炉内構造物のき裂診断方法およびき裂診断装置
【課題】小型化が可能で検査対象部位が狭隘部に存在する場合でもき裂の存在を精度良く診断できる炉内構造物のき裂診断方法を提供する。
【解決手段】原子炉圧力容器１内に設置されて原子炉ノズルに溶接された炉心スプレイ配管４に、加振装置１６を固定アーム１８及び可動アーム２０を用いて装着する。おもり２４が、おもり２４の重心の位置と異なる位置で回転軸２６に取り付けられている。モータ２５を駆動しておもり２４を回転させることにより、炉心スプレイ配管４が繰り返し荷重により加振される。加速度計２９が加振されている炉心スプレイ配管４の固有振動数を測定し、この固有振動数が信号処理装置３５に入力される。信号処理装置３５は、測定された固有振動数と検査対象部位にき裂が存在しない状態における炉心スプレイ配管４の固有振動数とを比較し、検査対象部位におけるき裂の有無を診断する。
【解決手段】原子炉圧力容器１内に設置されて原子炉ノズルに溶接された炉心スプレイ配管４に、加振装置１６を固定アーム１８及び可動アーム２０を用いて装着する。おもり２４が、おもり２４の重心の位置と異なる位置で回転軸２６に取り付けられている。モータ２５を駆動しておもり２４を回転させることにより、炉心スプレイ配管４が繰り返し荷重により加振される。加速度計２９が加振されている炉心スプレイ配管４の固有振動数を測定し、この固有振動数が信号処理装置３５に入力される。信号処理装置３５は、測定された固有振動数と検査対象部位にき裂が存在しない状態における炉心スプレイ配管４の固有振動数とを比較し、検査対象部位におけるき裂の有無を診断する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉内構造物のき裂診断方法およびき裂診断装置に係り、特に、沸騰水型原子炉に適用するのに好適な炉内構造物のき裂診断方法およびき裂診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電プラントの原子炉圧力容器内に設置された炉内構造物の溶接部近傍に、応力腐食割れによりき裂が発生していないことを、定期的な検査により監視している。このき裂の検査には、一般的に、テレビカメラによる目視検査および超音波探傷による検査などの非破壊検査が採用されている。検査対象の炉内構造物の溶接部が狭隘部に位置する場合には、検査装置が接近できないことから検査の難易度が高くなる場合も考えられる。このため、炉内構造物の検査対象部位から離れた位置で、き裂の有無を診断できるき裂診断方法を適用することが必要となる。
【０００３】
炉内構造物の検査対象部位から離れた位置で、き裂の有無を診断する方法の一例が、特開平２−２１２７２２号公報に記載されている。この診断方法は、構造物に加速度計等のセンサを設置し、センサの出力信号に基づいて、センサ設置位置における固有振動数の算出、他信号との相関、各信号の減衰等の算出を行い、これらとこれらの標準値との比較を行って、構造物の異常の有無を判定している。また、特開平２−２１２７２２号公報は、定期的にハンマリングによる打撃試験によって、固有振動数の確認やチェックを行うことも記載している。
【０００４】
特開２００５−３０８５５７号公報は、原子炉内の構造物の固有振動数を測定する固有振動数測定装置を記載している。この固有振動数測定装置は、一対の誘導装置に取り付けられて主測定部を有する測定器と、エアシリンダ、軸方向位置決め板および周方向位置決め板を有する固定装置と、振動棒と、振動棒を被検体方向に移動させて振動棒から被検体に一定荷重を負荷する負荷装置と、振動体を有する振動棒を振動させる振動装置と、圧電素子を有する測定装置とを備えている。固定装置、振動棒、負荷装置、振動装置および測定装置は測定器に設けられ、主測定部は振動棒、振動装置および測定装置によって構成される。
【０００５】
一対の誘導装置により測定器が、原子炉圧力容器内に設けられたエルボに溶接された被検体付近まで移動され、軸方向位置決め板および周方向位置決め板をエルボの外面に当てエアシリンダを操作して測定器をエルボに固定する。負荷装置は、主測定部を被検体に向って移動させ、振動棒が被検体に接触したときに、振動棒に一定の押付け力を与える。振動体に通電して振動棒を振動させ、そして振動体への通電を停止して振動棒に接触している圧電素子の信号を測定する。圧電素子の信号の周波数から振動棒の固有振動数、すなわち、被検体の固有振動数を求める。その後、負荷装置により主測定部を被検体から離す方向に移動させる。測定された振動棒の固有値は被検体の剛性の影響を受けるため、被検体にき裂が生じて剛性が低下すると、振動棒の固有値も低下する。このため、測定された固有振動数が、平均値を標準偏差のｎ倍以上下回る場合に、き裂が存在すると判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平２−２１２７２２号公報
【特許文献２】特開２００５−３０８５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
原子炉圧力容器内に設置された炉内構造物の検査対象部位は、水深２０ｍ以上の部位が多く、遠隔操作では大きな衝撃力を加えることは困難である。炉心スプレイ配管（外径３００ｍｍ程度）等の大型構造物は、加振に大きな衝撃力を要するため、特開平２−２１２７２２号公報に記載されたき裂の有無を診断する方法を適用するのは困難と考えられる。
【０００８】
特開２００５−３０８５５７号公報に記載されたき裂診断方法は、原子炉圧力容器内に設置された被検体に振動棒を圧着させて振動体により振動棒を振動させ、圧電素子により振動棒の固有振動数を測定し、この固有振動数の低下により、被検体に欠陥が存在していることを評価することができる。特開２００５−３０８５５７号公報に記載されたき裂診断方法は、被検体の剛性の低下により振動棒の固有値が低下する現象を利用して被検体にき裂が存在するか否かを判定するため、被検体が振動棒と同程度の大きさの場合のみに適用することができる。しかしながら、特開２００５−３０８５５７号公報に記載されたき裂診断方法は被検体が大型の構造物である場合には適用することができない。
【０００９】
本発明の目的は、小型化が可能で大きな炉内構造物におけるき裂の存在を精度良く診断できる炉内構造物のき裂診断方法およびき裂診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、原子炉圧力容器内に設置された炉内構造物に加振装置を装着し、加振装置で発生する繰り返し荷重によって、炉内構造物を加振し、炉内構造物を加振後において炉内対象物の第１固有振動数を測定し、測定された第１固有振動数及び炉内構造物にき裂が存在しないときにおける炉内構造物の第２固有振動数に基づいて炉内構造物にき裂が存在するかを判定することにある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、き裂診断装置の小型化が可能であり、大型の構造物である炉内構造物に存在するき裂を精度良く診断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の好適な一実施例である炉内構造物のき裂診断方法に用いられるき裂診断装置の構成図である。
【図２】図１に示す加振装置の詳細構成図である。
【図３】図２に示す加振装置を用いた炉内構造物のき裂診断方法におけるき裂検査の手順のフローチャートである。
【図４】図１のIV部の拡大図である。
【図５】加振開始時における加速度計の測定値の周波数の分析結果を示す説明図である。
【図６】炉内構造物の溶接部にき裂が存在しない状態で炉内構造物が共振したときにおける加速度計の測定値の周波数の分析結果を示す説明図である。
【図７】炉内構造物の溶接部にき裂が存在する状態で炉内構造物が共振したときにおける加速度計の測定値の周波数の分析結果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施例を、図面を用いて以下に説明する。
【実施例１】
【００１４】
本発明の好適な一実施例である炉内構造物のき裂診断方法を、図１、図２および図３を用いて説明する。
【００１５】
最初に、本実施例のき裂診断方法が適用される炉内構造物について説明する。沸騰水型原子力プラントは、図１に示すように、原子炉ノズル２を有する原子炉圧力容器１を備えている。スプレイ水供給配管３が原子炉ノズル２に接続される。炉内構造物の１つである外径３００ｍｍの炉心スプレイ配管４が、原子炉圧力容器１内に配置され、複数の配管サポート５によって原子炉圧力容器１の内面に固定されている。炉心スプレイ配管４は、原子炉ノズル２内に挿入されて溶接部６で原子炉ノズル２に接合され、スプレイ水供給配管３に連絡される（図４参照）。炉心スプレイ配管４は、原子炉圧力容器１内に配置された炉心（図示せず）の上方に配置されたスプレイヘッダ（図示せず）に接続される。スプレイヘッダ、炉心スプレイ配管４およびスプレイ水供給配管３は、非常用炉心冷却装置を構成している。原子炉圧力容器１は、原子炉建屋（図示せず）内に設置されている。
【００１６】
原子炉内の冷却水が外部に流出する冷却材喪失事故が発生したとき、スプレイ水が、スプレイ水供給配管３から炉心スプレイ配管４に供給され、スプレイヘッダに設けられた複数のスプレイノズルから炉心内にスプレイされる。
【００１７】
本実施例の炉内構造物のき裂診断方法に用いられるき裂診断装置１５を、図１および図２を用いて説明する。き裂診断装置１５は、加振装置１６、水圧ポンプ３０、加振周波数制御装置３３および信号処理装置３５を備える。加振装置１６は、躯体１７、把持装置４５および加振器２３を有する。把持装置４５および加振器２３は、躯体１７に設けられる。
【００１８】
把持装置４５は、固定アーム１８、可動アーム２０およびシリンダ装置２２を有する。固定アーム１８は躯体１７に固定され、可動アーム２０は躯体１７に移動可能に取り付けられている。固定アーム１８と可動アーム２０は実質的に平行に配置される。曲面凹部を有する把持部１９が固定アーム１８に取り付けられ、曲面凹部を有する把持部２１が可動アーム２０に取り付けられる。把持部１９と把持部２１は曲面凹部が互いに対向するように配置される。躯体１７に取り付けられたシリンダ装置２２は、図示されていないが、シリンダ、シリンダ内に配置されたピストンおよびピストンに連結されたピストンロッドを有する。可動アーム２０はピストンロッドに取り付けられる。水圧ポンプ３０に接続された耐圧ホース３１がシリンダに接続される。弁３２が耐圧ホース３１に取り付けられる。
【００１９】
加振器２３は、円盤状のおもり２４、モータ２５および回転軸２６を有する。モータ２５は躯体１７に設置され、このおもり２４はモータ２５の回転軸（図示せず）に連結された回転軸２６に取り付けられる。おもり２４は、円盤状以外の形状を有していてもよい。回転軸２６の一端部が、躯体１７の一部である支持部材２７に回転可能に取り付けられている。おもり２４は、おもり２４の質量重心位置と異なる位置で、すなわち、偏心した状態で回転軸２６に取り付けられる。電源ケーブル３４がモータ２５および加振周波数制御装置３３に接続される。加速度計２９が固定アーム１８に取り付けられ、信号ケーブル３６が加速度計２９に接続される。この信号ケーブル３６が信号処理装置３５に接続される。加速度計２９は、把持部１９が取り付けられた位置で、把持部１９が取り付けられた面とは反対側の面で、固定アーム１８に取り付けられる。
【００２０】
き裂診断装置１５を用いた本実施例の炉内構造物のき裂診断方法を、図２及び図３を用いて具体的に説明する。本実施例のき裂診断方法は、沸騰水型原子力プラントの運転が停止された後の定期検査の期間において実施される。沸騰水型原子力プラントの運転が停止された後、原子炉圧力容器１に取り付けられている上蓋（図示せず）が取り外され、原子炉圧力容器１内及び原子炉圧力容器１の真上に存在する原子炉ウェル８内に冷却水９が充填される。原子炉圧力容器１内に設置された蒸気乾燥器（図示せず）及び気水分離器（図示せず）が、取り外されて原子炉圧力容器１の外に搬出される。水圧ポンプ３０、加振周波数制御装置３３および信号処理装置３５は、原子炉建屋内に存在する運転床１０の床面上に設置される。
【００２１】
この状態で、加振装置を炉心スプレイ配管の位置まで移動する（ステップＳ１）。炉心スプレイ配管４は、原子炉ウェル８内の冷却水の液面から下方に向かって約２０ｍの位置に存在する。加振装置１６を原子炉圧力容器１内の炉心スプレイ配管４の位置まで移動させるために、操作ポール３７が用いられる。加振装置１６の躯体１７が操作ポール３７に取り付けられる。燃料交換機１１に乗った保守員が、加振装置１６が取り付けられた操作ポール３７を持って、加振装置１６を原子炉ウェル８内に降ろし、操作ポール３７によって加振装置１６を炉心スプレイ配管４の位置まで下降させる。燃料交換機１１は、運転床１０の床面上に設置されたガイドレールに沿って移動可能である。
【００２２】
加振装置を炉心スプレイ配管に装着する（ステップＳ２）。操作ポール３７によって炉内構造物である炉心スプレイ配管（き裂診断対象物）４の位置まで下降された加振装置１６が炉心スプレイ配管４に装着される。加振装置１６の炉心スプレイ配管４への装着を、詳細に説明する。炉心スプレイ配管４が、炉心スプレイ配管４の位置まで下降された加振装置１６の把持装置４５の把持部１９と把持部２１の間に位置している。弁３２を開いて水圧ポンプ３０を駆動し、水圧ポンプ３０で昇圧された高圧水が、耐圧ホース３１を通してピストンの上面に作用するようにシリンダ装置２２のシリンダ内に供給される。ピストンが高圧水によって押し下げられ、可動アーム２０が躯体１７に設けられたガイド（図示せず）に沿って下方に向かって移動する。把持部１９および２１が、炉心スプレイ配管４に接触し、炉心スプレイ配管４を上下方向において把持する。このようにして、加振装置１６が、炉心スプレイ配管４に装着されて炉心スプレイ配管４に固定される。加振装置１６が炉心スプレイ配管４に装着されたとき、水圧ポンプ３０の駆動が停止され、弁３２が閉じられる。この状態では、シリンダ内の水圧がピストンを押し下げる方向に作用しており、加振装置１６の炉心スプレイ配管４への装着が保持される。本実施例では、炉心スプレイ配管４と原子炉ノズル２との溶接部６近傍で炉心スプレイ配管４に発生しているき裂７（図４参照）を検出するため、加振装置１６は、溶接部６から一つ目の配管サポート５と溶接部６との間で、炉心スプレイ配管４に取り付けられる。
【００２３】
操作ポールを加振装置から切り離す（ステップＳ３）。燃料交換機１１に乗っている保守員が、操作ポール３７を操作して操作ポール３７を加振装置１６の躯体１７から取り外す。加振装置１６は炉心スプレイ配管４に固定されたまま保持される。
【００２４】
加振器を作動させて炉心スプレイ配管を加振する（ステップＳ４）。加振周波数制御装置３３から出力された駆動指令が電源ケーブル３４を通してモータ２５に伝えられてモータ２５が駆動され、回転軸２６が回転する。回転軸２６の回転により、偏心しているおもり２４も回転する。おもり２４がおもり２４の質量重心位置と異なる位置で回転軸２６に取り付けられているので、モータ２５の回転数に応じた繰返し荷重が発生し、加振方向３８が鉛直方向となる繰返し荷重が、躯体１７、固定アーム１８および可動アーム２０を介して炉心スプレイ配管４に加えられる。炉心スプレイ配管４に加えられる繰返し荷重の周波数は、モータ２５の回転数を加振周波数制御装置３３により調整することによって制御される。
【００２５】
加振器のモータの回転数を減少させる（ステップＳ５）。炉心スプレイ配管４と原子炉ノズル２との溶接部６近傍で炉心スプレイ配管４にき裂７（図４参照）が発生して炉心スプレイ配管４の拘束力が弱まると、溶接部６と配管サポート５の間に位置する炉心スプレイ配管４の固有値が低下する。この固有値の低下を検出するため、加振装置１６は、前述したように、溶接部６から一つ目の配管サポート５と溶接部６との間で、炉心スプレイ配管４に取り付けられる。加振器２３により炉心スプレイ配管４に加えられる繰返し荷重による加振周波数は、炉心スプレイ配管４の溶接部２近傍にき裂が存在しないときの炉心スプレイ配管４の固有値よりも高い周波数から徐々に低下される。この加振周波数の低下は、加振周波数制御装置３３による、加振器２３のモータ２５の回転数を減少させる制御によって行われる。
【００２６】
加速度計で炉心スプレイ配管の加速度を測定し、加速度がピークになる回転数で加振を継続する（ステップＳ６）。炉心スプレイ配管４に加えられる繰返し荷重の加振周波数を減少させながら、加速度計２９を用いて炉心スプレイ配管４の加振によって生じる加速度を測定する。加速度計２９で測定された加速度は、信号ケーブル３６を通して信号処理装置３５に伝えられる。信号処理装置３５は、加振周波数を減少している間、入力した加速度の周波数分析を継続して行い、測定した加速度がピークになる周波数を求める。信号処理装置３５は、さらに、測定した加速度がピークになる周波数に基づいて、この周波数に対応した、加振器２３のモータ２５の回転数を求め、モータ２５の回転数を求められたこの回転数になるように制御する。そして、測定した加速度がピークになるモータ２５の回転数に対応した周波数を有する繰返し荷重を発生させ、この繰返し荷重を炉心スプレイ配管４に加えて炉心スプレイ配管４の加振を継続する。これは、測定した加速度がピークになる加速度の周波数（炉心スプレイ配管４の固有振動数）と同じ周波数を有する繰返し荷重で炉心スプレイ配管４を加振することにより、炉心スプレイ配管４を共振させることになる。本実施例は、共振現象を利用して炉心スプレイ配管４を加振する。
【００２７】
なお、加振器２３のモータ２５の回転数を低い回転数から高い回転数に増加させても、測定した加速度がピークになる周波数を求めることができ、この周波数に基づいて、この周波数に対応した、加振器２３のモータ２５の回転数を求めることができる。このため、モータ２５の回転数を求められたこの回転数になるように制御することができる。
【００２８】
加振を停止後、炉心スプレイ配管（炉内構造物）の固有値を測定する（ステップＳ７）。測定した加速度がピークになるモータ２５の回転数に対応した周波数の繰返し荷重による炉心スプレイ配管４への加振が所定時間継続された後、炉心スプレイ配管４の加振を停止する。この加振の停止は、加振周波数制御装置３３から出力された駆動停止指令に基づいてモータ２５の回転が停止されることによって行われる。加振器２３による炉心スプレイ配管４への加振が停止された後、固有振動数で振動している炉心スプレイ配管４の加速度を加速度計２９で測定する。測定された加速度が、加速度計２９から出力され、信号ケーブル３６を通して信号処理装置３５に入力される。信号処理装置３５は、加速度計２９から入力した、固有振動数で振動している炉心スプレイ配管４の測定された加速度に基づいて、炉心スプレイ配管４にき裂が発生しているか否かを判定する。
【００２９】
信号処理装置３５におけるき裂の発生の有無を判定する処理を以下に説明する。基本的には、固有振動数で振動している炉心スプレイ配管４の測定された加速度に基づいて得られた炉心スプレイ配管４の固有振動数が、き裂が存在しない炉心スプレイ配管４の固有振動数に比べて低いときに、き裂が発生していると判定する。
【００３０】
き裂の発生の有無の判定の概念を、図５、図６及び図７を用いて説明する。
【００３１】
原子炉圧力容器１内に設置された炉内構造物（例えば、炉心スプレイ配管）を繰返し荷重により加振する際の周波数は、検査対象の溶接部により接合された炉内構造物の固有振動数に近い値を選定する。検査対象の溶接部付近における炉内構造物のき裂の有無が不明である検査前には、炉内構造物の固有振動数も不明であるため、炉内構造物にき裂が存在しない状態における炉内構造物の固有振動数よりも高い周波数から、徐々に、炉内構造物を加振する繰返し荷重の周波数を減少させる。
【００３２】
加振装置による炉内構造物に対する加振開始時における加速度計測定値に対する周波数分析結果４０では、周波数毎の加速度はほぼ一様な値になり、それらの加速度に明確な差異は見られない（図５参照）。図５、図６及び図７において、二点鎖線で示された４１は、炉内構造物の検査対象部位にき裂が存在しない場合の炉内構造物の固有値（固有振動数）を示している。この固有値４１は、解析または原子力プラントの建設時に測定される。
【００３３】
その後、炉内構造物に加える繰返し荷重の周波数を徐々に減少させると、周波数毎の加速度に差異が生じ始める。周波数毎の加速度において差異が明瞭な周波数（加速度がピークを形成する周波数）を、加振する際における繰返し荷重の周波数に選定することで、炉内構造物の共振現象を利用した加振が可能となる。
【００３４】
測定した炉内構造物の固有振動数に基づいた炉内構造物、特に、炉内構造物の溶接部付近におけるき裂の有無の判定は、上記した加振により炉内構造物が共振した際に、加速度計で測定された加速度の周波数分析で得られた情報を用いて行われる。炉内構造物の溶接部付近にき裂が存在しないときにおける測定された加速度の周波数分析結果４２（図６参照）は、炉内構造物（例えば、炉心スプレイ配管）の拘束力の低下が生じないため、測定された加速度のピーク４３の周波数（炉内構造物の固有振動数）は、炉内構造物の検査対象部位にき裂が存在しない場合の炉内構造物の固有値（固有振動数）４１と実質的に同じ値になる。これに対して、炉内構造物の溶接部付近にき裂が存在するときにおける測定された加速度の周波数分析結果４４（図７参照）は、発生したき裂により炉内構造物（例えば、炉心スプレイ配管）の拘束力が低下するため、測定された加速度のピーク４３の周波数は、炉内構造物の検査対象部位にき裂が存在しない場合の炉内構造物の固有値（固有振動数）４１よりも小さな値となる。このため、測定された加速度のピーク４３の周波数、すなわち、測定された炉内対象物の固有振動数と検査対象部位にき裂が存在しないときにおける炉内構造物の固有値（固有振動数）４１を比較することによって、炉内構造物の検査対象部位にき裂が存在しているかを判定することができる。
【００３５】
加振装置１６を用いた本実施例のき裂診断方法においても、信号処理装置３５は、測定された加速度のピーク４３の周波数、すなわち、測定された炉心スプレイ配管４の固有振動数と炉心スプレイ配管４の検査対象部位にき裂が存在していないときにおける炉心スプレイ配管４の固有値（固有振動数）４１を比較して炉心スプレイ配管４の溶接部６付近におけるき裂７の有無を判定する。信号処理装置３５は、加速度計２９で測定された加速度の周波数分析を行うことによって、炉内構造物である炉心スプレイ配管４の振動状況を周波数毎の加速度として評価する。
【００３６】
信号処理装置３５は、加速度計２９から入力した、固有振動数で振動している炉心スプレイ配管４の測定された加速度の周波数分析を行い、加速度のピーク４３を形成する周波数を求める。信号処理装置３５は、さらに、このピーク４３を形成する周波数が炉心スプレイ配管４の検査対象部位にき裂が存在しないときにおける炉心スプレイ配管４の固有値（固有振動数）４１よりも小さいかを判定する。図４に示すように、炉心スプレイ配管４の溶接部６近傍にき裂７が存在するので、加速度のピーク４３を形成する周波数が炉心スプレイ配管４の固有値（固有振動数）４１よりも小さくなる。換言すれば、加速度のピーク４３を形成する周波数が炉心スプレイ配管４の固有値（固有振動数）４１よりも小さくなったとき、信号処理装置３５は、炉心スプレイ配管４の溶接部６近傍にき裂７が存在すると判定する。加速度のピーク４３を形成する周波数が炉心スプレイ配管４の固有値（固有振動数）４１に等しくなったときには、信号処理装置３５は、炉心スプレイ配管４の溶接部６近傍にき裂７が存在しないと判定する。
【００３７】
操作ポールを加振装置に取り付ける（ステップＳ８）。燃料交換機１１に乗っている保守員は、手に持った操作ポール３７を原子炉ウェル８から原子炉圧力容器１内に下降させ、操作ポール３７を炉心スプレイ配管４に装着されている加振装置１６の躯体１７に取り付ける。
【００３８】
加振装置を炉心スプレイ配管から取り外す（ステップＳ９）。弁３２を開いて、シリンダ内でピストンを下方に押圧している高圧水を、耐圧ホース３１を通してシリンダ外に排出する。シリンダ内の下部にはコイルばね（図示せず）が配置されている。シリンダ内に供給された高圧水によってピストンが押し下げられているとき、すなわち、加振装置１６が炉心スプレイ配管４に装着されているとき、押し下げられたピストンによってシリンダ内のコイルばねが圧縮されている。弁３２を開いてピストンを押し下げている高圧水をシリンダ外に排出したとき、ピストンがコイルばねによって押し上げられ、可動アーム２０が上方に向かって移動する。把持部２１が炉心スプレイ配管４の外面から離される。操作ポール３７を原子炉圧力容器１の中心軸に向かって移動させることによって、一対の把持部１９及び２１が炉心スプレイ配管４の真下及び真上のそれぞれの位置から原子炉圧力容器１の中心軸に向かって移動する。このようにして、加振装置１６が炉心スプレイ配管４から取り外される。
【００３９】
加振装置を原子炉圧力容器から回収する（ステップＳ１０）。保守員は、操作ポール３７を引き上げることによって、加速装置１５を、原子炉圧力容器１内から取り出してさらに原子炉ウェル８内を上方に向かって移動させる。操作ポール３７がさらに引き上げられたとき、加速装置１５が、原子炉ウェル８内の冷却水の水面よりも上方に達し、燃料交換機１１上に引き上げられる。
【００４０】
以上に述べたステップＳ１〜Ｓ１０の各工程が終了したとき、本実施例の炉内構造物のき裂診断方法が終了する。
【００４１】
本実施例によれば、測定された、炉心スプレイ配管４の加速度のピーク４３の周波数と同じ周波数を有する繰返し荷重で炉心スプレイ配管４を加振することにより、炉心スプレイ配管４に共振を起こさせるので、小さな繰り返し荷重による加振により炉心スプレイ配管４の固有振動数を測定することできる。このため、加振装置１６を小型化することができる。また、炉内構造物を、共振現象を利用して加振することができるので、本実施例は、特開２００５−３０８５５７号公報に記載されたき裂診断方法とは異なり、大型の炉内構造物でも小さな繰り返し荷重による加振により大型の炉内構造物の固有振動数を測定することができる。したがって、本実施例は、原子炉圧力容器１内に設けられた炉内構造物（大型構造物）に存在するき裂を精度良く検出することができる。
【００４２】
また、本実施例によれば、き裂の有無を診断したい、炉心スプレイ配管４の溶接部付近等の検査対象部位から離れた位置で加振装置１６を炉心スプレイ配管４に装着し、上記したように共振した炉心スプレイ配管４の固有振動数に基づいて検査対象部位におけるき裂が存在するか（または存在しないか）を判定することができる。このため、検査対象部位が原子炉ノズル４内等の狭隘部に位置して検査対象部位への接近が困難な場合でも、炉内構造物の検査対象部位にき裂が発生しているかを判定することができる。
【００４３】
本実施例によれば、測定された加速度のピークの周波数、すなわち、測定された炉心スプレイ配管４の固有振動数と炉心スプレイ配管４の検査対象部位にき裂が存在していないときにおける炉心スプレイ配管４の固有値（固有振動数）４１を比較して炉心スプレイ配管４の溶接部６付近におけるき裂７の存在を判定するので、炉心スプレイ配管４の検査対象部位にき裂７が存在することを精度良く検出することができる。本実施例は、特に、炉心スプレイ配管４と原子炉ノズル２の溶接部６等の検査対象部位のように、き裂診断装置をその検査対象部位の近くに配置することができない場合でも、その検査対象部位を含んでいる炉心スプレイ配管４の、その検査対象部位から離れた位置に加振装置１６を装着し、この位置を加振装置１６で加振することによって、溶接部６等の検査対象部位におけるき裂の存在を精度良く診断することができる。
【００４４】
本実施例は、炉心スプレイ配管４に加振する繰り返し荷重の周波数を減少させて（または増加させて）加振された炉心スプレイ配管４の加速度がピークになる周波数（スプレイ配管４の固有振動数）を求めるので、原子炉圧力容器１に設置された状態での炉心スプレイ配管４の固有振動数を精度良く求めることができる。特に、検査対象部位にき裂７が存在する場合には、き裂７が存在する炉心スプレイ配管４の固有振動数を精度良く求めることができる。そして、この固有振動数に対応した周波数を有する繰り返し荷重で炉心スプレイ配管４を加振するので、炉心スプレイ配管４を容易に共振させることができる。
【００４５】
本実施例は、測定した加速度がピークになる周波数を有する繰り返し荷重によって炉心スプレイ配管４を加振し、この加振を停止した後、炉心スプレイ配管４の加速度を測定している。このため、その加振を停止した後に自励振動する炉心スプレイ配管４の固有振動数を精度良く測定することができ、炉心スプレイ配管４におけるき裂の存在を精度良く検出することができる。
【００４６】
また、本実施例は、おもり２４を、おもり２４の質量重心位置と異なる位置で、モータ２５に連結された回転軸２６に取り付けた加振器２３を用いているので、モータ２５の回転数を調節することによって炉心スプレイ配管４に加える繰り返し荷重の周波数を容易に調節することができる。
【００４７】
本実施例は、炉水スプレイ配管４以外に、原子炉圧力容器１内に配置されて原子炉圧力容器１に設置された給水スパージャに適用することができる。原子炉圧力容器１内に給水を供給する給水配管が、原子炉圧力容器１に設けられた給水ノズルに接続されている。給水スパージャは、給水配管で供給された給水を原子炉圧力容器１内により均等に供給するために設けられた一種のヘッダー管である。給水スパージャは、給水ノズル内に挿入されて給水ノズルに溶接にて接合されている。この状態で、給水スパージャは給水配管に連絡される。加振装置１６を給水スパージャに装着して、炉心スプレイ配管４の場合と同様に、給水スパージャを繰り返し荷重によって加振し、給水スパージャの加速度を測定し、給水スパージャの溶接部付近におけるき裂の存在を精度良く判定することができる。
【００４８】
本実施例は、加圧水型原子力プラントの原子炉容器内に設けられた炉内構造物のき裂診断にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、原子力プラントの炉内構造物の健全性の確認に適用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１…原子炉圧力容器、２…原子炉ノズル、４…炉心スプレイ配管、５…配管サポート、６…溶接部、７…き裂、８…原子炉ウェル、１１…燃料交換機、１５…き裂診断装置、１６…加振装置、１７…躯体、１８…固定アーム、１９…可動アーム、２２…シリンダ装置、２３…加振器、２４…おもり、２５…モータ、２６…回転軸、２９…加速度計、３０…水圧ポンプ、３３…加振周波数制御装置、３５…信号処理装置、３７…操作ポール、４５…把持装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉内構造物のき裂診断方法およびき裂診断装置に係り、特に、沸騰水型原子炉に適用するのに好適な炉内構造物のき裂診断方法およびき裂診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電プラントの原子炉圧力容器内に設置された炉内構造物の溶接部近傍に、応力腐食割れによりき裂が発生していないことを、定期的な検査により監視している。このき裂の検査には、一般的に、テレビカメラによる目視検査および超音波探傷による検査などの非破壊検査が採用されている。検査対象の炉内構造物の溶接部が狭隘部に位置する場合には、検査装置が接近できないことから検査の難易度が高くなる場合も考えられる。このため、炉内構造物の検査対象部位から離れた位置で、き裂の有無を診断できるき裂診断方法を適用することが必要となる。
【０００３】
炉内構造物の検査対象部位から離れた位置で、き裂の有無を診断する方法の一例が、特開平２−２１２７２２号公報に記載されている。この診断方法は、構造物に加速度計等のセンサを設置し、センサの出力信号に基づいて、センサ設置位置における固有振動数の算出、他信号との相関、各信号の減衰等の算出を行い、これらとこれらの標準値との比較を行って、構造物の異常の有無を判定している。また、特開平２−２１２７２２号公報は、定期的にハンマリングによる打撃試験によって、固有振動数の確認やチェックを行うことも記載している。
【０００４】
特開２００５−３０８５５７号公報は、原子炉内の構造物の固有振動数を測定する固有振動数測定装置を記載している。この固有振動数測定装置は、一対の誘導装置に取り付けられて主測定部を有する測定器と、エアシリンダ、軸方向位置決め板および周方向位置決め板を有する固定装置と、振動棒と、振動棒を被検体方向に移動させて振動棒から被検体に一定荷重を負荷する負荷装置と、振動体を有する振動棒を振動させる振動装置と、圧電素子を有する測定装置とを備えている。固定装置、振動棒、負荷装置、振動装置および測定装置は測定器に設けられ、主測定部は振動棒、振動装置および測定装置によって構成される。
【０００５】
一対の誘導装置により測定器が、原子炉圧力容器内に設けられたエルボに溶接された被検体付近まで移動され、軸方向位置決め板および周方向位置決め板をエルボの外面に当てエアシリンダを操作して測定器をエルボに固定する。負荷装置は、主測定部を被検体に向って移動させ、振動棒が被検体に接触したときに、振動棒に一定の押付け力を与える。振動体に通電して振動棒を振動させ、そして振動体への通電を停止して振動棒に接触している圧電素子の信号を測定する。圧電素子の信号の周波数から振動棒の固有振動数、すなわち、被検体の固有振動数を求める。その後、負荷装置により主測定部を被検体から離す方向に移動させる。測定された振動棒の固有値は被検体の剛性の影響を受けるため、被検体にき裂が生じて剛性が低下すると、振動棒の固有値も低下する。このため、測定された固有振動数が、平均値を標準偏差のｎ倍以上下回る場合に、き裂が存在すると判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平２−２１２７２２号公報
【特許文献２】特開２００５−３０８５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
原子炉圧力容器内に設置された炉内構造物の検査対象部位は、水深２０ｍ以上の部位が多く、遠隔操作では大きな衝撃力を加えることは困難である。炉心スプレイ配管（外径３００ｍｍ程度）等の大型構造物は、加振に大きな衝撃力を要するため、特開平２−２１２７２２号公報に記載されたき裂の有無を診断する方法を適用するのは困難と考えられる。
【０００８】
特開２００５−３０８５５７号公報に記載されたき裂診断方法は、原子炉圧力容器内に設置された被検体に振動棒を圧着させて振動体により振動棒を振動させ、圧電素子により振動棒の固有振動数を測定し、この固有振動数の低下により、被検体に欠陥が存在していることを評価することができる。特開２００５−３０８５５７号公報に記載されたき裂診断方法は、被検体の剛性の低下により振動棒の固有値が低下する現象を利用して被検体にき裂が存在するか否かを判定するため、被検体が振動棒と同程度の大きさの場合のみに適用することができる。しかしながら、特開２００５−３０８５５７号公報に記載されたき裂診断方法は被検体が大型の構造物である場合には適用することができない。
【０００９】
本発明の目的は、小型化が可能で大きな炉内構造物におけるき裂の存在を精度良く診断できる炉内構造物のき裂診断方法およびき裂診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、原子炉圧力容器内に設置された炉内構造物に加振装置を装着し、加振装置で発生する繰り返し荷重によって、炉内構造物を加振し、炉内構造物を加振後において炉内対象物の第１固有振動数を測定し、測定された第１固有振動数及び炉内構造物にき裂が存在しないときにおける炉内構造物の第２固有振動数に基づいて炉内構造物にき裂が存在するかを判定することにある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、き裂診断装置の小型化が可能であり、大型の構造物である炉内構造物に存在するき裂を精度良く診断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の好適な一実施例である炉内構造物のき裂診断方法に用いられるき裂診断装置の構成図である。
【図２】図１に示す加振装置の詳細構成図である。
【図３】図２に示す加振装置を用いた炉内構造物のき裂診断方法におけるき裂検査の手順のフローチャートである。
【図４】図１のIV部の拡大図である。
【図５】加振開始時における加速度計の測定値の周波数の分析結果を示す説明図である。
【図６】炉内構造物の溶接部にき裂が存在しない状態で炉内構造物が共振したときにおける加速度計の測定値の周波数の分析結果を示す説明図である。
【図７】炉内構造物の溶接部にき裂が存在する状態で炉内構造物が共振したときにおける加速度計の測定値の周波数の分析結果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施例を、図面を用いて以下に説明する。
【実施例１】
【００１４】
本発明の好適な一実施例である炉内構造物のき裂診断方法を、図１、図２および図３を用いて説明する。
【００１５】
最初に、本実施例のき裂診断方法が適用される炉内構造物について説明する。沸騰水型原子力プラントは、図１に示すように、原子炉ノズル２を有する原子炉圧力容器１を備えている。スプレイ水供給配管３が原子炉ノズル２に接続される。炉内構造物の１つである外径３００ｍｍの炉心スプレイ配管４が、原子炉圧力容器１内に配置され、複数の配管サポート５によって原子炉圧力容器１の内面に固定されている。炉心スプレイ配管４は、原子炉ノズル２内に挿入されて溶接部６で原子炉ノズル２に接合され、スプレイ水供給配管３に連絡される（図４参照）。炉心スプレイ配管４は、原子炉圧力容器１内に配置された炉心（図示せず）の上方に配置されたスプレイヘッダ（図示せず）に接続される。スプレイヘッダ、炉心スプレイ配管４およびスプレイ水供給配管３は、非常用炉心冷却装置を構成している。原子炉圧力容器１は、原子炉建屋（図示せず）内に設置されている。
【００１６】
原子炉内の冷却水が外部に流出する冷却材喪失事故が発生したとき、スプレイ水が、スプレイ水供給配管３から炉心スプレイ配管４に供給され、スプレイヘッダに設けられた複数のスプレイノズルから炉心内にスプレイされる。
【００１７】
本実施例の炉内構造物のき裂診断方法に用いられるき裂診断装置１５を、図１および図２を用いて説明する。き裂診断装置１５は、加振装置１６、水圧ポンプ３０、加振周波数制御装置３３および信号処理装置３５を備える。加振装置１６は、躯体１７、把持装置４５および加振器２３を有する。把持装置４５および加振器２３は、躯体１７に設けられる。
【００１８】
把持装置４５は、固定アーム１８、可動アーム２０およびシリンダ装置２２を有する。固定アーム１８は躯体１７に固定され、可動アーム２０は躯体１７に移動可能に取り付けられている。固定アーム１８と可動アーム２０は実質的に平行に配置される。曲面凹部を有する把持部１９が固定アーム１８に取り付けられ、曲面凹部を有する把持部２１が可動アーム２０に取り付けられる。把持部１９と把持部２１は曲面凹部が互いに対向するように配置される。躯体１７に取り付けられたシリンダ装置２２は、図示されていないが、シリンダ、シリンダ内に配置されたピストンおよびピストンに連結されたピストンロッドを有する。可動アーム２０はピストンロッドに取り付けられる。水圧ポンプ３０に接続された耐圧ホース３１がシリンダに接続される。弁３２が耐圧ホース３１に取り付けられる。
【００１９】
加振器２３は、円盤状のおもり２４、モータ２５および回転軸２６を有する。モータ２５は躯体１７に設置され、このおもり２４はモータ２５の回転軸（図示せず）に連結された回転軸２６に取り付けられる。おもり２４は、円盤状以外の形状を有していてもよい。回転軸２６の一端部が、躯体１７の一部である支持部材２７に回転可能に取り付けられている。おもり２４は、おもり２４の質量重心位置と異なる位置で、すなわち、偏心した状態で回転軸２６に取り付けられる。電源ケーブル３４がモータ２５および加振周波数制御装置３３に接続される。加速度計２９が固定アーム１８に取り付けられ、信号ケーブル３６が加速度計２９に接続される。この信号ケーブル３６が信号処理装置３５に接続される。加速度計２９は、把持部１９が取り付けられた位置で、把持部１９が取り付けられた面とは反対側の面で、固定アーム１８に取り付けられる。
【００２０】
き裂診断装置１５を用いた本実施例の炉内構造物のき裂診断方法を、図２及び図３を用いて具体的に説明する。本実施例のき裂診断方法は、沸騰水型原子力プラントの運転が停止された後の定期検査の期間において実施される。沸騰水型原子力プラントの運転が停止された後、原子炉圧力容器１に取り付けられている上蓋（図示せず）が取り外され、原子炉圧力容器１内及び原子炉圧力容器１の真上に存在する原子炉ウェル８内に冷却水９が充填される。原子炉圧力容器１内に設置された蒸気乾燥器（図示せず）及び気水分離器（図示せず）が、取り外されて原子炉圧力容器１の外に搬出される。水圧ポンプ３０、加振周波数制御装置３３および信号処理装置３５は、原子炉建屋内に存在する運転床１０の床面上に設置される。
【００２１】
この状態で、加振装置を炉心スプレイ配管の位置まで移動する（ステップＳ１）。炉心スプレイ配管４は、原子炉ウェル８内の冷却水の液面から下方に向かって約２０ｍの位置に存在する。加振装置１６を原子炉圧力容器１内の炉心スプレイ配管４の位置まで移動させるために、操作ポール３７が用いられる。加振装置１６の躯体１７が操作ポール３７に取り付けられる。燃料交換機１１に乗った保守員が、加振装置１６が取り付けられた操作ポール３７を持って、加振装置１６を原子炉ウェル８内に降ろし、操作ポール３７によって加振装置１６を炉心スプレイ配管４の位置まで下降させる。燃料交換機１１は、運転床１０の床面上に設置されたガイドレールに沿って移動可能である。
【００２２】
加振装置を炉心スプレイ配管に装着する（ステップＳ２）。操作ポール３７によって炉内構造物である炉心スプレイ配管（き裂診断対象物）４の位置まで下降された加振装置１６が炉心スプレイ配管４に装着される。加振装置１６の炉心スプレイ配管４への装着を、詳細に説明する。炉心スプレイ配管４が、炉心スプレイ配管４の位置まで下降された加振装置１６の把持装置４５の把持部１９と把持部２１の間に位置している。弁３２を開いて水圧ポンプ３０を駆動し、水圧ポンプ３０で昇圧された高圧水が、耐圧ホース３１を通してピストンの上面に作用するようにシリンダ装置２２のシリンダ内に供給される。ピストンが高圧水によって押し下げられ、可動アーム２０が躯体１７に設けられたガイド（図示せず）に沿って下方に向かって移動する。把持部１９および２１が、炉心スプレイ配管４に接触し、炉心スプレイ配管４を上下方向において把持する。このようにして、加振装置１６が、炉心スプレイ配管４に装着されて炉心スプレイ配管４に固定される。加振装置１６が炉心スプレイ配管４に装着されたとき、水圧ポンプ３０の駆動が停止され、弁３２が閉じられる。この状態では、シリンダ内の水圧がピストンを押し下げる方向に作用しており、加振装置１６の炉心スプレイ配管４への装着が保持される。本実施例では、炉心スプレイ配管４と原子炉ノズル２との溶接部６近傍で炉心スプレイ配管４に発生しているき裂７（図４参照）を検出するため、加振装置１６は、溶接部６から一つ目の配管サポート５と溶接部６との間で、炉心スプレイ配管４に取り付けられる。
【００２３】
操作ポールを加振装置から切り離す（ステップＳ３）。燃料交換機１１に乗っている保守員が、操作ポール３７を操作して操作ポール３７を加振装置１６の躯体１７から取り外す。加振装置１６は炉心スプレイ配管４に固定されたまま保持される。
【００２４】
加振器を作動させて炉心スプレイ配管を加振する（ステップＳ４）。加振周波数制御装置３３から出力された駆動指令が電源ケーブル３４を通してモータ２５に伝えられてモータ２５が駆動され、回転軸２６が回転する。回転軸２６の回転により、偏心しているおもり２４も回転する。おもり２４がおもり２４の質量重心位置と異なる位置で回転軸２６に取り付けられているので、モータ２５の回転数に応じた繰返し荷重が発生し、加振方向３８が鉛直方向となる繰返し荷重が、躯体１７、固定アーム１８および可動アーム２０を介して炉心スプレイ配管４に加えられる。炉心スプレイ配管４に加えられる繰返し荷重の周波数は、モータ２５の回転数を加振周波数制御装置３３により調整することによって制御される。
【００２５】
加振器のモータの回転数を減少させる（ステップＳ５）。炉心スプレイ配管４と原子炉ノズル２との溶接部６近傍で炉心スプレイ配管４にき裂７（図４参照）が発生して炉心スプレイ配管４の拘束力が弱まると、溶接部６と配管サポート５の間に位置する炉心スプレイ配管４の固有値が低下する。この固有値の低下を検出するため、加振装置１６は、前述したように、溶接部６から一つ目の配管サポート５と溶接部６との間で、炉心スプレイ配管４に取り付けられる。加振器２３により炉心スプレイ配管４に加えられる繰返し荷重による加振周波数は、炉心スプレイ配管４の溶接部２近傍にき裂が存在しないときの炉心スプレイ配管４の固有値よりも高い周波数から徐々に低下される。この加振周波数の低下は、加振周波数制御装置３３による、加振器２３のモータ２５の回転数を減少させる制御によって行われる。
【００２６】
加速度計で炉心スプレイ配管の加速度を測定し、加速度がピークになる回転数で加振を継続する（ステップＳ６）。炉心スプレイ配管４に加えられる繰返し荷重の加振周波数を減少させながら、加速度計２９を用いて炉心スプレイ配管４の加振によって生じる加速度を測定する。加速度計２９で測定された加速度は、信号ケーブル３６を通して信号処理装置３５に伝えられる。信号処理装置３５は、加振周波数を減少している間、入力した加速度の周波数分析を継続して行い、測定した加速度がピークになる周波数を求める。信号処理装置３５は、さらに、測定した加速度がピークになる周波数に基づいて、この周波数に対応した、加振器２３のモータ２５の回転数を求め、モータ２５の回転数を求められたこの回転数になるように制御する。そして、測定した加速度がピークになるモータ２５の回転数に対応した周波数を有する繰返し荷重を発生させ、この繰返し荷重を炉心スプレイ配管４に加えて炉心スプレイ配管４の加振を継続する。これは、測定した加速度がピークになる加速度の周波数（炉心スプレイ配管４の固有振動数）と同じ周波数を有する繰返し荷重で炉心スプレイ配管４を加振することにより、炉心スプレイ配管４を共振させることになる。本実施例は、共振現象を利用して炉心スプレイ配管４を加振する。
【００２７】
なお、加振器２３のモータ２５の回転数を低い回転数から高い回転数に増加させても、測定した加速度がピークになる周波数を求めることができ、この周波数に基づいて、この周波数に対応した、加振器２３のモータ２５の回転数を求めることができる。このため、モータ２５の回転数を求められたこの回転数になるように制御することができる。
【００２８】
加振を停止後、炉心スプレイ配管（炉内構造物）の固有値を測定する（ステップＳ７）。測定した加速度がピークになるモータ２５の回転数に対応した周波数の繰返し荷重による炉心スプレイ配管４への加振が所定時間継続された後、炉心スプレイ配管４の加振を停止する。この加振の停止は、加振周波数制御装置３３から出力された駆動停止指令に基づいてモータ２５の回転が停止されることによって行われる。加振器２３による炉心スプレイ配管４への加振が停止された後、固有振動数で振動している炉心スプレイ配管４の加速度を加速度計２９で測定する。測定された加速度が、加速度計２９から出力され、信号ケーブル３６を通して信号処理装置３５に入力される。信号処理装置３５は、加速度計２９から入力した、固有振動数で振動している炉心スプレイ配管４の測定された加速度に基づいて、炉心スプレイ配管４にき裂が発生しているか否かを判定する。
【００２９】
信号処理装置３５におけるき裂の発生の有無を判定する処理を以下に説明する。基本的には、固有振動数で振動している炉心スプレイ配管４の測定された加速度に基づいて得られた炉心スプレイ配管４の固有振動数が、き裂が存在しない炉心スプレイ配管４の固有振動数に比べて低いときに、き裂が発生していると判定する。
【００３０】
き裂の発生の有無の判定の概念を、図５、図６及び図７を用いて説明する。
【００３１】
原子炉圧力容器１内に設置された炉内構造物（例えば、炉心スプレイ配管）を繰返し荷重により加振する際の周波数は、検査対象の溶接部により接合された炉内構造物の固有振動数に近い値を選定する。検査対象の溶接部付近における炉内構造物のき裂の有無が不明である検査前には、炉内構造物の固有振動数も不明であるため、炉内構造物にき裂が存在しない状態における炉内構造物の固有振動数よりも高い周波数から、徐々に、炉内構造物を加振する繰返し荷重の周波数を減少させる。
【００３２】
加振装置による炉内構造物に対する加振開始時における加速度計測定値に対する周波数分析結果４０では、周波数毎の加速度はほぼ一様な値になり、それらの加速度に明確な差異は見られない（図５参照）。図５、図６及び図７において、二点鎖線で示された４１は、炉内構造物の検査対象部位にき裂が存在しない場合の炉内構造物の固有値（固有振動数）を示している。この固有値４１は、解析または原子力プラントの建設時に測定される。
【００３３】
その後、炉内構造物に加える繰返し荷重の周波数を徐々に減少させると、周波数毎の加速度に差異が生じ始める。周波数毎の加速度において差異が明瞭な周波数（加速度がピークを形成する周波数）を、加振する際における繰返し荷重の周波数に選定することで、炉内構造物の共振現象を利用した加振が可能となる。
【００３４】
測定した炉内構造物の固有振動数に基づいた炉内構造物、特に、炉内構造物の溶接部付近におけるき裂の有無の判定は、上記した加振により炉内構造物が共振した際に、加速度計で測定された加速度の周波数分析で得られた情報を用いて行われる。炉内構造物の溶接部付近にき裂が存在しないときにおける測定された加速度の周波数分析結果４２（図６参照）は、炉内構造物（例えば、炉心スプレイ配管）の拘束力の低下が生じないため、測定された加速度のピーク４３の周波数（炉内構造物の固有振動数）は、炉内構造物の検査対象部位にき裂が存在しない場合の炉内構造物の固有値（固有振動数）４１と実質的に同じ値になる。これに対して、炉内構造物の溶接部付近にき裂が存在するときにおける測定された加速度の周波数分析結果４４（図７参照）は、発生したき裂により炉内構造物（例えば、炉心スプレイ配管）の拘束力が低下するため、測定された加速度のピーク４３の周波数は、炉内構造物の検査対象部位にき裂が存在しない場合の炉内構造物の固有値（固有振動数）４１よりも小さな値となる。このため、測定された加速度のピーク４３の周波数、すなわち、測定された炉内対象物の固有振動数と検査対象部位にき裂が存在しないときにおける炉内構造物の固有値（固有振動数）４１を比較することによって、炉内構造物の検査対象部位にき裂が存在しているかを判定することができる。
【００３５】
加振装置１６を用いた本実施例のき裂診断方法においても、信号処理装置３５は、測定された加速度のピーク４３の周波数、すなわち、測定された炉心スプレイ配管４の固有振動数と炉心スプレイ配管４の検査対象部位にき裂が存在していないときにおける炉心スプレイ配管４の固有値（固有振動数）４１を比較して炉心スプレイ配管４の溶接部６付近におけるき裂７の有無を判定する。信号処理装置３５は、加速度計２９で測定された加速度の周波数分析を行うことによって、炉内構造物である炉心スプレイ配管４の振動状況を周波数毎の加速度として評価する。
【００３６】
信号処理装置３５は、加速度計２９から入力した、固有振動数で振動している炉心スプレイ配管４の測定された加速度の周波数分析を行い、加速度のピーク４３を形成する周波数を求める。信号処理装置３５は、さらに、このピーク４３を形成する周波数が炉心スプレイ配管４の検査対象部位にき裂が存在しないときにおける炉心スプレイ配管４の固有値（固有振動数）４１よりも小さいかを判定する。図４に示すように、炉心スプレイ配管４の溶接部６近傍にき裂７が存在するので、加速度のピーク４３を形成する周波数が炉心スプレイ配管４の固有値（固有振動数）４１よりも小さくなる。換言すれば、加速度のピーク４３を形成する周波数が炉心スプレイ配管４の固有値（固有振動数）４１よりも小さくなったとき、信号処理装置３５は、炉心スプレイ配管４の溶接部６近傍にき裂７が存在すると判定する。加速度のピーク４３を形成する周波数が炉心スプレイ配管４の固有値（固有振動数）４１に等しくなったときには、信号処理装置３５は、炉心スプレイ配管４の溶接部６近傍にき裂７が存在しないと判定する。
【００３７】
操作ポールを加振装置に取り付ける（ステップＳ８）。燃料交換機１１に乗っている保守員は、手に持った操作ポール３７を原子炉ウェル８から原子炉圧力容器１内に下降させ、操作ポール３７を炉心スプレイ配管４に装着されている加振装置１６の躯体１７に取り付ける。
【００３８】
加振装置を炉心スプレイ配管から取り外す（ステップＳ９）。弁３２を開いて、シリンダ内でピストンを下方に押圧している高圧水を、耐圧ホース３１を通してシリンダ外に排出する。シリンダ内の下部にはコイルばね（図示せず）が配置されている。シリンダ内に供給された高圧水によってピストンが押し下げられているとき、すなわち、加振装置１６が炉心スプレイ配管４に装着されているとき、押し下げられたピストンによってシリンダ内のコイルばねが圧縮されている。弁３２を開いてピストンを押し下げている高圧水をシリンダ外に排出したとき、ピストンがコイルばねによって押し上げられ、可動アーム２０が上方に向かって移動する。把持部２１が炉心スプレイ配管４の外面から離される。操作ポール３７を原子炉圧力容器１の中心軸に向かって移動させることによって、一対の把持部１９及び２１が炉心スプレイ配管４の真下及び真上のそれぞれの位置から原子炉圧力容器１の中心軸に向かって移動する。このようにして、加振装置１６が炉心スプレイ配管４から取り外される。
【００３９】
加振装置を原子炉圧力容器から回収する（ステップＳ１０）。保守員は、操作ポール３７を引き上げることによって、加速装置１５を、原子炉圧力容器１内から取り出してさらに原子炉ウェル８内を上方に向かって移動させる。操作ポール３７がさらに引き上げられたとき、加速装置１５が、原子炉ウェル８内の冷却水の水面よりも上方に達し、燃料交換機１１上に引き上げられる。
【００４０】
以上に述べたステップＳ１〜Ｓ１０の各工程が終了したとき、本実施例の炉内構造物のき裂診断方法が終了する。
【００４１】
本実施例によれば、測定された、炉心スプレイ配管４の加速度のピーク４３の周波数と同じ周波数を有する繰返し荷重で炉心スプレイ配管４を加振することにより、炉心スプレイ配管４に共振を起こさせるので、小さな繰り返し荷重による加振により炉心スプレイ配管４の固有振動数を測定することできる。このため、加振装置１６を小型化することができる。また、炉内構造物を、共振現象を利用して加振することができるので、本実施例は、特開２００５−３０８５５７号公報に記載されたき裂診断方法とは異なり、大型の炉内構造物でも小さな繰り返し荷重による加振により大型の炉内構造物の固有振動数を測定することができる。したがって、本実施例は、原子炉圧力容器１内に設けられた炉内構造物（大型構造物）に存在するき裂を精度良く検出することができる。
【００４２】
また、本実施例によれば、き裂の有無を診断したい、炉心スプレイ配管４の溶接部付近等の検査対象部位から離れた位置で加振装置１６を炉心スプレイ配管４に装着し、上記したように共振した炉心スプレイ配管４の固有振動数に基づいて検査対象部位におけるき裂が存在するか（または存在しないか）を判定することができる。このため、検査対象部位が原子炉ノズル４内等の狭隘部に位置して検査対象部位への接近が困難な場合でも、炉内構造物の検査対象部位にき裂が発生しているかを判定することができる。
【００４３】
本実施例によれば、測定された加速度のピークの周波数、すなわち、測定された炉心スプレイ配管４の固有振動数と炉心スプレイ配管４の検査対象部位にき裂が存在していないときにおける炉心スプレイ配管４の固有値（固有振動数）４１を比較して炉心スプレイ配管４の溶接部６付近におけるき裂７の存在を判定するので、炉心スプレイ配管４の検査対象部位にき裂７が存在することを精度良く検出することができる。本実施例は、特に、炉心スプレイ配管４と原子炉ノズル２の溶接部６等の検査対象部位のように、き裂診断装置をその検査対象部位の近くに配置することができない場合でも、その検査対象部位を含んでいる炉心スプレイ配管４の、その検査対象部位から離れた位置に加振装置１６を装着し、この位置を加振装置１６で加振することによって、溶接部６等の検査対象部位におけるき裂の存在を精度良く診断することができる。
【００４４】
本実施例は、炉心スプレイ配管４に加振する繰り返し荷重の周波数を減少させて（または増加させて）加振された炉心スプレイ配管４の加速度がピークになる周波数（スプレイ配管４の固有振動数）を求めるので、原子炉圧力容器１に設置された状態での炉心スプレイ配管４の固有振動数を精度良く求めることができる。特に、検査対象部位にき裂７が存在する場合には、き裂７が存在する炉心スプレイ配管４の固有振動数を精度良く求めることができる。そして、この固有振動数に対応した周波数を有する繰り返し荷重で炉心スプレイ配管４を加振するので、炉心スプレイ配管４を容易に共振させることができる。
【００４５】
本実施例は、測定した加速度がピークになる周波数を有する繰り返し荷重によって炉心スプレイ配管４を加振し、この加振を停止した後、炉心スプレイ配管４の加速度を測定している。このため、その加振を停止した後に自励振動する炉心スプレイ配管４の固有振動数を精度良く測定することができ、炉心スプレイ配管４におけるき裂の存在を精度良く検出することができる。
【００４６】
また、本実施例は、おもり２４を、おもり２４の質量重心位置と異なる位置で、モータ２５に連結された回転軸２６に取り付けた加振器２３を用いているので、モータ２５の回転数を調節することによって炉心スプレイ配管４に加える繰り返し荷重の周波数を容易に調節することができる。
【００４７】
本実施例は、炉水スプレイ配管４以外に、原子炉圧力容器１内に配置されて原子炉圧力容器１に設置された給水スパージャに適用することができる。原子炉圧力容器１内に給水を供給する給水配管が、原子炉圧力容器１に設けられた給水ノズルに接続されている。給水スパージャは、給水配管で供給された給水を原子炉圧力容器１内により均等に供給するために設けられた一種のヘッダー管である。給水スパージャは、給水ノズル内に挿入されて給水ノズルに溶接にて接合されている。この状態で、給水スパージャは給水配管に連絡される。加振装置１６を給水スパージャに装着して、炉心スプレイ配管４の場合と同様に、給水スパージャを繰り返し荷重によって加振し、給水スパージャの加速度を測定し、給水スパージャの溶接部付近におけるき裂の存在を精度良く判定することができる。
【００４８】
本実施例は、加圧水型原子力プラントの原子炉容器内に設けられた炉内構造物のき裂診断にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、原子力プラントの炉内構造物の健全性の確認に適用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１…原子炉圧力容器、２…原子炉ノズル、４…炉心スプレイ配管、５…配管サポート、６…溶接部、７…き裂、８…原子炉ウェル、１１…燃料交換機、１５…き裂診断装置、１６…加振装置、１７…躯体、１８…固定アーム、１９…可動アーム、２２…シリンダ装置、２３…加振器、２４…おもり、２５…モータ、２６…回転軸、２９…加速度計、３０…水圧ポンプ、３３…加振周波数制御装置、３５…信号処理装置、３７…操作ポール、４５…把持装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉圧力容器内に設置された炉内構造物に加振装置を装着し、前記加振装置で発生する繰り返し荷重によって、前記炉内構造物を加振し、前記炉内構造物を加振後において前記炉内対象物の第１固有振動数を測定し、測定された前記第１固有振動数及び前記炉内構造物にき裂が存在しないときにおける前記炉内構造物の第２固有振動数に基づいて前記炉内構造物にき裂が存在するかを判定することを特徴とする炉内構造物のき裂診断方法。
【請求項２】
前記炉内構造物を加振する前記繰り返し荷重の周波数を、増加または減少させて前記炉内構造物の第３固有振動数を測定し、測定された前記第３固有振動数の周波数を有する前記繰り返し荷重によって、前記炉内構造物を加振する請求項１に記載の炉内構造物のき裂診断方法。
【請求項３】
前記測定された第３固有振動数の周波数を有する前記繰り返し荷重による前記炉内構造物の加振を停止した後、前記炉内構造物の前記第１固有振動数を測定し、前記炉内構造物にき裂が存在するかの判定が、前記第３固有振動数の周波数を有する前記繰り返し荷重による前記炉内構造物の加振を停止した後に測定された前記第１固有振動数及び前記第２固有振動数に基づいて行われる請求項２に記載の炉内構造物のき裂診断方法。
【請求項４】
前記繰り返し荷重が、重心位置からずれた位置で、モータにより回転される回転軸に取り付けられたおもりを回転させることによって発生される請求項１ないし３のいずれか１項に記載の炉内構造物のき裂診断方法。
【請求項５】
前記炉内構造物が前記原子炉圧力容器内に設置された炉心スプレイ配管及び給水スパージャのいずれかである請求項１ないし４のいずれか１項に記載の炉内構造物のき裂診断方法。
【請求項６】
原子炉圧力容器内に設置された炉内構造物に加振装置を装着し、前記加振装置で発生する繰り返し荷重によって、前記炉内構造物を加振し、前記炉内構造物を加振後において前記炉内対象物の第１固有振動数を測定し、測定された前記第１固有振動数及び前記炉内構造物にき裂が存在しないときにおける前記炉内構造物の第２固有振動数に基づいて前記炉内構造物にき裂が存在していないかを判定することを特徴とする炉内構造物のき裂診断方法。
【請求項７】
き裂診断対象物に繰り返し荷重を加える加振器及び前記加振器を前記き裂診断対象物に装着する装着装置を有する加振装置と、前記加振装置に設けられ、前記き裂診断対象物の振動を検出する振動検出装置と、前記振動検出装置で測定された前記振動に基づいて前記き裂診断対象物の第１固有振動数を求め、前記第１固有振動数、および前記き裂診断対象物にき裂が存在しないときにおける前記き裂診断対象物の第２固有振動数に基づいて前記き裂診断対象物にき裂が存在するかを判定する信号処理装置とを備えたことを特徴とするき裂診断装置。
【請求項８】
前記加振器が、モーターと、重心位置からずれた位置で、前記モータで回転される回転軸に取り付けられたおもりとを有する請求項７に記載のき裂診断装置。
【請求項１】
原子炉圧力容器内に設置された炉内構造物に加振装置を装着し、前記加振装置で発生する繰り返し荷重によって、前記炉内構造物を加振し、前記炉内構造物を加振後において前記炉内対象物の第１固有振動数を測定し、測定された前記第１固有振動数及び前記炉内構造物にき裂が存在しないときにおける前記炉内構造物の第２固有振動数に基づいて前記炉内構造物にき裂が存在するかを判定することを特徴とする炉内構造物のき裂診断方法。
【請求項２】
前記炉内構造物を加振する前記繰り返し荷重の周波数を、増加または減少させて前記炉内構造物の第３固有振動数を測定し、測定された前記第３固有振動数の周波数を有する前記繰り返し荷重によって、前記炉内構造物を加振する請求項１に記載の炉内構造物のき裂診断方法。
【請求項３】
前記測定された第３固有振動数の周波数を有する前記繰り返し荷重による前記炉内構造物の加振を停止した後、前記炉内構造物の前記第１固有振動数を測定し、前記炉内構造物にき裂が存在するかの判定が、前記第３固有振動数の周波数を有する前記繰り返し荷重による前記炉内構造物の加振を停止した後に測定された前記第１固有振動数及び前記第２固有振動数に基づいて行われる請求項２に記載の炉内構造物のき裂診断方法。
【請求項４】
前記繰り返し荷重が、重心位置からずれた位置で、モータにより回転される回転軸に取り付けられたおもりを回転させることによって発生される請求項１ないし３のいずれか１項に記載の炉内構造物のき裂診断方法。
【請求項５】
前記炉内構造物が前記原子炉圧力容器内に設置された炉心スプレイ配管及び給水スパージャのいずれかである請求項１ないし４のいずれか１項に記載の炉内構造物のき裂診断方法。
【請求項６】
原子炉圧力容器内に設置された炉内構造物に加振装置を装着し、前記加振装置で発生する繰り返し荷重によって、前記炉内構造物を加振し、前記炉内構造物を加振後において前記炉内対象物の第１固有振動数を測定し、測定された前記第１固有振動数及び前記炉内構造物にき裂が存在しないときにおける前記炉内構造物の第２固有振動数に基づいて前記炉内構造物にき裂が存在していないかを判定することを特徴とする炉内構造物のき裂診断方法。
【請求項７】
き裂診断対象物に繰り返し荷重を加える加振器及び前記加振器を前記き裂診断対象物に装着する装着装置を有する加振装置と、前記加振装置に設けられ、前記き裂診断対象物の振動を検出する振動検出装置と、前記振動検出装置で測定された前記振動に基づいて前記き裂診断対象物の第１固有振動数を求め、前記第１固有振動数、および前記き裂診断対象物にき裂が存在しないときにおける前記き裂診断対象物の第２固有振動数に基づいて前記き裂診断対象物にき裂が存在するかを判定する信号処理装置とを備えたことを特徴とするき裂診断装置。
【請求項８】
前記加振器が、モーターと、重心位置からずれた位置で、前記モータで回転される回転軸に取り付けられたおもりとを有する請求項７に記載のき裂診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−６３１８２（Ｐ２０１２−６３１８２Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０６２０８（Ｐ２０１０−２０６２０８）
【出願日】平成２２年９月１５日（２０１０．９．１５）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１５日（２０１０．９．１５）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【Ｆターム（参考）】
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