JP2010236851A

JP2010236851A - 蒸気渦流整流器

Info

Publication number: JP2010236851A
Application number: JP2010071276A
Authority: JP
Inventors: Khaled M Ewida; カレド・エム・イーウィダ; James P Carneal; ジェームス・ピー・カーニール
Original assignee: GE Hitachi Nuclear Energy Americas LLC
Current assignee: GE Hitachi Nuclear Energy Americas LLC
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2010-10-21
Also published as: EP2237282A3; EP2237282A2; US20100246743A1

Abstract

【課題】流れ誘発振動の大きさ又は振動数を減少する装置を提供する。
【解決手段】流れ誘発振動を発生する渦流の形成の確度を低下するように構成された渦制限器２２０を具備し、実施形態は、原子炉の原子炉圧力容器の少なくとも１つの構造と一体化されてもよい。また、流れ誘発振動の減衰及び／又は振動数変化を必要とする他のシステムと一体化されてもよい。他のシステムは、例えば蒸気発生装置、熱交換器、復水器、ボイラなどを含むが、それらに限定されない。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般に蒸気圧力容器に関し、特に、蒸気圧力容器の構成要素の流れ誘発振動のレベルを減衰するシステムに関する。

図１には、蒸気圧力容器の一種である従来の沸騰水型軽水炉（ＢＷＲ）が示される。原子炉の動作中、原子炉圧力容器（ＲＰＶ）の内部を循環する冷却水は、核燃料炉心３５で発生する核分裂により加熱される。給水入口１５及び炉心スプレーライン１０５に隣接する給水スパージャパイプ２０を介してＲＰＶ１０に給水が行われる。冷却水は、ＲＰＶ１０と炉心シュラウド３０との間の環状領域であるダウンカマーアニュラス２５を介して下方へ流れる。

炉心シュラウド３０は、核燃料炉心３５を取り囲むステンレス鋼の円筒である。炉心３５は複数の燃料束集合体４０（図１には２つの燃料束集合体４０のみが示される）を含む。上部ガイド４５及び炉心支持板５０は各燃料束集合体４０を支持する。

冷却水はダウンカマーアニュラス２５を通って下方へ流れ、炉心下部プレナム５５に流入する。次に、冷却水は炉心下部プレナム５５から核燃料炉心３５を通って上方へ流れる。特に、冷却水は燃料束集合体４０に入り、そこで沸騰境界層が形成される。核燃料炉心３５から出た水と蒸気の混合物は、シュラウドヘッド６５の下方の炉心上部プレナム６０に流入する。次に、蒸気と水の混合物はシュラウドヘッド６５の最上部にある直立管７０を通って流れ、水と蒸気とを分離する気水分離器７５に入る。分離された水はダウンカマーアニュラス２５に戻され、蒸気は蒸気出口ノズル１１０を介してＲＰＶ１０から排出される。

ＢＷＲは、要求される出力密度を達成するために必要な核燃料炉心３５を通過する強制対流を発生する冷却水再循環系を更に含む。ダウンカマーアニュラス２５の下端部から再循環水出口８０を介して水の一部が抽出され、抽出された水は、再循環ポンプ（図示せず）により再循環水入口９０を介して複数のジェットポンプ構体８５（図１には１つのジェットポンプ構体が示される）の中へ強制的に送り込まれる。通常、ジェットポンプ構体８５は炉心シュラウド３０の周囲に沿って分散するように配置され、要求される炉心流れを形成する。典型的なＢＷＲは１６〜２４の入口ミキサ９５を有する。

図１に示されるように、従来のジェットポンプ構体８５は１対の入口ミキサ９５を具備する。各入口ミキサ９５に溶接されたＬ字継手は、再循環ポンプ（図示せず）から入口昇水管１００を介して加圧駆動水を受け取る。入口ミキサ９５の１つの型は、入口ミキサ９５の周囲に入口ミキサ軸（図示せず）に関して等しい角度で配分された５つ１組のノズルを具備する。この場合、各ノズルはノズル出口で半径方向内側に向かって先細になる形状を有する。この収束形ノズルはジェットポンプ構体８５を作動する。ノズル出口の半径方向外側に二次入口開口（図示せず）がある。従って、ノズルから水のジェットが射出されるにつれて、ダウンカマーアニュラス２５から二次入口開口を介して入口ミキサ９５の中へ水が引き込まれ、そこで再循環ポンプからの水との混合が起こる。

動作中、ＲＰＶ１０から排出された蒸気は蒸気出口ノズル１１０を通って流れる間に回転しようとし、その結果、少なくとも１つの渦を形成する。渦は流れ誘発振動を発生し、それにより圧力損失を引き起こす。周知のように、気水分離器７５を含むが、それに限定されないＲＰＶ１０の内部構成要素に亀裂を形成する一因が、この流れ誘発振動である。流れ誘発振動の中には、ＲＰＶ１０の内部構成要素のうち１つ以上の構成要素の１つ以上の固有振動モードにごく近い振動数の圧力変動を有するものがある。励振振動数が内部構成要素の固有振動数に近い場合、振動が起こることにより内部構成要素に亀裂が発生する。そのため、ＲＰＶ１０をより低負荷で動作させることが必要になる。その結果、ＲＰＶ１０の動作を停止しなければならない場合もある。

上記の理由により、流れ誘発振動の発生確度を低下する装置及びシステムが必要とされる。装置は渦形成の可能性を減少すべきである。装置は、圧力容器において起こる流れ誘発振動という周知の問題を費用効果の高い方法によって解決すべきである。

本発明の一実施形態によれば、システム内の流れ誘発振動を減少する装置は、流れ誘発振動を許容するシステム内に一体化するように適合可能なベース（２１０）と；ベースにより支持され、且つ流れ誘発振動を発生する渦流の形成の確度を低下するように構成された渦制限器（２２０）とを具備し；渦制限器（２２０）はシステムの流体の流路に隣接して配置され且つ流れ誘発振動のレベルを低下する。

本発明の別の実施形態によれば、原子炉圧力容器（ＲＰＶ）（１０）の蒸気系の内部で起こる流れ誘発振動を減少するシステムは、複数の燃料束集合体（４０）を具備する核燃料炉心（３５）と；給水入口（１５）と；蒸気ノズル（１１０）と；ベース（２１０）及び渦制限器（２２０）を具備する整流器（２００）とを具備し、渦制限器（２２０）は蒸気系内部の蒸気の流路に隣接して配置され且つ流れ誘発振動のレベルを低下する。

図１は本発明の一実施形態が動作する環境を示した概略図である。図２は本発明の環境の中に配置された整流器の一実施形態を示した概略等角投影図である。図３Ａ及び図３Ｂは合わせて図３を構成し、本発明の一実施形態に係る整流器を示した概略平面図及び概略立面図である。図３Ａ及び図３Ｂは合わせて図３を構成し、本発明の一実施形態に係る整流器を示した概略平面図及び概略立面図である。図４は本発明の一実施形態に係る整流器の別の実施形態を示した概略平面図である。図５は本発明の一実施形態に係るＲＰＶに設置された本発明の一実施形態を示した概略等角投影断面図である。

本明細書において、ある特定の用語は便宜上使用されるだけであり、本発明を限定すると解釈されるべきではない。例えば、「上部」、「下部」、「左」、「正面」、「右」、「水平」、「垂直」、「上流側」、「下流側」、「前」及び「後」などの用語は、単に図に示される構成を説明するにすぎない。実際、構成要素は任意の向きに配置されてよいので、特に指定されない限り、それらの用語はそのような向きの変更をも含むものと理解されるべきである。

以下の説明は、主にＲＰＶ１０の少なくとも１つの蒸気出口ノズル１１０と一体化された本発明の一実施形態を説明する。本発明の他の実施形態は、流れ誘発振動の減衰及び／又は振動数変化を必要とする他のシステムと一体化されてもよい。他の圧力容器は、例えば蒸気発生器、熱交換器、復水器、ボイラなどを含むが、それらに限定されない。

再び図を参照して説明する。いくつかの図において、種々の図中符号は一貫して同様の部分を示す。図２は、本発明の装置が動作する環境の中に配置された整流器２００の一実施形態を示した概略等角投影図である。この場合、整流器２００は蒸気出口ノズル１１０の中に配置される。

整流器２００の一実施形態は２つの主要な構成要素、すなわちベース２１０及び渦制限器２２０を具備してもよい。ベース２１０は、一般に整流器２００を支持する働きをする。ベース２１０は蒸気出口ノズル１１０の少なくとも１つの面と結合するように構成されてもよい。渦制限器２２０は渦流を形成する確度を低下するように構成される。渦制限器２２０の一部は、ＲＰＶ１０のシステムの内部を流れる流体の流路に隣接するように配置されてもよい。

合わせて図３を構成する図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の一実施形態に係る整流器２００を示した概略平面図及び概略立面図である。

特に、図３Ａは、リング部分を具備するか又はリングに似た形状を有してもよいベース２１０の一実施形態を示す。リング形であるため、ベース２１０の外径部分は、例えば図２に示されるように蒸気出口ノズル１１０の内径部分と係合する。ベース２１０は、渦制限器２２０を支持しながら蒸気出口ノズル１１０との十分に堅牢な結合を可能にするような寸法を有していなければならない。

渦制限器２２０は、一般に少なくとも１つの渦が形成される確度を低下する働きをする。渦制限器２２０はＲＰＶ１０から排出される蒸気の流路の中に直接又は間接的に配置されてもよい。渦制限器２２０は渦の形成を部分的に又は完全に阻止できる形状に形成されてもよい。図３に示されるように、渦制限器２２０の一実施形態はフィン又は翼に類似してもよい。この実施形態の整流器２００は、渦制限器２２０を、蒸気出口ノズル１１０を介してＲＰＶ１０から排出される蒸気の流路内に直接配置する。本発明の一実施形態において、複数の方向に少なくとも１つの翼が配置されてもよい。翼が配置される方向は、例えば水平方向、垂直方向、斜め方向又はそれらを任意に組み合わせた方向であってもよいが、それらに限定されない。

図３Ａは、複数の翼の形の複数の渦制限器２２０を示す。この場合、第１の翼は垂直方向に配置され且つ第２の翼は水平方向に配置される。図３Ａに示されるように、本実施形態の渦制限器２２０は、蒸気が渦制限器２２０を通って流れる間に蒸気流れが渦を形成するのを阻止する十字形を形成する。本発明の別の実施形態において、渦制限器２２０は例えば、「Ｘ」字形、「星」形又はそれらを任意に組み合わせた形状であってもよいが、渦制限器２２０の形状はそれらに限定されない。その場合、渦制限器２００は複数の翼，フィンなどを具備してもよい。

図３Ｂは、図３Ａの整流器２００を示した側面図である。この場合、本発明の一実施形態の渦制限器２２０は、矩形の輪郭形状を有する複数の翼を具備する。図３Ｂは、ベース２１０が渦制限器２２０と一体化されて、１つの整流器２００を形成してもよいことを更に示す。この構成を採用すると、比較的単純な工程で整流器２００を製造できる。

図４は、本発明の一実施形態に係る整流器２００の別の実施形態を示した概略平面図である。渦制限器２２０は１つのフィン又は翼を具備してもよい。この場合、翼は水平方向に配置されてもよい。

図５は、本発明の一実施形態に係るＲＰＶ１０に設置された本発明の一実施形態を示した概略等角投影断面図である。ＲＰＶ１０は図１に示されるＲＰＶに類似してもよいが、構成要素の大半は取り除かれている。図５は、使用中の複数の整流器２００の適用状況を示す。この場合、各整流器２００は１つの蒸気出口ノズル１１０と一体化される。本発明の一実施形態において、図５に示されるように、整流器２００の全幅は蒸気出口ノズル１１０の全幅と同様であってもよい。

先に説明したように、使用中、整流器２００は蒸気出口ノズル１１０を介してＲＰＶ１０から排出される蒸気に作用する。各整流器２００は、渦の形成を阻止することにより流れ誘発振動を減少させてもよい。

本発明の一実施形態の構成要素は、整流器２００がさらされる動作環境に耐えられる任意の材料から形成されてもよい。

本発明のごく少数の例示的な実施形態に関して本発明を相当詳細に示し且つ説明したが、開示された実施形態に対して、特に以上の教示を考慮して種々の変形、省略及び追加が実施されてもよいので、以上の説明が本発明をそれらの実施形態に限定することを意図しないことは当業者により理解されるべきである。従って、添付の特許請求の範囲により定義される本発明の精神及び範囲の中に含まれるそのようなすべての変形、省略、追加及び同等物を包含することが意図される。

１０原子炉圧力容器（ＲＰＶ）
１１０ノズル
２００整流器
２１０ベース
２２０渦制限器

Claims

システム内の流れ誘発振動を減少する装置において、
流れ誘発振動を許容するシステム内に一体化するように適合可能なベース（２１０）と；
前記ベース（２１０）により支持され、且つ流れ誘発振動を発生する渦流の形成の確度を低下するように構成された渦制限器（２２０）とを具備し；
前記渦制限器（２２０）は、前記システムの流体の流路に隣接して配置され且つ前記流れ誘発振動のレベルを低下する振動軽減振動装置。
前記ベース（２１０）はリング形である請求項１記載の振動軽減装置。
前記渦制限器（２２０）は少なくとも１つの翼を具備し、前記少なくとも１つの翼は前記流路と係合する請求項３記載の振動軽減装置。
前記ベース（２１０）及び前記渦制限器（２２０）は１つの整流器（２００）を形成するように一体化される請求項３記載の振動軽減装置。
前記流体は蒸気である請求項４記載の振動軽減装置。
前記流路は蒸気流路である請求項５記載の振動軽減装置。
前記整流器（２００）は前記蒸気流路の中のノズル（１１０）と接合する請求項６記載の振動軽減装置。
前記蒸気流路は従来の蒸気ボイラ、圧力容器、原子炉（１０）又は他の蒸気系のうち少なくとも１つと一体化される請求項５記載の振動軽減装置。
前記少なくとも１つの翼の位置は水平方向、垂直方向又はそれらを任意に組み合わせた方向のうち少なくとも１つである請求項３記載の振動軽減装置。
複数の翼を更に具備し、前記複数の翼のうち各翼の位置は水平方向、垂直方向、斜め方向又はそれらを任意に組み合わせた方向のうち少なくとも１つである請求項９記載の振動軽減装置。