JP4546746B2

JP4546746B2 - 検査装置、検査装置の投入装置および検査方法

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Publication number: JP4546746B2
Application number: JP2004043060A
Authority: JP
Inventors: 遠藤　　洋; 健一大谷; 正憲鈴木; 善夫野中; 誠妹尾; 哲也松井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-02-19
Filing date: 2004-02-19
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2024-02-19
Also published as: JP2005233766A

Description

本発明は、水中構造物、例えば原子炉の炉内構造物の検査を行うための検査装置、この検査装置を検査位置近傍まで投入する投入装置、および前記検査装置を使用した検査方法に関する。

従来の炉底部検査では、原子炉内に装荷された燃料集合体や制御棒案内管を炉内から撤去した後、燃料交換機台車から水中カメラを炉底部まで吊り降ろして炉底部の様子を目視検査等実施していた。また、炉底部検査装置に関連する従来技術としては、特許文献１に開示された発明が公知である。この発明は、目視観察用のカメラおよび照明装置を搭載した耐圧性のケーシングに推進機構および姿勢制御手段を設けて水中ビークルを構成し、この水中ビークルを遠隔操作によって水中で遊泳させながら容器内の目視検査を行うようにした容器内検査装置において、水中ビークルを収納する収納容器と、この収納容器を容器内の目的検査部位の近傍に移動設置する移動手段とを備えたもので、この構成により、目的検査部位に接近するまでの水中ビークルの走行距離を短縮し、ケーブルが引っ掛かったり、絡まったりすることなく、あるいは障害物への衝突を防止し、狭隘部への接近時間を短縮できるとしている。
特開平７−２１８６８１号公報

従来技術では、炉底部の状況を遠隔で目視確認するためには、原子炉停止後に原子炉圧力容器の蓋を開放した後、原子炉圧力容器内の炉上部機構、燃料集合体及び制御棒案内管等の炉内構造物を炉内から撤去する必要があり、この機器の撤去に要する作業時間が定期点検期間延長を招いていた。また、前記特許文献１に開示されている水中ビークルによる検査では、上記の制御棒案内管（以下、ＣＲ案内管と略記）を全て撤去することに対する検査時間の課題はある程度回避されており、かつ炉底部状況の全般的な目視確認は可能である。

しかし、炉底部での検査が要求される制御棒駆動機構（以下、ＣＲＤと略記）スタブやＣＲＤハウジング等の溶接部表面の詳細検査を実施する前の検査部表面に堆積したソフトクラッドの除去については特に考慮されていない。また、特許文献１に開示されている水中ビークルの形状及び目視確認用のカメラの配置では、ＣＲＤスタブ溶接部全域に渡る詳細目視検査は困難であった。

また、従来の水中ビークルによる炉底部検査では、水中ビークルを収納容器に収納し、この収納容器を容器内の目的検査部位の近傍に移動設置することにより目的検査部位に接近するまでの水中ビークルの走行距離を短縮し、ケーブルが引っ掛かったり、絡まったりすることないようにすることを意図しているが、炉底部に林立する検査対象であるＣＲＤスタブやＣＤＲハウジング等の間をぬって移動することに伴う水中ビークルが牽引するケーブルと検査対象とのケーブル絡まり等の干渉回避の点までは考慮されていなかった。

そこで、本発明の目的は、水中に存在する検査対象物を検査する際に、最小限の作業で検査可能で、遠隔操作による検査時のケーブルの干渉を回避することができるようにすることにある。

前記目的を達成するため、第１の手段は、水中に存在する検査対象物を遠隔で検査する検査装置において、前記検査対象物の検査対象面と対向する面が本体の両側に形成され、当該両側の面共に前記検査対象面の曲面の曲率に合わせた外面形状を有する本体部と、水平２方向、及び垂直方向に前記本体部を水中で移動させる第１ないし第３の推進手段と、前記本体部に取り付けられ、所望の検査手段および／または加工手段を備えた検査ユニットと、前記第１ないし第３の推進手段を制御し、前記本体部の水中での移動を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記水平２方向に移動させる第１及び第２の推進手段のうち、第１の推進手段が前記本体部を長手方向に、第２の推進手段が前記本体部を長手方向と直交する方向にそれぞれ移動させ、前記第２の推進手段を駆動して、前記本体部を前記検査対象物の側面に押し付けた状態で当該本体部の姿勢を保持させ、前記本体部を前記検査対象物の側面に押し付けた状態で前記第１の推進手段を駆動して前記本体部を前記検査対象部の外面形状に沿って旋回動作を行わせることを特徴とする。

第２の手段は、ＣＤＲハウジングの上端に着座するベースと、第１の手段に係る検査装置を支持し、前記検査装置の下部に位置する前記ベースおよび前記検査装置の上部に位置するトップガードを連結する支持部材と、前記検査装置を前記ベースと前記トップガードとの間で固定すると共に、外部からの操作により前記支持部材の前記連結状態の設定解除可能な固定部材とから検査装置の投入装置を構成し、当該投入装置により前記ベースと前記トップガードとの間に前記検査装置を挟持した状態で炉外から炉内の前記ＣＤＲハウジングまで吊り下げて前記検査装置を炉内に投入するようにしたことを特徴とする。

第３の手段は、第１の手段に係る検査装置の前記曲面状に形成された外面を検査対象物表面に対向させて位置決めし、前記第１ないし第３の推進手段の駆動し、前記検査対象物表面に押し付けた状態で、前記検査対象物表面に沿って移動させ、前記検査ユニットによって所定の検査を行わせることを特徴とする。

第４の手段は、第３の手段において、前記本体部の進行方向の左右に配列された原子炉圧力容器内のＣＲＤスタブまたはＣＲＤハウジングの前記本体部が存在する側の半周分について前記検査を行い、順次次のＣＲＤスタブまたはＣＲＤハウジングに移動して前記検査を行うことを特徴とする。

本発明によれば、水中に存在する検査対象物を検査する際に、最小限の作業で検査可能で、遠隔操作による検査時のケーブルの干渉を回避することができる。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態に係る検査装置ついて説明する。
図１は本実施形態に係る検査装置を使用する原子炉圧力容器の全体構成を示す断面図である。同図において、検査装置は原子炉圧力容器４０の底部を炉水が入った状態で検査するために、地上部である燃料取扱機走行台車５０の燃料取扱機横行台車５５上から遠隔で水中に投入するものである。図１において、原子炉圧力容器４０の底部には炉心シュラウド９０が設置され、炉心シュラウド９０の上部には上部格子板６０が設けられ、下部には炉心支持板７０が配置されている。原子炉圧力容器４０の炉底部４１は図２及び図３に示すようにＣＲＤハウジング８１及びそれを圧力容器４０に固定するためのＣＲＤスタブ８２が格子状に配置され、その上にＣＲ案内管８３が設置されている。符号９５はシュラウドサポートである。

本実施形態に係る検査装置は図４に示す水中ビークル１と図示しない地上部の制御装置、及びその間のケーブル１５から成り、水中ビークル１の本体部１ａには、左右移動用スラスタ１１、前後進用スラスタ１２、上下昇降用スラスタ１３、及びそれらを駆動するための左右移動用モータ１１０、前後進用モータ１２０、上下昇降用モータ１３０を備えている。また、水中ビークル１の本体には検査ユニット１０が設けられている。この検査ユニット１０には照明付検査用カメラ１０１とブラシ１０２が搭載されており、炉底部４１の検査と検査前のソフトクラッドの除去ができるようになっている。ブラシ１０２はブラシ用モータ１０３によって回転駆動される。

検査ユニット１０は、水中ビークル１本体とリニアガイド１０４を介して水中ビークル１の進行方向に対して左右方向に水平移動できるように設定されており、水平用モータ１０５により位置決めが可能となっている。この検査ユニット１０はさらに上下用モータ１０６を有し、上下方向の位置決めも可能となっている。水中ビークル１本体には照明付前方カメラ１４が設けられ、周囲の状況を監視することができる。

上記水中ビークル１の各スラスタ１１，１２，１３、検査ユニット移動用モータ１０５，０６、照明及びカメラ１４，１０１は全て地上の制御装置から制御盤やジョイスティックを使用して操作員により遠隔操作ができるように構成されている。また、水中ビークル１によって得られたカメラ映像はケーブル１５を介して地上部へ送られ、地上の操作員がモニタで監視できる。

この水中ビークル１は図５に示すように上から見ると本体部１ａが円筒状の検査対象物に合わせた曲面形状をしており、当該本体部１ａの検査対象物に対向する面が凹面状の曲面部１ｂとなっている。そして、この曲面部１ｂを検査対象物に対面させ、前記左右移動用スラスタ１１を駆動させることによって検査対象であるＣＲＤハウジング８１（図５上側の二点鎖線の状態）またはＣＲＤスタブ８２（図５下側の実線の状態）に押し付けた状態て姿勢を保持することができ、この状態で前後進用スラスタ１２によって検査対象面に沿って旋回動作が可能である。このとき、水中ビークル１の左右の曲面部１ｂに設けられたボールキャスタ１６により、水中ビークル１と検査対象面との摩擦を減少させてＣＲＤハウジング８１またはＣＲＤスタブ８２の曲面に沿って旋回が容易に行われるようにするとともに、水中ビークル１の前記曲面部１ｂと検査対象面とを密着させずに左右移動用スラスタ１１の回転による水流を逃がす効果を得ている。これは、ＣＲＤハウジング８１またはＣＲＤスタブ８２の検査対象面に水中ビークル１の曲面部１ｂが密着すると、両面間が負圧になり、水中ビークル１が検査対象面から移動することができなくなるからで、このような状態になることは前記両者間に隙間を設けることによって防止することができる。

炉底部４１は図２のように球面上の底部にＣＲＤハウジング８１、ＣＲＤスタブ８２等が配置されているため、ＣＲＤハウジング８１あるいはＣＲＤスタブ８２の外周面に沿った旋回動作に合わせて検査ユニット１０を上下に移動することにより検査対象部に位置合わせができる。図６は炉底部４１のＣＲＤスタブ８２と原子炉圧力容器４０の接合部を点検している場合を示している。図６のように炉底部４１の外周部では原子炉圧力容器４０の傾斜が高くなっているため、水中ビークル１は図の右側（炉の外側）ではＣＲＤハウジング８１表面に沿って旋回し、左側（炉の内側）ではＣＲＤスタブ８２表面に沿って旋回することとなる。従って、水中ビークル１の下部に取り付けられた検査ユニット１０は、水中ビークル１の下部において左右水平方向に移動することによりでＣＲＤハウジング８１とＣＲＤスタブ８２の径の違いから生じる段差分を吸収して、どちらの場合でも検査用カメラ１０１とブラシ１０２を検査対象部位に接近させることができる。さらには、水中ビークル１を同一位置に停止させた状態で上下用モータ１０６を駆動することにより検査ユニット１０を上下方向に移動させて検査対象部位に近接させることもできる。この図６に示すように水中ビークル１の側面がＣＲＤハウジング８１あるいはＣＲＤスタブ表面に沿って移動し、水中ビークル１の下部に検査ユニット１０が設けられていることから、水中ビークル１は水中で図６のような姿勢を保持する必要がある。そのため、水中ビークル１の浮心が重心より上にくるように予め重心と浮心の位置が設定され、また、水中姿勢が安定するように幅方向（図４）および厚み方向（図６）の中心軸Ｘ上に前記浮心と重心が位置するように構成されている。

原子炉の点検をするときに、水中ビークル１は図７に示す投入装置３を用いて炉底部４１に投入される。投入装置３は水中ビークル１を搭載してオペレーションフロア５１上に設置されている燃料取扱機走行台車５０上の燃料取扱機横行台車５５上に設けられたホイスト３１から昇降用ケーブル３２により吊下げられ、上部格子板６０及び炉心支持板７０を通過してＣＲＤハウジング８１上に着座させる。図８に投入装置３の詳細を示す。投入装置３は、ベース３３とトップガイド３４をスタンド３５で接続した構造をしている。スタンド３５には水中ビークル１の本体底部に合わせた形状を持つ固定バー３６があり、スタンド３５の上部には水圧シリンダ３８により上下に駆動できる可動バー３７を備え、水中ビークル１を挟み込んで固定できるようになっている。水中ビークル１はこの投入装置３がＣＲＤハウジング８１に着座した後に可動バー３７を上げることによって投入装置３から解放され、自身のスラスタを駆動して炉底部を遊泳して一連の検査を実施した後で再度、投入装置３に戻る。これにより投入装置３を着座する箇所以外のＣＲ案内管８３は撤去せずに検査を行うことができる。投入装置３には水中ビークル１の監視や検査作業の補助として、水中照明、監視用水中カメラ等を設置することが望ましい。また、水中ビークル１と地上部制御装置を接続するケーブル１５の送り出し、巻き取りを補助する機構を設けてもよい。

このように構成された水中ビークル１では、３方向の加速度計を水中ビークル１搭載し、ケーブル１５を経由してそれらの計測結果を地上側のコンピュータ４００に取り込む。コンピュータ４００では、測定結果を２度積分することにより各時点での水中ビークル１の３次元位置を知ることができる。この時系列３次元位置をコンピュータ４００の記憶装置に記憶し、コンピュータ４００の表示装置に２次元移動軌跡として表示できるようにすると、コンピュータ４００の表示を見ながら操作員４１０が水中ビークル１を投入装置３から投入して移動してきた２次元移動軌跡に沿って投入装置３まで運転操作することができる。このように時系列３次元位置を記憶装置に記憶する機能を備えていることにより、移動軌跡が明確になるので、炉底部の検査が終了した部位を識別することが可能となり、検査作業の効率向上を図ることができる。

また、並進方向の加速度計のみならず３軸回りの角速度計を搭載した場合は、上記と同様の処置をすることにより水中ビークル１の時系列位置に合わせて姿勢情報も扱うことができる。

この水中ビークル１を用いて炉底部４１の検査を実施するとき、あるＣＲＤハウジング８１またはＣＲＤスタブ３２の表面を３６０度検査してから、隣のＣＲＤハウジング７１またはＣＲＤスタブ８２を同様に３６０度検査する方法を繰り返していると、水中ビークルが牽引しているケーブル１５が炉内構造物に干渉したり絡まったりする虞が大きくなる。そこで、上記のように３６０度全てを検査するのではなく、図９に示すように水中ビークル１が存在している側の半周分のみを検査しながら前進していく方法をとると、検査中のケーブルの干渉や絡まりを回避することができる。

なお、前記水中ビークル１に設けられた照明付検査用カメラ１１はチルト機構を備えていれば、更に検査範囲を広げることができる。また、照明付前方カメラ１４は広角カメラまたは魚眼レンズを使用し、あるいはパン／チルト機構を備えていれば水中ビークル１の位置から監視できる範囲が広がるので、更に利便性が向上する。

以上のように、左右に存在する検査対象表面に位置決めしながら前後進用スラスタで移動させて検査するようにすると、水中ビークル１を投入する箇所以外のＣＲ案内管８３を取り除くことなく、炉底部４１の検査が可能となる。また、検査ユニット１０を機械的に水平方向及び垂直方向にスライドさせることにより、水中ビークル１を円筒状の検査対象表面に沿って移動させながら検査ユニット１０を３次元的に複雑な炉底部４１の形状に追従させることができ、検査前のソフトクラッドの除去も容易に行える。

さらに、水中ビークル１の位置を計測してコンピュータ４００の表示画面に表示させることにより検査を実施した箇所を明確にすることができるとともに、水中ビークル１のケーブル１５の絡まり防止にも役立てることができる。加えて、進行方向の左側のみまたは右側のみに位置するＣＲＤスタブ８２またはＣＲＤハウジング８１の半周分のみを検査して、隣接するＣＲＤスタブ８２またはＣＲＤハウジング８１に順次移動して検査するようにすれば、ケーブル１５は同じ隣接空間をＡ方向およびＢ方向に往復するだけなので、ケーブル１５の絡まり防止にも効果がある。

以上のように本実施形態によれば従来の装置ではＣＲ案内管を全て撤去しなければ詳細な目視検査が不可能であった炉底部に対して、ソフトクラッドの除去と詳細目視検査を同時に実施することができる。その際、ケーブルが絡むような干渉を最小限に抑えることができる。

本発明の実施形態に係る検査装置を使用する原子炉圧力容器の全体的な構成を示す断面図である。本発明の実施形態に係る検査装置を使用する原子炉圧力容器の炉底部の拡大断面図（側面図）である。本発明の実施形態に係る検査装置を使用する原子炉圧力容器の炉底部の拡大断面図（平面図）である。本発明の実施形態に係る水中ビークルの構成を示す図である。本発明の実施形態に係る水中ビークルが検査対象面に沿って旋回移動をするときの状態を示す説明図（平面図）である。本発明の実施形態に係る水中ビークルがＣＲＤハウジングとＣＲＤスタブを検査するときの状態を示す説明図（側面図）である。本発明の実施形態に係る水中ビークルを炉底部に投入する投入装置の使用状態を示す説明図（側面図）である。本発明の実施形態に係る水中ビークルを炉底部に投入する投入装置の構成を示す図（側面図）である。本発明の実施形態に係る水中ビークルによる検査手順の説明図である。

符号の説明

１水中ビークル
１ａ本体部
１ｂ曲面部
３投入装置
１０検査ユニット
１１左右移動用スラスタ
１２前後進用スラスタ
１３上下移動用スラスタ
１４照明付前方カメラ
１５ケーブル
１６ボールキャスタ
３３ベース
３４トップガード
３５スタンド
３６固定バー
３７可動バー
４０原子炉圧力容器
４１炉底部
８１ＣＲＤハウジング
８２ＣＲＤスタブ
８３ＣＲ案内管
１０１照明付検査用カメラ
１０２ブラシ
１０４リニアガイド
１０５水平用モータ
１０６上下用モータ
１１０左右移動用モータ
１２０前後進用モータ
１３０上下移動用モータ
４００コンピュータ

Claims

水中に存在する検査対象物を遠隔で検査する検査装置において、
前記検査対象物の検査対象面と対向する面が本体の両側に形成され、当該両側の面共に前記検査対象面の曲面の曲率に合わせた外面形状を有する本体部と、
水平２方向、及び垂直方向に前記本体部を水中で移動させる第１ないし第３の推進手段と、
前記本体部に取り付けられ、所望の検査手段および／または加工手段を備えた検査ユニットと、
前記第１ないし第３の推進手段を制御し、前記本体部の水中での移動を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記水平２方向に移動させる第１及び第２の推進手段のうち、第１の推進手段が前記本体部を長手方向に、第２の推進手段が前記本体部を長手方向と直交する方向にそれぞれ移動させ、
前記第２の推進手段を駆動して、前記本体部を前記検査対象物の側面に押し付けた状態で当該本体部の姿勢を保持させ、
前記本体部を前記検査対象物の側面に押し付けた状態で前記第１の推進手段を駆動して前記本体部を前記検査対象部の外面形状に沿って旋回動作を行わせること
を特徴とする検査装置。
前記本体部に前記検査対象物の検査対象面と対向する面との間に所定の間隙を確保するための突起が設けられていることを特徴とする請求項１記載の検査装置。
前記本体部の位置を検出するための照明手段および撮像手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１記載の検査装置。
検査対象部位を監視するための照明手段および撮像手段とさらに備えていることを特徴とする請求項１または３記載の検査装置。
前記検査ユニットを前記本体部に対して垂直な方向に移動させる第１の移動手段と、前記本体部底面に対して平行な方向に移動させる第２の移動手段とを備えていることを特徴とする請求項１または４記載の検査装置。
前記本体部の３次元位置を検出する検出手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の検査装置。
前記検出手段が、
前記本体部の３次元位置を計測する手段と、
前記本体部の時系列３次元位置を記憶する手段と、
当該記憶する手段に記憶された３次元軌跡データから２次元移動軌跡を表示する手段と、
を含んでいることを特徴とする請求項６記載の検査装置。
前記２次元移動軌跡に沿って水中ビークルを移動開始位置まで遠隔運転操作する手段をさらに備えていることを特徴とする請求項７記載の検査装置。
前記検査対象物が原子炉炉内構造物であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の検査装置。
ＣＤＲハウジングの上端に着座するベースと、
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の検査装置を支持し、前記検査装置の下部に位置する前記ベースおよび前記検査装置の上部に位置するトップガードを連結する支持部材と、
前記検査装置を前記ベースと前記トップガードとの間で固定すると共に、外部からの操作により前記支持部材の前記連結状態の設定解除可能な固定部材と、
を備え、前記ベースと前記トップガードとの間に前記検査装置を挟持した状態で炉外から炉内の前記ＣＤＲハウジングまで吊り下げて前記検査装置を炉内に投入することを特徴とする検査装置の投入装置。
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の検査装置の前記曲面状に形成された外面を検査対象物表面に対向させて位置決めし、
前記第１ないし第３の推進手段の駆動し、前記検査対象物表面に押し付けた状態で、前記検査対象物表面に沿って移動させ、前記検査ユニットによって所定の検査を行わせることを特徴とする検査方法。
前記本体部の進行方向の左右に配列された原子炉圧力容器内のＣＲＤスタブまたはＣＲＤハウジングの前記本体部が存在する側の半周分について前記検査を行い、順次隣接するＣＲＤスタブまたはＣＲＤハウジングに移動して前記検査を行うことを特徴とする請求項１１記載の検査方法。