
計測配管に当り、その計測配管表面で反射した超音波を
シュラウド内で受けることで、シュラウドと計測配管の
距離（寸法）を測定することができる。計測配管までの
距離がシュラウド外面に林立する計測配管に邪魔される
ことなく、例えば0.5mm までの誤差範囲内で精度よく測
定できる。

【００１７】請求項４の発明は、前記操作ポールの下端
部を挿入し前記ＣＲＤハウジングの上端部に載置固定し
てなることを特徴とする。請求項４の発明によれば、Ｃ
ＲＤハウジングでＵＴ装置の重量を支えることができる
ため、他の支持装置を必要とすることなく、ＵＴ装置の
上部の振れを少なくして、回転精度を良好に保つことが
でき、精度よく距離を測定することができる。

【００１８】また、水温による誤差を最小限にするため
に、校正用試験片を原子炉圧力容器内の測定個所に予め
吊り降ろしておき、測定する部分のシュラウド材料と同
等温度で超音波を測定でき、この場合には数段階の距離
を有する校正用試験片を使用できる。

【００１９】さらに、ＵＴ探触子を超音波の進行方向を
遠隔または手動で、上下，左右，仰角方向に調整するこ
とができる。ＵＴ探触子は複数個角度を持たせて配置す
ることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１から図４および図７により本
発明に係る炉内構造物の距離測定方法の実施の形態を説
明する。図１において、符号４は図７に示したシュラウ
ド４を部分的に示したもので、このシュラウド４の表面
４ａにＵＴ装置11のＵＴ探触子12を取付けている。そこ
で、シュラウド４の内面（表面）４ａから超音波13を入
射すると、シュラウド４の外面（裏面）４ｂで反射し、
図２（ａ）に示すように反射波Ｂ１がＣＲＴ（ブラウン
管）上に表示される。

【００２１】また、超音波13の一部はシュラウド４の表
面４ａで反射し、再度シュラウド４を通過し、シュラウ
ド４の裏面４ｂに到達し、裏面４ｂで反射するものもあ
り、図２（ａ）で示すように反射波Ｂ２が表示される。

【００２２】このようにしてシュラウド４の両面で多重
反射を繰り返していくと、図２（ａ）に示すようにＢ１
からＢ９のような波形になる。このうち、超音波13の一
部がシュラウド４から透過し、図３に示すように水中14
を伝搬して計測配管５に到達し、計測配管５の表面で反
射した超音波がＵＴ探触子12に戻ってくる。図２（ｂ）
にその反射波のエネルギー分布を時間との関係で示す。

【００２３】図３に示すようにシュラウド４と計測配管
５の間に傾斜がある場合にはＵＴ探触子12から入った超
音波の多重反射波（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３…）が図２（ａ）
に示したよりも低くなり、図２（ｂ）のようになる。

【００２４】図３に示すように計測配管５に超音波13を
垂直に当てると、図２（ｂ）に示すように計測配管５か
ら反射してきた超音波Ｓが図２（ｂ）に示すように表示
され、この横軸（時間）の位置と各材料（シュラウドの
ステンレス鋼，水）の音速からシュラウド４と計測配管
５の間の距離が計算できる。

【００２５】なお、各材料は温度の変化により音速が異
なっているので、精度のよい測定を行うには図４に示す
ように校正用試験片15と模擬計測配管16との組立体を製
作し、この組立体を実際に試験する計測場所近傍で温度
が安定してから校正する方がよい。図４は校正用試験片
と模擬計測配管との組立体を示したもので、図４中符号
16は模擬計測配管，17は試験片取付板，18は試験片移動
軸，19は試験片移動モータ，20は連結歯車，21は基枠，
22は模擬エルボ，23は模擬板である。

【００２６】校正用試験片15は模擬計測配管16に指定の
傾斜を持って対峙させ、できれば模擬配管16の角度を変
えられる構造および高さを変えられるようにした方がよ
いが、構造が複雑化するので、実機を考慮してできるだ
け単純な組立体構造とすることが望ましい。

【００２７】また、校正用試験片15は厚さを変えた物を
用意し、実際の測定物に近い肉厚の物を使う方が精度が
よい。実際には原子炉圧力容器内のエルボ（図７中、符
号５ａを付す）とシュラウド４との距離を測定すること
が望ましいが、エルボ５ａの表面は鍛造または鋳造品で
あり、肌が粗いので、超音波が反射し難い。

【００２８】反射し難い場合には計測配管５の表面で測
定し、エル５ａボの肉厚を考慮して推定する。エルボ５
ａは図７に示したように一端に計測配管５を接続すると
ともに他端に原子炉圧力容器１内で外部計測配管５ａを
接続するものである。

【００２９】図３ではシュラウド４と計測配管５が傾斜
して示しているが、シュラウド４と計測配管５の傾きが
なく、かつシュラウド４の肉厚で反射する多重反射が高
く計測配管５からの反射波が多重反射波に隠れてしまう
場合には、ＵＴ探触子12を複数個使用したり、焦点を結
ぶ型のＵＴ探触子を使用する。なお、図２（ａ），
（ｂ）は横軸に時間，縦軸に超音波のエネルギーを示し
ている。

【００３０】本実施の形態によれば、原子炉圧力容器内
のシュラウド外面と計測配管の間の距離（寸法）をシュ
ラウドの内面から超音波を照射してシュラウド外面と計
測配管の間に水が存在する状態で精度よく測定すること
ができる。

【００３１】また、水の音速およびシュラウド材の音速
は温度の変化により影響するので、測定個所にシュラウ
ド材と同等な材料を設け、その部分の各材料の温度と同
じ温度にするか、または温度計等により温度を測定して
温度校正をする。これにより、精度よく距離を測定する
ことができる。

【００３２】つぎに、図５，図６（ａ）〜（ｃ）および
図７により本発明に係る炉内構造物の測定装置の実施の
形態を説明する。図５は図７におけるシュラウド４の外
側に設けた計測配管５の部分を拡大して示しており、図
６（ａ）は図５におけるＡ部でシュラウド４の内側に設
けたＵＴ装置11と、そのＵＴ探触子12が接触している状
態を上面から見た平面図で、図６（ｂ）は図６（ａ）の
Ａ−Ａ矢視方向から見た立面図で、図６（ｃ）は図６
（ａ）のＢ−Ｂ矢視方向から見た立面図であり、図７は
上部格子板３を通過させて本実施の形態に係る炉内構造
物の測定装置を取付けた状態を示している。

【００３３】本実施の形態に係る炉内構造物の測定装置
は計測配管５に超音波を照射して計測配管５またはエル
ボ５ａから反射してくる超音波を検出することで、シュ
ラウド４の外側表面と計測配管５またはエルボ５ａ表面
までの距離を測定するものである。

【００３４】すなわち、上部格子板３の貫通孔を通過
し、ＣＲＤハウジング８までの長さを有する操作ポール
10と、この操作ポール10の中間部に設けたＵＴ装置11と
を主体としている。

【００３５】ＵＴ装置11は上下の検出機構と、起点とな
る検出部起点と、ＵＴ探触子と、ＵＴ探触子走査機構
と、点検装置のコントローラと、超音波探傷器とから構
成されている。

【００３６】ＵＴ探触子12は探触子押付用シリンダ24に
取付けられており、そのシリンダ24の出入りでシュラウ
ド４内所定の位置に接触し固定される。探触子押付用シ
リンダ24部は前進後退用モータ25の回転で上部のラック
26を移動させるので、図６（ｂ）に示す左上から右下方
向に探触子押付用シリンダ24等を移動できる。

【００３７】また、探触子押付用シリンダ24部の角度を
変えるには探触子チルト用モータ27およびリンク機構28
等により動作する。上下の動きは昇降モータ29で昇降ガ
イド30に沿って探触子押付用シリンダ24部等が移動す
る。

【００３８】移動部は操作ポール10に取付けた機構部保
護カバー31で保護され、本装置の据付、取外し時の機構
部の損傷を防止している。ＵＴ探触子12の向きを変化さ
せるため、探触子押付用シリンダ24とＵＴ探触子12との
間に位置調整用のジグやスプリング等の緩衝材を設け
る。

【００３９】本実施の形態によれば、前述した作用効果
と相俟って、ＵＴ装置の重量をＣＲＤハウジングに負荷
することができるので、ＵＴ装置を支持する操作ポール
以外の支持部材を設ける必要がない。なお、ＣＲＤハウ
ジングの代りに炉心支持板または上部格子板にＵＴ装置
の重量を負荷することもできる。

【００４０】

【発明の効果】(1) シュラウド外面と計測配管の間の距
離（寸法）をシュラウドの内面から超音波を利用して原
子炉内のシュラウド外面と計測配管の間（シュラウド内
面にも水がある）に水がある状態で精度よく測定するこ
とができる。

【００４１】(2) 校正用試験片を原子炉圧力容器内の距
離測定部に予め吊り降ろしておき、前記計測配管材料と
同等温度で超音波測定することで水温による誤差を最小
限に抑えることができる。

【００４２】また、数段階の距離を有する校正用試験片
を利用することで段階毎の距離を広げることができ、Ｃ
ＲＴ（ブラウン管）上の超音波指示距離を広げることが
できるので、精度のよい測定ができる。

【００４３】(3) 原子炉内の炉心支持板にＵＴ装置の重
量をかけることで他のサポートが不要となる。また、上
部格子板の貫通孔をガイドにすることで、ＵＴ装置の上
部の振れを少なくし、かつ回転精度をよく保持すること
で遠隔操作で精度のよい測定ができる。

【００４４】(4) ＵＴ探触子から送信される超音波の進
行方向を遠隔または手動で上下，左右，仰角方向に調整
ができるので計測配管表面からの反射波を効率よく受信
できるので、精度よく距離を測定できる。

【００４５】(5) 原子炉圧力容器内の上下方向の位置を
検出することで、計測配管表面の距離の測定から外挿
し、エルボの表面とシュラウド外面までの距離を測定す
ることができる。

【００４６】(6) 計測配管表面の超音波の反射波を効率
よく受信するために２個（複数個）のプローブに角度を
持たせて配置することで計測配管とシュラウド外面の間
が平行に近い場合にもシュラウドと計測配管との距離の
測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る炉内構造物の距離測定方法の実施
の形態を説明するための一部側面で示す部分断面図。

【図２】（ａ）は図１においてシュラウドの多重反射を
示す波形図、（ｂ）は同じくシュラウドの厚さと計測配
管からの反射波を示す波形図。

【図３】図１において、計測配管とシュラウドとの配置
関係を傾斜させた状態で示す模式図。

【図４】本発明に係る炉内構造物の距離測定方法の実施
の形態において、校正用試験片と模擬計測配管の組立体
を示す斜視図。

【図５】本発明に係る炉内構造物の距離測定装置を原子
炉圧力容器内に設置した状態を部分的に示す立面図。

【図６】（ａ）は図５における装置の要部を示す平面
図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ矢視方向から見た立
面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視方向から見た
立面図。

【図７】従来の炉内構造物の距離測定装置を一部側面で
示す縦断面図。

【符号の説明】

１…原子炉圧力容器、２…炉心支持板、３…上部格子
板、４…シュラウド、４ａ…シュラウド内面、４ｂ…シ
ュラウド外面、５…計測配管、６…ジェットポンプ、７
…シュラウドサポート、８…ＣＲＤハウジング、９…
水、10…操作ポール、11…ＵＴ装置、12…ＵＴ探触子、
13…超音波、14…水中、15…校正用試験片、16…模擬計
測配管、17…試験片取付板、18…試験片移動軸、19…試
験片移動モータ、20…連結歯車、21…基枠、22…模擬エ
ルボ、23…模擬板、24…探触子押付用シリンダ、25…前
進後退用モータ、26…ラック、27…探触子チルト用モー
タ、28…リンク機構、29…昇降モータ、30…昇降ガイ
ド、31…機構部保護カバー。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原子炉圧力容器内に設置したシュラウド
   の内面に超音波を照射し、前記シュラウド内部を通過し
   た超音波の一部が前記シュラウド外側の水を通過し、前
   記シュラウドの外側に設置した計測配管に到達し、前記
   計測配管表面で反射して再度前記水を通過し、前記シュ
   ラウド外側から前記シュラウド内部を通過し前記シュラ
   ウド内面に到達した超音波信号を検出することにより前
   記シュラウド外側と前記計測配管の距離を測定すること
   を特徴とする炉内構造物の距離測定方法およびその距離
   測定装置。
2. 【請求項２】 前記距離を測定するにあたり、予め前記
   原子炉圧力容器内の距離測定個所に単数または複数の校
   正用試験片を吊り降ろし、前記計測配管と同等温度で超
   音波測定することを特徴とする請求項１記載の炉内構造
   物の距離測定方法。
3. 【請求項３】 原子炉圧力容器内に設置した上部格子板
   の貫通孔を通過しＣＲＤハウジングまでの長さを有する
   操作ポールと、この操作ポールの中間部に設けた超音波
   探傷試験装置と、この超音波探傷試験装置にシリンダを
   介して進退自在に取付けた超音波探傷試験用探触子とを
   具備し、前記超音波探傷試験装置は前記シリンダを駆動
   する前記後退用モータと、この前進後退用モータに接続
   した上部ラックと、前記シリンダの角度を変える探触子
   チルトモータおよびリンク機構と、前記シリンダの上下
   動作を行う昇降用モータおよび昇降ガイドとからなるこ
   とを特徴とする炉内構造物の距離測定装置。
4. 【請求項４】 前記操作ポールの下端部を挿入し前記Ｃ
   ＲＤハウジングの上端部に載置固定してなることを特徴
   とする請求項３記載の炉内構造物の距離測定装置。