JP2012032248A - 沸騰水型原子力プラントの主蒸気逃し安全弁管台 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、キャビティトーンのエネルギーを減衰させ、ＳＲＶ管台の振動を抑制することにある。
【解決手段】本発明は、主蒸気配管と主蒸気逃し安全弁管台の接合部端部より任意の距離だけ離れた、主蒸気逃し安全弁管台の流路断面積が、主蒸気配管から主蒸気逃し安全弁の弁体に向かって断面積の小さくなる縮小部と、縮小部から弁体に向かって断面積の大きくなる拡大部を有することを特徴とする。
【効果】本発明によれば、キャビティトーンのエネルギーを減衰させ、ＳＲＶ管台の振動を抑制できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、沸騰水型原子力プラントの主蒸気逃し安全弁管台に関する。

沸騰水型原子力プラント（以下、ＢＷＲプラントと称する）は、主蒸気流量が過度に増加すると、主蒸気系の圧力変動が増加し、プラント機器に振動を与える可能性が考えられる。この圧力変動を低減するため、ＢＷＲは、主蒸気系の流路形状を適正化する、といった対策がとられている。

特許文献１は、ボイラの蒸気配管系に設けられた枝管の入口部に十字型仕切板を設け、見かけ上、枝管の流路径を変更する技術を開示する。そして、特許文献１の技術は、枝管入口部の流路径を変更することで、キャビティノイズ（キャビティトーン）の周波数を変化させ、キャビティノイズ（キャビティトーン）による周波数と気柱共鳴周波数の一致条件を外すことができる。

実開平７−１４２９７号公報

しかし、特許文献１では、キャビティノイズ（キャビティトーン）自体のエネルギーは減衰しない。そのため、キャビティノイズ（キャビティトーン）のエネルギーが大きくなり、枝管が振動する可能性があった。

そこで、本発明の目的は、キャビティトーンのエネルギーを減衰させ、ＳＲＶ管台の振動を抑制することにある。

本発明は、主蒸気配管と主蒸気逃し安全弁管台の接合部端部より任意の距離だけ離れた、主蒸気逃し安全弁管台の流路断面積が、主蒸気配管から主蒸気逃し安全弁の弁体に向かって断面積の小さくなる縮小部と、縮小部から弁体に向かって断面積の大きくなる拡大部を有することを特徴とする。

本発明によれば、キャビティトーンのエネルギーを減衰させ、ＳＲＶ管台の振動を抑制できる。

実施例１のＳＲＶ管台構造を示す図である。 実施例１のＳＲＶ管台構造を備えたＢＷＲプラントの構成図である。 実施例１のＳＲＶ管台で発生する圧力変動を示す図である。 実施例２のＳＲＶ管台構造を示す図である。 実施例３のＳＲＶ管台構造を示す図である。 実施例４のＳＲＶ管台構造を示す図である。 実施例５のＳＲＶ管台構造を示す図である。 実施例６のＳＲＶ管台構造を示す図である。 比較例のＳＲＶ管台構造を示す図である。 比較例のＳＲＶ管台で発生する圧力変動を示す図である。 実施例７のＳＲＶ管台構造を示す図である。 縮小部の設置高さＨを変更して解析した結果を示す。

ＳＲＶ管台で発生するキャビティトーンのメカニズムの詳細を以下に説明する。図９は、キャビティトーンの対策がなされていない、比較例のＳＲＶ管台を示す。ＳＲＶ管台２は、主蒸気４が流れている主蒸気配管１に設けられ、弁体３により閉止されている。主蒸気配管１の主蒸気流量が過度に増加した際に、主蒸気４の流れは、主蒸気配管１とＳＲＶ管台２の接合部の上流側端部５で剥離し、渦が発生する。この渦は、主蒸気４とともに主蒸気配管１の下流側へ流れ、接合部の下流側端部６に衝突する。音波は、この渦が下流側端部６に衝突することで発生する。そして、音波はＳＲＶ管台２内を伝播し、管台を閉止している弁体３で反射される。反射された音波は、主蒸気配管１とＳＲＶ管台２の接合部の上流側端部５へ到達する。到達した音波は、上流側端部５で発生する渦を強める働きをする。このようにして発生する音波の波長が、ＳＲＶ管台長さ７（主蒸気配管１とＳＲＶ管台２の接合部と、管台を閉止する弁体３との最短距離）の約４倍に等しくなったとき、主蒸気配管１とＳＲＶ管台２の接合部の下流側端部６で発生する音波と、管台を閉止する弁体３で反射する音波が干渉する。そして、管台２内に１／４波長の定在波が形成され、通常発生する圧力変動に比べ、大きな圧力変動が発生する。以上が、ＳＲＶ管台内におけるキャビティトーンの発生メカニズムである。

図１０は、キャビティトーンによる圧力変動を示す。主蒸気流量を過度に増加した際に生じるキャビティトーンによる圧力変動は、特徴的な周波数を有する正弦波に近い変動である。このような圧力変動を抑制することは、ＢＷＲプラントの機器の健全性を保つためにも重要である。

図１，図２および図３を用いて、縮小部と拡大部を備えたＳＲＶ管台の構造を以下に説明する。

図２は、ＢＷＲプラントと主蒸気配管を示す。本実施例のＢＷＲプラント１３は、ＳＲＶ管台１２を有する主蒸気配管１を備えたプラントである。ＢＷＲプラント１３は、原子炉１４，主蒸気配管１，タービン２２，復水器（図示せず）および給水配管を備えている。

原子炉１４は、原子炉圧力容器（以下、ＲＰＶと称する）１５およびＲＰＶ１５内に配置された炉心（図示せず）を有する。炉心には、多数の燃料集合体（図示せず）が装荷されている。また、原子炉１４は、取り外し可能な蓋１６がＲＰＶ１５に取り付けられている。ＲＰＶ１５内には、炉心の上方に気水分離器（図示せず）が設置され、気水分離器の上方には波板１８を有する蒸気乾燥器１７が設置されている。主蒸気配管１は、ＲＰＶ１５に形成されたノズル２１に接続され、蒸気乾燥器１７よりも上方でＲＰＶ１５内に形成される蒸気ドーム１９に連絡される。この主蒸気配管１は、タービン２２に接続される。ＳＲＶ管台１２は、主蒸気配管１に接続され、ＳＲＶの弁体３がＳＲＶ管台１２に設置される。図示されていないが、ＳＲＶ管台１２に接続された配管は、原子炉１４を取り囲んでいる原子炉格納容器内に設けられた圧力抑制室内まで連絡されており、その先端部が圧力抑制室内のプール水に浸漬されている。

再循環ポンプ（図示せず）の駆動によって、ＲＰＶ１５内の冷却水が昇圧されて、ＲＰＶ１５内に設置されたジェットポンプ（図示せず）のノズルから噴出される。この噴出された冷却水流によって、ノズルの周囲に存在する冷却水が、ジェットポンプ内に吸引されてジェットポンプから吐出される。吐出された冷却水は、炉心に供給される。冷却水は、炉心を上昇する間に、燃料集合体内の核燃料物質の核分裂で発生する熱によって加熱され、一部が蒸気４になる。蒸気４に含まれている水分は、気水分離器および蒸気乾燥器１７で除去される。水分が除去された蒸気４は、主蒸気配管１を通ってタービン２２に導かれ、タービン２２を回転させる。そして、蒸気４は、タービン２２に連結された発電機（図示せず）を回転させ、電力を発生させる。タービン２２から排出された蒸気４は、復水器（図示せず）で凝縮されて水になる。この水は、給水として、給水ポンプ（図示せず）で昇圧され、給水配管（図示せず）を通ってＲＰＶ１５内に供給される。このように、ＢＷＲプラントの原子炉１４は、蒸気発生装置である。蒸気乾燥器１７で分離された水分は、ドレン管２０を通って、蒸気乾燥器１７よりも下方で気水分離器の相互間に形成された領域に排出される。

万が一、ＲＰＶ１５内の圧力が設定値よりも高くなったとき、ＳＲＶが自動的に開く（弁体３が押し上げられる）。ＲＰＶ１５内の蒸気４は、主蒸気配管１およびＳＲＶ管台１２を通り、圧力抑制室内のプール水中に放出され、凝縮される。これにより、ＲＰＶ１５内の圧力が設定値以下に抑えられ、原子炉１４の安全性が確保される。

図１は、ＳＲＶ管台の拡大図を示す。前述のように、ＲＰＶ１５内の蒸気４は、主蒸気配管１を流れる。ＳＲＶ管台１２の枝管は、主蒸気配管１と垂直に交差するように接合されている。この接合部において、主蒸気配管１の上流側を上流側端部５、下流側を下流側端部６とする。主蒸気配管１とＳＲＶ管台１２の接合部の上流側端部５で発生した渦は、下流側端部６に衝突し、音波を発生させる。この音波は、ＳＲＶ管台１２内を伝播し、弁体３で反射されることで、ＳＲＶ管台１２内に定在波を形成し、キャビティトーンが発生する。

本実施例では、下流側端部６で発生し、ＳＲＶ管台１２内を伝播する音波を減衰させて、ＳＲＶ管台１２内における定在波の形成を抑制するため、主蒸気配管１と主蒸気逃し安全弁管台１２の接合部端部より任意の距離だけ離れた、主蒸気逃し安全弁管台１２の流路断面積が、主蒸気配管１から主蒸気逃し安全弁の弁体３に向かって断面積の小さくなる縮小部１０と、縮小部から弁体に向かって断面積の大きくなる拡大部１１を有する。

渦の衝突によりＳＲＶ管台１２の下流側端部６で発生した音波は、管台１２内を伝播し、縮小部１０に到達する。到達した音波は、流路が縮小構造であるため、一部の音波が反射され、そのエネルギーが小さくなる。縮小部１０を通過した音波は、拡大部１１に到達する。音波が縮小部１０から拡大部１１へ伝播することで、相対的な管断面積（流路断面積）が増加して、音波の波面が広がり、結果として単位面積当たりの音波のエネルギーは小さくなる。このようにしてエネルギーが小さくなった音波は、弁体３で反射される。反射された音波は、縮小部１０に到達し、一部の音波が縮小部１０により反射されることで、さらにエネルギーを失う。最後に、音波は接合部へ到達する。音波は、縮小部１０から接合部へ伝播することで相対的な管断面積（流路断面積）が増加し、その波面が広がることで、音波のエネルギーはさらに弱くなる。このようにして弱められた音波は、管台１２の上流側端部５に到達し、新たな渦を発生させる。しかしながら、到達した音波は相当なエネルギーを失っているため、発生する渦は弱いものとなる。結果として、管台１２内の定在波の形成が抑制され、キャビティトーンにより発生する圧力変動が抑制される。このように、キャビティトーンのエネルギーが減衰し、ＳＲＶ管台の振動を抑制することが可能である。

また、図１２は、縮小部の設置高さＨを変更して解析した結果を示す。ここで、縮小部の設置高さは、接合部の端部から流路の縮小が始まる位置までの高さを表す（図１２（ａ））。図１２（ｂ）は、音圧と縮小部設置高さとの関係を示す。図１２（ｂ）に示すように、以下の２点が明らかとなった。
（１）縮小部の設置高さＨが低い（接合部に近い）程、減音効果が大きくなる。
（２）設置高さＨを管台長さＬの１０％以下（Ｈ／Ｌ≦０.１）にしても減音効果は変わらない。

以上の結果から、縮小部（減音構造）の設置高さは管台長の１０％以上とすることが望ましい。このように、縮小部と拡大部を、主蒸気配管１と主蒸気逃し安全弁管台１２の接合部端部より任意の距離だけ離れた場所にすることで、接合部と縮小部の間に溶接線８を設けることが可能である。ＳＲＶ管台には、主蒸気配管と管台の接合部近傍に溶接線がある。溶接線に沿って管台部を取り外して交換すれば、配管部に新たな溶接部を設けることなく管台の交換が可能である。したがって、圧力変動を抑制する構造に改造する場合、ＳＲＶ管台部の変更のみで済むことが望ましい。このように、縮小部１０は溶接線８以降に設置されるため、ＳＲＶ管台の設置が容易となる。

図３は、本実施例のＳＲＶ管台１２で発生する圧力変動を示す。比較例のＳＲＶ管台２で発生する圧力変動（図１０）に比べ、圧力変動の強さが抑制される。このようにして、ＳＲＶ管台１２に縮小部１０，拡大部１１を設けることにより、単純な構造で、効率的にキャビティトーンによる圧力変動を抑制できる。また、比較例からの変更点は、溶接線８以降の部分である。そのため、溶接線８に沿ってＳＲＶ管台を交換することで、主蒸気配管１に新たな溶接部を設けることなく、減音機構を設置できる。したがって、容易に減音機構を設置でき、改造に伴うコストを抑えることができる。

また、本実施例では、接合部から弁体側に向かって順に、主蒸気配管から主蒸気逃し安全弁の弁体に向かって断面積の小さくなる縮小部１０と、縮小部から弁体に向かって断面積の大きくなる拡大部１１を備える。即ち、拡大部１１は、縮小部１０の上部に設置される。また、ＳＲＶ管台部の占める体積を増加させないように、拡大部１１の内径は、主蒸気配管１とＳＲＶ管台１２の接合部の内径９と同じとする。このように拡大部１１の内径を設定することで、構造の変更に伴うＳＲＶ管台の体積増加を抑えつつ、圧力変動を抑制できる。また、ＳＲＶ管台１２の枝管を覆う断熱材を変更せずに、ＳＲＶ管台を変更可能である。

他の実施例である、減音構造を備えたＳＲＶ管台構造を、図４を用いて以下に説明する。実施例１と同様に、本実施例においても、ＳＲＶ管台１２内に縮小部１０および拡大部１１を設ける。構造の設置を容易にするため、縮小部１０は溶接線８以降に設置される。縮小部１０から拡大部１１へ音波が伝播する際の減音効果をより強めるため、拡大部１１の内径は、主蒸気配管１とＳＲＶ管台１２の接合部の内径９よりも大きく設定する。このように拡大部１１の内径を設定することで、実施例１に比べ、圧力変動をより抑制することができる。また、溶接線に沿ってＳＲＶ管台を交換することで、配管部に新たな溶接部を設けることなく構造を設置できる。したがって、容易に構造を設置でき、改造に伴うコストを抑えることができる。

他の実施例である、減音構造を備えたＳＲＶ管台構造を、図５を用いて以下に説明する。実施例１と同様に、本実施例においても、ＳＲＶ管台１２内に縮小部１０および拡大部１１を設ける。構造の設置を容易にするため、縮小部１０は溶接線８以降に設置される。装置の設置に伴うＳＲＶ管台の体積増加を抑えるため、拡大部１１の内径は、主蒸気配管１とＳＲＶ管台１２の接合部の内径９よりも小さく設定する。このように拡大部１１の内径を設定することで、圧力変動を抑制しつつ、構造の変更に伴うＳＲＶ管台の体積増加を抑制できる。また、溶接線に沿ってＳＲＶ管台を交換することで、配管部に新たな溶接部を設けることなく構造を設置できる。したがって、容易に構造を設置でき、改造に伴うコストを抑えることができる。

他の実施例である、減音構造を備えたＳＲＶ管台構造を、図６を用いて以下に説明する。本実施例では、ＳＲＶ管台１２内に拡大部２３および縮小部２４を設ける。具体的には、接合部から弁体側に向かって順に、主蒸気配管から主蒸気逃し安全弁の弁体に向かって断面積の大きくなる拡大部２３と、拡大部から弁体に向かって断面積の小さくなる縮小部２４を備える。構造の設置を容易にするため、拡大部２３は溶接線８以降に設置される。ＳＲＶ管台１２の下流側端部６で発生した音波は、主蒸気配管１とＳＲＶ管台１２の接合部から、拡大部２３へ伝播することで相対的な管断面積が増加し、波面が広がることで単位面積当たりのエネルギーが小さくなる。次に、縮小部２４に到達した音波は、流路の縮小構造のため一部が反射され、さらにエネルギーを失う。このようにしてエネルギーが小さくなった音波は弁体３で反射される。反射された音波は拡大部２３に到達し、波面が広がることで単位面積当たりのエネルギーがさらに小さくなる。最後に音波は接合部へ到達する。拡大部２３から接合部へ伝播することで、相対的な管断面積が減少するため、音波の一部が反射され、さらにエネルギーを失う。このようにして弱められた音波は管台１２の上流側端部５に到達し、新たな渦を発生させる。しかしながら、到達した音波は、比較例のＳＲＶ管台２で発生する音波に比べ、相当なエネルギーを失っているため、発生する渦は弱いものとなる。結果として、管台１２内の定在波の形成が抑制され、キャビティトーンにより発生する圧力変動が抑制される。このようにして、ＳＲＶ管台１２に拡大部２３、縮小部２４を設けることにより、単純な構造で、効率的にキャビティトーンによる圧力変動を抑制できる。また、本実施例のＳＲＶ管台は、縮小部２４の流路幅が接合部の流路幅と同じである。即ち、接合部の流路幅より狭い流路が無いため、実施例１に比べて圧力損失を小さくできる。

また、比較例からの変更点は、溶接線８以降の部分であるため、溶接線に沿ってＳＲＶ管台を交換することで、配管部に新たな溶接部を設けることなく構造を設置できる。したがって、容易に構造を設置でき、改造に伴うコストを抑えることができる。

他の実施例である、減音構造を備えたＳＲＶ管台構造を、図７を用いて以下に説明する。実施例４と同様に、本実施例においても、ＳＲＶ管台１２内に拡大部２３および縮小部２４を設ける。構造の設置を容易にするため、拡大部２３は溶接線８以降に設置される。拡大部の内径２４を主蒸気配管１とＳＲＶ管台１２の内径よりも大きく設定する。本実施例も、実施例４で生じる各効果を得ることができる。

他の実施例である、減音構造を備えたＳＲＶ管台構造を、図８を用いて以下に説明する。実施例４と同様に、本実施例においても、ＳＲＶ管台１２内に拡大部２３および縮小部２４を設ける。構造の設置を容易にするため、拡大部２３は溶接線８以降に設置される。拡大部の内径２４を主蒸気配管１とＳＲＶ管台１２の内径よりも小さく設定する。本実施例も、実施例４で生じる各効果を得ることができる。

他の実施例である、減音構造を備えたＳＲＶ管台構造を、図１１を用いて以下に説明する。本実施例のＳＲＶ管台構造は、図１の縮小部１０を２つ並べた構造である。即ち、下から順に、縮小部，拡大部，縮小部，拡大部と並んだ構造である。このような構造により、ＳＲＶ管台の内部を伝播する音波エネルギーをより減衰させることが可能である。

なお、変形例として、図６の減音構造を並べた構造も可能である。即ち、下から順に、拡大部，縮小部，拡大部，縮小部と並んだ構造である。このような構造によっても、ＳＲＶ管台の内部を伝播する音波エネルギーをより減衰させることが可能である。

１ 主蒸気配管
３ 主蒸気逃し安全弁弁体
４ 主蒸気
８ 溶接線
１０ 縮小部
１１ 拡大部
１２ 主蒸気逃し安全弁管台

Claims (5)

1. 沸騰水型原子炉で発生する主蒸気を蒸気タービンへ送るための主蒸気配管に設けられた、沸騰水型原子力プラントの主蒸気逃し安全弁管台であって、
   前記主蒸気配管と前記主蒸気逃し安全弁管台の接合部端部（５，６）より任意の距離だけ離れた、前記主蒸気逃し安全弁管台の流路断面積が、前記主蒸気配管から前記主蒸気逃し安全弁の弁体に向かって断面積の小さくなる縮小部と、前記縮小部から前記弁体に向かって断面積の大きくなる拡大部を有することを特徴とする沸騰水型原子力プラントの主蒸気逃し安全弁管台。
2. 請求項１記載の沸騰水型原子力プラントの主蒸気逃し安全弁管台であって、
   前記接合部から前記弁体側に向かって順に、前記主蒸気配管から前記主蒸気逃し安全弁の弁体に向かって断面積の小さくなる縮小部と、前記縮小部から前記弁体に向かって断面積の大きくなる拡大部を備えることを特徴とする沸騰水型原子力プラントの主蒸気逃し安全弁管台。
3. 請求項１記載の沸騰水型原子力プラントの主蒸気逃し安全弁管台であって、
   前記接合部から前記弁体側に向かって順に、前記主蒸気配管から前記主蒸気逃し安全弁の弁体に向かって断面積の大きくなる拡大部と、前記拡大部から前記弁体に向かって断面積の小さくなる縮小部を備えることを特徴とする沸騰水型原子力プラントの主蒸気逃し安全弁管台。
4. 請求項２記載の沸騰水型原子力プラントの主蒸気逃し安全弁管台であって、
   前記接合部端部から流路の縮小が始まる位置までの高さは、管台長の１０％以上とすることを特徴とする沸騰水型原子力プラントの主蒸気逃し安全弁管台。
5. 請求項１乃至４記載の沸騰水型原子力プラントの主蒸気逃し安全弁管台であって、
   前記縮小部と前記拡大部の組を２組備えることを特徴とする沸騰水型原子力プラントの主蒸気逃し安全弁管台。

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