JP3253329B2 - スチームインジェクタ - Google Patents

スチームインジェクタ

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JP3253329B2
JP3253329B2 JP28492491A JP28492491A JP3253329B2 JP 3253329 B2 JP3253329 B2 JP 3253329B2 JP 28492491 A JP28492491 A JP 28492491A JP 28492491 A JP28492491 A JP 28492491A JP 3253329 B2 JP3253329 B2 JP 3253329B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は高圧水噴出用スチー
ムインジェクタに係り、特に軽水炉などの非常時炉心冷
却系の注水装置に好適なスチームインジェクタに関す
る。
【0002】
【従来の技術】図4および図5を参照しながら従来のス
チームインジェクタの構造を説明する。なお、図5は図
4における蒸気噴出ノズル部を拡大して示している。す
なわち、図4に示したスチームインジェクタにおいて、
蒸気供給口1および水供給口2はケーシング3の下部ケ
ーシング3bに取り付けられる。ケーシング3は上部お
よび下部ケーシング3a,3bからなり、両者はボルト
3cおよびナット3dにより締め付けられて一体化して
いる。
【0003】蒸気供給口1は取り付けフランジ1aに設
けられ、フランジ1はパイプ1bの一端に接続し、パ
イプ1bの他端は下部ケーシング3bにねじ込まれて固
定される。一方、水供給口2は取り付けフランジ2aに
設けられ、フランジ2aはパイプの一端に接続し、パイ
プの他端は下部ケーシング3bにねじ込まれて固定され
る。
【0004】上部ケーシング3aの内部にはニードル弁
4の外周面を支える弁軸ホルダ4aがボルト4bにより
固定されている。ニードル弁4は水ノズル調節用ハンド
ル14に接続しており、ニードル弁4の側面には軸シール
4cが設けられ、軸シール4cはシール押えキャップ4
dにより押圧され、このキャップはボルト4eで上部ケ
ーシング3aの頂部に固定されている。
【0005】水ノズル調節用ハンドル14の下部にはホル
ダ16が取り付けられており、このホルダ16はボルト17で
上部ケーシング3aの頂部に固定されるとともに支持杆
18の一端が取り付けられている。支持杆18の先端部はピ
ン19を介して上部フランジ3aに接続している。
【0006】水供給ノズル5は下部ケーシング3bの内
面にボルト5aにより固定されている。このように、従
来のスチームインジェクタは蒸気供給口1および水供給
口2を有するケーシング3bにニードル弁4を持たせた
水供給ノズル5を設けており、この水供給口2と水供給
口ノズル5は連通している。この水供給ノズル5とケー
シング3bとの間隙に環状の蒸気噴出ノズル6を形成
し、この蒸気噴出ノズル6の下流側に蒸気・水混合ノズ
ル7およびスロート8を設け、更に昇圧用デフューザ9
を設けて吐出口10に連通している。
【0007】蒸気供給口1から供給された蒸気が蒸気噴
出ノズル6から噴出され、水供給ノズル5部の圧力は蒸
気の凝縮により負圧となって大気圧以下となり、水供給
口2から水を吸い込む。水供給口2から吸い込まれる低
水温(70℃以下)により蒸気が凝縮されつつ蒸気・水混
合ノズルへ流入し、スロート8部で高速水流となる。
【0008】すなわち、蒸気のもつエンタルピηgが飽
和水のエンタルピηlよりも蒸発潜熱分だけ高いことか
ら、この蒸気潜熱が運動エネルギーに変化し、高速水流
を形成する。この高速水流が昇圧用デフューザ9内を通
過する際には、流体力学の法則により、次式で示す圧力
Δpだけ昇圧する。 Δp= 1/2・ρw・Ut2 ρw: 水の密度 Ut: スロートを通過する高速水流の流速 これにより、スチームインジェクタでは蒸気の供給圧力
よりも高い吐出圧力を得ることができる。昇圧用デフュ
ーザ9を通り吐出口10から加圧水が噴出する。
【0009】上記のようなスチームインジェクタにおい
て、供給蒸気圧を一定としてニードル弁4を移動して水
供給ノズル5の流路面積を変えながら、最高の吐出力が
得られるように調整して使用する場合、蒸気噴出ノズル
6部において蒸気の流路面積が急縮小するため蒸気の超
音速流が発生する。そのため、蒸気噴出ノズル6部を形
成する水供給ノズル5外壁面とケーシング3の内壁面に
おいて超音速流による摩耗が発生する。下流に位置する
スロート8部の壁面においては高速水流によるエロージ
ョンが発生し摩耗が生じる。
【0010】前述したように各壁面が摩耗して流路面積
が変わり、水と蒸気の流量バランスが変化して徐々に性
能が低下していく。また、蒸気・水混合ノズル7におい
ては蒸気噴出ノズル6から噴出された蒸気と、水供給ノ
ズル5から供給される水が拡散しながら混在するため安
定した蒸気の凝縮が得られない。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】従来のスチームインジ
ェクタにおいては水および蒸気が流れる水供給ノズル
5,蒸気噴出ノズル6,蒸気・水混合ノズル,スロー
ト8および昇圧用デフューザ9の内部壁面が摩耗して性
能が低下していくため、高信頼性が要求される原子炉な
どの非常時炉心冷却系の注水装置には適用が困難な課題
がある。
【0012】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、原子炉などの非常時炉心冷却系の注水装置と
して適用できる内部壁面の摩耗による性能劣化がなく信
頼性の高いスチームインジェクタを提供することを目的
とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は蒸気供給口を有
するケーシングにニードル弁付きの水供給ノズルを設
け、この水供給ノズルと前記ケーシングとの間に蒸気噴
出ノズルを形成し、その下流側に蒸気・水混合ノズル
と、スロートおよび昇圧用デフューザを連設した高圧水
噴出用スチームインジェクタにおいて、前記水供給ノズ
ルを耐摩耗性金属材料で形成し、前記水供給ノズルの下
流側に通じる前記蒸気・水混合ノズルの内面と、前記ス
ロートおよび昇圧用デフューザの内面に耐摩耗性金属
料で耐摩耗性金属壁を形成してなることを特徴とする。
【0014】本発明によれば、蒸気供給口から供給され
た蒸気が蒸気噴出ノズルから噴出される際の超音速流に
よる水供給ノズルおよびケーシング内壁面の摩耗を緩和
し、蒸気・水混合ノズル部での温度疲労による壁面の劣
化を抑制し、高速水流の流れるスロート部でのエロージ
ョンによる摩耗を緩和することで、水と蒸気の流量バラ
ンスを保ち最高性能を維持することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】図1および図2を参照しながら本
発明に係るスチームインジェクタの第1の実施の形態
説明する。なお、図2は図1における蒸気噴出ノズル部
の拡大図である。なお、図中本発明の要旨と直接関係し
ない部分については図4および図5と同一部分には同一
符号を付して重複しない部分の説明は省略する。
【0016】すなわち、図1および図2に示すように、
蒸気供給口1を有するケーシング3にニードル弁4付き
耐摩耗性水供給ノズル15を設け、この耐摩耗性水供給
ノズル15と前記ケーシング3との間に蒸気噴出ノズル6
を形成し、その下流側に蒸気・水混合ノズル7と、スロ
ート8および昇圧用デフューザ9を連設した高圧噴出用
スチームインジェクタにおいて、水供給ノズル5と前記
蒸気噴出ノズル6を形成するケーシング3の壁面及び、
下流に連設する蒸気・水混合ノズル7と、スロート8お
よび昇圧用デフューザ9側にCRA(ステライト代替
材)、またはCFA(低コバルト材)などの耐摩耗性
材料により耐摩耗性壁11を形成し、また水供給ノズル
5を前記耐摩耗性金属材料により形成したものである。
【0017】ここで、CRA(ステライト代替材)はCo
balt Replaced Alloy;コバルトリプレイスドアロイ
の略で、Ni−Cr−Mo−Nb合金であり、高温高圧
水中で耐食性,耐摩耗性および耐衝撃性を有している。
また、CFAはCobalt FreeAlloy;コバルトフリーア
ロイの略で、Ni−Cr−Al−Mo鍛造合金であり、
CRAと同様に高温高圧水中で耐食性,耐摩耗性および
耐衝撃性を有している
【0018】蒸気供給口1から供給された蒸気が蒸気噴
出ノズル6を通過する際に、超音速流となるが、水供給
ノズル5を耐摩耗性金属材料により形成して耐摩耗性
供給ノズル15とし、蒸気噴出ノズル6が位置するケーシ
ング3内耐摩耗性壁11により形成しているため、超音
速流による摩耗を抑制できる。
【0019】また、蒸気・水混合ノズル7を経てスロー
ト8部で高速の水流となり、これらの部分でエロージョ
ンが発生するが、連通する蒸気・水混合ノズル7と、ス
ロート8および昇圧用デフューザ9の内側に耐摩耗性壁
11を形成しており、高速水流に起因するエロージョンに
よる摩耗を抑制できる。
【0020】摩耗を抑制することにより、高信頼性が要
求される原子炉などの非常時炉心冷却系の注水装置への
適用を可能とし、性能劣化の少ないスチームインジェク
タを提供できる。
【0021】次に本発明の第2の実施の形態を図3によ
り説明する。なお、図中図1および図2と同一部分には
同一符号を付して重複する部分の説明は省略する。この
第2の実施の形態では蒸気ノズル調節用ハンドル13を設
けて水供給ノズル15を上下に出し入れし蒸気の流入口の
面積をコントロールできるようにしたものである。蒸気
ノズル調節用ハンドル13は上部ケーシング3aの上面に
シート板20を介してボルト3cおよびナット3dにより
取り付けられている。
【0022】すなわち、蒸気供給口1を有するケーシン
グ3bにニードル弁4付きの耐摩耗性水供給ノズル15
設け、この水供給ノズル15と前記ケーシング3との間に
蒸気噴出ノズル6を形成し、その下流側に蒸気・水混合
ノズル7と、スロート8および昇圧用デフューザ9を連
設した高圧水噴出用スチームインジェクタにおいて、
摩耗性水供給ノズル15と前記蒸気噴出ノズル6を形成す
るケーシング3の壁面及び、下流に連設する蒸気・水混
合ノズル7と、スロート8および昇圧用デフューザ9側
にCRA(ステライト代替材)、またはCFA(低コバ
ルト材)などの耐摩耗性金属材料により耐摩耗性壁11を
形成し、また水供給ノズル5を前記耐摩耗性金属材料に
より形成したものである。また、蒸気・水混合ノズル7
部において水が壁面に接触しないよう蒸気による旋回流
を形成するためのフィン12を蒸気噴出ノズル6部に取着
している。
【0023】蒸気供給口1から供給された蒸気が蒸気噴
出ノズル6を通過する際に、超音速流となるが、耐摩耗
金属材料により形成した水供給ノズル5およびケーシ
ング3内に耐摩耗性壁11を形成しているため、超音速流
による摩耗を抑制できる。また、蒸気・水混合ノズル7
を経てスロート8部で高速の水流となり、これらの部分
でエロージョンが発生するが、連通する蒸気・水混合ノ
ズル7と、スロート8および昇圧用デフューザ9の内側
に耐摩耗性壁11を形成しており、高速水流に起因するエ
ロージョンによる摩耗を抑制できる。
【0024】一方、蒸気・水混合ノズル7部では蒸気供
給口1を経て蒸気噴出ノズル6を通過する蒸気はフィン
12により旋回流となる、また水供給口2を経て水供給ノ
ズル5から供給された水は蒸気の旋回力を受けて旋回し
ながら中心で蒸気と混合するため、安定した蒸気潜熱を
得ることができる。
【0025】この第2の実施の形態によれば、摩耗を抑
制することにより信頼性を向上し、旋回力を与えること
で性能を向上できるため、高信頼性が要求される原子炉
などの非常時炉心冷却系の注水装置への適用を可能と
し、性能劣化の少ない高性能のスチームインジェクタを
提供できる。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、水供給ノズルを耐摩耗
金属材料により形成し、また水供給ノズルに連通した
蒸気・水混合ノズル、スロートおよび昇圧用デフューザ
の内面に耐摩耗性金属材料による耐摩耗性壁を形成する
ことで、これらの部位の摩擦を抑制することができ性能
低下を軽減できる。
【0027】また、蒸気噴出ノズルにフィンを設ければ
旋回流により安定した蒸気の凝縮が得られ高い性能を得
ることができ、信頼性の高いスチームインジェクタを提
供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るスチームインジェクタの第1の実
の形態を示す断面図。
【図2】図1における蒸気噴出ノズル部を拡大して示す
縦断面図。
【図3】本発明に係るスチームインジェクタの第2の実
の形態を示す断面図。
【図4】従来のスチームインジェクタを示す断面図。
【図5】図4における蒸気噴出ノズル部を拡大して示す
縦断面図。
【符号の説明】
1…蒸気供給口、2…水供給口、3…ケーシング、4…
ニードル弁、5…水供給ノズル、6…蒸気噴出ノズル、
7…蒸気・水混合ノズル、8…スロート、9…昇圧用デ
フューザ、10…吐出口、11…耐摩耗性壁、12…フィン、
13…蒸気ノズル調節用ハンドル、14…水ノズル調節用ハ
ンドル、15…耐摩耗性水供給ノズル、16…ホルダ、17…
ボルト、18…支持杆、19…ピン、20…シート板。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−26731(JP,A) 特開 平1−196000(JP,A) 特開 平2−75800(JP,A) 実開 昭58−27600(JP,U) 実開 昭63−154799(JP,U) 実開 昭61−125334(JP,U) 実開 昭63−154800(JP,U) 実開 昭49−143204(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F04F 5/24 F04F 5/36

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 蒸気供給口を有するケーシングにニード
    ル弁付きの水供給ノズルを設け、この水供給ノズルと前
    記ケーシングとの間に蒸気噴出ノズルを形成し、その下
    流側に蒸気・水混合ノズルと、スロートおよび昇圧用デ
    フューザを連設した高圧水噴出用スチームインジェクタ
    において、前記水供給ノズルを耐摩耗性金属材料で形成
    し、前記水供給ノズルの下流側に通じる前記蒸気・水混
    合ノズルの内面と、前記スロートおよび昇圧用デフュー
    ザの内面に耐摩耗性金属材料で耐摩耗性金属壁を形成し
    てなることを特徴とするスチームインジェクタ。
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