| 【発明の名称】 |
ジェットポンプの表面改質装置および同表面改質方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】南 秀幸
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| 【要約】 |
【課題】ジェットポンプの溶接部に対して内面よりレーザ照射により内面の引張残留応力を低減または圧縮とすることができ、かつ内表面の組織改善を行うことが可能であり、応力腐食割れの発生を防止できるようにする。
【解決手段】沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器１におけるジェットポンプ３のライザ管６、エルボ５、サーマルスリーブ４、セーフエンド溶接部４ａおよび溶接部近傍の内面を改質するジェットポンプの表面改質装置であって、ジェットポンプ３のサーマルスリーブ４が挿入されている再循環入口ノズル２を開口状態として炉外側から順次に導入して管内面で駆動し得る、磨き装置９、レーザ照射装置３５および検査装置２７を備える。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器に取付けられたジェットポンプの溶接部および溶接部近傍の内面を改質するジェットポンプの表面改質装置であって、前記ジェットポンプのサーマルスリーブが挿入されている再循環入口ノズルを開口状態とし、この開口に炉外側から順次に導入して管内面で駆動し得る、磨き装置、レーザ照射装置および検査装置を備えたことを特徴とするジェットポンプの表面改質装置。
【請求項２】 再循環入口ノズルに外部からの挿入し得る操作ロッドと、この操作ロッドに連結された固定アーム格納部およびこの固定アーム格納部内に格納された固定アームと、前記固定アーム格納部の先端側に設けられた磨き具とを備え、前記回転ヘッドは、前記固定アーム格納部の先端にて回転可能に支持されてジェットポンプのライザ−管、エルボ、サーマルスリーブ、セーフエンド溶接部および溶接部近傍の内面を磨く磨きヘッドと、磨き状態を監視する監視用カメラとを備えたことを特徴とする磨き装置。
【請求項３】 再循環入口ノズルに外部からの挿入し得る操作ロッドと、この操作ロッドに連結された固定アーム格納部およびこの固定アーム格納部内に格納された固定アームと、前記固定アーム格納部の先端側に設けられたレーザ照射装置とを備え、前記レーザ照射装置は、前記固定アーム格納部の先端にて回転可能に支持されてジェットポンプのライザ−管、エルボ、サーマルスリーブ、セーフエンド溶接部および溶接部近傍の内面をレーザ照射するレーザ照射ヘッドと、このレーザ照射ヘッドを回転ヘッドに出し入れする照射ヘッド開閉機構とを備えたことを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項４】 再循環入口ノズルに外部からの挿入し得る操作ロッドと、この操作ロッドに連結された固定アームと、この固定アームの先端側に設けられた外観検査用カメラおよび浸透探傷試験用ヘッドとを備え、前記外観検査用カメラおよび浸透探傷試験用ヘッドは、ジェットポンプのライザ−管、エルボ、サーマルスリーブ、セーフエンド溶接部および溶接部近傍の内面にて回転することにより被検査面全周を検査可能であることを特徴とする検査装置。
【請求項５】 冷却水再循環配管を切断した後、再循環入口ノズルの開口部より請求項２から３までに記載した磨き装置、検査装置およびレーザ照射装置を挿入して、原子炉圧力容器に取付けられたジェットポンプのライザ管、エルボ、サーマルスリーブ、セーフエンドの溶接部および溶接部近傍の内面に対し、前記磨き装置による磨き作業および前記レーザ照射装置によるレーザ照射の後、前記検査装置により表面状態を検査することを特徴とするジェットポンプの表面改質方法。
【請求項６】 請求項５記載のジェットポンプの表面改質方法において、ＹＡＧレーザを照射することにより溶接部近傍の引張残留応力を低減または圧縮にし、もしくは溶接部近傍の金属組織改善を図ることにより、応力腐食割れを防止することを特徴とするジェットポンプの表面改質方法。
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【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内に取付けられている既設のジェットポンプの表面改質を行うジェットポンプの表面改質装置およびジェットポンプの表面改質方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】再循環ポンプより送り出される炉水は高速でジェットポンプ内を流れるため、プラント運転期間中ジェットポンプの溶接部近傍には流体振動の力が加わり、疲労破壊の発生が考えられる。また、ジェットポンプに対してはプラントの長期にわたる運転により長期間高温高圧の環境中に曝され材料劣化の問題が懸念される。特に、溶接部近傍は溶接入熱による材料の鋭敏化および引張残留応力が形成されているため潜在的な応力腐食割れ発生の危険性を有している。
【０００３】一方、ジェットポンプの外表面にはライザブレース、ブラケットが溶接されている。溶接部外表面の形状は複雑であり、上記溶接部に対し、ジェットポンプの外表面側より表面改質を行うには部位毎に専用の装置が必要となる。
【０００４】また、ジェットポンプディフューザとエルボおよびエルボとサーマルスリーブの溶接部は原子炉圧力容器と近接しており、外表面から溶接部の改質を行うためには小型の専用装置が必要となり、表面改質の施工が困難となる課題がある。
【０００５】また、サーマルスリーブとセーフエンドの溶接部については、外表面から溶接部までの厚さが大きく、外表面から施工した効果がサーマルスリーブとセーフエンドの溶接部内面まで得るのは極めて困難である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来技術においては、溶接部外表面の形状が複雑なジェットポンプの外表面側より表面改質を行うには、部位毎に専用の装置が必要となり、またジェットポンプディフューザとエルボおよびエルボとサーマルスリーブの溶接部は原子炉圧力容器と近接しており、外表面から溶接部の改質を行うためには、小型の専用装置が必要となり、表面改質の施工が困難となる課題がある。また、サーマルスリーブとセーフエンドの溶接部については、外表面から溶接部までの厚さが大きく、外表面から施工した効果を、サーマルスリーブとセーフエンドの溶接部内面まで得るのは極めて困難である。
【０００７】本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、既設ジェットポンプの表面改質をその内表面側より行うジェットポンプの表面改質装置および同表面改質方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため、請求項１に係る発明では、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器に取付けられたジェットポンプの溶接部および溶接部近傍の内面を改質するジェットポンプの表面改質装置であって、前記ジェットポンプのサーマルスリーブが挿入されている再循環入口ノズルを開口状態として炉外側から順次に導入して管内面で駆動し得る、磨き装置、レーザ照射装置および検査装置を備えたことを特徴とするジェットポンプの表面改質装置を提供する。
【０００９】請求項２に係る発明では、再循環入口ノズルに外部からの挿入し得る操作ロッドと、この操作ロッドに連結された固定アーム格納部およびこの固定アーム格納部内に格納された固定アームと、前記固定アーム格納部の先端側に設けられた磨き具とを備え、前記回転ヘッドは、前記固定アーム格納部の先端にて回転可能に支持されてジェットポンプのライザ−管、エルボ、サーマルスリーブ、セーフエンド溶接部および溶接部近傍の内面を磨く磨きヘッドと、磨き状態を監視する監視用カメラとを備えたことを特徴とする磨き装置を提供する。
【００１０】請求項３に係る発明では、再循環入口ノズルに外部からの挿入し得る操作ロッドと、この操作ロッドに連結された固定アーム格納部およびこの固定アーム格納部内に格納された固定アームと、前記固定アーム格納部の先端側に設けられたレーザ照射装置とを備え、前記レーザ照射装置は、前記固定アーム格納部の先端にて回転可能に支持されてジェットポンプのライザ−管、エルボ、サーマルスリーブ、セーフエンド溶接部および溶接部近傍の内面をレーザ照射するレーザ照射ヘッドと、このレーザ照射ヘッドを回転ヘッドに出し入れする照射ヘッド開閉機構とを備えたことを特徴とするレーザ照射装置を提供する。
【００１１】請求項４に係る発明では、再循環入口ノズルに外部からの挿入し得る操作ロッドと、この操作ロッドに連結された固定アームと、この固定アームの先端側に設けられた外観検査用カメラおよび浸透探傷試験用ヘッドとを備え、前記外観検査用カメラおよび浸透探傷試験用ヘッドは、ジェットポンプのライザ−管、エルボ、サーマルスリーブ、セーフエンド溶接部および溶接部近傍の内面にて回転することにより被検査面全周を検査可能であることを特徴とする検査装置を提供する。
【００１２】請求項５に係る発明では、冷却水再循環配管を切断した後、再循環入口ノズルの開口部より請求項２から３までに記載した磨き装置、検査装置およびレーザ照射装置を挿入して、原子炉圧力容器に取付けられたジェットポンプのライザ管、エルボ、サーマルスリーブ、セーフエンドの溶接部および溶接部近傍の内面に対し、前記磨き装置による磨き作業および前記レーザ照射装置によるレーザ照射の後、前記検査装置により表面状態を検査することを特徴とするジェットポンプの表面改質方法を提供する。
【００１３】請求項６に係る発明では、請求項５記載のジェットポンプの表面改質方法において、ＹＡＧレーザを照射することにより溶接部近傍の引張残留応力を低減または圧縮にし、もしくは溶接部近傍の金属組織改善を図ることにより、応力腐食割れを防止することを特徴とするジェットポンプの表面改質方法を提供する。
【００１４】本発明によればジェットポンプ外表面に溶接されたライザブレース、ブラケットの溶接部およびジェットポンプディフューザとエルボ、エルボとサーマルスリーブおよびサーマルスリーブとセーフエンドの各溶接部および溶接熱影響部に対し表面の引張応力を低減または圧縮とすることができる。
【００１５】また、上記部位に対し、それぞれ個別の磨き装置、検査装置、レーザ照射装置を必要とせず、ライザブレース、ブラケットの溶接部およびジェットポンプディフューザとエルボの垂直管部の溶接部と、エルボとサーマルスリーブおよびサーマルスリーブとセーフエンドの水平管部の溶接部に対し、２種類の磨き装置、検査装置、レーザ照射装置で上記の溶接部に対し表面改質施工が可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】図１はジェットポンプの構造を示す断面図であり、図２は磨き装置を示す構成図である。図３はレーザ照射装置を示す構成図であり、図４は検査装置を示す構成図である。
【００１８】図１に示すように、原子炉圧力容器１には再循環入口ノズル２が設けられ、この再循環入口ノズル２のセーフエンドに溶接部４ａを介してジェットポンプ３のサーマルスリーブ４が連通接続されている。即ち、ジェットポンプ３は原子炉圧力容器１に取付けられたサーマルスリーブ４と、このサーマルスリーブ４に溶接接されたエルボ５と、エルボ５に溶接されたライザ管６とにより構成されており、ライザ管６の外表面にはブラケット７とライザブレースアーム８とが溶接されている。なお、通常状態では再循環入口ノズル２の外端部に図示しない原子炉再循環配管が連結されている。
【００１９】本実施形態では、この原子炉再循環配管を原子炉圧力容器１の外側より切断した状態で、後述する装置を再循環配管の切断により開口した再循環入口ノズル２の外側から挿入して改質を行なうものである。
【００２０】図２は、改質作業の最初に行なわれる清浄化に使用する磨き装置の構成を示している。即ち、磨き装置９は、図２に示すように、再循環入口ノズル２に外部からの挿入を行なうための操作ロッド１０に、筒状のケース体としての固定アーム格納部１１を連結し、この固定アーム格納部１１内に装置固定のための後述する固定アームを格納するとともに、この固定アーム格納部１１の先端側に磨き具等を備える回転ヘッド１２を連結した構成となっている。
【００２１】筒状の固定アーム格納部１１内には中心軸１３が設けられ、その周囲に向って起伏動作できる前後２体ずつで１組をなす計３組の固定アーム１４が、それぞれ固定支点１５に支持されて周方向に等間隔で開閉回動可能に取付けられている。これらの各固定アーム１４の先端には、例えばローラ等のノズル内面接触部１６が設けられている。そして各固定アーム１４は、それぞれ固定アーム格納部１１内に回動アーム１７を介して支持された伸縮用シリンダ１８の駆動ロッド１９に連結され、回動アーム１７のリンク動作および伸縮用シリンダ１８により、固定アーム格納部１１の内外周に進退動作するようになっている。これにより、各固定アーム１４が再循環入口ノズル２内のサーマルスリーブ４等の所定位置で内周面に当接し、固定できるようになっている。
【００２２】また、回転ヘッド１２は固定アーム格納部１１の中心軸１３先端に継手部２１を介して軸心周りで回転可能に支持されたケース体として構成されており、この回転ヘッド１２には、駆動用シリンダ２３およびＸ状の伸縮式リンクアーム２４からなる磨きヘッド伸縮機構２５により磨きヘッド２２が支持され、また、監視用カメラ２６が収納されている。即ち、回転ヘッド１２は、回転して研磨動作する磨きヘッド２２と、磨きヘッド２２を施工対象部に押し付ける磨きヘッド伸縮機構２５と、施工状態を監視する監視用カメラ２６とから構成されている。そして、使用時には、操作ロッド１０を使って磨き装置９を所定の位置まで挿入し、３組ある固定アーム１４を伸ばしてサーマルスリーブ４の内面に固定し、その後、回転ヘッド１２内に格納していた磨きヘッド２２を磨きヘッド伸縮機構２５を伸ばすことにより施工対象部に押し付けることができるようになっている。
【００２３】そして、ワイヤブラシをサーマルスリーブ４等の内周面に密着させ、回転ヘッド１２全体を回転させることによりサーマルスリーブ４等の内面に付着した付着物を除去することができるようになっている。監視カメラ１３は、除去後の状態を確認する。
【００２４】磨きヘッド２２は、付着物が除去できたことを確認した後に収納する。まず、固定アーム１４を固定アーム格納部１１に格納した後に、操作ロッド１０を操作して磨き装置９を再循環入口ノズル２の開口端２ａより外方に取外すことができる。
【００２５】次に、図３は、再循環入口ノズル２の開口端２ａより挿入し得るレーザ照射装置を示している。このレーザ照射装置３５は、溶接熱影響部およびその近傍に対しレーザを照射するものである。
【００２６】即ち、レーザ照射装置３５は磨き装置９と同様の操作ロッド１０および固定アーム格納部１１ならびに固定アーム１４を有するとともに、その先端にレーザ照射ヘッド３６とこのレーザ照射ヘッド３６を回転ヘッド１２に出し入れするための照射ヘッド開閉機構２０とを有する構成とされ、サーマルスリーブ４等の内周面所定の位置に挿入可能であるとともに、固定アーム１４を介して固定することができるようになっている。レーザ照射ヘッド３６は、照射ヘッド開閉機構２０を用いて回転ヘッド１２から展開し、所定の位置にセットする。回転ヘッド１２にはガイドローラが具備されており、レーザ光のフォーカス距離を一定に保持する機能を有する。セット完了後には、回転ヘッド１２を回転させてサーマルスリーブ４等の内面全周にレーザを照射し、加熱により対象部位の管内面を全周に亘って表面処理する。このレーザ照射による加熱で管内面の残留応力を改善することができる。なお、レーザ照射装置３５の固定アーム１４等については、図２に示したものとほぼ同様であるから、図３の該当部位に図２と同一の符号を付して説明を省略する。
【００２７】さらに、図４は、レーザ照射完了後に再循環入口ノズル２に挿入してレーザ照射後の内面状態を確認できる検査装置２７を示している。この検査装置２７は、前記同様の操作ロッド１０と、この操作ロッド１０に伸縮可能な支持軸２８を介して支持された３組の固定アーム１４とを有する。固定アーム１４には、ローラ等のノズル内面接触部１６が設けられている。また、検査装置２７は、操作ロッド１０に設けられた検査装置本体２９と、斜軸３０により支持されたガイドローラ３１と、外観検査用カメラ３２および浸透探傷試験用ヘッド３３を備えた検査ヘッド３４とを有しており、外観検査と浸透探傷試験の両試験が可能となっている。
【００２８】検査装置本体２９はサーマルスリーブ４内の所定位置まで挿入可能であり、装置固定用の固定アーム１４およびガイドローラ３１を用いて装置の固定が可能となっている。このように検査装置本体２９を固定した後、外観検査用カメラ３２を用いてレーザ照射部の検査を行う。外観検査用カメラ３２および浸透探傷試験用ヘッド３３は、検査ヘッド３４を管の軸を中心として３６０度回転させることによりサーマルスリーブ４等の内面全周を検査可能となっている。
【００２９】浸透探傷試験用ヘッド３３は浸透探傷試験用のものであり、この浸透探傷試験用ヘッド３３は洗浄用液および現像用液を再循環入口ノズル２の開口端２ａの外側から供給できる構造となっている。また、検査用カメラは、浸透探傷試験用ヘッド３３による浸透探傷試験の現像処理が終了後に、その試験個所を観察して検査することができるものである。
【００３０】次に、作用を説明する。本実施形態では、図示しない遠隔操作装置を備えており、下記の作業を遠隔自動的に行うことが可能となっている。
【００３１】改質作業に際しては、まず図１に示すように、炉内の水位をジェットポンプ３上部の直下まで下げた後、再循環入口ノズル２に連結されている図示しない原子炉再循環配管を、原子炉圧力容器１の外側より切断する。そして、原子炉再循環配管の切断により開口した再循環入口ノズル２の開口端２ａより、図２に示した磨き装置９を挿入する。次いで、磨き装置９を所定の位置まで挿入した後、まず３組の固定アーム１４を伸ばし、サーマルスリーブ４の内面に固定する。このサーマルスリーブ４を固定した後、回転ヘッド１２内に格納していた磨きヘッド２２を、磨きヘッド伸縮機構２５を伸ばすことによって施工対象部に押し付ける。
【００３２】その後、磨きヘッド２２のワイヤブラシをサーマルスリーブ４内面に密着させた後、回転ヘッド１２全体を回転させることにより内面に付着した付着物を除去する。除去後の状態は監視カメラによって確認し、付着物が除去できたことを確認した後に、磨きヘッド２２を収納し、固定アーム１４を格納した後に、磨き装置９を再循環入口ノズル２の開口端２ａより取外す。
【００３３】次に、再循環入口ノズル２の開口端２ａより図３に示したレーザ照射装置３５を挿入し、溶接熱影響部およびその近傍に対しレーザを照射する。この場合、レーザ照射装置３５をサーマルスリーブ４内の所定の位置に挿入した後、３組の固定アーム１４を伸ばし、サーマルスリーブ４の内面にレーザ照射装置３５を固定する。そして、レーザ照射ヘッド３６を、照射ヘッド開閉機構を用いて回転ヘッド１２より展開し、所定の位置にセットする。このレーザ照射ヘッド３６のセットが完了した後、回転ヘッド１２を回転させることにより、サーマルスリーブ４の全周にレーザを照射し、対象部位の表面処理を行う。
【００３４】このレーザ照射が完了した後、図４に示す検査装置２７を挿入し、レーザ照射後の内面状態を確認する。サーマルスリーブ４内へ検査装置本体２９を所定の位置まで挿入した後、固定アーム１４およびガイドローラを用いて装置を固定する。装置を固定した後、外観検査用カメラ３２を用いてレーザ照射部の検査を行う。次に、浸透探傷試験用ヘッド３３を用いて浸透探傷試験を行い、現像処理が終了した後、当該部表面を外観監視用カメラ３２を用いて観察することにより傷の有無を検査する。以上の一連の作業が完了した後、配管を復旧する。
【００３５】以上の実施形態によれば、外表面が複雑な形状をしているジェットポンプ３の溶接部に対し、内面よりＹＡＧレーザを照射することにより、内面の引張残留応力を低減または圧縮とすることができる。また、内表面の組織改善を行うことが可能であり、応力腐食割れの発生を有効に防止することができる。
【００３６】さらに、以上の操作は炉外から装置挿入を行い、サーマルスリーブ４内面から行うことができるため作業が容易である。また、装置としては垂直管部用と水平管部用の２種類があればよく、それぞれの溶接部に対して個々に専用の装置を必要としないので、装置構成としても、極めて簡便である。
【００３７】
【発明の効果】以上で詳述したように、本発明によれば、ジェットポンプの溶接部に対して内面よりレーザ照射により内面の引張残留応力を低減または圧縮とすることができ、かつ内表面の組織改善を行うことが可能であり、応力腐食割れの発生を防止できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３０７８
【氏名又は名称】株式会社東芝
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| 【出願日】 |
平成１３年３月１９日（２００１．３．１９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７８７６５
【弁理士】
【氏名又は名称】波多野 久 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−２７７５８２（Ｐ２００２−２７７５８２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年９月２５日（２００２．９．２５） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−７９３９４（Ｐ２００１−７９３９４） |
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