JPS63290989A - 制御棒駆動機構 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、沸騰水型原子炉の制御棒駆動機構に係り、特
に、ロッキングビス１ヘン式水圧制御捧駆動機構のピス
トンシール材に関するものである。

〔従来の技術〕

沸騰水型原子炉に用いられる制御棒は、制御棒案内管を
通して下部から炉内に挿入されるため、出力分布の調整
に便利であり、また、燃料取替時に制御棒駆動機構（以
下、ＣＨＤという）を取外す面倒がない。その駆動には
、水圧駆動ピストン方式を採用しており、ＣＲＤハウジ
ングのシリンダ内に固定ビス１ヘンを配置し、この固定
ピストンをガイドとして下部に駆動ピストンを備えてい
る。

駆動ピストンの下部室に水圧を加えると、駆動ピストン
と一体のインデックスチューブが上方に移動し制御棒を
炉心に挿入する。逆に、駆動ピストンの上面に水圧を加
えると、インデックスチューブが下方に移動し制御棒を
炉心から引抜く。

固定ピストンおよび駆動ピストンのそれぞれの水シール
部に位置するシールリングと摺動体ガイド用ブツシュに
は、従来、カーボン材を使用していた。

水封機能を果すシールリングは、摺動体ガイド機能を果
すブツシュとは異なり、スプリングを介して固定ピスト
ンまたは駆動ピストンに装着されており、スプリングの
力により常に相手摺動面に当接するように配慮されてい
る。

カーボン材は、相手摺動面に対してなじみ性がよく、シ
ール部材として好適な材料の一つであるが、高温環境下
にさらされると強度が下がり、シール機能の低下がみら
れる。その原因は、強度改善のために含浸されている樹
脂が高温になると劣化してしまい、樹脂含浸により改善
された特性が失なわれてしまうことである。

なお、この種の従来技術を示す例としては、特開昭４９
−８６７４４号等がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕 ＣＲＤを冷却するために常時流されている冷却水が、（
、ＲＤ内に設置された冷却水オリフィスの目詰りまたは
冷却水元弁などの弁体の脱落により、万一遮断されたり
制限されたりした場合、ＣＲ，Ｄ内は高温状態となる。

従って、従来の一般的カーボンシール材は高温劣化をお
こし、その結果、シールリングの水封効果が低下する。

また、緊急挿入（スクラム）回数の多いＣＲＤについて
は、スクラム時発生する衝撃によりシールリングが破損
し、上記と同様にシールリングの水封効果が低下するお
それがある。

更に、このようなシールリングおよびブツシュの材料は
、比較的低強度のため、通常運転中および定期点検時の
常駆動、スクラム駆動においても、摩耗劣化は避けられ
ない。

これらの事情を考慮して、従来は、ＣＲＤの固定ピスト
ンと駆動ピストンのシール部に〆位置するシールリング
とブツシュとを５年周期で交換していた。すなわち、毎
年、ＣＨＤの１１５がメンテナンスのために原子炉から
抜き出されることになる。

このシール材の交換作業は、定期点検工程のりリテイカ
ルパスになるとともに、作業員の被曝低減の阻害要因と
なっていた。

本発明の目的は、常温から高温までのいずれにおいても
、摺動摩耗と高温劣化を極力阻止でき、点検周期を長く
して作業員の被曝を低減可能なシール構造を備えたＣＲ
Ｄを提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、シリンダとの間
に駆動ピストンシールを介してまた前記シリンダ内に固
定した固定ピストンとの間に固定ピストンシールおよび
駆動ピストンシールを介して上下方向に可動の制御棒駆
動ピストンを配置し、前記シリンダと駆動ピストン下面
で形成された下部室に水圧を加えて制御棒を炉心に挿入
する一方で前記固定ピストンと駆動ピストンとの間の空
間に水圧を加えて制御棒を炉心から引抜＜ＣＲＤにおい
て、前記駆動ピストンシール部および固定ピストンシー
ル部のシールリングと摺動ガイド用ブツシュとを黒鉛密
度］、、８５ｇ／ｃｎ？以上、空孔率５％以下、硬度１
００Ｈｓ以上の黒鉛炭素質高密度焼成カーボン材で構成
したＣＲＤを提案するものである。

〔作用〕

高密度焼成カーボン材は、一般に次のようにして作成す
る。まず、コークス、黒鉛等の炭素質原料粉末にタール
、ピッチ等のバインダを加え、バインダの溶融温度以上
で捏合する。次に、この程合物を５μｍ以下に粉砕して
成形し、これを非酸性雰囲気中において約１０００℃の
温度で焼成する。その後、焼成品を２０００℃で処理し
、黒鉛化する。

このようにして得られた高密度焼成カーボンは、潤滑性
が良く、摩擦係数が小さい。また、耐熱性および耐摩耗
性が優れているため、通常運転中および定期点検時の常
駆動、スクラム駆動による摩耗劣化を抑制可能である。

また、冷却オリフィスの目詰りなどによるＣＲＤ内の高
温状態においても、その特性は殆ど劣化しない。

従って、この高密度焼成カーボン材をＣＲＤの固定ピス
トンと駆動ピストンのシール部に使用すると、ＣＨＤの
通常状態においてはもちろん高温状態においても摺動摩
耗および高温劣化を極力阻止でき、シール部が長寿命化
され、ＣＲＤの信頼性が上がり、点検作業員の被曝が低
減される。

なお、程合物を５μｍ以下に粉砕するのは、空孔率を５
％以下にして、高密度化するためである。

〔実施例〕

次に、図面を参照して、本発明によるＣＲＤの一実施例
を説明する。

第１図は、本発明によるＣＲＤの全体構造を示す縦断面
図である。図において、１は制御棒、２はＣＲＤのシリ
ンダ、３はピストン駆動水入口、４は駆動ピストン、５
はシリンダ２と駆動ピストン２により形成された下部室
、６は駆動ピストン４と一体のインデックスチューブ、
７は駆動ピストン内外面のシール、８は固定ピストン、
９は固定ピストン８の外面シール、１０はピストンチュ
ーブ、１１はピストン駆動水出口ポートである。

このような構成のＣＲＤにおいて、制御棒１を原子炉に
挿入するには、高圧水をピストン駆動水入口３から駆動
ピストン４の下部室５に導き、インデックスチューブ６
を押し」二げる。その際、駆動ピストン４の内面シール
７と固定ビス１ヘン８の外面シール９との間の水は、矢
印で示すように、ビス１ヘンチユーブ１０の内部１．Ｏ
ａを通り、駆動水出口ポート１１から排出される。

一方、制御棒１の引抜操作は、」ニオ挿入時と逆に高圧
水を排出・注入して行なう。

従って、駆動ピストン４および固定ピストン８のシール
機能には、高信頼性が要求される。

このシール部分の詳細を第２図および第３図により説明
する。第２図は駆動ピストンシール７の詳細を示し、第
３図は固定ピストンシール９の詳細を示している。駆動
ピストンシール７は、シール機能を果たすシールリング
７Ａと摺動部のガイド機能を果たすブツシュ７Ｂとを備
えており、固定ピストンシール９も、同様にシールリン
グ９Ａとブツシュ９Ｂとを備えている。

既に述べたように、従来は、これらシールリングとブツ
シュに樹脂含浸カーボン材を使用していた。このカーボ
ン材は一定温度までは、シール材として良好な性能を有
するが、耐熱性、耐摩耗性の面では優れているとはいえ
ない。

そこで本発明では、コークス、黒鉛等の炭素質原料粉末
にタール、ピッチ等のバインダを加え、このバインダの
溶融温度以上で捏合し、固化した物を５μｍ以下に粉砕
して成形し、非酸性雰囲気中において約１０００℃で焼
成し、更に２０００℃で処理して黒鉛化させた黒鉛炭素
質高密度焼成カーボン材を用いることにした。

これら両材料の温度に対する重量９曲げ強度。

ショアー硬度の変化を、第４図〜第６図にそれぞれ示す
。

いずれの特性においても、従来のカーボン材は、含浸樹
脂の高温劣化の影響で、約２００℃近辺から、目立った
変化を生じることが明らかである。

従って、ＣＲＤを冷却するために通常流されている冷却
水が遮断されたり少なくなったりした場合、ＣＲＤ内の
温度が上がり、カーボンシールが高温劣化を起こし、シ
ール効果が低下して、ＣＲＤの補修間隔を短くしている
。

また、ＣＲＤに冷却水が充分流された状態でも、従来品
の場合は、比較的低強度のため、運転中および定期点検
中の常駆動、スクラム駆動時の摩耗劣化が避けられない
傾向にあった。

その結果、従来は、これらのシールリングとブツシュと
を５年周期で交換しなければならなかった。

それに対し、本発明の高密度焼成カーボンは、重量２曲
げ強度、ショアー硬度に変化が見られず、安定した特性
を維持している。

両材料の特性を具体的数値で第７図に示す。

耐熱性と耐摩耗性に優れた高密度焼成カーボンを、ＣＲ
Ｄの駆動ピストンと固定ビス１〜ンのシール部に位置す
るシールリングおよびブツシュに使用すると、高温劣化
と摩耗劣化がなく安定したシール状態を長期に互って維
持できる高信頼性のＣＲＤが得られる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、シール部の高温劣化がないので、安定
したシール状態を長期に亙って維持でき、信頼性の高い
ＣＲＤが得られる。

また、シールリングとブツシュの摺動摩耗が少ないから
、制御棒の挿入、引抜時の操作力等を常に一定に保つこ
とができる。

その結果、ＣＨＤのメンテナンス周期が長くなり、一定
期間内の保守点検回数が減り、点検に要する期間が短く
なる。従って、保守点検にたずされる作業者の被曝が低
減され、原子カプラント全体の安全性がより一層高まる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるＣＲＤの一実施例の全体構造を示
す縦断面図、第２図はその駆動ピストンシール部の詳細
を示す図、第３図は同じく固定ピストンシール部の詳細
を示す図、第４図は温度に対するカーボンシール材の重
量の変化を示す図、第５図は同じく曲げ強度の変化を示
す図、第６図は同じくショアー硬度の変化を示す図、第
７図はカーボンシール材の機械的強度を示す図である。 １・・・制御棒、２・・・制御棒駆動機構（ＣＲＤ）　
、３・・・ピストン駆動水入口、４・・・駆動ピストン
、５・・・下部室、６・・・インデックスチューブ、７
・・・駆動ピストンシール、７Ａ・・シールリング、７
Ｂ・・・ブツシュ、８・・固定ピストン、９・・・固定
ピストンシール、９Ａ・・・シールリング、９Ｂ・・・
ブツシュ、１０・・・ピストン駆動水出口ポート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シリンダとの間に駆動ピストンシールを介してまた
   前記シリンダ内に固定した固定ピストンとの間に固定ピ
   ストンシールおよび駆動ピストンシールを介して上下方
   向に可動の制御棒駆動ピストンを配置し、前記シリンダ
   と駆動ピストン下面で形成された下部室に水圧を加えて
   制御棒を炉心に挿入する一方で前記固定ピストンと駆動
   ピストンとの間の空間に水圧を加えて制御棒を炉心から
   引抜く制御棒駆動機構において、前記駆動ピストンシー
   ル部および固定ピストンシール部のシールリングと摺動
   ガイド用ブッシュとが、 黒鉛密度１．８５ｇ／ｃｍ＾３以上、空孔率５％以下、
   硬度１００Ｈｓ以上の黒鉛炭素質高密度焼成カーボン材
   からなることを特徴とする制御棒駆動機構。