振動評価装置及び方法
【課題】原子炉内構造物の振動状態を好適に評価できること。
【解決手段】ジェットポンプ１３の複数の測定点における振動に関するデータを測定する複数のセンサ（歪ゲージ４２、加速度計４３、超音波センサ）と、ジェットポンプの数値構造解析モデルを用いて振動解析を実施し、当該ジェットポンプの振動状態を求める振動解析部４４と、この振動解析部の振動解析による前記測定点に対応する測定点対応位置での解析結果と前記センサによる測定データとが合致している場合に、ジェットポンプの各位置における振動状態を、前記数値構造解析モデルを用いて推定し評価する評価部４５とを有するものである。
【解決手段】ジェットポンプ１３の複数の測定点における振動に関するデータを測定する複数のセンサ（歪ゲージ４２、加速度計４３、超音波センサ）と、ジェットポンプの数値構造解析モデルを用いて振動解析を実施し、当該ジェットポンプの振動状態を求める振動解析部４４と、この振動解析部の振動解析による前記測定点に対応する測定点対応位置での解析結果と前記センサによる測定データとが合致している場合に、ジェットポンプの各位置における振動状態を、前記数値構造解析モデルを用いて推定し評価する評価部４５とを有するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は振動評価装置に係り、特に沸騰水型原子炉におけるジェットポンプなどの原子炉内構造物の振動を評価する振動評価装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉において炉水流量の調整に用いられる再循環系機器の１つであるジェットポンプでは、内部を流れる流体のために流体振動が生じる。この振動を低減するために、インレットミキサー管とライザブラケットの間にウェッジ（楔）を挿入する方法が用いられている。しかし、原子炉運転中に、流体振動によってウェッジに摩耗が発生すると、ジェットポンプ、特にインレットミキサー管の振動が増加することが知られている。現状では、定期検査中に目視検査によりウェッジの摩耗状態を検知し、必要ならウェッジの交換を行っているが、この作業により定期検査期間が延長する恐れがある。また、原子炉運転中にウェッジが交換すべき摩耗状態に達しても、それを判断できる手法がない。
【０００３】
一方、定期検査中等にジェットポンプの分解点検を実施し、このジェットポンプを再度据付けた場合、インレットミキサー管とジェットポンプディフューザとの間で偏芯が生じたり、甚だしい場合にはこれらが接触する恐れがあり、これもジェットポンプの振動状態の変化の原因となる。このような振動状態の変化を評価し、原因を究明する技術を開発する必要がある。
【０００４】
減肉・摩耗の検知については、次のような技術が知られている。一つは、配管の肉厚を肉厚測定器にて測定した後に、この肉厚測定器のデータ送受信部から肉厚測定データを、データベースを有するコンピュータへ送信するものである（特許文献１参照）。
【０００５】
他の一つは、原子炉制御棒組立体の制御棒の表面に光センサから光ビームを投射して、制御棒表面の摩耗量を測定するものである（特許文献２参照）。
【０００６】
また、特許文献３及び４には、配管に加速度計を取り付け、この加速度計にて測定した加速度信号により、所定の解析モデル（振動モデル）を用いて、配管に発生する応力を求めるものが知られている。
【特許文献１】特開２００１−２８０６００号公報
【特許文献２】特開平１０−２００６６号公報
【特許文献３】特開平４−２５４７３４号公報
【特許文献４】特開平９−１４５５３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１に記載の技術（肉厚管理システム）では、測定器にデータ送受信部を具備することから、高温、高圧、高放射線にさらされる原子炉内構造物に適用することが困難である。
【０００８】
また、特許文献２に記載の技術（原子炉制御棒組立体の棒摩耗測定方法）は、原子炉内機器への適用例であるが、実用上、定期検査などの原子炉運転停止中でなければ測定が困難であり、原子炉運転中に摩耗量を監視することができない。
【０００９】
更に、特許文献３及び４に記載の技術（配管系の応力評価装置、配管系疲労評価装置）は、評価対象物が配管であり、この配管の応力を、解析モデルを用いて解析により求めるものであり、配管の振動状態を解析により求めて評価するものではない。まして、この技術では、原子炉運転中に高温、高圧、高放射線にさらされる領域に設置された原子炉内構造物の振動状態を評価し、その原因となる、例えばジェットポンプのウェッジ摩耗量や、ジェットポンプのインレットミキサー管のジェットポンプディフューザに対する偏芯量または衝突の有無を把握することは困難である。
【００１０】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、原子炉内構造物の振動状態を好適に評価できる振動評価装置及び方法を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、評価対象物の劣化等不具合状態を好適に評価できる振動評価装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る振動評価装置は、原子炉内構造物の複数の測定点における振動に関するデータを測定する複数のセンサと、前記原子炉内構造物の数値構造解析モデルを用いて振動解析を実施し、当該原子炉内構造物の振動状態を求める振動解析部と、この振動解析部の振動解析による前記測定点に対応する位置での解析結果と前記センサによる測定データとが合致している場合に、前記原子炉内構造物の各位置における振動状態を、前記数値構造解析モデルを用いて推定し評価する評価部と、を有することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明に係る振動評価方法は、原子炉内構造物の複数の測定点における振動に関するデータを複数のセンサにより測定する測定ステップと、前記原子炉内構造物の数値構造解析モデルを用いて振動解析を実施し、当該原子炉内構造物の振動状態を求める振動解析ステップと、この振動解析ステップの振動解析による前記測定点に対応する位置での解析結果と前記センサによる測定データとが合致している場合に、前記原子炉内構造物の各位置における振動状態を、前記数値構造解析モデルを用いて推定し評価する評価ステップと、を有することを特徴とするものである。
【００１４】
更に，本発明に係る振動評価装置は、評価対象物の測定点における振動に関するデータを測定するセンサと、前記評価対象物の数値構造解析モデルを用い、当該評価対象物の劣化等不具合状態を変化させて振動解析を実施し、当該評価対象物の劣化等不具合状態毎に振動状態を求める振動解析部と、前記評価対象物の劣化等不具合状態と振動状態とを関連付けた関連データを備え、前記センサにて測定された測定データにより前記評価対象物の振動状態が変化したと判断したときに、前記関連データを用いて前記評価対象物の劣化等不具合状態を推定して評価する評価部と、を有することを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明に係る振動評価方法は、評価対象物の測定点における振動に関するデータをセンサにより測定する測定ステップと、前記評価対象物の数値構造解析モデルを用い、当該評価対象物の劣化等不具合状態を変化させて振動解析を実施し、当該評価対象物の劣化等不具合状態毎に振動状態を求める振動解析ステップと、前記測定ステップにて測定した測定データにより前記評価対象物の振動状態が変化したと判断したときに、前記評価対象物の劣化等不具合状態と振動状態とを関連付けた関連データを用いて、当該評価対象物の劣化等不具合状態を推定して評価する評価ステップと、を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る振動評価装置及び方法によれば、原子炉内構造物の数値構造解析モデルを用いて原子炉内構造物の振動状態を好適に評価できる。
【００１７】
また、本発明に係る振動評価装置及び方法によれば、評価対象物の数値構造解析モデルを用いて求められた、評価対象物の劣化等不具合状態と振動状態との関連データを用いて、評価対象物の振動状態の変化から当該評価対象物の劣化等不具合状態を好適に評価できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。但し、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。
【００１９】
［Ａ］第１の実施の形態（図１〜図８）
図１は、本発明に係る振動評価装置の第１の実施の形態が適用された沸騰水型原子炉を示す縦断面図である。図２は、図１のジェットポンプを示す正面図である。図５は、図１及び図２のジェットポンプと共に、振動評価装置の構成を示す構成図である。
【００２０】
図５に示す振動評価装置１０は、例えば図１に示す沸騰水型原子炉１１に適用されたものであり、原子炉圧力容器１２内に設置された評価対象物としての原子炉内構造物であるジェットポンプ１３や蒸気乾燥器２１等（本実施の形態ではジェットポンプ１３）の振動状態を、数値構造解析モデル４１（図６）を用いて評価するものである。
【００２１】
ここで、沸騰水型原子炉１１は、図１に示すように、原子炉圧力容器１２内に炉心１４を収容し、この炉心１４を構成する多数の燃料集合体（不図示）は、シュラウド１５に囲まれると共に、炉心支持板１６及び上部格子板１７によって支持されて構成されている。シュラウド１５の上部はシュラウドヘッド１８により閉塞され、このシュラウドヘッド１８にスタンドパイプ１９を経て気水分離器２０が設置される。原子炉圧力容器１２内には、気水分離器２０の上方に蒸気乾燥器２１が配置される。
【００２２】
炉心１４にて発生した蒸気は、気水分離器２０にて水分が分離され、蒸気乾燥器２１にて乾燥されて上部ドーム２２に至り、主蒸気ノズル２３から主蒸気系を経てタービン系へ至る。（共に図示せず）。タービン系で仕事した蒸気は復水となり、給水管２４を経て原子炉圧力容器１２内へ冷却材３２として供給される。この冷却材（炉水）３２は、原子炉再循環系２５の再循環ポンプ２６により昇圧され、原子炉圧力容器１２とシュラウド１５との間の環状部に複数本配置されたジェットポンプ１３によって、炉心１４の下方の下部プレナム２７へ導かれる。
【００２３】
複数のジェットポンプ１３は、原子炉圧力容器１２とシュラウド１５との間の環状部に設置されたポンプデッキ２８上に、炉心１４の周方向に沿って均等に配置される。また、各ジェットポンプ１３は、図２に示すように、再循環ポンプ２６にて昇圧された冷却材３２をライザ管２９へ導き、更にエルボ管３０を経てノズル部３１へ導くことにより、このノズル部３１で周囲の冷却材３２を取り込み、これらの冷却材３２をインレットミキサー管３３内で混合した後、ジェットポンプディフューザ３４から炉心１４の下方へ吐出する。
【００２４】
インレットミキサー管３３は、図４に示すように、最下端がジェットポンプディフューザ３４に隙間部４０Ａを有して嵌合されており、この嵌合部分がスリップジョイント４０と称される。インレットミキサー管３３は、図３にも示すように、ライザ管２９に設置されたライザブラケット３５を用い、ウェッジ（楔）３６及びセットスクリュー３６Ａを介して支持される。これにより、インレットミキサー管３３とジェットポンプディフューザ３４のそれぞれの中心軸Ｏ１、Ｏ２が一致して配置される。従って、インレットミキサー管３３は、スリップジョイント４０の隙間部４０Ａを流れる冷却材３２の流れαによる振動によっても、ジェットポンプディフュ−ザ３４に衝突しないように調整される。
【００２５】
ところが、スリップジョイント４０の隙間部４０Ａを流れる流体の振動によって、ライザブラケット３５とウェッジ３６との間や、ライザブラケット３５とセットスクリュー３６Ａとの間で摺動摩耗が発生し、これらの間に隙間が生ずる可能性がある。この隙間が一旦発生すると、スリップジョイント４０の隙間部４０Ａを流れる冷却材３２の流れαの変動が増加するため、ライザブラケット３５とウェッジ３６との間や、ライザブラケット３５とセットスクリュー３６Ａとの間で摺動摩耗が更に増大し、最終的には、インレットミキサー管３３がジェットポンプディフューザ３４に衝突する可能性がある。また、スリップジョイント４０の隙間部４０Ａの変動は、ジェットポンプ１３の性能にも影響を与える。従って、摩耗が進行して劣化したウェッジ３６やセットスクリュー３６Ａ、特にウェッジ３６は交換されて、インレットミキサー管３３の中心軸Ｏ１とジェットポンプディフューザ３４の中心軸Ｏ２とを一致させ、スリップジョイント４０の隙間部４０Ａを常に適切に保持する必要がある。
【００２６】
尚、原子炉圧力容器１２は、図１に示すように、圧力容器本体３７の上部開口と下部開口が容器蓋３８、下鏡部３９によりそれぞれ閉塞されて構成される。圧力容器本体３７は、シュラウド１５との間に、ジェットポンプ１３が配置される前記環状部を形成する。
【００２７】
さて、上述のように構成された沸騰水型原子炉１１を具備する原子力プラントにおいては、通常の運転状態においても、沸騰水型原子炉１１の原子炉圧力容器１２内における冷却材３２の流れの作用によってジェットポンプ１３に微小な振動が生じている。ウェッジ３６等は、こうした振動を抑える機能を果たすが、この振動によりウェッジ３６等が摩耗すれば上述の振動抑制機能は低下し、ジェットポンプ１３（特にインレットミキサー管３３）の振動が増大してしまう。
【００２８】
本実施の形態の振動評価装置１０は、上述のようなジェットポンプ１３の振動状態を評価するものであり、図５に示すように、センサとしての歪ゲージ４２または加速度計４３と、前記数値構造解析モデル４１を用いて振動解析を実施する振動解析部４４と、ジェットポンプ１３の振動状態を推定し評価する評価部４５とを有して構成される。
【００２９】
歪ゲージ４２または加速度計４３は、ジェットポンプ１３の複数の測定点に設置されて、当該測定点の振動に関するデータを測定する。この振動に関するデータは、歪ゲージ４２の場合には歪測定値、加速度計４３の場合には加速度測定値である。これらの歪ゲージ４２または加速度計４３は、圧力バウンダリを介してケーブル４６が原子炉圧力容器１２（図１）外へ敷設され、評価部４５に接続される。
【００３０】
振動解析部４４は、図６に示すジェットポンプ１３の数値構造解析モデル４１を用いて振動解析を実施し、当該ジェットポンプ１３における通常時（標準値）の振動状態である振動パラメータを求める。この振動パラメータは、歪、加速度、応力、振動変位などの振動状態を表す値である。ここで、歪ゲージ４２または加速度計４３が設置される測定点は、振動解析部４４が実施したジェットポンプ１３の標準時の振動解析の解析結果に基づいて、ジェットポンプ１３の振動状態を把握するために適切な位置として決定される。尚、図６の数値構造解析モデル４１において、破線が静止状態、実線が振動状態をそれぞれ示す。
【００３１】
評価部４５は、まず、歪ゲージ４２または加速度計４３による各測定点での測定データ（歪ゲージ４２の場合に歪測定値、加速度計４３の場合に加速度測定値）を周波数解析して、周波数スペクトルＡ（図７（Ａ）参照；この図７（Ａ）において測定データは歪値である）を求める。次に、評価部４５は、数値構造解析モデル４１の解析結果として得られた、歪ゲージ４２または加速度計４３の各測定点に対応する測定点対応位置４７での振動パラメータ（歪ゲージ４２の場合に歪値、加速度計４３の場合に加速度値）を周波数解析して、周波数スペクトルＢ（図７（Ｂ）参照；この図７（Ｂ）において振動パラメータは歪値である）を求める。そして、評価部４５は、両周波数スペクトルＡとＢにおいて特徴的な箇所、例えばピーク位置が合致しているか否かを判断し、合致している場合には、振動解析部４４において用いた数値構造解析モデル４１が、実際のジェットポンプ１３の振動状態を精度良く反映していると評価する。
【００３２】
評価部４５は、実際のジェットポンプ１３を精度良く反映した数値構造解析モデル４１を用いて、測定点対応位置４７、及び測定点対応位置４７以外のジェットポンプ１３の各位置での振動パラメータ（歪、加速度、応力、振動変位など）を推定し評価する。更に、評価部４５は、これら推定した振動パラメータの推定値が、許容値としての構造健全性クライテリアを超えたときに、警告を出力する。
【００３３】
上述のように構成された振動評価装置１０の作用を、以下に図５、図８を用いて説明する。
【００３４】
まず、振動解析部４４が、ジェットポンプ１３の数値構造解析モデル４１を用いて振動解析を実施し、通常時（標準値）のジェットポンプ１３の振動状態を求める（Ｓ１）。
【００３５】
次に、この数値解析部４４の解析結果に基づき、実際のジェットポンプ１３における歪ゲージ４２または加速度計４３の測定点を決定し、歪ゲージ４２または加速度計４３により各測定点での振動状態（歪ゲージ４２の場合に歪測定値、加速度計４３の場合に加速度測定値）を測定する（Ｓ２）。
【００３６】
次に、評価部４５は、歪ゲージ４２または加速度計４３の測定データの周波数スペクトルＡと、数値構造解析モデル４１による測定点対応位置４７での振動パラメータ（歪値または加速度値）の周波数スペクトルＢとの特徴的な箇所が合致しているか否かを判断し（Ｓ３）、合致している場合に、当該数値構造解析モデル４１を用いてジェットポンプ１３の各位置における振動パラメータ（歪、加速度、応力、振動変位など）を推定する（Ｓ４）。
【００３７】
ステップＳ３において周波数パラメータＡとＢとの特徴的箇所が合致していない場合には、振動解析部４４が数値構造解析モデル４１を修正して振動解析を実施して振動パラメータ（歪値または加速度値）を新たに求め、評価部４５は、この新たに求めた振動パラメータ及び修正した数値構造解析モデル４１を用いて、ステップＳ３及びＳ４を実行する。
【００３８】
評価部４５は、数値構造解析モデル４１を用いて推定した振動パラメータ（歪、加速度、応力、振動変位など）の推定値が構造健全性クライテリアを超えたか否かを判断し（Ｓ５）、超えた場合に警告を出力する（Ｓ６）。
【００３９】
従って、本実施の形態によれば、次の効果（１）及び（２）を奏する。
【００４０】
（１）実際のジェットポンプ１３を精度良く反映した数値構造解析モデル４１を用いて、ジェットポンプ１３の測定点、及びこの測定点以外の各位置での振動パラメータ（歪、加速度、応力、振動変位など）を推定し、ジェットポンプ１３の振動状態を評価することから、この振動状態の評価を、沸騰水型原子炉１１の運転中においても好適に実施することができる。その結果、沸騰水型原子炉１１の運転中に、ジェットポンプ１３のウェッジ３６の摩耗量や、ジェットポンプ１３におけるインレットミキサー管３３のジェットポンプディフューザ３４に対する偏芯量や衝突の有無を把握することができる。
【００４１】
（２）数値構造解析モデル４１を用いて推定したジェットポンプ１３の測定点対応位置４７を含む各位置での振動パラメータ（歪、加速度、応力、振動変位など）の推定値が、構造健全性クライテリアを超えたときに警告を出力することから、推定値の程度に応じて、沸騰水型原子炉１１の次回定期検査でのジェットポンプ１３の補修や交換、または沸騰水型原子炉１１の即時運転停止によるジェットポンプ１３の交換等、ジェットポンプ１３に対し適切な保守を実施できる。
【００４２】
［Ｂ］第２の実施の形態（図９〜図１１）
図９は、（Ａ）が本発明に係る振動評価装置の第２の実施の形態を、ジェットポンプと共に示す構成図であり、（Ｂ）が、ジェットポンプに装着された反射体を超音波センサと共に示す側面図である。この第２の実施の形態において、前記第１の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付して説明を簡略化し、または省略する。
【００４３】
本実施の形態の振動評価装置５０が前記第１の実施の形態の振動評価装置１０と異なる点は、センサが超音波センサ５１である点である。
【００４４】
この超音波センサ５１は、ジェットポンプ１３の測定点に対応して原子炉圧力容器１２（図１）の外壁面に複数設置される。また、ジェットポンプ１３の各測定点には、超音波センサ５１からの超音波を反射する平面形状の反射面５２Ａを備えた反射体５２が設置されている。この反射面５２Ａは、ジェットポンプ１３の測定点自体を平面形状に加工して形成してもよい。超音波センサ５１にて送信され、反射体５２の反射面５２Ａにて反射され、当該超音波センサ５１にて受信された超音波の伝播時間から、当該超音波の伝播速度を用いて、ジェットポンプ１３の各測定点における振動変位が、振動に関するデータとして測定される。
【００４５】
振動解析部４４は、前記実施の形態と同様に、ジェットポンプ１３の数値構造解析モデル４１（図１０）を用いて振動解析を実施し、ジェットポンプ１３の通常時（標準値）の振動状態である振動パラメータ（振動変位）を求める。この振動解析部４４による振動解析結果に基づいて、超音波センサ５１によるジェットポンプ１３の各測定点が決定される。図１０中の符号５３は、ジェットポンプ１３の各測定点に対応する数値構造解析モデル４１の測定点対応位置である。尚、図１０に示す数値構造解析モデル４１においても、破線が静止状態を、実線が振動状態をそれぞれ示す。
【００４６】
評価部４５は、超音波センサ５１により各測定点で測定された振動変位データを周波数解析して周波数スペクトルＣ（図１１（Ａ）参照）を求め、また、数値構造解析モデル４１の解析結果として得られた、測定点対応位置５３での振動パラメータ（即ち振動変位）を周波数解析して周波数スペクトルＤ（図１１（Ｂ）参照）を求める。評価部４５は、これらの周波数スペクトルＣとＤとの特徴的な箇所が一致しているか否かを判断し、一致している場合に、測定点対応位置５３、及びこれらの測定点対応位置５３以外の位置での振動パラメータ（振動変位、加速度、歪、応力など）を推定して評価する。更に、評価部４５は、推定した振動パラメータが構造健全性クライテリアを超えたときに警報を出力する。
【００４７】
従って、本実施の形態はセンサが、原子炉圧力容器１２外に設置された超音波センサ５１であり、原子炉圧力容器１２内にケーブル４６（図５）を敷設する必要がない効果を有するほか、前記第１の実施の形態と同様な効果を奏する。
【００４８】
［Ｃ］第３の実施の形態（図１２〜図１５）
図１２は、本発明に係る振動評価装置の第３の実施の形態を、ジェットポンプと共に示す構成図である。この第３の実施の形態において、前記第１及び第２の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付して説明を簡略化し、または省略する。
【００４９】
本実施の形態の振動評価装置６０は、前記第１及び第２の実施の形態の振動評価装置１０及び５０と異なり、評価対象物の振動に関する測定データに変化があったときに、その測定データの変化に基づき当該評価対象物に生じた劣化等の不具合状態を推定し評価するものであり、超音波センサ５１等のセンサ、振動解析部６１及び評価部６２を有して構成される。
【００５０】
ここで、評価対象物は、沸騰水型原子炉のジェットポンプ１３や蒸気乾燥器２１等の原子炉内構造物、容器またはタンク内の機器や配管などであるが、本実施の形態ではジェットポンプ１３を一例としている。また、劣化等不具合状態は、例えばジェットポンプ１３におけるウェッジ３６の劣化による摩耗状態や、ジェットポンプ１３におけるインレットミキサー管３３とジェットポンプディフューザ３４との偏芯または衝突状態である。
【００５１】
超音波センサ５１は、第２の実施の形態と同様に、ジェットポンプ１３の各測定点における振動変位を、振動に関するデータとして測定する。このセンサは、上記超音波センサ５１のほか、振動に関するデータとして歪値を測定する歪ゲージ４２、振動に関するデータとして加速度値を測定する加速度計４３等であってもよい。
【００５２】
振動解析部６１は、ジェットポンプ１３の数値構造解析モデル４１（図１０）を用い、ジェットポンプ１３の劣化等不具合状態を変化させて、当該劣化等不具合状態毎に振動解析を実施し、ジェットポンプ１３の劣化等不具合状態毎に振動状態を求める。例えば、図１３に示すように、ウェッジ３６の摩耗量の小、中、大、インレットミキサー管３３（ＩＭ）偏芯量の小、中、大等毎に数値構造解析モデル４１を用いて振動解析を実施し、ウェッジ３６の摩耗量やインレットミキサー管３３の偏芯量の程度（上、中、大）毎に振動変位を求め、これらの振動変位を周波数解析して、振動状態を表す周波数スペクトルａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ…を求める。
【００５３】
評価部６２は、振動解析部６１にて上述のように求めた、ジェットポンプ１３の劣化等不具合状態と振動状態とを、図１３に示すように相互に関連づけて関連データとして記憶して備える。
【００５４】
そして、評価部６２は、超音波センサ５１にて測定されたジェットポンプ１３の測定点における測定データ（振動変位）を周波数解析して周波数スペクトルＦ（図１４（Ｂ）参照）を求める。この周波数スペクトルＦが、正常状態のジェットポンプ１３における当該測定点の測定データ（振動変位）の周波数スペクトルＥ（図１４（Ａ）参照）に対して、例えばそのピーク位置Ｐが変化した場合に、評価部６２はジェットポンプ１３の振動状態が変化したと判断する。
【００５５】
このとき評価部６２は、図１３に示す関連データの周波数スペクトルａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ…と、超音波センサ５１にて測定された振動変位の周波数スペクトルＦとを比較して、この周波数スペクトルＦに特徴点が合致する周波数スペクトルａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ…を選択し、その選択した周波数スペクトルに関連付けられた劣化等不具合状態を、現時点におけるジェットポンプ１３の劣化等不具合状態であると推定して評価する。
【００５６】
この劣化等不具合状態の推定は、沸騰水型原子炉１１の通常運転時におけるジェットポンプ１３のウェッジ３６における摩耗量の推定のほか、定期検査時にジェットポンプ１３を分解点検し、その後にジェットポンプ１３を再据え付けしたとき、分解点検の前と再据付け後に測定した両測定データの周波数スペクトルを比較することで実施する、ジェットポンプ１３におけるインレットミキサー管３３のジェットポンプディフューザ３４に対する偏芯量または衝突の有無の推定と、地震発生時の前後において測定した両測定データの周波数スペクトルを比較することで実施する、ジェットポンプ１３におけるインレットミキサー管３３のジェットポンプディフューザ３４に対する偏芯量または衝突の有無の推定などが含まれる。
【００５７】
評価部６２は、更に、推定した劣化等不具合状態（ウェッジ３６の摩耗量、インレットミキサー管３３のジェットポンプディフューザ３４に対する偏芯量または衝突の有無など）が、許容値としてのクライテリアを超えたときに警告を出力する。
【００５８】
ここで、評価部６２は、ジェットポンプ１３の劣化等不具合状態と振動状態との関連データの記憶と、測定データの周波数スペクトルＦの変化の有無の判断と、この周波数スペクトルＦに対応する劣化等不具合状態の推定と、警告の出力判定とを、ニューラルネットワークを用いて実施してもよい。このニューラルネットワークとは、人の脳神経系をモデルにした情報処理システムであり、人の脳の基本機能である認識や記憶、判断などの処理をコンピュータ上で実現するものである。
【００５９】
次に、上述のように構成された振動評価装置６０の作用を、図１５を用いて説明する。
【００６０】
振動解析部６１がジェットポンプ１３の数値構造解析モデル４１を用いて、ジェットポンプ１３の劣化等不具合状態を変化させて、当該劣化等不具合状態毎に振動解析を実施し、ジェットポンプ１３の劣化等不具合状態毎に振動状態（振動変位の周波数スペクトル）を求める（Ｓ１１）。
【００６１】
評価部６２は、このジェットポンプ１３の劣化等不具合状態と振動状態とを関連付けた、例えば図１３に示す関連データを記憶する（Ｓ１２）。
【００６２】
超音波センサ５１は、沸騰水型原子炉１１の運転中にジェットポンプ１３の振動変位を測定して評価部６２へ送信する。（Ｓ１３）。
【００６３】
評価部６２は、超音波センサ５１にて測定されたジェットポンプ１３の振動変位の周波数スペクトルＦが、正常なジェットポンプ１３の振動変位の周波数スペクトルＥに対して変化しているか否かを判断する（Ｓ１４）。
【００６４】
評価部６２は、周波数スペクトルＦが周波数スペクトルＥに対して変化していると判断したときに、この周波数スペクトルＦを、ステップＳ１２にて記憶した関連データと照合し（Ｓ１５）、周波数スペクトルＦと特徴点が合致する周波数スペクトルａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ…を選択して求め、この選択した周波数スペクトルに関連付けられた劣化等不具合状態を、現時点におけるジェットポンプ１３の劣化等不具合状態であるとして推定する（Ｓ１６）。
【００６５】
評価部６２は、ステップＳ１６にて推定した劣化等不具合状態がクライテリアを超えたときに、警告を出力する（Ｓ１７）。
【００６６】
評価部６２は、ステップＳ１４において、超音波センサ５１にて測定された振動変位の周波数スペクトルＦが変化していないと判断し、または、ステップＳ１７において、劣化等不具合状態がクライテリアを超えていないと判断したときに、ステップＳ１３へ戻る。
【００６７】
従って、上述のように構成された振動評価装置６０によれば、次の効果（３）及び（４）を奏する。
【００６８】
（３）振動解析部６１は、ジェットポンプ１３の数値構造解析モデル４１を用いて、当該ジェットポンプ１３の劣化等不具合状態毎にジェットポンプ１３の振動変位の周波数スペクトルを求め、評価部６２は、ジェットポンプ１３の劣化等不具合状態と振動変位の周波数スペクトルとを関連付けた関連データを記憶し、更に、超音波センサ５１にて測定されたジェットポンプ１３の振動変位の周波数スペクトルを上記関連データと照合して、現時点におけるジェットポンプ１３の劣化等不具合状態（ウェッジ３６の摩耗量、インレットミキサー管３３のジェットポンプディフューザ３４に対する偏芯量、衝突の有無など）を推定する。このため、沸騰水型原子炉１１の運転中においても、ジェットポンプ１３の劣化等不具合状態を好適に把握し評価することができる。
【００６９】
（４）評価部６２は、推定したジェットポンプ１３の劣化等不具合状態がクライテリアを超えたときに警告を出力することから、ジェットポンプ１３の劣化等不具合状態に対して迅速かつ適切な対処を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明に係る振動評価装置の第１の実施の形態が適用された沸騰水型原子炉を示す縦断面図。
【図２】図１のジェットポンプを示す正面図。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図。
【図４】図２のＩＶ部拡大断面図。
【図５】図１及び図２のジェットポンプと共に、振動評価装置の構成を示す構成図。
【図６】ジェットポンプの数値構造解析モデルの一例を示す説明図。
【図７】（Ａ）は図５のセンサによる測定データの周波数スペクトルを示すグラフ、（Ｂ）は図６の数値構造解析モデルを用いた解析結果の周波数スペクトルを示すグラフ。
【図８】図５の振動評価装置における作用を示すフローチャート。
【図９】（Ａ）は本発明に係る振動評価装置の第２の実施の形態を、ジェットポンプと共に示す構成図、（Ｂ）はジェットポンプに装着された反射体を超音波センサと共に示す側面図。
【図１０】ジェットポンプの数値構造解析モデルの一例を示す説明図。
【図１１】（Ａ）は図９の超音波センサによる測定データの周波数スペクトルを示すグラフ、（Ｂ）は図１０の数値構造解析モデルを用いた解析結果の周波数スペクトルを示すグラフ。
【図１２】本発明に係る振動評価装置の第３の実施の形態を、ジェットポンプと共に示す構成図。
【図１３】図１２の振動解析部で求めた、ジェットポンプの劣化等不具合状態と振動状態とを関連付けた関連データの一例を示す説明図。
【図１４】図１２の超音波センサによる測定データの周波数スペクトルを示し、（Ａ）は変化前を示すグラフ、（Ｂ）は変化後を示すグラフ。
【図１５】図１２の振動評価装置の作用を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００７１】
１０ 振動評価装置
１３ ジェットポンプ（原子炉内構造物、評価対象物）
４１ 数値構造解析モデル
４２ 歪ゲージ（センサ）
４３ 加速度計（センサ）
４４ 振動解析部
４５ 評価部
４７ 測定点対応位置
５０ 振動評価装置
５１ 超音波センサ（センサ）
５２ 反射体
５２Ａ 反射面
５３ 測定点対応位置
６０ 振動評価装置
６１ 振動解析部
６２ 評価部
【技術分野】
【０００１】
本発明は振動評価装置に係り、特に沸騰水型原子炉におけるジェットポンプなどの原子炉内構造物の振動を評価する振動評価装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉において炉水流量の調整に用いられる再循環系機器の１つであるジェットポンプでは、内部を流れる流体のために流体振動が生じる。この振動を低減するために、インレットミキサー管とライザブラケットの間にウェッジ（楔）を挿入する方法が用いられている。しかし、原子炉運転中に、流体振動によってウェッジに摩耗が発生すると、ジェットポンプ、特にインレットミキサー管の振動が増加することが知られている。現状では、定期検査中に目視検査によりウェッジの摩耗状態を検知し、必要ならウェッジの交換を行っているが、この作業により定期検査期間が延長する恐れがある。また、原子炉運転中にウェッジが交換すべき摩耗状態に達しても、それを判断できる手法がない。
【０００３】
一方、定期検査中等にジェットポンプの分解点検を実施し、このジェットポンプを再度据付けた場合、インレットミキサー管とジェットポンプディフューザとの間で偏芯が生じたり、甚だしい場合にはこれらが接触する恐れがあり、これもジェットポンプの振動状態の変化の原因となる。このような振動状態の変化を評価し、原因を究明する技術を開発する必要がある。
【０００４】
減肉・摩耗の検知については、次のような技術が知られている。一つは、配管の肉厚を肉厚測定器にて測定した後に、この肉厚測定器のデータ送受信部から肉厚測定データを、データベースを有するコンピュータへ送信するものである（特許文献１参照）。
【０００５】
他の一つは、原子炉制御棒組立体の制御棒の表面に光センサから光ビームを投射して、制御棒表面の摩耗量を測定するものである（特許文献２参照）。
【０００６】
また、特許文献３及び４には、配管に加速度計を取り付け、この加速度計にて測定した加速度信号により、所定の解析モデル（振動モデル）を用いて、配管に発生する応力を求めるものが知られている。
【特許文献１】特開２００１−２８０６００号公報
【特許文献２】特開平１０−２００６６号公報
【特許文献３】特開平４−２５４７３４号公報
【特許文献４】特開平９−１４５５３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１に記載の技術（肉厚管理システム）では、測定器にデータ送受信部を具備することから、高温、高圧、高放射線にさらされる原子炉内構造物に適用することが困難である。
【０００８】
また、特許文献２に記載の技術（原子炉制御棒組立体の棒摩耗測定方法）は、原子炉内機器への適用例であるが、実用上、定期検査などの原子炉運転停止中でなければ測定が困難であり、原子炉運転中に摩耗量を監視することができない。
【０００９】
更に、特許文献３及び４に記載の技術（配管系の応力評価装置、配管系疲労評価装置）は、評価対象物が配管であり、この配管の応力を、解析モデルを用いて解析により求めるものであり、配管の振動状態を解析により求めて評価するものではない。まして、この技術では、原子炉運転中に高温、高圧、高放射線にさらされる領域に設置された原子炉内構造物の振動状態を評価し、その原因となる、例えばジェットポンプのウェッジ摩耗量や、ジェットポンプのインレットミキサー管のジェットポンプディフューザに対する偏芯量または衝突の有無を把握することは困難である。
【００１０】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、原子炉内構造物の振動状態を好適に評価できる振動評価装置及び方法を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、評価対象物の劣化等不具合状態を好適に評価できる振動評価装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る振動評価装置は、原子炉内構造物の複数の測定点における振動に関するデータを測定する複数のセンサと、前記原子炉内構造物の数値構造解析モデルを用いて振動解析を実施し、当該原子炉内構造物の振動状態を求める振動解析部と、この振動解析部の振動解析による前記測定点に対応する位置での解析結果と前記センサによる測定データとが合致している場合に、前記原子炉内構造物の各位置における振動状態を、前記数値構造解析モデルを用いて推定し評価する評価部と、を有することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明に係る振動評価方法は、原子炉内構造物の複数の測定点における振動に関するデータを複数のセンサにより測定する測定ステップと、前記原子炉内構造物の数値構造解析モデルを用いて振動解析を実施し、当該原子炉内構造物の振動状態を求める振動解析ステップと、この振動解析ステップの振動解析による前記測定点に対応する位置での解析結果と前記センサによる測定データとが合致している場合に、前記原子炉内構造物の各位置における振動状態を、前記数値構造解析モデルを用いて推定し評価する評価ステップと、を有することを特徴とするものである。
【００１４】
更に，本発明に係る振動評価装置は、評価対象物の測定点における振動に関するデータを測定するセンサと、前記評価対象物の数値構造解析モデルを用い、当該評価対象物の劣化等不具合状態を変化させて振動解析を実施し、当該評価対象物の劣化等不具合状態毎に振動状態を求める振動解析部と、前記評価対象物の劣化等不具合状態と振動状態とを関連付けた関連データを備え、前記センサにて測定された測定データにより前記評価対象物の振動状態が変化したと判断したときに、前記関連データを用いて前記評価対象物の劣化等不具合状態を推定して評価する評価部と、を有することを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明に係る振動評価方法は、評価対象物の測定点における振動に関するデータをセンサにより測定する測定ステップと、前記評価対象物の数値構造解析モデルを用い、当該評価対象物の劣化等不具合状態を変化させて振動解析を実施し、当該評価対象物の劣化等不具合状態毎に振動状態を求める振動解析ステップと、前記測定ステップにて測定した測定データにより前記評価対象物の振動状態が変化したと判断したときに、前記評価対象物の劣化等不具合状態と振動状態とを関連付けた関連データを用いて、当該評価対象物の劣化等不具合状態を推定して評価する評価ステップと、を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る振動評価装置及び方法によれば、原子炉内構造物の数値構造解析モデルを用いて原子炉内構造物の振動状態を好適に評価できる。
【００１７】
また、本発明に係る振動評価装置及び方法によれば、評価対象物の数値構造解析モデルを用いて求められた、評価対象物の劣化等不具合状態と振動状態との関連データを用いて、評価対象物の振動状態の変化から当該評価対象物の劣化等不具合状態を好適に評価できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。但し、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。
【００１９】
［Ａ］第１の実施の形態（図１〜図８）
図１は、本発明に係る振動評価装置の第１の実施の形態が適用された沸騰水型原子炉を示す縦断面図である。図２は、図１のジェットポンプを示す正面図である。図５は、図１及び図２のジェットポンプと共に、振動評価装置の構成を示す構成図である。
【００２０】
図５に示す振動評価装置１０は、例えば図１に示す沸騰水型原子炉１１に適用されたものであり、原子炉圧力容器１２内に設置された評価対象物としての原子炉内構造物であるジェットポンプ１３や蒸気乾燥器２１等（本実施の形態ではジェットポンプ１３）の振動状態を、数値構造解析モデル４１（図６）を用いて評価するものである。
【００２１】
ここで、沸騰水型原子炉１１は、図１に示すように、原子炉圧力容器１２内に炉心１４を収容し、この炉心１４を構成する多数の燃料集合体（不図示）は、シュラウド１５に囲まれると共に、炉心支持板１６及び上部格子板１７によって支持されて構成されている。シュラウド１５の上部はシュラウドヘッド１８により閉塞され、このシュラウドヘッド１８にスタンドパイプ１９を経て気水分離器２０が設置される。原子炉圧力容器１２内には、気水分離器２０の上方に蒸気乾燥器２１が配置される。
【００２２】
炉心１４にて発生した蒸気は、気水分離器２０にて水分が分離され、蒸気乾燥器２１にて乾燥されて上部ドーム２２に至り、主蒸気ノズル２３から主蒸気系を経てタービン系へ至る。（共に図示せず）。タービン系で仕事した蒸気は復水となり、給水管２４を経て原子炉圧力容器１２内へ冷却材３２として供給される。この冷却材（炉水）３２は、原子炉再循環系２５の再循環ポンプ２６により昇圧され、原子炉圧力容器１２とシュラウド１５との間の環状部に複数本配置されたジェットポンプ１３によって、炉心１４の下方の下部プレナム２７へ導かれる。
【００２３】
複数のジェットポンプ１３は、原子炉圧力容器１２とシュラウド１５との間の環状部に設置されたポンプデッキ２８上に、炉心１４の周方向に沿って均等に配置される。また、各ジェットポンプ１３は、図２に示すように、再循環ポンプ２６にて昇圧された冷却材３２をライザ管２９へ導き、更にエルボ管３０を経てノズル部３１へ導くことにより、このノズル部３１で周囲の冷却材３２を取り込み、これらの冷却材３２をインレットミキサー管３３内で混合した後、ジェットポンプディフューザ３４から炉心１４の下方へ吐出する。
【００２４】
インレットミキサー管３３は、図４に示すように、最下端がジェットポンプディフューザ３４に隙間部４０Ａを有して嵌合されており、この嵌合部分がスリップジョイント４０と称される。インレットミキサー管３３は、図３にも示すように、ライザ管２９に設置されたライザブラケット３５を用い、ウェッジ（楔）３６及びセットスクリュー３６Ａを介して支持される。これにより、インレットミキサー管３３とジェットポンプディフューザ３４のそれぞれの中心軸Ｏ１、Ｏ２が一致して配置される。従って、インレットミキサー管３３は、スリップジョイント４０の隙間部４０Ａを流れる冷却材３２の流れαによる振動によっても、ジェットポンプディフュ−ザ３４に衝突しないように調整される。
【００２５】
ところが、スリップジョイント４０の隙間部４０Ａを流れる流体の振動によって、ライザブラケット３５とウェッジ３６との間や、ライザブラケット３５とセットスクリュー３６Ａとの間で摺動摩耗が発生し、これらの間に隙間が生ずる可能性がある。この隙間が一旦発生すると、スリップジョイント４０の隙間部４０Ａを流れる冷却材３２の流れαの変動が増加するため、ライザブラケット３５とウェッジ３６との間や、ライザブラケット３５とセットスクリュー３６Ａとの間で摺動摩耗が更に増大し、最終的には、インレットミキサー管３３がジェットポンプディフューザ３４に衝突する可能性がある。また、スリップジョイント４０の隙間部４０Ａの変動は、ジェットポンプ１３の性能にも影響を与える。従って、摩耗が進行して劣化したウェッジ３６やセットスクリュー３６Ａ、特にウェッジ３６は交換されて、インレットミキサー管３３の中心軸Ｏ１とジェットポンプディフューザ３４の中心軸Ｏ２とを一致させ、スリップジョイント４０の隙間部４０Ａを常に適切に保持する必要がある。
【００２６】
尚、原子炉圧力容器１２は、図１に示すように、圧力容器本体３７の上部開口と下部開口が容器蓋３８、下鏡部３９によりそれぞれ閉塞されて構成される。圧力容器本体３７は、シュラウド１５との間に、ジェットポンプ１３が配置される前記環状部を形成する。
【００２７】
さて、上述のように構成された沸騰水型原子炉１１を具備する原子力プラントにおいては、通常の運転状態においても、沸騰水型原子炉１１の原子炉圧力容器１２内における冷却材３２の流れの作用によってジェットポンプ１３に微小な振動が生じている。ウェッジ３６等は、こうした振動を抑える機能を果たすが、この振動によりウェッジ３６等が摩耗すれば上述の振動抑制機能は低下し、ジェットポンプ１３（特にインレットミキサー管３３）の振動が増大してしまう。
【００２８】
本実施の形態の振動評価装置１０は、上述のようなジェットポンプ１３の振動状態を評価するものであり、図５に示すように、センサとしての歪ゲージ４２または加速度計４３と、前記数値構造解析モデル４１を用いて振動解析を実施する振動解析部４４と、ジェットポンプ１３の振動状態を推定し評価する評価部４５とを有して構成される。
【００２９】
歪ゲージ４２または加速度計４３は、ジェットポンプ１３の複数の測定点に設置されて、当該測定点の振動に関するデータを測定する。この振動に関するデータは、歪ゲージ４２の場合には歪測定値、加速度計４３の場合には加速度測定値である。これらの歪ゲージ４２または加速度計４３は、圧力バウンダリを介してケーブル４６が原子炉圧力容器１２（図１）外へ敷設され、評価部４５に接続される。
【００３０】
振動解析部４４は、図６に示すジェットポンプ１３の数値構造解析モデル４１を用いて振動解析を実施し、当該ジェットポンプ１３における通常時（標準値）の振動状態である振動パラメータを求める。この振動パラメータは、歪、加速度、応力、振動変位などの振動状態を表す値である。ここで、歪ゲージ４２または加速度計４３が設置される測定点は、振動解析部４４が実施したジェットポンプ１３の標準時の振動解析の解析結果に基づいて、ジェットポンプ１３の振動状態を把握するために適切な位置として決定される。尚、図６の数値構造解析モデル４１において、破線が静止状態、実線が振動状態をそれぞれ示す。
【００３１】
評価部４５は、まず、歪ゲージ４２または加速度計４３による各測定点での測定データ（歪ゲージ４２の場合に歪測定値、加速度計４３の場合に加速度測定値）を周波数解析して、周波数スペクトルＡ（図７（Ａ）参照；この図７（Ａ）において測定データは歪値である）を求める。次に、評価部４５は、数値構造解析モデル４１の解析結果として得られた、歪ゲージ４２または加速度計４３の各測定点に対応する測定点対応位置４７での振動パラメータ（歪ゲージ４２の場合に歪値、加速度計４３の場合に加速度値）を周波数解析して、周波数スペクトルＢ（図７（Ｂ）参照；この図７（Ｂ）において振動パラメータは歪値である）を求める。そして、評価部４５は、両周波数スペクトルＡとＢにおいて特徴的な箇所、例えばピーク位置が合致しているか否かを判断し、合致している場合には、振動解析部４４において用いた数値構造解析モデル４１が、実際のジェットポンプ１３の振動状態を精度良く反映していると評価する。
【００３２】
評価部４５は、実際のジェットポンプ１３を精度良く反映した数値構造解析モデル４１を用いて、測定点対応位置４７、及び測定点対応位置４７以外のジェットポンプ１３の各位置での振動パラメータ（歪、加速度、応力、振動変位など）を推定し評価する。更に、評価部４５は、これら推定した振動パラメータの推定値が、許容値としての構造健全性クライテリアを超えたときに、警告を出力する。
【００３３】
上述のように構成された振動評価装置１０の作用を、以下に図５、図８を用いて説明する。
【００３４】
まず、振動解析部４４が、ジェットポンプ１３の数値構造解析モデル４１を用いて振動解析を実施し、通常時（標準値）のジェットポンプ１３の振動状態を求める（Ｓ１）。
【００３５】
次に、この数値解析部４４の解析結果に基づき、実際のジェットポンプ１３における歪ゲージ４２または加速度計４３の測定点を決定し、歪ゲージ４２または加速度計４３により各測定点での振動状態（歪ゲージ４２の場合に歪測定値、加速度計４３の場合に加速度測定値）を測定する（Ｓ２）。
【００３６】
次に、評価部４５は、歪ゲージ４２または加速度計４３の測定データの周波数スペクトルＡと、数値構造解析モデル４１による測定点対応位置４７での振動パラメータ（歪値または加速度値）の周波数スペクトルＢとの特徴的な箇所が合致しているか否かを判断し（Ｓ３）、合致している場合に、当該数値構造解析モデル４１を用いてジェットポンプ１３の各位置における振動パラメータ（歪、加速度、応力、振動変位など）を推定する（Ｓ４）。
【００３７】
ステップＳ３において周波数パラメータＡとＢとの特徴的箇所が合致していない場合には、振動解析部４４が数値構造解析モデル４１を修正して振動解析を実施して振動パラメータ（歪値または加速度値）を新たに求め、評価部４５は、この新たに求めた振動パラメータ及び修正した数値構造解析モデル４１を用いて、ステップＳ３及びＳ４を実行する。
【００３８】
評価部４５は、数値構造解析モデル４１を用いて推定した振動パラメータ（歪、加速度、応力、振動変位など）の推定値が構造健全性クライテリアを超えたか否かを判断し（Ｓ５）、超えた場合に警告を出力する（Ｓ６）。
【００３９】
従って、本実施の形態によれば、次の効果（１）及び（２）を奏する。
【００４０】
（１）実際のジェットポンプ１３を精度良く反映した数値構造解析モデル４１を用いて、ジェットポンプ１３の測定点、及びこの測定点以外の各位置での振動パラメータ（歪、加速度、応力、振動変位など）を推定し、ジェットポンプ１３の振動状態を評価することから、この振動状態の評価を、沸騰水型原子炉１１の運転中においても好適に実施することができる。その結果、沸騰水型原子炉１１の運転中に、ジェットポンプ１３のウェッジ３６の摩耗量や、ジェットポンプ１３におけるインレットミキサー管３３のジェットポンプディフューザ３４に対する偏芯量や衝突の有無を把握することができる。
【００４１】
（２）数値構造解析モデル４１を用いて推定したジェットポンプ１３の測定点対応位置４７を含む各位置での振動パラメータ（歪、加速度、応力、振動変位など）の推定値が、構造健全性クライテリアを超えたときに警告を出力することから、推定値の程度に応じて、沸騰水型原子炉１１の次回定期検査でのジェットポンプ１３の補修や交換、または沸騰水型原子炉１１の即時運転停止によるジェットポンプ１３の交換等、ジェットポンプ１３に対し適切な保守を実施できる。
【００４２】
［Ｂ］第２の実施の形態（図９〜図１１）
図９は、（Ａ）が本発明に係る振動評価装置の第２の実施の形態を、ジェットポンプと共に示す構成図であり、（Ｂ）が、ジェットポンプに装着された反射体を超音波センサと共に示す側面図である。この第２の実施の形態において、前記第１の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付して説明を簡略化し、または省略する。
【００４３】
本実施の形態の振動評価装置５０が前記第１の実施の形態の振動評価装置１０と異なる点は、センサが超音波センサ５１である点である。
【００４４】
この超音波センサ５１は、ジェットポンプ１３の測定点に対応して原子炉圧力容器１２（図１）の外壁面に複数設置される。また、ジェットポンプ１３の各測定点には、超音波センサ５１からの超音波を反射する平面形状の反射面５２Ａを備えた反射体５２が設置されている。この反射面５２Ａは、ジェットポンプ１３の測定点自体を平面形状に加工して形成してもよい。超音波センサ５１にて送信され、反射体５２の反射面５２Ａにて反射され、当該超音波センサ５１にて受信された超音波の伝播時間から、当該超音波の伝播速度を用いて、ジェットポンプ１３の各測定点における振動変位が、振動に関するデータとして測定される。
【００４５】
振動解析部４４は、前記実施の形態と同様に、ジェットポンプ１３の数値構造解析モデル４１（図１０）を用いて振動解析を実施し、ジェットポンプ１３の通常時（標準値）の振動状態である振動パラメータ（振動変位）を求める。この振動解析部４４による振動解析結果に基づいて、超音波センサ５１によるジェットポンプ１３の各測定点が決定される。図１０中の符号５３は、ジェットポンプ１３の各測定点に対応する数値構造解析モデル４１の測定点対応位置である。尚、図１０に示す数値構造解析モデル４１においても、破線が静止状態を、実線が振動状態をそれぞれ示す。
【００４６】
評価部４５は、超音波センサ５１により各測定点で測定された振動変位データを周波数解析して周波数スペクトルＣ（図１１（Ａ）参照）を求め、また、数値構造解析モデル４１の解析結果として得られた、測定点対応位置５３での振動パラメータ（即ち振動変位）を周波数解析して周波数スペクトルＤ（図１１（Ｂ）参照）を求める。評価部４５は、これらの周波数スペクトルＣとＤとの特徴的な箇所が一致しているか否かを判断し、一致している場合に、測定点対応位置５３、及びこれらの測定点対応位置５３以外の位置での振動パラメータ（振動変位、加速度、歪、応力など）を推定して評価する。更に、評価部４５は、推定した振動パラメータが構造健全性クライテリアを超えたときに警報を出力する。
【００４７】
従って、本実施の形態はセンサが、原子炉圧力容器１２外に設置された超音波センサ５１であり、原子炉圧力容器１２内にケーブル４６（図５）を敷設する必要がない効果を有するほか、前記第１の実施の形態と同様な効果を奏する。
【００４８】
［Ｃ］第３の実施の形態（図１２〜図１５）
図１２は、本発明に係る振動評価装置の第３の実施の形態を、ジェットポンプと共に示す構成図である。この第３の実施の形態において、前記第１及び第２の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付して説明を簡略化し、または省略する。
【００４９】
本実施の形態の振動評価装置６０は、前記第１及び第２の実施の形態の振動評価装置１０及び５０と異なり、評価対象物の振動に関する測定データに変化があったときに、その測定データの変化に基づき当該評価対象物に生じた劣化等の不具合状態を推定し評価するものであり、超音波センサ５１等のセンサ、振動解析部６１及び評価部６２を有して構成される。
【００５０】
ここで、評価対象物は、沸騰水型原子炉のジェットポンプ１３や蒸気乾燥器２１等の原子炉内構造物、容器またはタンク内の機器や配管などであるが、本実施の形態ではジェットポンプ１３を一例としている。また、劣化等不具合状態は、例えばジェットポンプ１３におけるウェッジ３６の劣化による摩耗状態や、ジェットポンプ１３におけるインレットミキサー管３３とジェットポンプディフューザ３４との偏芯または衝突状態である。
【００５１】
超音波センサ５１は、第２の実施の形態と同様に、ジェットポンプ１３の各測定点における振動変位を、振動に関するデータとして測定する。このセンサは、上記超音波センサ５１のほか、振動に関するデータとして歪値を測定する歪ゲージ４２、振動に関するデータとして加速度値を測定する加速度計４３等であってもよい。
【００５２】
振動解析部６１は、ジェットポンプ１３の数値構造解析モデル４１（図１０）を用い、ジェットポンプ１３の劣化等不具合状態を変化させて、当該劣化等不具合状態毎に振動解析を実施し、ジェットポンプ１３の劣化等不具合状態毎に振動状態を求める。例えば、図１３に示すように、ウェッジ３６の摩耗量の小、中、大、インレットミキサー管３３（ＩＭ）偏芯量の小、中、大等毎に数値構造解析モデル４１を用いて振動解析を実施し、ウェッジ３６の摩耗量やインレットミキサー管３３の偏芯量の程度（上、中、大）毎に振動変位を求め、これらの振動変位を周波数解析して、振動状態を表す周波数スペクトルａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ…を求める。
【００５３】
評価部６２は、振動解析部６１にて上述のように求めた、ジェットポンプ１３の劣化等不具合状態と振動状態とを、図１３に示すように相互に関連づけて関連データとして記憶して備える。
【００５４】
そして、評価部６２は、超音波センサ５１にて測定されたジェットポンプ１３の測定点における測定データ（振動変位）を周波数解析して周波数スペクトルＦ（図１４（Ｂ）参照）を求める。この周波数スペクトルＦが、正常状態のジェットポンプ１３における当該測定点の測定データ（振動変位）の周波数スペクトルＥ（図１４（Ａ）参照）に対して、例えばそのピーク位置Ｐが変化した場合に、評価部６２はジェットポンプ１３の振動状態が変化したと判断する。
【００５５】
このとき評価部６２は、図１３に示す関連データの周波数スペクトルａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ…と、超音波センサ５１にて測定された振動変位の周波数スペクトルＦとを比較して、この周波数スペクトルＦに特徴点が合致する周波数スペクトルａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ…を選択し、その選択した周波数スペクトルに関連付けられた劣化等不具合状態を、現時点におけるジェットポンプ１３の劣化等不具合状態であると推定して評価する。
【００５６】
この劣化等不具合状態の推定は、沸騰水型原子炉１１の通常運転時におけるジェットポンプ１３のウェッジ３６における摩耗量の推定のほか、定期検査時にジェットポンプ１３を分解点検し、その後にジェットポンプ１３を再据え付けしたとき、分解点検の前と再据付け後に測定した両測定データの周波数スペクトルを比較することで実施する、ジェットポンプ１３におけるインレットミキサー管３３のジェットポンプディフューザ３４に対する偏芯量または衝突の有無の推定と、地震発生時の前後において測定した両測定データの周波数スペクトルを比較することで実施する、ジェットポンプ１３におけるインレットミキサー管３３のジェットポンプディフューザ３４に対する偏芯量または衝突の有無の推定などが含まれる。
【００５７】
評価部６２は、更に、推定した劣化等不具合状態（ウェッジ３６の摩耗量、インレットミキサー管３３のジェットポンプディフューザ３４に対する偏芯量または衝突の有無など）が、許容値としてのクライテリアを超えたときに警告を出力する。
【００５８】
ここで、評価部６２は、ジェットポンプ１３の劣化等不具合状態と振動状態との関連データの記憶と、測定データの周波数スペクトルＦの変化の有無の判断と、この周波数スペクトルＦに対応する劣化等不具合状態の推定と、警告の出力判定とを、ニューラルネットワークを用いて実施してもよい。このニューラルネットワークとは、人の脳神経系をモデルにした情報処理システムであり、人の脳の基本機能である認識や記憶、判断などの処理をコンピュータ上で実現するものである。
【００５９】
次に、上述のように構成された振動評価装置６０の作用を、図１５を用いて説明する。
【００６０】
振動解析部６１がジェットポンプ１３の数値構造解析モデル４１を用いて、ジェットポンプ１３の劣化等不具合状態を変化させて、当該劣化等不具合状態毎に振動解析を実施し、ジェットポンプ１３の劣化等不具合状態毎に振動状態（振動変位の周波数スペクトル）を求める（Ｓ１１）。
【００６１】
評価部６２は、このジェットポンプ１３の劣化等不具合状態と振動状態とを関連付けた、例えば図１３に示す関連データを記憶する（Ｓ１２）。
【００６２】
超音波センサ５１は、沸騰水型原子炉１１の運転中にジェットポンプ１３の振動変位を測定して評価部６２へ送信する。（Ｓ１３）。
【００６３】
評価部６２は、超音波センサ５１にて測定されたジェットポンプ１３の振動変位の周波数スペクトルＦが、正常なジェットポンプ１３の振動変位の周波数スペクトルＥに対して変化しているか否かを判断する（Ｓ１４）。
【００６４】
評価部６２は、周波数スペクトルＦが周波数スペクトルＥに対して変化していると判断したときに、この周波数スペクトルＦを、ステップＳ１２にて記憶した関連データと照合し（Ｓ１５）、周波数スペクトルＦと特徴点が合致する周波数スペクトルａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ…を選択して求め、この選択した周波数スペクトルに関連付けられた劣化等不具合状態を、現時点におけるジェットポンプ１３の劣化等不具合状態であるとして推定する（Ｓ１６）。
【００６５】
評価部６２は、ステップＳ１６にて推定した劣化等不具合状態がクライテリアを超えたときに、警告を出力する（Ｓ１７）。
【００６６】
評価部６２は、ステップＳ１４において、超音波センサ５１にて測定された振動変位の周波数スペクトルＦが変化していないと判断し、または、ステップＳ１７において、劣化等不具合状態がクライテリアを超えていないと判断したときに、ステップＳ１３へ戻る。
【００６７】
従って、上述のように構成された振動評価装置６０によれば、次の効果（３）及び（４）を奏する。
【００６８】
（３）振動解析部６１は、ジェットポンプ１３の数値構造解析モデル４１を用いて、当該ジェットポンプ１３の劣化等不具合状態毎にジェットポンプ１３の振動変位の周波数スペクトルを求め、評価部６２は、ジェットポンプ１３の劣化等不具合状態と振動変位の周波数スペクトルとを関連付けた関連データを記憶し、更に、超音波センサ５１にて測定されたジェットポンプ１３の振動変位の周波数スペクトルを上記関連データと照合して、現時点におけるジェットポンプ１３の劣化等不具合状態（ウェッジ３６の摩耗量、インレットミキサー管３３のジェットポンプディフューザ３４に対する偏芯量、衝突の有無など）を推定する。このため、沸騰水型原子炉１１の運転中においても、ジェットポンプ１３の劣化等不具合状態を好適に把握し評価することができる。
【００６９】
（４）評価部６２は、推定したジェットポンプ１３の劣化等不具合状態がクライテリアを超えたときに警告を出力することから、ジェットポンプ１３の劣化等不具合状態に対して迅速かつ適切な対処を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明に係る振動評価装置の第１の実施の形態が適用された沸騰水型原子炉を示す縦断面図。
【図２】図１のジェットポンプを示す正面図。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図。
【図４】図２のＩＶ部拡大断面図。
【図５】図１及び図２のジェットポンプと共に、振動評価装置の構成を示す構成図。
【図６】ジェットポンプの数値構造解析モデルの一例を示す説明図。
【図７】（Ａ）は図５のセンサによる測定データの周波数スペクトルを示すグラフ、（Ｂ）は図６の数値構造解析モデルを用いた解析結果の周波数スペクトルを示すグラフ。
【図８】図５の振動評価装置における作用を示すフローチャート。
【図９】（Ａ）は本発明に係る振動評価装置の第２の実施の形態を、ジェットポンプと共に示す構成図、（Ｂ）はジェットポンプに装着された反射体を超音波センサと共に示す側面図。
【図１０】ジェットポンプの数値構造解析モデルの一例を示す説明図。
【図１１】（Ａ）は図９の超音波センサによる測定データの周波数スペクトルを示すグラフ、（Ｂ）は図１０の数値構造解析モデルを用いた解析結果の周波数スペクトルを示すグラフ。
【図１２】本発明に係る振動評価装置の第３の実施の形態を、ジェットポンプと共に示す構成図。
【図１３】図１２の振動解析部で求めた、ジェットポンプの劣化等不具合状態と振動状態とを関連付けた関連データの一例を示す説明図。
【図１４】図１２の超音波センサによる測定データの周波数スペクトルを示し、（Ａ）は変化前を示すグラフ、（Ｂ）は変化後を示すグラフ。
【図１５】図１２の振動評価装置の作用を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００７１】
１０ 振動評価装置
１３ ジェットポンプ（原子炉内構造物、評価対象物）
４１ 数値構造解析モデル
４２ 歪ゲージ（センサ）
４３ 加速度計（センサ）
４４ 振動解析部
４５ 評価部
４７ 測定点対応位置
５０ 振動評価装置
５１ 超音波センサ（センサ）
５２ 反射体
５２Ａ 反射面
５３ 測定点対応位置
６０ 振動評価装置
６１ 振動解析部
６２ 評価部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉内構造物の複数の測定点における振動に関するデータを測定する複数のセンサと、
前記原子炉内構造物の数値構造解析モデルを用いて振動解析を実施し、当該原子炉内構造物の振動状態を求める振動解析部と、
この振動解析部の振動解析による前記測定点に対応する位置での解析結果と前記センサによる測定データとが合致している場合に、前記原子炉内構造物の各位置における振動状態を、前記数値構造解析モデルを用いて推定し評価する評価部と、を有することを特徴とする振動評価装置。
【請求項２】
前記評価部は、数値構造解析モデルを用いて推定した原子炉内構造物の振動状態の推定値が許容値を超えたときに、警報を出力するよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載の振動評価装置。
【請求項３】
前記原子炉内構造物が、沸騰水型原子炉のジェットポンプであることを特徴とする請求項１に記載の振動評価装置。
【請求項４】
評価対象物の測定点における振動に関するデータを測定するセンサと、
前記評価対象物の数値構造解析モデルを用い、当該評価対象物の劣化等不具合状態を変化させて振動解析を実施し、当該評価対象物の劣化等不具合状態毎に振動状態を求める振動解析部と、
前記評価対象物の劣化等不具合状態と振動状態とを関連付けた関連データを備え、前記センサにて測定された測定データにより前記評価対象物の振動状態が変化したと判断したときに、前記関連データを用いて前記評価対象物の劣化等不具合状態を推定して評価する評価部と、を有することを特徴とする振動評価装置。
【請求項５】
前記評価部は、推定した評価対象物の劣化等不具合状態が許容値を超えたときに、警報を出力するよう構成されたことを特徴とする請求項４に記載の振動評価装置。
【請求項６】
前記評価部の機能が、ニューラルネットワークを用いて実施されるよう構成されたことを特徴とする請求項４に記載の振動評価装置。
【請求項７】
前記評価対象物の劣化等不具合状態が、沸騰水型原子炉のジェットポンプにおけるウェッジの摩耗状態であることを特徴とする請求項４に記載の振動評価装置。
【請求項８】
前記評価対象物の劣化等不具合状態が、沸騰水型原子炉のジェットポンプにおけるインレットミキサー管とジェットポンプディフューザとの偏芯または接触状態であることを特徴とする請求項４に記載の振動評価装置。
【請求項９】
前記センサが、原子炉内構造物の測定点に設置された歪ゲージまたは加速度計であり、前記歪ゲージが歪測定値を、前記加速度計が加速度測定値を、それぞれ振動に関するデータとして測定することを特徴とする請求項１または４に記載の振動評価装置。
【請求項１０】
前記センサが、原子炉内構造物の測定点に対応して原子炉圧力容器外に設置された超音波センサであり、測定点における振動変位を振動に関するデータとして測定することを特徴とする請求項１または４に記載の振動評価装置。
【請求項１１】
前記原子炉内構造物の測定点には、超音波の反射させる平面形状の反射面が設けられたことを特徴とする請求項１０に記載の振動評価装置。
【請求項１２】
原子炉内構造物の複数の測定点における振動に関するデータを複数のセンサにより測定する測定ステップと、
前記原子炉内構造物の数値構造解析モデルを用いて振動解析を実施し、当該原子炉内構造物の振動状態を求める振動解析ステップと、
この振動解析ステップの振動解析による前記測定点に対応する位置での解析結果と前記センサによる測定データとが合致している場合に、前記原子炉内構造物の各位置における振動状態を、前記数値構造解析モデルを用いて推定し評価する評価ステップと、を有することを特徴とする振動評価方法。
【請求項１３】
評価対象物の測定点における振動に関するデータをセンサにより測定する測定ステップと、
前記評価対象物の数値構造解析モデルを用い、当該評価対象物の劣化等不具合状態を変化させて振動解析を実施し、当該評価対象物の劣化等不具合状態毎に振動状態を求める振動解析ステップと、
前記測定ステップにて測定した測定データにより前記評価対象物の振動状態が変化したと判断したときに、前記評価対象物の劣化等不具合状態と振動状態とを関連付けた関連データを用いて、当該評価対象物の劣化等不具合状態を推定して評価する評価ステップと、を有することを特徴とする振動評価方法。
【請求項１】
原子炉内構造物の複数の測定点における振動に関するデータを測定する複数のセンサと、
前記原子炉内構造物の数値構造解析モデルを用いて振動解析を実施し、当該原子炉内構造物の振動状態を求める振動解析部と、
この振動解析部の振動解析による前記測定点に対応する位置での解析結果と前記センサによる測定データとが合致している場合に、前記原子炉内構造物の各位置における振動状態を、前記数値構造解析モデルを用いて推定し評価する評価部と、を有することを特徴とする振動評価装置。
【請求項２】
前記評価部は、数値構造解析モデルを用いて推定した原子炉内構造物の振動状態の推定値が許容値を超えたときに、警報を出力するよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載の振動評価装置。
【請求項３】
前記原子炉内構造物が、沸騰水型原子炉のジェットポンプであることを特徴とする請求項１に記載の振動評価装置。
【請求項４】
評価対象物の測定点における振動に関するデータを測定するセンサと、
前記評価対象物の数値構造解析モデルを用い、当該評価対象物の劣化等不具合状態を変化させて振動解析を実施し、当該評価対象物の劣化等不具合状態毎に振動状態を求める振動解析部と、
前記評価対象物の劣化等不具合状態と振動状態とを関連付けた関連データを備え、前記センサにて測定された測定データにより前記評価対象物の振動状態が変化したと判断したときに、前記関連データを用いて前記評価対象物の劣化等不具合状態を推定して評価する評価部と、を有することを特徴とする振動評価装置。
【請求項５】
前記評価部は、推定した評価対象物の劣化等不具合状態が許容値を超えたときに、警報を出力するよう構成されたことを特徴とする請求項４に記載の振動評価装置。
【請求項６】
前記評価部の機能が、ニューラルネットワークを用いて実施されるよう構成されたことを特徴とする請求項４に記載の振動評価装置。
【請求項７】
前記評価対象物の劣化等不具合状態が、沸騰水型原子炉のジェットポンプにおけるウェッジの摩耗状態であることを特徴とする請求項４に記載の振動評価装置。
【請求項８】
前記評価対象物の劣化等不具合状態が、沸騰水型原子炉のジェットポンプにおけるインレットミキサー管とジェットポンプディフューザとの偏芯または接触状態であることを特徴とする請求項４に記載の振動評価装置。
【請求項９】
前記センサが、原子炉内構造物の測定点に設置された歪ゲージまたは加速度計であり、前記歪ゲージが歪測定値を、前記加速度計が加速度測定値を、それぞれ振動に関するデータとして測定することを特徴とする請求項１または４に記載の振動評価装置。
【請求項１０】
前記センサが、原子炉内構造物の測定点に対応して原子炉圧力容器外に設置された超音波センサであり、測定点における振動変位を振動に関するデータとして測定することを特徴とする請求項１または４に記載の振動評価装置。
【請求項１１】
前記原子炉内構造物の測定点には、超音波の反射させる平面形状の反射面が設けられたことを特徴とする請求項１０に記載の振動評価装置。
【請求項１２】
原子炉内構造物の複数の測定点における振動に関するデータを複数のセンサにより測定する測定ステップと、
前記原子炉内構造物の数値構造解析モデルを用いて振動解析を実施し、当該原子炉内構造物の振動状態を求める振動解析ステップと、
この振動解析ステップの振動解析による前記測定点に対応する位置での解析結果と前記センサによる測定データとが合致している場合に、前記原子炉内構造物の各位置における振動状態を、前記数値構造解析モデルを用いて推定し評価する評価ステップと、を有することを特徴とする振動評価方法。
【請求項１３】
評価対象物の測定点における振動に関するデータをセンサにより測定する測定ステップと、
前記評価対象物の数値構造解析モデルを用い、当該評価対象物の劣化等不具合状態を変化させて振動解析を実施し、当該評価対象物の劣化等不具合状態毎に振動状態を求める振動解析ステップと、
前記測定ステップにて測定した測定データにより前記評価対象物の振動状態が変化したと判断したときに、前記評価対象物の劣化等不具合状態と振動状態とを関連付けた関連データを用いて、当該評価対象物の劣化等不具合状態を推定して評価する評価ステップと、を有することを特徴とする振動評価方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００９−７９９０６（Ｐ２００９−７９９０６Ａ）
【公開日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４７１３６（Ｐ２００７−２４７１３６）
【出願日】平成１９年９月２５日（２００７．９．２５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２５日（２００７．９．２５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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