JP2015048981A - Droplet scattering prevention device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、原子力発電プラントにおけるオリフィスの下流にある配管の液滴飛散防止装置に関する。 The present invention relates to a droplet scattering prevention device for piping located downstream of an orifice in a nuclear power plant.
一般的にオリフィスが果たす役割は2つある。 In general, the orifice plays two roles.
一つは、流量計としての役割である。流体が流れている管路にJIS(Japanese Industrial Standards)に従って作成したオリフィス(中央に丸い孔があいた円板)を入れて流れを絞ると、オリフィスの前後に差圧が発生する。 One is the role as a flow meter. When an orifice (a disc with a round hole in the center) created in accordance with JIS (Japanese Industrial Standards) is inserted into a pipe line in which fluid flows, the flow is throttled, and differential pressure is generated before and after the orifice.
この差圧は、流量と一定の関係があるため、ベルヌーイの定理から理論的に求められる。実流体に関しては、実験式によって差圧と流量の関係が与えられ、流量校正なしで流量測定の精度が保証されている。 This differential pressure is theoretically determined from Bernoulli's theorem because it has a certain relationship with the flow rate. For actual fluids, the relationship between differential pressure and flow rate is given by an empirical formula, and the accuracy of flow rate measurement is guaranteed without flow rate calibration.
もう一つは、減圧機構としての役割である。沸騰水型原子力発電プラントの配管系では、炉容器内から復水器までの圧力差が約7MPaあるため、蒸気が復水器に流入する流速は非常に大きくなり、蒸気が復水器に損傷を及ぼす懸念がある。そのため、復水器の上流にオリフィスを設置し圧力を低減させ、復水器に流入する流速の適正化が施されている。 The other is a role as a decompression mechanism. In the piping system of a boiling water nuclear power plant, the pressure difference from the reactor vessel to the condenser is about 7 MPa, so the flow velocity of steam into the condenser becomes very large and the steam is damaged in the condenser. There is a concern. For this reason, an orifice is installed upstream of the condenser to reduce the pressure and optimize the flow velocity flowing into the condenser.
ここで、減圧機構として複数のオリフィスが設けられた蒸気タービンプラントが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Here, a steam turbine plant provided with a plurality of orifices as a pressure reducing mechanism is known (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に示すような技術によれば、配管を通る蒸気の圧力を段階的に低減することができる。
According to the technique shown in
しかし、各オリフィスについてみると、オリフィスの下流は負圧であり、オリフィス上流と下流の圧力比が大きい。そのため、流れはオリフィス通過時には音速になり、オリフィスの下流では超音速になる。一般的に、その超音速流れは、配管全体に及ぶのではなく、配管中心あたりに噴流として、強いせん断および衝撃波の形成により独立した流れになることが知られている。 However, regarding each orifice, the downstream of the orifice is a negative pressure, and the pressure ratio between the upstream and downstream of the orifice is large. Therefore, the flow becomes sonic when passing through the orifice and becomes supersonic downstream from the orifice. In general, it is known that the supersonic flow does not reach the entire pipe, but becomes an independent flow due to the formation of strong shear and shock waves as a jet around the center of the pipe.
一方、オリフィスの下流には、噴流の進行方向に対して斜め後方に循環流が形成される。ここで、オリフィスの下流の配管壁面に液膜が存在する場合、循環流により液膜から引きちぎられた液滴が循環流に随伴する(非特許文献1参照)。そのため、循環流に随伴された液滴の衝突により配管が減肉する懸念がある。したがって、液滴衝突による配管減肉の懸念がある場合に、減肉を未然に防止し、フェイルセーフとして減肉を低減する対策を施す必要がある。 On the other hand, a circulating flow is formed downstream of the orifice obliquely rearward with respect to the traveling direction of the jet. Here, when a liquid film is present on the pipe wall surface downstream of the orifice, droplets that are torn off from the liquid film by the circulating flow accompany the circulating flow (see Non-Patent Document 1). Therefore, there is a concern that the pipe may be thinned by the collision of the droplets accompanying the circulation flow. Therefore, when there is a concern about pipe thinning due to droplet collision, it is necessary to take measures to prevent the thinning and reduce the thinning as a fail safe.
本発明は、かかる技術的な課題を解決するためになされたものである。本発明の目的は、オリフィスの下流において液滴衝突による配管の減肉を未然に防止し、フェイルセーフとして減肉を低減することができる液滴飛散防止装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the technical problem. An object of the present invention is to provide a droplet scattering prevention device capable of preventing pipe thinning due to droplet collision downstream of an orifice and reducing the thinning as a fail safe.
上記目的を達成するために、本発明は、流体が流れる配管と、前記配管に設けられ、前記流体が流れる第1の孔を有するオリフィスと、前記オリフィスの下流側の前記配管に設けられ、前記流体が流れる第2の孔を有する循環流抑制部と、を備え、前記循環流抑制部は、前記配管の軸に垂直な前記オリフィスの下流側の端面と、前記配管の軸に垂直な面であって、その面上で前記オリフィスの前記第1の孔から流出する前記流体の噴流の径が最大となる面との間に位置するようにしたものである。 In order to achieve the above object, the present invention is provided in a pipe through which a fluid flows, an orifice provided in the pipe and having a first hole through which the fluid flows, and the pipe downstream of the orifice, A circulation flow suppression portion having a second hole through which the fluid flows, and the circulation flow suppression portion includes an end face on the downstream side of the orifice perpendicular to the axis of the pipe and a plane perpendicular to the axis of the pipe. In this plane, the fluid jets flowing out from the first hole of the orifice are positioned between the plane having the maximum diameter.
本発明によれば、オリフィスの下流において液滴衝突による配管の減肉を未然に防止し、フェイルセーフとして減肉を低減することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 According to the present invention, it is possible to prevent the pipe from being thinned by the droplet collision downstream of the orifice, and to reduce the thinning as a fail safe. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
(第1の実施形態)
以下、図1〜図3を用いて、本発明の第1の実施形態である液滴飛散防止装置100Aの構成及び動作を説明する。液滴飛散防止装置100Aは、例えば、原子力発電プラントで用いられる蒸気用配管に設けられたオリフィスの下流において配管璧に付着した液膜から液滴が飛散することを防止する装置である。
(First embodiment)
Hereinafter, the configuration and operation of the droplet
最初に、図1を用いて、本発明の第1の実施形態である液滴飛散防止装置100Aを備えた原子力発電システムの全体構成を説明する。図1は、本発明の第1の実施形態である液滴飛散防止装置100Aを備えた原子力発電システムの系統図である。
Initially, the whole structure of the nuclear power generation system provided with the droplet
本実施形態の原子力発電システムは、炉心1、原子炉容器2、主蒸気系配管3、高圧タービン4、湿分分離器5、低圧タービン6、軸7、発電機8、復水器9、復水ポンプ10、給復水系配管11、給水ポンプ12、給水加熱器13、給水ポンプ駆動用タービン14、抽気系配管15から主に構成されている。
The nuclear power generation system of the present embodiment includes a
炉心1は、原子炉容器2内に収納された核分裂性物質を含む。主蒸気系配管3は、原子炉容器2から流出した蒸気を高圧タービン4及び低圧タービン6に送る。給復水系配管11は、仕事を終えた蒸気が復水器9にて凝縮された水を原子炉容器2に送る。
The
発電機8は、高圧タービン4および低圧タービン6の軸7に連結される。復水ポンプ10、給水ポンプ12及び給水加熱器13は、復水器9の下流側で給復水系配管11に連結される。高圧タービン4と低圧タービン6の間にある湿分分離器5は、蒸気を給水ポンプ駆動用タービン14と給水加熱器13へ送る。
The
本実施形態の原子力発電システムは、炉心1にて加熱された蒸気を、主蒸気系配管3に供給し、この蒸気を高圧タービン4及び低圧タービン6に導いて、発電機8により発電を行う。仕事に使用された蒸気は、復水器9で凝縮されて水となり、その後、給水ポンプ12及び給水加熱器13を通ってそれぞれ加熱及び昇圧され、給水される。
In the nuclear power generation system of the present embodiment, the steam heated in the
高圧タービン4と低圧タービン6の間にある湿分分離器5から抽気された蒸気は給水ポンプ駆動用タービン14で仕事をし、給水ポンプ12を回転させる。その後、蒸気は復水器9に送られ水に戻される。また、その給水ポンプ駆動用タービン14の軸封部でも、シール部からケーシング外への漏洩を防ぐために、蒸気を復水器9に送り水に戻す。
The steam extracted from the
以上説明した原子力発電システムにおいて、本発明の第1の実施形態である液滴飛散防止装置100Aは、例えば、復水器9に接続される主蒸気系配管3および抽気系配管15に設けられる。
In the nuclear power generation system described above, the droplet
次に、図2(2A、2B)を用いて、本発明の第1の実施形態である液滴飛散防止装置100Aの構成を説明する。図2Aは、本発明の第1の実施形態である液滴飛散防止装置100Aをその軸を含む平面で切断した断面図である。図2Bは、図2Aに示す液滴飛散防止装置100Aをその軸と垂直な平面で切断した断面図である。なお、図2Aの例では、蒸気の主流17は、右方向(y軸方向)へ流れている。
Next, the configuration of the droplet
本実施形態のオリフィス18の下流部の配管構造を図2(2A、2B)に示す。図2A及び図2Bに示すように、オリフィス18の下流の配管16の流路内に、配管16の周方向に循環流抑制機構20(循環流抑制部)を設置する。
FIG. 2 (2A, 2B) shows the piping structure downstream of the
循環流抑制機構20は、噴流の広がり22が径方向に一番大きい位置と、流れ方向と垂直なオリフィスの下流側の壁面OWとの間の位置にある。
The circulating
換言すれば、循環流抑制機構20は、配管16の軸に垂直なオリフィス18の下流側の端面OWと、配管16の軸に垂直な面であって、その面上でオリフィス18の孔18Hから流出する噴流21の径が最大となる面S1との間に位置する。
In other words, the circulating
ここで、循環流抑制機構20は、円環状であり、配管16の軸に垂直な面S2と配管16の内周面16Wとの交線上に設けられる。なお、面S1、面S2及びオリフィス18の端面OWは平行である。面S1と面S2の距離は、所定の閾値以下である。図2Aの例では、面S1が面S2に重なっている。
Here, the circulation
また、循環流抑制機構20は、オリフィス18下流から流出する噴流21と配管壁面16Wとの間に位置する。
The circulation
換言すれば、循環流抑制機構20の孔20Hの径は、噴流21の径の最大値より大きい。
In other words, the diameter of the
さらに、循環流抑制機構20の孔20Hの径は、オリフィス18の孔18Hの径よりも大きい。循環抑制機構20、オリフィス18及び配管16は、同軸である。
Further, the diameter of the
このように循環抑制機構20を設けることで液膜19から液滴を飛散させる循環流を抑制することができる。
By providing the
以上説明したように、本実施形態によれば、液膜19から液滴を飛散させる循環流を抑制することで、液滴衝突による配管減肉を未然に防止し、フェイルセーフとして減肉を低減することができる。
As described above, according to this embodiment, by suppressing the circulation flow that scatters droplets from the
(比較例)
次に、図3(3A、3B)を用いて、循環流抑制機構20がないオリフィス18を比較例として説明する。
(Comparative example)
Next, referring to FIG. 3 (3A, 3B), an
図3Aは、比較例であるオリフィス18をその軸を含む平面で切断した断面図である。図3Bは、図3Aに示すオリフィス18をその軸と垂直な平面で切断した断面図である。
FIG. 3A is a cross-sectional view of the
図3Aに示すように、オリフィス18付近の配管16内では、オリフィス18の上流と下流の圧力比が大きいので、配管中心あたりに強いせん断および衝撃波の形成により独立した噴流21が発生する。
As shown in FIG. 3A, since the pressure ratio between the upstream and downstream of the
一方、オリフィス18の下流の配管壁面側における壁面16Wの近傍では、矢印25aで示すように噴流21と逆に流れ、オリフィス18と配管16で構成される隅でリターンし、矢印25bで示すように噴流21と同じ方向に噴流21の外側で噴流21に沿うような循環流25が形成され、配管壁面16Wに再付着する。
On the other hand, in the vicinity of the
オリフィス18の下流の配管壁面16Wに液膜19が存在する場合、循環流25により液膜19から引きちぎられた液滴24が循環流25に随伴する。オリフィス18の下流近傍で噴流21の広がり22(噴流の径)が大きいと、配管16の壁面16Wと噴流21との間が狭くなり、オリフィス18と配管16で構成される隅近傍で循環流25が小さく強い。配管壁面16Wの一定の位置で循環流25が再付着するため、循環流25に随伴された液滴24の衝突により配管16が減肉する懸念がある。
When the
これに対し、前述した第1の実施形態である液滴飛散防止装置100Aによれば、このような循環流25を抑制することができる。
On the other hand, according to the droplet
(第2の実施形態)
次に、図4(4A、4B)を用いて、本発明の第2の実施形態である液滴飛散防止装置100Bの構成及び動作を説明する。
(Second Embodiment)
Next, the configuration and operation of the droplet
図4Aは、本発明の第2の実施形態である液滴飛散防止装置100Bをその軸を含む平面で切断した断面図である。図4Bは、図4Aに示す液滴飛散防止装置100Bをその軸と垂直な平面で切断した断面図である。なお、図4(4A、4B)において、図2(2A、2B)と同一部分には同一符号を付す。
FIG. 4A is a cross-sectional view of the droplet
図4では、図2と比較して、循環流抑制機構20は、配管16の軸方向に貫通し、配管16に付着した液膜19(液体)が通る間隙23(孔)を備えている点が異なる。図4Bの例では、4個の間隙23(231〜234)は、円環状の循環流抑制機構20の外周部(配管の内周面に隣接する部分)に周方向に一定間隔で形成される。
In FIG. 4, compared with FIG. 2, the circulation
図4Aに示すように、噴流21の断熱膨張により、オリフィス18下流で、温度が低下し、湿り蒸気から水分が抽出される場合がある。抽出された水分はオリフィス18と循環流抑制機構20までの配管16の空間に液膜19として溜ると考えられる。液膜19の量が多くなると、オリフィス18から流出した噴流21によって吹き飛ばれ、液滴24となって飛散する懸念がある。
As shown in FIG. 4A, due to the adiabatic expansion of the
オリフィス18と循環流抑制機構20までの配管16の空間で流れがよどむため、循環流抑制機構20の下流よりオリフィス18と循環流抑制機構20までの配管16の空間のほうが、圧力が高くなると考えられる。循環流抑制機構20に液膜19を通す間隙23が構成されることよって、間隙23から空間に溜まる液膜19を除去できる効果が得られる。
Since the flow stagnates in the space of the piping 16 to the
以上説明したように、本実施形態によれば、液膜19から液滴24を飛散させる循環流25を抑制することで、液滴衝突による配管減肉を未然に防止し、フェイルセーフとして減肉を低減することができる。また、オリフィス18の下流側の壁面OWと循環流抑制機構20の間の空間に液膜19が溜まらない。これにより、配管減肉の原因となる液滴24の発生源をなくすことができる。
As described above, according to the present embodiment, by suppressing the
(第3の実施形態)
次に、図5(5A、5B)を用いて、本発明の第3の実施形態である液滴飛散防止装置100Cの構成及び動作を説明する。
(Third embodiment)
Next, with reference to FIGS. 5 (5A, 5B), the configuration and operation of the droplet scattering
図5Aは、本発明の第3の実施形態である液滴飛散防止装置100Cをその軸を含む平面で切断した断面図である。図5Bは、図5Aに示す液滴飛散防止装置100Cをその軸と垂直な平面で切断した断面図である。なお、図5(5A、5B)において、図2(2A、2B)と同一部分には同一符号を付す。
FIG. 5A is a cross-sectional view of a droplet scattering
本実施形態のオリフィス18の下流部の配管構造を図5(5A、5B)に示す。図5Aに示すように、オリフィス18と循環流抑制機構20までの配管16の空間を配管の部材26(接続部)で構成する。
FIG. 5 (5A, 5B) shows the piping structure downstream of the
ここで、配管の部材26は、オリフィス18の孔18Hと循環流抑制機構20の孔20Hを接続する円錐状の面26Sを有する。
Here, the piping
このような部材26によれば、循環流25を低減することが可能になり、液膜19から飛散した液滴24が循環流25に随伴し、壁面16Wに液滴が衝突することによる減肉を未然に防止し、フェイルセーフとして減肉を低減できる。
According to such a
以上説明したように、本実施形態によれば、液膜19から液滴24を飛散させる循環流25を抑制することで、液滴衝突による配管減肉を未然に防止し、フェイルセーフとして減肉を低減することができる。また、オリフィス18の下流の配管璧16Wに液膜が付着することを抑制することができる。
As described above, according to the present embodiment, by suppressing the
本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. A part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. It is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
例えば、第3の実施形態である液滴飛散防止装置100Cに用いられる部材26では、オリフィス18の壁面OW(端面)と、配管壁面16Wと、循環流抑制機構20の端面と円錐状の面26Sで囲まれる領域が埋められているが、埋められていなくてもよい。つまり、部材26は、円錐状の面26Sのみから構成されていてもよい。
For example, in the
1…炉心
2…原子炉容器
3…主蒸気系配管
4…高圧タービン
5…湿分分離器
6…低圧タービン
7…軸
8…発電機
9…復水器
10…復水ポンプ
11…給復水系配管
12…給水ポンプ
13…給水加熱器
14…給水ポンプ駆動用タービン
15…抽出系配管
16…配管
17…主流
18…オリフィス
19…液膜
20…循環流抑制機構(循環流抑制部)
21…噴流
22…噴流の配管径方向の広がり
23…間隙(孔)
24…液滴
25…循環流
26…配管部材(接続部)
DESCRIPTION OF
21 ...
24 ...
Claims (7)
前記配管に設けられ、前記流体が流れる第1の孔を有するオリフィスと、
前記オリフィスの下流側の前記配管に設けられ、前記流体が流れる第2の孔を有する循環流抑制部と、を備え、
前記循環流抑制部は、
前記配管の軸に垂直な前記オリフィスの下流側の端面と、
前記配管の軸に垂直な面であって、その面上で前記オリフィスの前記第1の孔から流出する前記流体の噴流の径が最大となる第1の面との間に位置する
ことを特徴とする液滴飛散防止装置。 Piping through which fluid flows;
An orifice provided in the pipe and having a first hole through which the fluid flows;
A circulation flow suppression unit provided in the pipe on the downstream side of the orifice, and having a second hole through which the fluid flows,
The circulating flow suppression unit is
An end face on the downstream side of the orifice perpendicular to the axis of the pipe;
It is a surface perpendicular to the axis of the piping, and is located between the first surface where the diameter of the jet of the fluid flowing out from the first hole of the orifice is the maximum on the surface. Droplet scattering prevention device.
前記循環流抑制部は、
円環状であり、前記配管の軸に垂直な第2の面と前記配管の内周面との交線上に設けられる
ことを特徴とする液滴飛散防止装置。 The droplet scattering prevention device according to claim 1,
The circulating flow suppression unit is
A droplet scattering prevention device, wherein the droplet scattering prevention device is provided on a line of intersection between a second surface perpendicular to the axis of the pipe and an inner peripheral surface of the pipe.
前記循環流抑制部の前記第2の孔の径は、前記噴流の径の最大値より大きい
ことを特徴とする液滴飛散防止装置。 The droplet scattering prevention device according to claim 2,
The diameter of the said 2nd hole of the said circulation flow control part is larger than the maximum value of the diameter of the said jet flow. The droplet scattering prevention apparatus characterized by the above-mentioned.
前記循環流抑制部の前記第2の孔の径は、前記オリフィスの前記第1の孔の径よりも大きい
ことを特徴とする液滴飛散防止装置。 The droplet scattering prevention device according to claim 3,
The diameter of the 2nd hole of the said circulation flow control part is larger than the diameter of the said 1st hole of the said orifice. The droplet scattering prevention apparatus characterized by the above-mentioned.
前記循環流抑制部は、
前記配管の軸方向に貫通し、前記配管に付着した液体が通る第3の孔を有する
ことを特徴とする液滴飛散防止装置。 The droplet scattering prevention device according to claim 1,
The circulating flow suppression unit is
A droplet scattering prevention device characterized by having a third hole that penetrates in the axial direction of the pipe and through which the liquid attached to the pipe passes.
前記第3の孔は、
前記循環流抑制部の外周部に形成される
ことを特徴とする液滴飛散防止装置。 The droplet scattering prevention device according to claim 5,
The third hole is
It is formed in the outer peripheral part of the said circulation flow control part. The droplet scattering prevention apparatus characterized by the above-mentioned.
前記オリフィスの前記第1の孔と前記循環流抑制部の前記第2の孔を接続する円錐状の面を有する接続部をさらに備えることを特徴とする液滴飛散防止装置。 The droplet scattering prevention device according to claim 1,
The droplet scattering prevention device, further comprising: a connecting portion having a conical surface connecting the first hole of the orifice and the second hole of the circulation flow suppressing portion.
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---|---|---|---|---|
US10408026B2 (en) | 2013-08-23 | 2019-09-10 | Chevron U.S.A. Inc. | System, apparatus, and method for well deliquification |
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US10408026B2 (en) | 2013-08-23 | 2019-09-10 | Chevron U.S.A. Inc. | System, apparatus, and method for well deliquification |
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