(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉内に設置されたシュラウドの外面と原子炉圧力容器の内面との間の狭隘部に設置されたショットピーニング施工位置移動機構部と、
このショットピーニング施工位置移動機構部に保持され、
バッフルプレート下側のシュラウド外面と圧力容器との間に位置する施工位置にショットを投射し、ショットを回収するショット投射・回収ユニットと、
前記ショットピーニング施工位置移動機構部を遠隔的に操作する制御部とを備え、
前記ショットピーニング施工位置移動機構部はシュラウド内面に設けられた第１のラック付レールに案内されて移動する縦長形状の組立支柱と、この組立支柱に水平方向に接続されてシュラウドの外面と原子炉圧力容器との間に配置された第２のラック付レールに案内されて駆動されるショット投射・回収機構移動部と、
このショット投射・回収機構移動部に保持されたショット投射・回収ユニットを移動させてショットピーニングを施工することを特徴とするショットピーニング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼または高ニッケル合金鋼等の耐高温酸化性、耐食性に優れた合金鋼に、ショットを投射し、溶接の際に発生する引張残留応力を圧縮残留応力に変えるショットピーニング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、原子炉圧力容器の内部に設置されたシュラウドには、オーステナイト系ステンレス鋼や高ニッケル鋼等の耐高温酸化性、耐食性に優れた合金鋼を使用しているが、何分にも高温・高圧環境の下、長期間の使用であるため、材料の強度低下が懸念される。特に、炉内構造物の溶接部近傍は、溶接入熱による材料の鋭敏化および引張応力が形成されているため、潜在的な応力腐食割れ発生の可能性がある。
【０００３】
最近、原子炉圧力容器の中に配置されたシュラウドの予防保全として、その健全性を長く維持するために、溶接部にショットを投射するショットピーニングが行われている。
【０００４】
ショットピーニング装置は、圧縮空気を利用して金属製の小球であるショットを被対象部分に高速噴射して塑性変形させ、引張残留応力を圧縮応力に変えるものである。引張残留応力を圧縮応力に変えると、応力腐食割れの三つの発生要因である、材料特性、環境、応力のうち、その一つである応力因子（溶接時の引張残留応力）を取り除くことができ、応力腐食割れの発生を低く抑えることができる。
【０００５】
このように、最近の原子炉圧力容器では、ショットピーニング装置を用い、シュラウドの溶接部分およびその周辺にショットを加えて応力腐食割れの発生要因を取り除き、その健全性を長く維持させていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
シュラウドの溶接部分にショットピーニング施工を行う場合、いくつかの問題点がある。
【０００７】
まず、第１に、原子炉圧力容器とシュラウドとの間は、狭隘部分になっている。この狭隘部分にショットピーニング装置を設置すると、その作業空間が益々狭くなる。このため、シュラウドにショットピーニング施工を行う場合、作業員は、シュラウドの底部から上向きに身を乗り出して作業を行わなければ、その作業に長時間を要し、多くの労力を強いていた。特に、原子炉圧力容器にバッフル板を介して支持されたシュラウドの溶接部にショットピーニング施工を行う場合、悪い環境の下で行うため、作業員に多くの労力を強いていた。
【０００８】
第２に、原子炉圧力容器は、定期検査時、その容器内を洗浄し、放射性物質を取り除いているものの、その容器内の構造物自体が幾分放射能化しており、また、その容器内を洗浄していても取りきれない放射性物質が若干残ることから施工時間が長くなるに連れて作業員の被曝線量が増大する等の可能性がある。
【０００９】
このように、シュラウドの溶接部分にショットピーニング施工を行うにあたり、いくつかの問題点があり、ショットピーニング施工の自動化が必要とされていた。
【００１０】
本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、ショットピーニング施工にあたり、作業員の労力を借りずに極力自動化を図ったショットピーニング装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るショットピーニング装置は、上記目的を達成するために、請求項１に記載したように、原子炉内に設置されたシュラウドの外面と原子炉圧力容器の内面との間の狭隘部に設置されたショットピーニング施工位置移動機構部と、このショットピーニング施工位置移動機構部に保持され、バッフルプレート下側のシュラウド外面と圧力容器との間に位置する施工位置にショットを投射し、ショットを回収するショット投射・回収ユニットと、前記ショットピーニング施工位置移動機構部を遠隔的に操作する制御部とを備え、前記ショットピーニング施工位置移動機構部はシュラウド内面に設けられた第１のラック付レールに案内されて移動する縦長形状の組立支柱と、この組立支柱に水平方向に接続されてシュラウドの外面と原子炉圧力容器との間に配置された第２のラック付レールに案内されて駆動されるショット投射・回収機構移動部と、このショット投射・回収機構移動部に保持されたショット投射・回収ユニットを移動させてショットピーニングを施工するものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るショットピーニング装置を原子炉圧力容器に適用した実施形態を図面および図中に付した符号を引用して説明する。
【００２３】
図１〜図４は本発明に係るショットピーニング装置を示す概略図で、図１は、ショットピーニング装置の全体を示す正面図、図２は図１のＡ−Ａ矢視方向から見た側面図、図３は、ショットピーニング装置を原子炉圧力容器にセットした状態を示す配置図、図４は、原子炉圧力容器の狭隘部をショットピーニング施工するときの、その狭隘部を示す部分切欠斜視図をそれぞれ示している。
【００２４】
符号１で示す原子炉圧力容器は、図４に示すように、有底部を備えた縦型筒体で、その内部に縦型筒体に沿ってシュラウド２を収容している。このシュラウド２は、複数個に分割されている。特に、シュラウド２は、その下部に下部シュラウド３を備え、この下部シュラウド３にシュラウドサポートリング４を溶接接合し、原子炉圧力容器１の有底部に対し、サポートレグ５で支持するようになっている。
【００２５】
また、シュラウドサポートリング４と原子炉圧力容器１との狭隘部６には、横断方向に延びるバッフルプレート７が設けられており、このバッフルプレート７をシュラウドサポートリング４および原子炉圧力容器１に溶接接合させ、下部シュラウド３およびシュラウドサポートリング４を固定支持するようになっている。なお、符号８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅは溶接接合部分で、溶接接合部分８ａ，８ｂ，…およびその周辺部分がショットピーニング施工位置対象部分になっている。
【００２６】
一方、原子炉圧力容器１は、図３に示すように、原子炉格納容器９に収容されている。
【００２７】
この原子炉圧力容器１は、内部に筒状のシュラウド２を収容し、シュラウド２の外側の狭隘部６にジェットポンプ１０ａ，１０ｂを設置するとともに、その底部に板状の仮設炉底部シールド１１を介装して制御棒駆動ハウジング１２を設けている。
【００２８】
このような構成を備えた原子炉圧力容器１において、本実施形態は、図４で示した溶接接合部分８ａ，８ｂ，…およびその周辺にショットピーニング施工を行うため、図３に示すように、定期検査期間中を利用して天蓋部を開口したシュラウド２内にクレーン等で搬送されたショットピーニング装置１３を設置する。
【００２９】
このショットピーニング装置１３は、シュラウド２の外側の原子炉圧力容器１との狭隘部６に設置するショットピーニング施工位置移動機構部１４と、ショット供給ホース１５を介してショットピーニング施工対象部分にショット（小径の鋼球）を投射し、ショットピーニング施工後、ショット回収ホース１６を介してショットを回収するショット投射・回収ユニット１７と、ショットピーニング施工位置移動機構部１４を遠隔的に操作する制御部１８と、ショットピーニング被対象部分を遠隔的に記録する、例えばモニタおよびテープレコーダ等の記録・監視部１９と、ショット投射・回収ユニット１７にダストホース２０を介して接続し、原子炉圧力容器１のバルクヘッド２１に設置した集塵ユニット２２と、ショット投射回収ユニット１７に空気配管２０ａを介して接続し、運転床面２３に設置したコンプレッサ２４とを設けた構成になっている。
【００３０】
一方、ショットピーニング施工位置移動機構部１４は、図１に示すように、組立支柱２５の一端に着脱自在に装着され、原子炉圧力容器１の環状周方向に沿って移動し、かつラック付レール２６上をローラ５７ａ，５７ｂで摺動するヘッド移動機構部２７と、組立支柱２５の中間部分に設けられ、フレーム２８の端部から横断方向に延びるラック付レール２９上を摺動し、かつショット投射・回収機構部３０をショットピーニング被対象部分に進退させるショット投射・回収機構移動部５８を駆動するフレーム駆動部３１と、組立支柱２５の他端に設けられ、組立支柱２５自身の原子炉圧力容器１の環状周方向に沿い、かつサポートレグ５ａ，５ｂ間を移動させるレール機構部３２とを設けた構成になっている。
【００３１】
ヘッド移動機構部２７は、ラック付レール２６に対して着脱自在に螺合させるレール用着脱機構部３３と、組立支柱２５に対して着脱自在に固定させる組立支柱用固定機構部３４とを備えている。
【００３２】
レール用着脱機構部３３は、平板状のフレーム３５にモータ３６を設けるとともに、モータ３６をヒンジ３７を介してシリンダ３８およびギヤー３９に接続させ、モータ３６の回転駆動力をシリンダ３８で押圧力に変え、シリンダ３８の押圧力でギヤー３９を、図２に示すように、レール２６ａに設けたラック２６ｂに着脱自在に螺合させるようになっている。
【００３３】
また、組立支柱用固定機構部３４は、平板状のフレーム３５の端部を組立支柱２５にピン４０で結合させるとともに、フレーム３５に設けられ、サポート４１で支持されたシリンダ４２の、そのシリンダ軸４３の先端に設けたカムロック部４４を、組立支柱２５のブロック４５に、図２に示すように着脱自在に嵌合させるようになっている。
【００３４】
組立支柱２５は、原子炉圧力容器１の環状周方向に沿って等ピッチで配置されたサポートレグ５ａ，５ｂ間に設けたレール機構部３２を摺動させるもので、ヘッド移動機構部３３から順に、ブロック４５、２条の支柱４６ａ，４６ｂ、パッド４７、吊り耳４８ａ，４８ｂ、プレート４９、ローラ５０ａ，５０ｂを備えている。
【００３５】
また、レール機構部３２は、レール５１の両端を、サポートレグ５ａ，５ｂを介して支持プレート５２ａ，５２ｂで支持させ、支持プレート５２ａ，５２ｂを、図２に示すように、サポートレグ５ａ，５ｂに対しグランドボルト５３ａ，５３ｂで固設させている。
【００３６】
さらに、組立支柱２５の中間部分に設けたフレーム駆動部３１は、ハンドル５４、ねじ軸５５、ナット５６、ナット５６に固設させたＩビーム状のフレーム２８、フレーム２８の端部から横断方向に延びるラック付レール２９上を摺動し、かつショット投射・回収機構部３０をショットピーニング被対象部分に進退させるショット投射・回収機構移動部５８、フレーム２８をヘッド移動機構部２７側またはレール機構部３２側に進退させる際に、２条の支柱４６ａ，４６ｂ上を摺動するガイド５９ａ，５９ｂを設けている。
【００３７】
また、ハンドル５４は、図２に示すように、傘歯車６０ａ，６０ｂを介してねじ軸５５に螺合し、その回転駆動力でフレーム２８を、上述のヘッド移動機構部２７側またはレール機構部３２側に進退させるようになっている。
【００３８】
また、ショット投射・回収機構移動部５８は、ショット投射・回収機構部３０から延びたプレート６１ａ，６１ｂで支持され、ラック付レール２９上を摺動するローラ６２ａ，６２ｂと、ローラ６２ａ，６２ｂを駆動するモータ６３を設けている。
【００３９】
また、モータ６３は、図２に示すように、ラック付レール２９のレール６４ａに設けたラック６４ｂにギヤー６５を介して螺合させている。
【００４０】
一方、ショット投射・回収機構部３０は、ガイドレール６６ａ，６６ｂ上をガイドローラ６７ａ，６７ｂを介して摺動するガイドブロック６８、ガイドブロック６８に設けたベースプレート６９に載設し、カメラサポート７０を介してショットピーニング施工を記録するカメラ７１、ボックス状に形成したショット室７２を設けている。
【００４１】
また、ショット投射・回収機構部３０は、ガイドレール６６ａ，６６ｂから延長させ、かつガイドブロック６８に固設したナット８０に螺合するねじ軸８１の先端にハンドル７３を設け、ハンドル７３の回転駆動力で図２の矢印Ｃに示すように、ガイドブロック６８をガイドレール６６ａ，６６ｂに対して進退させることができるようになっている。
【００４２】
一方、ショット室７２は、一端に設けたショット回収用の回収管７４と、ショットピーニング被対象部分を押圧し、ショットの漏洩部分を防ぎ、かつ周辺の空気を吸引するブラシ７５をショット室縁辺に沿って設けるとともに、その内部にショット用ノズル７６を収容する構成になっている。
【００４３】
ショット用ノズル７６は、図２に示すように、ショット用ノズル確度設定プレート７７、バネ７８、ショット用ノズル角度設定シャフト７９を設け、ショット用ノズル角度設定プレート７７を支持するショット用ノズル角度シャフト７９を移動調整すると、図示の矢印Ｄの方向に支点Ｅを介して移動調整できるようになっている。また、ショット用ノズル角度設定プレート７７に設けたバネ７８は、ショット用ノズル７６からショットピーニング被対象部分にショットを投射する際、発生する反力としての衝撃力を吸収し、ショット用ノズル角度設定プレート７７を保護している。なお、ショット用ノズル７６は、ショット供給ホース１５を接続させており、また回収管７４はショット回収ホース１６を接続させている。ショット供給ホース１５およびショット回収ホース１６は、原子炉圧力容器１に収容した下部シュラウド３、シュラウドサポートリング４、バッフルプレート７を支持するサポートレグ５に沿い、原子炉圧力容器１の有底部に設けた仮設炉底部にシールド１１まで延びている。
【００４４】
次に、本実施形態に係るショットピーニング装置１３の作用を説明する。
【００４５】
本実施形態に係るショットピーニング装置１３は、クレーン（図示せず）で吊り上げられたショットピーニング施工位置移動機構部１４を、図２に示すように、原子炉圧力容器１とシュラウド２との間の狭隘部６に設置し、ショットピーニング被対象部分にセットする。
【００４６】
ショットピーニング施工位置移動機構部１４のうち、ヘッド移動機構部２７のレール用着脱機構部３３は、図１に示すように、図２で示した制御部１８からの出力信号でモータ３６を駆動させ、その駆動力でギヤー３９をラック付シール２６に設けたラック２６ｂに螺合させる。
【００４７】
次に、制御部１８は、組立支柱用固定機構部３４のシリンダ４２を駆動させ、その駆動力でシリンダ軸４３に設けたカムロック部４４を組立支柱２５のブロック４５に嵌合させ、カムロック部４４をロックする。
【００４８】
ヘッド移動機構部２７のレール用着脱機構部３３および組立支柱用固定機構部３４のそれぞれがラック付レール２６および組立支柱２５にセットされると、ショットピーニング施工位置移動機構部１４は、ショット投射・回収機構部３０をショットピーニング被対象部分にアクセスさせる。
【００４９】
まず、組立支柱２５はレール機構部３２のレール５１上を、図示矢印Ｆ1 の方向に摺動させ、これに伴ってショット投射・回収機構移動部５８も図示矢印Ｆ2 の方向に摺動する。なお、ショット投射・回収機構移動部５８は、フレーム駆動部３１のハンドル５１を回転駆動し、ねじ軸５５に螺合するナット５６を図示矢印Ｇ1 の方向に進退させると、これに伴って図示矢印Ｇ2 の方向に進退させることができる。
【００５０】
このように、ショットピーニング被対象部分にアクセスさせたショット投射・回収機構部３０は、ショット用ノズル角度設定シャフト７９を微調整し、ショット用ノズル７６を、図２で示す矢印Ｄの方向に移動させた後、図３で示した制御部１８からの出力信号でコンプレッサ２４およびショット投射・回収ユニット１７を駆動させ、コンプレッサ２４から空気配管２０ａを介して供給される高圧空気とともに、ショット供給ホース１５からショット用ノズル７６を介してショットピーニング被対象部分にショットを投射し、ショットピーニング被対象部分にショットピーニング施工を行う。
【００５１】
ショットピーニング施工中、ショットおよびダスト類は、ボックス状のショット室７２に設けた回収管７４、ショット回収ホース１６を介してショット投射・回収ユニット１７の頂部側に集められ、ダスト類のみがダストホース２０を介して集塵ユニットに回収される。
【００５２】
ショットピーニング施工が終了すると、ショットピーニング施工位置移動機構部１４は、図１および図２で示したレール用着脱機構部３３のギヤー３９をラック２６ｂから離脱させるとともに、組立支柱用固定機構部３４のカムロック部４４を組立支柱２５のブロック４５からロックを解除させ、フレーム３５をピン４０を支点に折り曲げたままヘッド移動機構部２７を隣りのサポートレグ５に移動させ、隣りのショットピーニング被対象部分にショット投射・回収機構部３０から再びショットピーニング施工を行わせる。
【００５３】
このように、本実施形態では、ショット投射・回収機構部３０に、ヘッド移動機構部２７、組立支柱２５、フレーム駆動部３１、レール機構部３２、ショット投射・回収機構移動部５８を連続一体に接続させ、各機構部を自在に進退させ、ショットピーニング被対象部分にアクセスさせたので、ショット投射・回収機構部３０をショットピーニング被対象部分に的確にして容易に設置することができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明に係るショットピーニング装置は、原子炉圧力容器等の狭隘部でも的確かつ容易にして自動的に設置できるショット投射・回収機構部、ヘッド移動機構部、組立支柱、フレーム駆動部、レール機構部、ショット投射・回収機構移動部を連続一体に接続させたショットピーニング施工位置移動機構部を設けたので、ショットピーニング施工時間を従来よりも大幅に短くすることができ、作業員の労力負担を従来よりも大幅に低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るショットピーニング装置の実施形態を示す概略正面図。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視方向から見た概略側面図。
【図３】本発明に係るショットピーニング装置を原子炉圧力容器にセットした状態を示す概略配置図。
【図４】原子炉圧力容器の狭隘部を示す部分切欠斜視図。
【符号の説明】
１  原子炉圧力容器
２  シュラウド
３  下部シュラウド
４  シュラウドサポートリング
５，５ａ，５ｂ  サポートレグ
６  狭隘部
７  バッフルプレート
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ  溶接接合部分
９  原子炉格納容器
１０ａ，１０ｂ  ジェットポンプ
１１  仮設炉底部シールド
１２  制御棒ハウジング
１３  ショットピーニング装置
１４  ショットピーニング施工位置移動機構部
１５  ショット供給ホース
１６  ショット回収ホース
１７  ショット投射・回収ユニット
１８  制御部
１９  記録・監視部
２０  ダストホース
２０ａ  空気配管
２１  バルクヘッド
２２  集塵ユニット
２３  運転床面
２４  コンプレッサ
２５  組立支柱
２６  ラック付レール
２６ａ  レール
２６ｂ  ラック
２７  ヘッド移動機構部
２８  フレーム
２９  ラック付レール
３０  ショット投射・回収機構部
３１  フレーム駆動部
３２  レール機構部
３３  レール用着脱機構部
３４  組立支柱用固定機構部
３５  フレーム
３６  モータ
３７  ヒンジ
３８  シリンダ
３９  ギヤー
４０  ピン
４１  サポート
４２  シリンダ
４３  シリンダ軸
４４  カムロック部
４５  ブロック
４６ａ，４６ｂ  支柱
４７  パッド
４８ａ，４８ｂ  吊耳
４９  プレート
５０ａ，５０ｂ  ローラ
５１  レール
５２ａ，５２ｂ  支持プレート
５３ａ，５３ｂ  グランドボルト
５４  ハンドル
５５  ねじ軸
５６  ナット
５７ａ，５７ｂ  ローラ
５８  ショット投射・回収機構移動部
５９ａ，５９ｂ  ガイド
６０ａ，６０ｂ  傘歯車
６１ａ，６１ｂ  プレート
６２ａ，６２ｂ  ローラ
６３  モータ
６４ａ  レール
６４ｂ  ラック
６５  ギヤー
６６ａ，６６ｂ  ガイドレール
６７ａ，６７ｂ  ガイドローラ
６８  ガイドブロック
６９  ベースプレート
７０  カメラサポート
７１  カメラ
７２  ショット室
７３  ハンドル
７４  回収管
７５  ブラシ
７６  ショット用ノズル
７７  ショット用ノズル角度設定プレート
７８  バネ
７９  ショット用ノズル角度設定シャフト
８０  ナット
８１  ねじ軸
【図１】
0004034408.tif 000002
【図２】
0004034408.tif 000003
【図３】
0004034408.tif 000004
【図４】
0004034408.tif 000005