JP2759090B2 - 振動状態にある管の振動エネルギの吸収方法及び装置 - Google Patents

振動状態にある管の振動エネルギの吸収方法及び装置

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JP2759090B2 JP2246951A JP24695190A JP2759090B2 JP 2759090 B2 JP2759090 B2 JP 2759090B2 JP 2246951 A JP2246951 A JP 2246951A JP 24695190 A JP24695190 A JP 24695190A JP 2759090 B2 JP2759090 B2 JP 2759090B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般に、振動状態にある管の振動エネルギ
を吸収する装置及び方法に関し、より詳細には、大きな
振幅の流動励起振動を受ける管の減衰の度合い及び剛性
を高める管防振／補剛装置及び方法に関する。
管状部材の流動励起振動を減衰させる各種装置及び方
法が利用されていて、或る程度の成功を収めているが、
これら装置及び方法は使用上の多くの問題点を抱えてい
ることが認識されている。しかしながら、これら問題点
を認識する前に、本明細書中で用いる用語の意味内容及
び流動励起振動の発生の仕組みにつき、技術的背景を或
る程度理解する必要がある。この点に関し、流体、例え
ばガスの流れの中に置いた構造部材を振動又は揺動（即
ち、行ったり来たり）させれば良いことが知られてい
る。振動は、行って帰るまでに、即ち、動作が一往復す
る間に経過する時間で定義される一定の周期をもつこと
になる。また、振動は、一周期中に完結する動作として
定義される一定のサイクルも有している。さらに、構造
部材は、単位時間当たりの完結動作サイクルの回数とし
て定義される振動数を有する。一般に、もし構造部材の
固有振動数（即ち、摩擦損失を無視した場合の振動数）
を流動励起振動の振動数よりも高くすると、構造部材の
振動の度合いは弱まることになろう。構造部材を補剛す
ると（例えば、剛性部材を付加すると）、構造部材の固
有振動数は高くなるが、構造部材に質量を持つ物体を単
に付加しただけでは、構造部材の固有振動数は低くな
る。振動現象の各振動数には、周期運動の様子として定
義される振動モードが関連している。振動中、振動状態
にある構造部材の振動モードは、平衡位置、即ち、構造
部材が大きさが等しく向きが反対の２つの力を受けて静
的な釣り合い状態（平衡状態）にある位置を通過するこ
とになる。当然のことかがら、振動の振幅は、平衡位置
の何れか一方の側への最大変位量の数値である。構造部
材の振動の振幅の減少作用は、防振（振動減衰）装置又
は摩擦力、或いはこれら両方によって得られる減衰作用
として知られている。
流れの場の中に置かれた構造部材に生じる振動は、当
該技術分野では、一般に「流動励起振動」と呼ばれてい
る。列状に配置された管（例えば、蒸気発生器の管束）
を横切って流れる直交流の場合、乱流によるバフェッテ
ィング現象、渦の離脱現象及び流体弾性的な不安定化現
象によって流動励起振動が発生する場合がある。渦の離
脱現象の場合、もし系の防振作用が弱いと、渦の定期的
な離脱現象により、比較的大きな振幅の振動が生じる場
合がある。例えば螺旋状の杭又は有孔シュラウドのよう
な装置を用いると、渦の離脱現象を抑制又は減少でき
る。しかしながら、かかる装置が特定の分野の環境では
非実用的である場合には、防振作用を高めて振動の振幅
を減少させることが必要である。渦の離脱現象に加え、
直交流中に位置した管は更に乱流によるバフェッティン
グ現象を生じるが、この乱流によるバフェッティング現
象は、管状表面に作用する乱流状態のエディのランダム
な圧力摂動に起因してあらゆる流速で生じる。渦の離脱
現象及び乱流によるバフェッティング現象によって生じ
る力に加え、管は流体弾性的な不安定化現象を生じる場
合があり、この流体弾性の不安定化現象は、或る特定の
臨界直交流れ速度を一旦超えると、管の振動の振幅が急
激に増大するという現象である。一般に、流体弾性的な
不安定化現象は、解決すべき課題の中で、最も深刻で且
つ最も大きな損傷を与える現象であると考えられてい
る。
特に、原子炉用熱交換器又は蒸気発生器に関して説明
すると、熱交換器又は蒸気発生器は、熱が熱伝導体を通
って放射性の一次流体から非放射性の二次流体へ伝わる
際に蒸気を発生する。一次流体は複数の管（即ち管束）
内を高速で流れ、二次流体は蒸気発生器内に配置された
伝熱管又は細管（以下、単に「管」と言う場合もある）
の外面に沿って且つこれを横切って高速で流れている。
管壁は熱を、管内を流れている一次流体から細管の外面
に沿って且つこれを横切って流れている二次流体へ伝え
る熱伝導体としての役目を果たす。
蒸気発生器の細管内を流れる一次流体は放射性を帯び
ているので、蒸気発生器は、放射性の一次流体が二次流
体との混ざり合いによって非放射性の二次流体を放射能
で汚染しないような設計になっている。従って、細管が
漏れ止め状態を保って放射性の一次流体が非放射性の二
次流体から隔離された状態を保ち、一次流体と二次流体
の混合が生じないようにすることが望ましい。
運転中、流体が高速であるために生じる流動励起振動
及び応力及び腐食によって生じる管壁の粒子間亀裂によ
って、蒸気発生器の細管が劣化して（即ち、管壁が薄く
なって）表面及び内部の傷を生じ、かくして漏れ止め状
態を維持できなくなる場合がある。かくして、細管は、
腐食作用だけではなく、振動によって引き起こされるフ
レッチングによる摩耗現象及びサイクル疲労現象によっ
て劣化状態になる場合がある。もし傷または劣化によっ
て壁を貫通するような亀裂が生じると、放射性の一次流
体は非放射性の二次流体と混ざり合ってしまう。それ
故、典型的な例を述べると、蒸気発生器の細管に対し非
破壊検査を実施して細管に傷があるかないかどうかを判
定している。もし傷の存在しているらしいことが分かる
と、問題の劣化状態の細管を、例えばその開口端を施栓
して使用を中止する。これに対し、細管がたとえ劣化状
態になっていても、使用中に細管の劣化部分にスリーブ
を施すことによって使用を続行する場合もある。いずれ
の場合においても、たとえ細管の壁が劣化しても、放射
性の一次流体が非放射性の二次流体と混合しないように
しなければならない。
しかしながら、管の施栓又はスリーブ施工後、蒸気発
生器の運転を再び実施すると、傷のある、或いは劣化状
態の管は、蒸気発生器の運転中、細管の外面に沿って且
つこれを横切って流れる流体が高速なので、引続き流動
励起振動を生じることになる。かかる振動は、劣化の度
合いを促進し、それ故、施栓後又はスリーブ施工後の劣
化細管が破断して隣接の管を損傷し、それによって放射
性の一次流体が非放射性の二次流体と混じり合う恐れが
高くなる場合がある。従って、施栓後又はスリーブ施工
後の劣化細管の振動を減衰することが望ましい。
かくして、施栓又はスリーブ施工が行われた細管の外
面に沿って且つこれを横切って流れる二次流体が衝突し
て管が吸収したエネルギは、細管を或る固有の振動数で
且つ比較的大きな振幅で振動させる場合がある。かかる
振動により、比較的大きな振幅に依存する曲げ応力が、
細管中に生じる場合がある。それ故、管が吸収した流体
からのエネルギが、細管の減衰エネルギと等しいか、或
いはこれよりも大きいような場合に関しては、細管が不
安定状態になり、比較的大きな振幅の振動状態になる場
合がある。例えば流体弾性的な励起現象によって引き起
こされる場合のある上述の比較的大きな振幅は、相当大
きなレベルの曲げ応力を発生させ、細管の壁中に劣化を
開始させてこれを進展させ、この劣化により最終的には
管が破断する場合がある。すると、破断して無支持状態
の細管の端部は隣接の管に衝撃を与え、これを損傷させ
る場合がある。
原子力発電所で用いられる蒸気発生器の場合、上述の
流動励起振動は、安全面及び経済面において重要なテー
マである。上述のように、施栓又はスリーブ施工後の劣
化細管は、流動励起振動によって破断する可能性が僅か
ながら存在する。かくして、もしこのような事態が生じ
ると、劣化状態の際管又はその一部が、流動状態にある
流体の流れの場の中でスワール運動をして、管束中の隣
の無傷状態の細管に大きな衝撃力を与え、かくして、一
次流体が依然として流れているこれら隣の細管が損傷す
る場合がある。それにより、これら隣に位置した細管の
壁に破れ目が生じて放射性の一次流体が非放射性の二次
流体を放射能で汚染する場合がある。二次流体が汚染さ
れると、通常は非汚染状態の二次系の構成要素が放射能
で汚染されることになる。このような事態は安全上の見
地から考えて望ましくなく、回避する必要がある。従っ
て、劣化状態の細管の比較的大きな振動振幅を現象させ
ると共に劣化状態の細管が破断しないよう細管を補剛し
て原子力発電所の安全性との妥協点を可能な範囲内で見
出だすことができるようにすることが重要である。
経済的な見地から論じると、もし劣化状態の細管がそ
の隣の細管を損傷すると、蒸気発生器の使用を中止して
修理を行う必要がある。蒸気発生器の使用を中止する
と、原子力発電所の運転を停止する必要が生じる。原子
力発電所の運転を停止すると、通常は、原子力発電所が
発生していた電力の代替電力を、当該原子力発電所を操
業していた電力会社が購入することになる。原子炉を運
転停止させて代替電力を用いると、これにより電力会社
は毎日約30万ドルの損失になり、かかる損失の他に、蒸
気発生器の修理または交換に要する費用が生じる。従っ
て、比較的大きな振動の振幅による細管の破断によって
蒸気発生器の使用を停止するという経済的なリスクを軽
減することが重要である。
それ故、安全性及び経済性の両方の見地から、たとえ
細管に栓又はスリーブを施しても、劣化状態の細管の振
動を減衰させることが望ましい。したがって、細管の比
較的大きな振動の振幅を減少させると共に細管を補剛し
て細管が流動励起振動を受けても破断しないようにする
ことが、当該技術分野における課題である。
熱交換器の伝熱管中の振動を減衰させる防振装置及び
方法が、1986年５月27日に発行された米国特許第4,590,
991号（発明の名称:Flexible Stabilizer For Degrated
Heat Exchanger Tubing、発明者:Frank W.Cooper,Jr
等）、譲受人：ウエスチングハウス・エレクトリック・
コーポレーション）に開示されている。かかる米国特許
に開示されている技術は、劣化状態の管の振動を減衰さ
せるのに用いられる可撓性の防振装置及び方法である。
可撓性の部材は、これと隣接関係にある管壁との間に僅
かな隙間を形成する複数の剛性部材を支持している。こ
の米国特許の教示によれば、振動は、可撓性部材または
合成部材と隣接の管壁との間の機械的な相互作用によっ
て減衰する。しかしながら、上記米国特許は、管を補剛
する複数の剛性部材を、複数の可撓性部材上の所定位置
に巧妙に配置するような技術的思想を開示しているよう
には考えられない。さらに、かかる米国特許は、管内に
配置されていて、可撓性部材と管壁との間の機械的な相
互作用によるだけではなく、可撓性部材と剛性部材との
間の機械的な相互作用によっても管の振動の振幅を減少
させる複数の可撓性部材を開示しているようには考えら
れない。
それ故、従来技術は管状部材中の振動を減衰させる装
置及び方法を開示しているけれども、大きな振幅の流動
励起振動を受ける管の減衰の度合い及び剛性を高める管
防振／補剛装置及び方法を開示しているようには考えら
れない。
したがって、大きな振幅の流動励起振動を受ける管の
減衰の度合い及び剛性を高める管防振／補剛装置及び方
法が要望されている。
したがって、本発明の目的は、管状部材の振動を減衰
させる装置を提供することにある。
本発明のもう１つの目的は、振動状態にある蒸気発生
器の細管の大きな振幅の振動を減衰させる方法を提供す
ることにある。
本発明の上記目的及び他の目的は、本発明の例示の実
施例を図示している添付の図面を参照して以下の詳細な
説明を読むと当業者には明らかになろう。
一般に、本発明の要旨は、開口端及び内面を備えた振
動状態の管の振動エネルギを吸収する装置であって、管
内部に収納でき、第１の端部及び第２の端部を備えてい
て、管が振動すると、該管の振動エネルギを吸収する可
撓性の複数本のケーブルと、複数本のケーブルの第１の
端部を包囲した状態で該第１の端部に取り付けられ、複
数本のケーブルの第１の端部を相互結合すると共に管の
内面に作用する恐れのある複数本のケーブルの第１の端
部の振動から管内面を保護するケーブル先端部材と、各
ケーブルの第２の端部を包囲した状態で該第２の端部に
取り付けられ、管の内面に作用する恐れのある複数本の
ケーブルの第２の端部の振動から管内面を保護するケー
ブル端部取付け具とを有することを特徴とする装置にあ
る。
さらに、本発明の要旨は、原子力発電所で用いられる
蒸気発生器の振動状態にあるＵ字形細管の振動の振幅を
減少させる方法であって、Ｕ字形細管は、第１の開口
端、第２の開口端及び内壁を備えると共に第１の真っ直
ぐな細管脚部分、該第１の細管脚部分と平行な第２の真
っ直ぐな細管脚部分及び第１の細管脚部分と第２の細管
脚部分を結合するＵベンド細管部分で構成されており、
前記方法は、第１及び第２の末端部分を備えたコードを
細管の内部へ挿通させる段階を有し、コードの第１の末
端部分は、第１及び第２の端部を備えた複数本のケーブ
ルと連携したトウラインに取り付けられ、トウラインは
複数本のケーブルの第１の端部に着脱自在に連結され、
複数本のケーブルは細管が振動すると細管の振動の振幅
を減少できるよう構成されており、前記方法は更に、コ
ードを移動させて複数本のケーブルを細管内へ所定距
離、摺動状態で挿通させる段階と、コード及びトウライ
ンを細管から回収する段階とを有することを特徴とする
方法にある。
本発明の好ましい実施例としての装置は、管内に配置
されていて、管が振動すると、管の振動エネルギを吸収
できる複数本の可撓性編組ケーブルを有し、ケーブル
は、第１の端部及び第２の端部を備えている。剛性ケー
ブル先端部材が、複数本のケーブルの第１の端部を包囲
し、剛性ケーブル端部取付け具が、各ケーブルの第２の
端部を包囲している。流動励起振動により管が振動する
と、振動エネルギはケーブルに伝わるが、ケーブルはか
かる振動エネルギを吸収し、次にこれを熱として散逸さ
せて管の振動の振幅を減少させるようにする。さらに、
管が振動すると、剛性ケーブル先端部材及び剛性ケーブ
ル端部取付け具は管を補剛しようとする。
本明細書には、本発明を特定し、明確に権利請求した
特許請求の範囲が記載されているが、本発明の内容は、
添付の図面を参照して以下の説明を読むと一層深く理解
されると考えられる。
原子力発電所に用いられる蒸気発生器では、安全性お
よび経済性の観点から、放射性の一次流体と非放射性の
二次流体の相互隔離状態を維持して、一次流体が二次流
体に混合しないようにすることが重要である。場合によ
って、蒸気発生器の細管（伝熱管）の流動励起振動及び
細管の粒子間応力腐食による亀裂発生により、細管のう
ち何本かが劣化し、かくして漏れ止め状態を維持できな
くなる場合がある。通常、かかる細管には栓又はスリー
ブを施す。施栓又はスリーブ施工の実施にもかかわら
ず、蒸気発生器の連続運転中、劣化状態の細管の流動励
起振動によって劣化が進展又は促進され、最終的には、
劣化状態の細管が分断又は破断する場合がある。かかる
破断した管はその隣に位置した非劣化状態の管に衝撃を
与えてこれを損傷させ、かくして放射性一次流体が非放
射性二次流体に混合する場合がある。従って、劣化状態
の細管の流動励起振動を減衰させることが望ましい。本
発明書において、管状部材の流動励起振動を減衰させる
装置および方法を開示する。
第１図を参照すると、原子力発電所で用いられる蒸気
発生器はが全体が参照番号20で示されており、かかる蒸
気発生器20は、円筒形上部40および円筒形下部50を備え
たほぼ円筒形の外側胴体30を有している。上部40の内部
には、気水混合物（図示せず）を分離する湿分分離手段
54が配置されている。下部50内の内部には、頂部が閉鎖
された内側胴体55が設けられている。ただし内側胴体55
の閉鎖頂部には、内側胴体55からの気水混合物を湿分分
離手段54に通すための複数の開口が設けられている。内
側胴体55はその最下部が開放しており、内側胴体55と外
側胴体30との間には環状空間56が画定されている。内側
胴体55の内部には、蒸気発生器の複数の垂直方向逆Ｕ字
形細管70を備えた垂直方向の管束60が配置されている。
複数の水平方向の円形管支持板80が管束60の長さに沿っ
て別々の箇所に配置されており、この支持板80は細管70
をそれぞれ受入れ、管70を横方向に支持し、管70の流動
励起振動を減衰させる孔を有している。管束60のＵベン
ド管部分82の内部には、管70の流動励起振動を減衰させ
る複数の防振バー85によって管70の追加の支持体が形成
されている。
第１図に示すように、下部50の内部で且つ最下部の支
持板86の下方には、水平の円形管板90が配置されてお
り、この管板90は管70の端部を受け入れる複数の垂直方
向の孔100を有している。管板90はその円周方向縁部の
周囲が半球形のチャンネルヘッド110に密封状態で取り
付けられている。チャンネルヘッド110の内部には垂直
方向の半円形仕切板120が設けられており、この仕切板1
20はその円周方向縁部に沿ってチャネルヘッド110に密
封状態で取り付けられると共にその平らな縁部に沿って
管板90に密封状態で取り付けられている。仕切板120は
チャンネルヘッド110を入口プレナム室130と出口プレナ
ム室140に分割している。
引き続き第１図を参照すると、管板90の下方で外側胴
体30上には、入口プレナム室130及び出口プレナム室140
とそれぞれ流体連通状態にある一次冷却材入口ノズル15
0及び一次冷却材出口ノズル160が設けられている。入口
プレナム室130および出口プレナム室140への接近を可能
にする複数のマンホール170が管板90の下方で外側胴体3
0を貫通して形成されている。管束60の上方で外側胴体3
0を貫通して二次給水入口ノズル180が形成されており、
この入口ノズル180は、上部40の内部に配置されてい
て、二次流体（図示せず）を上部40に流入させる水平に
配向していて全体的にドーナツ形の有孔給水リング182
に連結されている。二次流体は入口ノズル180を通って
上部40に流入し、そして給水リング182の孔（図示せ
ず）を通って流れることになる。蒸気を蒸気発生器20か
ら流出させる二次側蒸気出口ノズル190が上部40の頂部
に設けられている。
蒸気発生器20の運転中、一次流体（図示せず）、例え
ば水が一次冷却材入口ノズル150を通って入口プレナム
室130に流入し、細管70を通って出口プレナム室140に流
れ、ここで一次流体は一次冷却材出口ノズル160を通っ
て蒸気発生器20から出る。典型的な加圧水型原子炉用蒸
気発生器では、温度は約650゜F、圧力が約2250絶対psi
になる場合のある一次流体は、管板90のところでは毎秒
約15フィートの速度になる場合がある。さらに、一次流
体は管束60のＵベンド管部分82のところでは速度が毎秒
約25フィートになる場合がある。このように側部が比較
的早いために、細管70が流動励起振動を生じる傾向があ
る。二次流体、例えば水は給水リング182と流体連通状
態にある二次給水入口ノズル180を通って給水リング182
に流入し、給水リング182の孔から下方に流下して環状
空間56を通り、ついには二次流体が管板90と流体連通状
態になる。次に、二次流体は環状空間56から出て、管束
60を通って上方に流れ、その際二次流体は管束60を構成
すると共に伝熱体として働く細管70の壁を介して熱が一
次流体から二次流体に伝わることにより沸騰蒸発して気
水混合物になる。温度が約540゜F、圧力が約1000絶対ps
iになる二次流体は、管束60を横切る直行流方向の速度
が、毎秒約25フィートになって細管70に流動励起振動を
引き起こす場合がある。気水混合物は管束60から上方に
流れて湿分分離手段54によって飽和水と乾き飽和蒸気に
分離される。かくして、二次流体が二次給水入口ノズル
180を通って給水リング182に流入すると、乾き飽和蒸気
は二次側蒸気出口ノズル190を通って蒸気発生器20から
出る。さらに、一次流体は放射性があるので、蒸気発生
器20は一次流体が二次流体と直接的な流体連通状態にな
らないように設計されている。その理由は、二次流体を
放射性の一次流体との接触によって放射能で汚染しない
ようにするためである。
次に第２図を参照すると、蒸気発生器20は複数の細管
70を収納した状態で概略的に示されている（尚、細管70
は二本しか図示していない）。複数の細管70は半径およ
び関連の円弧の長さが次第に変化しているＵベンド部分
82を有していることが理解されよう。即ち、細管70の外
側の列についてのＵベンド部分82の半径および円弧の長
さは、細管70の内側の列についてのＵベンド部分82の半
径および円弧の長さよりも大きく、Ｕベンド部分82の半
径および円弧の長さは細管70の最も内側の列から最も外
側の列へ次第に大きくなっている。細管70の外側の列
は、内側胴体55に一層近い細管70の列として、細管70の
内側の列は内側胴体55から一層遠くに位置する細管70の
列としてそれぞれ定義される。細管70の内の一本、例え
ば細管の内側の列に属していて劣化部分（図示せず）を
有する細管200は、蒸気発生器20の運転中の流動励起振
動と効力腐食による亀裂発生の両方、或いはいずれか一
方によって劣化状態になる場合がある。上述のように、
蒸気発生器20の連続運転中、劣化状態の細管200の流動
励起振動により、劣化の範囲が広がり、或いは劣化の度
合いが促進され、最終的に、劣化状態の細管200が破断
又は分断する場合がある。従って、細管200の内部には
細管200の流動励起振動を減衰させる手段が設けられ
る。以下に詳細に説明するように、この減衰手段は、細
管200の振動の振幅を減少させると共に細管200の剛性を
高める、全体が参照番号210で示された複数本の可撓性
ケーブル（第３図参照）である。複数本のケーブル210
を用いた方が一層大きな振動の振幅を減衰させることに
なることは理解されよう。10の上記形状により、ケーブ
ル先端部材310及び該部材310で包囲された第１の端部28
0は、細管200の第１の開口端220又は第２の開口端230に
容易に嵌入してこれを通って容易に挿通させることがで
きる。第４の機能として、ケーブル先端部材310がテー
パしているので、複数本のケーブル210を第１の細管脚
部分250に摺動自在に引き込んで、Ｕベンド細管部分82
を通過させ、第２の細管脚部分260内へに引き入れるこ
とができる。更に別の機能として、孔360がケーブル先
端部材310に設けられているので、トウライン370をケー
ブル先端部材310から迅速且つ高信頼度で取り外すこと
ができる。
第２図に戻ると、トウライン370にはコード372が連結
され、該コード372を巻取リール374に連結するのが良
い。この巻取リール374を適当に回転させると、複数本
のケーブル210を所定距離、細管200内に引き入れること
ができる。コード372は、これに連結された第１の末端
部分375及び巻取リール374に連結した第２の末端部分37
7を有している。
第３図、第４図及び第５図を参照すると、剛性ケーブ
ル端部取付け具380が、各ケーブル210の第２の端部290
を包囲しており、このケーブル端部取付け具380には、
関連の第２の端部290を受け入れるボア390が設けられて
いる。ケーブル210のそれぞれの第２の端部290は、スエ
ージ加工又は好ましくはろう付けによって、各ケーブル
端部取付け具380に形成された関連のボア390内に取り付
けられている。各ケーブル端部取付け具380は第２の端
部290を包囲しかくしてストランド300を包囲していて、
ストランド300に結合する（即ちストランド300がほぐれ
ないようにする）と共に内面240に対するストランド300
の振動によってフレッチング摩耗が生じないよう内面24
0を保護する。かくして、ケーブル端部取付け具380は、
ストランド300がケーブル端部取付け具380によって包囲
された場所でストランド300を内面240から分離してい
る。
第３図に最も良く示すように、ケーブル210のうち少
なくとも１本、例えば主ケーブル400が、ケーブル210を
細管200から取り出す際にケーブル210が全て絡み合う恐
れを少なくするため他のケーブル210よりも長くなって
いる。さらに、主ケーブル400には、ケーブル端部取付
け具380のうち１つ、例えば主ケーブル端部取付け具410
が連携しており、これは他のケーブル端部取付け具380
よりもサイズまたは直径が大きい。巻取リール374によ
って複数本のケーブル210を細管200内に引き込む間、複
数本のケーブル210を所定距離、細管200内に押し込むね
じ込み取付け工具（図示せず）のねじ込み用ネジ孔420
が、主ケーブル端部取付け具410に形成されている。主
ケーブル端部取付け具410は少なくとも３つの機能を果
たす。第１の機能として、ケーブル端部取付け具410
は、これと機械的な管ふさぎ栓430（第６図及び第７図
参照）との間の摩耗境界面または摩耗面とを備える。第
２の機能として、第３図に示すように、ケーブル端部取
付け具410は、ケーブル210を細管200に押し込むねじ込
み取付け工具を受け入れるボア420を備えている。第３
の機能として、ケーブル端部取付け具410は、ケーブル2
10を細管200から取り出し、或いは引き出す工具（図示
せず）を受け入れるボア420を備えている。
次に、第６図を参照すると、劣化状態の細管200の中
に収納されて、細管200が振動すると、細管200の比較的
大きな振動振幅を減少させると共に細管200を補剛する
複数本のケーブル210が示されている。複数本のケーブ
ル210は、第１の細管脚部分250からＵベンド細管部分82
を通って第２の細管脚部分260内へ所定距離、延びてい
る。したがって、取付けの際には、ケーブル先端部材31
0を第２の細管脚部分260内の所定位置に配置し、ケーブ
ル端部取付け具380を第１の細管脚部分250内に配置す
る。
第６図及び第７図を参照すると、ケーブル210の収納
後、細管200を封止して一次流体が侵入しないようにす
る封止手段、例えば第１の機械的な管ふさぎ栓430が細
管200の第１の開口端220、第２の機械的な管ふさぎ栓44
0が細管200の第２の開口端230内にそれぞれ嵌め込まれ
ている。第１の管ふさぎ栓430及び第２の管ふさぎ栓440
は、1983年６月28日に発行され、ウエスチングハウス・
エレクトリック・コーポレーションに譲渡された米国特
許第4,390,042号（発明者:Harvey D.Kucherer氏等、発
明の名称：“Tube Plug"）に開示された形式のものであ
るのがよい。かかる米国特許の開示内容を本明細書の一
部を形成するものとしてここに引用する。ケーブル210
の収納取付け後に劣化状態の細管200を施栓すると、放
射性の一次流体が劣化状態の細管200に流入し、その
後、非放射性の二次流体に混合する恐れが大幅に減少す
る。
次に第８図を参照すると、複数本のケーブル210に沿
う所定の場所に間隔を置いて配置されていて、細管200
を補剛すると共に管200の内面240をフレッチングによる
摩耗から保護するほぼ円筒形の剛性スリーブ450を要部
とする本発明のもう１つの実施例が示されている（な
お、上記フレッチングによる摩耗は、もしスリーブ450
が設けられていなければ、複数本のケーブル210の振動
が内面240に作用して生じる）。かくして、スリーブ450
は複数本のケーブル210を内面240から離隔していること
が理解されよう。複数個のスリーブ450の材質は、スリ
ーブ450が曝される蒸気発生器の高温／高圧環境によっ
て引き起こされる場合のある腐食に耐えるステンレス鋼
であるのが良い。各スリープ450は、これを貫通して延
びていてケーブル210を通す複数のほぼ円筒形の通路460
を有するのが良い。各ケーブル210を、例えばスエージ
加工又は好ましくはろう付けによって、その関連の通路
460の中に取り付け、各スリーブ460が管200を過渡に補
剛するための関連のケーブル210上の所定場所に取り付
けられるようにする。
第９図を参照すると、本発明のもう一つの実施例が示
されており、かかる実施例では、複数本のケーブル210
は、細管200の減衰の度合いを高めると共にその剛性を
大きくする複数本の金属チェーン470で構成されてい
る。チェーン470は、ケーブル210よりも可撓性が比較的
低いので、細管200に付与する剛性の度合いがケーブル2
10よりも大きいが、チェーン470の連結構成により幾分
可撓性を持つので（即ち、完全に剛性ではない）、大き
な振幅の振動を減衰できることは理解されよう。
ケーブル210の取り付けの際、コード372を第２の開口
端230に通し、第２の細管脚部分260を通過させ、Ｕベン
ド細管部分82に沿って通し、次に第１の細管脚部分250
を通過させて、第１の開口端220に通すのがよい。ケー
ブル先端部材310の孔360に取外し自在に通されているト
ウライン370をコード372に連結するのがよい。上述のよ
うに、トウライン370はケーブル先端部材310に取外し自
在に迅速に連結できる。挿入工具（図示せず）をネジ孔
420にねじ込む。その理由については後述する。コード3
72に連結されている巻取リール374を回転自在に操作
し、複数本のケーブル210が第１の開口端220を通して細
管200内に引き込まれるようにする。さらに、巻取リー
ルによってケーブル210を引っ張りながら、それと同時
に挿入工具を操作して複数本のケーブル210を細管200内
に押し込む。このように工具による押し込みと巻取りリ
ールによる引き込みを同時に行うと、ケーブル210の収
納取付けが迅速に行われ、すぐに近くに居る本発明装置
のオペレータへの放射線被曝量を減少できる。好ましく
は、ケーブル210を細管200内に引き込んで、ケーブル21
0が第１の細管脚部分250を通り、Ｕベンド細管部分82を
通過して、第２の細管脚部分260内へ所定距離、延びる
ようにする。
次に、トウライン370を孔360から素早く取り外し、巻
取リール374を回転自在に操作してトウライン370を細管
200及び蒸気発生器20から引き出す。この時点では、ケ
ーブル210は細管200の表面240上に載っている。第１の
機械的な管ふさぎ栓430及び第２の機械的な管ふさぎ栓4
40をそれぞれ第１の開口端220および第２の開口端230に
差し込み、次に拡張して内面240に密封係合させ、これ
により細管200を封止して蒸気発生器20の連続運転中に
一次流体が侵入しないようにする。
可撓性ケーブル210は、細管200内に適切に収納される
と、細管200が流動励起振動を生じても、細管200の減衰
の度合いを高める（即ち、振動の振幅を減少させる）と
共にその剛性を大きくする。管200が振動すると、振動
エネルギーはケーブル210に伝わり、これによりケーブ
ル210は撓曲して振動することになる。複数本のストラ
ンド300は多くの摩擦境界平面302で互いに擦れ合い、隣
合うストランド300の相互擦れ合いによって伝達された
エネルギーは熱として散逸することになる。さらに、ケ
ーブル210が撓曲して振動すると、隣合うケーブル210は
互いに衝撃を与えながら擦れ合い、かくしてケーブル21
0の相互擦れ合いによって、伝達されたエネルギーは熱
として散逸することになる。かくして、細管200の振動
エネルギーはケーブル210に伝達され、或いはこれによ
って吸収されて管200の大きな振幅の振動が減衰する。
多くの摩擦境界平面302及び複数本のケーブル210は互い
に協働して大きな振幅の振動を減衰させることができ
る。加えて、剛性の部材、例えばケーブル先端部材310
及びケーブル端部取付け具380は細管200を補剛する傾向
を持つことは理解されよう。
さらに、上述したように、本発明のもう一つの実施例
におけるスリーブ450も細管200を補剛する傾向があるこ
とは理解されよう。さらに、上述のように、本発明のさ
らにもう１つの実施例におけるチェーン470は細管200の
減衰の度合いを高めると共にその剛性を大きくすること
は理解されよう。
蒸気発生器20は典型的な加圧水型原子炉蒸気発生器、
例えばウエスチングハウス・エレクトリック・コーポレ
ーションから調達できるモデル51蒸気発生器であるのが
良い。ただしこれは例示にすぎない。かかる蒸気発生器
20の複数本の細管は、全部で約3500本の細管から成り、
そのピッチは約26.92mmである。かかる蒸気発生器で
は、各細管70の内径は約19.685mm、外径は約22.225mmで
あり、材質は「インコネル600」であるのがよい。第１
の細管脚部分250及び第２の細管脚部分260は、それぞれ
の長さが約7620mmであり、また、かかる長さに沿って、
等間隔に配置された６つの支持板80によって支持されて
いる。さらに、複数本の細管70は半径および関連の円弧
の長さが次第に変化するＵベンド部分82を有し、Ｕベン
ド部分82に位置した防振バー85によって細管70を支持す
るのがよい。外側の列の細管70に関するＵベンド部分82
の半径は内側の列の細管70に関するＵベンド部分82の半
径よりも大きく、Ｕベンド部分82の半径および円弧の長
さは細管70の最も内側の列から最も外側の列に向かって
次第に大きくなっていることが理解されよう。細管200
のＵベンド管部分82の半径は約813mmであるのがよい。
ただしこれは例示として挙げているにすぎない。かくし
て、上記寸法形状および組成を持つ細管200の固有振動
数は約90Hzになり、その振動の振幅は比較的大きく、約
7.6mm（細管が僅かに劣化した場合）から約26.92mm（細
管20が分断した場合であり、この長さは隣合う細管70の
間の距離にほぼ等しい）になろう。当然のことながら、
振動の振幅は、流体の流れの場における細管200の位
置、細管200の前を通って流れる流体の局所速度および
管200の劣化の激しさで決まることが理解されよう。
かかる蒸気発生器では、流体弾性の不安定化が始まる
時点における臨界流れ速度は、管板90の近傍では毎秒約
152mmまたは0.02mである。しかしながら、環状空間56か
ら管板90に向かって流れる二次流体の速度は、管板90の
近傍では毎秒約5mになろう。加えて、Ｕベンド部分82を
横切って流れる二次流体の速度は毎秒約8mになろう。さ
らに、細管200を通って流れる一次流体の速度は毎秒約8
mになろう。かくして、細管200は、乱流によるバフェッ
ティング現象及び渦の離脱現象に加えて流体弾性の不安
定化による流動励起振動を受けることは理解されよう。
本発明の要部である複数本のケーブル210はそれぞ
れ、直径が約4.763mmであるのが良く、また、１本のス
トランドの周りに19本のストランドを巻き付けて１×19
のIWRC（Independent Wire Rope Cord:独立型ワイヤロ
ープコード）の形に予め形成されたタイプ302ステンレ
ス鋼であるのが良い。ただし、これは例示として挙げて
いるに過ぎない。さらに、各ケーブル210（重量が約8.8
96ニュートンであるのが良い）の長さを約8890mmにし
て、複数本のケーブル210が第１の細管脚部分250を通
り、Ｕベンド細管部分82に沿って延び、そして６番目の
（即ち、最も上に位置する）支持板80を僅かに越えて延
びるようにする。複数本の210を収納したことにより細
管200の重量が増し、かくして細管200の固有振動数が約
66ヘルツまで小さくなり、細管200の振動の振幅が約0.0
381mmから約0.076mmへ比較的小さくなることが理解され
よう。かくして、ケーブル210を収納した細管200の振動
の振幅はケーブル210を収納していない状態の細管210の
振動の振幅よりも小さいことが理解されよう。当然のこ
とながら、減衰後の振動の振幅は、流体の上れの場にお
ける細管200の位置および配向状態、細管200の前を通っ
て流れる流体の局所速度および細管200の劣化の激しさ
で決まることは理解されよう。
本発明を種々の実施例で図示し説明したが、本発明に
関し、その精神および均等物の範囲から逸脱しないで種
々の設計変更を想到できるので、本発明は、図示し説明
した細部に限定されることはない。
従って、本発明は、大きな振幅の流動励起振動を受け
る細管の減衰の度合い及び剛性を高める管防振／補剛装
置及び方法を提供している。
【図面の簡単な説明】
第１図は、複数本の細管を内臓し、また、明確化のため
に部分的に切り欠いた状態で示す原子力発電所用蒸気発
生器20の部分縦断面図である。 第２図は、細管のうち１本が管防振／補剛装置を収納
し、また、明確化のために部分的に切除した状態で示す
蒸気発生器の概略縦断面図である。 第３図は、複数本の可撓性のケーブルを有する管防振／
補剛装置を示す図である。 第４図は、第３図の４−４線における断面図である。 第５図は、複数本の可撓性ケーブルに連結されたケーブ
ル先端部材の縦断面図である。 第６図は、複数本の可撓性のケーブルを収納した蒸気発
生器の縦断面図である。 第７図は、蒸気発生器の細管の開口端の中に取り付けら
れて、複数本の可撓性ケーブルの収納後に管の両端を封
止する機械的な管ふさぎ栓の縦断面図である。 第８図は、複数の間隔をおいて設けられたスリーブを備
える複数本の可撓性ケーブルを有する本発明の別の実施
例を示す図である。 第９図は、複数本のチェーンを有する本発明のさらにも
う１つの実施例を示す図である。 20は蒸気発生器、54は湿分分離手段、56は環状空間、60
は管束、70は逆Ｕ字形伝熱管又は細管、90は管板、120
は仕切板、150は一次冷却材入口ノズル、160は二次冷却
材入口ノズル、180は二次側給水入口ノズル、190は二次
側蒸気出口ノズル、200は劣化した細管、210は防振／補
剛装置としてのケーブル、220,230は細管の開口端、240
は内壁、250は第１の細管脚部分、260は第２の細管脚部
分、280は第１の端部、290は第２の端部、310はケーブ
ル先端部材、372はコード、380,410はケーブル端部取付
け具、450は防振／補剛装置としての剛性スリーブ、470
は防振／補剛装置としての金属チェーンである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス・マイケル・フリック アメリカ合衆国，ペンシルベニア州，ノ ース・ハンティンドン，サミット・ドラ イブ 201 (72)発明者 ジェームス・ロバート・ジラー アメリカ合衆国，ペンシルベニア州，ピ ッツバーグ，オールド・ヒッコリー・ド ライブ 446 (56)参考文献 実開 昭61−47189（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−71496（ＪＰ，Ｕ) 実公 平１−20552（ＪＰ，Ｙ２) 米国特許4590991（ＵＳ，Ａ) 米国特許2238146（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F16L 55/00 - 55/04 F28F 13/00 - 13/18

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】開口端及び内面を備えた振動状態の管の振
    動エネルギを吸収する装置であって、管内部に収納で
    き、第１の端部及び第２の端部を備えていて、管が振動
    すると、該管の振動エネルギを吸収する可撓性の複数本
    のケーブルと、複数本のケーブルの第１の端部を包囲し
    た状態で該第１の端部に取り付けられ、複数本のケーブ
    ルの第１の端部を相互結合すると共に管の内面に作用す
    る恐れのある複数本のケーブルの第１の端部の振動から
    管内面を保護するケーブル先端部材と、各ケーブルの第
    ２の端部を包囲した状態で該第２の端部に取り付けら
    れ、管の内面に作用する恐れのある複数本のケーブルの
    第２の端部の振動から管内面を保護するケーブル端部取
    付け具とを有することを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】各ケーブルは編組されていて、管が振動す
    ると、管の振動エネルギを吸収できることを特徴とする
    請求項第１項記載の装置。
  3. 【請求項３】ケーブル先端部材はテーパしていて、複数
    本のケーブルの第１の端部を管の開口端内へ嵌入でき、
    また、複数本のケーブルを管の開口端内へ摺動状態で挿
    通できることを特徴とする請求項第２項記載の装置。
  4. 【請求項４】複数本のケーブルを包囲した状態で該ケー
    ブルに取り付けられ、管を補剛する複数の互いに離隔し
    たスリーブを更に有し、複数のスリーブは、ケーブル先
    端部材とケーブル端部取付け具との間に設けられている
    ことを特徴とする請求項第３項記載の装置。
  5. 【請求項５】原子力発電所で用いられる蒸気発生器の振
    動状態にあるＵ字形細管の振動の振幅を減少させる方法
    であって、Ｕ字形細管は、第１の開口端、第２の開口端
    及び内壁を備えると共に第１の真っ直ぐな細管脚部分、
    該第１の細管脚部分と平行な第２の真っ直ぐな細管脚部
    分及び第１の細管脚部分と第２の細管脚部分を結合する
    Ｕベンド細管部分で構成されており、前記方法は、第１
    及び第２の末端部分を備えたコードを細管の内部へ挿通
    させる段階を有し、コードの第１の末端部分は、第１及
    び第２の端部を備えた複数本のケーブルと連携したトウ
    ラインに取り付けられ、トウラインは複数本のケーブル
    の第１の端部に着脱自在に連結され、複数本のケーブル
    は細管が振動すると細管の振動の振幅を減少できるよう
    構成されており、前記方法は更に、コードを移動させて
    複数本のケーブルを細管内へ所定距離、摺動状態で挿通
    させる段階と、コード及びトウラインを細管から回収す
    る段階とを有することを特徴とする方法。
  6. 【請求項６】コード移動段階では、コードの第２の末端
    部分を細管内へ引き込んで複数本のケーブルを細管内に
    摺動状態で挿通させ、コードの第２の末端部分の引き込
    みと同時に、複数本のケーブルの第２の端部を押すこと
    を特徴とする請求項第５項記載の方法。
  7. 【請求項７】コード及びトウラインの回収段階では、コ
    ード及びトウラインを複数本のケーブルの第１の端部か
    ら取り外し、コード及びトウラインを細管の第２の開口
    端を通して引っ張ることを特徴とする請求項第６項記載
    の方法。
  8. 【請求項８】細管を封止する段階を更に有することを特
    徴とする請求項第７項記載の方法。
  9. 【請求項９】細管の封止段階では、第１の機械的管ふさ
    ぎ栓を細管の第１の開口端に嵌入し、第１の機械的管ふ
    さぎ栓を拡張してこれを細管内壁に密着させ、第２の機
    械的管ふさぎ栓を細管の第２の開口端に嵌入し、第２の
    機械的管ふさぎ栓を拡張してこれを細管内壁に密着させ
    ることを特徴とする請求項第８項記載の方法。
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