(57)【要約】【課題】構造物の固有振動モードの振動方向に沿った加振方向に加振力を付与する。【解決手段】同一平面上で蒸気発生器１０１に対して異なる加振方向に加振力を付与する複数の加振器１Ａ，１Ｂと、平面上で複数の異なる振動方向の振動を検出する複数の振動検出器２Ａ，２Ｂと、各振動検出器２Ａ，２Ｂが検出する複数の異なる振動方向の振動を複合した複合振動ＭＶを取得し、当該複合振動ＭＶを蒸気発生器１０１が有する固有振動ＰＶに近づけるように各加振器１Ａ，１Ｂの加振力を調整する制御装置３と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一平面上で構造物に対して異なる加振方向に加振力を付与する複数の加振器と、
前記平面上で複数の異なる振動方向の振動を検出する複数の振動検出器と、
各前記振動検出器が検出する複数の異なる振動方向の振動を複合した複合振動を取得し、当該複合振動を前記構造物が有する固有振動モードでの振動に近づけるように各前記加振器の加振力を調整する制御装置と、
を備える加振装置。
【請求項２】
各前記加振器を前記平面上で回転可能に設ける請求項１に記載の加振装置。
【請求項３】
放射線管理区域内に設置された構造物の減衰試験に適用される請求項１または２に記載の加振装置。
【請求項４】
同一平面上で構造物に対して異なる複数の加振方向に加振力を付与する工程と、
前記平面上で複数の異なる振動方向の振動を検出する工程と、
検出した複数の異なる振動方向の振動を複合した複合振動として取得し、当該複合振動を前記構造物が有する固有振動モードでの振動に近づけるように各前記加振力を調整する工程と、
を含む加振方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の減衰試験を行ううえで加振を行う加振装置および加振方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、純粋な並進運動を実現し得る多軸加振機について示されている。この多軸加振機は、加振軸が互いに異なる複数の加振器を備え、供試体を主軸方向にのみ加振するとき、主軸加振器に対しその加振軸方向の単軸制御を行う一方、主軸加振器の作動により従軸加振器の加振軸方向に発生するクロストーク運動を、従軸加振器にキャンセルさせるように制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２５４５５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、加圧水型原子力発電所において重量構造物である蒸気発生器を支持する支持装置は、蒸気発生器の下端を原子炉格納容器に隔壁により区画されたループ室の底床に複数の支持脚で支持し、蒸気発生器の上部および下部に周りを囲むリングフレームを添え付け、各リングフレームが隔壁に対して複数のサポート部材で支持される。さらに、蒸気発生器は、上記支持装置に加え、二次冷却水の給水管や、蒸気タービンへの蒸気排管および一次冷却水の冷却水配管が接続されることで原子炉格納容器内に支持されている。
【０００５】
蒸気発生器は、新設時などに振動を与えて減衰試験が行われる場合がある。蒸気発生器は、固有振動モードを有しており、当該固有振動モードの振動方向に沿って直線的に短軸加振をすることができれば、精度の高い減衰比を算出することができる。しかし、加振器の設置位置が限られているような場合、固有振動モードの振動方向に沿って加振するように加振器を設置することができないため、固有振動モードの振動方向と加振器の加振方向とがずれてしまう。例えば、固有振動モードの振動方向に他の方向の振動が加わった場合に振れ回った振動となり、複数の振動モードの影響が含まれているため減衰比を正確に算出することが困難となる。
【０００６】
上述した特許文献１では、主軸加振器の加振方向（加振軸方向）の単軸制御を行得一方で、主軸加振器の作動により従軸加振器の加振方向に発生するクロストーク運動を、従軸加振器にキャンセルさせている。つまり、強制的に主軸加振器のみの加振方向の単軸振動にしている。しかしながら、このような加振方法では、主軸加振器のみの加振方向の単軸振動としても、当該単軸振動の方向が蒸気発生器の固有振動モードの振動方向ではない場合、加振後の減衰時において固有振動モードの振動方向に他の方向の振動が加わる結果振れ回った振動となってしまい、減衰比を正確に算出することが困難となる。つまり、特許文献１の発明は、減衰試験に適用することはできない。
【０００７】
なお、１つの加振器で加振方向を変えることで蒸気発生器の固有振動モードの振動方向に単軸加振させることが考えられるが、上述したように加振器の設置位置が限られているような場合は困難である。また、加振器の方向替えをすることが考えられるが、加振器は重量物であるため、加振方向を固有振動モードの振動方向に合わせる作業は容易ではなく多くの時間を要するため好ましくない。また、蒸気発生器のように多くの配管が接続されている重量構造物は、固有振動モードの振動方向が分かり難いことから、方向替えを何度も行って加振方向を固有振動モードの振動方向に合わせる作業は容易ではなく多くの時間を要するため好ましくない。蒸気発生器のような放射線管理区域に設置される重量構造物に対する作業は、作業できる時間が限られているため、作業時間を低減する必要がある。
【０００８】
本発明は上述した課題を解決するものであり、構造物の固有振動モードの振動方向に沿った加振方向に加振力を付与することのできる加振装置および加振方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するために、本発明の一態様に係る加振装置は、同一平面上で構造物に対して異なる加振方向に加振力を付与する複数の加振器と、前記平面上で複数の異なる振動方向の振動を検出する複数の振動検出器と、各前記振動検出器が検出する複数の異なる振動方向の振動を複合した複合振動を取得し、当該複合振動を前記構造物が有する固有振動モードでの振動に近づけるように各前記加振器の加振力を調整する制御装置と、を備える。
【００１０】
また、本発明の一態様に係る加振装置では、各前記加振器を前記平面上で回転可能に設けることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の一態様に係る加振装置では、放射線管理区域内に設置された構造物の減衰試験に適用されることが好ましい。
【００１２】
上述の目的を達成するために、本発明の一態様に係る加振方法は、同一平面上で構造物に対して異なる複数の加振方向に加振力を付与する工程と、前記平面上で複数の異なる振動方向の振動を検出する工程と、検出した複数の異なる振動方向の振動を複合した複合振動として取得し、当該複合振動を前記構造物が有する固有振動モードでの振動に近づけるように各前記加振力を調整する工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複数の加振器により構造物が加振されて生成される複合振動を、加振器の加振力を調整することで構造物が有する固有振動モードでの振動に近づけるため、構造物の固有振動モードの振動方向に合った加振方向に加振力を付与することができる。この結果、減衰試験の減衰時には構造物が有する振動で減衰するため、高い精度で減衰比を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る加振装置の概略構成を示す側面図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る加振装置の概略構成を示す平面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る加振装置の動作を示すフローチャート図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係る加振装置における複合振動および調整振動の説明図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係る加振装置における複合振動での振動波形の一例の説明図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態に係る加振装置における調整振動での振動波形の一例の説明図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態に係る加振装置の他の例の概略構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る加振装置の概略構成を示す側面図である。図２は、本実施形態に係る加振装置の概略構成を示す平面図である。
【００１７】
以下に説明する加振装置は、放射線管理区域内に設置された重量構造物を加振して振動を与えるものであり、重量構造物の振動の減衰比を分析する減衰試験に適用される。対象となる重量構造物としては、例えば、図１および図２では、加圧水型原子炉を有する原子力設備において原子炉から供給される高温高圧の一次冷却材と、蒸気タービンを可動させる二次冷却材とを熱交換する蒸気発生器１０１を示している。その他、重量構造物としては、加圧水型原子炉を有する原子力設備における様々な構造物であってよい。また、重量構造物として、加圧水型原子炉を有する原子力設備に限らず、例えば、沸騰水型原子炉などの他の原子炉を有する原子力設備における重量構造物であってもよい。また、原子力設備において放射線管理区域外に設置される重量構造物であってもよい。さらに、原子力設備に限らず、例えば、火力発電設備など他の設備に設置される重量構造物であってもよい。
【００１８】
重量構造物である蒸気発生器１０１は、図１に示すように、上下方向に長尺に延在され、かつ密閉された中空円筒形状をなす胴部１０２を有している。胴部１０２は、上半部に対して下半部が若干小径とされ、下半部をなす下部胴１０２ａ、上半部をなす上部胴１０２ｂ、下部胴１０２ａと上部胴１０２ｂとの間を繋ぐほぼ円錐台形状の円錐胴１０２ｃ、および上部胴１０２ｂの上端に設けられた上部鏡１０２ｄで構成されている。また、蒸気発生器１０１は、下端部に水室鏡１０３が設けられている。蒸気発生器１０１は、下部胴１０２ａの内部に、逆Ｕ字形状で上下方向に長尺とされた複数の伝熱管が設けられている。また、蒸気発生器１０１は、上部胴１０２ｂの内部に、給水を蒸気と熱水とに分離する気水分離器および分離された蒸気の湿分を除去して乾き蒸気に近い状態とする湿分分離器が設けられている。また、蒸気発生器１０１は、上部胴１０２ｂの下部に、外部から下部胴１０２ａ内に二次冷却水の給水を行う給水管１１１が接続される。また、蒸気発生器１０１は、上部鏡１０２ｄの上端に、蒸気排管１１２が接続される。また、蒸気発生器１０１は、水室鏡１０３が胴部１０２の下部胴１０２ａと管板１０４により分離されていると共に、内部が隔壁により２つの水室に区画されている。一方の水室は、伝熱管の一方の端部が管板を貫通して連通され、原子炉から一次冷却材が供給される冷却水配管１１３が接続される。他方の水室は、伝熱管の他方の端部が管板を貫通して連通され、原子炉に一次冷却材を戻す冷却水配管１１４が接続される。
【００１９】
このような蒸気発生器１０１は、放射線管理区域内にある原子炉格納容器の内部に設置されている。原子炉格納容器は、コンクリートにより堅牢に形成されている。蒸気発生器１０１は、原子炉格納容器の内部においてコンクリート製の隔壁１２２によって仕切られたループ室１２１内に設置されている。蒸気発生器１０１は、水室鏡１０３がループ室１２１の底床１２３に対して複数（例えば、４本）の支持脚１３１で連結され、かつ上述した給水管１１１、蒸気排管１１２および冷却水配管１１３，１１４が接続されることで原子炉格納容器の内部に支持されている。また、蒸気発生器１０１は、隔壁１２２との間に本実施形態の支持装置である上部サポート１３２および下部サポート１３３で支持されている。
【００２０】
上部サポート１３２は、蒸気発生器１０１の下部胴１０２ａの上端部の周りを囲んで設けられた、例えば、８角形のリングフレーム１３２Ａ、および隔壁１２２からリングフレーム１３２Ａに向けて水平方向に延在して設けられた支持サポート１３２Ｂ、および蒸気発生器１０１とリングフレーム１３２Ａとの間に設けられた間隔調整装置１１０や、リングフレーム１３２Ａと支持サポート１３２Ｂとの間に設けられた間隔調整装置１１０を有する。リングフレーム１３２Ａは、蒸気発生器１０１側（例えば、円錐胴１０２ｃ）に対して吊り下げられて設けられている。
【００２１】
下部サポート１３３は、蒸気発生器１０１の水室鏡１０３の周りを囲んで設けられた、例えば、８角形のリングフレーム１３３Ａ、隔壁１２２からリングフレーム１３３Ａに向けて水平方向に延在して設けられた支持サポート１３３Ｂ、および蒸気発生器１０１と支持部であるリングフレーム１３３Ａとの間に設けられた間隔調整装置１１０や、リングフレーム１３３Ａと支持サポート１３３Ｂとの間に設けられた間隔調整装置１１０を有する。リングフレーム１３３Ａは、蒸気発生器１０１側（例えば、下部胴１０２ａや管板１０４）に対して吊り下げられて設けられている。
【００２２】
間隔調整装置１１０は、リングフレーム１３２Ａ，１３３Ａや支持サポート１３２Ｂ，１３３Ｂに取り付けられて、蒸気発生器１０１やリングフレーム１３２Ａ，１３３Ａに対して所定の間隔をおいて設けられ、当該間隔により蒸気発生器１０１やリングフレーム１３２Ａ，１３３Ａの熱伸びの影響を抑制したり、蒸気発生器１０１やリングフレーム１３２Ａ，１３３Ａの振動の影響を抑制したりするものである。
【００２３】
このような重量構造物である蒸気発生器１０１は、新設時などに振動を与えて減衰試験が行われる。この減衰試験において本実施形態の加振装置が適用される。
【００２４】
図１および図２に示すように、加振装置は、加振器１と、振動検出器２と、制御装置３とを備える。
【００２５】
加振器１は、図１および図２に示すように、重量構造物である蒸気発生器１０１に設置され、当該蒸気発生器１０１に対して加振力を付与する。加振器１は、蒸気発生器１０１の上部（本実施形態では上部胴１０２ｂ）において、図１に示すような平面Ｈ上に架台５などにより設置される。平面Ｈは、付与する加振力の加振方向を規定するもので、水平面として基準にすることが好ましい。加振器１は、複数（本実施形態では２つ）の加振器１Ａ，１Ｂを有する。各加振器１Ａ，１Ｂは、同一平面Ｈ上で蒸気発生器１０１に対して異なる加振方向に加振力を付与するように配置されている。加振器１Ａ，１Ｂは、例えば、慣性マスを所定の周波数で振動させた反力となる慣性力を蒸気発生器１０１に加えることで蒸気発生器１０１に加振力を付与する慣性式加振器がある。加振方向は、慣性マスの振動方向となる。従って、各加振器１Ａ，１Ｂは、慣性マスの振動方向が異なるように平面Ｈ上にそれぞれ配置される。なお、加振器１Ａ，１Ｂは、慣性式加振器に限定されるものではなく、例えば、隔壁１２２などの不動部に固定された油圧加振機構に設けられた加振棒を蒸気発生器１０１に取り付けて油圧加振機構により加振棒を振動させた反力を蒸気発生器１０１に加える加振器や、加振対象が磁性体である場合に電磁石を用いて振動を蒸気発生器１０１に加える加振器であってもよい。なお、図１に示すように、各加振器１Ａ，１Ｂは、共に同じ架台５で蒸気発生器１０１の同じ場所に設置されていることが後述の効果を得るうえで好ましいが、別の架台で異なる場所にそれぞれ設置されていてもよい。
【００２６】
振動検出器２は、図１および図２に示すように、重量構造物である蒸気発生器１０１に設置され、当該蒸気発生器１０１に生じる振動を検出する。振動検出器２は、図１に示すような平面Ｈ上に架台５などにより設置される。振動検出器２は、複数（本実施形態では２つ）の振動検出器２Ａ，２Ｂを有する。各振動検出器２Ａ，２Ｂは、同一平面Ｈ上で蒸気発生器１０１に対して異なる振動方向の振動を検出するように配置されている。本実施形態では、各振動検出器２Ａ，２Ｂは、平面Ｈ上で９０度方向の異なる振動をそれぞれ検出する。振動検出器２Ａ，２Ｂは、例えば、変位や、速度や、加速度などを検出することで振動方向および振動の大きさを検出する。
【００２７】
制御装置３は、例えば、コンピュータであり、図には明示しないが、演算処理装置や記憶装置などにより実現される。演算処理装置は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）のようなマイクロプロセッサを含む。記憶装置は、ＲＯＭやＲＡＭのようなメモリおよびストレージを含む。演算処理装置は、記憶装置に記憶されているコンピュータプログラムに従って演算処理を実施する。記憶装置に記憶されているコンピュータプログラムに相当するものとして、加振器駆動部３Ａと、複合振動生成部３Ｂと、複合振動調整部３Ｃと、を有する。制御装置３は、加振器駆動部３Ａにより各加振器１Ａ，１Ｂの動作（加振力）を制御する。制御装置３は、複合振動生成部３Ｂにより各振動検出器２Ａ，２Ｂが検出したそれぞれの振動を複合した複合振動を生成する。制御装置３は、複合振動調整部３Ｃにより複合振動が蒸気発生器１０１の固有振動モードでの振動に合うように各加振器１Ａ，１Ｂの動作を設定する。
【００２８】
以下、上述した加振装置の動作である加振方法について説明する。図３は、本実施形態に係る加振装置の動作を示すフローチャート図である。図４は、本実施形態に係る加振装置における複合振動および調整振動の説明図である。図５は、本施形態に係る加振装置における複合振動での振動波形の一例の説明図である。図６は、本実施形態に係る加振装置における調整振動での振動波形の一例の説明図である。
【００２９】
図３に示すように、加振装置は、各加振器１Ａ，１Ｂにより重量構造物（構造物）である蒸気発生器１０１を加振する（ステップＳ１）。すなわち、制御装置３は、加振器駆動部３Ａにより各加振器１Ａ，１Ｂの動作を制御し、同一平面Ｈ上で蒸気発生器１０１に対して異なる複数の加振方向に加振力を付与する。次に、各振動検出器２Ａ，２Ｂにより振動を検出する（ステップＳ２）。すなわち、制御装置３は、平面Ｈ上で複数の異なる振動方向の振動を入力する。次に、複合振動を生成する（ステップＳ３）。すなわち、制御装置３は、複合振動生成部３Ｂにより、検出した複数の異なる振動方向の振動を複合した複合振動として取得する。次に、各加振器の加振力を調整し複合振動を蒸気発生器１０１の固有振動モードでの振動に合わせる（ステップＳ４）。すなわち、制御装置３は、複合振動調整部３Ｃにより、複合振動生成部３Ｂにて生成した複合振動を蒸気発生器１０１が有する固有振動モードでの振動に近づけるように設定し、当該設定に基づいて加振器駆動部３Ａにより各加振器１Ａ，１Ｂの動作を制御する。
【００３０】
ステップＳ３では、図４に示すように、複合振動生成部３Ｂは、振動検出器２Ａと振動検出器２Ｂとが検出した振動を加えて複合振動ＭＶに複合する。この複合振動ＭＶは、蒸気発生器１０１の固有振動ＰＶが含まれている。また、ステップＳ４では、複合振動調整部３Ｃは、複合振動ＭＶを固有振動ＰＶに近づけるため、図４に示す振動レベルの関係から、複合振動ＭＶにおいて振動検出器２Ａ，２Ｂが検出する振動レベルを算出し、この振動レベルとなるような加振器１Ａ，１Ｂの加振力を設定する。そして、この設定された加振力に基づいて加振器駆動部３Ａにより各加振器１Ａ，１Ｂの動作を制御する。
【００３１】
生成された複合振動ＭＶは、固有振動ＰＶを含むが、加振器１Ａ，１Ｂにより固有振動ＰＶの振動方向以外の振動方向に加振力が作用している。この場合、図５に示すように、振動レベルが時間と共に変動することから、減衰時も振動レベルが変動するため減衰比を算出することが困難となる。これに対し、複合振動ＭＶを固有振動ＰＶに近づけて（または一致させて）直線状の単軸振動となるように、加振器１Ａ，１Ｂの加振力を調整した場合、図６に示すように、振動レベルが時間と共に変動することなく、減衰時も振動レベルが変動しないため精度の高い減衰比を算出することができる。
【００３２】
このように、本実施形態の加振装置は、同一平面Ｈ上で蒸気発生器（構造物）１０１に対して異なる加振方向に加振力を付与する複数の加振器１Ａ，１Ｂと、平面Ｈ上で複数の異なる振動方向の振動を検出する複数の振動検出器２Ａ，２Ｂと、各振動検出器２Ａ，２Ｂが検出する複数の異なる振動方向の振動を複合した複合振動ＭＶを取得し、当該複合振動ＭＶを蒸気発生器１０１が有する固有振動ＰＶに近づけるように各加振器１Ａ，１Ｂの加振力を調整する制御装置３と、を備える。
【００３３】
また、本実施形態の加振方法は、同一平面Ｈ上で蒸気発生器（構造物）１０１に対して異なる複数の加振方向に加振力を付与する工程（ステップＳ１）と、平面Ｈ上で複数の異なる振動方向の振動を検出する工程（ステップＳ２）と、検出した複数の異なる振動方向の振動を複合した複合振動ＭＶとして取得し（ステップＳ３）、当該複合振動ＭＶを蒸気発生器１０１が有する固有振動ＰＶに近づけるように各加振力を調整する工程（ステップＳ４）と、を含む。
【００３４】
本実施形態によれば、複数の加振器１Ａ，１Ｂにより蒸気発生器１０１が加振されて生成される複合振動ＭＶを、加振器１Ａ，１Ｂの加振力を調整することで蒸気発生器１０１が有する固有振動ＰＶに近づけるため、蒸気発生器１０１の固有振動ＰＶの振動方向に合った加振方向に加振力を付与することができる。この結果、減衰試験の減衰時には蒸気発生器１０１が有する固有振動ＰＶで減衰するため、高い精度で減衰比を算出することができる。しかも、加振力のレベルで複合振動ＭＶを調整することができるため、細かいピッチで複合振動ＭＶを固有振動ＰＶにより近づけるように高精度で調整することができる。
【００３５】
ところで、図７は、本実施形態に係る加振装置の他の例の概略構成を示す平面図である。図７に示す加振装置は、各加振器１Ａ，１Ｂが平面Ｈ上で回転軸１Ｃにより支持されて回転可能に設けられている。このように構成することで、図２に示すように各加振器１Ａ，１Ｂにより加振された振動から生成された複合振動ＭＶは固有振動ＰＶに近づくように調整される。そして、図７に示すように、各加振器１Ａ，１Ｂを回転軸１Ｃの周りに回転させて加振方向の向き（角度）を変えることで、各加振器１Ａ，１Ｂの加振力を増大させることなく複合振動ＭＶ（固有振動ＰＶ）の振動レベルを増大させることができる。この結果、各加振器１Ａ，１Ｂの可動効率を向上することができる。しかも、減衰試験の減衰時に減衰する前の固有振動ＰＶの振動レベルが大きいことから減衰比の算出精度をさらに向上することができる。
【００３６】
なお、上述した実施形態における加振装置は、放射線管理区域内に設置された重量構造物の減衰試験に適用されることが好ましい。放射線管理区域内における作業は、作業時間が限られている。この点、本実施形態における加振装置は、蒸気発生器１０１の固有振動ＰＶの振動方向に加振器１の加振方向を合わせるように加振器１の配置を変えることをせず、各加振器１Ａ，１Ｂの加振力を調整することで固有振動ＰＶに合わせた加振方向にすることができる。この結果、加振器１の設置の作業時間を短くすることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１  加振器
１Ａ，１Ｂ  加振器
１Ｃ  回転軸
２  振動検出器
２Ａ，２Ｂ  振動検出器
３  制御装置
３Ａ  加振器駆動部
３Ｂ  複合振動生成部
３Ｃ  複合振動調整部
５  架台
１０１  蒸気発生器
１０２  胴部
１０２ａ  下部胴
１０２ｂ  上部胴
１０２ｃ  円錐胴
１０２ｄ  上部鏡
１０３  水室鏡
１０４  管板
１１０  間隔調整装置
１１１  給水管
１１２  蒸気排管
１１３  冷却水配管
１１４  冷却水配管
１２１  ループ室
１２２  隔壁
１２３  底床
１３１  支持脚
１３２  上部サポート
１３２Ａ  リングフレーム
１３２Ｂ  支持サポート
１３３  下部サポート
１３３Ａ  リングフレーム
１３３Ｂ  支持サポート
Ｈ  平面
ＭＶ  複合振動
ＰＶ  固有振動
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2018159667.tif 000007
【図６】
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【図７】
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