JPS58202930A - 熱交換器等を構成する管体内壁を補修するための補修装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 を補修するだめの補修装置に係り、特に、高温ガス炉に
て使用される中間熱交換器内のように放射能に汚染され
ているために或いは狭隘のために人間が接近することが
できない箇所を補修する場合にあっても、遠隔操作によ
り溶接の準備、溶接および溶接後の検査等広範囲の作業
を行うことができる管体内壁部を補修するだめの補修装
置に関する。

最近、原子炉で発生する熱をヘリウム、炭酸ガスなどの
不活性ガスの熱媒体でとり出し、これを中間熱交換器に
て二次不活性ガスと熱交換させてガスタービンを駆動さ
せるようにした原子炉が提案されるに至っている。この
種の原子炉は１　０００℃以上の高温ガスを取出すこと
ができることから、発電ばかりでなく、製鉄或いは還元
ガス製造にも多目的に使用することができ、商業ベース
での運転が期待されている。

ところで、上記原子炉にて使用される中間熱交換器内の
伝熱管に万一破損が生じた場合、こめ破損した伝熱管を
補修する必要がある。

しかしながら、原子炉運転後にあってはこの中間熱交換
器の一次流体側に放射性物質が付着および浮遊している
ことから熱交換器内部に入って補修することは好ましく
ないし、また、中間熱交換器内は伝熱管が複雑に入り組
んでいることから破損伝熱管のみを直接補修してこれを
復帰させることは不可能である。

そこで、中間熱交換器全体の機能を復帰させるために破
損した伝熱管のみを閉塞せしめてこれを不使用とするこ
とも考えられるが、上記したごとく熱交換器内部へ人間
が侵入することができないので、上記した閉塞作業を行
うことができない。

本発明は以上のような問題点に鑑みこれを有効に解決す
べく創案されたものであり、その目的とするところは遠
隔操作により溶接の準備、溶接作業および溶接後の検査
等広範囲の作業を行うようにし、もって放射能に汚染さ
れているだめに或いは狭隘のために人間が接近すること
ができない管体内壁の補修を行うことができる補修装置
を提供するにある。

以下に本発明の好適一実施例を添付図面に基づいて詳述
する。

先ず、第１図は本発明に係る補修装置により補修を行う
こととなる中間熱交換器を示す縦断面図である。

この中間熱交換器１の本体胴２は高さ略１７１ｎ程の中
空円筒体状に形成されており、最下端部に形成された１
次ヘリウム人口３から導入される高温ヘリウムは本体胴
２内に螺旋状に多数形成さｔた伝熱管４・・・相互間を
矢印に示すごとく上昇し、そして、最上部まで到達した
ヘリウムは本体胴内壁２ａと区画壁５との間に形成され
た通路６を１・−降してゆき、最終的に本体胴２の下方
側部に設けられた１次ヘリウム出ロアから排出されて再
び原子炉の炉心部（図示せず）へ移送されることになる
。

一方、上記多数の伝熱管４は、本体胴２の中心部軸方向
に沿って設けられた管径路４０ｃｍの主管８を中心とし
て螺旋状に形成されて、その一端は本体胴２の上方側部
に管板９により取付けられて２次ヘリウム人口１０を形
成すると共に他端はこの主管８の下端部に管寄１１によ
って取付けらねている。従って、２次ヘリウム人口１０
から導入された低温２次ヘリウムは伝熱管４内を螺旋状
に流トしつつ前記１次ヘリウムと熱交換されて、そして
、加熱された２次ヘリウムが主管８の下端部に流れ込み
、この中を上昇して主管８上端部すなわち２次ヘリウム
出口１２から他の装置へ移送されることとなる。

このような熱交換器１において多数ある螺旋状伝熱管４
の内の一部が破損した場合に、これを補修すべく２次ヘ
リウム人口１０の管板９に取付けられている破損伝熱管
４の開口部と、主管８下端部の管寄１１、に取付けられ
ている破損伝熱管４の開口部とをプラグすることにより
破損伝熱管のみを閉塞せしめて不使用状態とし、熱交換
器全体の機能を復帰させる。

ここで、２次ヘリウム入口管板９側の開口部は容易にプ
ラグすることができるが、主管８下端部の管寄１１側の
開口部は人間がこれをプラグするに不可能なことから本
発明に係る補修装置１３を使用することになる。

すなわち、この補修装置１３は第２図（拡大図）にも示
すごとく全長路３ｍの長さを治して、トＩ′両端に設け
られた移動基台１４ａ、１４ｂと、これら基台１４ａ、
１４ｂ間に掛けわたされて主管８の管体内壁８ａの軸方
向に沿って延びる案内レール１５と、この案内レール１
５に沿って走行自在に設けられ上記管体内壁８ａを補修
するだめの工作機器１６とにより主に構成されており、
こΩ補修装置１３に取付けた昇降用ロープ１７によりこ
れを管径略４０ｃｒｒＬ１長さ略１５ｍの主管８内に挿
入着脱自在とし得るようになっている。

上記それぞれの基台１４ａ、１，４ｂの周縁部にはこの
装置全体を主管８の周方向に沿って回転移動させるだめ
に管体内壁８ａと接触しつつその周方向に沿って回転駆
動するθキャスタ１８と、この装置１３を主管８の、Ｅ
丁方向に沿って昇降移動させるために管体内壁８ａと接
触しつつ１丁方向に沿って回転駆動するＺキャスタ１９
とがその周方向に沿って適宜設けられている。

そして、これらキャスタ１８．１９は例えば油圧機構に
よりこの装置１３から水平方向へ出没自在に形成されて
おり、これらを管体内壁８ａに押圧することによりこの
装置１３を主管８内に固定できて、すなわちこれらキャ
スタ１８．１９は基台固定手段Ｍとしての機能も有すよ
うになっている。

また、下端基台１４ｂの下部には予め主管８の底部に取
付けられた凹部状固定治具２０に嵌装されてこの装置１
３自体の下端部を固定するためのＺブースタ２１が例え
ば油圧機構により出没自在に設けられている。まだ、こ
の基台１４ｂには予め上記固定治具２０に取付けられて
いる絶対位置決めマーク２０ａを検出してこの装置１３
の水平回転方向の位置ぎめを行うためのθセンサ２２が
設けられている。従って、主管８内を降下してくる装置
１３を上記固定治具２０に固定するには、まず降下して
きた装置１３を囮定治具２０の直前上方にて停止し、そ
して基台１４ａ、１４ｂに設けたθキャスタ１８を管体
内壁８ａに押しつけつつ、駆動させることにより−ｑ％
ｉ１３を主管８の周方向に回転させて、上記０センサ２
２が絶対位ｉｔ決めマーク２０ａを検出したときにこの
回転を止める。そして、そのまま更にこの装置１３を降
ドさせて固定装置２０に確実に固定するようにする。

一方、上記案内レール１５の下端は、基台１４１Ｉにベ
アリング等を介して回転自在に取付けられた回転盤２３
に固定されており、そしてこの回転盤２３は基台１４ｂ
に設けた例えばモータなどの駆動手段２４により水平方
向に回転し得るようになっている。従って、この駆動手
段２４を駆動させて回転盤２３を回転させることにより
、案内レル１５とともにこれに設けられている前記工作
機器１６を管体内壁８ａの周方向に沿って回動し、また
所定の位置に停止し得ることになる。

また、この工作機器１６にはモータ２５により回転駆動
されるピニオン２６が設けられており、これを案内レー
ル１５に形成されたラック２７に噛合させて回転させる
ことにより、この工作機器１゛。

１６全体を案内レール１５に沿って上下方向へ走行自在
に、しかも任意の位置に停止し得るようになっている。

この工作機器１６は全長路１ｍの長さを有しており、そ
の上下方向移動可能な範囲は補修すべき対象である管体
内壁８ａすなわち主管８の下部にて管寄１１・により取
付けられた多数の伝熱管４・・・の開口部を総てカバー
し得る範囲になっている（第１図参照）。なお、管寄１
１の上下方向の長さは略１ｍである。

そして、この工作機器１６には補修作業として手記伝熱
管４の開口部をプラグするために溶接するに必要な総て
の装置類が収納されている。

すなわち、この工作機器１６内は上下方向に大きく数ブ
ロックに区画形成されており、その上方より例えばライ
ト・テレビカメラを有する遠隔目視装置２８、プラグ対
象部の原点位置を設定するだめの微小位置決め装置２９
、溶接前作業として溶接部近傍の脱スケール及び溶接後
ビードの表面仕上げを行うための表面仕上げ装置３０、
プラグと伝熱管の開口部との溶接を行うだめの溶接装置
３１、伝熱管開口部にプラグを挿入すると共に溶接部の
耐漏洩、耐圧強度を試験するためのプラグ耐圧試験装置
３２、溶接前作業として伝熱管開口部をプラグ形状に合
致した形状に成形するだめの切削加工装置３３及びこの
工作機器全体の位置を決定するためのＸＹテーブル３４
が順次形成されている。

上記工作機器１６内の装置類の主要部を社体的に述べる
と、微小位置決め装置２９は予め探傷ソローブ等の検査
により特定された破損伝熱管の１ラグすべき開口部の原
点を設定するだめの機能を有し、例えば光学的視覚セン
サによりその原点を決定する。この原点の位置はＸＹテ
ーブル３４内に記憶されて、これ以降の各種作業はこの
原点を基準として、この原点との相対移動によって行な
われることになる。

表面仕上げ装置３０は第３図に示すごとく管体内壁８ａ
側へ出没自在に設けられた回転駆動軸３５と、金属表面
を研磨すべくこの回転駆動軸３５の先端に設け゛られた
円板状のバフ３６とにより主に構成されている。そして
、このバフ３６の周囲にはこれを覆うごとく、管体内壁
を研磨する際に発生する塵を回収するために可撓性部材
よりなる塵回収用の受皿３７が形成されている。なお、
この表面仕上げ装置３０は溶接後、ビードの表面仕上げ
にも使用される。

また、切削加工装置３３は第４図に示すごとく管体内壁
８ａ側へ出没自在に設けられた回転駆動軸３８と、破損
伝熱管４ａの開口部（直径２ｃＩｎ）を、これに嵌装さ
れることになるプラグ形状に研削するだめの円板状の研
削盤３９とより主に構成されている。

そして、この研削盤３９の周囲にはこれを覆うごとく切
削により発生する切削ぐずを回収するための切粉回収用
の受皿４０が形成されている。

史に、プラグ・耐圧試験装置３２内に収容されるプラグ
挿入機器４１は第５図に示すごとく管体内壁８ａ側へ出
没自在に設けら五た挿入棒４２と、これと平行して同様
に管体内□壁８ａ側へ出没自在に設けられたプラグ押え
治具４３とにより主に構成されており、挿入棒４２の先
端に着脱自在に取損伝熱管４ａの開口部へ嵌装させると
共にＦ：記押え治具４３によりこのプラグ４４を管体内
壁側へ押さえつけてこれを開口部へ取付は得るようにな
っている。

また、溶接装置３１は第６図に示すごとく溶接時にプラ
グ４４を押え付けるために管体内壁８．Ｉ側へ出没自在
に設けられたプラグ押え棒４５と、モータ４６の駆動力
によりプラグ４４と破損伝熱管４ａの開口縁部との接触
部に沿って回転移動しつつこれらを溶接接合するだめの
溶接棒４−７と、溶接の際に管寄１１と密着されてこの
溶接部全体をシールするためのシールボックス４８とに
より主に構成されており、シールドガスを吹きつけつつ
溶接作業を行い得るようになっている。

次に、前記プラグ挿入機器４１とともにプラグ耐圧試験
装置３２内に収容されている漏洩耐圧試験機器４９は第
７図に示すごとく管体内壁８ｄ側に出没自在に設けられ
たシールボックス５０よりなり、試験の際にはこれを管
寄１１に密着させて、このボックス内を真空吸引しつつ
伝熱管４ａ側からサンプリングガスを加圧して漏洩・耐
圧試験を行うようになっている。

以上のように構成された本発明の作用について述べる。

まず、予め探傷用プローブ等を使用して数１００本ある
伝熱管４を検査することにより破損している伝熱管を探
し出して補修（プラグ）すべき伝熱管を特定しておく。

これにより主管８の下端部にて管寄１１により取付けら
れた多数の伝熱管のうち、プラグすべき破損伝熱管４ａ
の開口部の位置が図面上特定できる。

次に、補修作業に着手すべく本発明に係る補修装置１３
を主管８の上端開放部である２次ヘリウム出口１２から
この中へ降下させて、略１５ｍ下方の主管８の最下端部
へ到達させることになる。

この降下作業を行うには、まず、補修装置１３のそれぞ
れの移動基台１４ａ、１４ｂに設けられたＺキャスタ１
９を延出させて、これを管体内壁８ａに抑圧接触させつ
つ回転駆動させることにより徐々に降下していく。この
際、装置自体の長さが略３ｍもあり比較的重量物である
ことから、ノζツクアップのために昇降用ロープ１Ｔを
こあ装置１３に取付けておく。また、このロープ１７に
は概略の降下位置を知るためにスケールが付しである。

そして、この装置１３が主管８の最下端部の直前上方に
位置したときに、基台１４ｂに設けられたθセンサ２２
が主管８の最下端部に設けられた固定治具２０を検知し
、こめ検知信号に同期されて２キヤスタ１９の回転が止
まり装置１３の降下゛を一時的に停止させる。

そして、この状態で基台１４ａ、１４ｂに設けられたθ
キャスタ１８を延出させてこれを管体内壁８ａに抑圧接
触させる。そして、θキャスタ１８が装置１３を保持し
たならば２キヤスタ１９を収納させて、これと内壁８ａ
との接触を断つと共にθキャスタ１８を駆動させて絶対
位置を決めるべくこの装置全体を管体内壁８ａの周方向
に沿って回転させる。そして、この回転により前記θセ
ンサ２２が予め固定治具２０に設けた絶対位置決めマー
り２０．を検出したときにこの回転を止める。

そして、この状態で上記したと逆に２キヤスタ１９を再
び延出させると共にθキャスタ１８を収納させて、再び
装置１３を降下させる。そして、凹部状固定治具２０と
、基台１４ｂ下端部の２ブースタ２１とを嵌装させて、
この装置自体の下端部を確実に固定する。一方、装置上
部の基台１４゜に取付けられだθキャスタ１゛８を延出
させて、これを管体内壁８ａに抑圧接触させて固定する
ことによりこの補修装置１３の絶対位置が確定される。

このようにθキャスタ１８、ｚキャスタ１９は基台固定
手段としても機能する。

次に、プラグすべき破損伝熱管４ａの開口部の位置を略
０．５１１１１１１の精度でもって確定する必要がある
ことから工作機器１６内の、、微小位置決め装置・：１ ２９によりこの作業を行う。

破損伝熱管４ａの概略位置が決定されていることから、
まず基台１４ｂに取付けである駆動手段２４を駆動させ
ることにより回転盤２３を介して案内レール１５を回転
させ、これによりこの案内レール１５に取付けられた工
作機器１６全体が管体内壁８ａの周方向に回転すること
となり、こｊＩを所定の位置で停止させる。これととも
に工作機器１６に取付けたモータ２５を駆動させてビニ
オン２６を回転し、これに噛合するラック２７すなわち
案内レール１５に沿ってこの工作機器１６全体を上方向
或いは下方向に移動させて、この工作機器１６内の微小
位置決め装置２９を破損伝熱管４ａの開口部に位置させ
る。なお、この工作機器１６の微小位置決め装置１６を
破損伝熱管４ａの開口部へ位置させることができるのは
、前記したごとくこの装置全体の絶対位置が確定してお
り、これを原点として予め特定されそいる開口部に向け
て上記微小位置決め装置２９を移動させるからである。

このように装置□２９が開口部に臨んだならば、　　　
１、 これに設けられている光学的視覚セ／すにより略直径２
ｍの開口部の中心原点を決定し、この原点に符合すべく
更に駆動手段２６、モータ２５を適宜微小駆動させて工
作機器１６をこの原点に０．５咽の精度でもって位置さ
せる。

このように原点が０．５ｆｌの精度で確定したならば、
この工作機器１６自体の位置はＸＹテーブル３４に記憶
されて、これ以降の作業はすべてこの原点を基準にして
行なわれることになる。

まず、溶接前作業として溶接部近傍の脱スケールを行う
ために駆動手段２４及びモータ２５を駆動し、表面仕上
げ装置３０を第３図に示すごとく原点に位置させる。そ
して、この装置３０の回転駆動軸３５を延出させると共
にこれを回転駆動させ、先端に取付けである円板状のバ
フ３６を回転させつつこれを一開口部に押しつけて付着
したスケールを除去する。除去されたスケールｓｌはこ
の開口部を覆うごとく設けられている塵回収用の受皿３
７内に回収されることとな９、そして、作業終了後はこ
の回転駆動軸３５を収納すべく再びもとの位置に戻す。

次に、開口部をプラグ形状に合致した形状に切削するた
めに第４図に示すごとく切削加工装置３３を原点に位置
させる。そして、この装置３３の回転駆動軸３８を延出
させると共にこれを回転駆動させ、先端に取付けである
円板状の研削盤３９を回転しつつこれを開口部に押しつ
けて図示するごとく切削加工し、拡径された段部５１を
形成する。この際発生する切削ぐずＳ２は開口部を覆う
ごとく設けられる切粉回収用の受皿４０に回収されるこ
とになる。そして、切削作業が完了したならばこの駆動
軸３８を収納すべく再びもとの位置に戻す。

次に、切削加工された上記開口部にプラグを挿入するた
めに第５図に示すごとくプラグ・耐用試験装置３２を原
点に位置させる。そして、この装置３２内のプラグ挿入
機器４１の挿入棒４２を延出させて先端部に設けたプラ
グ４４を開口部へ挿入すると共にこれをプラグ押え治具
４３で押さえつけて開口部へ取付ける。このように、プ
ラグ４４の取付けが完了したならば溶接作業を行うだめ
に第６図に示すごとく溶接装置３１を原点に位置させる
。そして、この装置のプラグ押え棒４５を延出させて開
口部に取付けられているプラグ４４を押え付けると共に
、溶接部をシールすべくシールボックス４８を延出させ
てこれの先端部を管寄１１に密着させる。そして、シー
ルボックス１１内にシールドガスを供給し、溶接棒４７
をプラグ４４と破損伝熱管４ａの切削段部５１との接触
部たる溶接線に沿って回転移動させつつこれをシールド
溶接する。このようにして、プラグ４４の溶接作業が終
了し、破損伝熱管４ａの開口部の閉塞を完了したならば
、上記溶接棒４７、プラグ押え棒４５及びシールボック
ス４８を再びもとの位置に戻す。

ここで、上記溶接部の割れ、ビードの状況を目視検査す
るために遠隔目視装置２８を原点に位置させて、テレビ
カメラにより検査を行う。なお、この装置２８は一連の
作業の進行状態を検査するために適宜使用されることに
なる。

次に、溶接部の表面仕上げ作業を行うために、前記した
表面仕上げ装置３０を再び原点に位置させて（第３図参
照）、前記したと同様にバフ３６を回転させつつこれを
溶接部に押し付けて研磨する。

この研磨作業が終了したならば最後の作業である漏洩・
耐圧試験を行うべくプラグ・耐圧試験装置３２内の漏洩
・耐圧試験機器４９を第７図に示すごとく原点に位置さ
せる。そして、シールボックス５０を延出し、これの先
端部を管寄１１に密着させて溶接部５２を覆うようにす
る。次いで、このシールボックス５０内を真空吸引しつ
つ伝熱管４ａ側からすなわちこの破損伝熱管４ａの他端
開口部側（２次ヘリウム人口１０）からサンプリングガ
スを加圧して、この溶接部５２の漏洩・耐圧試験を行う
。

以上のよ、うにして一連の溶接作業が完了し、破損伝熱
管４ａのプラグが完了したならば、この補修装置１３を
主管８内を上昇させてこれを取出し、すべての補修作業
を完了する。第２図中５３は工作機器１６のオーパーラ
／を防ぐリミットスイッチ、５４は平行センサである。

また、第３図中５５はスケールが、第４図中５６は切削
ぐずが伝熱管内へ残留することを防止するための膨張収
縮自在な風船である。

なお、上記実施例においては、補修装置１３を主管８の
最下端部に設けた固定治具２０に固定して溶接作業を行
うこととしたが、主管８の高さ方向の途中にあっても基
台１４ａ、１４ｂに設けたＺキャスタ１９或いはθキャ
スタ１−８を管体内壁８ａに強く抑圧接触させておくこ
とによりすなわち基台固定手段として機能させることに
よりこの補修装置１３を保持固定し、各種作業を行うこ
とができるのは勿論である。

また、本発明にあっては溶接作業に限定したが、これに
限ることなく工作機器に各種機能を持たせることにより
各種作業が行ない得るのは勿論であ更には、補修の対象
は熱交換器に限ることなく、人間が接近できないような
管体であれば広く適用できる。

以上、要するに本発明によれば次のような優れた効果を
発揮することができる。

（１）熱交換器等を構成する管体内のように人間が近接
することができない場所にあっても、遠隔操作によりこ
の管体内壁の補修作業ができ、これら熱交換器などの機
能を回復させることができる０ （２）従って、従来にあっては使用不能に陥った熱交換
器であっても補修して使用することができ、交換する必
要がないことから設備費を大巾に削減化できる。

（３）　　補修装置の工作機器に各種機能を持たせるこ
とにより管体内壁の巾広い補修作業を行うことができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る補修装置により補修を行うことと
なる中間熱交換器を示す縦断面図、第２図は本発明に係
る補修装置を補修の対象である熱交換器の主管最下端に
降下させた状態を示す拡大平面図、第３図、は工作機器
内の一部を構成する表面仕上げ装置を示す平面図、第４
図は工作機器内の一部を構成する切削加工装置を示す平
面図、第５図は工作機器内の一部を構成するプラグ挿入
機器を示す平面図、第６図は工作機器内の一部を構成す
る溶接装置を示す平面図、第７図は工作機器内の一部を
構成する漏洩・耐圧試験機器を示す平面図である。 なお、図中１は中間熱交換器、３は一部ヘリウム入口、
４は伝熱管、４ａは破損伝熱管、７は一部ヘリウム出口
、８は主管、８ａは管体内壁、１０は２次ヘリウム入口
、１１は管寄、１２は２次ヘリウム出口、１３は補修装
置、１４ａ、１４ｂは移動基台、１５は案内レール、１
６は工作機器、１８．１９は基台固定手段（θキャスタ
、２キ゛ヤスタ）、２４は駆動手段、２５はモータ、２
８は遠隔目視装置、２９は微小位置決め装置、３０は表
面仕上げ装置、３１は溶接装置、３２はプラグ・耐圧試
験装置、３３は切削加工装置、３４はＸＹテーブルであ
る。 特許　出願人　石川島播磨重工業株式会社代理人弁理士
　　絹　谷　信　雄

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 熱交換器等を構成する管体内に着脱自在に設けられると
   共にこれに沿って軸方向に移動自在な移動基台と、該基
   台に設けられ上記管体内壁の軸方向に沿って延びた案内
   レールと、該案内レールに沿って走行自在に設けられ上
   記管体内壁を補修するための工作機器と、上記案内レー
   ルを上記管体内壁の周方向に沿って回動させるための駆
   動手段と、上記基台を上記管体内壁の所定位置に停止さ
   せるべく設けられた基台固定手段とを備えたことを特徴
   とする熱交換器等を構成する管体内壁を補修するだめの
   補修装置。