JP5057825B2

JP5057825B2 - 流体管及び流体管の改造方法

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Publication number: JP5057825B2
Application number: JP2007100292A
Authority: JP
Inventors: 靖己北島
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-04-06
Filing date: 2007-04-06
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2027-04-06
Also published as: JP2008256130A

Description

本発明は、流体を流すための流体管及び流体管の改造方法に関する。

沸騰水型原子力発電プラントにおいて、熱出力を増加して蒸気流量が増加すると、主蒸気管又は主蒸気管と炉内構造物とを含めた主蒸気系において圧力の脈動が発生し、蒸気乾燥器等の炉内構造物を破損する虞があることが知られている。

圧力脈動の発生原因の一つとして、例えば、主管から分岐した分岐管を有する流体管において共鳴が発生することが挙げられる。具体的には、図１５に示すように、流体が流れる主管８１と、主管８１から分岐して先端が閉じた分岐管８２を有する流体管において、上流側の接合部８３付近に渦が発生し、この渦が、分岐管８２内の定在波と共鳴することにより圧力脈動が発生する。

このような圧力脈動を抑制する方法として、例えば、一定以上に圧力が上昇した場合に蒸気を水プールに排出する際の圧力脈動抑制方法がある（例えば、特許文献１参照。）。この方法では、排出時の水面振動を抑制するために水中への排出管に緩衝用の穴を多数設けている。また、他分野の例では、脈動発生源の圧力容器にヘルムホルツ共鳴器を隣接して設置することによって、脈動を吸収して抑制する方法がある（例えば、特許文献２参照。）。
特公平３−５０２３８号公報特開平７−１３９７３８号公報

しかしながら、上述の従来技術の排気による抑制方法は、緊急時に行われる方法として提供されており、排気を定常的に行うと、原子炉を定常的に運転させることができなくなるという問題がある。また、ヘルムホルツ共鳴器の設置においては、脈動発生源の音響固有振動数を予め推定し、これに合わせてヘルムホルツ共鳴器を設計する必要があるため、複雑形状での固有振動数の推定の精度向上が課題であった。また、運転条件が変化すると、設置するヘルムホルツ共鳴器の固有振動数を調整し直す必要もあり、想定される多種類の固有振動数を予め推定することも課題であった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、流体管内で発生し得る圧力脈動を抑制することを目的とする。

上述の目的を達成するために、この本発明に係る流体管の一つの態様は、流体が流れる主管と、前記主管から分岐して先端に閉止端を有する分岐管とを有し、前記主管内において、前記分岐管との接合部近傍に、前記主管内に突出する共鳴防止用の突出部を備え、前記突出部は、前記流体の最高温度以上の耐熱性と耐摩耗性を有する材料で、前記分岐管側の内壁曲面に沿う肉盛り溶接によって形成されたことを特徴とする。

また、この発明に係る流体管の改造方法の一つの態様は、流体が流れる主管と、前記主管から分岐して先端に閉止端を有する分岐管により構成された流体管の改造方法であって、前記主管内において、前記分岐管との接合部近傍に、前記主管内に突出する共鳴防止用の突出部を、前記流体の最高温度以上の耐熱性と耐摩耗性を有する材料で、前記分岐管側の内壁曲面に沿って肉盛り溶接を行うことにより形成することを特徴とする。

本発明によれば、流体管内での圧力脈動の発生を抑制することができる。

以下、図１〜図１４を参照して、本発明に係る流体管の種々の実施形態を説明する。
なお、以下の各実施形態において、相互に同一又は類似の構成要素には共通の符号を付し、重複説明は省略する。

また、以下の各実施形態では、本発明に係る流体管が、沸騰水型原子力発電プラントの主蒸気系に適用される場合を示すが、流体管の適用例はこれに限定されるものではない。

[第１の実施形態]
図１及び図２は、本発明の第１の実施形態に係る流体管１００の分岐管付近を示す模式的縦断面図である。流体管１００は、ステンレス鋼、炭素鋼等の鋼材からなり、図示しない原子炉と蒸気タービンとを連絡し、原子炉で発生した主蒸気（以下、流体という。）を蒸気タービンに送る機能を有する。図１に示すように、流体管１００は、原子炉から蒸気タービンへ向かう主管１と、主管１から接合部５で分岐して先端が閉じた分岐管２とを有する。

分岐管２には、例えば圧力計等の計測器（図示略）や、高圧力時に主蒸気を逃すための逃し弁（図示略）等が取り付けられている。分岐管２の内部には、分岐管２の流路を横切るように平面状の網状構造体３が配置されている。網状構造体３は、流体管１００を流れる流体の最高温度以上の耐熱性と、流体に対する耐摩耗性を有する材料からなる。

網状構造体３は、図１に示すように、網状構造体３の平面が分岐管２の管軸方向に対して垂直になるように配置されてもよいし、図２に示すように、当該平面が管軸方向に対して斜めになるように配置されてもよい。

第１の実施形態の流体管１００によれば、分岐管２の内部に、分岐管２の流路を横切るように網状構造体３を配置したことにより、分岐管２内での定在波の発生を抑制することができる。従って、渦と定在波の共鳴による圧力脈動の発生を抑制することができる。

[第２の実施形態]
図３及び図４は、本発明の第２の実施形態に係る流体管２００の分岐管付近を示す模式的縦断面図である。第２の実施形態では、流体管２００の分岐管２の内部に、分岐管２の流路を横切るように平面状の多孔板４が配置されている。多孔板４は、流体管２００を流れる流体の最高温度以上の耐熱性と、流体に対する耐摩耗性を有する材料からなる。

多孔板４は、図３に示すように、多孔板４の平面が分岐管２の管軸方向に対して垂直になるように配置されてもよいし、図４に示すように、当該平面が管軸方向に対して斜めになるように配置されてもよい。

第２の実施形態の流体管２００によれば、分岐管２の内部に、分岐管２の流路を横切るように多孔板４を配置したことにより、分岐管２内での定在波の発生を抑制することができる。従って、渦と定在波の共鳴による圧力脈動の発生を抑制することができる。

[第３の実施形態]
図５に、本発明の第３の実施形態に係る流体管３００の分岐管付近を示す模式的縦断面図を示し、図６に、図５のＶＩ−ＶＩ矢視の縦断面図を示す。

第３の実施形態では、主管１内において、分岐管２との接合部５近傍のうち上流側の位置に、主管１内に突出する突出部６が形成されている。突出部６は、流体管３００を流れる流体の最高温度以上の耐熱性と、流体に対する耐摩耗性を有する材料からなり、図６に示すように、主管１の上側（分岐管側）の内壁曲面に沿って、肉盛り溶接又は部品の取り付けを行うことによって形成される。突出部６を部品で形成する場合、当該部品は、ネジ留め又は溶接等によって主管１の内壁に取り付けられる。

第３の実施形態の流体管３００によれば、主管１内の上流側の接合部５近傍に、主管１内に突出する突出部６を形成することにより、図５に示すように、渦の発生位置を変化（図の点線部から実線部へ変化）させることができる。これにより、渦と分岐管２内で発生する定在波との共鳴を抑制し、圧力脈動の発生を抑制することができる。

[第４の実施形態]
図７に、本発明の第４の実施形態に係る流体管４００の分岐管付近を示す模式的縦断面図を示し、図８に、図７のＶIII−ＶIII矢視の縦断面図を示す。

第４の実施形態では、主管１内において、分岐管２との接合部５近傍のうち上流側の位置に、主管１内に突出する突出部７が形成されている。突出部７は、図７及び図８に示すように、所定の成型加工（例えば、鍛造成型）によって形成される。図８において一点鎖線で示した曲線部分は、突出部７が形成されていない場合の主管１の外壁面を示す。

第４の実施形態の流体管４００によれば、主管１内の上流側の接合部５近傍に、主管１内に突出する突出部７を形成することにより、図７に示すように、渦の発生位置を変化（図の点線部から実線部へ変化）させることができる。これにより、渦と分岐管２内で発生する定在波との共鳴を抑制し、圧力脈動の発生を抑制することができる。

[第５の実施形態]
図９に、本発明の第５の実施形態に係る流体管５００の分岐管付近を示す模式的縦断面図を示し、図１０に、図９のＸ−Ｘ矢視の横断面図を示す。

第５の実施形態では、分岐管２内において、主管１との接合部５近傍のうち上流側の位置に、分岐管２内に突出する突出部８が形成されている。突出部８は、流体管５００を流れる流体の最高温度以上の耐熱性と、流体に対する耐摩耗性を有する材料からなり、図１０に示すように、分岐管２の上流側の内壁曲面に沿って、肉盛り溶接又は部品の取り付けを行うことによって形成される。突出部８を部品で形成する場合、当該部品は、ネジ留め又は溶接等によって分岐管２の内壁に取り付けられる。

第５の実施形態の流体管５００によれば、分岐管２内の上流側の接合部５近傍に、分岐管２内に突出する突出部８を形成して、渦の発生位置を変化させることにより、渦と分岐管２内で発生する定在波との共鳴を抑制し、圧力脈動の発生を抑制することができる。

[第６の実施形態]
図１１に、本発明の第６の実施形態に係る流体管６００の分岐管付近を示す模式的縦断面図を示し、図１２に、図１１のＸII−ＸII矢視の横断面図を示す。

第６の実施形態では、分岐管２内において、主管１との接合部５近傍のうち上流側の位置に、分岐管２内に突出する突出部９が形成されている。突出部９は、図１１及び図１２に示すように、所定の成型加工（例えば、鍛造成型）によって形成される。図１２において一点鎖線で示した曲線部分は、突出部９が形成されていない場合の分岐管２の外壁面を示す。

第６の実施形態の流体管６００によれば、分岐管２内の上流側の接合部５近傍に、分岐管２内に突出する突出部９を形成して、渦の発生位置を変化させることにより、渦と分岐管２内で発生する定在波との共鳴を抑制し、圧力脈動の発生を抑制することができる。

[第７の実施形態]
図１３は、本発明の第７の実施形態に係る流体管７００の分岐管付近を示す模式的縦断面図である。第７の実施形態では、主管１と分岐管２との接合部５のうち上流側に面取り部１０が形成されている。面取り部１０は、上流側の接合部５に面取り加工を施すことによって曲面状に形成される。

ここで、面取り部１０の面取り半径Ｒは、分岐管長（分岐管２の管軸方向における長さ）Ｌの１０％以上２０％未満であることが好ましい。これは、面取り半径Ｒが分岐管長Ｌの１０％未満である場合、共鳴周波数がほとんど変化せず、面取り半径Ｒが分岐管長Ｌの２０％以上である場合、分岐管２の加工が構造的、設計的に困難であることによる。

第７の実施形態の流体管７００によれば、上流側の接合部５に面取り部１０を形成することにより、分岐管２の共鳴管としての有効長が変化するため、定在波の周波数を変化させることができる。これにより、渦と分岐管２内で発生する定在波との共鳴を抑制し、圧力脈動の発生を抑制することができる。

第７の実施形態の変形例として、上流側の接合部５に曲面状の面取り部１０を形成する代わりに、図１４に示すように、面取り部１０と同程度の大きさの斜面状の面取り部１１を形成するようにしても、第７の実施形態と同様の効果が得られる。

以上のように、第１〜第７の実施形態によれば、図１５に示す従来の流体管に、各実施形態に示す改造を施すことにより、既設の流体管を大幅に変更することなく、流体管における圧力脈動の発生を抑制することができる。

なお、上記各実施形態における記述内容は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、第１の実施形態、第２の実施形態の何れか一方と、第３〜第７の実施形態の何れか一つを組み合わせるように構成してもよい。

本発明の第１の実施形態に係る流体管の分岐管付近を示す模式的縦断面図であって、網状構造体の平面が分岐管の管軸方向に対して垂直になるように配置した状態を示す図。本発明の第１の実施形態に係る流体管の分岐管付近を示す模式的縦断面図であって、網状構造体の平面が分岐管の管軸方向に対して斜めになるように配置した状態を示す図。本発明の第２の実施形態に係る流体管の分岐管付近を示す模式的縦断面図であって、多孔板の平面が分岐管の管軸方向に対して垂直になるように配置した状態を示す図。本発明の第２の実施形態に係る流体管の分岐管付近を示す模式的縦断面図であって、多孔板の平面が分岐管の管軸方向に対して斜めになるように配置した状態を示す図。本発明の第３の実施形態に係る流体管の分岐管付近を示す模式的縦断面図。図５のＶＩ−ＶＩ矢視の縦断面図。本発明の第４の実施形態に係る流体管の分岐管付近を示す模式的縦断面図。図７のＶIII−ＶIII矢視の縦断面図。本発明の第５の実施形態に係る流体管の分岐管付近を示す模式的縦断面図。図９のＸ−Ｘ矢視の横断面図。本発明の第６の実施形態に係る流体管の分岐管付近を示す模式的縦断面図。図１１のＸII−ＸII矢視の横断面図。本発明の第７の実施形態に係る流体管の分岐管付近を示す模式的縦断面図。第７の実施形態の変形例に係る流体管の分岐管付近を示す模式的縦断面図。従来の流体管の分岐管付近を示す模式的縦断面図。

符号の説明

１主管
２分岐管
３網状構造体
４多孔板
５接合部
６、７、８、９突出部
１０、１１面取り部
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００流体管

Claims

流体が流れる主管と、前記主管から分岐して先端に閉止端を有する分岐管とを有し、
前記主管内において、前記分岐管との接合部近傍に、前記主管内に突出する共鳴防止用の突出部を備え、
前記突出部は、前記流体の最高温度以上の耐熱性と耐摩耗性を有する材料で、前記分岐管側の内壁曲面に沿う肉盛り溶接によって形成されたことを特徴とする流体管。
流体が流れる主管と、前記主管から分岐して先端に閉止端を有する分岐管により構成された流体管の改造方法であって、
前記主管内において、前記分岐管との接合部近傍に、前記主管内に突出する共鳴防止用の突出部を、前記流体の最高温度以上の耐熱性と耐摩耗性を有する材料で、前記分岐管側の内壁曲面に沿って肉盛り溶接を行うことにより形成することを特徴とする流体管の改造方法。