(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子力発電プラントの原子炉ウェルと燃料プールの間を走行する走行台車と、前記走行台車の走行方向と直交する方向に当該走行台車上を走行する横行台車と、前記横行台車から懸垂され先端部に燃料集合体を把持するグラップルを有する多段伸縮式のマストとを備えた燃料交換装置において、
前記多段伸縮式マストは、径が順次異なる複数の可動管と、
これらの可動管を入れ子式に収容し前記横行台車上の支持台に固定された固定管と、
前記固定管の下部にあって内側に突出して前記可動管を保持する内側ストッパと、前記内側ストッパと当接するように前記可動管の上部にあって外側に突出して設けられた外側ストッパと、前記可動管の下部にあって内側に突出して設けられ下方の可動管の前記外側ストッパと当接して下方の可動管を保持する内側ストッパとを備え、
前記内側ストッパと前記外側ストッパの間に複数の矩形断面の弾性体からなるリング状の緩衝部材とスペーサとを交互に積み重ねてなる緩衝装置を設け、前記スペーサは前記緩衝部材の座屈変形を防止するように内側および外側を厚肉に形成したリング状のスペーサとしたことを特徴とする燃料交換装置の多段伸縮式マスト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料交換装置の多段伸縮式マストに係り、特に、原子力発電プラントにおいて原子炉および燃料プール内で燃料集合体の交換作業を行う際に用いられる燃料交換装置の多段伸縮式マストに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、原子力発電プラントにおいては、原子炉および燃料プールから使用済みの燃料を取り出したり、あるいは新しい燃料を挿入するために、図５に示すような、遠隔操作式の燃料交換装置が使用されている。
【０００３】
この図５において、１は原子炉ウェルで、この原子炉ウェル１の両側には、前後方向に延びる一対の走行レール２が敷設されており、この走行レール２によって図示しない燃料プールと原子炉ウェルが結ばれるとともに、走行レール２に沿って走行台車３が前後方向に走行することができる。そして、走行台車３の上には、走行レール２と直交する左右方向に延びる一対の横行レール５が敷設されており、この横行レール５に上を横行台車４が走行するようになっている。
【０００４】
横行台車４には、燃料交換装置の多段伸縮式マスト６が設けられており、この多段伸縮マスト６は、ワイヤーロープを介し伸縮駆動機構１０と連結されている。マスト６の下端部には、燃料集合体を把持するグラップル８が設けられている。なお、燃料交換装置は、マストを旋回させてグラップル８の方位を調整するマスト旋回装置と、マストの振動を抑制するマスト固定減衰装置を備えている。
【０００５】
図  は、多段伸縮式マスト６の入り子式構造を示す断面図である。多段伸縮式マスト６では、最大径の管が固定管７ｅとして支持台４０に固定されており、この最大径の固定管７ｅの内部には、順次径を小とした可動管７ｄ乃至７ａが入り子式に挿入されている。最も小径で、最も内側にある可動管７ａの下端部にはグラップル８が取り付けられ、上端部はプラグにより封鎖されている。このプラグの中心部には、ワイヤーロープ９の一端が連結固定され、このワイヤーロープ９の他端は、巻き込み、繰出しを行なう図５に示した伸縮駆動機構１０の巻上機に連なっている。
【０００６】
各可動管７ａ乃至７ｄの上端近傍の外周部には、上部外側ストッパー１１ａ乃至１１ｄが設けられている。また、各可動管７ａ乃至７ｄの下端近傍の外周部には、下部外側ストッパー１２ａ乃至１２ｄが設けられている。さらに、最も内側の可動管７ａを除いて、可動管７ｂ乃至７ｄおよび固定管７ｅの下端近傍の内周部には、下部内側ストッパー１３ａ乃至１３ｅがそれぞれ設けられている。
【０００７】
以上のような多段伸縮式マスト６では、伸縮駆動機構１０のワイヤーロープ９の繰り出しにより、順次可動管７ａ乃至７ｄが伸長し、ワイヤーロープ９の巻き取りにより、可動管７ａ乃至７ｄを引き上げることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
原子力発電プラントでは、定期検査期間の短縮化が大きく進む中で、燃料交換期間は現状のクリティカル工程の大きな部分を占めるに至っている。
【０００９】
燃料交換は、その性格上安全が最優先されるが、そのために燃料交換装置の運転においては当初から安全側に設定された条件が継続されている点が多い。例えば、多段伸縮式マスト６は１５メートル延長時の先端部位置決め精度が２０ｍｍ程度になるように要求され、可動管７ａ乃至７ｄは比較的厚肉のパイプを用い加工精度を出しているために多段伸縮式マスト６の全体重量が大きくなっている。このために可動管７ａ乃至７ｄが上下動するときの繋ぎ部衝撃を緩和するために、当接しあうストッパーの間にゴム製の緩衝材を設けるとともに、この部分で低速にしている。このため多段伸縮式マスト６では、可動管同士の繋ぎ部が多いことから、マスト全体の上下動時間が長くかかることになる。
【００１０】
多段伸縮式マスト６では、各可動管の正常の動作を確認するために、水中リミットスイッチを使用しているが、この水中リミットスイッチに不具合がしばしば生じ、その補修のために燃料交換が中断することがある。
【００１１】
また、図７に示すように、水中リミットスイッチを作動させるリミットスイッチストライカー６０ｂ乃至６０ｅが各可動管７ａ乃至７ｄの上端部に設けられているが、このリミットスイッチストライカー６０ｂ乃至６０ｅがマスト内側を通っている各種ケーブル、ホース束と絡む懸念から、可動管の伸張とマスト旋回、台車走行等を同時に駆動することの障害となっている。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、原子力発電プラントの定期検査作業での燃料交換に際して多段伸縮式マストの伸縮動作の高速化を達成し、燃料交換作業に要する時間を大きく短縮できるようにした燃料交換装置の多段伸縮式マストを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、請求項１に記載した発明は、原子力発電プラントの原子炉ウェルと燃料プールの間を走行する走行台車と、前記走行台車の走行方向と直交する方向に当該走行台車上を走行する横行台車と、前記横行台車から懸垂され先端部に燃料集合体を把持するグラップルを有する多段伸縮式のマストとを備えた燃料交換装置において、前記多段伸縮式マストは、径が順次異なる複数の可動管と、これらの可動管を入れ子式に収容し前記横行台車上の支持台に固定された固定管と、前記固定管の下部にあって内側に突出して前記可動管を保持する内側ストッパと、前記内側ストッパと当接するように前記可動管の上部にあって外側に突出して設けられた外側ストッパと、前記可動管の下部にあって内側に突出して設けられ下方の可動管の前記外側ストッパと当接して下方の可動管を保持する内側ストッパとを備え、前記内側ストッパと前記外側ストッパの間に複数の矩形断面の弾性体からなるリング状の緩衝部材とスペーサとを交互に積み重ねてなる緩衝装置を設け、前記スペーサは前記緩衝部材の座屈変形を防止するように内側および外側を厚肉に形成したリング状のスペーサとしたことを特徴とするものである。
この請求項１に係る発明によれば、緩衝部材と前記スペーサとを交互に積み重ねた構造とすることにより、繋ぎ部でのストッパーの衝接の際の衝撃エネルギーを吸収する緩衝装置の緩衝能力が格段に高まり、高速で伸縮させることが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による燃料交換装置の多段伸縮式マストの一実施形態について、添付の図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態による燃料交換装置の多段伸縮式マストを示す断面図である。この図１の多段伸縮式マストにおいて、図６に示した従来の多段伸縮式マストと同一の構成要素には同一の参照符号が付されている。
本実施の形態による多段伸縮式マストが従来のものと大きく異なるのは、隣接する管同士の繋ぎ部毎に当接し合うように設けられたストッパの間に設けた緩衝装置の構造である。
【００１９】
図１において、各可動管７ａ乃至７ｄの上端部近傍の外周部には、それぞれ上部外側ストッパー１１ａ乃至１１ｄが取り付けられ、各可動管７ａの下端部近傍の外周部には、下部外側ストッパー１２ａ乃至１２ｄが取り付けられており、緩衝装置１４は各下部外側ストッパー１２ａ乃至１２ａの上に配設されている。
【００２０】
同様にして、最内周の可動管７ａを除く可動管７ｂ乃至７ｄおよび固定管７ｅの下端部近傍の内周部には、それぞれ下部内側ストッパー１３ｂ乃至１３ｅと緩衝装置１４が取り付けられている。
【００２１】
図２は、緩衝装置１４の詳細な構造を示す図である。この図２では、固定管７ｅと最外周の可動管７ｄの繋ぎ部に設けられた緩衝装置１４を表わしているが、他の管の繋ぎ部の緩衝装置１４も同じ構造である。
【００２２】
この緩衝装置１４は、ゴムなどの弾性体からなるリング状で矩形断面のクッション部材１５ａ乃至１５ｄを上下に積み重ねた多段重ね構造の緩衝装置である。
すなわち、下部内側ストッパー１３ｅの上面部には、下部台座１６が取り付けられており、この台座１６上に下段のクッション部材１５ａが設けられている。この下段のクッション部材１５ａの上には、内側および外側を厚肉に形成したリング状のスペーサ１７ａを介して中段のクッション部材１５ｂが、さらに同じ形状のスペーサ１７ｂを介して上段のクッション部材１５ｃが積み重ねられている。なお、上部外側ストッパ１１ｄの下面部には、上部台座１７が取り付けられている。
【００２３】
図１において、伸縮駆動装置から垂下しているワイヤーロープ９は、最内周の可動管７ａの上端部を閉鎖するプラグ３０に連結されており、マスト全体が縮みきった状態においては、可動管７ａ乃至７Ｔが全体としてワイヤーロープ９によって吊持されている状態にある。この状態で可動管７ｂ、７ｃ、７ｄは、各々の下部内側ストッパー１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが互いに内側の管の下部外側ストッパー１２ａ、１２ｂ、１２ｃに緩衝装置１４を介して当接することで停止するようになっている。
【００２４】
このようにマスト全体が畳まれた状態では、固定管７ｅの重量のみが支持台４０にかかる荷重である。この支持台４０に加わる荷重は、ロードセル４２によって検出される。このロードセル４２は、演算装置４４と接続されており、後述するように、可動管７ａ乃至７ｄが順次下降していくにしたがって加算される荷重を検出し、可動管７ａ乃至７ｄのストロークと荷重の変化を対照することで、可動管７ａ乃至７ｄが正常な伸張動作をしているかどうかを判別することができるようになっている。
【００２５】
次に、図３は、本実施形態による多段伸縮式マストの伸張動作を示す図である。多段伸縮式マストを図１の畳んだ状態から伸張させるには、伸縮駆動機構１０を駆動してワイヤーロープ９を繰り出せば、固定管７ｅの内部にあるすべての可動管７ａ乃至７ｄが一斉に下降を開始する。そして、この下降の開始により、まず固定管７ｅのすぐ内側の可動管７ｄが下降してその上部外側ストッパー１１ｄが固定管７ｅの下部内側ストッパー１３ｅに緩衝装置１４を介して衝接すると、この可動管７ｄはその位置に停止する。以下、同様にして、順次、可動管７ｃの上部外側ストッパ１１ｃが可動管７ｄの下部内側ストッパー１３ｄに、可動管７ｂの上部外側ストッパー１１ｂが可動管７ｃの下部内側ストッパー１３ｃに、可動管７ａの上部外側ストッパー１１ａが可動管７ｂの下部内側ストッパー１３ｂにというように、それぞれ緩衝装置１４を介して衝接してその位置に停止する。これで、多段伸縮式マストは、最伸張状態で伸びきったことになる。
【００２６】
このようにして伸張した多段伸縮式マストを図１の縮小状態に畳むには、上記とは逆に、伸縮駆動機構１０によってワイヤーロープ９を巻き上げればよい。すると、図３において、まず最内周の可動管７ａが上昇を開始し、その下部外側ストッパ１２ａが緩衝装置１４を介してすぐ外側の可動管７ｂの下部内側ストッパ１３ｂに衝接するので、可動管７ａの上昇とともに可動管７ｂが上昇を開始する。そして、以下、同様して順次可動管７ｃ、７ｄが上昇して図１の最縮小状態に復帰することになる。
【００２７】
多段伸縮式のマストの伸縮の動作の過程で、各可動管７ａ乃至７ｄと固定管７ｅの繋ぎ部では、上述したように、ストッパー同士が緩衝装置１４を介して衝接するようになっている。図２に示すように、この緩衝装置１４は、座屈変形を防止するスペーサ１７ａ、１７ｂをクッション部材１５ａ乃至１５ｃの間に挟んだ多段積み構造となっており、各クッション部材１５ａ乃至１５ｃのゴムの全高さをばねの有効範囲として利用できるので、大きな衝撃を吸収できる緩衝装置とすることができる。
【００２８】
このため、緩衝性能が大きく向上することから、可動管７ａ乃至７ｄを高速で昇降させることができるので、全体としてのマストの上下伸縮に要する時間を短縮することが可能となる。この点、従来の多段伸縮式マストでは、ストッパー同士が当接しようとするときには低速にしなければならず、伸縮動時間を全体として遅延させる結果になったが、本実施の形態によれば、時間ロスの大きい範囲が大きく短縮されることなり、全体としての上下伸縮動の高速化を達成することができる。
【００２９】
ところで、多段伸縮式マストが伸張する過程では、正常な伸張動作が行われているかどうかは次のようにして判別することができる。
【００３０】
すなわち、図１に示す最縮小状態では、可動管７ａ乃至７ｄの全体は、ワイヤロープ９によって吊り上げられており、マスト支持台４０には固定管７ｅの荷重がかかっているが、可動管７ａ乃至７ｄが下降するにしたがって、外側の可動管７ｄから順次その重量が加算されていく。この荷重は、ロードセル４２によって検出されて演算装置４４に送られ、演算装置４４は、可動管７ａ乃至７ｄの加算されていく重量と、そのストロークを対照することで正常に伸張しているかどうかを判別することができる。
【００３１】
このように、マスト支持体４０にかかる荷重から伸張動作を監視するようにしているので、従来、マストの伸張ストロークを検知するために設けていたリミットスイッチのストライカ６０ｂ乃至６０ｅ（図７参照）が不要となり、結果として可動管７ａ乃至７ｄ内側の引っ掛かり形状を無くすことができる。このため、マスト内側を通るケーブル類やホース束の絡みによるトラブルの発生を未然に防止でき、この種のトラブルによるロス時間がなくなることにより、全体としての運転時間の短縮を図ることができる。
【００３２】
なお、マスト内部での引っ掛かり要因がなくなったことから、マスト昇降動作中に振動要因となる他の駆動、すなわちマスト旋回、台車走行、固定減衰装置の固定／開放動作も同時に行うことが可能となる。その結果、マスト旋回、マスト固定／開放と台車走行の一部の時間および各確認時間を削減できる効果を得ることもできる。
【００３３】
次に、図４は、マストの可動管７ｄのグラップル８によって把持される燃料集合体５０の下部ダイプレート５２を示す。
【００３４】
この燃料集合体５０の下部ダイプレート５２にあっては、切込み５３を小さくすることで、燃料集合体５０を格子板内に挿入する際に隣接する燃料集合体の頂部のチャンネルファスナーに乗り上げないように干渉を防止する構造となっている。また、ダブルガイドの取っ手５４の上部には面取り５４ａが形成されており、この面取り５４ａにより燃料チャンネルコーナ部の乗り上げを防止するようにしている。
【００３５】
このように下部ダイプレートに干渉防止構造を設けることにより、燃料集合体が他の構造物との干渉による交換作業停止のロス時間の発生を防ぐことができる。また、燃料マストの多少の偏心量があっても乗り上げなくなるので、その結果、マストの下降芯精度への要求が緩和されることにより、マストを構成する管の若干の薄肉軽量化が可能となり、マストの高速化が容易になる。さらに、マストの許容偏心量が増大することで、減衰待ち時間を低減でき、全体としての運転時間の短縮にもつながる利点がある。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、原子力発電プラントの原子炉の定期検査作業のクリティカルパスを構成する燃料取り扱い期間の短縮化を達成することができ、また、多段伸縮式マストのトラブル発生の可能性の高い部分をなくすことができ、より信頼性の高い燃料交換運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による原子燃料交換装置の多段伸縮式マストの一実施形態を示す断面図。
【図２】同多段伸縮式マストの備える緩衝装置を示す断面図。
【図３】同多段伸縮式マストの伸張動作を示す断面図。
【図４】燃料集合体の下部ダイプレート示す側面図。
【図５】従来の原子燃料交換装置の全体構造を示す説明図。
【図６】従来の多段伸張式マストの断面図。
【図７】従来の多段伸張式マストの上端面図。
【符号の説明】
１  原子炉ウェル
２  走行レール
３  走行台車
４  横行台車
５  横行レール
６  多段伸縮式マスト
８  グラップル
９  ワイヤーロープ
７ａ乃至７ｄ  可動管
７ｅ  固定管
１０  伸縮駆動機構
１１ａ乃至１１ｄ  上部外側ストッパー
１２ａ乃至１２ｄ  下部外側ストッパー
１３ａ乃至１３ｄ  下部内側ストッパー
１４  緩衝装置
１５ａ乃至１５ｄ  クッション部材
１７ａ、１７ｂ  スペーサ
【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】
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【図６】
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【図７】
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