(57)【要約】【課題】  狭隘部である配管内をＷＪＰ施工する場合でも、キャビテーション気泡崩壊により生ずる衝撃波による非施工対象に対する影響を低減し得るＷＪＰ装置及びＷＪＰ施工法を提供する。【解決手段】  ＷＪＰ装置１は、水が張られた配管２１内に配され、配管内の施工対象部近傍に位置付けられるＷＪＰノズル１０、ＷＪＰノズル１０の先端部近傍に設置される第１温度センサ１６ａ及び／又は、配管２１内の施工対象部２３であって配管の外周面に設置される第２温度センサ１６ｂ、と第１及び／又は第２温度センサによる測定結果に基づき、ＷＪＰノズル１０より配管２１内の周囲水中へ噴出する高速噴流水１８の停止又は、高速噴流水１８の流量若しくは圧力を制御する制御部１４とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水が張られた配管内に配され、前記配管内の施工対象部近傍に位置付けられるウォータージェットピーニングノズルと、
前記ウォータージェットピーニングノズルの先端部近傍に設置される第１温度センサ及び／又は、前記配管内の施工対象部であって当該配管の外周面に設置される第２温度センサと、
前記第１及び／又は第２温度センサによる測定結果に基づき、前記ウォータージェットピーニングノズルより前記配管内の水中へ噴出する高速噴流水の停止又は、前記高速噴流水の流量若しくは圧力を制御する制御部を有す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】
請求項１に記載のウォータージェットピーニング装置において、
貯水槽内の水を高圧水とし、高圧水供給配管を介して前記ウォータージェットピーニングノズルへ供給する高圧ポンプと、
前記高圧ポンプの下流側であって、前記高圧水供給管に設置される調整弁と、を備え、
前記制御部は、前記測定結果に基づき、前記高圧ポンプを停止又は前記調整弁を全閉状態とす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３】
請求項１に記載のウォータージェットピーニング装置において、
貯水槽内の水を高圧水とし、高圧水供給配管を介して前記ウォータージェットピーニングノズルへ供給する高圧ポンプと、
前記高圧ポンプの下流側であって、前記高圧水供給管に設置される調整弁と、を備え、
前記制御部は、前記測定結果に基づき、前記高圧ポンプの運転条件又は前記調整弁の開度を調整す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４】
請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載のウォータージェットピーニング装置において、
前記制御部は、予め、前記配管内に異なる温度の水を通水し、前記第２温度センサにより計測することにより、前記配管内を通流する水の温度と前記第２温度センサによる計測値との関係を保持し、前記高速噴流水の噴出時に前記第２温度センサによる測定結果を、前記保持された関係に基づき前記高速噴流水の水温に換算す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５】
請求項２に記載のウォータージェットピーニング装置において、
前記制御部は、予め、前記高速噴流水により前記配管内に筒状気泡を生じるときの前記高速噴流水の温度を閾値として保持し、前記測定結果と前記閾値を比較し、比較結果に基づき、前記高圧ポンプの停止又は前記調整弁を全閉状態とす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６】
請求項３に記載のウォータージェットピーニング装置において、
前記制御部は、予め、前記配管内に噴出される高速噴流水の温度と前記調整弁の開度との関係を保持し、前記保持された関係を参照し、前記測定結果に対応する開度となるよう前記調整弁を制御す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７】
請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載のウォータージェットピーニング装置において、
前記施工対象部の近傍に設置される冷却器を備え、
前記制御部は、前記第１温度センサ及び／又は第２温度センサからの計測結果に基づき前記冷却器を制御し、前記施工対象部における前記高速噴流水の温度を低減す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８】
請求項２又は請求項３に記載のウォータージェットピーニング装置において、
前記貯水槽又は前記高圧水供給管の前記調整弁の下流側に設置される冷却器を備え、
前記冷却器により、前記ウォータージェットピーニングノズルへ供給される前記高圧水を冷却す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９】
請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載のウォータージェットピーニング装置において、
前記施工対象部の近傍であって、前記施工対象部の下流側に設置される冷却器を備え、
前記冷却器は、前記配管内の施工対象部の下流側に氷結部を形成す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１０】
請求項２又は請求項３に記載のウォータージェットピーニング装置において、
前記高圧水供給管と接続される気相供給器を備え、
前記制御部は、前記ウォータージェットピーニングノズルより高速噴流水を噴出する前に、前記気相供給器より供給される空気を、前記高圧水供給管、前記ウォータージェットピーニングノズル及び前記配管内を移動させ、前記配管の端部側に緩衝用気泡を形成し、当該緩衝用気泡形成後に前記高速噴流水を噴出するよう前記高圧ポンプ及び前記調整弁を制御す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１１】
請求項５に記載のウォータージェットピーニング装置において、
前記制御部は、前記高圧ポンプの停止又は前記調整弁を全閉状態とした後、前記温度センサによる計測結果が所定の温度以下に低下したとき、前記高圧ポンプ及び前記調整弁を制御し、前記ウォータージェットピーニングノズルより高速噴流水を噴出す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１２】
ウォータージェットピーニングノズルから、水中に高速噴流水を噴出することでキャビテーション気泡を発生し、当該キャビテーション気泡崩壊による衝撃波により施工対象部表面に存在する引張残留応力を圧縮残留応力に改善するウォータージェットピーニング施工法であって、
前記ウォータージェットピーニングノズルを配管内の施工対象部近傍に位置付ける工程と、
前記ウォータージェットピーニングノズルより配管内の水中へ高速噴流水を噴出する工程と、
前記ウォータージェットピーニングノズルの先端部近傍及び／又は前記施工対象部の配管外周面に設置された温度センサから測定結果を取り込む工程と、
前記測定結果に基づき、前記高速噴流水の噴出停止又は、前記高速噴流水の流量若しくは圧力を制御する工程と、を有することを特徴とするウォータージェットピーニング施工法。
【請求項１３】
請求項１２に記載のウォータージェットピーニング施工法において、
前記施工対象部の近傍の配管に設置された冷却器により、前記ウォータージェットピーニングノズルより噴出される高速噴流水を冷却する工程を更に備えることを特徴とするウォータージェットピーニング施工法。
【請求項１４】
請求項１２に記載のウォータージェットピーニング施工法において、
前記ウォータージェットピーニンノズルへ高圧水を供給する高圧水供給管に設置された冷却器により、前記ウォータージェットピーニンノズルへ供給される高圧水を冷却する工程を更に備えることを特徴とするウォータージェットピーニング施工法。
【請求項１５】
請求項１２に記載のウォータージェットピーニング施工法において、
前記ウォータージェットピーニングノズルより配管内の水中へ高速噴流水を噴出する工程の前に、
前記施工対象部の近傍であって前記施工対象部の下流側に設置される冷却器により、前記配管内の施工対象部の下流側に氷結部を形成する工程を有することを特徴とするウォータージェットピーニング施工法。
【請求項１６】
請求項１２に記載のウォータージェットピーニング施工法において、
前記ウォータージェットピーニングノズルより配管内の水中へ高速噴流水を噴出する工程の前に、
気相供給器より供給される空気を前記ウォータージェットピーニングノズル及び前記配管内を移動させ、前記配管の下流側端部付近に緩衝用気泡を形成する工程を有することを特徴とするウォータージェットピーニング施工法。
【請求項１７】
請求項１２に記載のウォータージェットピーニング施工法において、
前記高圧ポンプの停止又は前記調整弁を全閉状態とした後、前記温度センサによる計測結果が所定の温度以下に低下したとき、前記高圧ポンプ及び前記調整弁を制御し、前記ウォータージェットピーニングノズルより高速噴流水を噴出する工程を有することを特徴とするウォータージェットピーニング施工法。
【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及びウォータージェットピーニング方法に係り、特に、沸騰水型原子炉及び加圧水型原子炉の原子炉圧力容器に結合した配管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及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】
沸騰水型原子炉及び加圧水型原子炉等の構造部材に生じている引張残留応力を圧縮残留応力に改善する方法として、キャビテーション気泡を利用するウォータージェットピーニング（以下、ＷＪＰと称す）が知られている。ＷＪＰは、水中に置かれたノズルから高圧の水流を噴射し、この水流に含まれた気泡が潰れて発生する衝撃波を、水に浸漬されたＷＪＰ施工対象物である構造部材の表面に当て、構造部材の表面付近に存在する引張残留応力を圧縮残留応力に改善する方法である。このようなＷＪＰ装置を用いた施工方法として以下の特許文献１及び特許文献２が提案されている。
【０００３】
特許文献１には、ＷＪＰ装置の主ノズルより、施工対象部へ向け噴出される高速ジェット流と、非施工対象機器（例えば、ジェットポンプ）との間に気泡域を形成するためのエアノズルを配するものが開示されている。高速ジェット流に含まれるキャビティ（気泡）の崩壊により生ずる衝撃圧力（衝撃波）を気泡域により減衰させることにより、非施工対象機器への影響、すなわち振動を抑制するものである。
【０００４】
また、特許文献２には、原子炉圧力容器内の冷却水の温度を測定する第１の温度センサ、高圧噴射ポンプを介してノズルより施工対象部へ噴出する高速噴流水の水温を測定する第２の温度センサを有する構成が開示され、攪拌機構又は冷却水の循環機構を用いて、原子炉圧力容器内の水温温度分布の均一化を図るＷＪＰ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−７２８５９号公報
【特許文献２】特開平７−３２８８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１では、ＷＪＰノズルに加え、新たにエアノズルをＷＪＰノズルに離間して配する構成であるため、仮に、溶接による配管接続部を、配管内にてＷＪＰ装置により施工する場合、狭隘部となる配管内に配することは困難であり、改善の余地がある。
【０００７】
また、特許文献２では、２つの温度センサを有するＷＪＰ装置が開示されるものの、一方は原子炉圧力容器内の施工対象部とは関係しない位置に配されるものであり、他方の温度センサは、原子炉圧力容器外に配されるＷＪＰノズルより噴出するための水を貯留する貯水槽に配されるものである。従って、ＷＪＰノズルより噴出する高速噴流、換言すれば、施工対象部近傍の温度を測定するものではなく、また、非施工対象機器への影響、すなわち振動を抑制する点については、考慮されていないと考える。  
そこで、本発明は、狭隘部である配管内の施工対象部をＷＪＰ施工する場合においても、キャビテーション気泡崩壊により生ずる衝撃波による非施工対象に対する影響を低減し得るＷＪＰ装置及びそれを用いたＷＪＰ施工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明のウォータージェットピーニング装置は、水が張られた配管内に配され前記配管内の施工対象部近傍に位置付けられるウォータージェットピーニングノズルと、前記ウォータージェットピーニングノズルの先端部近傍に設置される第１温度センサ及び／又は、前記配管内の施工対象部であって当該配管の外周面に設置される第２温度センサと、前記第１及び／又は第２温度センサによる測定結果に基づき、前記ウォータージェットピーニングノズルより前記配管内の水中へ噴出する高速噴流水の停止又は、前記高速噴流水の流量若しくは圧力を制御する制御部を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のウォータージェットピーニング施工法は、ウォータージェットピーニングノズルから、水中に高速噴流水を噴出することでキャビテーション気泡を発生し、当該キャビテーション気泡崩壊による衝撃波により施工対象部表面に存在する引張残留応力を圧縮残留応力に改善するウォータージェットピーニング施工法であって、（１）前記ウォータージェットピーニングノズルを配管内の施工対象部近傍に位置付ける工程と、（２）前記ウォータージェットピーニングノズルより配管内の水中へ高速噴流水を噴出する工程と、（３）前記ウォータージェットピーニングノズルの先端部近傍及び／又は前記施工対象部の配管外周面に設置された温度センサから測定結果を取り込む工程と、（４）前記測定結果に基づき、前記高速噴流水の噴出停止又は、前記高速噴流水の流量若しくは圧力を制御する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、狭隘部である配管内の施工対象部をＷＪＰ施工する場合においても、キャビテーション気泡崩壊により生ずる衝撃波による非施工対象に対する影響を低減し得るＷＪＰ装置及びそれを用いたＷＪＰ施工方法を提供できる。
【００１１】
例えば、ＷＪＰの配管施工を対象とし、狭隘部である配管内において、ＷＪＰによるキャビテーション気泡崩壊により生ずる衝撃波（衝撃圧力）が、非被施工対象の配管部及び配管内に配される機器へ、振動等の影響を及ぼすことを抑制することができる。
【００１２】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係るウォータージェットピーニング装置を原子力プラント内に設置した状態を示す図である。
【図２】沸騰水型原子力プラントの概略構成図である。
【図３】図１に示す領域Ａの拡大縦断面図である。
【図４】配管内に発生する筒状気泡による衝撃圧力の説明図であり、図４（Ａ）は筒状気泡発生状態を示し、図４（Ｂ）は筒状気泡が凝縮し崩壊した状態を示す。
【図５】変動圧力の温度依存性を示す概念図である。
【図６】本発明の実施形態に係るウォータージェットピーニング装置の概略図である。
【図７】本発明の一実施例に係る実施例１のウォータージェットピーニング装置の概略図である。
【図８】本発明の他の実施例に係る実施例２のウォータージェットピーニング装置の概略図である。
【図９】本発明の他の実施例に係る実施例３のウォータージェットピーニング装置の概略図である。
【図１０】本発明の他の実施例に係る実施例４のウォータージェットピーニング装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態に係るウォータージェットピーニング装置（以下、ＷＪＰ装置と称す）により、構造部材の残留応力の改善が施工される、原子力プラントにつき、その一例として沸騰水型原子力プラント（ＢＷＲ）を説明する。なお、本明細書においてＢＷＲを例に以下説明するが、これに限られるものではなく、加圧水型原子力プラント（ＰＷＲ）あるいは改良型沸騰水型原子力プラント（ＡＢＷＲ）等へも同様に適用できる。
【００１５】
図２に、沸騰水型原子力プラントの概略構成図を示す。沸騰水型原子力プラントは、原子炉２及び原子炉格納容器３を備えている。原子炉格納容器３は、原子炉建屋４内に設置されて、上端部に原子炉格納容器上蓋５が取り付けられて密封されている。原子炉格納容器３は、内部に形成されたドライウェル６、及び冷却水が充填された圧力抑制プールが内部に形成された圧力抑制室（ウェットウェル）７を有する。ドライウェル６に連絡されるベント通路８の一端が、圧力抑制室７内の圧力抑制プールの冷却水中に浸漬されている。原子炉格納容器上蓋５の真上に複数に分割された放射線遮蔽体であるシールドプラグ９が配置され、これらのシールドプラグ９が、原子炉建屋４の運転床２７に設置されている。
【００１６】
原子炉建屋４には、原子炉格納容器３が内部に設置されており、この原子炉格納容器３の上部には、原子炉停止時に原子炉圧力容器２８の蓋を開けて燃料集合体２９を取り出し、隣接する使用済燃料プール３０へ移す際に通すプールであって、放射線の遮蔽等のために水を張るための原子炉ウェル３１が設けられている。なお、燃料集合体２９の取り出し及び使用済燃料プール３０への移送は、燃料交換機３２にて行われる。さらに、この原子炉ウェル３１を挟み込むように、ドライヤ・セパレータプール３３及び使用済みの燃料を一時的に保管する使用済燃料プール３０が設けられている。ドライヤ・セパレータプール３３は、定期検査時に蒸気乾燥器３４や気水分離器３５といった炉内構造物を仮置きする場所として使われる。
【００１７】
原子炉２、原子炉圧力容器上蓋３６が取り付けられて構成される原子炉圧力容器２８、核燃料物質を含む複数の燃料集合体２９が装荷された炉心３７、蒸気乾燥器３４及び気水分離器３５を備えている。炉心３７、蒸気乾燥器３４及び気水分離器３５は原子炉圧力容器２８内に配置される。原子炉圧力容器２８内に設置された炉心シュラウド３８が、炉心３７を取り囲んでいる。炉心３７内に装荷された各燃料集合体２９は、下端部が炉心支持板３９によって支持され、上端部が上部格子板４０によって保持される。気水分離器３５は炉心３７の上端部に位置する上部格子板４０よりも上方に配置され、蒸気乾燥器３４が気水分離器３５の上方に配置される。ここで、燃料集合体２９は、図示しない核燃料物質を、被覆管内にその軸方向に複数充填された燃料棒を有する。複数の燃料棒を横断面四角形状のチャンネルボックス内に正方格子状に配列して燃料集合体２９が形成されている。
【００１８】
複数の制御棒案内管４１が炉心３７の下方に配置され、複数の制御棒案内管４１を含むサポートシリンダが形成されている。炉心３７内の燃料集合体２９間に出し入れされて原子炉出力を制御する制御棒４２が、各制御棒案内管４１内に配置されている。複数の制御棒駆動機構ハウジング４３が、原子炉圧力容器２８の下鏡４４に取り付けられている。制御棒駆動機構（図示せず）が、それぞれの制御棒駆動機構ハウジング４３内に設置され、制御棒案内管４１内の制御棒４２と連結されている。原子炉圧力容器２８内に設置された蒸気乾燥器３４、気水分離器３５、炉心シュラウド３８、上部格子板４０、炉心支持板３９、サポートシリンダ、制御棒案内管４１、炉心シュラウド下部胴は、炉内構造物である。
【００１９】
原子炉圧力容器２８は、原子炉格納容器３内の底部に設けられたコンクリートマット４５上に設けられた筒状のペデスタル４６上に据え付けられている。筒状のγ線遮蔽体４７が、ペデスタル４６の上端に設置され、原子炉圧力容器２８を取り囲んでいる。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態に係るＷＪＰ装置を沸騰水型原子力プラント内に設置した状態を示す図であり、定期検査時あるいは保守点検時の状態を示している。
【００２１】
図１に示すように、予め準備工程において、シールドプラグ９を取り外し、原子炉ウェル３１内に水張りする。その後、順次、原子炉格納容器上蓋５及び原子炉圧力容器上蓋３６を取り外し、水張りされたドライヤ・セパレータプール３３内に仮置きされる。図１では、その後の作業により、炉内構造物である、蒸気乾燥器３４、気水分離器３５等が水張りされたドライヤ・セパレータプール３３内に仮置きされた状態を示している。
【００２２】
本実施形態に係るＷＪＰ装置１は、水中にて高速噴流を発生させるＷＪＰノズル１０、貯水槽１１、高圧ポンプ１２、これらを接続する高圧水供給管（高圧ホース）１５、高圧水供給管に設けられた調整弁１３、及び、少なくとも高圧ポンプ１２と調整弁１３を制御する制御装置１４から構成される。貯水槽１１、高圧ポンプ１２及び制御装置１４は、運転床２７上に設置される。なお、図１では、信号線を点線矢印にて示している。
【００２３】
制御装置１４は、高圧水供給管１５内を通流させる流体（水）を貯水槽１１より汲み出すよう、高圧ポンプ１２を制御する。また、制御装置１４は、高圧ポンプ１２を介して高圧水供給管１５を通流する流体（水）の流量及び／又は圧力が所望の値となるよう、調整弁１３の開度を調整する。なお、図示しないが、調整弁１３の下流側に流量計が設置され、また、貯水槽１１及び高圧ポンプ１２との間に圧力計が設置されており、制御装置１４は、これら流量計及び圧力計による計測値に基づき、所望の流量及び／又は圧力となるよう調整弁１３の開度を調整する。
【００２４】
また、ＷＪＰ装置１は、図示しないＷＪＰ駆動装置を備え、ＷＪＰノズル１０を施工対象部である配管内の所望の位置に位置付ける。図１では、ＷＪＰノズル１０が、原子炉圧力容器２８の底部である下鏡４４に、下方より内部へ貫通するよう取り付けられた管台２１と、配管２２との接続部に位置付けられた状態を示している。
【００２５】
図３に、図１に示す領域Ａの拡大縦断面図を示す。図３に示すように、下鏡４４を貫通するよう取り付けられた管台２１と、配管２２とは溶接部２３にて接続されている。ＷＪＰノズル１０は、施工対象部である溶接部２３より上方に位置付けられる。また、ＷＪＰノズル１０は、高速噴流水１８を発生させる開口部を備え、開口部の開口径は、その上流側（図３において上方）のＷＪＰノズル１０の内径より小径となっている。また、この開口部より下流側（図３において下方）は、ＷＪＰノズル１０の先端部へ向うに従い内径が拡大する略円錐状の開口を有する。これにより、高圧水供給管１５内を流れＷＪＰノズル１０内を通流する高圧の流体（高圧水）は、上記開口部にてその流路が急激に絞られると共に、上記開口部から急激に拡大する流路内へ噴出することとなる。そのため、高圧の流体（高圧水）は、ＷＪＰノズル１０の上記開口部を通流する際、圧力変動が付加される。高速噴流水１８は、上述のとおり原子炉圧力容器２８内に、既に注入されている水（以下、周囲水と称す）との界面であるせん断層内に生じるせん断渦により、キャビテーション気泡１７が発生する。キャビテーション気泡１７は、周囲水の圧力回復により崩壊し、図３に矢印にて示すように、衝撃波を放射する。これにより、管台２１と配管２２を接続する溶接部２３の内表面において、衝撃波による衝撃圧力により、引張残留応力が圧縮残留応力に改善される。
【００２６】
図３に示すように、本実施形態に係るＷＪＰ装置１は、第１温度センサ１６ａ及び／又は第２温度センサ１６ｂを備える。第１温度センサ１６ａは、ＷＪＰノズル１０の先端部近傍であって、その外周面に設置される。なお、この第１温度センサ１６ａの先端部が、ＷＪＰノズル１０の先端部より噴流側（図３において下方）へ突き出るよう設置しても良い。このように設置された第１の温度センサ１６aは、周囲水を含む高速噴流水１８の温度を測定する。制御装置１４は、第１温度センサ１６ａによる周囲水を含む高速噴流水１８の測定結果を取り込み、この測定結果に基づき、ＷＪＰノズル１０からの高速噴流水１８の噴出を停止、あるいは、調整弁１３の開度を調整することで高速噴流水１８の流量又は圧力を制御する。
【００２７】
また、第２温度センサ１６ｂは、施工対象部である溶接部２３の外表面に設置される。よって、第２温度センサ１６ｂにより測定される温度は、溶接部２３の材料の熱伝導率に依存する。そのため、予め、異なる温度の水を用意し、配管２２内に通流し、各水温と第２温度センサ１６ｂによる測定値との関係を取得し、制御装置１４の記憶装置（図示せず）へ格納する。これにより、第２温度センサ１６ｂによる測定値を、高速噴流水１８の水温に容易に換算することができる。このように、第２温度センサ１６ｂは、間接的に溶接部２３により接続される管台２１と配管２２による管内を通流する温度を計測するものであるが、第１温度センサ１６ａと比較し、施工対象部である溶接部２３における周囲水を含む高速噴流水１８の温度を得ることができる。制御装置１４は、第２温度センサ１６ｂからの計測結果に基づき、よりＷＪＰノズル１０からの高速噴流水１８の噴出を停止、あるいは、調整弁１３の開度を調整することで高速噴流水１８の流量又は圧力を制御する。
【００２８】
以上のように、ＷＪＰ装置１は、第１温度センサ１６ａあるいは第２温度センサ１６ｂを単独設置し、計測される周囲水を含む高速噴流水１８の温度に基づき、ＷＪＰノズル１０より噴出する高速噴流水１８を制御する。なお、第１温度センサ１６ａ及び第２温度センサ１６ｂの双方を図３に示すように設置し、これら双方の温度センサによる計測結果を用いれば、より高精度に周囲水を含む高速噴流水１８の温度を取得することが可能となる。これにより、制御装置１４による、ＷＪＰノズル１０からの高速噴流水１８の噴出停止、あるいは、調整弁１３に開度調節による流量又は圧力の制御を更にきめ細かに実行することが可能となる。
【００２９】
ここで、配管内変動圧力の温度依存性について図５を用いて説明する。図５では、配管内圧力は、配管内施工対象部より下流側の端部、施工対象部より下流側（配管内機器が退避される位置）に設置される圧力計にて計測したものである。図５に示されるように、配管内の周囲水を含む高速噴流水１８の水温が上昇するに従い、キャビテーション気泡の崩壊により発生する衝撃波によって配管内変動圧力の強さは上昇する。水温が約４０℃を超えると、変動圧力の強さは、上昇する可能性がある。
【００３０】
このように、周囲水を含む高速噴流水１８の水温が約４０℃以上となった場合において、生ずる配管内での現象について説明する。図４は、配管内に発生する筒状気泡による衝撃圧力の説明図であり、図４（Ａ）は筒状気泡発生状態を示し、図４（Ｂ）は筒状気泡が収縮し崩壊した状態を示す。図４（Ａ）に示すように、水温が約４０℃以上となると、閉じられた空間である配管２２内では、ＷＪＰノズル１０より噴出する高速噴流水１８による複数のキャビテーション気泡１７は結合し、一つの気泡塊に成長する可能性がある。これにより、配管２２内は筒状気泡２６により閉塞される。その後、図４（ｂ）に示すように、周囲水の圧力回復により、筒状気泡２６は瞬時に収縮し崩壊する。これにより、図４（ｂ）に白抜き矢印にて示すように、配管２２内にて衝撃波が放射される。この衝撃波による変動圧力の上昇は、配管２２を下流側へと伝搬する。通常、配管内でのＷＪＰ施工では、キャビテーション気泡崩壊により施工対象部へ作用する衝撃圧力は高い値を示す。しかし、この施工対象部より下流側へ、離間する配管２２の端部では、配管２２内を伝搬中に衝撃圧力は小さい値へと減衰する。従って、配管２２の端部へ伝搬される振動は微小振動であり、その端部に配される機器にとって問題とはならない。
【００３１】
しかし、筒状気泡２６の崩壊による衝撃圧力は、上記配管２２内を伝搬中に減衰するものの、配管２２の端部において高い値を示す。このような現象は、狭隘部であり、且つ、閉じられた空間内である、配管内のＷＪＰ施工時特有のものと考えられる。
【００３２】
次に、本実施形態に係るＷＪＰ装置１による配管内の施工対象部に対するＷＪＰ施工について説明する。図６に、本実施形態に係るＷＪＰ装置１の概略図を示す。図６では、ＷＪＰノズル１０の先端部近傍であって、その外周部に設置される第１温度センサ１６ａを用いて、上述のように、周囲水を含む高速噴流水１８の温度を計測する場合を例示している。定期検査時あるいは保守点検時、ＷＪＰ施工前の準備工程においいて、管台２１を介して炉心３７内に位置付けられる計装機器１９を、図３に示すように、管台２１及び配管２２内を通り、原子炉格納容器３の外部へ敷設される配管２２の端部付近まで移動させる。ここで、計装機器１９は、例えば、中性子の数を計測するための検出器であるインコアモニタ等である。インコアモニタは、原子力プラント運転時、管台２１を通り制御棒案内管４１を介して、炉心３７に装荷される複数体の燃料集合体２９の間に配されている。
【００３３】
図６に示すように、計装機器１９を配管２２の端部付近へ移動後、上述のように、図示しないＷＪＰ駆動装置によりＷＪＰノズル１０は、施工対象部である、管台２１と配管２２を接続する溶接部２３の上方であって、管台２１内に位置付けられる。その後、制御装置１４からの指令により、高圧ポンプ１２が起動し、貯水槽１１に蓄えられた水を高圧水として、高圧水供給管１５内へ供給する。高圧水供給管１５内を通流する高圧水はＷＪＰノズル１０へと流れ、ＷＪＰノズル１０より、周囲水中に高速噴流水１８を噴出する。図３を用いて説明したとおり、高速噴流水１８によるキャビテーション気泡１７の発生及び周囲水の圧力回復によるキャビテーション気泡１７の崩壊による衝撃波により、施工対象部である溶接部２３の内表面付近に存在する引張残留応力は圧縮残留応力に改善される。ＷＪＰ施工中、衝撃波による変動圧力が配管２２を伝搬する。しかし、上述のとおり狭隘部である配管内の施工時における衝撃波による衝撃圧力は、施工対象部において高い値を示すものの、配管２２の端部では低い値となり、配管２２の端部に配される計装機器１９へ影響を及ぼすことは無い。
【００３４】
配管２２内の周囲水は停滞しており、ＷＪＰ施工に伴い、上述のように徐々に温度が上昇する。図５に示すように、周囲水を含む高速噴流水１８の温度が、約４０℃以上となると、筒状気泡２６が発生し、筒状気泡２６の崩壊により衝撃波が放射され、高い値を示す衝撃圧力が発生することになる。そこで、制御装置１４は、第１温度センサ１６ａより温度測定値を取り込み、図示しない記憶部に予め格納される閾値と比較する。比較結果が閾値未満の場合は、高圧ポンプ１２の運転条件及び調整弁１３の開度を変更することなくＷＪＰ施工を継続する。
【００３５】
一方、比較結果が閾値以上となる場合、制御装置１４は、高速ポンプ１２に起動停止指令を出力し、その後、調整弁１３を全閉状態となるよう制御する。これにより、ＷＪＰノズル１０からの高速噴流水１８の噴出は停止され、時間の経過と共に、施工対象部である溶接部２３を含む配管２２内の周囲水の温度は低下する。第１温度センサ１６ａからの計測値が所定の温度に低下した時点で、制御装置１４は、高圧ポンプ１２に再起動指令を出力すると共に、調整弁１３を開状態となるよう制御する。これにより、ＷＪＰ施工が再開される。ここで、予め格納される閾値として、ＷＪＰ装置１の制御特性、すなわち、フィードバック制御における遅延時間を考慮し、上述の筒状気泡２６が発生する温度（約４０℃）より低い温度を設定すれば良い。また、ＷＪＰ施工を再開するか否かの設定温度は、適宜所望の温度を設定すれば良い。
【００３６】
なお、第１温度センサ１６ａによる測定結果が所定の閾値以上となる場合に、ＷＪＰノズル１０からの高速噴流水１８の噴出を停止させる制御に替えて、以下のように制御するよう構成しても良い。
【００３７】
予め異なる温度の水を用意し、調整弁１３の開度を複数の異なる開度に設定し、配管内を通水し、第１温度センサ１６ａにより測定することで、水温と調整弁１３の開度との関係を、制御装置１４内の図示しない記憶部に格納する。ＷＪＰ施工時において、制御装置１４は、第１温度センサ１６ａより取得される計測結果に対応する調整弁１３の開度を、上記予め格納される水温と調整弁１３の開度との関係から抽出する。その後、制御装置１４は、抽出された開度となるよう調整弁１３を制御する。これにより、ＷＪＰノズル１０より噴出する高速噴流水１８の流量又は圧力を制御する
また、上記に替えて、予め高圧ポンプ１２の運転条件（回転数等）を各種変更し、用意される異なる水温の水を配管２２内に通流し、第１温度センサ１６ａにより測定する。得られた測定結果から、水温と高圧ポンプ１２の運転条件との関係を制御装置１４内の記憶部（図示せず）に格納する。ＷＪＰ施工時において、制御装置１４は、第１温度センサ１６ａにより取得される計測結果に対応する高圧ポンプ１２の運転条件を、上記予め格納された水温と高圧ポンプ１２の運転条件との関係から抽出する。これによりＷＪＰ１０より噴出する高速噴流水１８の流量又は圧力を制御する。なお、高圧ポンプ１２を定速運転し、圧力調整弁１３の開度のみを調整することにより、ＷＪＰノズル１０から噴出する高速噴流水１８の水量又は圧力を制御することが好ましい。
【００３８】
以上のとおり、本実施形態に係るＷＪＰ装置１によれば、狭隘部である配管内の施工対象部に対するＷＪＰ施工時において、キャビテーション気泡崩壊により発生する衝撃波による非施工対象部への影響あるいは、施工対象となる配管内に配される機器への影響を防止できる。
【００３９】
なお、図６では、ＷＪＰ装置１が、ＷＪＰノズル１０の先端部近傍であって、その外周部に配される第１温度センサ１６ａのみを有する場合を示すが、第１温度センサ１６ａに替えて、配管内の施工対象の外表面に設置される第２温度センサ１６ｂを有する構成としても同様の制御が可能である。
【００４０】
また、図３に示すように、第１温度センサ１６ａ及び第２温度センサ１６ｂの双方を設置し、ＷＪＰノズル１０からの高速噴流水１８の噴出停止、あるいは、高速噴流水１８の流量又は圧力を制御する構成とすれば、更に高精度に高速噴流水１８の噴出を制御可能となり、非施工対象部への影響あるいは、配管内に設置される機器への影響をより効果的に防止することが可能となる。
【００４１】
なお、上述では、管台２１と配管２２を接続する溶接部２３を、施工対象部としたが、これに限られず、管台２１の内周面又は配管２２の内周面を施工対象部としても同様である。
【００４２】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について以下に説明する。
【実施例１】
【００４３】
図７は、本発明の実施例に係る実施例１のＷＪＰ装置の概略図である。図７において、図１、図３及び図６に示した構成要素と同一の構成要素に同一の符号を付し、信号線を点線矢印にて示す。
【００４４】
図７に示すように、本実施例のＷＪＰ装置１は、ＷＪＰノズル１０、貯水槽１１、高圧ポンプ１２、高圧水供給管１５及び制御装置１４に加え、施工対象部近傍の配管２２に設置される冷却器２０を備える。冷却器２０として、例えば、熱交換器が用いられる。配管２２内の端部は、計装機器１９が設置されている。よって、配管２２内で周囲水は停滞しているため、冷却器２０により配管２２を冷却することは十分可能である。なお、冷却器２０は施工対象部近傍の配管２２に設置する必要がある。
【００４５】
制御装置１４は、ＷＪＰ施工により徐々に上昇する配管２２内の周囲水を含む高速噴流水１８の温度を、第１温度センサ１６ａより取得する。制御装置１４は、熱交換器等の冷却器２０を制御し、配管２２を介して配管２２内の周囲水を含む高速噴流水１８の温度を低減する。これにより、図４に示した筒状気泡２６の発生及び筒状気泡２６の崩壊による変動圧力の上昇を防止できる。
【００４６】
なお、ＷＪＰ施工を継続することにより、仮に、配管２２内の周囲水を含む高速噴流水１８の温度が、冷却器２０による温度低減効果を上回る場合においては、図１から図６を用いて説明したＷＪＰ装置１と同様の動作を実行する。すなわち、第１温度センサ１６ａ及び／又は第２温度センサ１６ｂから得られる計測結果に基づき、制御装置１４は、ＷＪＰノズル１０からの高速噴流水１８の噴出の停止、あるいは、高速噴流水１８の流量又は圧力を制御することにより、施工対象部である配管２２内での筒状気泡２６の発生を防止する。
【００４７】
本実施例によれば、冷却器による配管内の周囲水を含む高速噴流水１８の温度を低減できることにより、狭隘部である配管内でのＷＪＰ施工を継続して行うことができると共に、非施工対象の配管部及び、配管内に配される機器へのキャビテーション気泡崩壊による衝撃波により生じる影響を抑制することができる。
【実施例２】
【００４８】
図８に、本発明の他の実施例に係る実施例２のＷＪＰ装置の概略図を示す。図７と同様の構成要素に同一符号を付している。実施例１では、冷却器２０を施工対象部近傍の配管２２に設置し配管内の周囲水を含む高速噴流水の温度を低減したのに対し、本実施例では高圧水供給管に設置される圧力調整弁の近傍であって、下流側に設置するよう構成した点が異なる。
【００４９】
図８に示すように、ＷＪＰ装置１は、高圧水供給管１５に設置され、圧力調整弁１３より下流側に位置する冷却器２０を備える。ここで、冷却器２０として、実施例１と同様に、例えば熱交換器が用いられる。狭隘部である配管内の施工対象部にＷＪＰ施工を行う場合、高圧ポンプ１２により貯水槽１１から汲み出され、高圧水供給管１５内を通流する高圧水は、圧力調整弁１３の下流側に配される冷却器２０により冷却される。冷却器２０により冷却された高圧水は、高圧水供給管１５を通流し、施工対象部の近傍に位置付けられたＷＪＰノズル１０へ導入される。ＷＪＰノズル１０は、配管２２内の周囲水中に高速噴流水１８を噴出する。このように、予め冷却された高圧水を、ＷＪＰノズル１０より高速噴流水１８として噴出することにより、ＷＪＰ施工による配管２２内の周囲水を含む高速噴流水１８の温度上昇率を低減することが可能となる。
【００５０】
なお、冷却器２０の設置位置を、高圧水供給管１５の圧力調整弁１３の取付け位置より下流側としたが、これに限られず、貯水槽１１に設置しても良い。
【００５１】
但し、ＷＪＰ施工を長時間継続すると、配管２２内の周囲水を含む高速噴流水１８の温度が、図４に示した筒状気泡２６を発生する温度に到達する場合が生じ得る。従って、図１から図６を用いて説明したＷＪＰ装置１と同様の動作を実行する。すなわち、第１温度センサ１６ａ及び／又は第２の温度センサ１６ｂから得られる計測結果に基づき、制御装置１４は、ＷＪＰノズル１０からの高速噴流水１８の停止、あるいは高速噴流水１８の流量又は圧力を制御する。
【００５２】
本実施例によれば、実施例１と比較し、ＷＪＰ施工による配管２２内の周囲水を含む高速噴流水１８の温度上昇率の低減効果は低下するものの、冷却器２０を有さない図６に示す構成に比較し、継続して行うＷＪＰ施工の継続時間を長く確保することが可能となる。
【実施例３】
【００５３】
図９に、本発明の他の実施例に係る実施例３のＷＪＰ装置の概略図を示す。図９では、図７に示した冷却器２０を施工対象部近傍の配管２２に設置し、配管２２内の周囲水を含む高速噴流水１８の温度を低減する構成としたのに対し、本実施例では、冷却器２０の設置位置は実施例１と同様であるものの、配管２２内の周囲水を氷結させるよう構成した点が異なる。
【００５４】
図９に示すように、ＷＪＰ装置１は、施工対象部近傍の配管２２に設置される冷却器２０を備える。ＷＪＰ施工前において、制御装置１４は、冷却器２０を駆動し、配管２０内に滞留する周囲水を冷凍することで、配管２２内の一部に氷結部２４を形成する。この氷結部２４の形成位置は、施工対象部である溶接部２３よりも下流側となる。制御装置１４は、氷結部２４形成後に、ＷＪＰノズル１０より高速噴流水１８を噴出するよう、高圧ポンプ１２及び調整弁１３を制御する。固体である氷結部２４と、液体である高速噴流水１８（含む周囲水）との界面での衝撃波の反射率は高い。従って、ＷＪＰノズル１０から噴出する高速噴流水１８により生成される、キャビテーション気泡の崩壊により発生する衝撃波は、氷結部２４に反射されるため、氷結部２４より下流側の周囲水中を伝搬されることは無い。これにより、配管２２の端部に予め退避される計装機器１９へ、ＷＪＰ施工にて発生した衝撃波が伝搬することを防止でき、計装機器１９への影響を防止できる。
【００５５】
本実施例によれば、実施例の効果に加え、配管内の周囲水の一部を氷結部とすることで、ＷＪＰ施工により発生する衝撃波の下流側への伝搬を抑制できる。
【実施例４】
【００５６】
図１０に、本発明の他の実施例に係る実施例４のＷＪＰ装置の概略図を示す。図６の構成要素と同一の構成要素に同一符号を付している。本実施例では、ＷＪＰ装置１が、気相供給器２５を備え、高圧ポンプ１２と調整弁１３との間の高圧水供給管１５に接続する構成とした点が、図６に示すＷＪＰ装置１と異なる。
【００５７】
図１０に示すように、本実施例のＷＪＰ装置１は、気相供給器２５を備え、気相供給器２５より高圧水供給管１５を介して、周囲水で満たされた配管２２内であって、配管２２の端部に退避される計装機器１９の上流側に、緩衝用気泡２５ａを形成可能に構成される。ここで、気相供給器２５として、例えば、圧縮機あるいはブロア等が用いられる。ＷＪＰ施工前の準備工程において、制御装置１４は、気相供給器２５を起動し、高圧水供給管１５内に空気を送り込む。図１０では、気相供給器２５を高圧水供給管１５に、高圧ポンプ１２と調整弁１３との間で接続する構成を示すが、これに限られない。例えば、調整弁１３の下流側にて、気相供給器２５を高圧水供給管１５と接続するよう構成しても良い。
【００５８】
気相供給器２５より高圧水供給管１５に送り込まれた空気は、施工対象部近傍に位置付けられたＷＪＰノズル１０を通過し、配管２２内をその端部に退避されている計装機器１９へと向かい移動する。その後、制御装置１４は、気相供給器２５を停止することで、図１０に示すように、配管２２端部側より上流側へと向かい、計装機器１９、周囲水、緩衝用気泡２５ａ、周囲水、緩衝用気泡２５ａ、周囲水の順に存在することになる。すなわち、配管２２内は、端部に退避される計装機器１９の近傍であって、その上流側にて配管２２内の液相は気相にて分割される。
【００５９】
その後、ＷＪＰ施工時において、制御装置１４は、高圧ポンプ１２及び調整弁１３を制御し、ＷＪＰノズル１０から周囲水中へ高速噴流水１８を噴出する。高速噴流水１８によりキャビテーション気泡１７が生成され、その後、周囲水の圧力回復によりキャビテーション気泡１７が崩壊し、衝撃波が発生する。衝撃波の衝撃圧力により、施工対象部である溶接部２３の内表面に存在する引張残留応力が圧縮残留応力へ改善される。ＷＪＰ施工継続により、上述のように配管内の周囲水を含む高速噴流水１８の温度は徐々に上昇する。図６と同様に、第１温度センサ１６ａの計測結果に基づき、高速噴流水１８の噴出停止、あるいは高速噴流水１８の流量又は圧力は、制御装置１４により制御される。よって、図４に示した筒状気泡２６の発生は防止される。万が一、キャビテーション気泡１７の崩壊による衝撃波が意図せぬ大きさとなった場合であっても、配管２２内の周囲水中を伝搬する衝撃波は、緩衝用空気２５ａにて吸収され、配管２２の端部に退避される計装機器１９への影響は防止される。
【００６０】
本実施例によれば、実施例１の効果に加え、仮に、キャビテーション気泡の崩壊による衝撃波が、配管内の周囲水中を、施工対象部より下流側へと伝搬された場合であっても、非施工対象である計装機器等に対する影響を抑制することが可能となる。
【００６１】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１…ウォータージェットピーニング装置（ＷＪＰ装置）
２…原子炉
３…原子炉格納容器
４…原子炉建屋
５…原子炉格納容器上蓋
６…ドライウェル
７…圧力抑制室（ウェットウェル）
８…ベント通路
９…シールドプラグ
１０…ＷＪＰノズル
１１…貯水槽
１２…高圧ポンプ
１３…調整弁
１４…制御装置
１５…高圧水供給管（高圧ホース）
１６ａ…第１温度センサ
１６ｂ…第２温度センサ
１７…キャビテーション気泡
１８…高速噴流水
１９…計装機器
２０…冷却器
２１…管台
２２…配管
２３…溶接部
２４…氷結部
２５…緩衝用気泡
２６…筒状気泡
２７…運転床
２８…原子炉圧力容器
２９…燃料集合体
３０…使用済燃料プール
３１…原子炉ウェル
３２…燃料交換機
３３…ドライヤ・セパレータプール
３４…蒸気乾燥器
３５…気水分離器
３６…原子炉圧力容器上蓋
３７…炉心
３８…炉心シュラウド
３９…炉心支持板
４０…上部格子板
４１…制御棒案内管
４２…制御棒
４３…制御棒駆動機構ハウジング
４４…下鏡
４５…コンクリートマット
４６…ペデスタル
４７…γ線遮蔽体
【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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【図８】
2016137547.tif 000010
【図９】
2016137547.tif 000011
【図１０】
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