JP5781314B2

JP5781314B2 - 原子力設備の施工用準備ユニット、原子力設備の施工システム

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Publication number: JP5781314B2
Application number: JP2011004740A
Authority: JP
Inventors: 伊佐夫関; 久展渡邊; 裕一井; 貴之松浦
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-01-13
Filing date: 2011-01-13
Publication date: 2015-09-16
Anticipated expiration: 2031-01-13
Also published as: JP2012145480A; EP2476499A2; EP2476499A3; US9205507B2; US20120180318A1

Description

本発明は、原子力設備の施工用準備ユニット、原子力設備の施工システムに関する。

従来、原子炉容器の出入口部における管台内部で行なわれる保守作業として、容器側の管台と管との溶接部の表面を削って耐腐食性の高い材料で肉盛溶接をやり直す工事（以下、ＩＮＬＡＹ工事という）が知られている。
このようなＩＮＬＡＹ工事では、ＩＮＬＡＹ対象部、すなわち溶接すべき部分において事前調査、開先加工、溶接、溶接部平面仕上げ、最終検査の順で作業が進められている。そして、これらの作業が行なわれる管台内部は、人が進入するのが困難な環境下となるため、前記各作業工程に対応した装置（事前調査装置、切削装置、溶接装置、仕上げ装置、検査装置等）に対して原子炉容器の図面寸法からそれぞれの装置固有の位置決め基準を設けていた。

ところで、管台内部で行なわれる作業について、例えば特許文献１に記載されている。
特許文献１には、配管の開先裏面側に監視センサが配置され、初層溶接時に溶接機によって開先が溶接されると、この溶接に伴う溶融状態が監視センサによって撮像され、この撮像に伴う情報をモニタの画面上に表示する内面監視装置と自動溶接装置について開示されている。

特開２０００−１５３３５６号公報

しかしながら、従来の管台内部で行なわれるＩＮＬＡＹ工事においては、以下のような問題があった。
すなわち、各作業に対応した装置をその作業に応じて入れ替えるため、それぞれの装置毎に各装置固有の位置決め基準に応じた位置決めを行うため、多大な時間がかかるという問題があった。
また、装置毎に位置決め誤差（ばらつき）が生じることにより、事前調査、開先加工、溶接、溶接部平面仕上げ、検査の各作業において施工範囲の設定精度が低下し、場合によっては施工範囲がずれてしまうという問題があり、その点で改良の余地があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、短時間で装置の位置決め精度の高い施工を行なうことができる原子力設備の施工用準備ユニット、原子力設備の施工システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る原子力設備の施工用準備ユニットでは、空間内に進入される装置本体と、該装置本体を前記空間内部に進入させるための移動部と、前記装置本体に設けられ、前記空間内の部材面の対象部位を検出する対象部位検出手段と、前記装置本体における前記対象部位検出手段との距離が一定値となる固定位置に設けられ、前記部材面にマーキングを行うポンチを有するマーキング手段と、前記対象部位検出手段が前記対象部位を検出した際に、前記マーキング手段が前記ポンチを突き出すように該マーキング手段を制御して、前記対象部位に対して前記距離に対応する分だけ相対した前記部材面の位置にポンチ痕を打刻させる制御部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る原子力設備の施工システムでは、上述した原子力設備の施工用準備ユニットを備えた施工システムであって、該施工用準備ユニットでマーキングされた位置を基準にして前記対象部位に施工を行う施工ユニットを設けていることを特徴としている。

本発明では、人が進入するのが困難な環境下となる原子力設備において、空間内部で施工ユニットを用いた工事を行う場合、先ず施工用準備ユニットを移動部により空間内部に進入させ、空間内の部材面の対象部位を対象部位検出手段により検出する。
そして、施工用準備ユニットにおける対象部位を検出した位置において、マーキング手段により部材面にマーキングを行う。このとき、対象部位検出手段とマーキング手段とが装置本体上に設けられ、互いの相対位置が固定値となっているので、部材面に施したマーキングが検出した対象部位の位置に基づいた基準位置となる。そのため、施工ユニットに前記マーキングを基準にして位置調整できる機能（例えば、レーザ発光部やカメラ等）を装備しておくことで、そのマーキングを基準とした施工ユニットの位置決めを精度良く行うことができる。つまり、マーキングと対象部位の位置が固定値となるため、マーキングの位置に合わせて施工ユニットを位置決めすることで、施工ユニットにおいて対象部位に対して精度良く施工することが可能となる。

また、各施工ユニットが同一の基準（マーキング）に対して位置決めするので、施工ユニット毎に対象部位を検出して位置決めする従来の場合のように、検出値のバラツキに伴って生じる各施工ユニットの位置決め誤差を防止することができる。したがって、所定の対象部位に対して、異なる施工ユニットにより順次作業を施すような工事を行う場合にあっては、精度の高い施工ができるという利点がある。
しかも、施工ユニット毎に時間のかかる対象部位検出を行う必要がなくなるので、施工範囲設定の迅速化が図れ、作業時間を短縮することができる。

本発明の原子力設備の施工用準備ユニット、原子力設備の施工システムによれば、予め対象部位に対する相対位置にマーキングを施し、このマーキングをその後に作業する施工ユニットの位置決めの基準とすることで、各施工ユニットを高い精度で位置決めすることができる。そのため、施工範囲を迅速に設定することが可能となり、各施工ユニットの位置決めにかかる時間を短縮することができる効果を奏する。

本発明の実施の形態による施工システムの概要を示す一部破断した全体斜視図である。原子炉容器内の管台部分の詳細を示す斜視図である。施工用準備ユニットの移動装置及びマニュピレータの構成を示す斜視図である。施工用準備ユニットの装置本体の詳細を示す斜視図である。施工用準備ユニットの装置本体の詳細を示す別の角度から見た斜視図である。管内面のマーキング状態を模式的に示した側面図である。施工ユニットの詳細を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態による原子力設備の施工用準備ユニット、原子力設備の施工システム、および原子力設備の施工方法について、図面に基づいて説明する。

図１は、管台作業を行うための施工用準備ユニット２０および原子力設備の施工システムを適用するための原子炉容器１であって、原子炉の内部において、上部構造体である上蓋、及び、内部構造体である炉心構造物が取り外され、上部が開口した原子炉容器１を示している。なお、本実施の形態では、原子炉容器１側の管台２と管３との溶接部の内部表面を削って耐腐食性の高い材料で肉盛溶接をやり直す作業（ＩＮＬＡＹ工事）を適用対象としている。

図１に示すように、原子炉容器１には管台２として入口管台２Ａ及び出口管台２Ｂが少なくとも一組設けられ、それぞれが溶接により配管３に接続されている。本実施の形態では３組設けられており、各組の入口管台２Ａから内部に冷却水を取り込むことが可能であるとともに、出口管台２Ｂから冷却水を排出することが可能となっている。

そして、本施工システムでは、下端側が原子炉容器１に上部開口１ａから挿入されるとともに、上方へと延出して設けられている有底円筒状の架台１１と、原子炉容器１の上方に架設された作業床１２と、を備える。
架台１１は、原子炉容器１の内部に配置されるプラットフォーム１３と、プラットフォーム１３と接続されて原子炉容器１の上方へと鉛直方向に沿って配設された略円筒状の接続管路１４とを有する。プラットフォーム１３は、原子炉容器１の内径よりも小さい外径を有する略円筒状の側壁１３ａと、側壁１３ａの下端を閉塞する底板１３ｂと、側壁１３ａの上端から外周側に張り出して原子炉容器１の上縁に支持されたフランジ１３ｃとを有する。そして、プラットフォーム１３は、フランジ１３ｃに形成された固定用孔１３ｄを利用して原子炉容器１に固定されている。

また、接続管路１４は、下端がプラットフォーム１３のフランジ１３ｃに固定されており、プラットフォーム１３の側壁１３ａと接続管路１４によって架台１１の側壁部１１ａが構成されており、また、プラットフォーム１３の底板１３ｂによって架台１１の底部１１ｂが構成されている。また、接続管路１４は、上端において作業床１２に原子炉容器１の上方となる位置で形成された連絡孔１２ａと連通している。このため、作業床１２上では、連絡孔１２ａを介して架台１１の内部にアクセスすることが可能となっている。
なお、プラットフォーム１３のフランジ１３ｃと原子炉容器１の上端との間、また、プラットフォーム１３のフランジ１３ｃと接続管路１４の下端との間は、それぞれシーリングされており、これにより、原子炉容器１の内部を管台２よりも水位が下側になるように排水しても、原子炉容器１の上方で接続管路１４の周囲に満たされた冷却水が原子炉容器１の内部、及び架台１１の内部に漏洩してしまうことがない。

ここで、図２に示すように、架台１１においてプラットフォーム１３の側壁１３ａには、各管台２と連通するアクセス窓１５が形成されているとともに、アクセス窓１５を開閉可能なアクセス窓開閉扉１６が設けられている。アクセス窓開閉扉１６は図示しない電動ウインチ等適宜な駆動手段により開閉されるようになっている。
また、各アクセス窓１５の内周面には、アクセス窓１５と管台２との間の隙間を閉塞する隙間閉塞装置１７が設けられている。

施工用準備ユニット２０は、各種管台作業を行う前に、各種作業を行う基準のない部位に対して装置の基準位置を設ける機能を有している。
図３に示すように、施工用準備ユニット２０は、管台２の空間内部Ｒ（人が進入困難な環境を有する空間）に挿入される装置本体３０と、その装置本体３０を空間内部Ｒに挿入させるための移動装置２１（移動部）とからなる。移動装置２１は、図示しない昇降装置によって連絡孔１２ａを介して作業床１２上から架台１１の内部へ昇降可能に設けられている。

移動装置２１は、マニュピレータ２２を介して接続された施工用準備ユニット２０とともに管台２内をスライド移動させることが可能に設けられている。
マニュピレータ２２は、複数の関節部２２ａ、２２ａ、…を有する多関節構造で構成されており、これにより、スライド方向Ｌ１に平行な軸、及び、該軸に直交する二軸の三軸回りに自在に回転可能となっている。つまり、マニュピレータ２２の先端２２ｂに設けられた装置本体３０を任意の軸回りに回転移動させることが可能となっている。

また、図４及び図５に示すように、施工用準備ユニット２０は、図６に示す管台２及び配管３における空間Ｒ内の管内面Ｒａ（部材面）の対象部位（ここでは管台２と配管３との境界をなす溶接部Ｔ）を検出する渦電流探傷検査センサ３１（対象部位検出手段）と、管内面Ｒａにポンチ痕Ｐ（マーキング）を行うポンチ打刻部３２（マーキング手段）と、が装置本体３０に設けられるとともに、渦電流探傷検査センサ３１での検出結果に基づいて移動装置２１およびポンチ打刻部３２を制御して、前記溶接部Ｔに対する相対位置にポンチ痕Ｐをマーキングさせる制御部（図示省略）を備えている。
さらに、装置本体３０には、前記ポンチ痕Ｐにレーザ光を当てる第１レーザ変位計３３と、そのレーザ光を監視する第１カメラ３４と、その第１カメラ３４の撮像範囲を照らす照明部３４Ａとが設けられている。

渦電流探傷検査センサ３１は、装置本体３０に設けられるセンサ台座部３５の一部に配置されている。センサ台座部３５は、センサ取付面３５ａを管内面Ｒａに対向させるとともに、管軸Ｌを中心にして回転可能に設けられ、センサ取付面３５ａには複数種のセンサ３６Ａ〜３６Ｄが取り付けられている。なお、複数種のセンサのうちの１つが上述した渦電流探傷検査センサ３１であり、その他のセンサセンサ３６Ａ〜３６Ｄとして、例えば板厚測定用センサ（オーバレイ垂直）や、施工する部位に欠陥（空洞）があるかどうか検査するオーバレイ健全性確認用ＵＴ検査センサなどが設けられる。

さらに具体的に渦電流探傷検査センサ３１は、溶接部Ｔを検出するものであり、コイルが埋め込まれており、管内面Ｒａの材質変化に伴って管内面Ｒａに与えた渦電流の変化を検出し、センサ台座部３５の回転により管の周方向の角度を検出する。そして、渦電流探傷検査センサ３１によって検出された検査データは、装置本体３０を多軸に動かすマニュピレータ２２の軸値と合わせ、装置本体３０の軸位置に対する溶接部Ｔの範囲（軸方向と周方向の位置）が特定されるようになっている。

ポンチ打刻部３２は、渦電流探傷検査センサ３１との距離が一定値となる固定位置であって、本実施の形態では渦電流探傷検査センサ３１よりもマニュピレータ２２側の位置に配置されている。具体的にポンチ打刻部３２は、管軸Ｌ方向に直交する方向にポンチ軸３２１が設けられ、そのポンチ軸３２Ａの先端に棒状のポンチ３２Ｂを有し、センサ台座部３５と共に管軸Ｌを中心にして回転する構成となっている。ポンチ軸３２Ａには、ポンチ３２Ｂを所定の突出力で突き出すための付勢部材等が組み込まれている。

ポンチ３２Ｂとしては、プラントの運転や機器の機能に影響を与えない程度に管内面Ｒａにポンチ痕Ｐを打刻することができる低応力ポンチが適用されている。なお、マーキング手法としてポンチ痕Ｐを採用することで、マーキングの視認性、及び耐久性（消えにくさ）をもたせることができる。
また、渦電流探傷検査センサ３１の位置とポンチ３２Ｂとの位置は、予め前記図示しない制御部に登録しておく。つまり、ポンチ打刻部３２では、渦電流探傷検査センサ３１との相対位置を維持したままポンチ痕Ｐを管内面Ｒａに打刻することができる。そして、このポンチ痕Ｐが後述する各施工ユニットを作業位置へ位置決めする基準となる。

次に、溶接作業等を行うための各施工ユニット４０に共通に設けられる位置決め機構Ｎについて、図面に基づいて説明する。
図７に示すように、各施工ユニット４０は、上述したマニュピレータ２２と同様に移動装置（図示省略）に設けられた多軸のマニュピレータ４１に取り付けられている。この施工ユニット４０は、溶接に必要な切削、溶接、仕上げ、検査等の作業毎に応じたユニットが設けられる。より具体的には、施工ユニット４０としては、管内面Ｒａの溶接を行う溶接ユニット、管内面Ｒａを切削する切削ユニット、管内面Ｒａの仕上げ加工を行う仕上げ加工ユニット、仕上げ後の管内面Ｒａを検査さする検査ユニットなどが用いられる。
なお、これら各作業装置の詳細な説明は省略し、各施工ユニット４０に共通して設けられる前記位置決め機構Ｎについて説明する。

位置決め機構Ｎは、第２レーザ変位計４２と、この第２レーザ変位計４２から出射されるレーザ光線を撮像可能に配置された第２カメラ４３とを備え、第２カメラ４３の映像に基づいて上述した施工用準備ユニット２０で基準としたポンチ痕Ｐにレーザ光線の光軸Ｍを一致させることで、施工ユニット４０の基準位置（作業を行う所定位置）を補正する機能を有している。なお、この位置決め機構Ｎによる位置決め作業として、大体の位置までの位置決めを対象とする一次位置決めを自動制御で行い、その後の微調整を対象とする二次位置決めを手動で行う方法でもよく、或いは前記一次位置決め及び二次位置決め共に自動で行うようにしても良い。

次に、上述したように構成された施工用準備ユニットの作用と、施工システムに基づく施工ユニット４０の位置決め方法について、図面に基づいて説明する。
図１に示すように、人が進入するのが困難な環境下となる管台２及び配管３における空間内部Ｒで施工ユニット４０を用いた工事を行う場合、先ず施工用準備ユニット２０を移動装置２１とともに架台１１内を通過させて作業床１２からプラットフォーム１３内に挿入し、さらに空間内部Ｒに進入させ、その管内面Ｒａの溶接部Ｔ（対象部位）を渦電流探傷検査センサ３１により検出する。

そして、図５及び図６に示すように、施工用準備ユニット２０における溶接部Ｔを検出した位置において、ポンチ打刻部３２により管内面Ｒａにポンチ痕Ｐを打刻する。このとき、渦電流探傷検査センサ３１とポンチ打刻部３２とが装置本体３０上に設けられ、互いの相対位置が固定値となっているので、管内面Ｒａに施したポンチ痕Ｐが検出した溶接部Ｔの位置に基づいた基準位置となる。
そのため、図７に示す施工ユニット４０にポンチ痕Ｐを基準にして位置調整できる位置決め機構Ｎが設けられているので、そのポンチ痕Ｐを基準とした施工ユニット４０の位置決めを精度良く行うことができる。つまり、ポンチ痕Ｐと溶接部Ｔの位置が固定値となるため、ポンチ痕Ｐの位置に合わせて施工ユニット４０を位置決めすることで、施工ユニット４０において溶接部Ｔに対して精度良く施工することが可能となる。

また、各施工ユニット４０が同一の基準（ポンチ痕Ｐ）に対して位置決めするので、施工ユニット毎に対象部位を検出して位置決めする従来の場合のように、検出値のバラツキに伴って生じる各施工ユニットの位置決め誤差を防止することができる。
したがって、所定の溶接部Ｔに対して、異なる施工ユニットにより順次作業を施すような工事を行う場合にあっては、精度の高い施工ができるという利点がある。
しかも、施工ユニット４０毎に時間のかかる対象部位検出を行う必要がなくなるので、施工範囲設定の迅速化が図れ、作業時間を短縮することができる。

上述した本実施の形態による原子力設備の施工用準備ユニット、原子力設備の施工システム、および原子力設備の施工方法では、予め溶接部Ｔに対する相対位置にポンチ痕Ｐを施工用準備ユニット２０によって施工し、このポンチ痕Ｐをその後に作業する施工ユニット４０の位置決めの基準とすることで、各施工ユニット４０を高い精度で位置決めすることができる。そのため、施工範囲を迅速に設定することが可能となり、各施工ユニット４０の位置決めにかかる時間を短縮することができる効果を奏する。

以上、本発明による原子力設備の施工用準備ユニット、原子力設備の施工システムの実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態ではマーキング手段としてポンチ打刻によるポンチ痕Ｐを採用しているが、これに限定されることはなく、例えばマジック罫書き、罫書き針による罫書き等の手段によりマーキングを施すことも可能である。

また、本実施の形態では対象部位検出手段として渦電流探傷検査センサ３１を用いているが、このようなセンサに限定されることはなく、例えば、超音波探傷試験を行うためのＵＴ検査センサ等を対象部位検出手段として用いるようにしても良い。
そして、渦電流探傷検査センサ３１の取付構造（センサ台座部３５の一部に配置する構造）や、渦電流探傷検査センサ３１とポンチ打刻部３２との距離などの構成についても適宜設定することが可能である。

また、工事の対象についても管台２と配管３との接合部（溶接部Ｔ）であることに制限されることはなく、原子力設備であればいずれの設備、部位を適用対象とすることができ、またＩＮＬＡＹ工事に限定されることはないが、とくに設備の対象が人が進入困難な環境を有する空間内でにおいて好適である。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施の形態を適宜組み合わせてもよい。

１原子炉容器
２管台
３配管
２０施工用準備ユニット
２１移動装置（移動部）
２２マニュピレータ
３０装置本体
３１渦電流探傷検査センサ（対象部位検出手段）
３２ポンチ打刻部（マーキング手段）
３２Ａポンチ軸
３２Ｂポンチ
３３第１レーザ変位計
３４第１カメラ
３５センサ台座部
４０施工ユニット
４２第２レーザ変位計
４３第２カメラ
Ｍレーザ光軸
Ｎ位置決め機構
Ｐポンチ痕（マーキング）
Ｒ管内空間
Ｒａ管内面（部材面）
Ｔ溶接部（対象部位）

Claims

空間内に進入される装置本体と、
該装置本体を前記空間内部に進入させるための移動部と、
前記装置本体に設けられ、前記空間内の部材面の対象部位を検出する対象部位検出手段と、
前記装置本体における前記対象部位検出手段との距離が一定値となる固定位置に設けられ、前記部材面にマーキングを行うポンチを有するマーキング手段と、
前記対象部位検出手段が前記対象部位を検出した際に、前記マーキング手段が前記ポンチを突き出すように該マーキング手段を制御して、前記対象部位に対して前記距離に対応する分だけ相対した前記部材面の位置にポンチ痕を打刻させる制御部と、
を備えることを特徴とする原子力設備の施工用準備ユニット。
請求項１に記載の前記原子力設備の施工用準備ユニットを備えた施工システムであって、
該施工用準備ユニットでマーキングされた位置を基準にして前記対象部位に施工を行う施工ユニットを設けていることを特徴とする原子力設備の施工システム。