JPH04278497A - 制御棒駆動機構のブレーキ機能確認試験方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、沸騰水型原子炉（以下
ＢＷＲと略す）に使用される制御棒駆動機構（以下ＣＲ
Ｄと略す）のブレーキ機能確認試験方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６はＢＷＲの概略構成を示すもので、
図において原子炉圧力容器１内には冷却材２が収容され
ているとともに炉心３が配設されている。この炉心３は
原子炉圧力容器１内に配置されたシュラウド４に支持さ
れており、図示しない複数の燃料集合体及び制御棒５（
図では２体のみ示す）等から構成されている。冷却材２
は炉心３を上方に向かって流通し、その際炉心３より発
生する崩壊熱により加熱される。加熱された冷却材２は
水と蒸気との二相状態となり、炉心３上方へ移動する。 炉心３の上方に設置された気水分離器６により水と蒸気
に分離された後、蒸気は図示しない蒸気乾燥器で乾燥さ
れ、原子炉圧力容器１に接続された図示しない主蒸気配
管を介してタービン系に送られて発電に供される。 タービン系で仕事をした蒸気は復水器で凝縮・液化され
て復水となり、浄化系より浄化された後、原子炉圧力容
器１に給水として戻される。一方、原子炉圧力容器１内
で分離された内水はダウンカマ部に流下して上記給水と
混合した状態で炉心３の下方に移送される。以下同様の
サイクルを繰り返す。

【０００３】前記制御棒５はＣＲＤ１１により炉心３内
への挿入・引抜量を調整され、それによって炉心３の出
力制御がなされる。このＣＲＤ１１は原子炉圧力容器１
の低部１ａに固定されたＣＲＤハウジング１２内に挿入
固定されている。

【０００４】つぎにＣＲＤ１１の構成を図１を参照して
説明する。ＣＲＤ１１は電動式であり、すなわち図１中
符号１３は電動機である。この電動機１３の回転軸１４
は図示しない歯車式のカップリングとカップリングケー
ス１５を介してＣＲＤ１１の駆動軸１６に連結されてい
る。この駆動軸１６は図示しないキー及びスプラインを
介してボールねじ軸１９に連結されている。このボール
ねじ軸１９にはボールナット２０が螺合している。この
ボールナット２０にはローラ２１が設置されており、こ
のローラ２１はガイドチューブ２２の内周面に軸方向に
取着された板２３を挟持するように設置されている。ボ
ールナット２０の上方には中空状のピストン２４が設置
されている。このピストン２４はその上端に設置された
カップリング２５を介して前記制御棒５に連結される。 すなわち、電動機１３の駆動により回転軸１４及び駆動
軸１６を介してボールねじ軸１９が回転する。このボー
ルねじ軸１９の回転によりボールナット２０が上下動す
る。 なお、このボールナット２０の回転はローラ２１が板２
３を挟持していることにより規制されている。ボールナ
ット２０の上下動によりピストン２４を介して制御棒５
が上下動する。これによって制御棒５の炉心３への挿入
・引抜量の調整が行われる。なお、図中符号２６はブラ
ケットであり、２７はラビリンスシールである。

【０００５】次に原子炉に緊急事態が発生して原子炉を
緊急停止させる場合（以下スクラムと記す）について説
明する。緊急事態が発生した場合にはＣＲＤハウジング
１２の下部フランジに接続されたスクラム挿入配管１７
及び注入口１８を介して高圧駆動水がピストン２４の下
面側に供給される。かかる高圧駆動水の供給によりボー
ルナット２０の上に単に載置されているピストン２４は
上方に押し上げられ、その結果、制御棒５は炉心３内に
高速で挿入され原子炉はスクラムする。

【０００６】更に上記構成において、制御棒５の挿入位
置の保持は電動機１３自身が有する保持トルクによって
ボールねじ軸１９の回転を規制する事によりなされてい
る。 これとともに、スクラム挿入配管破断時の制御棒逸出を
防ぐために、電磁ブレーキ２８が設けられている。すな
わち、万一前記スクラム挿入配管１７が破断したような
場合にはＣＲＤ１１の内部圧力が低下し、その結果、原
子炉圧力容器１内の圧力がピストン２４を押下げる力と
して作用する。この押下げ力はボールねじ軸１９に対し
て制御棒５を引抜く方向への大きな引抜トルクとして作
用する。その際、前述した電動機１３の保持トルクだけ
では引抜トルクに抵抗する事は出来ず、ボールねじ軸１
９が引抜方向に回転して制御棒５が引抜かれてしまう事
も予想される。 また、ＣＲＤ１１の内部圧力と原子炉圧力容器１内の圧
力差が大きい場合には制御棒５が高速で引抜かれる事に
なり、該引抜速度が炉心３における安全性維持のための
許容値を越えてしまい、急激な加速反応により炉心３が
損傷してしまうという事態も予想される。このため、前
記電動機１３自身の保持トルク以外に電動機１３の下に
、十分な保持トルクを有した電磁ブレーキ２８を設けて
いる。電磁ブレーキ２８は図２に示したようにコイル３
１がフィールド３２内に設けられており、コイル３１に
通電すると電磁力が発生する。フィールド３２に相対し
て設けられた磁性材で形成された円板状アーマチュア３
３は軸方向に移動できるが、回転できないようにピン３
４でフィールドに結合されたサイドプレート４１でフィ
ールド３２に取付けられている。このフィールド３２は
電動機１３のフレーム又はブラケット２６に固定されて
いる。

【０００７】一方、インナードライバ４４は電動機１３
の回転軸１４に嵌合され、Ｃ型止メ輪３６で固定されて
いる。キー３７は回転軸１４とインナードライバ４４の
間のトルク伝達を行う。インナードライバ４４の外周に
はディスク３８が軸方向に移動可能なようにスプライン
で嵌合し、ディスク３８の両面には摩擦板３９が固定さ
れている。以上の構造の電磁ブレーキ２８において、コ
イル３１に通電しない場合にはフィールド３２に収容さ
れた複数個のスプリング４０がアーマチュア３３を上方
向に押付ける。そのため、ディスク３８がサイドプレー
ト４１とアーマチュア３３で強く挟み付けられた状態と
なり、サイドプレート４１と摩擦板３９及び摩擦板３９
とアーマチュア３３の間の摩擦力によって電動機１３の
回転軸１４は拘束される。また、コイル３１に通電した
場合にはフィールド３２に発生した電磁力により、アー
マチュア３３がスプリング４０に打ち勝ってフィールド
３２に吸引されるため、ディスク３８が解放され制動力
を失う。ＣＲＤ１１において、制御棒５の挿入又は引抜
を行う場合、通常は通電せず制動力を有している電磁ブ
レーキ２８に通電して、その制動力を解除した後、電動
機１３を回転した制御棒５の駆動を行う。駆動後は電動
機１３を停止後、電磁ブレーキ２８の通電を切って制動
状態とする。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記構造のＣＲＤ１１
において、電磁ブレーキ２８は安全機能を有する事から
、定検時には電磁ブレーキ２８の保持機能の確認試験が
可能である事が要求されており、従来は、電動機１３の
駆動トルクを利用していた。つまり、電磁ブレーキ２８
を通電せず制動力を有した状態で電動機１３を起動し、
電動機１３が回転せず脱調状態にある事を見る事により
、電磁ブレーキ２８の保持トルクを確認する方法が採用
されていた。

【０００９】しかしながら、上記のような電動機１３の
駆動トルクを利用する確認方法では、電動機１３が脱調
した場合、特に過渡周波数領域において、高サイクル且
つ、高トルク荷重の発生を伴うため、機器の健全性を保
つ上で好ましくなかった。

【００１０】そこで本発明は、機器の健全性を損なう事
なく電磁ブレーキ２８のトルク保持機能を確認できるＣ
ＲＤ１１のブレーキ機能確認試験方法を提供する事を目
的とする。 ［発明の構成］

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は以上の目的を達
成するために、ＢＷＲの発電所に用いられるＣＲＤのブ
レーキ機能確認試験方法において、スクラム挿入配管破
断時に原子炉圧力容器内の圧力により制御棒が引抜かれ
る事を防ぐために上記ＣＲＤの下部に設置する電磁ブレ
ーキの電源をＯＦＦした際の電圧及び電流に発生するス
パイクによりブレーキが動作した事、及びスパイクの発
生するまでの時間（以下アーマチュア釈放時間と記す）
を測定する事によりブレーキスプリング力の健全性を確
認する事を特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明のブレーキ機能確認試験方法は、ブレー
キの電源をＯＦＦする際に電圧及び電流にスパイクが発
生し、このスパイクの発生によりブレーキが動作した事
の確認が可能になり、更にアーマチュア釈放時間の測定
値からスプリングの強さが正常である事の確認を可能に
する。この方法によれば、ＣＲＤの構成部品の健全性が
何等問題とならない。また、全てのブレーキの機能確認
試験が容易に行える等多くの利点がある。

【００１３】

【実施例】以下本発明の一実施例を図１から図４を参照
して説明する。

【００１４】図１はＢＷＲに用いられるＣＲＤ１１を示
すもので、図において符号２８は電磁ブレーキを示して
いる。図２に詳細に示した電磁ブレーキ２８は本体であ
るフィールド３２内にコイル３１が装着されており、こ
のコイル３１に通電すると電磁力が発生する。フィール
ド３２は磁性体で形成されており、磁力を強化してアー
マチュア３３を吸引する働きをする。アーマチュア３３
は磁性体で形成された円板で、サイドプレート４１によ
って軸方向に移動できるが、回転できない様にフィール
ド３２に取付けられている。同時にアーマチュア３３は
複数のスプリング４０によって上方向に押圧されている
。フィールド３２は電動機１３のフレーム、またはブラ
ケット２６に固定されている。

【００１５】一方、上記電磁ブレーキ２８には図１に示
すように電圧及び電流波形を表示するオシロスコープ３
０が接続されている。このオシロスコープ３０に表示さ
れる波形からスパイクの有無の確認及びアーマチュア釈
放時間の測定が可能となる。

【００１６】図３（ａ）〜（ｃ）は、このような試験に
より得られたブレーキ動作特性を示す図であり、横軸に
は時間が縦軸にはそれぞれ電圧、電流及びトルクの大き
さがとられている。図３（ａ），（ｂ）に示すように、
電源をｔ０　でＯＦＦした時、アーマチュア３３がコイ
ル３１から動きが止まった時に磁気抵抗が変化するため
、図中時間ｔ１　にあるようなスパイクが発生する。従
って、アーマチュア３３が動かなければスパイクは発生
せず、一方電磁ブレーキ２８の機能が健全であればスパ
イクが発生する事になる。

【００１７】図４は、試験により得られたスプリング力
とアーマチュア釈放時間の関係を示す実験データであり
、横軸にスプリング力、縦軸にアーマチュア釈放時間が
とられている。図に示されるようにスプリング力が弱ま
るとアーマチュア釈放時間が長くなるという明確な相関
関係が認められる。

【００１８】このことから、スパイク発生の確認及びア
ーマチュア釈放時間を測定する事により、ブレーキの動
作機能及びスプリングの力（保持トルク）の確認が可能
となる。

【００１９】本発明の一実施例によれば、スクラム挿入
配管１７破断時における電磁ブレーキ２８の機能保持の
確認は、電磁ブレーキ２８の電源をＯＦＦした時の電圧
及び電流の波形をオシロスコープ３０を通して見るだけ
であるため、機器の健全性の向上性がはかられ従来の問
題を解消することができる。

【００２０】本発明は、上述した一実施例に限定される
ものではない。すなわち、図２の電磁ブレーキの代わり
に図５のツースブレーキでも同様のテストで機能確認で
きる。

【００２１】図５において図２と同一部品には同一符号
を付した電磁ブレーキ２８ａにおいて、回転軸１４には
インナドライバ３５が連結されており、このインナドラ
イバ３５の外側にはキー３７を介してロータ４４が配設
されている。 このロータ４４とフィールド３２とはスリーブ４３を介
してねじ４２によって連結されている。

【００２２】このように構成された電磁ブレーキ２８に
おいても、その機能保持の確認を電源ＯＦＦ時の電圧、
電流によりスパイク発生の有無によって測定することが
できる。

【００２３】また、アーマチュア釈放時間の測定の代わ
りに、最高釈放電圧又は最低吸引電圧の測定でも良い。 更に、アーマチュア釈放時間の測定に加えてスパイクの
高さを測定しても良い。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＢＷＲの発電所に用いられるＣＲＤにおいて、スクラム
挿入配管破断時に生じる可能性のある制御棒引抜けを防
止するための電磁ブレーキの機能確認が可能となり、Ｃ
ＲＤを取付けたままでブレーキをＯＦＦし、その時の電
圧又は電流波形を見るだけであるため、機器の健全性を
向上させると同時に、原子炉の安全性を十分保証できる
。

【００２５】また、短時間に全てのブレーキの機能確認
試験がブレーキをＣＲＤに取付けたままで容易に行える
ため、定検時間が短縮され、プラント稼働率を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る制御棒駆動機構のブレーキ機能確
認試験方法を実施する状態を示す断面図。

【図２】図１に示した電磁ブレーキを拡大して示す縦断
面図。

【図３】本発明の作用に係るブレーキ動作を説明する特
性図。

【図４】本発明の作用に係るスプリング力とアーマチュ
ア釈放時間との関係を示す特性図。

【図５】本発明の他の実施例として使用する電磁ブレー
キの縦断面図。

【図６】本発明を適用する原子炉圧力容器の縦断面図。

【符号の説明】

５…制御棒　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　１１…制御棒駆動機構（ＣＲＤ） １３…電動機　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　１４…回転軸１６…駆動軸　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　１９…ボールねじ軸
２０…ボールナット　　　　　　　　　　　　　　　　
　　２４…ピストン２８，２８ａ…電磁ブレーキ　　　
　　　　　　　　　３３…アーマチュア４０…スプリン
グ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　電動機の回転を該電動機の回転軸及び
   駆動軸を介してボールねじ軸に伝達し、このボールねじ
   軸の回転によりボールねじ軸に螺合しているボールナッ
   トが上下動し、このボールナットが上下動する事により
   該ボールナット上に載置されたピストンが上下動し、こ
   の上下動によって該ピストンに連結された制御棒を炉心
   内に挿入・引抜させるとともに、上記電動機にスクラム
   挿入配管破断時の制御棒引抜けを防止するための電磁ブ
   レーキを設けた制御棒駆動機構におけるブレーキ機能確
   認試験方法において、電磁ブレーキの電源を切断した際
   の電圧及び電流を測定し、この測定した電圧及び電流に
   発生するスパイクを確認し、この電源切断時からスパイ
   クの発生までのアーマチュア釈放時間を測定し、このス
   パイクの発生とアーマチュア釈放時間からブレーキ機能
   を確認して成ることを特徴とする制御棒駆動機構のブレ
   ーキ機能確認試験方法。