JP2006153869A - Boiling water reactor and its acoustic vibration suppression method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は沸騰水型原子炉に係り、特に蒸気系の圧力振動を抑制するのに好適な沸騰水型原子炉に関する。 The present invention relates to a boiling water reactor, and more particularly to a boiling water reactor suitable for suppressing pressure oscillations in a steam system.
沸騰水型原子炉の発電容量を増大する際に、主蒸気流量の増大に伴って圧力振動が増大し、機器損傷に至る事例が報告されている。機器の損傷を避けるため、主蒸気系の流路形状の適正化や構造強度の増大などの対策がとられており、このような事例及び対策が非特許文献1に開示されている。
It has been reported that when the power generation capacity of a boiling water reactor is increased, the pressure oscillation increases as the main steam flow rate increases, leading to equipment damage. In order to avoid damage to equipment, measures such as optimizing the flow path shape of the main steam system and increasing the structural strength are taken, and such cases and measures are disclosed in
また、例えば、非特許文献2等には、火力発電の分野において、ガスタービン燃焼室の音響振動を減衰させるために、ヘルムホルツ共鳴管を利用する技術が開示されている。
Further, for example, Non-Patent
沸騰水型原子炉における主蒸気系での圧力振動の原因の一つとして、音響共鳴が考えられる。原子炉圧力容器の蒸気ドームから、主蒸気配管を通り、高圧タービンに至る主蒸気系では、流体の変動に起因して圧力波が発生し、系内を伝播、反射する。これによって、大振幅を持つ定在波(音響共鳴モード)が形成され、圧力振動の振幅が増幅する可能性がある。特に、発電容量を増大したプラントでは、主蒸気流量の増大に伴って流体の変動が大きくなるため、音響共鳴が生じることがある。このような音響共鳴現象は、プラントの配管構成や境界条件によって影響を受けるため、プラントごとに振動特性が異なる。このため、周波数や、振幅、最大振幅の位置などを事前に予測することは困難であり、機器の健全性を確保するためには、機器の安全裕度を十分大きく取って設計しておく必要がある。 One of the causes of pressure oscillations in the main steam system in a boiling water reactor is considered to be acoustic resonance. In the main steam system from the steam dome of the reactor pressure vessel to the high-pressure turbine through the main steam pipe, a pressure wave is generated due to fluid fluctuations, and propagates and reflects in the system. As a result, a standing wave (acoustic resonance mode) having a large amplitude is formed, and the amplitude of the pressure vibration may be amplified. In particular, in a plant having an increased power generation capacity, fluid resonance increases as the main steam flow rate increases, so that acoustic resonance may occur. Since such an acoustic resonance phenomenon is affected by the piping configuration and boundary conditions of the plant, the vibration characteristics vary from plant to plant. For this reason, it is difficult to predict the frequency, amplitude, position of the maximum amplitude, etc. in advance, and it is necessary to design the equipment with a sufficiently large safety margin in order to ensure the soundness of the equipment. There is.
本発明の目的は、沸騰水型原子炉の主蒸気系で発生する音響共鳴に伴う圧力振動を抑制することである。 An object of the present invention is to suppress pressure vibration accompanying acoustic resonance generated in the main steam system of a boiling water reactor.
本発明はその一面において、原子炉圧力容器の蒸気相部及び蒸気配管からなる蒸気系にヘルムホルツ共鳴管を設置することを特徴とする。 In one aspect of the present invention, a Helmholtz resonance pipe is installed in a steam system including a steam phase portion of a reactor pressure vessel and steam piping.
ここで、本発明の望ましい実施態様においては、原子炉圧力容器の蒸気相部及び蒸気配管からなる蒸気系の圧力振動を検出し、この圧力振動を減少させる方向に、ヘルムホルツ共鳴管の共鳴周波数を調整する。この調整を実現するために、ヘルムホルツ共鳴管の入口配管の断面積を調整する調整弁を設けることが望ましい。 Here, in a preferred embodiment of the present invention, the pressure vibration of the steam system composed of the steam phase part of the reactor pressure vessel and the steam pipe is detected, and the resonance frequency of the Helmholtz resonance tube is set in a direction to reduce the pressure vibration. adjust. In order to realize this adjustment, it is desirable to provide an adjustment valve that adjusts the cross-sectional area of the inlet pipe of the Helmholtz resonance pipe.
本発明は他の一面において、蒸気系の主流路同士を接続する接続配管及び/又は主流路から分岐する分岐配管に開度調整弁を配置し、この開度調整弁の開度を調整することを特徴とする。 In another aspect of the present invention, an opening adjustment valve is arranged in a connection pipe that connects the main flow paths of the steam system and / or a branch pipe that branches from the main flow path, and the opening of the opening adjustment valve is adjusted. It is characterized by.
ここで、本発明の望ましい実施態様においては、原子炉圧力容器の蒸気相部及び蒸気配管からなる蒸気系の圧力振動を検出し、この圧力振動を減少させる方向に、開度調整弁の開度を調整する。この調整を実現するために、原子炉圧力容器と高圧タービンとの間の主蒸気系配管に設けられた複数の連結配管及び/又は分岐配管に対し複数の開度調整弁を設け、検出した圧力振動を減少させる方向に、複数の開度調整弁の開度を順次調整することによって、蒸気系の圧力振動振幅を減少させる制御手段を設けることが望ましい。 Here, in a desirable embodiment of the present invention, the pressure vibration of the steam system composed of the steam phase portion of the reactor pressure vessel and the steam pipe is detected, and the opening degree of the opening adjustment valve is reduced in a direction to reduce the pressure vibration. Adjust. In order to realize this adjustment, a plurality of opening adjustment valves are provided for a plurality of connection pipes and / or branch pipes provided in a main steam system pipe between the reactor pressure vessel and the high-pressure turbine, and the detected pressure It is desirable to provide a control means for decreasing the pressure oscillation amplitude of the steam system by sequentially adjusting the openings of the plurality of opening adjustment valves in the direction of reducing the vibration.
本発明によれば、沸騰水型原子炉の主蒸気系で発生する音響共鳴に伴う圧力振動を抑制できる。一旦、圧力振動が発生した場合にも、圧力振動を抑制する制御手段を設けた場合には、プラントを最適状態に保つことが可能である。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the pressure vibration accompanying the acoustic resonance which generate | occur | produces in the main steam system of a boiling water reactor can be suppressed. Even when pressure vibrations are generated, if a control means for suppressing pressure vibrations is provided, the plant can be maintained in an optimum state.
本発明のその他の目的及び特徴は、以下に述べる実施例の説明によって明らかになる。 Other objects and features of the present invention will become apparent from the following description of the embodiments.
以下に、本発明の実施例による沸騰水型原子炉を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a boiling water reactor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
実施例1:
図1は、本発明の実施例1による沸騰水型原子炉の蒸気系の構成図である。原子炉圧力容器1の内部で発生した蒸気2は、蒸気乾燥器3の内部の波板4で水分を除去された後、原子炉圧力容器1の蓋5で囲まれた蒸気ドーム6内に流入する。除去された水分は、ドレン管7を通って蒸気乾燥器3の下方に排出される。その後、蒸気2は、ノズル8から蒸気配管9を通って高圧タービン10に流入する。
Example 1:
FIG. 1 is a configuration diagram of a steam system of a boiling water reactor according to
蒸気ドーム6には、開度調整弁11を介してヘルムホルツ共鳴管12が設置されている。すなわち、蒸気ドーム6の予備の弁座等の開口部と、ヘルムホルツ共鳴管12の入口配管121(図2)とを連通させることによって、蒸気ドーム6へヘルムホルツ共鳴管12を設置する。一方、蒸気ドーム6からノズル8、蒸気配管9を通って高圧タービン10までの蒸気相の空間(以下、蒸気系と言う)には、圧力センサ13及び14が取り付けられている。ここで、圧力センサ13及び14は、どちらか単独でも、あるいは、それぞれ複数設置しても構わない。圧力センサ13及び14からの圧力振動信号は、制御装置15内の信号処理部で処理され、制御装置15は、開度調整弁11の開度を制御する。特に、この実施例は、蒸気ドーム6の圧力振動が大きい場合に有効である。
A Helmholtz
図2は、本実施例に使用するのに好適な円筒形状ヘルムホルツ共鳴管12の構造を示した側面図である。ヘルムホルツ共鳴管12は、円筒形の入口配管121と、やはり円筒形の共鳴減衰管122の2つの構成要素からなっており、入口配管121と共鳴減衰管122の形状は、必ずしも円筒形に限る必要はない。このヘルムホルツ共鳴管12の共鳴周波数fは、(1)式で表わすことができる。
FIG. 2 is a side view showing the structure of a cylindrical Helmholtz
f=c/(2π)×(An/(VLn))0.5 (1)
ここで、fは共鳴周波数(Hz)、cは音速(m/s)、Anは入口配管121の断面積(m2)、Vは共鳴減衰管122の体積(m3)、Lnは入口配管121の長さ(m)である。
f = c / (2π) × (An / (VLn)) 0.5 (1)
Here, f is the resonance frequency (Hz), c is the speed of sound (m / s), An is the cross-sectional area (m 2 ) of the
さて、図2に示すように、ヘルムホルツ共鳴管12の入口配管121には、図1に示した開度調整弁11を取り付けている。この開度調整弁11の開度を調整することによって、入口配管121の断面積Anを調整することが可能であり、(1)式から、ヘルムホルツ共鳴管12の共鳴周波数fを調整できることが分かる。
As shown in FIG. 2, the
図3は、円筒形状のヘルムホルツ共鳴管12の共鳴周波数を求めた例である。入口配管121の径Dn、その長さLn、共鳴減衰管122の径Dr、その長さLrなどによって、共鳴周波数fは変化する。特に、入口配管121の径Dnの変化によって、共鳴周波数fは変化している。したがって、入口配管121に設けた開度調整弁11の開度を変化させることによって、等価的に入口配管121の径Dnを変化させ、ヘルムホルツ共鳴管12の共鳴周波数fを変化させることができる。通常、配管径に比べて音響共鳴モードの音波長は長いため、共鳴周波数fは、開口部の形状によらず、開口面積に依存する。このため、開度調整弁の型式によらず、どのような弁を用いても、ヘルムホルツ共鳴管12の共鳴周波数fを調整することができる。
FIG. 3 shows an example in which the resonance frequency of the cylindrical
図示した例では、入口配管121の径Dnをパラメータとした共鳴減衰管122の長さLrに対する3つの共鳴周波数特性を示しており、径Dnを絞ることで、共鳴周波数fは低くなっている。すなわち、1つのヘルムホルツ共鳴管12において、開度調整弁11の開度を変化させれば、等価的に入口配管121の径Dnを変化させることができ、その共鳴周波数fを調整できることを示している。
The illustrated example shows three resonance frequency characteristics with respect to the length Lr of the
そこで、図1の構成において、蒸気ドーム6から、ノズル8、蒸気配管9を通り、高圧タービン10に至る蒸気系で、共鳴周波数fを持つ音響共鳴モードが形成された場合、ヘルムホルツ共鳴管12の共鳴周波数fを音響共鳴モードの周波数と等しくすることによって、蒸気系の音響共鳴モードの振幅を減衰させることができる。
1, when an acoustic resonance mode having a resonance frequency f is formed in the steam system from the steam dome 6 through the
蒸気系内で、圧力波が伝播、反射して増幅すると、大振幅を持つ音響共鳴モードが形成される。この音響共鳴モードにより、ヘルムホルツ共鳴管12の入口の圧力が変動すると、ヘルムホルツ共鳴管12内部に向かう流速変動が生じる。ヘルムホルツ共鳴管12の共鳴周波数fと音響共鳴モードの周波数が一致すると、ヘルムホルツ共鳴管12入口の流速変動が大きくなるため、ヘルムホルツ共鳴管12が蒸気系内の音響エネルギーを吸収して、効果的に音響共鳴モードを減衰させることができる。したがって、蒸気系内の圧力振動の大きな位置にヘルムホルツ共鳴管12の入口を設けることにより、音響共鳴モードを効果的に減衰させることができる。例えば、蒸気乾燥器3で大きな圧力振動が生じた場合には、蒸気ドーム6の蒸気乾燥器3の近傍にヘルムホルツ共鳴管を設置することにより、圧力振動を抑制し、蒸気乾燥器3に加わる変動力を低減させることにより、信頼性をさらに高めることができる。
When the pressure wave propagates, reflects and amplifies in the vapor system, an acoustic resonance mode having a large amplitude is formed. When the pressure at the inlet of the
制御装置15では、圧力センサ13、14の圧力振動信号を入力し、圧力センサ13、14の圧力振動振幅が最小になるように開度調整弁11の開度を最適に制御する。例えば、開度調整弁11を微小に開いたとき、圧力センサ13、14の圧力振動振幅が減少する場合は、さらに開度調整弁を微小に開く。また、圧力センサ13、14の圧力振動振幅が増加する場合は、開度調整弁11を反対に閉じる方向に制御する。この操作を繰り返すことにより、開度調整弁11の開度を制御して、圧力センサ13、14の圧力振動振幅を最小にすることができる。
The
図4は、本実施例に用いるのに好適な制御装置15の処理機能ブロック図である。制御装置15は、信号処理部151と制御部152からなる。信号処理部151では、圧力センサ13、14から入力した圧力振動振幅を記憶部1511で記憶し、開度調整弁11の操作前後の圧力センサ13、14の圧力振動振幅を比較部1512で比較する。また、制御部152は、比較部1512の比較結果から、開度調整弁11への新たな開度指令を決定し、開度調整弁11に制御信号を出力する。
FIG. 4 is a processing function block diagram of the
この機能構成により、蒸気系の圧力振動振幅が小さくなる方向にヘルムホルツ共鳴管12の入口配管121の実質的開口面積を調整し、ヘルムホルツ共鳴管12の共鳴周波数fが蒸気系に発生した共鳴振動の周波数に近づいて、これを減衰させることができる。
With this functional configuration, the substantial opening area of the
実施例2:
図5は、本発明の実施例2による沸騰水型原子炉の蒸気系の構成図である。原子炉圧力容器1の内部で発生した蒸気2は、蒸気乾燥器3の内部の波板4で水分を除去されたあと、原子炉圧力容器1の蓋5で囲まれた蒸気ドーム6内に流入する。除去された水分は、ドレン管7を通って蒸気乾燥器3の下方に排出される。その後、蒸気2は、ノズル8から蒸気配管9を通って高圧タービン10に流入する。蒸気配管9には、開度調整弁11を介してヘルムホルツ共鳴管12が設置されている。蒸気ドーム6からノズル8、蒸気配管9を通って高圧タービン10までの蒸気相の空間(蒸気系)には、圧力センサ13、14が取り付けられている。ここで、圧力センサ13、14は、どちらか単独でも、あるいは、それぞれ複数設置しても構わない。圧力センサ13、14からの圧力振動信号は制御装置15内の信号処理部で処理され、開度調整弁11の開度の制御に使用される。ヘルムホルツ共鳴管12及び制御装置15の構成は、実施例1と同様であり、重複説明は避ける。
Example 2:
FIG. 5 is a configuration diagram of a steam system of a boiling water reactor according to
本実施例では、ヘルムホルツ共鳴管12が、蒸気配管9に設置されており、この場合も、蒸気系内の圧力振動の大きな位置にヘルムホルツ共鳴管12の入口配管121を設けることにより、音響共鳴モードを効果的に減衰させることができる。この実施例は、蒸気配管9の圧力振動が大きい場合に有効である。例えば、ノズル8で大きな圧力振動が生じた場合には、ノズル8の近傍にヘルムホルツ共鳴管12を設置することにより、蒸気配管9の圧力振動を抑制することにより、蒸気系全体の圧力振動を抑制することができる。沸騰水型原子炉の場合には、ノズル8の近傍には安全弁が設置されているため、増出力時に適用する場合には、流路面積の広い大型の大容量安全弁を用いることにより増出力前に比べて弁数を削減し、余った弁座を使用してヘルムホルツ共鳴管を設置するなどの手段も可能である。
In this embodiment, the
実施例3:
図6は、本発明の実施例3による沸騰水型原子炉の蒸気系の構成図である。原子炉圧力容器1の内部で発生した蒸気2は、蒸気乾燥器3の内部の波板4で水分を除去されたあと、原子炉圧力容器1の蓋5で囲まれた蒸気ドーム6内に流入する。除去された水分は、ドレン管7を通って蒸気乾燥器3の下方に排出される。その後、蒸気2は、ノズル8から蒸気配管9を通って高圧タービン10に流入する。蒸気配管9には、開度調整弁11Aを介してヘルムホルツ共鳴管12Aが設置され、また、開度調整弁11Bを介してヘルムホルツ共鳴管12Bが設置されている。蒸気ドーム6からノズル8、蒸気配管9を通って高圧タービン10までの蒸気相の空間(蒸気系)には、圧力センサ13、14A、14Bが取り付けられている。ここで、圧力センサ13、14A、14Bは、どれか単独でも、あるいは、3箇所のうち2箇所でも、あるいは、それぞれ複数設置しても構わない。これらの圧力センサからの圧力振動信号は制御装置15で処理され、開度調整弁11A、11Bの開度の制御に使用される。ヘルムホルツ共鳴管12A、12Bの構成は、実施例1や実施例2と同様である。
Example 3:
FIG. 6 is a configuration diagram of a steam system of a boiling water reactor according to the third embodiment of the present invention. The
本実施例では、蒸気配管9に蒸気ヘッダ16が設置されている。この蒸気ヘッダ16は、複数の並列配管で構成された蒸気配管9の各配管の均圧化あるいは他の配管への分岐を可能とする分配器的な役割を担って設けられている。このように、蒸気ヘッダ16が設置されている場合には、蒸気ヘッダ16の前後で、音響共鳴モードの位相が異なっている可能性がある。そこで、蒸気ヘッダ16の前後の蒸気配管9のそれぞれに、ヘルムホルツ共鳴管12Aと12Bを設けることにより、音響共鳴モードを効果的に減衰させることができる。例えば、蒸気ヘッダ16で大きな圧力振動が生じた場合には、蒸気ヘッダ16の前後にヘルムホルツ共鳴管12A、12Bを設置することにより、蒸気配管9の圧力振動を抑制し、蒸気系全体の圧力振動を抑制することができる。
In this embodiment, a
制御装置15は、圧力センサ13、14A、14Bの圧力振動信号を入力し、それらの圧力振動振幅が最小になるように、開度調整弁11A、11Bの開度を最適に制御する。例えば、弁11Aを微小に開いて圧力センサ13、14A、14Bの圧力振動振幅が減少する場合は、さらに開度調整弁11Aを微小に開く。また、圧力センサ13、14A、14Bの圧力振動振幅が増加する場合は、開度調整弁11Aを反対に閉じる方向に制御する。開度調整弁11A、11Bについて、この操作を繰り返すことにより、開度調整弁11A、11Bの開度を制御して、圧力センサ13、14A、14Bの圧力振動振幅を最小にすることができる。
The
制御装置15の具体的な構成は図4と同じとする。圧力センサ13、14A、14Bからの圧力振動振幅を記憶部1511で記憶し、開度調整弁11A、11Bを操作する前後の圧力センサ13、14A、14Bの圧力振動振幅をそれぞれ比較部1512で比較し、その比較結果から、開度調整弁11A、11Bの新たな開度を決定して、開度調整弁11A、11Bを制御する制御部152を備えておけば良い。
The specific configuration of the
ヘルムホルツ共鳴管12A、12Bの入口配管121が、蒸気系内の圧力振動の大きな位置にあれば、音響共鳴モードをより効果的に減衰させることができる。そこで、開度調整弁11A、11Bの開度を決定する手段として、制御装置15において、圧力センサ13、14A、14Bからの圧力振動信号を用いれば、次のようにして、より効果的に音響共鳴を減衰させることができる。すなわち、蒸気系内で発生している音響振動モードを計算し、圧力振動振幅の計算結果が大きい位置に設けられたヘルムホルツ共鳴管12A又は12Bに対応する開度調整弁11A又は11Bから順に新たな開度を決定し、当該開度調整弁から制御するのである。音響振動モードは、圧縮性流体の方程式もしくは音波方程式を基礎式として適当な境界条件を用いて数値計算することにより求められ、蒸気系各位置における圧力振動振幅を得ることができる。この音響振動モードから、開度調整弁11A、11Bの位置における圧力振動振幅を求め、圧力振動の大きな方の開度調整弁を優先してこれから順に制御する。この方法を用いることにより、より短時間に最適な開度調整弁11A、11Bの開度を求め、圧力振動を減衰させることができる。
If the inlet piping 121 of the
実施例4:
図7は、本発明の実施例4による沸騰水型原子炉の蒸気系の構成図である。原子炉圧力容器1の内部で発生した蒸気2は、4本の並列蒸気配管91〜94を通って蒸気ヘッダ16に向かう。蒸気ヘッダ16を通過後、高圧タービン10へ流入する。蒸気ヘッダ16には、蒸気配管91〜94を連結する配管に、開度調整弁171〜174が取り付けられている。ここで、図示する蒸気ヘッダ16の上下端の半円部は互いに繋がっていることを意味しており、したがって、開度調整弁174は、蒸気配管94と91を連結する配管に設けられている。また、蒸気ヘッダ16と高圧タービン10の間で、さらに、蒸気配管91〜94を連結する配管18が設けられており、この配管18の蒸気配管91〜94間に、開度調整弁191〜193が取り付けられている。原子炉圧力容器1の蒸気ドーム6には圧力センサ13が取り付けられ、原子炉圧力容器1から蒸気ヘッダ16までの蒸気配管91〜94に圧力センサ141〜144が取り付けられている。さらに、蒸気ヘッダ16から高圧タービン10までの蒸気配管91〜94に、圧力センサ145〜148が取り付けられている。ここで、圧力センサ13、141〜144、及び145〜148は、全て設置する必要はなく、また、それぞれ複数設置しても構わない。圧力センサ13、141〜144、及び145〜148からの圧力振動信号は、制御装置15で処理され、開度調整弁171〜174及び191〜193の開度の制御に使用される。
Example 4:
FIG. 7 is a configuration diagram of a steam system of a boiling water reactor according to Embodiment 4 of the present invention. The
本実施例では、蒸気配管91〜94を連結する配管に、開度調整弁171〜174及び191〜193が設けられ、蒸気ドーム6、蒸気配管91〜94、蒸気ヘッダ16から高圧タービン10までの蒸気系(蒸気系)で発生する音響共鳴モードを抑制するように、開度調整弁171〜174及び191〜193が制御される。複数の並列配管と、並列配管同士を繋ぐ連結部を有する蒸気系では、並列配管同士が連成した音響共鳴モードが形成される場合がある。本実施例の場合には、蒸気ドーム6、蒸気ヘッダ16、及び配管18の3点が、並列の蒸気配管91〜94同士を繋ぐ連結部である。並列配管同士が連成した音響共鳴モードを抑制するためには、並列配管同士を繋ぐ連結部の音響インピーダンスを変更することが効果的である。このため、開度調整弁171〜174や191〜193の開度を変更することにより、並列配管同士を繋ぐ連結部の音響インピーダンスを変更することが可能になり、音響共鳴モードを抑制することが可能になる。開度調整弁171〜174、191〜193は、全て設置する必要はなく、また、それぞれ複数設置しても構わない。本実施例は、並列配管同士が連成した音響共鳴モードを抑制するのに効果的である。
In the present embodiment, opening
制御装置15は、圧力センサ13、141〜148の圧力振動信号を入力し、それらの圧力振動振幅が最小になるように、開度調整弁171〜174、191〜193の開度を最適に制御する。音響共鳴を減衰させるために、まず、開度調整弁171〜174、191〜193の開度を変更して、圧力センサ13、141〜148の圧力振動振幅に対する感度を求める。例えば、開度調整弁171を微小に開いて圧力センサ13、141〜148の圧力振動振幅が減少する場合は、さらに開度調整弁171を微小に開く。また、圧力センサ13、141〜148の圧力振動振幅が増加する場合は、開度調整弁171を反対に閉じる方向に制御する。開度調整弁171〜174、191〜193について、感度の大きい開度調整弁から順にこの操作を繰り返すことにより、開度調整弁171〜174、191〜193の開度を制御して、圧力振動振幅を最小にすることができる。
The
制御装置15の具体的な構成は図4と同じとする。圧力センサ13、141〜148からの圧力振動振幅を記憶部1511で記憶し、開度調整弁171〜174、191〜193を操作する前後の圧力センサ13、141〜148の圧力振動振幅をそれぞれ比較部1512で比較し、その比較結果から、開度調整弁171〜174、191〜193の新たな開度を決定して、これらの開度調整弁171〜174、191〜193を制御する制御部152を備えておけば良い。
The specific configuration of the
開度調整弁171〜174、191〜193の開度を決定する手段として、制御装置15において、圧力センサ13、141〜148からの圧力振動信号を用いて、蒸気系内で発生している音響振動モードを計算し、圧力振動振幅の計算結果が大きい位置に設けられた開度調整弁から順に新たな開度を決定する制御装置とすることができる。この音響振動モードから、開度調整弁171〜174、191〜193の位置における圧力振動振幅を求め、圧力振動の大きな方の開度調整弁から制御する。この方法を用いることにより、より短時間に、最適な開度調整弁171〜174、191〜193の開度を求めることができる。
As means for determining the opening degree of the opening
実施例5:
図8は、本発明の実施例5による沸騰水型原子炉の蒸気系の構成図である。原子炉圧力容器1の内部で発生した蒸気2は、蒸気乾燥器3の内部の波板4で水分を除去されたあと、原子炉圧力容器1の蓋5で囲まれた蒸気ドーム6内に流入する。除去された水分は、ドレン管7を通って蒸気乾燥器3の下方に排出される。その後、蒸気2は、ノズル8から蒸気配管9を通って高圧タービン10に流入する。蒸気配管9には、分岐配管20が設けられており、分岐配管20には開度調整弁21、22、23が設けられている。分岐配管20は、開度調整弁21と23を介して高圧タービン10の出口に連結されている。また、分岐配管20は、開度調整弁22を介して、原子炉圧力容器1への給水の加熱に用いられる給水加熱器(図示せず)に連結されている。蒸気ドーム6からノズル8、蒸気配管9を通って高圧タービン10までの蒸気相の空間(蒸気系)には、圧力センサ13、14が取り付けられている。ここで、圧力センサ13、14は、どちらか単独でも、あるいは、それぞれ複数設置しても構わない。また、分岐配管20と開度調整弁21〜23は、それぞれ複数設置しても構わない。開度調整弁22、23はどちらか一方だけでもよい。圧力センサ13、14からの圧力振動信号は制御装置15で処理され、開度調整弁21〜23の開度の制御に使用される。
Example 5:
FIG. 8 is a configuration diagram of a steam system of a boiling water reactor according to the fifth embodiment of the present invention. The
本実施例では、蒸気配管9に分岐配管20が設けられ、この分岐配管20に開度調整弁21が設けられているのが特徴である。分岐配管20と開度調整弁21は、ヘルムホルツ共鳴管と同様な働きをし、開度調整弁21の開度を調整することによって分岐配管20の音響インピーダンスが変化して共鳴して、蒸気配管9内に発生している音響共鳴モードを減衰させることができる。本実施例では、開度調整弁21を通過した蒸気は、高圧タービン10の出口、及び原子炉圧力容器1への給水加熱に回収される。本実施例では、ヘルムホルツ共鳴管を用いず、配管構成の変更のみで音響共鳴モードを減衰させることが可能である。制御装置15の具体的な構成は図4と同じとする。他の実施例と同様にして開度調整弁21〜23の開度を決定できる。但し、本実施例の場合には、開度調整弁21〜23の開度が沸騰水型原子炉の電気出力や熱効率に影響を与えるため、予め、これらの開度調整弁の開度に上限を設けておく必要がある。
This embodiment is characterized in that a
実施例6:
図9は、本発明の実施例6による沸騰水型原子炉の蒸気系の構成図である。原子炉圧力容器1の内部で発生した蒸気2は、蒸気乾燥器3の内部の波板4で水分を除去されたあと、原子炉圧力容器1の蓋5で囲まれた蒸気ドーム6内に流入する。除去された水分は、ドレン管7を通って蒸気乾燥器3の下方に排出される。その後、蒸気2は、ノズル8から蒸気配管9を通って高圧タービン10に流入する。蒸気配管9には、複数の開度調整弁11を有するヘルムホルツ共鳴管12が設置されている。蒸気ドーム6からノズル8、蒸気配管9を通って高圧タービン10までの蒸気相の空間(蒸気系)には、圧力センサ13、14が取り付けられている。ここで、圧力センサ13、14は、どちらか単独でも、あるいは、それぞれ複数設置しても構わない。圧力センサ13、14からの圧力振動信号は制御装置15内の信号処理部で処理され、開度調整弁11の開度の制御に使用される。制御装置15の構成は、実施例1と同様であり、重複説明は避ける。
Example 6:
FIG. 9 is a configuration diagram of a steam system of a boiling water reactor according to Embodiment 6 of the present invention. The
図10は、本実施例のヘルムホルツ共鳴管12の構成図である。蒸気配管9に連結する複数の入口配管121にそれぞれ開度調整弁11が設けられており、これらの入口配管121を単一の共鳴減衰管122で結合している。複数の入口配管の断面積の和をAn、共鳴減衰管122の体積をVとすることにより、この場合も共鳴周波数は(1)式で凡そ表わすことができる。共鳴減衰管122は、図10に示すような配管のほか、蒸気配管9を囲むように配置したアニュラス状の容器でも良い。
FIG. 10 is a configuration diagram of the
この実施例は、蒸気配管9の周囲にスペースがない場合でも、蒸気配管9に沿ってヘルムホルツ共鳴管12をコンパクトに配置できる。また、複数の入口配管を有するために、入口配管の断面積の和Anを大きくとれ、圧力振動振幅の減衰率を大きくすることができる。沸騰水型原子炉の増出力時に適用する場合には、流路面積の広い大型の大容量安全弁を用いることにより増出力前に比べて弁数を削減し、余った複数の弁座を使用してヘルムホルツ共鳴管を設置するなどの手段も可能である。
In this embodiment, even when there is no space around the
以上の実施例1から6では、全て入口配管121に開度調整弁11が取り付けられ、制御装置15が取り付けられているが、一旦開度が決まれば、その後は開度調整弁11の弁開度を固定して、制御装置15を取り外して使用しても良い。
In Examples 1 to 6 described above, the opening
図11は、本発明の実施例の効果を説明するための周波数対音圧特性図であり、ヘルムホルツ共鳴管を用いた場合の代表的な要素試験結果である。図の縦軸は蒸気乾燥器表面の音圧であり、ヘルムホルツ共鳴管がない場合には、低周波の圧力振動ピークが生じる。この低周波の圧力振動ピークにヘルムホルツ共鳴管の共鳴周波数を一致させることにより、当該圧力振動ピークを有効に減衰できることが分かる。 FIG. 11 is a frequency vs. sound pressure characteristic diagram for explaining the effect of the embodiment of the present invention, and is a typical element test result when a Helmholtz resonance tube is used. The vertical axis in the figure is the sound pressure on the surface of the steam dryer, and when there is no Helmholtz resonance tube, a low frequency pressure oscillation peak occurs. It can be seen that the pressure vibration peak can be effectively damped by matching the resonance frequency of the Helmholtz resonance tube with this low frequency pressure vibration peak.
1…原子炉圧力容器、2…蒸気、3…蒸気乾燥器、4…波板、5…原子炉圧力容器蓋、6…蒸気ドーム、7…ドレン管、8…ノズル、9,91〜94…蒸気配管、10…高圧タービン、11…開度調整弁、12,12A,12B…ヘルムホルツ共鳴管、121…入口配管、122…共鳴減衰管、13,14,141〜148…圧力センサ、15…制御装置、151…信号処理部、1511…記憶部、1512…比較部、152…制御部、16…蒸気ヘッダ、171〜174,191〜193…開度調整弁、20…分岐配管、21〜23…開度調整弁。
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