JPH0670623B2 - シュラウド据付けボルトの超音波試験装置及び方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、沸騰水型原子炉（BWR）内の気水分離器の据
付けボルトの超音波試験に関するものである。

［従来の技術］ BWRは周期的に燃料補給される。この燃料補給手順の一
部として、原子炉ドームが取り外され、蒸気乾燥器アセ
ンブリが原子炉容器から持ち上げられて取り外され、そ
して、気水分離器が原子炉容器から持ち上げられて取り
外される。これらのドーム、乾燥器及び分離器は保持プ
ール内に入れられて、作業員を水によって放射能から遮
蔽するようにする。本発明は、気水分離器に特有の問題
に関するものであり、気水分離器が保持プール内にある
ときにシュラウド据付けボルトの検査を行うためのもの
である。

原子炉が組み立てられ、運転されているとき、気水分離
器は、炉心の上に位置しているシュラウドに対して正し
い位置に保持されていなければならない。気水分離器を
正しい位置に保持することは、シュラウド据付けボルト
によって行われる。

シュラウド据付けボルトは、かなり複雑なボルト部材で
ある。これらのボルト部材は細長く、気水分離器アセン
ブリの頂部から気水分離器アセンブリの底部まで約13フ
ィート（3.96メートル）から17フィート（5.18メート
ル）の距離にわたって伸びている。ボルトは頂部から操
作されて、底部で気水分離器を炉心の上に重なっている
シュラウドに固定する。これらのボルトは、従来技術で
周知であるので、ここでは定期検査に関してボルトによ
って生じる問題が理解され得る程度に関する。

シュラウド据付けボルトは通常、円筒形の気水分離器の
周りに半径方向等間隔で配置されている。各ボルトは中
心の引っ張り部材と、外側の筒状の圧縮部材とを含んで
おり、両方の部材は共に、ボルトの実質的に全長にわた
って伸びている。ボルトの底部が炉心の頂部に比較的近
接しているので、ボルトの底部は高放射性になってい
る。

内側の引っ張り部材の下部には、ラグ（lug）が設けら
れている。ラグは底部の平面図が長方形になっており、
炉心頂部のシュラウド上のブラケットと係合するように
なっている。この長方形のラグは、シュラウド上の対応
するブラケットからボルトを取り外すことのできる半径
方向整列位置から、半径方向整列位置とは直角な位置、
即ちシュラウド上のブラケットにボルトを取り付けるこ
とのできる位置まで回転する。長方形のラグがブラケッ
トと係合しているとき、外側の圧縮部材は気水分離器の
下部に下向きの力を加え、内側の引っ張り部材がシュラ
ウドのブラケットに引っ張り力を加え、そして運転中
に、気水分離器を原子炉に固定し保持する。

ボルトを締めたり緩めたりすることに関連するすべての
操作は、ボルトのまさに頂部から行われる。これによ
り、ボルトを係合させたり外したりする操作を、通常、
水中に配置された状態で遠隔操作することができるの
で、作業員は放射能を受けるおそれがない。

係合させたボルトを締めることは容易に理解できよう。

ボルトを締めたり緩めたりすることは、蒸気乾燥器アセ
ンブリの頂部から行われる。ラグがブラケットと係合し
ていると仮定すると、ボルトの外側の圧縮部材は内側の
引っ張り部材に対して下向きに力を加えられる。このた
め、外側の圧縮部材は気水分離器の下部に下向きに力を
加える。同時に、内側の引っ張り部材は炉心頂部のシュ
ラウド上のブラケットを上向きに引っ張る。その結果、
気水分離器は、炉心の上に重なっているシュラウドの頂
部に保持される。

ボルトを緩めることはもっと複雑である。ボルトの底部
に隣接して、気水分離器の下部への取り付け部よりも下
方で、外側圧縮部材にスリーブが取り付けられている。
このスリーブには窓（ウィンドウ）が設けられており、
窓の目的は、ボルトを十分に緩めたときにボルトのラグ
を開放位置に維持することである。

内側引っ張り部材の下端部には、スリーブと垂直にピン
又はシャフトが貫通して設けられている。このシャフト
はスリーブの窓を通って伸びている。シャフトの目的
は、スリーブの窓内の切欠きと協働して、一旦ボルトを
十分に緩めたときにボルトのラグを開放位置に維持する
ことである。

シュラウド据付けボルトを十分に緩めると、引っ張り部
材の底にある長方形のラグはシュラウド上のブラケット
の下方に落ちる。長方形のラグがシュラウドのブラケッ
トの下方に落ちたとき、ラグは自由に回転する。ラグが
シュラウドのブラケットに対して半径方向に整列する位
置まで、長方形のラグと、取り付けられた引っ張り部材
とが回転する。このような半径方向整列位置では、シュ
ラウドのブラケットから解放することができる。

同様に、引っ張り部材と、その長方形のラグとが回転す
るとき、窓内にあるシャフトも同様に回転する。窓内の
シャフトのこの回転は、長方形のラグが半径方向に整列
して、貫通していると共に突き出ているシャフトがスリ
ーブの窓内の切欠きと係合するまで継続する。一旦スリ
ーブの窓内の切欠きと係合すると、引っ張り部材の底部
にある長方形のラグは、シュラウドのブラケットから解
放できる半径方向整列位置に維持される。

すべてのシュラウド据付けボルトが十分に緩められて、
それぞれのラグが半径方向整列位置に保持されていると
仮定すると、炉心の上に重なっているシュラウドから気
水分離器を持ち上げて、保持プール内へ気水分離器を移
すことができる。

具合の悪いことに、このようなシュラウド据付けボルト
はひび割れする。ボルトは、通常はスリーブの下方の、
ラグに隣接した内側引っ張り部材にひび割れを生ずる。
これらのボルトは、粒界応力腐食割れとして知られる金
属ひび割れ現象を生じる。簡単に述べると、ボルトの材
料と、ボルトにかかる張力との両方が原子炉水内の酸素
と組み合わさって、ひび割れを生じさせる。このひび割
れは間欠的であり、予測することは非常に難しい。

更に、ひび割れ欠陥は少なくとも２つの点で見つけ難
い。第１に、粒界応力腐食割れ（IGSCC）は観察、例え
ば水中テレビカメラによって突止めることが難しいため
である。第２に、IGSCCが最も起こり易い位置がボルト
の下部の固定用スリーブの下方の位置であるためであ
る。

通常の検査技術は望ましくない。高放射性のボルトの取
り外し及び取り扱いに関するどの検査技術も許容し難い
ほど高価である。更に、ひび割れの存在は非常に間欠的
であるので、このシュラウド据付けボルトの欠陥を見つ
けるためには、定期的に検査を行えることが望ましい。

上述のような潜在欠陥の完全な理解はかなり複雑である
ことがわかる。従って、解決すべき問題の理解が本発明
にとって重要となる。

［従来技術の要約］ 超音波試験は公知である。通常、圧電変換器が被試験部
材の上に直接手で配置される。音響信号が部材に与えら
れる。変換器は戻ってくる反射信号を受ける。信号が戻
ってくれば、被試験部材の解析を行うことができる。

内側引っ張り部材のようなロッドに伝達されたときの超
音波は、ロッド内を３種類の波として進行する。これら
の波には、縦波、屈折波、及びせん断波が含まれてい
る。これらの波形の解析によって欠陥を突止めることが
できる。このような波形の解析は従来技術では周知であ
るので、ここではこれ以上説明しない。

［発明の要約］ 沸騰水型原子炉（BWR）で使用されている気水分離器の
周辺シュラウド据付けボルトの遠隔試験のための装置が
提供される。シュラウド据付けボルトは、ほぼ円筒形の
気水分離器を囲むようにその外周に設けられており、長
さが気水分離器の長さとほぼ同じで、150インチ（3.81
メートル）から205インチ（5.21メートル）のオーダで
ある。原子炉の停止中、24本から48本のすべてのボルト
は、炉心の上に重なっているシュラウド上の対応するブ
ラケットから解放するために、そのボルトの底部の長方
形の保持用のラグが気水分離器に対して半径方向に整列
するようにされる。すべてのボルトのラグが解放のため
に半径方向に整列したときに、ボルトを取り付けた気水
分離器は保持プールに移されて、整備員を周囲の放射能
から保護するために、水中に浸漬されたままにされる。
試験装置は通常、気水分離器が保持プール内にあって、
そのそれぞれのラグが半径方向に整列した状態にあると
きに用いられる。試験装置は、垂下しているポールを含
んでおり、このポールの底部には、アルミニウムのシュ
ー（shoe）が取り付けらている。シューは平らな上向き
に露出した底部を有しており、一方の側が開放してお
り、シュラウド据付けボルトの下端を受け入れるための
収集表面が形成されている。シューの上向きに露出した
底部は開口を形成しており、この開口を通って上向きに
露出した圧電装置が、ボルトの底部と直接接触すること
が可能になる。試験のためにボルトのラグをシューの底
部に対して締め付けるクランプ部材が設けられている。
このクランプ部材は、長方形のラグのすぐ上方に位置し
ているボルトのシャフトを受け入れるための受け入れス
ロットを画成している。このクランプ部材は、長方形の
ラグの上方に位置しているシャフトをそのスロットに受
け入れるように位置決めされており、その後、空気圧シ
リンダによってラグに向かって下方に動かされる。これ
により、クランプ部材は、スロットに受け入れられたシ
ャフト上を摺動してラグの頂部と接触する。クランプ部
材はシューの上向きに露出した底部にある上向きに露出
した圧電装置に対して、ボルトのラグ端をしっかりと締
め付ける。次に圧電装置による超音波試験がボルトの底
部及び放射成部分からボルトの頂部に向かって行われ
る。粒界応力腐食割れを探すための縦音波、屈折音波及
びせん断音波に対する試験を、ボルトが放射性であっ
て、遠隔の水中の位置にあるにも拘わらず行うことがで
きる。

本発明の１つの目的は、ボルトを取り外す必要のない、
原子炉気水分離器のシュラウド据付けボルトに対する試
験プロトコルを提供することである。

本発明によるプロトコルの利点は、燃料補給に伴う原子
炉の停止の際に同時にボルトの定期試験を行えることで
ある。更に、試験のために気水分離器を取り除いたり又
は分解する必要もない。

更に、内側引っ張り部材を囲んでいる外側圧縮部材によ
って所望の試験が妨害されないことが明らかとなった。
要約すると、非常に有利で経済的な超音波試験が提供さ
れる。

［実施例］ 第１図には、保持プールＰと、それに隣接した原子炉Ｒ
とが示されている。図では、気水分離器が原子炉容器Ｒ
から取り外されて、保持プール内に配置されている。作
業員Ｍが長いポール14の端のシューＳを操作する。シュ
ーＳは平らな面を有しており、圧電装置が上向きに露出
している。以下に更に詳しく説明するように、ポール14
の操作によって、最下部の上向きに露出した圧電装置が
シュラウド据付けボルトＢの水中の底部端と接触するよ
うに、シューＳは位置決めされる。これにより、保持プ
ールＰ内でボルトの下部の放射性部分からボルトの上端
に向かって超音波試験を実行することができる。

本発明の試験装置は、融通性があり、気水分離器が原子
炉容器内にある間にボルトの試験を行うこともできる。

第2A図及び第2B図により、従来のシュラウド据付けボル
トＢを理解することができる。本願の目的に関連する部
分として、シュラウド据付けボルトＢは２つの細長い部
材で構成されている。第１の部材は内側引っ張り部材20
であり、内側引っ張り部材20は、ステンレス鋼で構成さ
れていると共に、ボルトの全長にわたって伸びている。

内側引っ張り部材20の底部には、ラグＬが設けられてお
り、ラグＬは、底面図がほぼ長方形である（第2B図を参
照）。ラグＬは、その長方形部分の両端が内側引っ張り
部材20の側面を越えて伸び出ている。この長方形のラグ
Ｌの側縁22及び24が、炉心RCの上に重なっているシュラ
ウド30上のブラケットと係合している。

ボルトを構成している第２の部材は、内側引っ張り部材
20を囲んでいる筒状又は管状の外側圧縮部材26である。
外側圧縮部材26はカラー28によって、気水分離器の下部
に対して下向きに力を加える。

ラグＬとカラー28との間の相互作用は容易に理解されよ
う。詳しく述べると、ボルトを締めることにより、ラグ
Ｌはカラー28に向かって上方に動く。しかしながら、ラ
グＬは原子炉シュラウド上のブラケットの下方に取り付
けられている。

カラー28は気水分離器の下部の上に載置されており、ボ
ルトを締めたときに、気水分離器はシュラウドのブラケ
ットに押し下げられる。これにより、気水分離器はシュ
ラウドに取り付けられる。

ボルトに関連するものとして、カラー28には、スリーブ
40が直接固定されていると共にラグＬに向かってカラー
の下方に伸びている。スリーブ40には、窓（ウィンド
ウ）Ｗが開けられている。窓Ｗには、その下側に切欠き
Ｎが含まれている。

ロッド状の内側引っ張り部材20には、ピンＰが横方向に
貫通して設けられている。ピンＰは、内側引っ張り部材
（シャフト）20の画面から窓Ｗを通って外側に突き出て
いる。ピンＰの作用は、切欠きＮに入ったり切欠きＮか
ら出たりする際に、ラグＬをロックされていない位置
（非ロック位置）に動かしたり、この位置から離したり
することである。

簡単に述べると、機構Ｍは従来のねじ駆動装置を用い
て、ボルトＢを緩めたり締めたりする。機構Ｍがカラー
28に対してラグＬを緩めると、ピンＰは窓Ｗ内で下降す
る。この下降によりラグＬは、原子炉Ｒのシュラウド30
に取り付けられているブラケットの下部から解放され
る。ラグＬがブラケットから解放されると、長方形のラ
グＬは気水分離器に半径方向に整列するまで回転する。
長方形のラグＬがこのように半径方向に整列するまで回
転すると、ピンＰも切欠きＮの真上に揃う。更に続い
て、ボルトが緩められる。これにより、ピンＰが下降し
て切欠きＮ内に入る。ピンが切欠きＮ内に入ると、ラグ
Ｌは非ラッチ位置、即ち非ロック位置に保持される。

このような機構の重要性は容易に理解できる。48本のボ
ルトで気水分離器を原子炉シュラウドに固定していると
仮定すると、これらのすべてのボルトを解放して初め
て、気水分離器を持ち上げて取り外すことができる。１
つ又は２つのボルトが固定されたまま残っていると、持
ち上げ過程でボルト、気水分離器又は原子炉シュラウド
が損傷するおそれがある。

スリーブ40がロッド状の内側引っ張り部材20内の潜在欠
陥に寄与することが強調されてきた。特に、このような
ロッドの溶接等の構成のため、粒界応力腐食割れがスリ
ーブ40の下方で起こることが知られている。このような
ひび割れが生じたとき、スリーブ40は生じたひび割れを
見えなくする。

更に、窓Ｗ及び切欠きＮと協働作用するピンＰは、ラグ
ＬをボルトＢに対して保持し維持する。簡単に述べる
と、ボルトＢの内側引っ張り部材20の所にひび割れが生
じた場合でも、この欠陥は潜在的、即ち見つけ難い。

ラグＬは高放射性であることが理解されよう。即ち、第
１図から、このラグが原子炉の炉心に極めて近接して配
置されていることがわかる。

以上、問題となる点について述べてきたが、これらの問
題点に対する解決策を第３図、第４図及び第５図を参照
して説明する。

第３図の斜視図にはシューＳが示されている。シューＳ
は長方形のブロック形部材50を含んでおり、この部材に
は、長方形断面の窪み部52が形成されている。ラグＬの
断面が長方形であるように（第2A図及び第2B図を参
照）、シューの部材50内の窪み部52も相補的な断面の長
方形になっている。

窪み部52の底面54の中心部には、圧電装置56が設けられ
ており、ラグＬの底部と接触するように上向きに露出し
ている。この圧電装置は、形成された開口内に配置され
ており、計測器（図示していない）にワイヤ58によって
適宜接続されている。

前に述べたように、シューＳはユーザによって、約20フ
ィート（6.1メートル）離れたところで遠隔操作され
る。従って、シューの窪み部52に隣接したすべての表面
に収集表面Ｇが設けられている。これらの収集表面によ
ってラグＬを見つけて、ラグＬに対して滑らせて、ラグ
Ｌに嵌め合わせることが容易になる。

シューＳがラグＬに対して正しい位置に位置決めされる
と、クランプ部材Ｃに形成されたスロット又は溝62が、
長方形のラグＬのすぐ上にある内側引っ張り部材（シャ
フト）20を受け入れる。クランプ部材Ｃは、長方形のラ
グＬの頂部と接触するまで溝62によってシャフト20に沿
って下降する。このような下降運動は、シューのシャフ
ト60近傍の空気圧シリンダ70によって生じる。このよう
な運動により、窪み部52内にあるラグＬを圧電装置56に
対して押し付ける。その後、シュラウド据付けボルトの
超音波試験を行うことができる。

第４図は、シューＳがラグＬに近接しており、ボール14
を操作してシューがラグＬの端に当たるようにしたとこ
ろを示す。ポール14のシューＳへの取り付けは容易に理
解できよう。ポール14はシャフト64を含んでいる。ポー
ル14上のシャフト64は、ポール14に被さっていると共に
シューＳに取り付けられているチューブ66のＬ字形切欠
きにねじ込まれる。従って、ここに述べる試験のため
に、シューＳを遠隔操作して、長方形のラグＬに嵌めた
り外したりできる。

第５図は、ラグＬの圧電装置（図示では見えない）に対
して固定した状態のシューＳを示す。ここで、シュラウ
ド据付けボルトの試験を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は原子炉の上部の一部を示す部分断面斜視図であ
って、ドームと蒸気乾燥器とは取り外して図示されてお
らず、原子炉の気水分離器が保持プール内に入ってお
り、作業員が本発明の試験装置を使用している状態を示
す図である。第2A図及び第2B図は気水分離器から取り外
した従来のシュラウド据付けボルトの立面図及び底面図
である。第３図は本発明の試験装置のシュー及びクラン
プを示す斜視図である。第４図はシュラウド据付けボル
トの内側引っ張り部材の底部のラグの近くで操作されて
いる試験装置のシューの斜視図である。第５図は試験の
ためにボルトに固定された試験装置のシューの斜視図で
ある。 ［符号の説明］ 14……ポール、20……内側引っ張り部材、26……外側圧
縮部材、28……カラー、52……窪み部、56……圧電装
置、Ｂ……シュラウド据付けボルト、Ｃ……クランプ部
材、Ｌ……ラグ、Ｓ……シュー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 サーマン・デール・スミス アメリカ合衆国、カリフォルニア州、サ ン・ホゼイ、アベニダ・アーボルス、407 番 (72)発明者 リチャード・ウェスレイ・ペリイ アメリカ合衆国、カリフォルニア州、サ ン・ホゼイ、フェラー・アベニュー、954 番 (56)参考文献 特開 昭62−257057（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試験員が放射能にさらされないように原子
   炉水内の気水分離器に取り付けられたシュラウド据付け
   ボルトを有している原子炉システムにおいて、前記ボル
   トは、矩形の係合ラグを有している内側の下側引っ張り
   部材と、外側の同軸圧縮ボルト部材とを有しており、前
   記ラグの所で前記引っ張り部材を試験するためのシュラ
   ウド据付けボルトの超音波試験装置であって、 シューと、 該シューの水中での操作を可能にするポールを前記シュ
   ーの頂部に取り付ける手段と、 前記ボルトの底部の前記ラグから前記ボルトの頂部に向
   かって前記引っ張り部材の非破壊圧電試験を行うため
   に、前記シューの底部に取り付けられていると共に、前
   記ラグの所で前記引っ張り部材と接触するように前記ボ
   ルトの前記引っ張り部材に向かって上向きに露出してい
   る圧電装置と、 前記ポールに取り付けられており、前記シューに向かう
   と共に該シューから離れる往復運動をするクランプ部材
   と、 前記ボルトの前記内側の引っ張り部材を前記圧電装置か
   らの超音波で超音波試験するために、前記圧電装置の所
   で前記シューに対して前記ラグを解放可能に固定すべ
   く、前記クランプ部材を前記シューに向かうと共に該シ
   ューから離れる往復運動をするように取り付ける手段と
   を備えたシュラウド据付けボルトの超音波試験装置。
2. 【請求項２】前記シューは、前記ボルトの底部を受け入
   れる窪み部を画成している請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】前記シューは、前記窪み部を画成するため
   に、１つの端壁と、２つの側壁とを有している請求項２
   に記載の装置。
4. 【請求項４】前記ボルトは、シャフトを有しており、前
   記クランプ部材は、前記ボルトがシャフトに対して摺動
   するための開放したシャフト受け入れ開口を画成してい
   る請求項１に記載の装置。
5. 【請求項５】原子炉内の気水分離器の側面から垂下して
   いるシュラウド据付けボルトの超音波試験方法であっ
   て、 前記気水分離器を水中に維持する工程と、 前記ボルトを動かして、前記気水分離器に隣接したシュ
   ラウド上のブラケットから前記ボルトを解放する工程
   と、 当該シューの底部に取り付けられていると共に上向きに
   露出している圧電装置を有しているシューを設ける工程
   と、 前記シューを水中で操作するためのポールに前記圧電装
   置の上方で取り付けられており、遠隔操作されるクラン
   プを設ける工程であって、前記シューは前記ポールの底
   端に垂下した関係で操作される、クランプを設ける工程
   と、 前記ポールを取り付ける取り付け部を前記シューに設け
   る工程と、 前記ポールを前記取り付け部に取り付ける工程と、 前記シューを操作して、前記ボルトの底部へ動かす工程
   と、 前記シューを前記ボルトに固定する工程と、 前記圧電装置で前記ボルトを試験する工程とを備えたシ
   ュラウド据付けボルトの超音波試験方法。