(57)【要約】【課題】気泡噴射装置をより簡素化することができ、従来と実質的に同等の残留応力改善効果を得ることができ、水噴射流を噴射する噴射ノズルの周囲に配置された、ウォータージェットピーニングを施工しない各構造物の損傷リスクを低減できるウォータージェットピーニング方法およびウォータージェットピーニング装置を提供する。【解決手段】噴射ノズル１および気泡噴射パイプ４を取り付けたノズル移動装置３を有するＷＪＰ装置５が、原子炉圧力容器と炉心シュラウド１５の間で冷却水１８を充填したダウンカマに配置される。気泡噴射パイプ４は噴射ノズル１よりも下方に配置され、噴射ノズル１および気泡噴射パイプ４の各中心軸間の距離は、水平方向において、Ｌｍａｘ／３〜Ｌｍａｘ／２の範囲内に設定される。Ｌｍａｘは衝撃波による加振力Ｆが最大になる噴射距離である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧ポンプと、ガス供給装置と、前記高圧ポンプから供給される高圧水を水噴射流として噴射する水噴射ノズルと、前記ガス供給装置から供給されるガスを気泡噴射流として噴射する気泡噴射装置とを備え、
衝撃波による加振力が最大になる噴射距離がＬｍａｘであるとき、前記水噴射ノズルの中心軸と前記気泡噴射装置の中心軸の間の、水平方向における距離Ｙが、Ｌｍａｘ／３〜Ｌｍａｘ／２の範囲内に設定されていることを特徴とするウォータージェットピーニング装置。
【請求項２】
前記気泡噴射装置は、複数の気泡噴射口が形成された気泡噴射パイプである請求項１に記載のウォータージェットピーニング装置。
【請求項３】
前記気泡噴射パイプに形成された前記複数の気泡噴射口のうち前記噴射ノズルの先端に対して最も近くに位置する前記気泡噴射口の中心と前記噴射ノズルの先端との間の、前記噴射ノズルの軸方向における距離Ｘが、０〜Ｌｍａｘ／３の範囲内に設定されている請求項２に記載のウォータージェットピーニング装置。
【請求項４】
前記気泡噴射装置が気泡噴射ノズルである請求項１に記載のウォータージェットピーニング装置。
【請求項５】
前記噴射ノズルの先端と前記気泡噴射ノズルの先端との間の、前記噴射ノズルの軸方向における距離Ｘが、０〜Ｌｍａｘ／３の範囲内に設定されている請求項４に記載のウォータージェットピーニング装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のウォータージェットピーニング装置を水中に配置し、
前記高圧ポンプから供給される水を、水中に配置された前記水噴射ノズルから前記水噴射流として噴射し、
前記水噴射流に含まれる第１気泡が消滅するときに発生する衝撃波を前記水に接触するウォータージェットピーニング施工対象物である第１構造部材に当てることにより、前記第１構造部材に生じている残留応力を改善し、
前記水噴射流を噴射しているとき、前記ガス供給装置から供給されるガスを、前記水中に配置された前記気泡噴射装置から前記気泡噴射流として噴射して、前記気泡噴射流に含まれる第２気泡を前記噴射された水噴射流に巻き込ませ、前記衝撃波の周波数を変化させることを特徴とするウォータージェットピーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウォータージェットピーニング装置およびウォータージェットピーニング方法に係わり、特に、原子炉の炉内構造物に適用するのに好適なウォータージェットピーニング装置およびウォータージェットピーニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材料の疲労強度及び耐応力腐食割れ性を向上させることを目的に、材料表面の残留応力を圧縮化する方法が採られる場合がある。その残留応力改善方法の一つに、噴射ノズルから水中に高圧水を噴射することによって生じる衝撃波を利用するウォータージェットピーニング（以下、ＷＪＰという）がある。ＷＪＰは、高圧水の供給により噴射ノズルから噴射された微細な無数の気泡（キャビティ）を含む水噴射流を生成し、水噴射流に含まれるこれらの気泡が崩壊する際に生じる衝撃波あるいはマイクロジェットが水に接触する金属製の構造部材の表面に作用することにより、構造部材の表面を微小に塑性変形させる技術である。構造部材のその塑性変形部が周囲から弾性的に拘束されるため、圧縮残留応力が構造部材表面に付与される。
【０００３】
一方、原子炉の炉内構造物に発生する応力腐食割れは機器の保全上、注意すべき材料損傷であり、製造時の材料、構造の設計、及び製造条件の検討はもとより、製造後の予防保全が重要となっている。ＷＪＰは、媒体として、水を使用するため、異物残留を考慮する必要がなく、異物管理の厳しい原子炉の炉内構造物の予防保全技術として適している。
【０００４】
ＷＪＰを沸騰水型原子力プラントの原子炉圧力容器内の炉内構造物に適用する場合には、原子炉圧力容器の上蓋を取り外し、原子炉圧力容器内から蒸気乾燥器、気水分離器、燃料集合体及び制御棒等を順次取り出した後、ウォータージェットピーニング装置（以下、ＷＪＰ装置という）を、原子炉建屋内で天井に設置されている天井クレーン（または原子炉建屋内の運転床に設置されている燃料交換台車）で吊り下げ、天井クレーン（または燃料交換台車）を走行及び横行させ、さらに、ＷＪＰ装置を下降させて原子炉圧力容器内のＷＪＰ施工対象物近傍に設置させる。ＷＪＰ装置は、噴射ノズルを施工対象物の施工対象箇所に位置させる駆動機構を有する。噴射ノズルはその駆動機構の先端に設けられている。ＷＪＰ装置は、原子炉圧力容器内の冷却水中で原子炉圧力容器のＷＪＰ施工対象物近傍に設置された後、駆動機構により噴射ノズルの噴射角度及び噴射位置（高さ）を調整し、原子炉建屋内の運転床に設置された高圧ポンプから供給された高圧水を噴射ノズルから水噴射流として噴射することによって、前述の衝撃波をＷＪＰ施工対象物の施工対象個所に衝突させ、その施工対象個所の表面に対してＷＪＰを施工する。また、高圧ポンプで昇圧される水は一般的には原子炉建屋内の補給水系から供給されるが、炉水をその水として用いることも提案されている。
【０００５】
上記のＷＪＰ装置の例が、特許第２８４１９６３号公報および特許第３５３０００５号公報に記載されている。
【０００６】
ＷＪＰに利用する、噴射ノズルから噴射された高圧の水噴射流に含まれる各気泡の崩壊によって発生する衝撃波は、ほとんどの噴射条件において、周期性が現れる。これらの気泡の崩壊によって発生する衝撃波の周波数は、高圧水の噴射流量および噴射圧力などの噴射条件によって変化する。しかし、いずれの噴射条件においても、周波数の高次側および低次側にそれぞれ１つのピークが形成される。結果的に、形成される合計のピークは２つとなる（例えば、特開２００９−７２９０４号公報）。
【０００７】
また、キャビテーション噴流に含まれる気泡の崩壊によって発生する、周期性を持つ衝撃波は、圧力脈動となり、原子炉圧力容器内に存在するウォータージェットピーニング施工対象物（以下、ＷＪＰ施工対象物という）のみならず、ＷＪＰ施工対象物の周辺に存在する非施工対象物である構造物（周囲構造物）にも影響し、この構造物を振動させる場合がある。ＷＪＰの施工時において、その圧力脈動による非施工対象物の振動を抑制する構造部材の残留応力改善方法が、特開２００９−７２８５９号公報に記載されている。
【０００８】
沸騰水型原子力プラントでは、複数のジェットポンプが、炉心シュラウドと原子炉圧力容器の間に形成されたダウンカマ内に配置されている。特開２００９−７２８５９号公報に記載された残留応力改善方法は、沸騰水型原子力プラントの原子炉圧力容器内に配置された炉内構造物に対して適用される。この残留応力改善方法では、噴射ノズルをダウンカマ内の冷却水中に配置し、水噴射流がその噴射ノズルから炉内構造物の１つである炉心シュラウドの溶接部の外面に向かって噴射される。この水噴射流に含まれる各気泡の崩壊によって発生する衝撃波が、炉心シュラウドの溶接部の外面に衝突し、この外面に圧縮残留応力を付与している。発生した衝撃波は、ＷＪＰ施工対象物である炉心シュラウドの外面だけでなく、配置された噴射ノズルの近傍に存在するジェットポンプに向かってダウンカマ内の冷却水中を伝播する。
【０００９】
この衝撃波によるジェットポンプの振動を防止するために、特開２００９−７２８５９号公報に記載された残留応力改善方法では、噴射ノズルから水噴射流が噴射されている間、ＷＪＰの非施工対象物であるジェットポンプと水噴射流の間に、この水噴射流に含まれる気泡とは別の気泡が存在する気泡域を形成している。その高圧の噴射水流に含まれる気泡の崩壊によって発生する衝撃波が、その気泡域によって減衰するために、非施工対象物であるジェットポンプへの衝撃波の伝播が抑制され、ジェットポンプの振動を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第２８４１９６３号公報
【特許文献２】特許第３５３０００５号公報
【特許文献３】特開２００９−７２９０４号公報
【特許文献４】特開２００９−７２８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ＷＪＰは、水中に噴射された水噴射流に含まれる多数の気泡の崩壊によって生じる衝撃波を利用するピーニング法（材料表面を微細に塑性変形させ、残留応力を圧縮応力に転換する技術）であり、予め炉水で満たされている原子炉圧力容器内の炉内構造物の溶接部等に存在する引張残留応力を圧縮残留応力に改善するのに好適な技術である。
【００１２】
しかしながら、上記したように、ＷＪＰ施工対象物である炉内構造物（例えば、炉心シュラウド）の近くに別の炉内構造物（例えば、ジェットポンプ）が存在する場合には、噴射ノズルから水中に噴射された水噴射流に含まれた各気泡の崩壊によって生じる衝撃波は、ＷＪＰ施工対象物以外に、ＷＪＰ施工対象物の周辺に存在する非施工対象物である他の炉内構造物にも影響を及ぼす。その周辺の炉内構造物の固有振動数と衝撃波の周波数が一致した場合には、共振現象が発生し、その炉内構造物を損傷させる可能性がある。
【００１３】
特開２００９−７２８５９号公報に記載された残留応力改善方法は、ＷＪＰの非施工対象物と噴射ノズルから噴射された水噴射流の間に、前述したように、気泡域を形成し、その高圧の噴射水流に含まれる気泡の崩壊によって発生する衝撃波をその気泡域によって減衰させ、非施工対象物の振動を抑制する。しかしながら、気泡の崩壊によって発生する衝撃波は四方八方に伝播するため、特開２００９−７２８５９号公報の実施例３（図１１及び図１２）に記載されたように、噴射された水噴射流の周囲を環状の気泡域で取り囲む必要がある。この水噴射流の周囲を環状の空気域で取り囲むためには、噴射ノズルを取り囲んで多数の噴射口を有する気泡噴射装置を用いる必要があり、気泡噴射装置の構造が複雑になる。
【００１４】
本発明の目的は、気泡噴射装置をより簡素化することができ、従来と実質的に同等の残留応力改善効果を得ることができ、水噴射流を噴射する噴射ノズルの周囲に配置された、ウォータージェットピーニングを施工しない各構造物の損傷リスクを低減できるウォータージェットピーニング装置およびウォータージェットピーニング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために本発明の特徴は、高圧ポンプと、ガス供給装置と、高圧ポンプから供給される高圧水を水噴射流として噴射する水噴射ノズルと、ガス供給装置から供給されるガスを気泡として噴射する気泡噴射装置とを備え、
衝撃波による加振力が最大になる噴射距離がＬｍａｘであるとき、水噴射ノズルの中心軸と気泡噴射装置の中心軸の間の、水平方向における距離Ｙが、Ｌｍａｘ／３〜Ｌｍａｘ／２の範囲内に設定されていることにある。
【００１６】
水噴射ノズルの中心軸と気泡噴射装置の中心軸の間の、水平方向における距離Ｙが、Ｌｍａｘ／３〜Ｌｍａｘ／２の範囲内に設定されているので、気泡噴射装置から噴射された気泡が水噴射ノズルから噴射された水噴射流に巻き込まれるが、噴射ノズルから噴射された水噴射流に含まれる微細な気泡の崩壊によって生じた衝撃波がウォータージェットピーニング施工対象物に当たることにより、この施工対象物において従来と同等の残留応力の改善効果を得ることができる。気泡噴射装置から噴射された気泡の水噴射流への巻き込みにより、噴射ノズルの周囲に存在する、ウォータージェットピーニング施工対象物ではない他の構造物の固有振動数と同じ周波数を有する衝撃波の発生が減少する。このため、発生した衝撃波が他の構造物に当たることによる、他の構造物の損傷リスクを低減することができる。気泡噴射装置の中心軸を水噴射ノズルの中心軸からＬｍａｘ／３〜Ｌｍａｘ／２の範囲内の距離Ｙだけ隔てて配置されるため、気泡噴射装置の構造を、例えば、気泡噴射パイプおよび気泡噴射ノズルのように、より簡素化することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、ＷＪＰのピーニング効果を減少させずに、キャビテーション噴流の圧力脈動による施工中の周囲構造物の損傷を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１のウォータージェットピーニング装置の構成図である。
【図２】炉心シュラウドに対してウォータージェットピーニングを施工している、図１に示すウォータージェットピーニング装置の噴射ノズル付近の平面図である。
【図３】図１に示すウォータージェットピーニング装置の噴射ノズルから噴射されている水噴射流に向かって、気泡噴射装置から気泡を噴射している状態を示す説明図である。
【図４Ａ】噴射ノズルの噴射口側の端面とウォータージェットピーニング施工対象物との間の噴射距離と衝撃波による加振力の関係を確認する試験に用いた試験装置の側面図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示す試験装置の平面図である。
【図５】衝撃波による加振力Ｆと噴射距離Ｌの関係を示す特性図である。
【図６Ａ】膜状に形成した気泡域（バブルスクリーン）の位置と衝撃波による加振力の関係を確認する試験に用いた試験装置の側面図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示す試験装置の平面図である。
【図７】噴射ノズルの中心軸とこの中心軸と平行になるように配置された気泡噴射パイプの中心軸の間の距離Ｙとウォータージェットピーニング施工対象物の表面における衝撃波による加振力の関係を確認した試験結果を示す説明図である。
【図８】噴射ノズルの中心軸とこの中心軸と平行になるように配置された気泡噴射パイプの中心軸の間の距離Ｙとウォータージェットピーニング施工対象物の表面における衝撃波による加振力の関係を確認した他の試験結果を示す説明図である。
【図９】噴射ノズルの中心軸とこの中心軸と平行になるように配置された気泡噴射パイプの中心軸の間の距離Ｙとウォータージェットピーニング施工対象物の表面における衝撃波による加振力の関係を確認した他の試験結果を示す説明図である。
【図１０】噴射ノズルの中心軸とこの中心軸と平行になるように配置された気泡噴射パイプの中心軸の間の距離Ｙとウォータージェットピーニング施工対象物の表面における衝撃波による加振力の関係を確認した他の試験結果を示す説明図である。
【図１１】噴射ノズルの中心軸とこの中心軸と平行になるように配置された気泡噴射パイプの中心軸の間の距離Ｙとウォータージェットピーニング施工対象物の表面における衝撃波による加振力の関係を確認した他の試験結果を示す説明図である。
【図１２】噴射ノズルから噴射された水噴射流への気泡の巻込みがない場合での、ウォータージェットピーニング施工対象物の表面における衝撃波による加振力の周波数特性を示す説明図である。
【図１３】噴射ノズルから噴射された水噴射流への気泡の巻込みがあり、かつ、気泡噴射パイプの中心軸の間の距離ＹがＬｍａｘの１／６である場合での、ウォータージェットピーニング施工対象物の表面における衝撃波による加振力の周波数特性を示す説明図である。
【図１４】噴射ノズルから噴射された水噴射流への気泡の巻込みがあり、かつ、気泡噴射パイプの中心軸の間の距離ＹがＬｍａｘの１／３からＬｍａｘの１／２の範囲内にある場合での、ウォータージェットピーニング施工対象物の表面における衝撃波による加振力の周波数特性を示す説明図である。
【図１５Ａ】噴射ノズルから噴射された水噴射流に気泡噴射パイプから噴射された気泡を巻き込ませたときにおける、非施工対象物への衝撃波の影響を確認する試験に用いた試験装置の側面図である。
【図１５Ｂ】図１５Ａに示す試験装置の平面図である。
【図１６】図１５Ａに示す試験装置を用いて行われた試験で得られた結果を示す説明図である。
【図１７】本発明の他の好適な実施例である実施例２のウォータージェットピーニング装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
発明者らは、上記した目的を達成できるウォータージェットピーニング方法を実現するために、種々の検討を行った。これらの検討の内容および検討により得られた結果を以下に説明する。
【００２０】
発明者らは、まず、噴射ノズルとウォータージェットピーニング（ＷＪＰ）施工対象物との間の距離、すなわち、噴射距離と、ＷＪＰ施工対象物の表面における衝撃波による加振力（ロードセルの出力値の二乗平均平方根（ＲＭＳ））との関係を確認する試験を行った。この試験に用いた試験装置３５を図４Ａおよび図４Ｂを用いて説明する。試験装置３５は、噴射ノズル１、ロードセルヘッド２０およびロードセル２１を有している。噴射ノズル１の前面には、噴射口（図示せず）が形成されている。ロードセルヘッド２０は、噴射ノズル１の前面に対向して配置され、ロードセル２１に取り付けられている。試験装置３５は容器（図示せず）内に充填された水２３中に配置される。ロードセル２１は、その容器の底面２４に置かれた支持部材２２によって支持される。噴射ノズル１の中心軸はロードセルヘッド２０の中心軸と一致している。Ｌは噴射距離（噴射ノズル１とロードセルヘッド２０の間の距離）である。ロードセルヘッド２０の、噴射ノズル１に対向している面は、ＷＪＰ施工対象物の、ＷＪＰを施工する表面に相当する。
【００２１】
高圧ポンプ（図示せず）により昇圧された高圧水は、噴射ノズル１に供給され、噴射ノズルから容器内の水２３中に水噴射流２となって噴射される。この水噴射流２はロードセルヘッド２０に向かって噴射される。水噴射流２に含まれた多数の気泡が崩壊して衝撃波が発生する。この衝撃波がロードセルヘッド３に衝突する。ロードセル２１は、衝撃波によりロードセルヘッド３に加えられる加振力Ｆを測定する。加振力Ｆは、衝撃波がロードセルヘッド３を叩く力であり、ＷＪＰのピーニング効果に相当するものである。衝撃波による加振力Ｆが大きいほど、ＷＪＰ施工対象物の表面に付与される圧縮残留応力が大きくなる。試験装置３５を用いて、噴射距離Ｌを変えた場合における衝撃波による加振力Ｆの変化を測定した。
【００２２】
この測定結果を図５に示す。衝撃波による加振力Ｆは、噴射距離Ｌが短いほど大きくなるのではなく、水噴射流２内にキャビティ（気泡）が発生し、この気泡が成長し、そして崩壊するまでの時間（距離）が必要なため、噴射ノズル１からある一定の距離離れた位置で加振力が最大となる。この最大加振力Ｆｍａｘを発生する噴射距離をＬｍａｘとする。
【００２３】
噴射ノズルから水噴射流を噴射することによって発生して非施工対象物に衝突する衝撃波を、噴射した気泡により抑制するという特開２００９−７２８５９号公報の考え方を継承し、四方に伝播する衝撃波を単純な構造の気泡噴射装置で抑制することについて、発明者らは検討を行った。
【００２４】
この検討には、図６Ａおよび図６Ｂに示す試験装置３６は、図４Ａおよび図４Ｂに示された試験装置３５に気泡噴射パイプ４を加えた構成を有する。気泡噴射パイプ４には、２１個の気泡噴出口が気泡噴射パイプ４の軸方向において等間隔で一列に並んで形成されている。各気泡噴射口は上方に向かって開口している。その軸方向においてそれらの気泡噴射口が形成されている範囲の長さＷは、Ｌｍａｘ×２／３である。気泡噴出口の直径は０．５ｍｍである。本試験に用いられた試験装置３６でも、噴射ノズル１の中心軸はロードセルヘッド２０の中心軸と一致している。気泡噴射パイプ４の中心軸は、噴射ノズル１の中心軸と平行になっている。また、気泡噴射パイプ４は、距離Ｈ、すなわち、４０ｍｍだけ噴射ノズル１の中心軸から下方に配置されている。試験装置３６は容器（図示せず）内に充填された水２３中に配置される。
【００２５】
本試験は、噴射ノズル１とロードセルヘッド２０の間の距離（噴射距離）Ｌを、Ｌｍａｘ×４／３、およびＬｍａｘのそれぞれに変え、また、水平方向における噴射ノズル１の中心軸と気泡噴射パイプ４の中心軸の間の距離Ｙを、Ｌｍａｘ／６、Ｌｍａｘ／３、およびＬｍａｘ／２の３通りに変えて行った。さらに、気泡噴射パイプ４に形成された気泡噴射口のうち噴射ノズル１に最も近い気泡噴射口の中心と噴射ノズル１の端面との間の、噴射ノズル１の軸方向における距離Ｘも、０ｍｍ、Ｌｍａｘ／６およびＬｍａｘ／３のそれぞれに変えた。
【００２６】
前述の試験と同様に、高圧ポンプにより昇圧された高圧水が、噴射ノズル１に供給され、噴射ノズル１から容器内の水２３中に水噴射流２となって噴射される。本試験では、水噴射流２が噴射されながら、エアコンプレッサ（図示せず）で圧縮された圧縮空気が、気泡噴射パイプ４に供給され、気泡噴射パイプ４の各気泡噴出口から上方に向かって噴出される。エアコンプレッサから吐出された圧縮空気の圧力は、０．８ＭＰａ〜０．９ＭＰａの範囲内である。本試験では、各気泡噴出口から噴出された各気泡７によって、気泡のスクリーン（バブルスクリーン）７Ａが水噴射流２の側に形成された。そして、発明者らは、このバブルスクリーン７Ａを形成する気泡７が噴射ノズル１から噴射された水噴射流２に巻き込まれる現象が生じていることを確認した。
【００２７】
本試験は、圧縮空気の供給により気泡噴射パイプ４の各気泡噴出口から気泡７を噴射してバブルスクリーン７Ａを形成した場合、および気泡噴射パイプ４への圧縮空気の供給を停止してバブルスクリーン７Ａを形成しない場合のそれぞれについて行った。ＷＪＰ施工対象物の表面に対応するロードセルヘッド２０の噴射ノズル１に対向する面での、衝撃波による加振力が、バブルスクリーン７Ａを形成した場合およびバブルスクリーン７Ａを形成しない場合のそれぞれにおいて、前述したように、噴射距離Ｌ、距離Ｙおよび距離Ｘを変えた各ケースについて測定された。これらの加振力の測定結果を以下に説明する。
【００２８】
図７に示された各加振力は、噴射距離ＬをＬｍａｘ×４／３および距離Ｘを０ｍｍとし、さらに、距離ＹをＬｍａｘ／６、Ｌｍａｘ／３およびＬｍａｘ／２にそれぞれ変えた場合における測定値である。図７において、○は気泡噴射パイプ４から圧縮空気を噴射していなく、気泡が噴射された水噴射流２に巻き込まれていない場合における加振力の測定値を示し、●は気泡噴射パイプ４から圧縮空気を噴射してバブルスクリーン７Ａを形成し、噴射された水噴射流２にそれらの気泡が巻き込まれている場合における加振力の測定値を示している。縦軸の加振力Ｆは、気泡噴射パイプ４から圧縮空気を噴射しない場合における、衝撃波による加振力を「１」として、この「１」に対する比で表わされている。
【００２９】
バブルスクリーン７Ａが形成されて水噴射流２に気泡が巻き込まれている場合で距離ＹがＬｍａｘ／６のとき、衝撃波の加振力Ｆは、図７に示すように、バブルスクリーン７Ａが形成されないで水噴射流２に気泡が巻き込まれていない場合に比較して７５％に低下する。このような加振力Ｆの低下は、距離Ｘが０ｍｍで距離ＹがＬｍａｘ／６になると、バブルスクリーン７Ａから水噴射流２に巻き込まれる過剰の気泡により、衝撃波を緩和するクッション効果が増加するために生じると、発明者らは考えた。一方、噴射距離ＬがＬｍａｘ×４／３および距離Ｘが０ｍｍであっても距離ＹがＬｍａｘ／３からＬｍａｘ／２の範囲内に存在する場合には、衝撃波による加振力Ｆは、バブルスクリーン７Ａの形成の有無、すなわち、水噴射流２への気泡の巻き込みの有無によってはあまり変化しない。
【００３０】
図８に示された加振力Ｆは、噴射距離ＬをＬｍａｘ×４／３、および距離ＸをＬｍａｘ／６とし、さらに、距離ＹをＬｍａｘ／６、Ｌｍａｘ／３およびＬｍａｘ／２にそれぞれ変えた場合における測定値である。図８における○および●、および縦軸は、図７とそれぞれ同じである。
【００３１】
バブルスクリーン７Ａが形成されて水噴射流２に気泡が巻き込まれている場合で距離ＹがＬｍａｘ／６のとき、衝撃波の加振力Ｆは、図８に示すように、バブルスクリーン７Ａが形成されないで水噴射流２に気泡が巻き込まれていない場合に比較して７６％に低下する。この理由は、図７と同様に、衝撃波を緩和するクッション効果が増加するためである。一方、噴射距離ＬがＬｍａｘ×４／３および距離ＸがＬｍａｘ／６であっても距離ＹがＬｍａｘ／３からＬｍａｘ／２の範囲内に存在する場合には、衝撃波による加振力Ｆは、バブルスクリーン７Ａの形成の有無によってはあまり変化しない。
【００３２】
図９に示された加振力Ｆは、噴射距離ＬをＬｍａｘ×４／３、および距離ＸをＬｍａｘ／３とし、さらに、距離ＹをＬｍａｘ／６、Ｌｍａｘ／３およびＬｍａｘ／２にそれぞれ変えた場合における測定値である。図９における○および●、および縦軸は、図７とそれぞれ同じである。
【００３３】
バブルスクリーン７Ａが形成されて水噴射流２に気泡が巻き込まれている場合で距離ＹがＬｍａｘ／６のとき、衝撃波の加振力Ｆは、図９に示すように、バブルスクリーン７Ａが形成されないで水噴射流２に気泡が巻き込まれていない場合に比較して７６％に低下する。この理由は、図７と同様に、衝撃波を緩和するクッション効果が増加するためである。一方、噴射距離ＬがＬｍａｘ×４／３および距離ＸがＬｍａｘ／３であっても距離ＹがＬｍａｘ／３からＬｍａｘ／２の範囲内に存在する場合には、衝撃波による加振力Ｆは、バブルスクリーン７Ａの形成の有無によってはあまり変化しない。
【００３４】
図１０に示された加振力Ｆは、噴射距離ＬをＬｍａｘ、および距離Ｘを０ｍｍとし、さらに、距離ＹをＬｍａｘ／６、Ｌｍａｘ／３およびＬｍａｘ／２にそれぞれ変えた場合における測定値である。図１０における○および●、および縦軸は、図７とそれぞれ同じである。
【００３５】
バブルスクリーン７Ａが形成されて水噴射流２に気泡が巻き込まれている場合で距離ＹがＬｍａｘ／６のとき、衝撃波の加振力Ｆは、図１０に示すように、バブルスクリーン７Ａが形成されないで水噴射流２に気泡が巻き込まれていない場合に比較して７０％に低下する。この理由は、図７と同様に、衝撃波を緩和するクッション効果が増加するためである。一方、噴射距離ＬがＬｍａｘおよび距離Ｘが０ｍｍであっても距離ＹがＬｍａｘ／３からＬｍａｘ／２の範囲内に存在する場合には、衝撃波による加振力Ｆは、バブルスクリーン７Ａの形成の有無によってはあまり変化しない。
【００３６】
図１１に示された加振力Ｆは、噴射距離ＬをＬｍａｘ、および距離ＸをＬｍａｘ／６とし、さらに、距離ＹをＬｍａｘ／６、Ｌｍａｘ／３およびＬｍａｘ／２にそれぞれ変えた場合における測定値である。図１１における○および●、および縦軸は、図７とそれぞれ同じである。
【００３７】
バブルスクリーン７Ａが形成されて水噴射流２に気泡が巻き込まれている場合で距離ＹがＬｍａｘ／６のとき、衝撃波の加振力Ｆは、図１１に示すように、バブルスクリーン７Ａが形成されないで水噴射流２に気泡が巻き込まれていない場合に比較して７４％に低下する。この理由は、図７と同様に、衝撃波を緩和するクッション効果が増加するためである。一方、噴射距離ＬがＬｍａｘおよび距離ＸがＬｍａｘ／６であっても距離ＹがＬｍａｘ／３からＬｍａｘ／２の範囲内に存在する場合には、衝撃波による加振力Ｆは、バブルスクリーン７Ａの形成の有無によってはあまり変化しない。
【００３８】
以上の図７から図１１に示されたそれぞれの試験結果に基づいて、距離ＹがＬｍａｘ／６、距離Ｘが０ｍｍからＬｍａｘ／３の範囲となるように、噴射ノズル１に対して気泡噴射パイプ４を配置した場合には、衝撃波による加振力Ｆ、すなわち、ＷＪＰの効果（残留応力の改善効果）が低下することが分かった。一方、距離ＹがＬｍａｘ／３からＬｍａｘ／２の範囲内で、距離Ｘが０ｍｍからＬｍａｘ／３の範囲内となるように、気泡噴射パイプ４を配置した場合には、バブルスクリーン７Ａが形成されて水噴射流２への気泡の巻き込みがあっても、衝撃波による加振力Ｆ、すなわち、ＷＪＰの効果は、気泡噴射パイプ４から気泡７を噴出しないときのＷＪＰの効果と実質的に同じになることが分かった。
【００３９】
図１２は、気泡噴射パイプ４から圧縮空気を噴射しない場合における衝撃波による加振力Ｆの周波数特性を示している。図１２に示すように、衝撃波による加振力は、Ｐ１およびＰ２の２つの周波数ピークを持っている。周波数ピークＰ２の周波数は周波数ピークＰ１のそれよりも高くなっている。これは、噴射された水噴射流に含まれた微細な無数の気泡が崩壊して発生した全衝撃波のうち、周波数ピークＰ１およびＰ２のそれぞれの周波数を有する衝撃波の数が、他の周波数の衝撃波の数よりも多く、しかも、周波数ピークＰ２の周波数を有する衝撃波の数が、周波数ピークＰ１の周波数を有する衝撃波の数よりも多いことを示している。なお、当然のことながら、気泡噴射パイプ４がどのように配置されていても、気泡噴射パイプ４から圧縮空気が噴出されない場合には、衝撃波による加振力Ｆの周波数特性は、図１２のようになる。
【００４０】
試験装置３６において、気泡噴射パイプ４を、距離ＹがＬｍａｘ／６、および距離Ｘが０ｍｍからＬｍａｘ／３の範囲内になるように配置し、気泡噴射パイプ４の各気泡噴出口から圧縮空気を噴出させた場合における、衝撃波による加振力Ｆの周波数特性を、図１３に示す。衝撃波による加振力Ｆが低下するこの条件では、図１２に示された周波数ピークＰ１およびＰ２の位置に見られた周波数ピークが、図１３に示されるように著しく減少していることが分かる。
【００４１】
図１４は、試験装置３６において、気泡噴射パイプ４を、距離ＹがＬｍａｘ／３からＬｍａｘ／２の範囲内で、距離Ｘが０ｍｍからＬｍａｘ／３の範囲内に配置し、気泡噴射パイプ４の各気泡噴出口から圧縮空気を噴射させた場合における、衝撃波による加振力Ｆの周波数特性を示している。衝撃波による加振力Ｆが気泡噴射パイプ４の各気泡噴出口から圧縮空気を噴射しない場合と同等になるこの条件では、気泡噴射パイプ４から噴出された気泡が水噴射流２に巻き込まれることにより、図１４に示されるように、周波数ピークＰ１の大きさは図１２に示された周波数ピークＰ１に比べて減少し、周波数ピークＰ２の大きさは図１２に示された周波数ピークＰ２に比べて増加する。
【００４２】
気泡噴射パイプ４を、距離ＹがＬｍａｘ／３からＬｍａｘ／２の範囲内で、距離Ｘが０ｍｍからＬｍａｘ／３の範囲内に配置することにより、発生する衝撃波による加振力Ｆを低下させず、この加振力Ｆの周波数特性、すなわち、衝撃波の周波数特性を変化させることができ、衝撃波の圧力脈動の周波数も変化させることができる。
【００４３】
ＷＪＰを施工する際に、高圧水の供給により噴射ノズルから水中に噴射された水噴射流は、水中で断続的（周期的）に微細な無数の気泡を含む気泡雲を発生させる。この気泡雲は、周囲に存在する水の界面抵抗により、間欠的かつ部分的に剥離し、先行の気泡雲と後続の気泡雲を連結させるために、各気泡の崩壊により発生したそれぞれの衝撃波の周波数を反映し、元々の周波数のピーク（図１２に示された周波数ピークＰ２）と、この周波数ピークのおよそ１／２倍の大きさを有する他の周波数ピーク（図１２に示された周波数ピークＰ１）の２つの周波数ピークが現れる。気泡噴射パイプ４からの気泡の噴出等によって気泡を上記の気泡雲が剥離する位置に導入することにより、気泡雲周囲の界面抵抗が減少され、気泡の剥離が抑制される。このため、先行する気泡雲とこの気泡雲に後続する他の気泡雲が連結されることが抑制され、低周波数側の周波数ピークＰ１の周波数を有する衝撃波の発生が抑制される。この結果、ＷＪＰ施工対象物における残留応力の改善効果、すなわち、付与される圧縮残留応力の大きさを実質的に低減させることなく、衝撃波を発生する気泡を含む水噴射流の周囲に存在する、ＷＪＰの対象になっていない非施工対象物の損傷を防止することができる。以上に述べた、発明者らが見出した新たな知見に基づいて、本発明が創生された。
【００４４】
なお、当然のごとく、噴射ノズルから噴射された水噴射流に対する気泡の導入位置は、噴射ノズルからの水噴射流の噴射条件および気泡噴射装置（例えば、気泡噴射パイプ）からの気泡の噴射量によって変化させる必要がある。
【００４５】
さらに、発明者らは、図１５Ａおよび図１５Ｂに示された試験装置３７を用いて、気泡噴射パイプから噴出された気泡を水噴射流に巻き込ませることによって発生した衝撃波の周波数特性を変化させた場合における、周囲に存在するＷＪＰを施工しない非施工対象物への影響の変化を確認する試験を行った。
【００４６】
この試験装置３７は、図６Ａおよび図６Ｂに示された試験装置３６に、周囲に存在するＷＪＰを施工しない非施工対象物を模擬した棒状の炉内構造物模擬体２５及び圧力センサ２６を追加した構成を有している。噴射ノズル１の中心軸とロードセルヘッド２０の中心軸は一致している。炉内構造物模擬体２５の一端部が、水２３を充填した容器（図示せず）の底面２４に置かれた支持部材２７に取り付けられている。炉内構造物模擬体２５は、噴射ノズル１の中心軸と同じ高さでこの中心軸と平行に配置され、噴射ノズル１の先端の位置からロードセルヘッド２０の位置まで伸びている。試験装置３７は容器内に充填された水２３中に配置される。
【００４７】
試験装置３７では、図１５Ｂに示すように、気泡噴射パイプ４が噴射ノズル１の中心軸に対して一方の側に配置され、炉内構造物模擬体２５が噴射ノズル１の中心軸に対して気泡噴射パイプ４とは反対側に配置されている。圧力センサ２６は、炉内構造物模擬体２５の軸方向において炉内構造物模擬体２５の中央部で炉内構造物模擬体２５の真上に配置される。ひずみゲージ（図示せず）が炉内構造物模擬体２５の根元の表面に貼付けられている。圧力センサ２６は、炉内構造物模擬体２５近傍の衝撃波の圧力脈動を圧力変化として計測する。また、ひずみゲージは、衝撃波により炉内構造物模擬体２５に発生する振動をひずみとして計測する。炉内構造物模擬体２５の固有振動数は、図１２に示された周波数ピークＰ１の周波数と一致するように製作された。
【００４８】
試験装置３７を用いた本試験では、試験装置３６を用いた前述の試験結果を反映して、距離Ｙは、Ｌｍａｘ／６を除いてＬｍａｘ／３およびＬｍａｘ／２の二通りに変えた。また、本試験では、距離Ｙ以外の条件として、噴射ノズル１とロードセルヘッド２０の間の距離（噴射距離）ＬをＬｍａｘ×４／３およびＬｍａｘのそれぞれに、距離Ｘを０ｍｍ、Ｌｍａｘ／６およびＬｍａｘ／３のそれぞれに、距離Ｈを４０ｍｍに設定した。気泡噴射パイプ４に形成された各気泡噴射口の直径は０．５ｍｍである。気泡噴射パイプ４の軸方向において各気泡噴射口が形成されている範囲の長さＷは、Ｌｍａｘ×２／３である。気泡噴射パイプ４には、２１個の気泡噴射口が長さＷの範囲内に等間隔に形成されている。
【００４９】
高圧ポンプ（図示せず）により昇圧された高圧水は、噴射ノズル１に供給され、噴射ノズル１から容器内の水２３中に水噴射流２となって噴射される。この水噴射流２はロードセルヘッド２０に向かって噴射される。ロードセル２１は、水噴射流２に含まれる気泡が崩壊することによって発生した衝撃波によりロードセルヘッド２０に加えられる加振力Ｆを測定する。なお、その発生した衝撃波は炉内構造物模擬体２５にも衝突する。さらに、水噴射流２を噴射しながら、エアコンプレッサ（図示せず）から吐出された０．８ＭＰａ〜０．９ＭＰａの範囲内の圧力を有する圧縮空気が、気泡噴射パイプ４に形成された各気泡噴射口から水２３中に噴出される。
【００５０】
試験装置３７を用いて距離Ｌ，ＸおよびＹのそれぞれを上記のように変えて行った試験において、気泡噴射パイプ４の各気泡噴射口からの気泡の噴出の有無（水噴射流２への気泡の巻込みの有無）のそれぞれについて衝撃波による加振力Ｆ、炉内構造物模擬体２５近傍の変動圧力ｄＰおよび炉内構造物模擬体２５に発生するひずみＥをそれぞれ測定した。
【００５１】
試験装置３７を用いて得られた試験結果のうち、噴射ノズル１とロードセルヘッド２０の間の距離ＬをＬｍａｘ×４／３、距離ＸをＬｍａｘ／３および距離ＹをＬｍａｘ／２に設定したときの試験結果を図１６に示す。図１６の（Ａ）は衝撃波による加振力Ｆ、図１６の（Ｂ）は変動圧力ｄＰおよび図１６の（Ｃ）はひずみＥを示している。図１６の（Ａ）ないし（Ｃ）のそれぞれにおける縦軸は、いずれも、気泡噴射パイプ４から圧縮空気を噴出しないときのそれぞれの測定値を「１」として、この「１」に対する比で表わされている。
【００５２】
衝撃波による加振力Ｆは、気泡の巻込みの有無によってはほとんど変化していない（図１６の（Ａ）参照）。このような加振力Ｆに対して、水噴射流２への気泡の巻込みが生じているときの、炉内構造物模擬体２５近傍の変動圧力ｄＰは、気泡の巻込みが生じていないときにおける変動圧力ｄＰの約７０％まで低下する（図１６の（Ｂ）参照）。また、水噴射流２への気泡の巻込みが生じているときの、炉内構造物模擬体２５に発生するひずみＥは、気泡の巻込みが生じていないときにおけるひずみＥの約５０％まで低下している（図１６の（Ｃ）参照）。変動圧力ｄＰの減少率に対して発生ひずみＥの減少率が大きくなる理由は、発生した衝撃波の周波数特性が変化し、炉内構造物模擬体２５に衝突する衝撃波の周波数が、炉内構造物模擬体２５の固有振動数である周波数ピークＰ１の周波数よりも減少したためである。なお、試験装置３７を用いて行った各試験のうち、距離ＬをＬｍａｘ×４／３、距離ＸをＬｍａｘ／３および距離ＹをＬｍａｘ／２にした以外の、上記した距離Ｌ，ＸおよびＹの組み合わせにおいても、距離ＬをＬｍａｘ×４／３、距離ＸをＬｍａｘ／３および距離ＹをＬｍａｘ／２にしたときと同様な結果を得ることができた。
【００５３】
さらに、発明者らは、図１５Ａおよび図１５Ｂに示す試験装置３７において、気泡噴射パイプ４を図１７に示された気泡噴射ノズル３８に取り換えた。このような気泡噴射ノズル３８を有する試験装置３７を用いて、気泡噴射パイプ４を有する試験装置３６および３７を用いた前述の各試験を実施した。気泡噴射ノズル３８は、この中心軸が噴射ノズル１の中心軸と平行になるように配置されている。噴射ノズル１とロードセルヘッド２０の間の距離（噴射距離）Ｌ、距離Ｘ、距離Ｙおよび距離Ｈは、気泡噴射パイプ４を有する試験装置３６および３７を用いた前述のそれぞれの試験と同様に設定された。気泡噴射ノズル３８を用いた本試験では、距離Ｘは、噴射ノズル１の軸方向において噴射ノズル１の先端と気泡噴射ノズル３８の先端との間の距離である。本試験では、上記の各距離として、距離ＬがＬｍａｘ×４／３およびＬｍａｘのそれぞれに、距離Ｘが０ｍｍ、Ｌｍａｘ／６およびＬｍａｘ／３のそれぞれに、および距離ＹがＬｍａｘ／６、Ｌｍａｘ／３およびＬｍａｘ／２のそれぞれに設定された。また、距離Ｈは４０ｍｍに設定された。気泡噴射ノズル３８に供給される圧縮空気の圧力は０．８ＭＰａである。
【００５４】
本試験では、噴射ノズル１から水噴射流２を噴射しながら気泡噴射ノズル３８から気泡噴射流２８を噴射し、距離Ｌ、距離Ｘおよび距離Ｙを上記したようにそれぞれ変えて設定し、衝撃波による加振力Ｆ、変動圧力ｄＰおよび発生ひずみＥをそれぞれ測定した。また、噴射ノズル１から水噴射流２を噴射して気泡噴射ノズル３８から気泡噴射流２８を噴射しない場合についても、同様に、加振力Ｆ、変動圧力ｄＰおよび発生ひずみＥをそれぞれ測定した。この結果、気泡噴射ノズル３８から噴射された気泡噴射流２８の各気泡７が水噴射流２に巻き込まれ、気泡噴射パイプ４を有する試験装置３６を用いた試験と同様に、距離ＹがＬｍａｘ／３〜Ｌｍａｘ／２の範囲内で、気泡噴射ノズル３８から気泡噴射流２８が噴射されないときの衝撃波による加振力Ｆと実質的に同等の加振力Ｆを得ることができた。気泡噴射ノズル３８から気泡噴射流２８を噴射したときの変動圧力ｄＰおよび発生ひずみＥは、気泡噴射パイプ４を有する試験装置３７を用いた試験と同様に、気泡噴射流２８を噴射しないときのそれらよりも減少した。
【００５５】
上記した試験結果を反映した本発明の実施例を以下に説明する。
【実施例１】
【００５６】
本発明の好適な一実施例である実施例１のウォータージェットピーニング装置を、図１および図２を用いて説明する。本実施例のウォータージェットピーニング装置（以下、ＷＪＰ装置という）５を用いたウォータージェットピーニング方法は、沸騰水型原子力プラントの原子炉圧力容器内の炉内構造物である炉心シュラウド１５に対して実施される。
【００５７】
まず、本実施例のＷＪＰ装置５は、噴射ノズル１、ノズル移動装置３、高圧ポンプ６、空気供給装置（ガス供給装置）８および気泡噴出装置３０を備えている。気泡噴出装置３０は、等間隔で一列に並んだ２１個の気泡噴射口４Ａを上面に形成した気泡噴射パイプ４を有する。気泡噴射口４Ａの直径は０．５ｍｍである。噴射ノズル１および気泡噴射パイプ４がノズル移動装置３に取り付けられる。ノズル移動装置３は噴射ノズル１および気泡噴射パイプ４を支持すると共に噴射ノズル１および気泡噴射パイプ４を昇降させる装置である。高圧ポンプ６が、噴射ノズル１に接続された高圧ホース１４に接続される。気泡噴射パイプ４に接続された空気ホース９が空気供給装置（例えば、コンプレッサー）８に接続される。制御ケーブル１１，１２および１３が制御装置１０に接続される。
【００５８】
ＷＪＰ装置５では、気泡噴射パイプ４の中心軸は、噴射ノズル１の中心軸と平行になっている。噴射ノズル１と炉心シュラウド１５の外面の間の距離ＬがＬｍａｘである。距離Ｈは４０ｍｍであり、気泡噴射パイプ４の中心軸は噴射ノズル１の中心軸よりも下方に４０ｍｍの位置にある。距離ＸはＬｍａｘ／６であり、距離ＹはＬｍａｘ／２である。気泡噴射パイプ４の軸方向において各気泡噴射口４Ａが形成されている範囲の長さＷは、Ｌｍａｘ×２／３である。このため、各気泡噴射口４Ａは、気泡噴射パイプ４の軸方向において噴射ノズル１の先端を基準にしてＬｍａｘ／６〜Ｌｍａｘ×５／６の範囲内に形成されている。
【００５９】
ＷＪＰ装置５によりウォータージェットピーニング（ＷＪＰ）が施工される沸騰水型原子力プラントの概略構造を説明する。沸騰水型原子力プラントは、原子炉建屋（図示せず）内に原子炉格納容器（図示せず）を配置し、原子炉圧力容器（図示せず）を原子炉格納容器で取り囲んでいる。炉内構造物である炉心シュラウド１５が原子炉圧力容器内に設置され、他の炉内構造物である複数のジェットポンプ１６が原子炉圧力容器と炉心シュラウド１５の間に形成される環状のダウンカマ内に配置されている。
【００６０】
沸騰水型原子力プラントの運転が停止された後に、予防保全作業であるＷＪＰ装置５を用いたウォータージェットピーニング方法が、例えば、炉心シュラウド１５の溶接部の外面に対して実施される。このウォータージェットピーニング方法の実施に際して、高圧ポンプ６、空気供給装置８および制御装置１０が、原子炉建屋内で原子炉格納容器の上方に形成された運転床１７上に設置される。噴射ノズル１および気泡噴出装置３０が取り付けられたノズル移動装置３が、原子炉建屋内に設置された天井クレーンに吊り下げられ、ダウンカマ内を下降される。噴射ノズル１がＷＪＰ施工開始位置に達したとき、噴射ノズル１の下降が停止される。噴射ノズル１は、ダウンカマ内において、周方向において隣接する一対のジェットポンプ１６、例えば、ジェットポンプ１６Ａとジェットポンプ１６Ｂの間に配置される。原子炉圧力容器の半径方向におけるダウンカマの幅が狭く、噴射ノズル１の先端とＷＪＰ施工位置である炉心シュラウドの溶接部の外面との間に噴射距離ＬであるＬｍａｘを確保するために、噴射ノズル１の中心軸は、水平方向において、炉心シュラウド１５の外面に対して斜めに配置される（図２参照）。原子炉圧力容器内には冷却水１８が充填されているため、噴射ノズル１は冷却水中に配置される。冷却水１８は、原子炉圧力容器の上方に形成される原子炉ウェル（図示せず）内にも充填される。
【００６１】
オペレータは、運転床１７上に設置された操作盤（図示せず）に設けられた高圧ポンプ６および空気供給装置８のそれぞれの起動スイッチを「入」にする。操作盤から出力された高圧ポンプ起動信号により、高圧ポンプ６が起動される。操作盤から出力された空気供給装置起動信号により、空気供給装置８が起動される。高圧ポンプ６により昇圧された高圧水が、高圧ホース１４を通して噴射ノズル１に供給され、噴射ノズル１からダウンカマ内の冷却水１８中に水噴射流２となって噴射される。この水噴射流２は炉心シュラウド１５の溶接部の外面に向かって噴射される。制御装置１０は、噴射ノズル１から噴射される水噴射流２が最適な噴射流量及び噴射圧力になるように、高圧ポンプ６を制御する。水噴射流２に含まれる気泡が崩壊することによって発生した衝撃波が、炉心シュラウド１５の溶接部の外面に衝突し、この溶接部の外面に圧縮残留応力を付与する。
【００６２】
空気供給装置８が起動されると、空気供給装置８で圧縮された０．８ＭＰａの空気が、空気ホース９を通って気泡噴射パイプ４内に供給される。気泡噴射パイプ４内の圧縮空気は、気泡噴射パイプ４の各気泡噴射口４Ａから気泡７になって冷却水１８中に噴出される。各気泡噴出口４Ａから噴出された各気泡７によって、バブルスクリーン７Ａが水噴射流２の側に形成される（図３参照）。バブルスクリーン７Ａを形成する各気泡７が、噴射ノズル１から噴射された水噴射流２に巻き込まれる。
【００６３】
噴射ノズル１から水噴射流２を噴射し、気泡噴射パイプ４の各気泡噴射口４Ａから気泡７を噴出しながら、噴射ノズル１および気泡噴射パイプ４がノズル移動装置３によって上昇される。噴射ノズル１が上昇することによって、炉心シュラウド１５の軸方向に伸びる溶接部に沿ってＷＪＰが施工され、その溶接部の外面に圧縮残留応力が付与される。
【００６４】
バブルスクリーン７Ａを形成する各気泡７が水噴射流２に巻き込まれるが、本実施例では、距離ＹがＬｍａｘ／２であるため、図１１に示すように、気泡噴射パイプ４の各気泡噴射口４Ａから気泡７を噴出しない場合と同等の圧縮残留応力が炉心シュラウド１５の溶接部の外面に付与される。
【００６５】
水噴射流２に含まれる微細な無数の気泡（気泡噴射口４Ａから噴出される気泡７とは異なる）の崩壊によって生じる衝撃波が水噴射流２の周囲に存在するジェットポンプ１６Ａ，１６Ｂに衝突するが、本実施例では、バブルスクリーン７Ａを形成する各気泡７が水噴射流２に巻き込まれるために、ジェットポンプ１６Ａ，１６Ｂ近傍の圧力変動ｄＰが気泡噴射口４Ａから気泡７が噴射されない場合に比べて低下し（図１６の（Ｂ）参照）、ジェットポンプ１６Ａ，１６Ｂで発生するそれぞれのひずみＥも低減される（図１６の（Ｃ）参照）。これは、バブルスクリーン７Ａを形成する各気泡７が水噴射流２に巻き込まれることにより、ジェットポンプ１６Ａ，１６Ｂの固有振動数と同じ周波数を有する衝撃波の発生が減少し、図１２に示す周波数ピークＰ１が図１４に示すように減少したためである。ジェットポンプ１６Ａ，１６Ｂの固有振動数と同じ周波数を有する衝撃波の発生が減少することにより、衝撃波の衝突によるジェットポンプ１６の共振を防ぐことができ、衝撃波の衝突によるジェットポンプ１６の損傷を防ぐことができる。
【００６６】
本実施例では、気泡噴射パイプ４は、噴射ノズル１とジェットポンプ１６Ｂの間に位置しており、噴射ノズル１とジェットポンプ１６Ａの間に位置していない。しかしながら、気泡噴射パイプ４が噴射ノズル１とジェットポンプ１６Ｂの間に位置しているにもかかわらず、各気泡噴射口４Ａから噴出された気泡７の水噴射流２への巻き込みにより、ジェットポンプ１６Ａ，１６Ｂの固有振動数と同じ周波数を有する衝撃波の発生が減少するため、より簡素化された構造の気泡噴射装置である気泡噴射パイプ４を用い、配置された噴射ノズル１の周囲に存在するジェットポンプ１６Ｂだけでなくジェットポンプ１６Ａの損傷を防止することができる。すなわち、噴射ノズル１の周囲に位置するジェットポンプ１６Ａ，１６Ｂのそれぞれの損傷リスクを低減できる。
【実施例２】
【００６７】
本発明の他の好適な実施例である実施例２のウォータージェットピーニング装置を、図１７を用いて説明する。
【００６８】
本実施例のＷＪＰ装置５Ａは、実施例１のＷＪＰ装置５において気泡噴射パイプ４を気泡噴射ノズル３８に変えた構成を有する。気泡噴射ノズル３８はノズル移動装置３に取り付けられ、空気供給装置８に接続された空気ホース９が気泡噴射ノズル３８に接続される。噴射ノズル１の中心軸は気泡噴射ノズル３８の中心軸と平行になっている。ＷＪＰ装置５Ａの他の構成はＷＪＰ装置５と同じである。
【００６９】
ＷＪＰ装置５Ａを用いたウォータージェットピーニング方法においても、実施例１と同様に、ＷＪＰ装置５Ａがダウンカマ内で隣り合う一対のジェットポンプ１６の間に配置され、ＷＪＰ装置５Ａの噴射ノズル１が、図２と同様に、炉心シュラウド１５の溶接部の外面に対向して配置される。噴射ノズル１と炉心シュラウド１５の外面の間の距離ＬがＬｍａｘ、および距離Ｈが４０ｍｍである。また、距離ＸがＬｍａｘ／６に、距離ＹがＬｍａｘ／２にそれぞれ設定されている。
【００７０】
高圧ポンプ６で昇圧された高圧水が噴射ノズル１に供給されて水噴射流２として冷却水１８中に噴射される。この水噴射流２に含まれた微細な無数の気泡（キャビティ）の崩壊により発生した衝撃波が、炉心シュラウド１５の溶接部の外面に衝突し、この溶接部の外面に圧縮残留応力を付与する。水噴射流２が噴射されているとき、空気供給装置８で０．８ＭＰａに加圧された圧縮空気が、空気ホース９を通して気泡噴射ノズル（気泡噴射装置）３８に供給され、気泡噴射ノズル３８から気泡噴射流２８として冷却水１８中に噴射される。気泡噴射流２８に含まれる各気泡７は水噴射流２に巻き込まれる。このため、実施例１と同様に、ジェットポンプ１６Ａ，１６Ｂの固有振動数と同じ周波数（低周波数側の周波数ピークＰ１の周波数）を有する衝撃波の発生が減少する。
【００７１】
本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００７２】
１…噴射ノズル、２…水噴射流、３…ノズル移動装置、４…気泡噴射パイプ、５，５Ａ…ウォータージェットピーニング装置、６…高圧ポンプ、７…気泡、７Ａ…バブルスクリーン、８…空気供給装置、１０…制御装置、１５…炉心シュラウド（炉内構造物）、１６，１６Ａ，１６Ｂ…ジェットポンプ（他の炉内構造物）、２０…ロードセルヘッド、２１…ロードセル、２５…炉内構造物模擬体、２６…圧力センサ、２８…気泡噴射流、３０…気泡噴出装置、３５，３６，３７…試験装置、３８…気泡噴射ノズル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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