JP2010085140A - ジェットポンプディフューザ計装配管 - Google Patents

Abstract

【課題】
固有振動数がプラント機器の運転振動や工事中の作業機械の振動などＢＷＲプラントで発生する振動の卓越周波数と一致させないようにして非共振化を図り、振動時の発生応力を低減したＢＷＲプラントのジェットポンプディフューザ計装配管を実現させることにある。
【解決手段】
重錘部４０と取付機構５０からなる振動低減装置３０をサポート間に設けた計装配管１４とする。これにより、プラント機器の運転振動や工事中の作業機械の振動などＢＷＲプラントで発生する振動と、振動抑制装置３０を取り付けていない場合の計装配管１９の固有振動数が一致して共振現象が生じた場合でも、サポート間に取り付けた振動抑制装置３０の重錘部４０の質量による慣性効果によって計装配管１４の固有振動数が低下し、計装配管１４の固有振動数が上記のプラントで発生する振動の卓越周波数帯域から外れるため、共振現象を回避でき振動応答を低減することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、沸騰水型原子力発電プラント（以下、ＢＷＲプラント）における原子炉圧力容器内のジェットポンプのディフューザに取り付けられる流量計測用計装配管（以下、計装配管）に関する。

ＢＷＲプラントの原子炉圧力容器（以下、圧力容器）では、内部の冷却材を循環させるためにジェットポンプが設置されており、ジェットポンプに接続されたディフューザには、冷却材の流量を測定するためにディフューザの上部と出口の圧力差を測定する差圧検出用の計装配管が設置されている。

上記の計装配管について、プラント運転中にディフューザ内部を流れる冷却水の圧力脈動によって振動が励起された場合の振動抑制技術として、特開２００３−２８７５８６号公報（特許文献１）に記載の技術が知られている。

特許文献１には、計装配管の振動を抑制するために、計装配管のブロック接続部周辺に、クランプ部と翼板部からなる振動抑制装置を取り付けることが記載されている。これは、冷却水の圧力脈動によって計装配管が固有振動数付近の周波数で励起した場合に、計装配管と翼板部との間に摩擦が生じることにより振動エネルギーが散逸し、計装配管の振動に対する減衰効果が増大して振動応答が抑制されるとしている。さらに振動の低減によって発生する応力も緩和させることができるとしている。また、冷却水が入り込む空間として翼板部と計装配管に間隙を設け、計装配管が振動した場合に間隙にある冷却水の粘性作用によって振動の減衰効果を得ることや、計装配管と翼板部の間にラビリンスを設けて、ラビリンスと計装配管の間の冷却水の粘性作用によって振動の減衰効果を得ることが記載されている。また、翼板部と計装配管の間に弾性材を挟み込み、この弾性材が弾性変形する際の弾性材間の摩擦により振動の減衰効果を得ることも記載されている。

特許文献１には、翼板ではなく、磁石，板ばね，トルクばねをクランプに接続した振動抑制装置の記載があるが、いずれも振動の減衰効果を増大させて、計装配管の振動抑制を図る技術である。

なお、計装配管への振動としては、上記の圧力脈動だけでなく、電動機やポンプなど各種プラント機器の運転振動が入力する可能性がある。また、定期検査時のようなプラント停止時でも補修工事や予防保全工事での作業機械の振動が入力する可能性がある。したがって、計装配管の固有振動数は、共振現象を防止するために、このようなプラントで発生する振動（以下、プラント振動入力）の卓越周波数と一致しない構造とすることが重要である。

特開２００３−２８７５８６号公報（第８項、図１）

特許文献１に記載の従来技術は、摩擦力や流体の粘性作用による減衰効果の増大によって振動低減する技術である。計装配管の振動応答を低減するには、減衰効果を増大させることや外力の振動数と異なる固有振動数とすることが考えられる。上記の従来技術は減衰効果によって振動応答を低減する技術ではあるが、冷却水の圧力脈動と計装配管との共振現象を防止する技術ではない。

本発明では、プラント振動入力の卓越周波数と一致させないようにして避共振化を図り、振動時の発生応力を低減することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明のジェットポンプディフューザ計装配管は、重錘部と配管への取付機構、およびボルト締め機構で可動する取付機構の駆動手段を備えた振動抑制装置をサポート間に取り付けたものである。

本発明によれば、計装配管の固有振動数は、プラント振動入力の卓越周波数と一致せず、共振現象を回避できるので、振動応答および発生応力の低減をすることができる。

以下、本発明の実施例について、図１〜図１４を参照しながら説明する。図１は、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）プラントの原子炉構造の概略図である。図１に示すように、圧力容器１の中央部には、数百体の燃料で構成される炉心５を内包する炉心シュラウド３が設置されている。炉心シュラウド３と圧力容器１はそれぞれ円筒形で同心円状に設置されており、さらにそれらの間には円環状のシュラウドプレート４が設置されて炉心シュラウド３と圧力容器１に溶接されている。

このシュラウドプレート４には複数のジェットポンプ６が設置されている。圧力容器１の外側には再循環ポンプ７が設置され、再循環配管８を介して圧力容器１と接続されている。

上記のジェットポンプ６は、再循環ポンプ７によって圧力容器１に供給された原子炉循環水と、圧力容器側面の給水配管９から供給された冷却水と、さらに圧力容器内の冷却水を混合して圧力容器内で循環させる役割を担う。

図２を用いて、ジェットポンプ６の周辺の構造について概略を説明する。ジェットポンプ６は、インレットミキサ１０とスロート１１およびディフューザ１２で構成され、再循環配管８とライザ管１３を介して接続される。

計装配管１４は、これらのうちディフューザ１２にサポート部２０を介して接続される。そして、この計装配管は、ディフューザ１２とほぼ平行に設置されている垂直部１４ａとディフューザ１２の下部周辺で水平方向に曲がり炉心シュラウド３と圧力容器１の間に設置される水平部１４ｂで構成される。

本発明の第１の実施例による計装配管の要部を図３に、図３中のＡ−Ａ′矢視図を図４に示す。図３に示すように、振動抑制装置３０は、重錘部４０と取付機構５０、および取付機構５０の駆動手段であるボルト締め機構７０で構成される。

本実施例の計装配管は、計装配管の垂直部１４ａまたは／かつ水平部１４ｂに一つまたは複数個の振動抑制装置を設けており、それぞれの振動抑制装置を各サポート間に設置する。また、図４に示すように、取付機構５０には計装配管１４と対向する面に凹み部を設けており、この部分に計装配管１４を挟み込み、さらにボルト締め機構７０による締付け力によって振動抑制装置を計装配管１４に固定する。

これにより、仮に振動抑制装置を付けてないときの計装配管１４の固有振動数が、プラント振動入力の卓越振動数と一致して共振現象が生じる場合でも、取り付けた振動抑制装置３０の重錘部４０の質量の慣性効果によって計装配管１４の固有振動数が低下し、計装配管１４の固有振動数がプラント振動入力の卓越周波数帯域から外れるため、共振現象を回避でき振動応答を低減することができる。

また、取付機構５０の駆動手段をボルト締め機構７０の一つとしているため、計装配管１４からの振動抑制装置３０の脱着が容易である。このことは、プラント工事中に発生する振動入力との非共振化を目的として、工事の時だけ振動抑制装置３０を設置して工事後は取り外すなど脱着の頻度が多い場合に都合が良い。とくに、振動抑制装置３０の脱着作業は、図１の圧力容器蓋２より上方から行う遠隔操作であるため、取付機構５０の駆動手段をボルト締め機構７０の一つとして振動抑制装置３０の脱着を容易にしていることは工事日程の短縮にもつながる。

本発明の第２の実施例による計装配管１４に取り付けた振動抑制装置３０の要部を図５に示す。図５に示すように、本発明の振動抑制装置３０は、実施例１における取付機構５０の駆動手段をばね７１としたものである。取付機構にばね７１を接続して、このばね７１の引張力を取付機構５０の計装配管１４を挟み込み力としている。本実施例も、取付機構５０の駆動手段を一つとしているため、計装配管１４からの振動抑制装置３０の脱着が容易である。

本発明の第３の実施例による計装配管１４に取り付けた振動抑制装置３０の要部を図６に示す。図６に示すように、本発明の振動抑制装置３０は、実施例１において、取付機構５０の計装配管１４に対向する面に設けた凹み部に弾性体５１を接続し、この弾性体５１に接するように計装配管１４を挟み込む構造となっている。

これにより、計装配管１４の振動やそれに伴うボルト締め機構７０のガタによって計装配管１４の挟み込み量が変化した場合でも、その変形を弾性体５１の変形によって吸収することによって振動抑制装置３０は、落下せずに取付位置にとどまる。

本発明の第４の実施例による計装配管１４に取り付けた振動抑制装置３０の要部を図７に示す。図７に示すように、重錘部４０または／かつ取付機構５０にフィン部６０を設けている。このフィン部６０は薄板構造をしており、計装配管１４と共に振動抑制装置３０が振動した場合に、このフィン部６０が冷却水の粘性抗力を受けて振動の減衰効果が生じ、計装配管１４の振動応答を低減することができる。

さらに、本発明の計装配管は、この振動抑制装置をサポート間中央に設けており、これは計装配管１４が励振する場合の振動の腹部すなわち振動応答が大きくなる位置に設置であるため、他の部位に設置する場合よりも得られる減衰効果は大きい。

本発明の第５の実施例による計装配管１４に取り付けた振動抑制装置３０の要部を図８に示す。図８に示すように、本実施例の振動抑制装置３０は、二つの重錘部４０は計装配管１４を挟み込むように磁石５２によって接続され、これらの重錘部４０はそれぞれが対向する側にこれら二つの重錘部４０を接続するための磁石５２と計装配管１４を挟み込むための凹み部が設けられている。

なお、本実施例においては、重錘部４０の凹み部に例えばゴムなどの弾性体５１を接続している。ここで、振動抑制装置３０の取り付け時に弾性体５１の変形に伴って発生する配管の軸直角方向の荷重と弾性体５１と計装配管１４の摩擦によって生じる配管の軸方向の荷重が、振動抑制装置３０の自重よりも大きくなるように設計する。さらに、磁石５２によって発生する重錘部４０を接続する荷重を、上記の弾性体５１の変形に伴って発生する配管の軸直角方向の荷重よりも大きくなるようにした。

これらにより、製作誤差によって振動抑制装置３０の凹み部と計装配管１４の間にギャップが生じた場合でも、このギャップ量を弾性体５１の変形によって吸収することによって振動抑制装置３０は、落下せずに取付位置にとどまる。

本発明の第６の実施例による計装配管１４に取り付けた振動抑制装置３０の要部を図９に示す。図９に示すように、本発明の振動抑制装置３０は、二つの重錘部と取付機構を兼ねた部材８０を一ヶ所のピンによって結合し、一方に計装配管１４を挟み込み、他方に計装配管１４を挟み込むのに必要な荷重発生手段を設けている。本実施例はこの荷重発生手段をボルト締め機構７０としている。重錘部と取付機構を一体の部材とすることで、振動抑制装置の構造を簡素化することができる。

本発明の第７の実施例による計装配管１４に取り付けた振動抑制装置３０の要部を図１０に示す。図１０に示すように、本発明の振動抑制装置３０は、実施例６の荷重発生手段をばね７１としたものである。

本発明の第８の実施例による計装配管１４に取り付けた振動抑制装置３０の要部を図１１に示す。図１１に示すように、本発明の振動抑制装置３０は、実施例６の重錘部と取付機構を兼ねた部材８０の計装配管１４を挟み込む部分に弾性体５１を設けたものである。

本発明の第９の実施例による計装配管１４に取り付けた振動抑制装置３０の要部を図１２に、図１２中のＢ−Ｂ′矢視図を図１３に示す。図１３に示すように、本実施例の振動低減装置３０は、伸縮手段としてのボルト締め機構７０の片側に計装配管１４に対向する面に凹み部を設けた部材９０を、もう一方の片側にディフューザ１２に対向する面に凹み部を設けた部材９１を接続し、計装配管１４とディフューザ１２の相対変位またはボルト締め機構７０が発生する軸力によって変形する弾性体５１を設けている。

そして、図１２に示すように、ボルト締め機構７０が発生する軸力によってこの振動抑制装置３０をディフューザ１２と計装配管１４の間で、かつ各サポート部２０の間に設置する。これにより、振動抑制装置を付けてないときの計装配管１４の固有振動数が、プラント振動入力の振動数と一致して共振現象が生じる場合でも、計装配管１４を振動抑制装置３０が支持することで配管系の剛性が強くなり、固有振動数が振動抑制装置３０を取り付けない場合よりも増加する。これにより、計装配管１４の固有振動数がプラント振動入力の卓越周波数帯域から外れるため、共振現象を回避でき振動応答を低減することができる。

本発明の第１０の実施例による計装配管１４に取り付けた振動抑制装置３０の要部を図１４に示す。図１４に示すように、本実施例は、実施例９における振動抑制装置３０に、例えばオイルダンパや磁気ダンパのような、計装配管１４とディフューザ１２の相対速度によって減衰力を発生するダンパ部７２を設けている。これにより、計装配管１４が振動した場合に、このダンパ部７２が振動エネルギーを吸収・散逸して減衰効果を生じ、計装配管１４の振動応答を低減することができる。

ＢＷＲプラントの原子炉構造の概略図。 ジェットポンプ周辺の概略図。 第１の実施例による計装配管の要部を模式化した図。 図３のＡ−Ａ′矢視図。 第２の実施例による計装配管に取り付けた振動抑制装置の要部を模式化した図。 第３の実施例による計装配管に取り付けた振動抑制装置の要部を模式化した図。 第４の実施例による計装配管に取り付けた振動抑制装置の要部を模式化した図。 第５の実施例による計装配管に取り付けた振動抑制装置の要部を模式化した図。 第６の実施例による計装配管に取り付けた振動抑制装置の要部を模式化した図。 第７の実施例による計装配管に取り付けた振動抑制装置の要部を模式化した図。 第８の実施例による計装配管に取り付けた振動抑制装置の要部を模式化した図。 第９の実施例による計装配管の要部を模式化した図。 図１２のＢ−Ｂ′矢視図。 第１０の実施例による計装配管に取り付けた振動抑制装置の要部を模式化した図。

符号の説明

１ 圧力容器
２ 圧力容器蓋
３ 炉心シュラウド
４ シュラウドプレート
５ 炉心
６ ジェットポンプ
７ 再循環ポンプ
８ 再循環配管
９ 給水配管
１０ インレットミキサ
１１ スロート
１２ ディフューザ
１３ ライザ管
１４ 計装配管
１４ａ 計装配管の垂直部
１４ｂ 計装配管の水平部
２０ サポート部
３０ 振動抑制装置
４０ 重錘部
５０ 取付機構
５１ 弾性体
５２ 磁石
６０ フィン部
７０ ボルト締め機構
７１ ばね
７２ ダンパ部
８０ 重錘部と取付機構を兼ねた部材
９０ 計装配管１４に対向する面に凹み部を設けた部材
９１ ディフューザ１２に対向する面に凹み部を設けた部材

Claims (8)

1. 重錘部と配管への取付機構、およびボルト締め機構で可動する取付機構の駆動手段を備えた振動抑制装置をサポート間に取り付けた沸騰水型原子炉のジェットポンプディフューザ計装配管。
2. 請求項１記載の沸騰水型原子炉のジェットポンプディフューザ計装配管において、振動抑制装置の配管への取付機構の駆動手段をばねとした沸騰水型原子炉のジェットポンプディフューザ計装配管。
3. 請求項１記載の沸騰水型原子炉のジェットポンプディフューザ計装配管において、取付機構の配管に対向する面に弾性体を設けた沸騰水型原子炉のジェットポンプディフューザ計装配管。
4. 請求項１記載の沸騰水型原子炉のジェットポンプディフューザ計装配管において、重錘部または／かつ取付機構にフィン部を有する振動抑制装置を取り付けた沸騰水型原子炉のジェットポンプディフューザ計装配管。
5. 二つの重錘部は計装配管を挟み込むように磁石によって接続され、これら二つの重錘部はそれぞれが対向する側にこれら二つの重錘部を接続するための磁石と計装配管を挟み込むための凹み部が設けられている振動抑制装置をサポート間に取り付けた沸騰水型原子炉のジェットポンプディフューザ計装配管。
6. 請求項１記載の沸騰水型原子炉のジェットポンプディフューザ計装配管において、重錘部と取付機構が一体となっている振動抑制装置を取り付けた沸騰水型原子炉のジェットポンプディフューザ計装配管。
7. 伸縮手段の片側に計装配管に対向する面に凹み部を設けた部材を接続し、さらに、もう一方の片側にジェットポンプディフューザに対向する面に凹み部を設けた部材を接続し、計装配管とジェットポンプディフューザの相対変位またはボルト締め機構が発生する軸力によって変形する弾性体を設けて振動抑制装置を構成し、ボルト締め機構が発生する軸力によってこの振動抑制装置をジェットポンプディフューザと計装配管の間、かつサポート間に設置した沸騰水型原子炉のジェットポンプディフューザ計装配管。
8. 請求項７記載の沸騰水型原子炉のジェットポンプディフューザ計装配管において、前記振動抑制装置は、計装配管とジェットポンプディフューザの相対速度によって減衰力を発生するダンパ部を設けた沸騰水型原子炉のジェットポンプディフューザ計装配管。

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