JPS6126892A - 原子炉再循環系分岐管 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、沸騰水型原子炉の原子炉再循環系分岐管に係
り、特に分岐管で発生する流動安定性に対する余裕が著
しく好適な原子炉再循環系分岐管に関する。

〔発明の背景〕

原子カプラントで１−１１、圧力容器内に発熱部である
炉心を有し、この炉心に冷却水を供給するために、複数
のジェットポンプ、再循環系配管、及び再循環系ポンプ
が設けられている。炉心に供給された冷却水は、炉心の
熱にエリ一部高圧蒸気化されてタービン発電機に送られ
、電気に変換される。

このように電気変換されるものが、原子カプラントの主
流となっている。

従来技術による再循環系配管は圧力容器に取付られ、圧
力容器内の冷却水を再循環系ポンプに工゛り複数のジェ
ットポンプに導ひくためのものである。そのため、再循
環系配管の途中には、個々のジェットポンプに冷却水を
導びくため、十字型構造の十字分岐管が設けられている
。これにより、十字分岐管内に流入した冷却水の一部は
、流れ方向を変えず、直進し、分岐管直後にある２イザ
管を経由して、ジェットポンプに噴出する。一方、残り
の冷却水は、十字分岐管から左右に分岐するヘッダー曲
管に導びかれ、その後、ジェットポンプ内に噴出する。

従来、この十字分岐管での流れは、上記公開例に示すよ
うに、１つの安定状態しか存在しないと考えていた。と
ころが、発明者による流動可視実験にエリ、前記安定状
態以外に、十字分岐管内では、流入する方向と直角方向
に開口するヘッダー曲管にわたり旋回する流れの状態が
あり、この２つの流動状態（非旋回流、旋回流）の間を
交互に遷移し、流動が変動する場合がろることがわ力）
つた。したがって、このような状態間の遷移、すなわち
、流動変動が生じると、原子炉内の炉心への冷却水量が
変動し、その結果、沸騰水型原子炉の出力変動が起りや
すく、出力の制御性が低下する懸念がある。

また、既設プラントにおいて、上記流動変動に対する余
裕度をさらに増大するために、十字分岐管を取替えるこ
とが考えられる。この場合、下記の項目を考慮する必要
がある。

（１）　　既設プラントの配管の取付状況は、圧力容器
に直接、あるいは、溶接にて取付られている。

そのため、既設の取付状態を変更しないで、取替える場
合には、放射線下の作業とな沙、限定された空間で効率
的に作業を行う必要がある。

（２）十字分岐管のみを取替える場合には、十字分岐部
と連なるライザ管、ヘッダー曲管等の配管への影響全考
慮し、据付性、作業性、作業者の被−を十分に検討する
必要かめる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、分岐流路部における流動状態を安定に
維持し、既設プラントに容易に適用できる分岐管を提供
することにめる。

〔発明の概要〕

本発明の基本構成は、流入した流体を少なくとも３方向
の出口配管へ分流する分岐管を備えた配管系において、
前記流体の流入方向に面する前記出口配管の流体入口を
前記分岐管内の方向に突き出し、前記突き出し部分と、
流入方向に面する分岐管の部分とを一体構造としたこと
を特徴とした分岐管構造である。かかる構造にしたこと
により、前記突き出し部分で流れの旋回流の発生を抑制
し、各出口方向の流れの圧力損失金一定に維持し、分流
配分量の変動をなくすことができる。さらに１突き出し
部分を分岐部の一部と一体構造にしたことにより、既設
プラントの分岐部を取替える場合、取替部分、溶接箇所
が低減できるので、据付性、作業性が向上し、作業者の
被曝全低減できる。

〔発明の実施例〕

以下に本発明の各実施例を具体的に説明する。

第１図は本発明による好適な第一実施例である原子炉プ
ラントの再循環系配管の十字分岐管の概略図であり、第
２図はその側面図である。本実施例の特徴は、レジュー
サ２、直管部３および内管４より構成される一体構造の
二重管６を十字分岐管１の直上に設け、その内管４の入
口端７をヘッダー曲管８の下流の面９の高さより母管５
側に設けた点にある。かかる構造にしたことにより、十
字分岐管ＩＫ流入する冷却水は、第１図の各矢印の向き
に、すなわち、母管中央部の流れｆ４け内管４に、母管
周辺部の冷却水の流れｆ、はヘッダー曲管８に流れ込む
。また、従来例で発生していた旋回流状態に対しては、
内管４が旋回流の障害体となるので、非旋回流状態が維
持され、再循環系の流動が非旋回状態の一状態に維持さ
れ安定化する。さらに、内管４をレジューサ２お工び直
管部３を一体構造化することにより、既設プラントでの
十字分岐管の取替えが容易となり、据伺性、作業性が向
上し、作業者の被曝歓も低減できる。

以下、本実施例の流動特性、既設プラントでの取替え性
、浴接検査性および製作性について、従来例と関連づけ
説明する。

（１）流動特性 従来例の十字分岐管の構造を第３図に、その側面図を第
４図に示す。従来例の十字分岐管では、母管５に流入し
た冷却水の流れｆ。は、十字分岐管１で分かれ、左右の
ヘッダー曲管８方向の流れｆ、　、　　ｆ２　と、レジ
ューサ２方向への流れｆ３　となる。ところが、この分
岐管内では、従来から知られていた非旋回の流れの状態
と、今回新たに見つかった旋回流の状態の間を又互に遷
移する場合がある。すなわち、非旋回流の状態では、第
５図に示すように、十字分岐管内の流れは、渦及び旋回
Ｋｋ伴わなく、分岐し流れる。一方、旋回流の状態では
、第６図に示すようにヘッダー曲管８と直結する部分で
渦（旋回流）１１が発生するが、流れの角運動量の総和
が保存されるため、逆向きの渦１２がレジューサ２上流
に発生する。

したがって、この旋回流の発生を抑制するためには、こ
の２つの渦のどちらか一方の発生を防止すれば、残りの
渦の発生も防止できる。本実施例では、第７図に示すよ
うに、十字分岐管ｌの内部にレジューサ２と一体構造の
内管４を設け、その内管４の流体入ロアをヘッダ曲管と
直結する部分１３寸で挿入しである。そのため、レジュ
ーサ２上流で従来例では生じていた渦の発生が常に防止
できるので、ヘッダー曲管と直結する渦が発生しすく、
非旋回流状態が維持される。

寸だ、本実施例の効果を従来例と比較する実験を行った
。その実験結果として、十字分岐管の圧力損失の時間変
化を第８図、第９図に示す。第８図は従来例の結果で、
第９図は本実施例の結果である。従来例では、時間的に
高圧損状態（旋回流状態）低圧損状態（非旋回流状態）
との間を遷移し、流動が不安定となる。しかし、本実施
例では流れは低圧損状態（非旋回流状態）に保持され、
流動が安定化していることがわかる。

また、第１Ｏ図に第１図に示す実施例の変形例ケ示す。

この変形例の特徴は、第１図に示す実施例の内管４の先
端１４ｅ刃状にしたものである。

図中の例では内管外面を刃状としているが、内面を刃状
にした場合でも同様の効果音生む。かかる構造にしたこ
とにより、内管先端１４工り生じる流れのはくりの発生
が防止できるので、内管先端１４での流れの損失が低減
し、圧力損失が小さくなシ、その結果、流動特性がさら
に向上する。

（ｎ）　　既設プラントでの取替え性 十字分岐管での応力腐食あるいは流動の安定化向上の対
策として、既設プラントの十字分岐管を取替えることが
考えられる。この場合には、第１１図、第１２図に示す
ように、十字分岐管の出入口４ケ所（＊１〜東４）と圧
力容器との接続口（＊５）’ｅ切断し、取替える方法が
考えられる。

しかし、この方法では、十字分岐管と各出入口配管との
接続部にかかつている応力が、切断により、解放される
ので、各配管の接続部での軸がずれる。

そのため、配管を切断する前に十字分岐管と接続する谷
配管を、ザポート１５、／−ト１６、ターンバックル１
７で固定することが必要となる。しかし、この配管固定
のための作業は、切断の作業よりも時間金要するため、
作業者の被曝量が増加する欠点がめる。一方、本実施例
によれば、十字分岐管上部のレジューサを含む部分６ａ
を二重管に取替えればよいので、第１３図、第１４図に
示１″ように、切断箇所は３ケ所（−７〜＊９）で済む
。さらに、十字分岐管ｌはヘッダー曲管８、母管５によ
り固定されているので、配管の固定作業は不要となる。

また、配管切断によシライザ管ｌＯとレジューサを含む
部分６ａとの軸がずれる可能性があるが、このずれは、
十字分岐管直上のライザ管１０も取替え、芙き合せ作業
することにより解消できる。

したがって、切断及び溶接箇所は５ケ所から３ケ所とな
り、さらに配管の固定作業が不要となるので、据付性、
作業性が向上し、作業者の被曝量が低減できる。

第１５図に、本取替作業に特に適した本発明の一実施例
？示す。本発明の特徴は、ライザ管ｉ。

と二重管６との接続ロケ斜めにしに所にある。これによ
り、二重管６の取替作業が容易となり、作業性がさらに
向上するため、作業者の被＠址が低減できる。

（Ｉｌ＋）　　溶接、検査性 本実施例と類似な構造として、レジューサと内管とを溶
接した二重管が考えられる。しかし、かかるｌ１ｌｉｔ
の場合には、レジューサと内管との溶接部分には直線部
分がないため、超音波探傷が困難となり、さらに応力腐
食割れの原因にもなりかねない。しかし、本実施例によ
れば、第１６図に示すように、溶接部１８近傍が直線部
分となるため、直線部分を延ばすことにエリ超音波探触
子１９による探傷検査に必要な距離ＬＩ、　Ｌ２　、　
ｔ＋　　、　４は十分確保できる。すなわち、Ｌｌ　Ｈ
Ｌ２　を肉厚の５倍程度、１．　　、１２全肉厚の３倍
程度確保できる。その結果、超音波探傷検査が可能とな
り、作業性も向上できる。さらに、レジューサと内管と
の接続部ケ一体構造としたため、接続部での応力腐食割
れもなくす抄、安全性、信頼性も向上する。また、十字
分岐管ｌとの溶接部分１８が直線部分であることより、
外面高周波誘導による加熱作業（ＩＨ８Ｉ法）が容易と
なり、溶接部内面における残留応力を容易に改善でき、
耐腐食性を向上できる。

（１ｖ）製作方法 本発明による実施例は、内管、レジューサ、直管部より
構成される一体構造の二重管と、従来例とほぼ同一構造
の十字分岐管より構成される。十字分岐管は、従来例と
同一構造のため、従来の工程で製作できる。−力、二重
管は軸対称のため、旋盤による加工が可能となり、作業
製作性が向上する。すなわち、第１７図の上図のような
Ｓ　ＬＴ　Ｓのインゴット２０あるいは鍛造を旋盤等の
機械加工により下図のような一体構造化した二乗管６削
り出す。その後、固溶化熱処理することにエリ、表面硬
化ケはかり、仕上げる。

第１８図に、本発明の他の実施例を示す。本実施例は、
第１図に示す実施例同様、レジューサ２、直管部３およ
び内管４で構成される一体構造の二重管６′ｆｔ：、十
字分岐管１直上に設け、特に、レジューサ内面２１にコ
ナー１’１つけたことを特徴とした。

かかる構造にしたことにより、第１図の実施例と同様、
二重管６の内管４が旋回流の障害体となり、非旋回流状
態で安定化する。さらに、既設プラントでの取替に対し
ても、取替部分が十字分岐管のレジューサを含む部分の
みとなるので、配管固定作業が不要となり、作業性がさ
らに向上し、作業者の被曝量も低減できる。さらに、本
実施例では、特に、レジューサ内面２１にコナーＲをつ
けたことにエリ、レジューサ２と内管との間のすき間が
なくなり、すき間腐食を防止でき、安全性、信頼性がさ
らに向上する。また、製作に関しても、本実施例のレジ
ューサ内面にコナーＲｋつけた二重管６は軸対称である
ので、第１７図に示す、旋盤等の機械加工による製作が
容易となる。

第１９１９は、本発明の別の実施例を示す。本実施例は
、第１図の実施例同様、十字分岐管１の直上に二重管６
を設け、特に、二重管６の内管４の上部に複数個以上の
穴２２をあけたことを特徴とした。かかる構造にしたこ
とにより、第１図の実施例で述べたように、流動が安定
化し、既設プラントの取替性が向上する。さらに、内管
４上部に穴２２をあけたことにより、次の効果が生じる
。

内管部４に上記穴２２が無い場合には、内管部４とレジ
ューサ２の間に形成される死水領域の冷却水は、レジュ
ーサ２からの放熱により低温化し、間欠的に低温化した
冷却水がヘッダー曲管８に流れ込む場合がある。この場
合、この冷却水の温度差により配管等に熱疲労が生じ、
配管、溶接部の寿命を短くする可能性がある。しかし、
本実施例のように内管４に複数個の穴２２を設けると、
分岐管上流の冷却水が死水領域？経由し、内管に流れ込
むので、死水領域の冷却水の温度の低下が防止でき、そ
の結果、温度差による配管等の熱疲労全防止できる。

第２０図、第２１図に本発明の別の実施例を示す。本実
施例の特徴は、前記実施例同様、分岐管ｌ直上に二重管
６を設け、特に、その二重管６の内管４の流入口を斜め
にした所にある。かかる構造にニジ、前記実施例同様、
流動安定性、既プラントでの取替性が向上する。さらに
、内管４の流入口全科めにしたことにより、レジューサ
と内管の間に形成される死水領域の冷却水を内管内に導
ひくことができるので、前記実施例同様、温度差による
配管等の熱疲労全防止できる。

本発明の別の実施例全第２２図に示す。本実施の特徴は
、従来例のレジューサ、ならびに十字分岐管の上部を省
略し、その代りにキック２３を設け、そのキック２３と
一体構造の内管４を分岐管内に突き入れた点にある。本
実施例によれば、内管４のまわりの死水領域が大幅にな
くなるので、温度差に熱疲労が生じることを抑制でき、
安定性、信頼性が向上する。さらに、突き出した内管４
部分が旋回流の障害体となるので流動状態が一状態だけ
の安定状態となり各分流方向への流量が変動しない効果
が得られる。またキック２３と内管４を一体構造とした
ことにより、溶接箇所が低減し、作業性が向上する。さ
らに、既設プラントのノくンクフィットに対しては取替
部分が、十字分岐管上部のレジューサのみとなり、配管
固定作業が不要となるので、作業性がさらに向上し、作
業者の被曝量も低減できる。

本発明の捷だ別の実施例を第２３図に示す。本実施例の
特徴は、従来のレジューサの代わりに、レジューサと一
体構造の内管４を十字分岐管ｌ内に突き入れ、レジュ〜
す部を二重管６にした点にある。本実施例によれば、内
管４が旋回流の障害物となるので、流動状態は一状態で
安定化する。

さらに、レジューサと内管を一体構造化したことにより
、既設プラントでのバンクフィツトには、従来例の十字
分岐管のレジューサ部のみの取替で済み、作業性が向上
する。さらに、レジューサと内管とを一体構造化した二
重管６の製作に関しても、軸対称であるので、旋盤等の
機械加工が容易で、製作作業性はよい。

本発明のまた別の実施例を第２４図に示す。本実施例の
特徴は、第１図の実施例の内管４の先端に分離板２５を
設けた点にある。かかる構造にしたことにエリ、分岐管
内の流動安定性の向上、お工び既設プラントでの取替性
の向上以外に、次の効果ケ生じる。レジューサ２と内管
４との間の領域２６は死水領域となる。この死水領域で
は、流れｆ、にエリ、図の矢印で示す２次流れを生じる
。

この２次流れの渦は、一般的に不安定である。すなわち
、２次流ｎの渦は、流れｆ６　と相互干渉し、間欠的に
流れｆｌｌに渦を放出する傾向がある。ところが、本実
施例によれば、流れｆ５と死水領域２６との間に分離板
２５を設けであるので、流れｆ５と死水領域との相互干
渉がなくなり、流動特性がさらに向上する。

本発明のオた別の実施例′（ｉｌ−第２５図に示す。本
実施例の特徴は、第１図の実施例の内管４の肉厚ケ厚く
シ、内管とレジューサで形成される死水領域を小さくシ
、内管４の上側に複数個の穴２２をめげた点におる。か
かる構造にしたことに工す、第１図実施例同様、流動安
定性、既設プラントへの取替性が向上する。さらに、内
管の肉厚増加に工り死水領域が少すくするので、死水領
域で生じる２次流れ渦の発生が抑制される。その結果、
流れｆ、への渦の放出が低減し、前記実施例同様、流動
安定性がさらに向上する。また、本実施例で　　　　　
゛は、内管４の上側に複数個の穴２２が設けであるので
、内管４と分岐管ｌの間に常に冷却水を供給でき、この
間の領域でのふすま腐食全防止できる。

第２６図、第２７図は、第２６図の実施例の変形例を示
す。本変形例では、レジューサをキック２３し、あるい
は、内管４の上側を細くすることにエリ、材料の低減を
はかったものである。さらに、第２７図の実例では、す
き開領域も低減するので、すき間腐食発生に対する余裕
をさらに増大させることができる。

〔発明の効果〕

以上の如く、本発明によれば、分岐管部において分流を
受は入れる配管を分岐路内側へ突き出し入れることで、
旋回流発生を抑制し、分岐流動部分の流動状態を一状態
に安定維持でき、分岐流路部分における流動状態を安定
に維持できる効果が得られる。さらに、本発明では、分
岐路内側に突き出した配管を分岐管上部と一体構造とし
たことにより、既設プラントへの取替、検査が容易とな
り、信頼性、安全性が向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例を示した図、第２図は第
１図の側面図、第３図は従来技術の十字分岐管の縦断面
図、第４図は第３図の側面図、第５図は第３図で示した
十字分岐管近傍の非旋回流状態の冷却水流れ全矢印で示
した図、第６図は同じく旋回状態の冷却水流れを矢印で
示した図、第７図は本発明を採用した時の冷却水流れを
矢印で示した図、第８図は従来の分岐管構造全採用した
場合の圧力損失を測定した結果に基づく図、第９図は本
発明の一実施例の分岐青金採用した場合の圧力損失を測
定した結果に基づく図、第１０図は第１図に示す実施例
の変形例を示す図、第１１図は既設プラントにおける十
字分岐管の取替法を示す図、第１２図は第１１図の側面
から見た分岐管の取替を示す図、第１３図は一実施例を
用いた場合の既設プラントにおける十字分岐管の取替法
を示す図、第１４図は第１３図の側面から見た取替法を
示す図、第１５図は既設プラントの分岐管取替に特に適
した実施例を示す図、第１６図は本発明の実施例の超音
探傷検査法を示す図、第１７図は本発明の実施例の製作
法を示す図、第１８図は本発明の他の実施例を示す図、
第１９図は本発明の別の実施例を示す図、第２０図は本
発明のさらに別の実施例を示す図、第２１図は第２０図
の実施例の側面図、第２２図は本発明の別の実施例を示
す図、第２３図は本発明の別の実施例を示す図、第２４
図は本発明のまた別の実施例金示す図、第２５図は本発
明の捷た別の実施例を示す図、第２６図、第２７図は第
２５図の実施例の変形例を示す図である。 ｌ・・・十字分岐管、２・・・レジューサ、３・・・直
管部、４・・・内管、５・・・母管、６・・・二重管、
６ａ・・・レジューサを含む部分、７・・・内管の入口
端、８・・・ヘッダー曲管、９・・・ヘッダー曲管の下
流の面、ｌｏ・・・ライザ管、１１・・・ヘッダー曲管
と直結する渦、１２・・・レジューサ上流に発生する渦
、１３・・・ヘッダー曲管と直結する部分、１４・・・
内管先端、１５・・・サボ〜ト、１６・・・ノート、１
７・・・ターンバックル、１８・・・溶接部、１９・・
・超音波探触子、２ｏ・・・インゴット、２１・・・レ
ジューサ内面、２２・・・穴、２３・・・キップ、ｆｏ
・・・母管の流入方向、ｆＩ・・・ライザ管１０の流出
方向、’、２　＋　　’３　・・・ヘッダ曲管への流出
方向、ｆ４・・・母管中央の流れ方向、ｆ５・・・母管
周辺部の流れ方向。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流入した流体を少なくとも３方向の配管へ分流する
   原子炉再循環系分岐管において、前記流体の流入方向に
   面する前記配管の流体入口を前記分岐管内方向に突き出
   し入れ、前記突き出し入れた配管部分を前記分岐管の流
   入方向に面する部分と一体構造にしたことを特徴とした
   原子炉再循環系分岐管。 ２、前記突き出し入れた配管部分が、突き出した配管部
   分の開口する先端を刃状にしたことを特徴とした特許請
   求の範囲第１項記載の原子炉再循環系分岐管。 ３、前記突き出し入れた配管部分が、突き出し入れた配
   管部分と前記分岐管の流入方向に面する前記部分との接
   続部にコーナＲをつけたことを特徴とした特許請求の範
   囲第１項記載の原子炉再循環系分岐管。 ４、前記突き出し入れた配管部分が、前記突き出し入れ
   た途中側部に開口を備えたことを特徴とした特許請求の
   範囲第１項記載の原子炉再循環系分岐管。 ５、前記突き出し入れた配管部分が、突き出し入れた配
   管部分の先端の開口部を流入方向に対して斜めにしたこ
   とを特徴とした特許請求の範囲第１項記載の原子炉再循
   環系分岐管。