JP5089485B2 - Jet pump and reactor - Google Patents
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Description
本発明は、ジェットポンプ及び原子炉に係り、特に、沸騰水型原子炉に適用するのに好適なジェットポンプ及び原子炉に関する。 The present invention relates to a jet pump and a nuclear reactor, and more particularly, to a jet pump and a nuclear reactor suitable for application to a boiling water reactor.
従来の沸騰水型原子炉(BWR)は、再循環系配管が接続された原子炉圧力容器(以下、RPVという)内にジェットポンプを設置している。ジェットポンプは、ノズル、ベルマウス、スロート及びディフューザを備える。再循環ポンプの駆動によって昇圧された冷却水は、再循環系配管を通り、駆動水としてノズルからスロート内に噴出される。ノズルは駆動水の速度を増加させる。RPV内でノズルの周囲に存在する冷却水が、噴出された駆動水の作用によって、被駆動水としてベルマウス内に吸込まれ、スロートを経てディフューザ内に流入する。ディフューザから排出された冷却水は、RPV内の下部プレナムを通って炉心に供給される(例えば、特開昭59−188100号公報、特開平7−119700号公報及び特開2007−285165号公報参照)。 A conventional boiling water reactor (BWR) has a jet pump installed in a reactor pressure vessel (hereinafter referred to as RPV) to which a recirculation system pipe is connected. The jet pump includes a nozzle, a bell mouth, a throat, and a diffuser. The cooling water whose pressure has been increased by driving the recirculation pump passes through the recirculation system piping and is jetted from the nozzle into the throat as drive water. The nozzle increases the speed of the driving water. The cooling water present around the nozzle in the RPV is sucked into the bell mouth as driven water by the action of the jetted driving water, and flows into the diffuser through the throat. The cooling water discharged from the diffuser is supplied to the core through the lower plenum in the RPV (see, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 59-188100, 7-119700, and 2007-285165). ).
特開昭59−188100号公報、特開平7−119700号公報及び特開2007−285165号公報に記載されたジェットポンプは、複数本のノズルを有している。噴出口の面積が同じである場合、ノズル本数を増やすことによって、駆動水と被駆動水の接触面積が増加して駆動水及び被駆動水の混合が促進され、混合損失が低減してジェットポンプ効率が向上する。 The jet pumps described in JP 59-188100 A, JP 7-119700 A, and JP 2007-285165 A have a plurality of nozzles. When the area of the spout is the same, increasing the number of nozzles increases the contact area between the driving water and the driven water, promotes the mixing of the driving water and the driven water, reduces the mixing loss, and the jet pump Efficiency is improved.
ジェットポンプの性能は、以下に示すようなM比、N比、効率によって表される。M比は、ノズル部での駆動水(再循環水)の流量Qnに対する、スロート部に流入する被駆動水(冷却水)の流量Qsの比であり、(1)式で表される。 The performance of the jet pump is expressed by the M ratio, N ratio, and efficiency as shown below. The M ratio is a ratio of the flow rate Qs of the driven water (cooling water) flowing into the throat portion with respect to the flow rate Qn of the drive water (recirculation water) at the nozzle portion, and is expressed by equation (1).
M比 = Qs/Qn ……(1)
N比は、駆動水に対する被駆動水の全圧比であり、(2)式で表される。
M ratio = Qs / Qn (1)
The N ratio is the total pressure ratio of the driven water to the driving water, and is expressed by equation (2).
N比 = (Pd−Ps)/(Pn−Pd) ……(2)
ここで、Pdはディフューザ部の全圧、Psはジェットポンプ周囲の全圧、Pnはノズル部の全圧である。効率ηは、駆動水に対する被駆動水のエネルギーの比であり、(3)式に示すように、M比とN比の積で表される。
N ratio = (Pd−Ps) / (Pn−Pd) (2)
Here, Pd is the total pressure in the diffuser section, Ps is the total pressure around the jet pump, and Pn is the total pressure in the nozzle section. The efficiency η is the ratio of the energy of the driven water to the driving water, and is represented by the product of the M ratio and the N ratio as shown in the equation (3).
η = M比 × N比 ……(3)
ジェットポンプとしては、M比、N比及び効率ηが大きいことが望ましい。小さい容量の再循環ポンプを用いて、ジェットポンプから吐出される冷却水流量を効率良く増加させることができれば、再循環系をコンパクト化することができ、再循環系の設置スペースを低減できる。
η = M ratio × N ratio (3)
As a jet pump, it is desirable that the M ratio, the N ratio, and the efficiency η are large. If the flow rate of the cooling water discharged from the jet pump can be increased efficiently by using a small-capacity recirculation pump, the recirculation system can be made compact and the installation space of the recirculation system can be reduced.
例えば、既設の原子炉(例えば、BWR)で出力向上を行う場合には、炉心流量を増加して炉心の冷却能力を高めることにより、原子炉出力の増大幅を拡大することができる。また、BWRの運転中における炉心流量の制御幅を拡大することによって、炉心内のボイド率の変化幅が増大し、燃料経済性を高めることができる。このように炉心流量を増加させるためには、再循環ポンプ及びジェットポンプを改良することが考えられる。発明者らは、出力向上を目的とした既設の原子炉の改造においては、再循環ポンプなどの大型機器の改造、交換に比べて、ジェットポンプの改良の方が有効であることを見出した。ジェットポンプの性能は、駆動水と被駆動水の混合部の形状に大きく依存するため、駆動水を噴出するノズルを改良することにより、その性能を向上できる可能性がある。 For example, when the power is improved in an existing nuclear reactor (for example, BWR), the increase in the reactor power can be expanded by increasing the core flow rate to increase the cooling capacity of the core. Further, by expanding the control range of the core flow rate during the operation of the BWR, the range of change in the void ratio in the core can be increased, and the fuel economy can be improved. In order to increase the core flow rate in this way, it is conceivable to improve the recirculation pump and the jet pump. The inventors have found that in the modification of an existing nuclear reactor for the purpose of improving the output, the improvement of the jet pump is more effective than the modification or replacement of a large-sized device such as a recirculation pump. Since the performance of the jet pump greatly depends on the shape of the mixing portion of the driving water and the driven water, the performance may be improved by improving the nozzle that ejects the driving water.
発明者らは、詳細な数値解析から複数本のノズルをノズル台座に配置した場合、ノズル表面の、ノズル台座の中心軸側に被駆動水の渦が発生しており、その渦によるエネルギー損失を低減することによって被駆動流体をより多く吸込むことができ、ジェットポンプ効率が向上することを見出した。 The inventors found that when a plurality of nozzles are arranged on the nozzle pedestal based on detailed numerical analysis, a vortex of driven water is generated on the nozzle surface on the central axis side of the nozzle pedestal, and energy loss due to the vortex is reduced. It has been found that by reducing the amount, the driven fluid can be sucked in more and the jet pump efficiency is improved.
本発明の目的は、効率を更に増大できるジェットポンプ及び原子炉を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a jet pump and a nuclear reactor that can further increase the efficiency.
上記した目的を達成する本発明の特徴は、ノズル装置が、ノズル装置の軸心の位置に突起部を形成しているノズル台座部材、突起部の周囲に配置されてノズル台座部材に取り付けられる複数のノズル、及びノズルから前記軸心に向かって配置される整流部材を有し、複数の整流部材は、その突起部の周囲に配置されて突起部から複数のノズルのそれぞれに向かって放射状に配置されていることにある。 A feature of the present invention that achieves the above-described object is that the nozzle device includes a nozzle pedestal member that forms a protrusion at the axial center of the nozzle device, and a plurality of nozzle devices that are disposed around the protrusion and are attached to the nozzle pedestal member. the nozzle, and have a rectifying member which is disposed toward the axis from the nozzle, a plurality of rectifying members are arranged radially toward the plurality of nozzles from the protrusion is disposed around the protrusion are they there to Rukoto.
突起部の周囲に配置されて突起部から複数のノズルのそれぞれに向かって放射状に配置されている各整流部材は、ノズル相互間を通ってノズル装置の軸心に向う被駆動流体の流れにおける、ノズルの突起部側の外面付近での渦の発生を抑制することができ、渦による被駆動流体のエネルギーの損失を低減することができる。このため、ジェットポンプの効率がさらに向上する。 Each rectifying member disposed around the protrusion and radially disposed from the protrusion toward each of the plurality of nozzles is in the flow of the driven fluid passing between the nozzles and toward the axis of the nozzle device . Occurrence of vortices near the outer surface of the nozzle projection can be suppressed, and energy loss of the driven fluid due to the vortices can be reduced. For this reason, the efficiency of the jet pump is further improved.
また、ノズル装置に設けられる複数のノズルがノズル装置の軸心側の外面に複数のディンプルを形成していることによっても、上記の目的を達成することができる。これは、ノズルの外面に形成された各ディンプルが被駆動流体の流れの剥離を下流側に移動させるので、発生する渦が小さくなり、エネルギー損失を低減させる効果を生じるからである。 The above object can also be achieved by a plurality of nozzles provided in the nozzle device forming a plurality of dimples on the outer surface on the axial center side of the nozzle device. This is because each dimple formed on the outer surface of the nozzle moves the separation of the flow of the driven fluid to the downstream side, so that the generated vortex is reduced and the energy loss is reduced.
好ましくは、ノズルがノズル内に形成された駆動流体通路の流路断面積を低減させる複数の絞り部を形成していることが望ましい。 Preferably, it is desirable that the nozzle form a plurality of throttle portions that reduce the cross-sectional area of the driving fluid passage formed in the nozzle.
本発明によれば、被駆動流体の渦の発生を抑制することができ、ジェットポンプの効率をさらに増大させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, generation | occurrence | production of the vortex of a driven fluid can be suppressed and the efficiency of a jet pump can further be increased.
本発明の実施例である沸騰水型原子炉に設置されたジェットポンプについて、図面を用いて以下に説明する。 A jet pump installed in a boiling water reactor that is an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明の好適な一実施例である実施例1のジェットポンプを、以下に説明する。本実施例のジェットポンプの構造を説明する前に、このジェットポンプが適用される沸騰水型原子炉の概略の構造を、図3及び図4を用いて以下に説明する。
A jet pump according to
沸騰水型原子炉(BWR)は、原子炉圧力容器(原子炉容器)1を有し、原子炉圧力容器1内に炉心シュラウド3を設置している。原子炉圧力容器は、以下、RPVと称する。複数の燃料集合体(図示せず)が装荷された炉心2が、炉心シュラウド3内に配置される。気水分離器4及び蒸気乾燥器5がRPV1内で炉心2の上方に配置される。ジェットポンプ10が、RPV1と炉心シュラウド3の間に形成される環状のダウンカマ6内に配置される。RPV1に設けられる再循環系は、再循環系配管7及び再循環系配管7に設置された再循環ポンプ8を有する。再循環系配管7の一端はダウンカマ6に連絡される。再循環系配管7の他端は、ダウンカマ6内に配置されたライザ管9の下端に接続される。ライザ管9の上端は分岐管26に接続され、分岐管26はジェットポンプ10のノズル装置12に接続される。給水配管17及び主蒸気配管42がRPV1に接続される。ノズル装置12は、複数の支持板26によってベルマウス20に取り付けられ、ベルマウス20と一体になっている。
A boiling water reactor (BWR) has a reactor pressure vessel (reactor vessel) 1, and a
RPV1内の上部に存在する被駆動水である冷却水(被駆動流体、冷却材)23は、給水配管17からRPV1に供給された給水と混合されてダウンカマ6内を下降する。冷却水23は、再循環ポンプ8の駆動によって再循環系配管7内に吸引され、再循環ポンプ8によって昇圧される。この昇圧された冷却水24を、便宜的に、駆動水(駆動流体)という。この駆動水24は、再循環系配管7、ライザ管9及び分岐管26内を流れてジェットポンプ10のノズル装置12内に達し、ノズル装置12から噴出される。ノズル装置12の周囲に存在する被駆動水である冷却水23は、駆動水24の噴出によって、ベルマウス20からスロート21内に吸い込まれる。この冷却水23は、駆動水24と共にスロート21内を下降し、ディフューザ22の下端から吐出される。ディフューザ22から吐出された冷却水(被駆動水23及び駆動水24を含む)を、便宜的に冷却水25と称する。冷却水25は、下部プレナム7を経て炉心2に供給される。冷却水25は、炉心2を通過する際に加熱されて水及び蒸気を含む気液二相流となる。気水分離器4は気液二相流を蒸気と水に分離する。分離された蒸気は、更に蒸気乾燥器5で湿分を除去されて主蒸気配管42に排出される。この蒸気は、蒸気タービン(図示せず)に導かれ、蒸気タービンを回転させる。蒸気タービンに連結された発電機が回転し、電力が発生する。蒸気タービンから排出された蒸気は、復水器(図示せず)で凝縮されて水となる。この凝縮水は、給水として給水配管17によりRPV1内に供給される。気水分離器4及び蒸気乾燥器5で分離された水は、落下して冷却水23としてダウンカマ6内に達する。
Cooling water (driven fluid, coolant) 23 that is driven water present in the upper portion of the
ノズル装置12、ベルマウス20、スロート21及びディフューザ22を主要な構成要素とするジェットポンプ10は、ノズル装置12の周囲に存在する冷却水23を吸込むことにより、少ない駆動水24の流量で多くの冷却水25を炉心に供給することができる。再循環ポンプ8によって与えられた駆動水24の運動エネルギーが冷却水23に有効に作用すると、冷却水23が駆動されて冷却水25の流量が更に増加する。ジェットポンプ10は、ノズル装置12から噴出される駆動水24をスロート21内に高速で噴出させることによってスロート21内の静圧を低下させる。これにより、冷却水23をスロート21に吸い込むことができ、少ない動力で必要な炉心流量を確保することができる。ディフューザ22は流れが剥離を起こさない程度に流路断面積が下流に向かうほど徐々に拡大しており、このディフューザ22で冷却水の運動エネルギーが圧力に変換される。ディフューザ22において、被駆動水23は、ベルマウス20に吸い込まれた位置における圧力よりもその圧力が高められる。なお、ベルマウス20の流路断面積は、上流に向かって増大している。
The
ベルマウス20、スロート21及びディフューザ22は、この順に接続されて一体化される。一体化されたベルマウス20、スロート21及びディフューザ22は、ジェットポンプ本体である。ノズル装置12はベルマウス20の上方に配置される。
The
本実施例のジェットポンプ10におけるノズル装置12の詳細な構成を、図1及び図2を用いて以下に説明する。ノズル装置12は、ノズル台座(ノズル台座部材)15、6本のノズル13及び6枚の整流板(整流部材)18を有する。ノズル装置12のノズル台座15は、支持板26によってベルマウス20に取り付けられて一体化され、そして分岐管26に接続される。ノズル装置12はベルマウス20の上方に配置される。ノズル台座15は、軸心の位置に下方に延びる突起部16を有する。6本のノズル13は、環状にノズル台座15に取り付けられて、突起部16の周囲に配置されている。これらのノズル13はノズル台座15からベルマウス20に向かって伸びている。各整流板18は、突出部16から各ノズル13に向かって放射状に配置され、突起部16及びノズル13に取り付けられる。
A detailed configuration of the
整流板18がノズル13に取り付けられた位置での、整流板18の縦断面形状を図5に示す。整流板18のノズル13側の縦断面における断面積は、ノズル13がノズル台座15に取り付けられた、ノズル13の付け根部17から、ノズル13の先端に向かって減少している。すなわち、ノズル13側における付け根部17での整流板18の板厚L1とノズル13の先端側での整流板18の板厚L2の関係は、L1>L2である。
FIG. 5 shows a vertical cross-sectional shape of the rectifying
整流板18がノズル台座15に取り付けられた位置での、整流板18の縦断面形状を図6に示す。整流板18のノズル台座15側の縦断面における断面積は、付け根部17から突起部16の先端に向かって減少している。すなわち、ノズル台座15側における付け根部17での整流板18の板厚L3と突起部16の先端側での整流板18の板厚L4の関係は、L3>L4である。このようなノズル装置12は、隣り合う整流板18の相互間に形成される冷却水流路19の流路断面積を、上流から下流に向かって(付け根部17からノズル13の先端に向かって)徐々に拡大させることができる。このため、その流路断面積の急激な変化による圧力損失の増大を抑制することができる。
FIG. 6 shows a vertical cross-sectional shape of the rectifying
再循環ポンプ8で昇圧された駆動水24は、分岐管26からノズル装置12のノズル台座15内に流入し、各ノズル13内に形成された噴出通路(駆動流体通路)27内に導かれる。この駆動水24は、各ノズル13に形成された噴出口14からジェットポンプ10のベルマウス20内に噴出される。噴出口14は噴出通路27の先端に形成される。噴出口14から噴射された駆動水24の噴出流28は、ベルマウス20からスロート21内に達する。この噴出流28によってスロート21内の静圧が低下し、ノズル装置12の周囲に存在する、ダウンカマ6内の冷却水23、すなわち、被駆動水29が吸引流路30を通ってスロート21内に吸込まれる。吸引通路30は各ノズル13とベルマウス20の間に形成される。吸引される被駆動水29の一部は、ノズル13相互間の間隙31(図2参照)を通って冷却水流路19内に導かれる。冷却水通路19内に流入した被駆動水29は、整流板18に沿って下降し、噴出流28の内側の領域を通ってベルマウス20内に流入する。
The driving
発明者らは、整流板18の機能を確認するために、まず、ノズル装置12において整流板18が存在しない場合で、ノズル13周囲での被駆動水29の流動状態を検討した。すなわち、発明者らは、汎用流体解析コードを用いて、整流板18が無い場合でのノズル13の突起部16側での被駆動水29の流動状態を解析により明らかにした。この結果を図7に示す。図7は、対称性を考慮して、突起部16を中心とした、ノズル装置12の周方向における1/6領域を示している。ノズル13の外面に沿って突起部16に向かう被駆動水29の流れによって、剥離点より下流でノズル3の突起部16側の外面付近に渦が発生する(図7参照)。渦の発生は一般的に流体のエネルギーを損失させるため、ノズル3の突起部16側の外面付近に発生する渦を低減することによりジェットポンプの効率を向上させることができる。また、非定常に発生する渦により、ノズル13が振動して、BWRの構造部材の健全性に悪影響を与える可能性がある。
In order to confirm the function of the rectifying
発明者らは、整流板18を取り付けた、ジェットポンプ10のノズル装置12を対象に、ノズル13の外面に沿って突起部16の向かう被駆動水29の流動状態を、整流板18が存在しない場合と同様に、汎用流体解析コードを用いて解析した。この解析結果を図8に示す。図8も、図7と同様に、対称性を考慮して、突起部16を中心とした、ノズル装置12の周方向の1/6領域を示している。整流板18を取り付けたことにより、整流板18が存在しない場合に発生していた渦(図7参照)が消失する。このため、隣接するノズル13相互間を通った被駆動水29が、スムーズに、ノズル13の外面に沿って突起部16に向かって流れている(図8参照)。
The inventors of the present invention are directed to the
整流板18を有するノズル装置12を備えたジェットポンプ10におけるM比とジェットポンプの効率ηの関係を図9に実線で示す。この関係は解析により得た特性である。ノズル装置12から整流板18を取り除いた構成を有するノズル装置を備えた従来のジェットポンプのその関係も、破線で図9に示している。本実施例は、整流板18を有しているので、隣接するノズル13相互間を通った被駆動水29が突起部16に向って流れるとき、ノズル13の突起部16側の外面付近に、前述したように、渦が発生しない。このため、本実施例のジェットポンプ10の効率(図9の実線)は、整流板18を有していない上述の従来のジェットポンプのそれ(図9の破線)よりも向上している。この効率向上は、整流板18の設置により、被駆動水29の渦の発生が抑制され、被駆動水29のエネルギー損失が低減されたことによってもたらされる。また、本実施例は、エネルギー損失が低減し、被駆動水29がノズル13相互間を通ってベルマウス20内に吸込まれやすくなっているので、M比の高い領域でジェットポンプの効率の増大幅が大きくなっている。
The relationship between the M ratio and the jet pump efficiency η in the
本実施例は、整流板18の設置により、上記したように、渦の発生を抑制することができるので、各ノズル13の振動を抑制することができ、BWRの構造部材の健全性を高めることができる。
Since the present embodiment can suppress the generation of vortices as described above by installing the rectifying
整流板18の縦断面における厚みは、ノズル13の付け根部17からノズル13の先端(下端)に向うほど薄くなっている。その厚みがノズル13の先端で薄くなっているので、この先端より下方での渦の発生を抑制することができる。したがって、ノズル13相互間を通過してベルマウス20内に到達する被駆動水29の流れの圧力損失を低減することができ、スロート21内に吸込まれる被駆動水29の流量が増大する。また、整流板18は、軸方向において段階的ではなくノズル13の先端に向って連続的に厚みが減少しているので、被駆動水29の流路断面積の急激な変化がなく圧力損失がさらに低減される。
The thickness of the rectifying
整流板18の厚みは、ノズル13側に比べてノズル台座15の突起部16側で薄くなっている。このため、ノズル13の、突起部16に面する外面付近での渦の発生が抑制されると共に、突起部16付近での冷却水流路19の流路断面積を増大できる。この流路面積の増大は、冷却水流路19を下降する被駆動水29の圧力損失を低減する。圧力損失の低減は、スロート21に吸引される被駆動水29の流量を増大させる。
The thickness of the rectifying
BWRは、再循環ポンプ8の回転速度を調節することによってノズル装置12の各ノズル13からの噴出流28の流量を変化させて炉心2に供給される冷却水25の流量(炉心流量)を制御することによって原子炉出力を制御することができる。本実施例のジェットポンプ10を備えたBWRは、ジェットポンプ10の効率向上によって炉心流量の制御幅を拡大することができ、BWRの出力向上における原子炉出力の増加幅を増大することができる。ジェットポンプ10の効率向上は、炉心2に装荷された燃料集合体の燃焼度を増大させることができ、燃料経済性が向上する。
The BWR controls the flow rate of the cooling water 25 (core flow rate) supplied to the
本実施例は、従来のジェットポンプのノズル装置を、整流板18を有するノズル装置12に交換することによって、ジェットポンプ効率が向上したジェットポンプ10を実現することができる。このため、本実施例のジェットポンプ10を用いることによって、再循環ポンプ8の容量を変えないでBWRの出力向上に対応した炉心流量を確保することができるので、再循環ポンプ8を高性能な再循環ポンプに交換することが不要になる。
In the present embodiment, the
本発明の他の実施例である実施例2のジェットポンプを、図10及び図11を用いて以下に説明する。本実施例のジェットポンプ10Aも、ジェットポンプ10と同様に、BWRに適用される。
A jet pump according to
ジェットポンプ10Aは、ジェットポンプ10においてノズル装置12をノズル装置12Aに替えた構成を有している。ノズル装置12Aは、ノズル装置12において、整流板18の替りに、ノズル装置の半径方向の長さを短くした整流板18Aを用いている。ジェットポンプ10Aの他の構造はジェットポンプ10と同じである。整流板18Aは、上記半径方向における一方の端面がノズル13に取り付けられ、上端面がノズル台座15に取り付けられている。上記半径方向における整流板18の他方の端面(ノズル装置12Aの軸心側に位置する端面)は、突起部16から離れており、その端面と突起部16の間に間隙32が形成される。
The jet pump 10A has a configuration in which the
本実施例も、整流板18Aが設けられているので、実施例1で生じる効果を得ることができる。本実施例は、整流板18Aと突起部16の間に間隙32が形成されるので、ノズル装置12Aの軸心付近における冷却水流路19の流路断面積を実施例1よりも増大させることができる。このため、冷却水流路19の圧力損失を実施例1よりも低減することができる。
Also in this embodiment, since the
本発明の他の実施例である実施例3のジェットポンプを、図12及び図13を用いて以下に説明する。本実施例のジェットポンプ10Bも、ジェットポンプ10と同様に、BWRに適用される。
A jet pump according to
ジェットポンプ10Bは、ジェットポンプ10においてノズル装置12をノズル装置12Bに替えた構成を有している。ノズル装置12Bは、ノズル装置12において、整流板18の替りに、各ノズル13の外面に多数のディンプル33(図13参照)を形成している。ディンプル33は小さな窪みである。これらのディンプル33は、各ノズル13の、ノズル装置12Bの軸心側に面する外面に形成されたディンプル形成領域34内に存在する。すなわち、これらのディンプル33は、ノズル装置12Bの軸心側に面する、各ノズル13の外面に形成されている。ディンプル形成領域34は、ノズル13の周方向において、その外面の半分以下を占めている。ディンプル33は、図13Aに示すように底部が球面を有する窪みであり、図13(B)に示すように千鳥配列で配置されている。ディンプルとして、図14に示すような円柱状のディンプル33Aを形成してもよい。
The jet pump 10B has a configuration in which the
ノズル13の外面に形成されたディンプル33の作用について以下に説明する。従来のジェットポンプでは、図7に示すように、ノズル13の、ノズル台座の軸心側の外面付近において、被駆動水29の渦が発生する。この渦は、ノズル13の外面に沿って流れてきた被駆動水29が6本のノズルを有するノズル装置の軸心側の外面で剥離するために発生する。本実施例では、ノズル13の外面に形成された複数のディンプル33が、ノズル13の外面に沿って流れる被駆動水29に微少な乱れを生じさせる。この微小な乱れによって被駆動水29の流れの剥離位置が下流側に移動するので、発生する渦が小さくなり、被駆動水29の流れのエネルギー損失が低減できる。したがって、ディンプル33を形成したジェットポンプ10Bは効率を向上させることができる。ディンプル33を千鳥状に配置することにより、被駆動水29の微少な乱れをノズル13の外面に均一に形成することができる。微小な流れを均一に形成することにより、非定常に発生する渦を効果的に抑制することができる。
The operation of the
複数のディンプル33は、ノズル13の、ノズル装置10Bの軸心側の外面に位置するディンプル形成領域34内に形成される。このような構成にする理由について説明する。ディンプル33は被駆動水29の流れの剥離を下流側に移動させてエネルギー損失を低減させる効果を生じる。被駆動水29の流れの剥離が生じていない領域でノズル13の外面にディンプル33を形成した場合には、微少な乱れの発生により少なからずエネルギー損失が発生する。したがって、ディンプル33はその流れの剥離位置の少し上流側から下流に向ってノズル13の外面に形成することが、エネルギー損失低減の面から望ましい。
The plurality of
図7に示された剥離の位置を下流側へ移動させるには、ディンプル33を、剥離点の少し上流側、すなわち、ノズル13の、ノズル装置12Bの軸心側に形成すればよい。ノズル13の突起部16に面しない外面には、ディンプル33を形成しない。このため、ノズル13の突起部16に面しない外面では、ディンプル33によるエネルギー損失が生じない。
In order to move the peeling position shown in FIG. 7 to the downstream side, the
発明者らが行った条件を変えた複数の数値解析の結果によれば、被駆動水29の流れの剥離点は図7に示したノズル13の外面の中間点よりも下流側になることが判明している。したがって、ディンプル33は、ノズル13外面の中間点よりもノズル装置12Bの軸心側のノズル13の外面に形成すればよい。ノズル装置12Bに設けられた6本のノズル13は、それぞれの軸心がノズル装置12Bの軸心を中心とした円(図2に示す破線の円)上に配置されている。上記した中間点は、図7に示す中間点であり、上記した円(図2に示す破線の円)とノズル13の横断面におけるノズル13の外面との交点の位置である。
According to the results of a plurality of numerical analyzes with different conditions performed by the inventors, the separation point of the flow of the driven
以上の説明から明らかなように、本実施例のジェットポンプ10Bは、ノズル13の、ノズル装置12Bの軸心側の外面にディンプル33を形成することにより、被駆動水29の渦の発生を抑制してエネルギー損失を低減させることができる。このため、本実施例は、被駆動水29の吸い込み量が増加し、M比の大きい領域でジットポンプの効率を向上させることができる。
As is apparent from the above description, the jet pump 10B of this embodiment suppresses the generation of vortices of the driven
本発明の他の実施例である実施例4の、BWRに適用されるジェットポンプを、図15から図17を用いて以下に説明する。本実施例のジェットポンプ10Cは、ジェットポンプ10においてノズル装置12のノズル13をノズル13Aに替えた構成を有している。ノズル13Aが異なっている以外は、ジェットポンプ10Cはジェットポンプ10と同じ構成を有している。6本のノズル13は、ノズル台座15から下方に向かって伸びており、周方向において等間隔に配置されている。
A jet pump applied to a BWR according to embodiment 4 which is another embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. The
ノズル装置12Cは6本のノズル13Aを備えている。このノズル13Aの詳細な構成を、図17を用いて説明する。ノズル13Aは、内部に形成される噴出通路27Aの通路径となるノズル内径をノズル13Aの上流端から下流端にかけてD1,D2,D3と順次定義した場合、これら内径はD1>D2>D3の関係を有している。
The nozzle device 12C includes six
つまり、ジェットポンプ10Cに用いられるノズル装置12Cでは、ノズル13Aは、ノズル直管部36、ノズル絞り部37、ノズル直管部38、ノズル絞り部39及びノズル下端部40を有する。最も上流に位置するノズル直管部36は、内径がD1で一定になっている。ノズル直管部36の下流端に接続された第一段のノズル絞り部37は、内部の流路断面積が下流に向って減少し、上端の内径がD1で下端の内径がD2であり、長さがL1になっている。ノズル絞り部37の下流端に接続されるノズル直管部38は、内径がD2で一定になっている。ノズル直管部38の下端に接続される第2段のノズル絞り部39は、内部の流路断面積が下流に向って減少し、上端の内径がD2で下端の内径がD3であり、長さがL2になっている。ノズル絞り部39の下端に接続されてノズル13Aの最も下流に位置するノズル下端部40は、内径がD3で内部に噴出口14が形成される。
That is, in the nozzle device 12C used in the
ノズル13Aでは、噴出通路27Aがノズル絞り部37,39の二箇所で絞られている。ノズル絞り部37の絞り角θ1及びノズル絞り部39の絞り角θ2はそれぞれ次の(4)式、(5)式で計算できる。
In the
θ1=tan−1((D1−D2)/2/L1) ……(4)
θ2=tan−1((D2−D3)/2/L2) ……(5)
噴出口14に近いノズル絞り部39のノズル絞り角θ2がノズル絞り部37の絞り角θ1よりも大きくなっている(θ2>θ1)。流路断面積が大きいノズル直管部36がノズル絞り部37の上流に、流路断面積が小さいノズル直管部38がノズル絞り部37の下流にそれぞれ配置される。
θ1 = tan −1 ((D1−D2) / 2 / L1) (4)
θ2 = tan −1 ((D2−D3) / 2 / L2) (5)
The nozzle aperture angle θ2 of the
ノズル13Aの最も下流に位置する下端部には、内径D3で先端に噴出口14を形成した直管のノズル下端部40を配置することが望ましい。しかしながら、噴出口14から噴出する噴出流28の流速を向上させるために、直管のノズル下端部40に替えて流路断面積が下流端に向って緩やかに減少するノズル絞り部を用いても良い。
It is desirable to arrange a straight pipe nozzle
ノズル下端部40に流路断面積が下流端に向って緩やかに減少するノズル絞り部を用いる場合には、ノズル下端部40の噴出口14からの噴出流28の広がりを所望の範囲内に抑えるために、このノズル絞り部の絞り角θは2度未満程度の小さな角度にすることが望ましい。
In the case where a nozzle restricting portion in which the flow path cross-sectional area gradually decreases toward the downstream end is used as the nozzle
分岐管26からノズル装置12Cのノズル台座15内に流入した駆動水24は、それぞれのノズル13A内の噴出流路27Aに導かれる。噴出通路27Aの流路断面積は、上流から下流に向って配置されたノズル直管部36、ノズル絞り部37、ノズル直管部38、ノズル絞り部39及びノズル下端部40の内径に応じて変化している。噴出通路27A内に流入した駆動水24は、ノズル直管部36、ノズル絞り部37、ノズル直管部38及びノズル絞り部39のそれぞれの部分を通り、ノズル下端部40に到達する。噴出通路27A内を下降する駆動水24は、ノズル絞り部37で徐々に加速され、ノズル絞り部39でノズル絞り部37よりも急速に加速される。加速された駆動水24は噴出口14からスロート21内に向って噴出される。
The driving
ノズル絞り部39においてノズル13Aの中心軸に向かう速度成分が駆動水24に与えられる。しかしながら、流体は壁面に沿って流れる性質があるため、直径D3の噴出流28がノズル下端部40の先端に形成された噴出口14から直径D3で噴出される。ノズル絞り部39の絞り角θ2が大きいほどノズル中心軸に向かう運動量が存在するため、噴出口14から噴出される噴出流28の拡がりが抑えられて、噴出流28が噴出口14から下流へ距離L3だけ進んだ時点での噴出流28の直径D4を所望の範囲内に抑えて小さくすることができる。噴出流28の直径D4は噴出流28の流路幅であり、噴出流28の直径D4が小さいほど、噴出流28の速度が大きくなる。
A velocity component toward the central axis of the
噴出流28の拡がりを抑えて速度を維持したまま、ノズル13Aから噴出流28がスロート21内に噴出されると、スロート21内の静圧がより低下するため、ノズル装置12Cの周囲に存在するより多くの被駆動水29が吸引流路30を通してベルマウス20ないに吸込まれる。
If the
ノズル下端部40がノズル絞り部39の下流に配置されていない場合を想定する。この場合には、ノズル絞り部39で与えられたノズル13Aの中心軸に向かう駆動水24の運動量により噴出流28の直径が噴出後も小さくなる。すなわち、ノズル下端部40の直管部が存在しないので、ノズル部39の下端に形成された噴出口40から噴出される噴出流28は、ノズル絞り部39の影響を受ける。このため、噴出口14からの距離L3での噴出流28の直径D4が、噴出口14の内径D3よりも小さくなり、噴流速度が上昇して加速損失が増大するので、駆動水24の流量が減少する。
A case is assumed where the nozzle
このため、ノズル絞り部39の下流側に直管部であるノズル下端部40を設置することにより、噴出口14から噴出する噴出流28の直径が、直管であるノズル下端部40の内径D3よりも小さくならないようにして、加速損失増大による駆動水24の流量減少を防いでいる。
For this reason, by installing the nozzle
また、ノズル絞り部をノズル13Aに2箇所以上設けることにより、ノズル13A内の圧力損失を低減しつつ、ノズル13A相互間における被駆動水29の流路を広くすることができる。
In addition, by providing two or more nozzle throttling portions on the
次に、噴出口14の内径をD3で固定してノズル絞り部37を直管とし、ノズル直管36及び直管にしたノズル絞り部37のそれぞれの内径をD2とし、ノズル13Aに形成したノズル絞り部をノズル絞り部39の一箇所にした場合を考える。ノズル絞り部39の長さL2を変更しない場合、ノズル直管部36及び直管にしたノズル絞り部37の流路断面積が狭くなって内部を流れる駆動水24の流速が増加するため、摩擦損失が増大して駆動水24の流量が減少する。また、ノズル絞り部39の長さL2を長くしてノズル絞り部39における上流側の流路断面積を大きくした場合は、ノズル13Aの外径が大きくなり、複数のノズル13A相互間に形成される被駆動水29の流路断面積(冷却水流路19の流路断面積)が狭くなるので、被駆動水29のベルマウス20内への吸い込み量が減少してしまう。
Next, the
したがって、二箇所以上のノズル絞り部をノズル13Aに設けることによって、ノズル13A内の噴出通路27Aの流路断面積が噴出口14側で狭くなり、噴出通路27A内を流れる駆動水24の流速が増加する。これによって、噴出通路27A内で摩擦損失が増大する領域を小さくすることができる。さらに、ノズル13Aにおいてノズル絞り部37より下方で外径を小さくすることができるので、ノズル13A相互間に形成される間隙31の幅を実施例1におけるそれよりも広くすることができ、冷却水流路19に吸い込まれる被駆動水29の流量を増大できる。結果として、スロート21内に吸込まれる被駆動水29の流量が増大する。
Therefore, by providing the
前述したように噴出通路27A内に流入した駆動水24は、ノズル絞り部37,39により噴出通路27A内で加速され、噴出口14から噴出流28となってスロート21内に噴出される。本実施例では、噴出流28の拡がりを抑えることができるため、スロート21内に到達した噴出流28の速度は大きくなってスロート21内の静圧がより低下する。この結果、被駆動水29をスロート21内により多く吸込むことができる。
As described above, the driving
本実施例は、実施例1と同様に、整流板18を設けているので、ノズル13Aの、ノズル装置12Cの軸心側に面する外面付近に、この外面に沿ってノズル装置12Cの軸心側に向う被駆動水29の流れによって渦が発生するのを抑えることができる。このため、本実施例は、実施例1で生じる効果を得ることができる。さらに、本実施例は、2つのノズル絞り部37,39を有するノズル13Aを備えているので、上記したノズル13Aの作用によって、実施例1よりもスロート21内に吸込まれる被駆動水29の流量を増大することができる。このため、ジェットポンプ10Cから排出される冷却水25の流量がジェットポンプ10よりも増大する。M比が高い領域でのジェットポンプ10Cの効率が、ジェットポンプ10のそれよりも向上する。
In the present embodiment, the rectifying
本実施例のジェットポンプ10Cは、整流板18が設置されていない状態であっても、特開昭59−188100号公報に記載された、1段階で絞られた絞り部と直管部を有する5本のノズルを備えた従来のジェットポンプに比べて、ジェットポンプ効率が向上する。
The
本実施例は、ノズル絞り部39の絞り角θ2をノズル絞り部37の絞り角θ1よりも大きくしているので、噴出流28の拡がりを抑えてスロート21の入口での駆動水24の速度低下を抑制するとともに、噴出口14を形成するノズル下端部40を設けて、絞りによって過度に駆動水29の速度が上昇してノズル13Aの圧力損失が大きく上昇するのを防いでいる。
In this embodiment, the throttle angle θ2 of the
スロート21での駆動水24の速度が噴出口14の位置での速度からあまり低下しないため、スロート21内の静圧がより低下して被駆動水29のスロート21内への吸い込み量が多くなり、ジェットポンプのM比と効率を向上させることができる。
Since the speed of the driving
実施例3のジェットポンプ10Bにおいて、ノズル13をノズル13Aに替え、ノズル装置12Bの軸心側に面する、各ノズル13Aの外面にディンプル形成領域34を形成してもよい。このディンプル形成領域34には、複数のディンプル33が千鳥状に配置される。
In the jet pump 10B according to the third embodiment, the
1…原子炉圧力容器、2…炉心、3…炉心シュラウド、6…ダウンカマ、10,10A,10B,10C…ジェットポンプ、12,12A,12B,12C…ノズル装置、13,13A…ノズル、14…噴出口、15…ノズル台座、16…突起部、18,18A…整流板、19…冷却水流路、20…ベルマウス、21…スロート、22…ディフューザ、24…駆動水(駆動流体)、27…噴出通路、29…被駆動水(被駆動流体)、30…吸引通路、33,33A…ディンプル、34…ディンプル形成領域、36,38…ノズル直管部、37,39…ノズル絞り部、40…ノズル下端部。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記ノズル装置が、前記ノズル装置の軸心の位置に突起部を形成しているノズル台座部材、前記突起部の周囲に配置されて前記ノズル台座部材に取り付けられる複数のノズル、及び前記ノズルから前記軸心に向かって配置される整流部材を有し、
複数の前記整流部材は、前記突起部の周囲に配置されて前記突起部から前記複数のノズルのそれぞれに向かって放射状に配置されていることを特徴とするジェットポンプ。 A nozzle device that ejects a driving fluid, a driven fluid that is sucked in by the ejection of the driving fluid, exists around the nozzle device, and a discharge port that mixes the driving fluid and discharges the mixed fluid A pump body,
The nozzle device includes a nozzle pedestal member in which a protrusion is formed at the axial center of the nozzle device, a plurality of nozzles arranged around the protrusion and attached to the nozzle pedestal member, and the nozzle have a rectifying member which is disposed toward the axial center,
The plurality of the rectifying member, a jet pump which is characterized that you have arranged radially toward each of the plurality of nozzles from said protrusion is disposed around the protrusion.
前記ジェットポンプが、請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載されたジェットポンプであることを特徴とする原子炉。 A reactor vessel and a plurality of jet pumps installed in the reactor vessel and supplying coolant to a core formed in the reactor vessel;
Reactor in which the jet pump, characterized in that a jet pump according to any one of claims 1 to 7.
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