JPS6246196A - 熱交換器の作業ロボット - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、熱交換器の水室内において伝熱管の検査、補
修或いは清掃作業等を行う熱交換器の自動作業装置に関
するものである。

〔発明の背景〕。

近年、原子力発電プラント、火力発電プラント等におい
ては、作業者の安全確保、人的負担の軽減化を図るため
に、この種プラントの熱交換器（復水器）用の伝熱管の
検査、補修、或いは清掃作業等を自動的に行う種々の自
動作業装置が提案されている。

このような自動作業装置は、熱交換器を構成する多数の
伝熱管が、伝熱管を支持する管板面に規則正しく集合配
列されているために、本配列を利用して作業装置本体の
移動及び位置決めを行うことが多い。例えば、特公昭６
０−１５５２号では９作業装置の移動を伝熱管群の管配
列ピッチごとに行うようにしており、また作業装置の枠
体に取付けた作業アームの先端に作業用機器を設け、且
つ作業アームの旋回中心と作業用機器の中心までの距離
を管配列ピッチの整数倍として、作業範囲の拡大及び作
業効率の向上を図っている。ところで、この熱交換器の
自動作業装置は、主として渦流探傷検査を行うものであ
り、作業実施時においては、その作業の性質上、作業装
置に特に大きな力が作用せず、作業装置の支持機構も主
に装置本体の自重を支持することのできる程度のもので
あった。

従って、このような自動作業装置を、高圧水の注入を伴
う伝熱管内の清掃作業に使用する場合には、高圧水注入
による大きな反力が作業装置に加わり、作業装置の支持
機構が破損したり１作業装置が管板面から脱落するおそ
れがあった。特に復水器の管配列はその機能上、管巣の
外周部を間抜きするので、作業アームの旋回中心位置と
作業用機器の中心との距離（アームの長さ）を長くして
最外周部の伝熱管まで作業用機器が届くようにする必要
があり、その結果１作業時の反力によって作業アームに
過大なモーメントが発生しやすい状況にあった。

また、従来の自動作業装置は、’ｓ板面上を移動する時
に装置本体を支持する支持機構と１作業時に装置本体を
支持する支持機構が同一のものであるために、支持機構
の支持脚の構造、動作が複雑となり、更にこのような支
持装置に支持荷重を加えると装置本体の移動速度が低下
する問題を有していた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、前記した従来技術の問題点を解消し、
熱交換器の検査、補修或いは清掃作業等を装置本体を確
実に支持しつつ安全に行い得ると共に、作業効率の優れ
た自動作業装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、上記目的を達成するために、千鳥型に集合配
設された伝熱管群における伝熱管の管軸方向に移動して
管端内周面に圧着する支持脚と、前記支持脚に支持され
る移動用レールと、前記移動用レールを前記伝熱管群の
管列方向に移動させる機能及びこの移動用レール上を自
走する機能を有する移動体とを備え、且つ前記移動体に
作業アームを旋回可能に取付けると共に、前記作業アー
ムの先端に作業用機器を設けてなる自走式の自動作業装
置において、前記作業アームの先端部に前記伝熱管群の
管端内に着脱可能に挿入固定できる□、 作業用支持脚を燃けると共に、前記作業用機器を前記作
業用支持脚に支持させてこの作業用支持脚を中心に１前
記伝熱管群の管配列１ピッチの回転半径で旋回できるよ
うに取付けたものである。

このような構成によりなる本発明によれば、自動作業装
置の移動体を千鳥型に集合配列された伝熱管群の管巣面
上に自走させ、ガイドレールに設けた支持脚を介して支
持した後に、作業アームを作業開始位置方向に向けると
、作業アームの先端に設けた作業用支持脚が所定の伝熱
管に挿入固定され、作業用機器は、この作業用支持脚を
中心に旋回することができる。この場合、作業用機８：
（は作業アームと独立して自由に作業用支持脚の回りを
旋回できるので、回転半径を小さく設定することができ
、回転半径を伝熱管群の管配列１ピッチの範囲に設定し
ても支障がなく旋回することかできる。第１８図（ａ）
はこのような作業用機器を千鳥型に配列された伝熱管群
上で旋回させた状態の原理図を示すもので、同図からも
明らかなように作業用支持脚Ｏを中心にして作業用機器
を伝熱管群の管配列１ピＩツチの回転半径で旋回させる
と半径１ピッチの同心円Ｑ上に作業可能となる伝熱管Ｐ
がかたまって存在する。従って、作業用機器を同心円Ｑ
にそって所定角度づつ順次回転させていくことにより、
１つの作業位置で同心円Ｑ上の複数の伝熱管Ｐを作業す
ることができ、このような動作を伝熱管群の各位置で順
次繰返すことにより、管巣全体をくまなく迅速に作業す
ることかできる。　また、作業用機器と作業用支持脚の
距離、　　　　　　　ｉ即ち作業用機器を支持する腕の
長さも管配列１ピッチ程度に短くすることができるため
に、作業時の反力により生じる荷重モーメントを小さく
することができ、大荷重（反力）の加わる作業でも自動
作業装置の本体を確実に支持することができる。

〔発明の実施例〕

本発明の一実施例を第１図ないし第１８図に基づき説明
する。

第１図は１発電プラント用タービン復水器の水室内に清
掃に用いる自動作業装置に本発明を適用した例を示すも
ので、同図において、１は復水器、２は伝熱管群を構成
する伝熱管、３は伝熱管群を支持する管板で、伝熱管２
の管配列は伝熱性能を向上させるため、第１４図に示す
ように千鳥型で構成され、管巣は中央部にある密集部４
２と外周部にある間抜きされた部分４３とで構成されて
いる。

４は管板３面の上下方向、或いは左右方向に自走して伝
熱管２の管内清掃を行う自動作業装置である。自動作業
装置４は、互いに直交して装着されたレール５．６と、
レール５，６のそれぞれを上下方向或いは左右方向に移
動させる機能及びレール５．６に案内されて自走する機
能を具備する移動体７と、移動体７をレール５，６と共
に支持するレール支持機構８．８’　、９．９’　と、
移動体７の上面に旋回可能に装着した作業アーム１０と
１作業アーム１０の先端に旋回可能に設けた作業用機器
１１と、レール５，６の移動制御、支持機構８．８’　
、９．９’の作動制御、移動体７の自走制御等を行う移
動制御ユニット１２と、作業用機器１１−の作動制御を
行う作業制御ユニット１３とから構成されている。

自動作業装置４を構成するレール支持機構８（或いは８
’　、９．９’　）は、第２図に示すように、レール５
（或いは６）の各端部に往復動手段１４を介して支持脚
１５を各レール５と垂直方向に往復動するように設け、
支持脚１５の先端に流体の給排気により膨張収縮を行う
一対のパット１６を設けてなるもので、第３図に示すよ
うにレール５が管板３面上の目的位置に至り支持脚１５
と所定の伝熱管２の軸心が一致すると、往復動手段１４
を介して支持脚１３の先端に設けたパット１６が伝熱管
２の一端内部に挿入され、次いで。

第４図に示すようにバット１６を膨張させることにより
、バット１６が伝熱管２内に圧着され、支持脚１５が固
定されるようにしである。次に、自動作業装置４の管板
３面上における移動動作を第５図ないし第７図に基づき
説明する。なお、自動作業装置４は、初期状態において
、第５図に示すようにレール５が予めレール支持機構８
，８′により支持され、移動体７がレール５の下端に位
置しており、この移動体７を上方に移動させる場合につ
いて説明する。先ず、第５図に示すように移動体７に内
蔵した自走手段のアクチュエータ（図示せず）を駆動さ
せて、移動体７をレール５の上方へ移動させる。次いで
、第６図に示すようにレール６の支持機構９，９′の支
持脚１５を伝熱管２の軸心と一致させた後、この支持脚
１５を伝熱管２に送り込み、この支持脚１５を介して移
動体７を保持する。その後、移動用レール５側に設けた
支持機構８，８′を解除して支持機構８，８′の支持脚
１５を伝熱管２から引き出し、移動体７を移動体７に内
蔵したレール移動機構のアクチュエータ（図示せず）を
駆動させてレール５を上方へ移動させる。次いで、第７
図に示すように、レール５側の支持脚１５を伝熱管２の
軸心と一致させて伝熱管２の一端に送り込み且つ固定し
て、レール５を保持し、その後移動体支持機構９を解除
し、支持機構９の支持脚１５を伝熱１ｇ２から引き出す
。このようにして、移動体７の保持状態は初期状態と同
一となり、以下同様の動作を繰返すことにより移動体２
７は管板３に沿って上方へ移動していくことができる。

なお、レール６を用いて移動体７を他の移動軸上に移動
させる場合も、前記同様の動作を繰返して行えばよい。

次に、自動作業装置４を構成する作業用機器（以下作業
体とする）１１の一例を第９図に基づき説明する。同図
において、１７は作業アーム１０の先端に作業アーム１
０と直交する方向に設けた支持脚で、支持脚１７に作業
用機器１１がスラストベアリング１９を介して回転自在
に装着されており、また作業用機器１１の外側一部に歯
車２０を固設して、作業アーム】Ｏの先端に設けた駆動
モータ２１のピニオンギア２２と噛合させ、駆動モータ
２１の回転により作業用機器１１が支持脚１７の周りを
旋回できるように構成している。

また支持脚１７の軸心２４と作業体１１の軸心２３との
間隔りは、伝熱管２の管配列の１ピッチの長さとしてい
る。２５は作業用機器１１を構成する管内清掃用の噴射
ノズルである。噴射ノズル２５は作業用機器１１に形成
した注水室２６に。

往復移動が可能となるように装着され且つその一部が支
持脚１７と同一方向に突出しており、注水室２６に注水
口２７を介して注水すると、噴射ノズル２５が前進移動
して伝熱管２の一端に嵌合し、伝熱管２ヘジエツト注水
が行われる。また、注水室２６に注入口２８から注水す
ると噴射ノズル２５が後退し伝熱管２から離反するよう
に設定されている。２９は支持脚１７の先端に形成した
ピストン室で、ピストン室２９に支持ピストン３゜が一
部突出して収納されている。支持ピストン３０の先端側
には、常態時において、伝熱管２の管径よりも幾分径を
小さくした固定ゴム３１が装着されている。そして、第
１２図（ｂ）に示すように作業アーム１０を前進させて
、伝熱管２に支持脚１７の先端を挿入した後に、ピスト
ン室２９の支持ピストン３０を液圧により矢印Ａ方向に
後退させると、固定ゴム３１が支持ピストン３ｏの先端
と支持脚１７の先端との間の挟圧力を受けて径方向に拡
がるように圧縮され、このようにして固定ゴム３１が伝
熱管２の管壁に圧着し支持脚１７が伝熱管２の管端に固
定される。３２．３３は支持ピストン３０の往復動作を
操作する流体の給徘口である。

次に本実施例の作用を説明する。

先ず、第１図に示す移動制御ユニット１２の制御信号に
基づき、自動作業装置４のレール５（或いはレール６）
、移動体７．レール支持機４ｉ！Ｉ８゜８’　、９．９
’　を既述した第５図ないし第７図に示す一連の動作を
行うように作動制御して、自動作業袋［４を管板３の所
定の清掃開始位置に自走させる。なお、自動作業装置４
の移動速度は、レール５（或いはレール６）上における
移動体７の移動速度及びレール支持機構８．８’　９．
９’の収縮バット１６の伝熱管２内への固着、離反に要
する時間に依存する。従って、移動速度を向上させる為
には、収縮バット１６を荷重を支える上で支障のない程
度に薄くして゛２縮速度を向上させることが有効である
。また、移動体７が所定位置に達すると、第７図の状態
で支持される。

次いで、作業アーム１０及び作業体１１を旋回操作して
作業体１１の位置決めがなされる。第１２図（ａ）〜（
ｆ）は、作業体１１の位置決め動作とその後の移動動作
を示すものである。同図（、）に示すように１作業アー
ム１０が管板３面上の作業開始位置に至るとくステップ
１）、移動制御ユニット１２の制御信号に基づき、作業
アーム１０が管板３方向に前進移動しく第１２図（ｂ）
、支持脚１７の先端が伝熱管２の一端に挿入される。

挿入後、支持ピストン３ｏが液圧により矢印六方向に後
退し、固定ゴム３１が圧縮されて伝熱管２の管壁に密着
し、支持脚１７が伝熱管２に固定される（ステップ２）
。次いで、移動制御ユニット１２の制御信号に基づき作
業体１１を支持脚１７の周りを所定角度だけ旋回させる
ことにより、作業体１１が作業開始位置（初期管六位（
１￥）２ａに至る（ステップ３．第１２図（Ｃ））。次
いで、作業制御ユニット１３の制御信号に基づき、作業
体１１の注水室２６に注水口２７から注水すると。

清掃ノズル２５が前進移動しく第１２図（ｄ））、伝熱
管２ａの管端に嵌合して伝熱管２ａ管内へジェット注水
がなされる（ステップ４）。注水（清掃）終了後、注水
口２８から注水室２６に注水し、ｆＩｎノズル２５を元
に戻し第１２図（ｂ）の状態にする（ステップ５）＠次
いで、駆動モータ２１を駆動させ、作業体１１を右方向
に６０°回転させ、新たな伝熱管２の位置で同様の動作
を繰返して伝熱管２の管内作業を行う（ステップ６、第
１２図（ｅ））。以上の動作を６回繰返し、終了したら
作業体１１を第１２図（ｂ）の初期位置に戻す（第１２
図（ｆ））。その後、移動制御ユニット１２の制御信号
に基づき、移動用のレール５゜６、レール支持機構８．
８’　、９．９’　、移動体７を既述したように作動制
御して、作業体１１を次の作業位置に移動させ、以後、
第１２図（ａ）〜（ｆ）の動作を縁返し行わせる。

以上の動作において、ステップ４の清掃作業時には、噴
射ノズル２５の高圧水注入にともなう大きな反力が作業
体１１に作用する。この力は、作業体１１からスラスト
ベアリング１９を介して支持脚１７に伝えられるが、作
業体１１はこの力に屈することなく支持脚１７先端の固
定ゴム３１と伝熱管２の摩擦力により支えられる。特に
、この場合、作業体１１と支持脚１７の間隔が管配列の
１ピッチに設定されており、間隔が短かいために、支持
脚１７に伝達された荷重モーメントを小さく抑えること
ができ、しかも、支持脚１７は装置の移動と関係のない
作業アーム１０に設けであるために、固定ゴム３１を液
圧により伝熱管２の管壁に強力に圧着することができる
ので、固定ゴム３１及び支持脚１７を介して作業体１１
を伝熱管２の作業位置に確実に固定支持することができ
る。

第１３図は作業体１１を作業開始位置（初期管六位ｆｉ
ｔ）２ａに設定する位置決め制御方法を示すものである
。同図に示すように、復水器１に千鳥型に集合配列され
た伝熱管２群の横方向３４゜３５は水平＠３６、垂直軸
３７に一致するために、作業アーム１０と水平４１１３
６との角度３８がθである場合、作業体１１を伝熱管２
ａにセットするには、初期伝熱’ｉ’？２ａの位置が水
平方向から２／３πの角度にあるとすると、常に作業体
１１の軸心２３と支持脚１７の軸心２４を結ぶ線３９が
、作業アーム１０の延長線４０から、α＝−π−θ の角度をとればよい、従って、作業体１１は、作業アー
ム１０との相対関係のみを制御することで。

常に伝熱管２の初期位ｆｆｌ　２　ａに設定することが
できる。なお、作業体１１の方向を制御する方法として
は、作業体１１に加速度計を設け、作業体１１の重力方
向を検出して位置制御する方法も考えられるが、前述の
方法の方が簡単である。

第１５図は、以上の自動作業装置４を使用して管巣の最
外周部４３の位置にて作業を行う状態を示すものである
。そして、本実施例では既述したように作業体１１と支
持脚１７（負荷加重Ｆの支持点）の間隔を小さくしたこ
とから、管巣の最外周部４３の位置における作業でも、
過大なモーメントが発生しない状況で使用することがで
きる。

従って、作業アーム１０にも大きなモーメントＭが生ぜ
ず、第８図に示す如き事態、即ち支持脚１５が伝熱管２
から外れる事態を防止する。

第１６図は、伝熱管２の管巣の密集部分４２を作業する
場合の作業ステップを示すものである６同図（Ａ）に示
すように、作業アーム１ｏに取付けた支持脚１７を四角
印（Ａ−０）に位置決め後。

初期位置Ａ−１（０’　）から清掃を開始後、作業体１
１を支持＃１７を中心に６０’、１２０°。

１８０’　、２４０’順次旋回させて５ケ所（○印：Ａ
−１〜Ａ−５）の作業を実施する〔ステップ■〕。その
後同図（Ｂ）に示すように支持脚１７を横に１ピッチ移
動して四角印Ｂ−０に固定後。

作業体１１を初期位［Ｂｌから６０°、１２０°。

１８０°、３００”順次旋回して４ケ所（Ｏ印：Ｂ−２
，Ｂ−３，Ｂ−４，Ｂ−６）の作業を実施する〔ステッ
プ■〕。次いで、同図（Ｃ）に示すように支持脚１７を
横に２ピッチ移動して四角印Ｃ−Ｏに固定後、初期位置
Ｃ−１，（０”）から清掃を開始後、作業体１１をステ
ップＩ同様に６０’　、１２０’　、１８０°、２４０
°順次旋回させて５ケ所（○印：Ｃ−１〜Ｃ−５）の作
業を実施する〔ステップ■〕０次いで支持脚１７を横に
１ピッチ移動して四角印Ｄ−０に固定後、ステップ■同
様に初期位置Ｄ−１から６０°、１２０°。

１８０”　、３００＠順次旋回して４ケ所（Ｏ印：Ｄ−
２，Ｄ−３，Ｄ−４，Ｄ−６）の作業を実施する〔ステ
ップ■〕。以下、ステップ■、■の動作を繰返すことで
、すべての伝熱管２をくまなく作業することができる。

従って、本実施例の作業動作によれば、１つの作業位置
にて伝熱管２を平均４．５本作業することなり、作業装
置の位置決め作業を少なくすると共に、位置決め制御に
要する制御信号の量をも少なくすることができる。

第１７図は管巣の間抜きしである外周部４３における作
業ステップを示すものである。同図（Ａ）〜（Ｄ）に示
すように、このような外周部４３において作業を行う場
合には、最初に作業アーム１０に設けた支持脚１７を四
角印番巳位置決め後に作業体１１を初期位置（Ａ−１）
から６０°。

１２０°、１８０’順次旋回して３ケ所（Ａ−２゜Ａ−
３，Ａ−４）の作業を実施する〔ステップＩ〕。次いで
、支持脚１７を斜隣に１ピッチ移動して固定し、作業体
１１を初期位［Ｂ−１から６０°。

１２０°、２４０°旋回して３ケ所（Ｂ−２，Ｂ−３，
Ｂ−５）の作業を実施する〔ステップ■〕。

以後、ステップＩ、ＩＩの作業を繰返すことにより。

管巣の外周部４３においても効率の良い作業を行うこと
ができる。

以上の本実施例によれば、従来の自動作業装置（特公昭
６０−１５２２号）と比較して次のような利点を有する
。

第１８図（ｂ）に示すように従来の装置は、矩形配列の
伝熱管群に１作業アームＳの旋回中心と作業用機器の中
心までの距離を整数倍にして、この作業アームＳの旋回
を利用し作業位置を移動させている。この場合作業用ア
ームＳと作業用機器の中心距離が管配列５ピッチ又はそ
の整数倍とすると、同心円Ｑ′上に１２ケの作業可能な
伝熱管Ｐ′が存在するが、これらの伝熱管は不等間隔で
散在するために、管巣全体をくまなく作業する場合には
、装置本体を複雑に移動させなければならず作業効率の
点で問題がある。また、それ以外の管配列ピッチでは作
業可能な伝数管の個数は４個となる。

これに対して、本実施例においては、作業アームを旋回
させた場合、作業可能な伝熱管Ｐの個数は６個となる。

ところで、この数が多い程、１回に作業できる数が増え
るが、同一数の場合には、管巣全体を効率よく作業する
観点から、できるだけかたまって存在する方がよい。従
って千鳥型配列においては、作業用機器とその回転中心
の距離を管配列１ピッ千分とすることがよく、この場合
には、作業位置決めのステップ（第１６図、第１７図）
で既述したように複雑な位置決め制御をすることなく、
しかも位置決めの装置本体の移動量を減らして作業の高
効率化を図ることができる。

なお、通常、管配列ピッチは、３０〜４０ｍ８度と短か
いため、従来装置の作業アームＳの回転中心と作業体と
の距離を短かくして１ピッチを確保したとしても１作業
体がその近傍にある本体移動装置１こより旋回動作が妨
害され１本発明の如く構成することは困難である。

また、本例では作業アームに作業用支持脚を作業用機器
と管配列の１ピッチ間隔で設けることができるために、
作業用機器と支持脚の距離、すなわち腕の長さを短くす
ることができる。その結果、作業時に生じる荷重モーメ
ントを小さく抑制することができ、作業時に大きな荷重
（反力）が作業装置の本体に加わる場合にも１作業’ｉ
Ｉ＋￥を確実に支持して作業を行うことができる。

〔発明の効果〕

以上のように１本発明によれば、熱交換器の作業時に発
生する荷重モーメントを小さく抑制することができ、自
動作業装置を確実に支持できるので、伝熱管の検査、補
修作業は勿論、大きな反力の生じる清掃作業も確実に行
い得ると共に、支持脚の１回の位置決めにより、その周
辺の複数の伝熱管に対してくまなく作業を施すことがで
き、作業効率を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す使用状態図、第２図な
いし第４図は上記実施例に使用する移動用支持脚の作動
ステップを示す動作説明図、第５図ないし第７図は上記
実施例の自動作業装置の走行ステップを示す側面図、第
８図は本発明の作業用支持脚を取付けない場合の状態を
示す自動作業装置の側面図、第９図は上記実施例に用い
る作業用機器及び作業用支持脚の使用状態を示す一部切
欠断面図、第１０図は第９図の平面図、第１１図は第１
０図の模式図、第１２図（、）〜（ｆ）は上記作業用機
器及び作業用支持脚の動作ステップを示す説明図、第１
３図は上記実施例の自動作業装置を用いて作業開始位置
の位置決めを行う状態を示す平面図、第１４図は熱交換
器の伝熱管群の配列状態を示す概略図、第１５図は上記
実施例の自動作業装置を伝熱管群の外周管巣部に位置さ
せた状態を示す平面図、第１６図は上記実施例を用いて
伝熱管群の密集管巣部分に作業を施す場合の作業ステッ
プを示す説明図、第１７図は上記実施例を用いて伝熱管
群の外周管巣部分に作業を施す場合の作業ステップを示
す説明図、第１８図（ａ）。 （ｂ）は伝熱管の千鳥型の管配列状態と矩形型の管配列
状態を示す比較説明図。 １・・・熱交換器、２・・・伝熱管、４・・・自動作業
装置。 ５．６・・・移動用レール、７・・・移動体、１０・・
・作業アーム、１１・・・作業用機器（作業体）、１５
・・・支持脚、１６・・・圧着手段（バット）、１７・
・・作業用支持脚、２５・・・噴射ノズル（作業用機器
）、３１（ほか１名） 第１図 秦Ｚ　回 第３コ 第１０図 ＃＋ｚ爾　゛ 第１３　ヨ 第！５０ 第１乙図 ’ｌ、　ｔ’ｙ　ｍ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、千鳥型に集合配設された伝熱管群における伝熱管の
   管軸方向に移動して管端内周面に圧着する支持脚と、前
   記支持脚に支持される移動用レールと、前記移動用レー
   ルを前記伝熱管群の管列方向に移動させる機能及び該移
   動用レール上を自走する機能を有する移動体とを備え、
   且つ前記移動体に作業アームを旋回可能に取付けると共
   に、前記作業アームの先端に作業用機器を設けてなる自
   走式の自動作業装置において、前記作業アームの先端部
   に前記伝熱管の管端部に着脱可能に挿入固定できる作業
   用支持脚を設けると共に、前記作業用機器を前記作業用
   支持脚に支持させて該作業用支持脚を中心に前記伝熱管
   群の管配列１ピッチの回転半径で旋回できるように取付
   けてなることを特徴とする熱交換器の自動作業装置。