シュラウドサポート用遠隔駆動装置の開発
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カテゴリ: 第3回
1.緒言
近年、原子力発電プラントの炉内構造物に対し | Shroud て、応力腐食割れ (SCC) の発生が報告され、炉内 | Shroud Support 構造物の点検の必要性が高まっている。Jet Pump 原子力圧力容器内には、シュラウドなどの炉内 Core Spray 構造物が存在するため、複雑かつ狭隘な空間が多 CRDStub Tube い。そのため、目視検査 (VT) を行うためのテレビO:Applied, O:Developed, *:Accessibility カメラや超音波探傷試験 (UT) を行うための UT プ ローブを点検対象部位に接近、位置決めすることShroud は困難である。東芝は上記課題を克服する小型、Jet Pump 汎用かつ広範囲に炉内構造物にアクセスできるShroud Supp 炉内検査装置(ビークル)の開発と実機に適用し、 Table 1 および Fig.1 に示す検査能力を確立した [1] ~ [9] 。一部のプラントのシュラウドサポートはイン コネル 600 およびインコネル 182 で構成されてい るために SCC 感受性があり、国内外で損傷事例が 確認されており、VT および UT の必要性が高まっShroud Vehている。本構造物に対する VT は技術を確立し、Vessel Bottom 既に実機に適用されている。一方、UTについては 点検対象部位へのアクセスは可能であったが、UT に要求される動作性能を満足するビークルは開 発されていない。そこで、東芝ではシュラウドサ ポートの UT および VT に適用可能なビークルを開TIS-30Crawler 発したので、本稿で紹介する。
2. シュラウドサポート用遠隔駆動装置Table 2 Specifications of Delivery Systemfor Shroud Support 2.1 目的/用途| Dimensions | W 520mm x H 830mm x T 630mm*1 - シュラウドサポート用遠隔駆動装置は、シュラ | Mass | 35kg (in air) ウドサポートの H8 および H9 溶接部 (Fig. 2 参照)| Motion Submerge: Back / Forward, Left / | を対象として、短時間で広範囲の検査ができるよRight turn, Up / down うに開発された[10] 。本装置の目的は、各種の作| Wheel drive: Horizontal 業装置(目視検査、超音波探傷試験)を選択的にSpeed | 0.6-20 mm/s 搭載して炉内の狭隘な対象部位へ接近し、作業ツ *1: Maximum ールの搬送、位置決め、保持、探傷を行うことで ある。(1) 遊泳機能Pressure Vessel(1) 遊泳機能 * 本装置は、バラストタンク内に空気あるいは水 を注入することによって浮力を調整し、浮上/潜 航を行う。また、スラスタの回転方向等を調整す ることにより、前後進および旋回の各方向に遊泳 できる。水中の高放射線環境下で使用できるよう に、主要な構成部品を耐水性および耐放射線性に 優れたエンジニアリングプラスチック等で構成 している。さらに、遊泳を容易にするために、重 量の軽量化を図り、水中重量と浮力をほぼ等しく (以下、中性浮力化という)できる構成としてい る。また、上部にフロートを配置することにより、 浮心が重心より上に位置付けられて、上下の姿勢 が常に一定に保たれる。また、上部格子板や炉心支持板などの狭隘部を 通過するために、固定アームおよび駆動車輪アー ムは収納可能とした (Fig. 4 参照)。Shroud support cylinderH9Reactor Pressure Vesse(RPV)Shroud 'support plate Fig. 2 Shroud support2.2 構成及び機能 - 本装置は、目標部位へのアクセス性と走行精度 を向上するために遊泳機能と壁面走行機能を併 せ持たせている。Fig. 3に本装置の外観を、Table 2に本装置の仕様を示す。Phased Array UT ProbePassive wheelClamping armScannerDriving wheel ThrusterDriving wheel ar?Ballast tankScanner armFig. 3 Delivery System for Shroud SupportBallast tankUnit : mmCore PlatShroud SupportFig. 4 Device configurationApprox. 中270円MMANGRAMen-stonmensteratake knstaStanessemissesanameramApprox. W620Top Guideglamox.510IFTTTTTINIUnit : mm““Core Plate94(2) 壁面固定機能UT を実施するためには、UT プローブを対象面 に対して一定の距離を保って支持できること、 JEAG4207 に規定されるように探傷漏れを起こさ ないために、一定間隔で探傷データを取得するこ とが求められる。本装置は、周溶接線に対する探 傷を効率よく実施するため、固定アームおよび駆 動車輪アームは RPV およびシュラウドサポートシ リンダに対して固定される機構とした。また、タ ンク内に空気を注入して発生する浮力によりバ ッフルプレートに受動車輪を押し当てる機構と した。ビークル本体は、駆動車輪により RPV 周方 向に走行する(Fig. 5 参照)。H8Passive wheelShroud support plateShroud support cylinderRPYClamping armDriving wheel arm-Ballast tankFig. 5 Set up condition (In case of H8UT)(3) 操縦方法遊泳移動の場合には、操作を簡易にするために、 ハンディコントローラによって操縦する。対象部 へ固定後、RPV 周方向への移動の際には、走行精 度を良くするために速度制御を行う。(4) 検査機能H8 や H9 溶接線に存在する垂直方向のひびの UT を行う場合は、スキャナ(Fig. 6 参照)を用いて 探傷を行う。スキャナは3つの駆動軸を有してお り、これらの軸を制御することにより、フェーズ ドアレイ UT プローブ (Fig.7参照)を当該構造物 に倣って駆動できる (Fig.8参照)。当該部はフェ ーズドアレイ UT プローブによる水浸法を適用す るため、対象部が凸凹を有していても探傷するこ とができる。本スキャナを用いて EDM スリットが 付与された H9 試験体に対する探傷性確認試験をDear axis行い、Fig. 9 に示すように良好に探傷できること を確認した。.. Rotating axisRotating axisLinear axisFig. 6 ScannerFig. 7 Phased Array UT ProbeShroud support plateCrackハハハハハハハハハハハハハハハハTHScan directionUT probeShroud support → cylinderハハハハハハハハハハハハハハ - TTTScan direction UT probev6Shroud support cylinder→Fig. 8 UT probe scanning methodSurface echoTip echoFig. 9 H9 UT Mock-Up result95さらに、CCD カメラ、照明、ミラーを組み込ん だ VT モジュールを搭載することにより、目視検 査に適用できる。 - 本装置の位置決め精度は、ビークルは走行距離 2600mm に対して走行誤差(二乗平均誤差)が約 4mm、スキャナは駆動距離 108mm に対して駆動誤 差(同上)が約 1mm である。ビークルの走行誤差 は、周方向のひびの長さ計測精度、スキャナの駆 動誤差は縦ひびの長さ計測精度となるが、いずれ も非常に良好な精度を有していることを確認した。2.3 適用効果Fig. 10 に 1, 100MWe 級プラントのシュラウドサ ポート (H8 および H9) 展開図中に各溶接部に対す る UT 可能範囲を示す。H8、H9 共に全周の UT が 可能である。また、本装置は遊泳式装置であるた めに、制御棒ハウジングへの据付型装置と比較し て、投入回数が4回で全周にアクセスすることが 可能となり、工期短縮に寄与できる。A-A Section180““90-270““のおか。O: Initial position 11: Scanning directionFig. 10Shroud support UT range3. 結言1. 本稿では、従来のアクセス手法では UT が困難 であったシュラウドサポートに対して UT ビーク ルを開発し、アクセス範囲を拡大、かつ、効率的 に点検などの作業を行うためのビークルの構成および機能、適用効果について述べた。今後も研究開発等によって、さらに所要時間が 短縮化するための改良、適用方法を検討する。ま た、炉内保全工事への適用を検討する。これらの 炉内検査装置を用いた炉内作業の高度化が、プラ ント稼働率の向上に大いに貢献すると考える。参考文献 [1] 成瀬 克彦他 日本保全学会 第1回学術講演会要旨集“炉内検査装置の開発及び実機適用““、p.243 [2] M. Shimamura, et al, ““Underwater RemotelyOperated Vehicle for Core Shroud Inspection““ 10““““ Robotics & System Mtg. Proceeding, Gainesville, Florida ? March28-31, 2004 p183..190 [3] M. Kimura, etal, ““Underwater RemoteHandling Equipment for Reactor Internals Maintenance ““Proceedings of 10th International Conference on NuclearEngineering Arlington VA Apr. 2002 [4] M. Kimura et al., ““Compact VisualInspection Submersible for NPP's““ Proceedings of ANS Topical Meeting on Robotics and Remote Systems, Monterey CA,Feb. 1995, p25.. 311 [5] 木村元比古,他,日本原子力学会誌 原子炉用水中目視検査装置の開発 38, 10 1996p. 826..823 [6] M. Shimamura et al., ““Development of VacuumCleaning Device in BWR Vessels““ Proceedings of ANS Topical Meeting on Robotics and Remote Systems, Augusta GAApr. 1997, p794..801 [7] 島村 光明他 日本原子力学会年会予稿集炉内洗浄装置の開発 1996年春 p. 185 [8]島村 光明他 日本原子力学会年会予稿集炉内洗浄装置の開発(第2報) 1997 年春p.375 [9] 中川 哲郎他 日本原子力学会年会予稿集シュラウド検査ビークルの開発、2006 年春 * p. 652 [10] 安達 弘幸他、日本原子力学会年会予稿集シュラウドサポート遠隔駆動装置の開発、 2006年春 p. 651.“ “シュラウドサポート用遠隔駆動装置の開発 “ “安達 弘幸,Hiroyuki ADACHI,湯口 康弘,Yasuhiro YUGUCHI,島村 光明,Mitsuaki SHIMAMURA,前原 剛,Takeshi MAEHARA
近年、原子力発電プラントの炉内構造物に対し | Shroud て、応力腐食割れ (SCC) の発生が報告され、炉内 | Shroud Support 構造物の点検の必要性が高まっている。Jet Pump 原子力圧力容器内には、シュラウドなどの炉内 Core Spray 構造物が存在するため、複雑かつ狭隘な空間が多 CRDStub Tube い。そのため、目視検査 (VT) を行うためのテレビO:Applied, O:Developed, *:Accessibility カメラや超音波探傷試験 (UT) を行うための UT プ ローブを点検対象部位に接近、位置決めすることShroud は困難である。東芝は上記課題を克服する小型、Jet Pump 汎用かつ広範囲に炉内構造物にアクセスできるShroud Supp 炉内検査装置(ビークル)の開発と実機に適用し、 Table 1 および Fig.1 に示す検査能力を確立した [1] ~ [9] 。一部のプラントのシュラウドサポートはイン コネル 600 およびインコネル 182 で構成されてい るために SCC 感受性があり、国内外で損傷事例が 確認されており、VT および UT の必要性が高まっShroud Vehている。本構造物に対する VT は技術を確立し、Vessel Bottom 既に実機に適用されている。一方、UTについては 点検対象部位へのアクセスは可能であったが、UT に要求される動作性能を満足するビークルは開 発されていない。そこで、東芝ではシュラウドサ ポートの UT および VT に適用可能なビークルを開TIS-30Crawler 発したので、本稿で紹介する。
2. シュラウドサポート用遠隔駆動装置Table 2 Specifications of Delivery Systemfor Shroud Support 2.1 目的/用途| Dimensions | W 520mm x H 830mm x T 630mm*1 - シュラウドサポート用遠隔駆動装置は、シュラ | Mass | 35kg (in air) ウドサポートの H8 および H9 溶接部 (Fig. 2 参照)| Motion Submerge: Back / Forward, Left / | を対象として、短時間で広範囲の検査ができるよRight turn, Up / down うに開発された[10] 。本装置の目的は、各種の作| Wheel drive: Horizontal 業装置(目視検査、超音波探傷試験)を選択的にSpeed | 0.6-20 mm/s 搭載して炉内の狭隘な対象部位へ接近し、作業ツ *1: Maximum ールの搬送、位置決め、保持、探傷を行うことで ある。(1) 遊泳機能Pressure Vessel(1) 遊泳機能 * 本装置は、バラストタンク内に空気あるいは水 を注入することによって浮力を調整し、浮上/潜 航を行う。また、スラスタの回転方向等を調整す ることにより、前後進および旋回の各方向に遊泳 できる。水中の高放射線環境下で使用できるよう に、主要な構成部品を耐水性および耐放射線性に 優れたエンジニアリングプラスチック等で構成 している。さらに、遊泳を容易にするために、重 量の軽量化を図り、水中重量と浮力をほぼ等しく (以下、中性浮力化という)できる構成としてい る。また、上部にフロートを配置することにより、 浮心が重心より上に位置付けられて、上下の姿勢 が常に一定に保たれる。また、上部格子板や炉心支持板などの狭隘部を 通過するために、固定アームおよび駆動車輪アー ムは収納可能とした (Fig. 4 参照)。Shroud support cylinderH9Reactor Pressure Vesse(RPV)Shroud 'support plate Fig. 2 Shroud support2.2 構成及び機能 - 本装置は、目標部位へのアクセス性と走行精度 を向上するために遊泳機能と壁面走行機能を併 せ持たせている。Fig. 3に本装置の外観を、Table 2に本装置の仕様を示す。Phased Array UT ProbePassive wheelClamping armScannerDriving wheel ThrusterDriving wheel ar?Ballast tankScanner armFig. 3 Delivery System for Shroud SupportBallast tankUnit : mmCore PlatShroud SupportFig. 4 Device configurationApprox. 中270円MMANGRAMen-stonmensteratake knstaStanessemissesanameramApprox. W620Top Guideglamox.510IFTTTTTINIUnit : mm““Core Plate94(2) 壁面固定機能UT を実施するためには、UT プローブを対象面 に対して一定の距離を保って支持できること、 JEAG4207 に規定されるように探傷漏れを起こさ ないために、一定間隔で探傷データを取得するこ とが求められる。本装置は、周溶接線に対する探 傷を効率よく実施するため、固定アームおよび駆 動車輪アームは RPV およびシュラウドサポートシ リンダに対して固定される機構とした。また、タ ンク内に空気を注入して発生する浮力によりバ ッフルプレートに受動車輪を押し当てる機構と した。ビークル本体は、駆動車輪により RPV 周方 向に走行する(Fig. 5 参照)。H8Passive wheelShroud support plateShroud support cylinderRPYClamping armDriving wheel arm-Ballast tankFig. 5 Set up condition (In case of H8UT)(3) 操縦方法遊泳移動の場合には、操作を簡易にするために、 ハンディコントローラによって操縦する。対象部 へ固定後、RPV 周方向への移動の際には、走行精 度を良くするために速度制御を行う。(4) 検査機能H8 や H9 溶接線に存在する垂直方向のひびの UT を行う場合は、スキャナ(Fig. 6 参照)を用いて 探傷を行う。スキャナは3つの駆動軸を有してお り、これらの軸を制御することにより、フェーズ ドアレイ UT プローブ (Fig.7参照)を当該構造物 に倣って駆動できる (Fig.8参照)。当該部はフェ ーズドアレイ UT プローブによる水浸法を適用す るため、対象部が凸凹を有していても探傷するこ とができる。本スキャナを用いて EDM スリットが 付与された H9 試験体に対する探傷性確認試験をDear axis行い、Fig. 9 に示すように良好に探傷できること を確認した。.. Rotating axisRotating axisLinear axisFig. 6 ScannerFig. 7 Phased Array UT ProbeShroud support plateCrackハハハハハハハハハハハハハハハハTHScan directionUT probeShroud support → cylinderハハハハハハハハハハハハハハ - TTTScan direction UT probev6Shroud support cylinder→Fig. 8 UT probe scanning methodSurface echoTip echoFig. 9 H9 UT Mock-Up result95さらに、CCD カメラ、照明、ミラーを組み込ん だ VT モジュールを搭載することにより、目視検 査に適用できる。 - 本装置の位置決め精度は、ビークルは走行距離 2600mm に対して走行誤差(二乗平均誤差)が約 4mm、スキャナは駆動距離 108mm に対して駆動誤 差(同上)が約 1mm である。ビークルの走行誤差 は、周方向のひびの長さ計測精度、スキャナの駆 動誤差は縦ひびの長さ計測精度となるが、いずれ も非常に良好な精度を有していることを確認した。2.3 適用効果Fig. 10 に 1, 100MWe 級プラントのシュラウドサ ポート (H8 および H9) 展開図中に各溶接部に対す る UT 可能範囲を示す。H8、H9 共に全周の UT が 可能である。また、本装置は遊泳式装置であるた めに、制御棒ハウジングへの据付型装置と比較し て、投入回数が4回で全周にアクセスすることが 可能となり、工期短縮に寄与できる。A-A Section180““90-270““のおか。O: Initial position 11: Scanning directionFig. 10Shroud support UT range3. 結言1. 本稿では、従来のアクセス手法では UT が困難 であったシュラウドサポートに対して UT ビーク ルを開発し、アクセス範囲を拡大、かつ、効率的 に点検などの作業を行うためのビークルの構成および機能、適用効果について述べた。今後も研究開発等によって、さらに所要時間が 短縮化するための改良、適用方法を検討する。ま た、炉内保全工事への適用を検討する。これらの 炉内検査装置を用いた炉内作業の高度化が、プラ ント稼働率の向上に大いに貢献すると考える。参考文献 [1] 成瀬 克彦他 日本保全学会 第1回学術講演会要旨集“炉内検査装置の開発及び実機適用““、p.243 [2] M. Shimamura, et al, ““Underwater RemotelyOperated Vehicle for Core Shroud Inspection““ 10““““ Robotics & System Mtg. Proceeding, Gainesville, Florida ? March28-31, 2004 p183..190 [3] M. Kimura, etal, ““Underwater RemoteHandling Equipment for Reactor Internals Maintenance ““Proceedings of 10th International Conference on NuclearEngineering Arlington VA Apr. 2002 [4] M. Kimura et al., ““Compact VisualInspection Submersible for NPP's““ Proceedings of ANS Topical Meeting on Robotics and Remote Systems, Monterey CA,Feb. 1995, p25.. 311 [5] 木村元比古,他,日本原子力学会誌 原子炉用水中目視検査装置の開発 38, 10 1996p. 826..823 [6] M. Shimamura et al., ““Development of VacuumCleaning Device in BWR Vessels““ Proceedings of ANS Topical Meeting on Robotics and Remote Systems, Augusta GAApr. 1997, p794..801 [7] 島村 光明他 日本原子力学会年会予稿集炉内洗浄装置の開発 1996年春 p. 185 [8]島村 光明他 日本原子力学会年会予稿集炉内洗浄装置の開発(第2報) 1997 年春p.375 [9] 中川 哲郎他 日本原子力学会年会予稿集シュラウド検査ビークルの開発、2006 年春 * p. 652 [10] 安達 弘幸他、日本原子力学会年会予稿集シュラウドサポート遠隔駆動装置の開発、 2006年春 p. 651.“ “シュラウドサポート用遠隔駆動装置の開発 “ “安達 弘幸,Hiroyuki ADACHI,湯口 康弘,Yasuhiro YUGUCHI,島村 光明,Mitsuaki SHIMAMURA,前原 剛,Takeshi MAEHARA