JPH0511595B2 - - Google Patents
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- JPH0511595B2 JPH0511595B2 JP60014263A JP1426385A JPH0511595B2 JP H0511595 B2 JPH0511595 B2 JP H0511595B2 JP 60014263 A JP60014263 A JP 60014263A JP 1426385 A JP1426385 A JP 1426385A JP H0511595 B2 JPH0511595 B2 JP H0511595B2
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Branch Pipes, Bends, And The Like (AREA)
Description
〔発明の利用分野〕
本発明は沸騰水型原子力発電プラント（以下
BWR発電プラントと呼ぶ）に係り、特に安定な
プラント発電出力を得るに好適な、炉心に冷却材
を供給する原子炉再循環系の十字分岐管の設計方
法に関するものである。 〔発明の背景〕 BWR発電プラントは、原子炉の炉心に冷却材
（冷却水）を循環させ、炉心部で冷却材を加熱し
て高圧蒸気化し、その高圧蒸気でタービン発電機
を駆動し、発電を行うものである。原子炉の出力
制御は、制御棒で行うほか、炉心流量を変えるだ
けでも行うことができ、これがBWRの最大の特
徴のひとつになつている。 炉心流量による出力制御は、炉心内で発生して
いる蒸気の核的特性を利用している。炉心の流量
を減少すると、蒸気量が増え、減速材密度が減少
する結果、核反応の度合が減り、出力も減少す
る。出力が減少すると、蒸気の発生量が減つて元
の蒸気量に戻り、炉心は出力が減少した状態で落
ち着く。逆に炉心流量を増加すると、出力が上つ
た状態に炉心を落着かせることができる。また炉
心流量を一定にした場合は炉心のある部分で核分
裂の度合が増加すると、その部分の蒸気量が増
え、蒸気量の増加により核分裂の度合が減るとい
う負のフイードバツク特性があり、このため、
BWR炉心は自己制御性を持つているといわれ
る。 このように、炉心流量を増減させると原子炉出
力がほぼ比例して変化する。他方、原子炉蒸気発
生量の変化分に相当するだけタービン発電機によ
るプラント出力は変化する。 炉心流量は再循環流量の調節によつて調節され
る。再循環流量の調節は、再循環ポンプ駆動モー
タの電源周波数を操作して、再循環ポンプ回転速
度を変化させることによつて行う。平常、出力制
御は炉心流量調整によつて行われ、制御棒位置の
調整は主として長時間の燃焼に伴う反応度補償及
び炉心内の出力分布の調節のために行われる。 再循環ループは圧力容器の外部にそれぞれ１台
の再循環ポンプを有する２つのループで構成され
ている。炉心を循環する冷却材のうち約１／３〜１／２ はこの再循環ループに取出され、再循環ポンプで
昇圧された後、ジエツトポンプの駆動流体とし
て、そのノズルに供給される。残りの約１／２〜２／３ がジエツトポンプに吸引されて駆動流と混合後、
炉心を流れる。ジエツトポンプは炉心シユラウド
と圧力容器壁の間の環状空間部であるダウンカマ
部に通常16〜20台設置される。ジエツトポンプは
可動部分のない構造であり、通常２台１組になつ
ており、１組に対して１本のライザ管と２個の駆
動ノズル、吸込口、スロート及びデイフユーザを
有している。炉心流量はジエツトポンプデイフユ
ーザから吐出される流量の合計であり、各々のジ
エツトポンプ吐出流量は、デイフユーザの上部及
び下部のタツプ間差圧（ダブルタツプ差圧）又は
デイフユーザ上部と炉心下部プレナム間の差圧
（シングルタツプ差圧）から求める。炉内に設置
される16〜20台のジエツトポンプは同一の形状、
寸法、特性を持つている。また、再循環ポンプに
よる駆動水流量が大であるほどジエツトポンプか
ら炉心への吐出水流量は大となる。 次に、再循環ループについて図を用いて詳述す
る。再循環ループは第２図に示すように戻り曲管
部１２、Ｔ字管付戻り曲管部１３、入口弁１４、
吸込管２３、再循環ポンポ８、吐出管１５、出口
弁１６、母管１７、十字分岐管（以下クロスと呼
ぶ）１８、ヘツダ曲管１９、レデユーサ２０、Ｔ
字分岐部２１、ライザ管２２より構成されてい
る。沸騰水型原子炉の運転時において、再循環ル
ープ配管内を原子炉圧力容器１内の冷却水が流れ
る。すなわち、ポンプ８が駆動され、原子炉圧力
容器内の冷却水は曲管部１２、Ｔ字管付曲管部１
３、入口弁１４、吸込管２３、ポンプ８、吐出管
１５、出口弁１６、母管１７を順次通過して、ク
ロス１８内に流入する。冷却水はクロス１８で流
動経路が分けられ、その一部はクロス１８から直
接、レデユーサ２０、ライザ管２２を通つて原子
炉圧力容器１内のジエツトポンプ（第２図には図
示せず）駆動水となる。大部分である残りの冷却
水は、クロス１８からヘツダ曲管１９に配設され
た複数個のＴ字管分岐部２１により分岐せられ、
夫々ライザ管２２を経てジエツトポンプ駆動水と
なる。 第３図ａ，第３図ｂ，第３図ｃはクロス１８の
正面断面図、側面断面図、Ａ−Ａ平面断面を夫々
示す。これら図において、母管１７から流れ0は
クロス１８でヘツダ曲管１９方向へ流れ1，2
と、レデユーサ２０方向への流れ3に分れる。こ
の分岐部の流れは、分岐中央部に大きな旋回流動
が無くレデユーサ部２０内で非常に複雑な流動を
呈する流れ（第４図）と、渦心が両側のヘツダ曲
管を貫通するような旋回流動を伴う流れ（第５
図）とが交互に生ずる場合がある。すなわち、ク
ロス部１８では渦心の発生，消滅があつて流動が
不安定であり、1，2，3方向の流動抵抗の変化
や、これに伴う各ライザ管への流量分配、圧力損
失が不規則に変動して、再循環ループ全体の流量
が安定しない可能性がある。 流動実験によるとクロス部１８のヘツダ曲管１
９側への流れ1，2の抵抗損失係数は渦心有り
（第５図）のときが渦心なし（第４図）のときの
約２倍であることがわかつた。 また、クロス部に渦心の無い流動時（第４図）
の各ライザ管２２の流量配分は第６図（この図は
再循環ループで再循環ポンプ１台について５本の
ライザ管２２がある場合の例である）のようであ
り、中央ライザ管（ライザ管番号３）流量が他の
ライザ管流量より少々大きいが全体に平坦な分布
となつている。一方、クロス部に渦心がある流動
時（第５図）には各ライザ管の流動配合は中央ラ
イザ管流量のみが飛び抜けて大きい第７図に示す
分布となつている。すなわち、炉心に流入するジ
エツトポンプから吐出される冷却水は、炉心周方
向で不均一となり、炉内流動が不均一となる可能
性がある。 ところで、再循環ループの全水力損失ΔHは第
８図を参照して次式で求まる。 ΔH＝（ζio＋λiolio／D0＋λ1l1／D0）（Q0／A0）2
１／2g …（吸込口損失及び吸込，吐出管路摩擦損失） ＋｛２（q1＋q2）ζ4＋q3ζ3｝（Q0／A0）2１／2g …（クロス分岐部の損失） ＋２｛q1ζ6＋q2ζ7＋（q1＋q2）λ2l2／Ｄ｝（Q1＋Q2
／Ａ2 １／2g …（Ｔ字分岐損失：クロス分岐からＴ字分岐まで
の管摩擦損失） ＋q3ζ12（Q3／A0）2１／2g …（レデユーサ部の損失） ＋2q1（ζ10＋λ3l3／Ｄ）（Q1／Ａ）2１／2g …（ヘツダ曲管端部コーナの損失とＴ字分岐から
そのコーナまでの管摩擦損失） ＋１／2g（ξ＋λ4l4／ｄ）5 〓i=1 q1（Q1／ａ）2 …（各ライザ管の曲がり，絞り，２方向分岐，ジ
エツトポンプノズルなどの損失とライザ管からジ
エツトポンプノズルまでの管摩擦損失） ここに、 q1＝Q1／Q0 Q1：ライザ管流量 Q0：曲管流量 ζ，ξ：損失係数 λ：管摩擦損失係数 ｌ：配管長さ D0，Ｄ，ｄ：配管内径 A0，Ａ，ａ：管路断面積。 上式より、クロス部の損失係数ζ4の変動は、直
接、ΔHの変動につながることがわかる。したが
つてクロス部で渦心有りと無しのときではΔHに （ζ4（渦心有り）−ζ4（渦心無し）（q1＋q2）（Q0／
A0）2 １／ｇの差が生じることになる。 一般に、ポンプの作動点はポンプ自身の性能曲
線とシステム損失曲線の交点（ヘツド，流量，抵
抗（損失）のバランスのとれた状態）として定ま
るので、交点よりも抵抗が増加すると、ポンプが
発揮する揚程では抵抗を補いきれず流量が減少す
る。また、ポンプが発揮する揚程が抵抗より大き
い場合には流量が増加する。 この概略を第９図に示すと、第９図の点にて
ζ4が大きい値をとるシステムの損失合計はとな
るが、の運転点はとり得ないのでに落ち着
く。次にで、逆にζ4が小になるとへ移動する
が、の運転点はとり得ないのでに落ち着く。
実際にはとの線上を往復することになる。す
なわち、再循環ポンプの流量−ヘツド特性は再循
環ポンプモータの回転数が一定にもかかわらず、
第１０図に示す点ＡとＢとの間を往来して、ヘツ
ド差Δh，流量差ΔQを生じる恐れがある。 以上のように、従来形の十字分岐管を用いた
BWR発電プラントは流量やヘツドが動揺する恐
れのある再循環ループを有している。而して前述
したように再循環ループの流量とプラント発電出
力は密接な関係にあるために、変動率からいえば
微小なオーダであるにせよプラント出力変動の可
能性があるという欠点を有していた。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、上述した従来技術の欠点をな
くし、プラント発電出力の安定な運転を行い得る
BWR発電プラントの再循環系の十字分岐管の設
計方法を提供するにある。 〔発明の概要〕 本発明は不安定な十字分岐部の流動特性に着目
し、流動状況検討後、実験的に確認した結果なさ
れたものである。以下本発明の概要を説明する。
まず、いかにして第４図，第５図のような流れと
なるかを推定してみる。最初に、クロス部に渦心
有りとか無しとかの区別をされない流れの状態を
仮想する。第３図ａ，ｂ，ｃに示すように、母管
を上昇してきた流れ0は分岐部にて左右のヘツダ
曲り管への流れ1，2、ライザ管側への流れ3と
分岐する。左右のヘツダ管にはそれぞれ２本のラ
イザ管が下流に配設されてあるので、分岐流れの
流量比1：3：2は理想的には約２：１：２であ
る。中央ライザ管へ向かう流れ3は0の約１／５に なると予想される。しかしながら、ヘツダ曲管の
開口部を過ぎたレデユーサ２０の入口側の流路面
積は流量が約１／５に減少したにもかかわらず、母 管の流路面積と同じであり、この部分は流路の急
拡大部と同等とみなすことができ、3の流れは実
質的に急減速流れとなる。急減速の流れでは一般
に渦が形成されやすい。そこで、ここにおいて
は、第１１図に示すような回転が反対方向の渦
Ａ，渦Ｂを形成すると考えられる。そして、渦Ａ
が安定して形成されている場合がクロス部に渦心
がなくレデユーサ入口で複雑な流動を呈する状態
（第４図）であり、クロス部に渦心有りの状態
（第５図）は、渦Ｂが何らかのきつかけで、中央
ライザ管へ向かう通り抜け流れによつて渦Ａより
成長し、更に、通り抜け流れから運動量を補給さ
れて持続しているものと推定される。以上より、
レデユーサ入口の過大流路面積部を除去して、流
動不安定の元々の原因と推定される渦の発生を防
止することが考えられる。しかし、ここで、単に
中央ライザ管入口のみに着目していたのでは不十
分ということに注意しなければならない。その理
由はヘツダ曲管の管内径大、すなわち、ヘツダ曲
管のクロス部での開口部面積が渦大であつたり、
開口位置が不適当であると、母管側からの流れは
ヘツダ曲管開口部で、中央ライザ管方向に向かう
前に急減速流れとなり、不安定要因となる渦を発
生させ得るからである。そこで、本発明は中央ラ
イザ管方向の速度分布の方面から問題を見直し、
積極的にクロス部の減速流れ領域を除去し、これ
によつて不安定要因となり得る渦の発生を解消し
たものである。 以上の検討に基づき、本発明では、一つのパラ
メータとして、以下の(1)〜(3)で定義される母管か
ら中央ライザ管へ向かう流れの速度（Ｚ方向速
度）Vaを導入した。 (1) クロス分岐部上流、母管内ではVaはV0で一
定である。 (2) Ｚ方向各位置での管断面積Aaで、そこを通
過する流量Ｑを除しててVaとする。 Va＝Ｑ／Aa ……(a) ここで、ヘツダ曲管開口部では第１２図に示
すように開口面積を無視し、単純にＺ方向に垂
直な面積とする。 (3) 左右のヘツダ曲管へ流れが分岐流出するが、
その分岐した量の分だけ、Ｚ方向の流量Ｑは減
少する。ヘツダ曲管への分岐流量は、第１３図
に示すように、斜線の微小部分を考え、Ｚ方向
位置をZa、Zaにおけるヘツダ曲管方向への流出
速度はZaにおけるＺ方向速度Vaと等しいとす
る。斜線微小部の面積をＳとすると斜線部から
の流出量Q′はQ′＝Ｓ×Vaとなる。よつて、Za
でのＺ方向通過流量Ｑは Ｑ＝Q0−o-1 〓i-1 Q′1 ……(b) となり、上記(a)，(b)をまとめると となる。 ここに、 Q0：母管の流量 D0：母管の内径 V0：母管内の流速
BWR発電プラントと呼ぶ）に係り、特に安定な
プラント発電出力を得るに好適な、炉心に冷却材
を供給する原子炉再循環系の十字分岐管の設計方
法に関するものである。 〔発明の背景〕 BWR発電プラントは、原子炉の炉心に冷却材
（冷却水）を循環させ、炉心部で冷却材を加熱し
て高圧蒸気化し、その高圧蒸気でタービン発電機
を駆動し、発電を行うものである。原子炉の出力
制御は、制御棒で行うほか、炉心流量を変えるだ
けでも行うことができ、これがBWRの最大の特
徴のひとつになつている。 炉心流量による出力制御は、炉心内で発生して
いる蒸気の核的特性を利用している。炉心の流量
を減少すると、蒸気量が増え、減速材密度が減少
する結果、核反応の度合が減り、出力も減少す
る。出力が減少すると、蒸気の発生量が減つて元
の蒸気量に戻り、炉心は出力が減少した状態で落
ち着く。逆に炉心流量を増加すると、出力が上つ
た状態に炉心を落着かせることができる。また炉
心流量を一定にした場合は炉心のある部分で核分
裂の度合が増加すると、その部分の蒸気量が増
え、蒸気量の増加により核分裂の度合が減るとい
う負のフイードバツク特性があり、このため、
BWR炉心は自己制御性を持つているといわれ
る。 このように、炉心流量を増減させると原子炉出
力がほぼ比例して変化する。他方、原子炉蒸気発
生量の変化分に相当するだけタービン発電機によ
るプラント出力は変化する。 炉心流量は再循環流量の調節によつて調節され
る。再循環流量の調節は、再循環ポンプ駆動モー
タの電源周波数を操作して、再循環ポンプ回転速
度を変化させることによつて行う。平常、出力制
御は炉心流量調整によつて行われ、制御棒位置の
調整は主として長時間の燃焼に伴う反応度補償及
び炉心内の出力分布の調節のために行われる。 再循環ループは圧力容器の外部にそれぞれ１台
の再循環ポンプを有する２つのループで構成され
ている。炉心を循環する冷却材のうち約１／３〜１／２ はこの再循環ループに取出され、再循環ポンプで
昇圧された後、ジエツトポンプの駆動流体とし
て、そのノズルに供給される。残りの約１／２〜２／３ がジエツトポンプに吸引されて駆動流と混合後、
炉心を流れる。ジエツトポンプは炉心シユラウド
と圧力容器壁の間の環状空間部であるダウンカマ
部に通常16〜20台設置される。ジエツトポンプは
可動部分のない構造であり、通常２台１組になつ
ており、１組に対して１本のライザ管と２個の駆
動ノズル、吸込口、スロート及びデイフユーザを
有している。炉心流量はジエツトポンプデイフユ
ーザから吐出される流量の合計であり、各々のジ
エツトポンプ吐出流量は、デイフユーザの上部及
び下部のタツプ間差圧（ダブルタツプ差圧）又は
デイフユーザ上部と炉心下部プレナム間の差圧
（シングルタツプ差圧）から求める。炉内に設置
される16〜20台のジエツトポンプは同一の形状、
寸法、特性を持つている。また、再循環ポンプに
よる駆動水流量が大であるほどジエツトポンプか
ら炉心への吐出水流量は大となる。 次に、再循環ループについて図を用いて詳述す
る。再循環ループは第２図に示すように戻り曲管
部１２、Ｔ字管付戻り曲管部１３、入口弁１４、
吸込管２３、再循環ポンポ８、吐出管１５、出口
弁１６、母管１７、十字分岐管（以下クロスと呼
ぶ）１８、ヘツダ曲管１９、レデユーサ２０、Ｔ
字分岐部２１、ライザ管２２より構成されてい
る。沸騰水型原子炉の運転時において、再循環ル
ープ配管内を原子炉圧力容器１内の冷却水が流れ
る。すなわち、ポンプ８が駆動され、原子炉圧力
容器内の冷却水は曲管部１２、Ｔ字管付曲管部１
３、入口弁１４、吸込管２３、ポンプ８、吐出管
１５、出口弁１６、母管１７を順次通過して、ク
ロス１８内に流入する。冷却水はクロス１８で流
動経路が分けられ、その一部はクロス１８から直
接、レデユーサ２０、ライザ管２２を通つて原子
炉圧力容器１内のジエツトポンプ（第２図には図
示せず）駆動水となる。大部分である残りの冷却
水は、クロス１８からヘツダ曲管１９に配設され
た複数個のＴ字管分岐部２１により分岐せられ、
夫々ライザ管２２を経てジエツトポンプ駆動水と
なる。 第３図ａ，第３図ｂ，第３図ｃはクロス１８の
正面断面図、側面断面図、Ａ−Ａ平面断面を夫々
示す。これら図において、母管１７から流れ0は
クロス１８でヘツダ曲管１９方向へ流れ1，2
と、レデユーサ２０方向への流れ3に分れる。こ
の分岐部の流れは、分岐中央部に大きな旋回流動
が無くレデユーサ部２０内で非常に複雑な流動を
呈する流れ（第４図）と、渦心が両側のヘツダ曲
管を貫通するような旋回流動を伴う流れ（第５
図）とが交互に生ずる場合がある。すなわち、ク
ロス部１８では渦心の発生，消滅があつて流動が
不安定であり、1，2，3方向の流動抵抗の変化
や、これに伴う各ライザ管への流量分配、圧力損
失が不規則に変動して、再循環ループ全体の流量
が安定しない可能性がある。 流動実験によるとクロス部１８のヘツダ曲管１
９側への流れ1，2の抵抗損失係数は渦心有り
（第５図）のときが渦心なし（第４図）のときの
約２倍であることがわかつた。 また、クロス部に渦心の無い流動時（第４図）
の各ライザ管２２の流量配分は第６図（この図は
再循環ループで再循環ポンプ１台について５本の
ライザ管２２がある場合の例である）のようであ
り、中央ライザ管（ライザ管番号３）流量が他の
ライザ管流量より少々大きいが全体に平坦な分布
となつている。一方、クロス部に渦心がある流動
時（第５図）には各ライザ管の流動配合は中央ラ
イザ管流量のみが飛び抜けて大きい第７図に示す
分布となつている。すなわち、炉心に流入するジ
エツトポンプから吐出される冷却水は、炉心周方
向で不均一となり、炉内流動が不均一となる可能
性がある。 ところで、再循環ループの全水力損失ΔHは第
８図を参照して次式で求まる。 ΔH＝（ζio＋λiolio／D0＋λ1l1／D0）（Q0／A0）2
１／2g …（吸込口損失及び吸込，吐出管路摩擦損失） ＋｛２（q1＋q2）ζ4＋q3ζ3｝（Q0／A0）2１／2g …（クロス分岐部の損失） ＋２｛q1ζ6＋q2ζ7＋（q1＋q2）λ2l2／Ｄ｝（Q1＋Q2
／Ａ2 １／2g …（Ｔ字分岐損失：クロス分岐からＴ字分岐まで
の管摩擦損失） ＋q3ζ12（Q3／A0）2１／2g …（レデユーサ部の損失） ＋2q1（ζ10＋λ3l3／Ｄ）（Q1／Ａ）2１／2g …（ヘツダ曲管端部コーナの損失とＴ字分岐から
そのコーナまでの管摩擦損失） ＋１／2g（ξ＋λ4l4／ｄ）5 〓i=1 q1（Q1／ａ）2 …（各ライザ管の曲がり，絞り，２方向分岐，ジ
エツトポンプノズルなどの損失とライザ管からジ
エツトポンプノズルまでの管摩擦損失） ここに、 q1＝Q1／Q0 Q1：ライザ管流量 Q0：曲管流量 ζ，ξ：損失係数 λ：管摩擦損失係数 ｌ：配管長さ D0，Ｄ，ｄ：配管内径 A0，Ａ，ａ：管路断面積。 上式より、クロス部の損失係数ζ4の変動は、直
接、ΔHの変動につながることがわかる。したが
つてクロス部で渦心有りと無しのときではΔHに （ζ4（渦心有り）−ζ4（渦心無し）（q1＋q2）（Q0／
A0）2 １／ｇの差が生じることになる。 一般に、ポンプの作動点はポンプ自身の性能曲
線とシステム損失曲線の交点（ヘツド，流量，抵
抗（損失）のバランスのとれた状態）として定ま
るので、交点よりも抵抗が増加すると、ポンプが
発揮する揚程では抵抗を補いきれず流量が減少す
る。また、ポンプが発揮する揚程が抵抗より大き
い場合には流量が増加する。 この概略を第９図に示すと、第９図の点にて
ζ4が大きい値をとるシステムの損失合計はとな
るが、の運転点はとり得ないのでに落ち着
く。次にで、逆にζ4が小になるとへ移動する
が、の運転点はとり得ないのでに落ち着く。
実際にはとの線上を往復することになる。す
なわち、再循環ポンプの流量−ヘツド特性は再循
環ポンプモータの回転数が一定にもかかわらず、
第１０図に示す点ＡとＢとの間を往来して、ヘツ
ド差Δh，流量差ΔQを生じる恐れがある。 以上のように、従来形の十字分岐管を用いた
BWR発電プラントは流量やヘツドが動揺する恐
れのある再循環ループを有している。而して前述
したように再循環ループの流量とプラント発電出
力は密接な関係にあるために、変動率からいえば
微小なオーダであるにせよプラント出力変動の可
能性があるという欠点を有していた。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、上述した従来技術の欠点をな
くし、プラント発電出力の安定な運転を行い得る
BWR発電プラントの再循環系の十字分岐管の設
計方法を提供するにある。 〔発明の概要〕 本発明は不安定な十字分岐部の流動特性に着目
し、流動状況検討後、実験的に確認した結果なさ
れたものである。以下本発明の概要を説明する。
まず、いかにして第４図，第５図のような流れと
なるかを推定してみる。最初に、クロス部に渦心
有りとか無しとかの区別をされない流れの状態を
仮想する。第３図ａ，ｂ，ｃに示すように、母管
を上昇してきた流れ0は分岐部にて左右のヘツダ
曲り管への流れ1，2、ライザ管側への流れ3と
分岐する。左右のヘツダ管にはそれぞれ２本のラ
イザ管が下流に配設されてあるので、分岐流れの
流量比1：3：2は理想的には約２：１：２であ
る。中央ライザ管へ向かう流れ3は0の約１／５に なると予想される。しかしながら、ヘツダ曲管の
開口部を過ぎたレデユーサ２０の入口側の流路面
積は流量が約１／５に減少したにもかかわらず、母 管の流路面積と同じであり、この部分は流路の急
拡大部と同等とみなすことができ、3の流れは実
質的に急減速流れとなる。急減速の流れでは一般
に渦が形成されやすい。そこで、ここにおいて
は、第１１図に示すような回転が反対方向の渦
Ａ，渦Ｂを形成すると考えられる。そして、渦Ａ
が安定して形成されている場合がクロス部に渦心
がなくレデユーサ入口で複雑な流動を呈する状態
（第４図）であり、クロス部に渦心有りの状態
（第５図）は、渦Ｂが何らかのきつかけで、中央
ライザ管へ向かう通り抜け流れによつて渦Ａより
成長し、更に、通り抜け流れから運動量を補給さ
れて持続しているものと推定される。以上より、
レデユーサ入口の過大流路面積部を除去して、流
動不安定の元々の原因と推定される渦の発生を防
止することが考えられる。しかし、ここで、単に
中央ライザ管入口のみに着目していたのでは不十
分ということに注意しなければならない。その理
由はヘツダ曲管の管内径大、すなわち、ヘツダ曲
管のクロス部での開口部面積が渦大であつたり、
開口位置が不適当であると、母管側からの流れは
ヘツダ曲管開口部で、中央ライザ管方向に向かう
前に急減速流れとなり、不安定要因となる渦を発
生させ得るからである。そこで、本発明は中央ラ
イザ管方向の速度分布の方面から問題を見直し、
積極的にクロス部の減速流れ領域を除去し、これ
によつて不安定要因となり得る渦の発生を解消し
たものである。 以上の検討に基づき、本発明では、一つのパラ
メータとして、以下の(1)〜(3)で定義される母管か
ら中央ライザ管へ向かう流れの速度（Ｚ方向速
度）Vaを導入した。 (1) クロス分岐部上流、母管内ではVaはV0で一
定である。 (2) Ｚ方向各位置での管断面積Aaで、そこを通
過する流量Ｑを除しててVaとする。 Va＝Ｑ／Aa ……(a) ここで、ヘツダ曲管開口部では第１２図に示
すように開口面積を無視し、単純にＺ方向に垂
直な面積とする。 (3) 左右のヘツダ曲管へ流れが分岐流出するが、
その分岐した量の分だけ、Ｚ方向の流量Ｑは減
少する。ヘツダ曲管への分岐流量は、第１３図
に示すように、斜線の微小部分を考え、Ｚ方向
位置をZa、Zaにおけるヘツダ曲管方向への流出
速度はZaにおけるＺ方向速度Vaと等しいとす
る。斜線微小部の面積をＳとすると斜線部から
の流出量Q′はQ′＝Ｓ×Vaとなる。よつて、Za
でのＺ方向通過流量Ｑは Ｑ＝Q0−o-1 〓i-1 Q′1 ……(b) となり、上記(a)，(b)をまとめると となる。 ここに、 Q0：母管の流量 D0：母管の内径 V0：母管内の流速
以上の説明および図面においては、先述の従来
例と同一構成部分は同一符号で示す。第１図ａは
本発明実施例による十字分岐管である。本実施例
は１ループに５本のライザ管を有する再循環系の
十字分岐管であり、図示はしていないが、他の４
本のライザ管は左右のヘツド曲管から枝分かれす
るようになつている。本実施例における各部は母
管内径をD0としたとき、ヘツダ曲管の内径＝２／３ D0、ヘツダ曲管取付中心＝母管内径縮小開始点
より１／３D0下流、中央ライザ管の取付位置＝十字 管中心軸上ヘツダ曲管取付中心より１／３D0下流、 中央ライザ管のクロス部での開口直径＝１／２D0に 構成されている。さらに、、内面が仕上加工が容
易なように、単一曲率を有した曲面仕上となつて
いる。第１図ｂは本実施例のＺ方向速度分布を示
したものであり、−0.5＜Ｚ／D0＜0.2の範囲でVa／V0が 0.9以上に設計されている。本実施例によるクロ
ス部の流動状態可視化結果を第１図ｃに示すが、
従来とは全く異なり、第４図，第５図に示したよ
うな渦はもちろんのこと存在しなく、きわめてス
ムーズな流れを呈している。本実施例使用時の５
本のライザ管の流量配分は常に第６図のような均
一な配分となつている。また、本発明では−0.5
＜Ｚ／D0＜0.2でVa／V0が0.75以上と定量的に流動状態 を構成の面から把握したことにより、新設計のた
びに流動確認実験をする必要がなく、机上で良否
が判定でき、経済性、工期短縮の点でもきわめて
有効である。本発明利用時の十字分岐管設計のフ
ローの一例を第１５図に示す。 〔発明の効果〕 以上述べたように、本発明によれば、従来の
BWR発電プラントの構造を大きく変更すること
なく、きわめて簡単な構造で、再循環系の流動を
安定化し、出力変動のない安定なBWR発電プラ
ントを提供できる。更に、再循環ポンプの負荷変
動や再循環配管への変動荷重が減少するので、こ
れらに事故が発生する確率が低下し、プラント運
転が安定化し、信頼性が向上する。
例と同一構成部分は同一符号で示す。第１図ａは
本発明実施例による十字分岐管である。本実施例
は１ループに５本のライザ管を有する再循環系の
十字分岐管であり、図示はしていないが、他の４
本のライザ管は左右のヘツド曲管から枝分かれす
るようになつている。本実施例における各部は母
管内径をD0としたとき、ヘツダ曲管の内径＝２／３ D0、ヘツダ曲管取付中心＝母管内径縮小開始点
より１／３D0下流、中央ライザ管の取付位置＝十字 管中心軸上ヘツダ曲管取付中心より１／３D0下流、 中央ライザ管のクロス部での開口直径＝１／２D0に 構成されている。さらに、、内面が仕上加工が容
易なように、単一曲率を有した曲面仕上となつて
いる。第１図ｂは本実施例のＺ方向速度分布を示
したものであり、−0.5＜Ｚ／D0＜0.2の範囲でVa／V0が 0.9以上に設計されている。本実施例によるクロ
ス部の流動状態可視化結果を第１図ｃに示すが、
従来とは全く異なり、第４図，第５図に示したよ
うな渦はもちろんのこと存在しなく、きわめてス
ムーズな流れを呈している。本実施例使用時の５
本のライザ管の流量配分は常に第６図のような均
一な配分となつている。また、本発明では−0.5
＜Ｚ／D0＜0.2でVa／V0が0.75以上と定量的に流動状態 を構成の面から把握したことにより、新設計のた
びに流動確認実験をする必要がなく、机上で良否
が判定でき、経済性、工期短縮の点でもきわめて
有効である。本発明利用時の十字分岐管設計のフ
ローの一例を第１５図に示す。 〔発明の効果〕 以上述べたように、本発明によれば、従来の
BWR発電プラントの構造を大きく変更すること
なく、きわめて簡単な構造で、再循環系の流動を
安定化し、出力変動のない安定なBWR発電プラ
ントを提供できる。更に、再循環ポンプの負荷変
動や再循環配管への変動荷重が減少するので、こ
れらに事故が発生する確率が低下し、プラント運
転が安定化し、信頼性が向上する。
第１図ａは本発明の１実施例である十字分岐管
構成図、第１図ｂは母管からライザ管方向への速
度分布図、第１図ｃは可視化実験結果図、第２図
は沸騰水型原子力発電プラントの再循環ループの
構成説明図、第３図ａは従来の十字分岐管の正面
断面図、第３図ｂは側面断面図、第３図ｃはＡ−
Ａ断面図、第４図は該十字分岐管に旋回流が発生
していない場合の流動状況説明図、第５図は同十
字分岐管に発生する旋回流の説明図、第６図およ
び第７図は再循環系の流量変動時の各ライザ管流
量分配説明図、第８図は再循環系の水力損失説明
図、第９図は再循環系の流量変動現象説明図、第
１０図は再循環ポンプの運転特性図、第１１図は
十字分岐部の渦生成説明図、第１２図および第１
３図は管内速度の定義説明図、第１４図は各種十
字分岐管の速度分布と流動実験結果図、第１５図
は十字分岐管の設計手順図である。 ８…再循環ポンプ、１７…母管、１８…クロス
部、１９…ヘツダ曲管、２２…ライザ管、D0…
母管の内径、V0…母管内の流速、Ｌ…ヘツダ曲
管取付中心、Ｚ…ヘツダ曲管取付中心を起点とし
た中央ライザ管方向の距離、Va…流速。
構成図、第１図ｂは母管からライザ管方向への速
度分布図、第１図ｃは可視化実験結果図、第２図
は沸騰水型原子力発電プラントの再循環ループの
構成説明図、第３図ａは従来の十字分岐管の正面
断面図、第３図ｂは側面断面図、第３図ｃはＡ−
Ａ断面図、第４図は該十字分岐管に旋回流が発生
していない場合の流動状況説明図、第５図は同十
字分岐管に発生する旋回流の説明図、第６図およ
び第７図は再循環系の流量変動時の各ライザ管流
量分配説明図、第８図は再循環系の水力損失説明
図、第９図は再循環系の流量変動現象説明図、第
１０図は再循環ポンプの運転特性図、第１１図は
十字分岐部の渦生成説明図、第１２図および第１
３図は管内速度の定義説明図、第１４図は各種十
字分岐管の速度分布と流動実験結果図、第１５図
は十字分岐管の設計手順図である。 ８…再循環ポンプ、１７…母管、１８…クロス
部、１９…ヘツダ曲管、２２…ライザ管、D0…
母管の内径、V0…母管内の流速、Ｌ…ヘツダ曲
管取付中心、Ｚ…ヘツダ曲管取付中心を起点とし
た中央ライザ管方向の距離、Va…流速。
Claims (1)
- １ 開口を四方に有し第１開口は再循環ポンプ吐
出口に連結している母管に接続され第１開口と対
向する開口にライザ管が接続されまた前記母管と
ライザ管が接続されていない二つの開口にはそれ
ぞれヘツダ曲管が接続され前記母管の内径をD0、
流速をV0、前記ヘツダ曲管取付中心を起点とし
た前記母管から前記ライザ管方向の距離をＺ、そ
の位置をZn、Zn位置でのＺ方向流速をVnとした
とき−0.5＜Ｚ／D0＜0.2の範囲全域でVn／V0が
0.75以上であるようにしたことを特徴とする沸騰
水型原子力発電プラントの再循環系の十字分岐管
の設計方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60014263A JPS61175593A (ja) | 1985-01-30 | 1985-01-30 | 沸騰水型原子力発電プラントの再循環系の十字分岐管の設計方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60014263A JPS61175593A (ja) | 1985-01-30 | 1985-01-30 | 沸騰水型原子力発電プラントの再循環系の十字分岐管の設計方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61175593A JPS61175593A (ja) | 1986-08-07 |
| JPH0511595B2 true JPH0511595B2 (ja) | 1993-02-15 |
Family
ID=11856202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60014263A Granted JPS61175593A (ja) | 1985-01-30 | 1985-01-30 | 沸騰水型原子力発電プラントの再循環系の十字分岐管の設計方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61175593A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4685824B2 (ja) * | 2007-03-30 | 2011-05-18 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | 配管溶接部の予防保全方法 |
-
1985
- 1985-01-30 JP JP60014263A patent/JPS61175593A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61175593A (ja) | 1986-08-07 |
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