JPH02201197A - 原子炉蒸気分離弁の作動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、分離弁作動器用パイロット弁としてソレノ
イド弁を使用すること、特に故障時閉鎖モードで動作す
る三路ソレノイド弁の使用に関する。

発明の背景 代表的な沸騰水型原子炉では、汽水分離され乾燥された
蒸気（スチーム）を原子炉容器から１つ又はそれ以上、
代表的には４つのノズルを通して外へ出す。各ノズルに
は炭素鋼の蒸気ラインが溶接されている。蒸気ラインに
数個の弁を使用して種々の安全機能を得ている。蒸気ラ
イン弁の安全に関係した主なものは、分離弁と安全弁／
逃（７弁である。

代表的には各蒸気ラインに２つの分離弁を設け、一つは
原子炉格納容器の内側へ、一つは外側へ設置する。分離
弁は空気作動、ばね荷重、空気ピストン作動のグローブ
弁（工型弁）であり、以下に詳述する三段階作動機構に
よって作動させる。主蒸気ライン（ｋｊ　Ｓ　Ｊ　Ｖ　
−ｍａｉｎ　ｓｔｅａｍ　ｌ５ｏｌａｔｉｏｎ　ｖａｌ
ｖｅ）用の主作動器は、弁を約２０，０００ポンドの閉
止力で閉じるように作用する。この作動器は約１００ボ
ンドの力で作用する空気式制御装置によって作動され、
次にこの空気式制御装置はソレノイド・パイロット弁に
より約２ボンドの閉止力で作動される。各ＭＳＩＶは、
空気圧の喪失時またはパイロット弁へのポカの喪失時に
閉じる故障時閉止型（「ａｌｆ−ｃｌｏｓｅｄ　）とさ
れている。ＭＳＩＶ作動器の安全機能は閉止機能である
。即ち、ＭＳＩＶ作動器は、原子炉容器内の水面低下、
蒸気ラインからの放射能レベル上昇、主蒸気ラインの流
量増加、タービン圧力の低下のような、成る状態を感知
した時に、ＭＳＩＶを閉じるようになっている。閉止能
力を得るため、２つのパイロット弁が設けられている。

閉止信号は２つの独立のチャンネルからくるようになっ
ており、各チャンネルは各測定変数用に２つの独立の引
き外し感知器を有する。−旦分離が開始したら、弁は閉
じ続け、手動手段以外は開放出来ない。弁を制御室の独
立の遠隔手動スイッチにより作動することもできる。

安全弁／；ｓし弁は二重機能弁である。安全機能は原子
炉の一次系統の圧力超過に対する保護を行なう。逃し機
能は、原子炉−次系統の圧力低下をするため電力作動に
よる弁開放を行なう。ＭＳＩＶと比較すると安全・逃し
弁はその機能の両方とも反対である。即ち主安全機能は
開くことであり、一方ＭＳＩＶの安全機能は閉じること
である。

発明の概要 本発明はＭＳＩＶ用のパイロット弁に関する。

従来のパイロット弁は多数の条件を考慮に入れて設計さ
れている。他の要素は等しいとして、従来のパイロット
弁は７に力消費を小さくするように設計されている。そ
の理由の少なくとも一つには、高電力消費型ソレノイド
弁は寿命が比較的短がく、頻繁に取替えなければならな
いからである。さらに、従来のパイロット弁は、認定さ
れている安全その他の要求と折り合いがつけば、経費を
最小にするように設計されている。前述したように、パ
イロット弁は空気圧が失なわれるかパイロット弁への圧
力が失なわれた時に、故障時閉止となるように設計され
ている。しかし、従来用いられてきたパイロット弁は、
閉止用ばねが破損若しくはこう着した時に、故障時閉止
の信頼性が十分でないことが判った。従って、この発明
は、閉止用ばねが破損した時、故障時開放とならない弁
を、ＭＳＩＶパイロット弁として使用することを包含す
る。

さらにこの発明によれば、空気圧の力が開放でなく閉止
を優先する弁、したがフて空気圧の力かばね破損時に弁
を閉じようとし、弁のこう着から生じるいかなる閉止作
用の障害を克服しようとする構成の弁を、ＭＳＩＶパイ
ロット弁として使用する。この出願で開示する設置１で
は、従来のパイロット弁より電力消費の大きいソレノイ
ドが必要であり、大抵の場合必要な弁も従来のパイロッ
ト弁より高価である。

具体的な構成 この発明は、原子力発電所の蒸気ラインにおける分離弁
を付勢または作動させる方法に関し、パイロット弁のソ
レノイド戻しばねが破損しても主蒸気分離弁（〜ｌ５Ｉ
Ｖ）が閉じるのを妨たげず、閉じたＭＳＩＶが自然と開
くこともないようにした方法である。

この発明を説明するにあたり、まず主蒸気分離弁につい
て説明しそれからこの作動方法について説明する。第１
図において、主蒸気分離弁（ＭＳＩＶ）１０は主蒸気ラ
イン１２に７字形に連結されている。第１図の図面で見
て、蒸気は右上から左下に流れる。ＭＳＩＶは弁ディス
ク１４および弁座１６を含む。正常のプラント運転中、
ＭＳＩｖｌｏは、第１段及び第２段を有する電空作動器
により開位置に保持される。開位置で、ＭＳＩＶはプロ
セス蒸気を原子炉容器から蒸気タービンに送るように作
動する。第１図に示した状態では、ＭＳＩＶの主弁ディ
スク１４は閉位置にある。弁ディスク１４の位置（すな
わち、全開位置または全開位置いずれか）は、シリンダ
型空気作動器】８と４つのばね（第１図ではそのうち２
つのばね２Ｑａ、２０ｂを示す）とのバランスによって
制御される。（なお、図示しない残り２つのばねは第１
図で見て前の２つのばね２０ａ、２０ｂのすぐうしろ側
にある。）ばね２０ａ、２０ｂは、弁ディスク１４を着
座又は閉止位置に保持する力を発揮する。空気シリンダ
１８がこのようなばねの一方向への押圧力に打ち勝つこ
とが出来、作動されるとＭＳＩＶの弁ディスク１４を座
から持ち上げる。ＭＳＩＶの閉止速度を緩めて規格範囲
内にする緩衝手段として流体圧マニホルド２２が設けら
れている。

第２Ａ図はＭＳＩＶを作動させる際に用いる空気圧回路
の論理図で、ＭＳＩＶを開状態で示している。開放構成
において排出ライン２８に接続されている上部ポート２
６の圧力と比べて正の圧力を下部ポート２４に与えるこ
とにより、空気シリンダ１８を開放位置に保持する。Ｍ
ＳＩＶを閉じる時には、第２Ｂ図に示すように、下部ポ
ート２４を排出ライン３０に接続し、上部ポート２６を
高圧空気ライン３２に接続する。空気シリンダ１８の作
動状態は、１組の主作動器弁３４によって制御され、一
方これらの主作動器弁をパイロット弁４２及び４４で制
御する。更に第３の弁４６も、試験操作用に設けられて
いる。パイロット弁３６は、前述したように、好ましく
は異常状態を検出したらＭＳＩＶが閉じるたけでなく、
電力または空気圧が失なわれてもＭＳＩＶが閉じるとい
う意味でフェイル・セーフである。電力または空気圧の
喪失に対する応答は、第２Ａ図および第２Ｂ図を参照す
るとわかりやすい。第２Ａ図では、パイロット弁４２．
４４両方を付勢状態に示しである。

この状態では、ソレノイド４８．５０を付勢して、低圧
空気ライン５２からの圧力をライン５４を経て主作動器
３４に、またライン５５を経て弁５６（その機能は後述
する）に伝達する接続関係に弁４２．４４を切換える。

ライン５４の圧力は第１の主作動器弁４０を作動させ、
その結果節２の主作動器弁３８を作動させ、こうして高
圧ライン３２からの直圧空気を試験弁５８を経て空気シ
リンダ１８の下部ポート２４に送る。主作動器弁３８゜
４０がこの位置にあるとき、上部ポート２６は前述した
ように排出ライン２８に接続される。

第１および第２パイロット弁４２．４４を滅勢する作用
は、第２Ｂ図から明らかである。パイロット弁４２．４
４の両方を滅勢するとＭＳＩＶが閉じる。パイロット弁
４２．４４の減勢が起こるのは、前述したように感知器
がＭＳＩＶ閉止条件を検出した結果、あるいはパイロッ
ト弁装置３６への電力供給全てが失なわれた結果として
である。

いずれの場合にも低圧空気ライン５２からの入力を５３
で阻止し、その代りにライン５４および５５を排出ライ
ン６０に接続する。ライン５４を排出ライン６０に接続
すると、第１主作動器弁４０が第２Ｂ図に示す位置に移
動し、この位置で高圧空気ライン３２からの入力を第２
主作動器弁３８の停止用ポート６２に伝達する。これに
より第２主作動器弁３８が第２Ｂ−図に示す位置に移動
し、この状態で空気シリンダ１８の下部ポート２４は試
験弁５６および弁５８を経てそれぞれ排出ホト３０およ
び６４に接続される。このような順序で、原子炉条件の
検出または電力の喪失の際にパイロット弁装置３６を滅
勢する結果としてん・ＩＳＩ■が閉じられる。同様に、
ライン５２の空気圧が失なわれると主作動器ライン５４
の圧力が失なわれることになり、その結果やはりＭＳＩ
Ｖが閉じられる。

第２Ａ図および第２Ｂ図に示した装置では、電力が失な
われるかパイロット弁４２．４４への空気圧が失なわれ
ると、ＭＳＩＶが閉じるが、従来のパイロット弁は必ず
しも所望通りにＭＳＩＶが閉じることにならないという
形の故障を生じやすいことを確かめた。

ここで第３Ａ図を参照すると、従来のソレノイド・パイ
ロット弁がソレノイド４２が付勢または作動状態にある
ものとして示されている。付勢状態で、ソレノイド４２
はコア・アセンブリ６８を戻しばね７０の力に抗して第
３Ａ図に示すＬ方位置に保［ｆｊする。コア・アセンブ
リ６８にはシリンダ／入口シール７２が取付けられ、こ
のシール７２が対応する弁座７４から離れてシリンダポ
ート７６と入口ポート７８とを流体連通させている。

プランジャ８０に第２の弁シール８２が取付けられ、こ
の第２弁シール８２は第３Ａ図の構成配置ではシリンダ
／出口弁座８４に着座して、シリンダポート７６を排出
ポート８６との流体連通から遮断している。シール８２
の両側での圧力差がこの着座を助ける。戻しばね７０よ
り弱い第２ばね８８もこの着座を助ける。

第３Ｂ図に、従来のパイロット弁の構成配置をソレノイ
ド４２を滅勢した状態で示す。この配置では、戻しばね
７０の力に機械的に対抗するのはそれより弱い第２ばね
８８である。設計通りでは、減勢時の動作として、戻し
ばね７０がコア・アセンブリ６８を第３Ｂ図に示す下方
位置に押し下げ、シリンダ／入口シール７２がシリンダ
／入口座７４に着座し、一方シリンダ／出ロシール８２
がシリンダ／出口座８４から離れてシリンダポート７６
と排出ポート８６とを流体連通させる。シール７２の両
側での圧力差は、戻しばね７０に対抗してここを開こう
とする追加的な力となる。

第３Ａ図および第３Ｂ図に示した従来のパイロット弁が
閉じない故障を生じやすいことを確かめた。もしも戻し
ばね７０が破損すると、上述した弁を開放しようとする
力に対抗してシリンダ／入口シール７２を対応する座７
４に押さえようとする力がなくなる。もしもコア・アセ
ンブリ６８または他の摺動部分、たとえばプランジャ８
０が、パイロット弁アセンブリへの異物の混入などによ
り付着を生じ、その付着が戻しばねの強さでは打ち勝て
ないようなものだとすると、やはりシリンダ／入口シー
ル７２がシリンダ／入口座７４に着座できないことにな
る。したがって、従来のパイロット弁は少なくとも２つ
の故障（すなわち戻しばねの破損および可動部品のこう
着）を生じる恐れがあり、その場合故障の結果としてＭ
ＳＩＶが閉止されるのではなく、ＭＳＩＶが開いたま〜
になるか、閉止状態から開いてしまうことになる。

このような状況は、分離弁に求められているフェイルセ
ーフな結果とは正反対のものである。

第４Ａ図および第４Ｂ図に、戻しばねが破損した条件下
でフェイルセーフ作動を達成するのに用いることのでき
るパイ・ロット弁アセンブリを示す。

この構成配置では、入力ポート１７８をシリンダポート
１７６に接続することから得られる空気圧が、戻しばね
１７０からの力と協調してソレノイド１４２が発揮する
開放力に対抗しようとする。

特に、下側表面１９１にか＼る圧力と比べてシリンダ／
出口シール１８２に隣接する露出表面区域１９０にか＼
る高い圧力の作用により、プランジ１８０に閉止方向に
正味の力が働らく。このため、ソレノイド１４２は、戻
しばね１７０および空気圧の両方に打ち勝たなくてはな
らないので、従来のパイロット弁の場合の力より大きな
力を発揮しなければならず、したがって電力消費量は従
来のソレノイドより大きくなる。

第４Ｂ図に示すように、ソレノイド１４２を滅勢したと
き、戻しばね１７０の力およびシリンダ／′出口流れか
らの空気圧の力両方は、パイロット弁を第４Ｂ図に示す
閉止配置に保持しようとし、その結果ＭＳＩＶを閉止論
理状態に維持しようとする。

この発明に用いるパイロット弁は、空気圧がソレノイド
弁を閉じたま＼に維持しようとする型式であれば、いか
なる三路ソレノイド弁であってもよい。好適な実施例で
は、弁としてターゲット・ロック社（Ｔａｒｇｅｔ　Ｒ
ｏｃｋ　Ｃｏ、　、米国ニューヨーク州イースト・ファ
ーミングデール所在）のモデル１　、／　２５　Ｍ　Ｓ
　−Ｓ　−０２を用いる。モデル１／２５ＭＳ−５−０
２を安全兼逃し弁に用いる。ＭＳＩＶの最終安全機能（
すなわち弁閉止）は安全兼逃し弁のそれ（すなわち弁開
放）とは反対であるが、このような弁がＭＳＩＶに望ま
しいフェイルセーフ作動器機能を与えるのに有用である
ことを確かめた。

この発明の種々の変更、変形が可能である。この発明は
原子力以外の用途、特にフェールセーフ運転の望まれる
用途に使用できる。

以」二この発明をその好適な実施態様について説明した
が、この発明は当業者に自明なさまざまの変更や変形を
包含する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、一部を破断して主弁着座機構を示したＭＳＩ
Ｖ弁の平面図、 第２Ａ図は、ＭＳＩＶを付勢するのに用いる空気圧論理
回路を、ＭＳＩＶを開放状態にて示す論理機能図、 第２Ｂ図は、第２Ａ図と同様であるが、第１および第２
パイロット弁両方を滅勢してＭＳＩＶを閉止状態にした
機能図、 第３Ａ図は開放（付勢）状態の従来のパイロット弁を示
す線図的断面図、 第３Ｂ図は閉止（減勢）状態の従来のパイロット弁を示
す線図的断面図、 第４Ａ図は本発明に有用なソレノイド弁を開放（付勢）
配置にて示す線図的断面図、 第４Ｂ図は第４Ａ図と同様であるが、パイロット弁を閉
止（減勢）配置して示す線図的断面図である。 主な符号の説明 １０：主蒸気分離弁（ＭＳＩＶ）、 １２：主蒸気ライン、 １４、弁ディスク、 １６；弁座、 １８；空気シリンダ、 ２４：下部ポート、 ２６：上部ポート、 ２８．３０：出口ライン、 ３２：高圧空気ライン、 ３４：作動器弁装置、 ３８．４０：作動器弁、 ３６：パイロット装置、 ４２．４４．４６：パイロット弁、 ５２：低圧空気ライン、 ６０：出口ライン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、空気圧で解放可能な蒸気分離弁を設け、プランジャ
   、入口ポート、シリンダポートおよび出口ポートを有す
   る付勢可能な空気パイロット弁を設け、該プランジャは
   空気圧の力を受け、前記シリンダポートを前記出口ポー
   トと流体連通させる第１位置と、前記シリンダポートを
   前記入口ポートと流体連通させる第２位置との間で移動
   でき、前記パイロット弁は前記蒸気分離弁に作動連結さ
   れて、前記プランジャが前記第１位置にあるとき前記蒸
   気分離弁の開放を行うようにする工程により原子炉蒸気
   分離弁の作動を行なうにあたり、前記プランジャにかゝ
   る正味の空気圧の力をプランジャを第２位置から第１位
   置へ移動する方向とする原子炉蒸気分離弁の作動方法。 ２、原子炉内の空気圧で開放できる蒸気分離弁の作動を
   行なうにあたり、 前記蒸気分離弁に電気的に付勢できる空気パイロット弁
   を作動連結し、このパイロット弁はプランジャを有し、
   このプランジャは空気圧の力を受け、前記パイロット弁
   を上記蒸気分離弁を閉じる配置にする第１位置と、前記
   パイロット弁を前記蒸気分離弁を開く配置にする第２位
   置との間で移動でき、そして前記付勢可能なパイロット
   弁を電気的に付勢することにより、前記プランジャを第
   １位置から第２位置へ移動しようとする方向の電磁力を
   生成し、 前記プランジャにかゝる正味の空気圧の力をプランジャ
   を第２位置から第１位置へ移動しようとする方向とする
   原子炉蒸気分離弁の作動方法。 ３、空気圧で開放できる蒸気分離弁を設け、付勢可能な
   ソレノイド、プランジャ、戻しばね、入口ポート、シリ
   ンダポートおよび出口ポートを有する空気パイロット弁
   を設け、前記プランジャは空気圧の力を受け、前記シリ
   ンダポートを前記出口ポートと流体連通させる第１位置
   と、前記シリンダポートを前記入口ポートと流体連通さ
   せる第２位置との間で移動でき、前記戻しばねは前記プ
   ランジャに作動連結されて前記プランジャを第２位置か
   ら第１位置へ移動させようとする方向への正味のばね力
   を生成し、前記ソレノイドは付勢されると前記プランジ
   ャを第１位置から第２位置へ移動させようとする力を生
   成し、 前記プランジャにかゝる正味の空気圧の力をプランジャ
   を第２位置から第１位置へ移動する方向とする原子炉蒸
   気分離弁の作動方法。