JPS60234192A - クロス配管構造 - 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】 ［発明の技術分野］ この発明は、例えば沸騰水型原子炉の再循環系に介装さ
れているヘッダのようなりロス配管構造に関する。

［発明の技術的背景１ 流体の流れを三方向に分流さゼるこの種のりｒ］ス配管
は例えば、沸騰水型原子炉の冷ｊ、１１材再循環系に適
用される。一般に、沸１１ｉ４水型原子炉は第１０図に
示すように原子炉圧力容器１を右し、この原子炉圧ノＪ
容器１内には多数の燃料集合（Ａ等を組み合せて構成さ
れる炉心２が形成されている。この炉心２の上方には気
水分離器３が配設されており、この気水分離器３ににり
分離された蒸気は蒸気乾燥器４を経て管路５により図示
しく７い蒸気タービンに供給されるようになっている。

蒸気り−ビンを駆動し、仕事をした蒸気は凝縮して復水
と４ｊす、この復水は図示しａい給水加熱器を経て管路
６から再び原子炉圧力容器１内に給水されるように７７
っている。

一方、原子炉圧ツノ容器１内には炉心２を囲繞するよう
に複数個、例えば１０個のジェットポンプ７が配設され
ており、このジェットポンプ７のポンプ作用により、原
子炉圧力容器１内の炉水（冷Ｊ、Ｉ′ｌ祠）を強制循環
させるｊ：うになっている。このため、原子炉圧力容器
１外には、この圧力容器１内の冷却材をジェットポンプ
７に供給するための一対の再循環系８が配設されている
。各再循環系８には再循環ポンプ９が介装され、この再
循環ポンプ９の下流側には炉水を各ジェットポンプ７に
分配させるヘッダ１０７］＜設けられている。しかして
、再循環ポンプ９で胃圧された炉水はヘッダ１０にて分
流され各ライザー管を経てジ■ツ１ヘボンブ７に送り込
まれるＪ：うになっている。

炉水を分流させるヘッダ１０は、第１１図および第１２
図に示すように主配管としての円筒形の上流側直管１１
を有し、この直管１１０軸方向同一位置には、上流側直
管１１より小径の口径からなる一対の第１および第２分
岐管１２△、１２Ｂが接続され、上記直管１１内にクロ
ス部１３が形成される。そして、両分枝管１２Ａ、１２
Ｂの直管１１に対する接続位置は、一方の分岐管１２Δ
の軸線が使方の分岐管１２Ｂの軸線と鈍角に交差するよ
うに直管１１のほぼ直（￥方向に対向している。具体的
には第１２図に詳示するように、両分枝管１２Ａ、１２
Ｂの軸線り、ＬＢは直管１１の直径１ｉｆ２　ｌ−に対
し同方向に角度αだＩ′ｌＩずれるように接続されてい
る。

また、主配管としての上流側直管１１は上下方向に延び
て下端が入口部１４とされ、炉水は下方から上方に流れ
るようになっており、この直管１１にお【プる分岐管１
２Ａ、１２Ｂの接続部位により下流側の出口部はレデコ
ーサ１５ににり口径が縮減され、下流側直管（中央分岐
管）１６が接続されている。

［背景技術の問題点］ 前述したヘッダ１０のようなりロス配管構造においては
、再循環ポンプ９からの吐出流を中央おＪ：び左右の分
岐管１２Ａ、１２Ｂ、１６に分流ざ１ｉているが、中央
分岐管への流れは、そのレデコー→ノ゛１５の上流側に
上流側直管１１と同一径の直管部１３ａを右するため、
この直管部１３ａでは流れが減速されようどして流速の
不連続が生じ、炉水の流れに乱れが発生する。一方、左
右の分岐管１２△、１２Ｂへの分配流は、クロス部１３
にお【プる流れが安定し、乱れがない場合にはそのまＪ
“左右の分岐管１２△、１２Ｂへスムーズに流れ込むが
、前記直管部１３ａにおける流れの乱れにより炉水主流
の流れが乱され、分岐流は旋回流となって左右の分岐管
１２Ａ、１２Ｂに流れ込むことになる。すなわち、第１
３図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すＪ：うに、上流側直
管１６の入口部およびクロス部１３における冷却材（炉
水）の偏流ａによりクロス部１３から各分岐管１２Ａ、
１２Ｂにかけて冷７３１月の旋回流すが生ずる。また、
この旋回流は、クロス部１３における冷却材の流れの変
化　５− によりなくなる場合がある。すなわち、第１３図（Ｄ）
に示すように左右の分岐管１２Ａ、１２Ｂの直下位置に
お【プる偏流が変化すると、旋回流がなくなることがあ
る。

したがって、このＪ：うなりロス配管構造においては、
旋回流の有無が不規則に繰返されるので各分岐管内にお
ける冷却材の流れが大幅に変動し、安定した分岐流量を
得ることができないという問題があった。

また、旋回流が発生するとクロス部における左右への分
岐流の流れの抵抗が増大し、大ぎなＵ音発生の原因とな
ったり、流れの脈動が大きくなる。

その結果、このクロス配管を沸騰水型原子炉の再循環系
に適用した場合、再循環ポンプ速度が一定であっても、
旋回流の生成および消滅による管路抵抗の変化により、
再循環流量が変化したり、また、旋回流による再循環流
量に脈動が生じ、ひいては原子炉８１力の変化あるいは
微小変動に継がる原因になっていた。

［発明の目的］ 　６− この発明（，１上）ホした事情を考慮してなされたもの
で、分岐管内にお【ノる旋回流の有無による流れの変動
をなくして、安定した分岐流量をスムーズに得ることが
できるり［１ス配管構造を提供することを目的とする１
、 この発明の伯の目的は、沸騰水型原子炉の再循環系に適
用した場合には、再循環流量を常時安定ざＵ、脈動のな
い安定した分岐流をスムーズに得ることができるように
したクロス配管構造を提供することにある。。

［発明の概要］ 上述した目的を達成するために、この発明は、流体を流
づ主配管ど、この主配管の下流側に接続され、主配管よ
り小口径の中央分岐管ど、上記両管の接続部から主配管
の軸線にほぼ直角方向に延び、かつ主配管Ｊ：り小口径
の複数の分岐管とを有し、前記両管および各分岐管の接
続部を十字形のクロス部に形成するとともに、上記クロ
ス部内面を主配管の内半径で球面加工して成形し、成形
された球面の中心は、前記主配管の軸線が前記分岐管の
内周面の延長上と交差する交差点のうち１．上流側交差
点近傍に設定されたものである。

［発明の実施例］ 以下、この発明の好ましい実施例について添付図面を参
照して説明する。

なお、この実施例を説明するに際し、前述した従来のも
のと同じ構成については、同一符号を伺し、その説明を
省略する。

第１図および第２図はこの発明の第一実施例を示すもの
であり、クロス配管Ｍ造の一例として沸騰水型原子炉の
再循環系に適用されるヘッダを示す。このヘッダ２０は
流体としての炉水を流す主配管２１としての上流側直管
に中央分岐管２２としての下流側直管が共通軸線を有す
るように一体接続される。中央分岐管２２は主配管２１
より小口径の流路断面積を有する一方、上記接続部から
左右に一対の第１および第２分岐管１２Ａ、１２Ｂが主
配管２１の軸線にほぼ直角方向に延びるにうに一体接続
され、十字状のクロス部２３が形成される。第１おＪ：
び第２分岐管１２Ａ、１２Ｂも主配管２１より小口径の
流路断面積を有するとともに、第１分岐管１２△と第２
分岐管１２Ｂは主配管２１のほぼ直径方向に対向してい
る。具体的には第１分岐管１２△と第２分岐管１２Ｂの
軸線り、ＬＲが鈍角に交差し、主配管２１の直径線へ に対し、第４図に示すように同方向に角度αをなしてい
る。

一方、主配管２１に小口径の中央分岐＠２２を＠造等に
より一体に結合されるため、主配管２１の端部はクロス
部２３の途中で絞られ、クロス部２３内面は球面加工に
より成形される。成形される球面は主配管２１の内半径
を半径Ｒとして球面成形させたもので、その球面中心Ｏ
は第２図に示すＪ：うに、主配管２１の軸線Ｃ［と左右
の第１および第２分岐管１２Ａ、１２Ｂの延長された内
周面とが交差する２つの交差点のうち、上流側交差点近
傍に設定される。

具体的には、クロス部２３の球面中心０は第５図に示す
ように、主配管２１と左右の分岐管１２Ａ、１２Ｂとの
各軸ａｃＬ１Ｌ＾、（１−Ｂ）の交点＝　９− Ｐをめ、この交点Ｐを中心として分岐管１２Ａ。

（１２Ｂ）の内径と等しい円Ｃを描き、この円Ｃと中央
分岐管２２の延長された内周面との交点Ｓをめ、この交
点Ｓを中心にして主配管２１の半径Ｒに等しい円弧Ｔを
描き、この円弧Ｔが主配管２１の軸線ＣＬと交わる点を
Ｏとする。そして、この交点Ｏをクロス部２３の球面中
心に設定することが望ましい。

クロス部２３の内面を球面加工することにより、加工が
容易であり、製作上の仕上げ精度を確保することができ
るとともに、主配管２１がらの流路断面積を緩やかに絞
って、中央分岐管２２の流入側を接続する。これにより
、中央分岐管２２の口径が主配管２１の口径より小さく
ても、中央分岐管２２を主配管２１にスムーズにかつ円
滑に一体接続することができ、しかもクロス部２３の絞
りは半球面で緩やかに絞られるので、クロス部２３の肉
厚を主配管２１から中央分岐管２２にかけて緩やかにか
つ連続的に変化させ、この部分の流体圧力および熱によ
る応力集中を少なくすることが　１０− できる、。

次に、沸ＩＩヲ水型原子炉の再精Ｉχ７系のヘッダ配管
どして利用したクロス配管構造の分流作用についてれ（
１明する。

主配管２１の流入１］２５から流入した原子炉圧力容器
内の炉水は主配管２１に治って十冒し、クロス部２３に
おいて緩ヤ）かに絞られる。］＝配管２１を十背する炉
水の流れのうち中央部の流れは同り１（線上に配置され
た中央分岐管２２にスムーズに案内される。

また、主配管２１を１臂する周辺部の流れは、クロス部
２３で絽やかに絞られ、左右の第１および第２分岐管１
２Δ、１２Ｂど主配管２１との結合部に形成される万イ
ド稜線お、Ｊ、びクロス部球面の土手部２７に案内され
て左右に分流され、第１ｉｔ＞　、Ｊ−び第２分岐管１
２△、１２Ｂにスムーズに案内される９、その際、主配
管２１１．ｓ　ｌらの流れは中央分岐管２２および左右
の各分岐管１２Δ、１２Ｂに予め定めら４″ｌた流吊に
分配されるように各口径が設定されており、各分岐管１
２Δ、１２Ｂ、２１１− ２への分岐流は、主配管２１　ｈｔ　ｒら不連続流とな
ることなく、連続的に流れ込むことができる１、シたが
って、各分岐管１２Δ、１２Ｂ、２２に旋回流（渦流）
を生じさせることなく、常に乱れの＜Ｔい安定した分岐
流を得ることができる１、なお、第１および第２分岐管
１２Δ、１２Ｂに案内された分岐流は途中で分流されて
各ライザ菅（図示せず）に送られ、均一流となって図示
しく、７いジエツ１〜ポンプに供給される。

第６図おＪ：び第７図は従来のクロス配管構造とこの発
明に係るクロス配管構造とを比較した流吊および分岐管
の圧力損失の変動を示す実３１１１データである。この
実測データにおいて、第５図の分岐管の圧力損失および
第６図の差圧は例えば第１の分岐管１２Ａと主配管２１
との差圧であり、流量は第１の分岐管１２Ａ内を流れる
流量である。第５図（Δ）からもわかるように従来のり
１］ス配／Ｃｋ構造では分岐管の圧力損失のバラツキに
基いて大ぎな脈動が生じ、この脈動に伴って流量の変化
が生じているが、この発明のクロス配管構造では第　１
２− ５図（Ｆ３）に示寸ように分岐管の圧力損失が常時ＩＪ
は一定で、′イと定しだ流量が１ｑられることがわかる
。また、第６図に示すＪ：うに、従来のクロス配管措）
Ｉ′１では旋回流（渦流）が生じた場合（ム印）と生じ
／Ｉ：い場合（△印）では差圧に変化が生じ、流量が不
安定の要因と２ｉつているが、この発明のり［１ス配管
構造では○印に示すにうに、差圧ＡＰと流吊Ｑの関係は
リニアな曲線となり、クロス部に旋回流が生じイ１いこ
とがわかった。

次に、この発明の第１変形例について第８図を参照（〕
て説説明する。

この第１変形例に示されたものは、中央分岐管２２Ａに
テーパ状の絞り部３０を設け、中央分岐管２２△の流入
口側の口径を左右の第１および第２分岐筈１２Δ、１２
Ｂの口径に近づ【づたものである、１この場合にも、各
分岐管１２Δ、１２Ｒ。

２２△の口径は主配管２１の口径（流路断面積）、ｊ；
り小さく設定される。この場合にも第１図乃至第５図に
示すらのと同等の効果がＩ′′？られる。

さらに、中央分岐管２２Ｂにテーパ状の絞り部　１３− を設【プる代りに、Ｉ’ｌ　３３いの段部３１を形成し
、この段部３１に絞り作用を持たせるＪ：うにｌノでら
よい。

ｔｔお、この発明の実施例のＲ；）明においては、主配
管と中央分岐管の連接部に左右一対の第１ａ′３よび第
２分岐管を結合させた例について説明したが、３本以上
の分岐管を連接部に周方向に等間隔をａ３いて結合させ
るようにしてもよい。

また、この発明のクロス配管構造は沸騰水型原子炉再循
環系のヘッダに適用した例について示したが、各種化学
プラン１への配管へツタ等のような一般的な配管の分流
部あるいは合流部に適用１ｊ−ることができる。

［発明の効果］ 以上に述べたようにこの発明に係るクロス配管構造にお
いては、主配管と中央分岐管および各分岐管との接続部
を十字形のクロス部に形成するとともにクロス部内面を
主配管の内半径で球面加工により成形し、成形された球
面の中心は前記主配管の軸線が前記分岐管の内周面の延
長上と交差す　１４− る交差点のうノ５、上流側交差点近傍に設定せしめられ
たから、クロス部に主配管から中央分岐管にかけて途中
になめらかな球面状絞り部が形成される一方、この絞り
部に？！２数の分岐Ｆ（が開口して臨んで′いるため、
主配管内を流れる流体流は、絞り部の球面等に案内され
て中央分岐管や各分岐管にスムーズに連続的に流れ、旋
回流を生じさせることが＜ｒい。したがって、分岐流量
が安定し、分岐流１Ｈの制御を簡単に行イγうことがで
き、またクロス部に旋回流が生ずるのを未然に防止でき
るので流体の圧力１１Ａ失も小さく、流体の脈動を小ざ
く押えて、騒音の発イ１：を有効的に防止できる。

Ｊ：た、り［］ス部内面を球面加■することににす、１
：配管から中央分岐管にかＩづてクロス部の肉厚を＜ｉ
めらかにかつ連続的に変化さ１Ｊることができるととも
に、加工が容易であり、製作十の標準化を図ることがで
き軽汎的である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るクロス配管構造を示づ　１５− 一部破断斜視図、第２図は」コ記クロス配管構造の縦断
面図、第３図は第２図の■−■線に冶う縦ｒ斬面図、第
４図は第３図に示しｌ〔クロス配管構）告の平面図、第
５図は上記クロス配管構造にａＨノる配管クロス部の加
工原理を説明する図、第６図〈△）は従来のクロス配管
構造にお【プる分岐管の圧力損失と流量との関係を示す
測定グラフ、第６図（Ｉ３）はこの発明に係るクロス配
管構造におりる分岐？鄭の圧力損失と流量どの関係を示
す測定グラフ、第７図は従来のクロス配管構造とこの発
明にＪ：るクロス配管構造どの差圧と流量の関係を比較
し／こ測定グラフ、第８図はこの発明の第１変形例を承
り図、第９図はこの発明の第２変形例を示１１図、第１
０図は一般的な沸肱水型原子炉を示η″縦断面図、第１
１図および第１２図は従来のクロス配管構造を示す縦断
面図、第１３図（Ａ）・〜・（Ｄ）は従）１このクロス
配管構造におＣづる流体流れ作用を説明覆る図である。 １２Ａ、１２Ｂ・・・分岐管、２０・・・クロス酸９′
（・構造、２１・・・主配管、２２，２２Δ、２２Ｂ・
・・中　１６− 央分岐管、２３・・・クロス部、２６・・・ガイド稜線
、２７・・・クロス部球面の土手部。 出願人代理人　波多野　久 −１７− ２面の注出（内容に変更なし） 第１図 ２ 第７図 ミ斤量（Ｑ） 第８図 第９図 第１０図 第１１図 １４ 第１２図 第１３図 （Ｄ） 手続補正書（自発） 昭和５９年　６月ζ［１ 特許庁長官　若　杉　和　”　殿 １、事件の表示 昭和５９年特許願第９１６３０号 ２、発明の名称 クロス配管構造 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 （３０７）株式会社　東芝 図面を別紙の通り補正する（内容に変更なし）。 （１）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流体を流（主配管と、この主配管の下流側に接続さ
   れ、主配管より小口径の中央分岐管と、上記両管の接続
   部から主配管の軸線にほぼ直角方向に延び、かつ主配管
   より小口径の複数の分岐管とを有し、前記両管おにび各
   分岐管の接続部を十字形のクロス部に形成するとともに
   、上記クロス部内面を主配管の内半径で球面加工して成
   形し、成形された球面の中心は、前記主配管の軸線が前
   記分岐管の内周面の延長上と交差する交差点のうち、上
   流側交差点近傍に設定されたことを特徴とするクロス配
   管’Ａ造。 ２、主配管の軸線と分岐管の軸線とが交差でる点を中心
   にして分岐管の内径に等しい円を描き、この円と中央分
   岐管の延長された内周面との交点をめ、この交点を中心
   として主配管の内半径にて円弧を描いて主配管の軸線と
   の交点をめ、この交点をクロス部内面の球面中心に設定
   したｆｆ　Ｆｆ請求の範囲第１項に記載のクロス配管描
   〃〜。