炉底部洗浄点検装置の開発
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カテゴリ: 第6回
1.緒言
原子力プラントを健全に運転するには燃料破損の防 止が重要であり、Institute of Nuclear Power Operations(INPO)は 2010 年までに燃料破損をゼロにする目標 を掲げている。 INPO は、燃料破損の原因の一つとして 燃料集合体内部へ流入する異物によるフレッチング損 傷を挙げている[1]。このような損傷を防ぐために、炉 内に混入した異物を吸引洗浄によって取り除くことが 検討されており、定期検査時にオペレーションフロア から圧力容器下部へ小型の吸引装置を降ろし吸引洗浄 する方法などが提案されている[2]。 __ しかし、提案されているような装置では、Fig. 1 に示 すように沸騰水型原子炉の圧力容器下部に存在するス タブチューブ周辺の限られた範囲しか吸引洗浄できな い。そこで、吸引ノズルを送り出すと共に、ワイヤ駆 動のスイング機構で吸引ノズルをスタブチューブ間へ 回り込ませて広範囲を吸引洗浄できる装置を開発した。
OperationpoleOperation poleVacuum hoseConventional Vacuum deviceDeveloped deviceStub tube CRD housingVacuum nozzle CRD: Control rod driveFig. 1. Concept of the developed Device2. 炉底部洗浄点検装置2.1 装置概念Fig. 2 に装置の全体構成を示す。短時間で広範囲の洗 浄と点検を行うために以下の作業が可能な装置とした。 1)炉心最外周の制御棒案内管のみを撤去して装置を設 置し、重力により下鏡上の中心まで先端を送り込む。2322)装置先端の吸引ノズルを積極的に曲げて、スタブチ ニューブ外周に沿って回り込ませる。 3)先端部の曲げ動作は手動で行い所望の位置への位置 ・ 決めを行なう。 4) カメラを搭載し下鏡上の異物や溶接線を確認する。Aux. hoist、Aux. bridgeVacuum hosePump unitControl unitFilterHoist wire23- Operation ropeOperation - |poleObservationcameraVacuum nozzle with cameraStub tubeFig. 2System configuration2.2 構成 - Fig. 3 に装置先端部の外観と構成を示す。装置は、 吸引ホースと先端に首振り機構を備えた吸引ノズル、 およびライト内蔵の目視点検用カメラからなる。吸引 ノズルとノズルベースは吸引ホースのまわりに等間隔 で配置された4本のコントロールワイヤで連結されて おり首振り機構を構成している。ノズルベースには下 鏡上の移動と安定性を考慮し車輪を取り付けている。 コントロールワイヤは床上のコントロールユニットで 手動操作される。レバーを倒すことによってコントロ ールワイヤの相対的な長さを調整し、吸引ノズルを任 意の方向に曲げることができる。ノズルベースには照 明を内蔵した目視点検用のカメラが搭載され、吸引ノ ズルの吸引状態を監視すると共に下鏡上の炉内構造物 の目視点検が可能である。搭載したカメラは LED 照明 付きの 38万画素カラーCCD カメラとした。Camera with lampNozzle baseVacuum hoseVacuum NozzleOperation ropeControl unit Control wires Fig. 3 Cleaning and inspection device2.3 使用方法Fig. 2 に示したように、装置は作業台車上の補助ホイ ストによって下鏡上に設置される。吊り下ろす際には 操作ポールを順次継ぎ足しながら、吸引ホースを添わ せて固縛する。下鏡上の装置の高さは、別途設置した 監視カメラの画像を見ながら補助ホイストによって調 整する。先端の吸引ノズルからの水流は、吸引ホース で吸引ポンプに導かれ、先端にフィルタを取り付けた 吐出ホースにより原子炉内へ戻される。スタブチューブ間を一箇所から連続して洗浄するに は炉心最外周に装置を設置して炉底部中央へ向かって 洗浄するのが合理的である。異物が堆積しやすいと考 えられる下鏡の傾斜 30 度以内の中央領域に対しては、 炉心最外周の制御棒案内管を 12 本撤去すれば良い。本 装置による想定洗浄範囲は約 70%であった。さらに設 置位置を増やすことで洗浄範囲を広げることができる。3. 機能試験 3.1 吸引機能 ““ 小径ワイヤ(径約 0.5mm,長さ約6mm)を水平面上に- 233. 散布して試作ノズルの吸引機能を確認した。試作ノズ ルの周囲の約 10mm が吸引回収可能であった。Fig.4に 下鏡上周辺部の傾斜を模擬した試験体での吸引状況を 示す。試作ノズルが傾斜面上に設置された場合でも同 サイズの小径ワイヤを吸引可能であることを確認した。Vacuum nozzleSmall wireFig. 4 Retrieving capability 散布して試作ノズルの吸引機能を確認した。試作ノズラによって位置を確認しながら通過させた。 ルの周囲の約 10mm が吸引回収可能であった。Fig. 4 に 2) 送り込み 下鏡上周辺部の傾斜を模擬した試験体での吸引状況を周辺部のスタブチューブ位置から、炉底部の中央ま 示す。試作ノズルが傾斜面上に設置された場合でも同 で吸引ノズルとカメラを送り込んだ。吸引ホースを固 サイズの小径ワイヤを吸引可能であることを確認した。 縛した操作ポールによって装置全体の上下位置の調整と全体のねじり操作を行った。またノズルベースに取 り付けた操作ロープで先端部のみを上下させて送り込んだ。 Vacuum nozzle3)洗浄および目視確認補助ホイストにより装置全体を引き上げ、吸引ノズ Small wireルおよびカメラを炉底部中央から周辺まで引き上げた。 その都度、コントロールユニットのレバーを操作して 吸引ノズルの首振り動作を行いスタブチューブ側面に 沿わせて回り込ませた。必要に応じ装置全体を戻して 先端のノズルを送り込んだ。 4)回収作業台車上の補助ホイストによって装置全体を引き Fig. 4 Retrieving capability上げて回収した。3.2 取扱い性Fig. 6 に中央部の下鏡模擬体へのノズル送り込みの 下鏡上での取扱い性を確認するために、上部格子板 様子を示す。炉底部の中央まで吸引ノズルの送り込み や炉心支持板を模擬したモックアップ設備において実が可能であり、スタブチューブの側面に吸引ノズルを 機同等の水深に下鏡上の模擬体を設置して機能確認を回り込ませることが可能であった。 行った。Fig.5 に示す中央部と周辺部の模擬体を用いた。 Fig. 7 に周辺部の下鏡模擬体へのノズル送り込みの様子を示す。吸引ノズルの進行方向に対し下鏡上は大きく傾斜しており、先端が常に右側へ偏るが炉底部の Center area Peripheral area中央まで吸引ノズルの送り込みが可能であった。さら に、先端の首振り動作によってスタブチューブの側面に吸引ノズルを回り込ませることが可能であった。 3.2 取扱い性下鏡上での取扱い性を確認するために、上部格子板 や炉心支持板を模擬したモックアップ設備において実 機同等の水深に下鏡上の模擬体を設置して機能確認を 行った。Fig.5 に示す中央部と周辺部の模擬体を用いた。Center area Peripheral area2Peripheral areaStub tubePeripheral areaStub tubeFig. 5Partial mock up of bottom area取扱い性は以下の手順により確認した。 1)設置 * 補助ホイストにより作業台車上から装置を吊り下ろ した。操作ポールに吸引ホースを添わせて固縛しなが ら吊り下ろし、先端が上部格子板や炉心支持板を通過 する時には搭載のカメラや別途吊り下ろした監視カメ0000 0000| Vacuum nozzleFig. 6Nozzle accessibility (center area)-234 -操作ポールに吸引ホースを添わせて固縛しなが 下ろし、先端が上部格子板や炉心支持板を通過 には搭載のカメラや別途吊り下ろした監視カメ付けた操作ロープで先端部のみを上下させて送りDevice installed Location\!ノ!ノ!ノ1[2]Fig. 7Nozzle accessibility (peripheral area)Fig. 8 に搭載した CCD カメラによる下鏡上の画像を 示す。下鏡模擬体上の周辺部でもスタブチューブの模 擬溶接線が明確に確認できた。Fig. 8View of RPV bottom by the mounted camera*以上の結果から 2.1 で述べた 1)から 4)の作業を実現 できることを確認した。稿では、圧力容器下部の吸引洗浄作業を効率的に う装置について紹介した。本装置は、電動モータ 4.結言* 本稿では、圧力容器下部の吸引洗浄作業を効率的に 行なう装置について紹介した。本装置は、電動モータ 等を用いずに4本のコントロールワイヤを手動で調整 して先端の吸引ノズルのみを任意方向に動かすことが できる。試作機による機能試験の結果、下鏡上で吸引 ノズルを送り出すと共に、スタブチューブ間に回り込 ませて広範囲の吸引洗浄が行えることを確認した。参考文献 [1] http://www.neimagazine.com/story.asp?sc=2050914,“Fuel failure phaseout”, Nuclear EngineeringInternational, September 01, 2008. Troy A. Wilfong et al., “Development of a Lightweight Underwater Vacuum System for Foreign Object Search and Retrieval““, Proceedings of 9th ANS Topical Meeting on Robotics and Remote Systems, Seattle, WA, Mar. 2001. - 235 -“ “炉底部洗浄点検装置の開発“ “島村 光明,Mitsuaki SHIMAMURA,穂積 久士,Hisashi HOZUMI,菅沼 直孝,Naotaka SUGANUMA,向井 成彦,Naruhiko MUKAI,湯口 康弘,Yasuhiro YUGUCHI
原子力プラントを健全に運転するには燃料破損の防 止が重要であり、Institute of Nuclear Power Operations(INPO)は 2010 年までに燃料破損をゼロにする目標 を掲げている。 INPO は、燃料破損の原因の一つとして 燃料集合体内部へ流入する異物によるフレッチング損 傷を挙げている[1]。このような損傷を防ぐために、炉 内に混入した異物を吸引洗浄によって取り除くことが 検討されており、定期検査時にオペレーションフロア から圧力容器下部へ小型の吸引装置を降ろし吸引洗浄 する方法などが提案されている[2]。 __ しかし、提案されているような装置では、Fig. 1 に示 すように沸騰水型原子炉の圧力容器下部に存在するス タブチューブ周辺の限られた範囲しか吸引洗浄できな い。そこで、吸引ノズルを送り出すと共に、ワイヤ駆 動のスイング機構で吸引ノズルをスタブチューブ間へ 回り込ませて広範囲を吸引洗浄できる装置を開発した。
OperationpoleOperation poleVacuum hoseConventional Vacuum deviceDeveloped deviceStub tube CRD housingVacuum nozzle CRD: Control rod driveFig. 1. Concept of the developed Device2. 炉底部洗浄点検装置2.1 装置概念Fig. 2 に装置の全体構成を示す。短時間で広範囲の洗 浄と点検を行うために以下の作業が可能な装置とした。 1)炉心最外周の制御棒案内管のみを撤去して装置を設 置し、重力により下鏡上の中心まで先端を送り込む。2322)装置先端の吸引ノズルを積極的に曲げて、スタブチ ニューブ外周に沿って回り込ませる。 3)先端部の曲げ動作は手動で行い所望の位置への位置 ・ 決めを行なう。 4) カメラを搭載し下鏡上の異物や溶接線を確認する。Aux. hoist、Aux. bridgeVacuum hosePump unitControl unitFilterHoist wire23- Operation ropeOperation - |poleObservationcameraVacuum nozzle with cameraStub tubeFig. 2System configuration2.2 構成 - Fig. 3 に装置先端部の外観と構成を示す。装置は、 吸引ホースと先端に首振り機構を備えた吸引ノズル、 およびライト内蔵の目視点検用カメラからなる。吸引 ノズルとノズルベースは吸引ホースのまわりに等間隔 で配置された4本のコントロールワイヤで連結されて おり首振り機構を構成している。ノズルベースには下 鏡上の移動と安定性を考慮し車輪を取り付けている。 コントロールワイヤは床上のコントロールユニットで 手動操作される。レバーを倒すことによってコントロ ールワイヤの相対的な長さを調整し、吸引ノズルを任 意の方向に曲げることができる。ノズルベースには照 明を内蔵した目視点検用のカメラが搭載され、吸引ノ ズルの吸引状態を監視すると共に下鏡上の炉内構造物 の目視点検が可能である。搭載したカメラは LED 照明 付きの 38万画素カラーCCD カメラとした。Camera with lampNozzle baseVacuum hoseVacuum NozzleOperation ropeControl unit Control wires Fig. 3 Cleaning and inspection device2.3 使用方法Fig. 2 に示したように、装置は作業台車上の補助ホイ ストによって下鏡上に設置される。吊り下ろす際には 操作ポールを順次継ぎ足しながら、吸引ホースを添わ せて固縛する。下鏡上の装置の高さは、別途設置した 監視カメラの画像を見ながら補助ホイストによって調 整する。先端の吸引ノズルからの水流は、吸引ホース で吸引ポンプに導かれ、先端にフィルタを取り付けた 吐出ホースにより原子炉内へ戻される。スタブチューブ間を一箇所から連続して洗浄するに は炉心最外周に装置を設置して炉底部中央へ向かって 洗浄するのが合理的である。異物が堆積しやすいと考 えられる下鏡の傾斜 30 度以内の中央領域に対しては、 炉心最外周の制御棒案内管を 12 本撤去すれば良い。本 装置による想定洗浄範囲は約 70%であった。さらに設 置位置を増やすことで洗浄範囲を広げることができる。3. 機能試験 3.1 吸引機能 ““ 小径ワイヤ(径約 0.5mm,長さ約6mm)を水平面上に- 233. 散布して試作ノズルの吸引機能を確認した。試作ノズ ルの周囲の約 10mm が吸引回収可能であった。Fig.4に 下鏡上周辺部の傾斜を模擬した試験体での吸引状況を 示す。試作ノズルが傾斜面上に設置された場合でも同 サイズの小径ワイヤを吸引可能であることを確認した。Vacuum nozzleSmall wireFig. 4 Retrieving capability 散布して試作ノズルの吸引機能を確認した。試作ノズラによって位置を確認しながら通過させた。 ルの周囲の約 10mm が吸引回収可能であった。Fig. 4 に 2) 送り込み 下鏡上周辺部の傾斜を模擬した試験体での吸引状況を周辺部のスタブチューブ位置から、炉底部の中央ま 示す。試作ノズルが傾斜面上に設置された場合でも同 で吸引ノズルとカメラを送り込んだ。吸引ホースを固 サイズの小径ワイヤを吸引可能であることを確認した。 縛した操作ポールによって装置全体の上下位置の調整と全体のねじり操作を行った。またノズルベースに取 り付けた操作ロープで先端部のみを上下させて送り込んだ。 Vacuum nozzle3)洗浄および目視確認補助ホイストにより装置全体を引き上げ、吸引ノズ Small wireルおよびカメラを炉底部中央から周辺まで引き上げた。 その都度、コントロールユニットのレバーを操作して 吸引ノズルの首振り動作を行いスタブチューブ側面に 沿わせて回り込ませた。必要に応じ装置全体を戻して 先端のノズルを送り込んだ。 4)回収作業台車上の補助ホイストによって装置全体を引き Fig. 4 Retrieving capability上げて回収した。3.2 取扱い性Fig. 6 に中央部の下鏡模擬体へのノズル送り込みの 下鏡上での取扱い性を確認するために、上部格子板 様子を示す。炉底部の中央まで吸引ノズルの送り込み や炉心支持板を模擬したモックアップ設備において実が可能であり、スタブチューブの側面に吸引ノズルを 機同等の水深に下鏡上の模擬体を設置して機能確認を回り込ませることが可能であった。 行った。Fig.5 に示す中央部と周辺部の模擬体を用いた。 Fig. 7 に周辺部の下鏡模擬体へのノズル送り込みの様子を示す。吸引ノズルの進行方向に対し下鏡上は大きく傾斜しており、先端が常に右側へ偏るが炉底部の Center area Peripheral area中央まで吸引ノズルの送り込みが可能であった。さら に、先端の首振り動作によってスタブチューブの側面に吸引ノズルを回り込ませることが可能であった。 3.2 取扱い性下鏡上での取扱い性を確認するために、上部格子板 や炉心支持板を模擬したモックアップ設備において実 機同等の水深に下鏡上の模擬体を設置して機能確認を 行った。Fig.5 に示す中央部と周辺部の模擬体を用いた。Center area Peripheral area2Peripheral areaStub tubePeripheral areaStub tubeFig. 5Partial mock up of bottom area取扱い性は以下の手順により確認した。 1)設置 * 補助ホイストにより作業台車上から装置を吊り下ろ した。操作ポールに吸引ホースを添わせて固縛しなが ら吊り下ろし、先端が上部格子板や炉心支持板を通過 する時には搭載のカメラや別途吊り下ろした監視カメ0000 0000| Vacuum nozzleFig. 6Nozzle accessibility (center area)-234 -操作ポールに吸引ホースを添わせて固縛しなが 下ろし、先端が上部格子板や炉心支持板を通過 には搭載のカメラや別途吊り下ろした監視カメ付けた操作ロープで先端部のみを上下させて送りDevice installed Location\!ノ!ノ!ノ1[2]Fig. 7Nozzle accessibility (peripheral area)Fig. 8 に搭載した CCD カメラによる下鏡上の画像を 示す。下鏡模擬体上の周辺部でもスタブチューブの模 擬溶接線が明確に確認できた。Fig. 8View of RPV bottom by the mounted camera*以上の結果から 2.1 で述べた 1)から 4)の作業を実現 できることを確認した。稿では、圧力容器下部の吸引洗浄作業を効率的に う装置について紹介した。本装置は、電動モータ 4.結言* 本稿では、圧力容器下部の吸引洗浄作業を効率的に 行なう装置について紹介した。本装置は、電動モータ 等を用いずに4本のコントロールワイヤを手動で調整 して先端の吸引ノズルのみを任意方向に動かすことが できる。試作機による機能試験の結果、下鏡上で吸引 ノズルを送り出すと共に、スタブチューブ間に回り込 ませて広範囲の吸引洗浄が行えることを確認した。参考文献 [1] http://www.neimagazine.com/story.asp?sc=2050914,“Fuel failure phaseout”, Nuclear EngineeringInternational, September 01, 2008. Troy A. Wilfong et al., “Development of a Lightweight Underwater Vacuum System for Foreign Object Search and Retrieval““, Proceedings of 9th ANS Topical Meeting on Robotics and Remote Systems, Seattle, WA, Mar. 2001. - 235 -“ “炉底部洗浄点検装置の開発“ “島村 光明,Mitsuaki SHIMAMURA,穂積 久士,Hisashi HOZUMI,菅沼 直孝,Naotaka SUGANUMA,向井 成彦,Naruhiko MUKAI,湯口 康弘,Yasuhiro YUGUCHI