JPS6268560A

JPS6268560A - 楕円形穴型ノズル

Info

Publication number: JPS6268560A
Application number: JP20628385A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Kuwabara; 桑原　一寿; Takenori Shindou; 進藤　丈典
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1985-09-20
Filing date: 1985-09-20
Publication date: 1987-03-28
Anticipated expiration: 2009-08-24
Also published as: JPH0665919B2

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】〈産業上の利用分野〉本発明はノズルに係り、特に円筒形の胴や管体に対して
接続するのに効果的なノズルの構成に関する。

〈従来の技術〉例えば原子力発電所や各種化学プラントにおいては圧力
容器が設置されており、この圧力容器には内部流体を取
り出し、また流体を注入するためノズルが設置されてい
る。このノズルは容器胴体に形成した開口部に対して溶
接等の接続手段を以て接続されており、更にこのノズル
に対して直接または、セイフェンドを介して間接に管が
接続する構造となっている。ノズルは胴に対して直角に
接続する構成となっているため、ノズルと胴の接続部の
平面形は当然のことながら真円となる。しかしながらこ
の接続部を真円に形成することは次のような不合理があ
り、その解決が待たれている。

〈本発明を構成するに到った技術的問題〉第１３図、第
１４図は胴に対するノズルの従来型の取り付は構造を示
す。ノズル３を胴２に接続するに当たってはノズル内径
と等しい径の穴を胴２に形成する等の方法で、この穴形
成部においてノズルを接続するわけであるが、この際穴
の形成により胴自体の強度が低下しない様にノズルの胴
接続側には所定の断面積を有する補強部３０が胴の補強
用に形成しである。ここで、胴は円筒形に形成しである
ため高圧の内部流体による応力の発生についてみると、
円周断面の方向に対する応力の発生が軸心方向に発生す
る応力の１７２になる。

一方、穴の形状が真円であると応力に対しては円周方向
のいずれの位置においても均一となるため、穴の円周方
向において、前記補強が一部では不必要に大きくなって
しまい、構成上不経済なものとなる。

すなわち、補強に必要な全断面積Ａｒは、Ａｒ＝Ａｒ、
＋Ａｒ２である。

ここで、Ａｒ＋（穴の内径Ｄｉ／２Ｘ胴の計算上必要な厚さＴｓ
　ｒ）Ａｒｚ（胴内面のコーナＲ部〕である。

これに対し、補強に有効な全断面積ＡｃはＡｃｗＡ、＋
Ａ、＋Ａ３である。

ここで、Ａｌ（胴の厚さＴｓ−胴の計算上必要な厚さＴｓｒ〕Ａ２　〔（管台の外径Ｄ　ｏ　／　２−穴の内径Ｄ　＋
　／　２−管台の計算上の必要厚さＴｎｒ）ｘ補強に必
要な高さＨ〕Ａ！　　（管台Ｈｎ部のコーナＲ部〕胴の軸心方向に対する強度の要求はＡｒ　　≦Ａｃであるが、円周断面についてはＡｒ≦Ａ　ｃ　／　２でよい。

然し穴の内径Ｄｉおよび管台の外径が真円であるため胴
の軸心方向の断面及び円周断面方向の補強に有効な全断
面積Ａｃはこの穴の円周方向に於いてほぼ同一となり、
軸心方向において十分な強度を保持させるようにすると
円周方向に対しては非常に無駄な面積補強を行うことに
なる。

穴のうち胴部分３ａ（胴の厚さＴｓの範囲）の応力集中
についてみると、その応力集中係数は真円の場合、円周
方向を１とすると軸心方向では５となり非常にアンバラ
ンスな値となる。つまり穴の平面形が真円である構造は
疲労強度上好ましいものではなかった。

第１５図はこの点につき具体的に示したものである。

平板１０に対して真円の穴が形成しである場合を示し、
Ｘ方向に対して応力σ１を、Ｚ方向に対して応力σ２を
それぞれ加えた場合を示す。

σ１＝２σ２の場合、穴のＸ方向内面Ａにおける応力集
中を１とすれば穴のＺ方向内面Ｂに於ける応力集中は５
となる。

つぎに内圧を受ける円筒形の胴に真円の穴を形成した場
合につき第１６図を用いて説明する。

この場合、円周方向の発生応力σ３は軸心方向の発生応
力σ４の２倍（σ３＝２σ、）となり、平板１０のσ１
＝２σ２の場合と同様に円周方向の穴の内面Ｃの応力集
中１に対して軸心方向の穴内面りの応力集中はやはり５
倍となる。

なお、第１図は原子炉圧力容器の胴２に対してノズル３
を取り付けた状態を示しく符号１は原子炉圧力容器の上
鏡）、第２図は管８に対してノズル３を取り付けた状態
を示す。

〈本発明の目的〉本発明は上述した問題点を除去し、ノズルを接続する際
の穴廻りの応力の集中を除去し、穴の周囲で応力集中に
応じた補強構造とすることにより穴の所定の位置で過不
足なく補強をすることのできるノズル構造を提供するこ
とを目的とする。

〈本発明の概要〉要するに本発明は、円筒形の胴や管台に対してノズル等
の管状物を接続する場合に、穴の形状を楕円形とするこ
とを特徴とするノズル構造である。

〈実施例〉以下本発明の実施例につき具体的に説明する。

第４図において、胴２の軸心方向に対して補強に必要な
断面積ＡｒはＡｒ、＋Ａｒ２であって、補強に有効な全
断面積Ａ　Ｃ（Ａ＋　　＋　Ａ２　＋　Ａｓ　）　（７
）方がこれよりも大きいことが必要である。しかし円周
断面では前述したように補強に有効な全断面積Ａｃ　’
　　（Ａ、’　＋Ａ、’　＋Ａ３　’）は補強に必要な
全断面積Ａｒ　’　　（Ａｒ、’　＋Ａｒ、’）のｌ／
２以上あれば良い。従ってこの条件を満足させる範囲で
管台Ｈｎの穴の円周方向の内径Ｄｉ’を大きくすること
が出来る。つまり穴の形状を楕円形に形成することによ
り以上の条件を満足させることができる。但しのこの楕
円形の穴は管台部からセンソエンド４側に向かって漸次
断面が真円に近くなるよう構成し、真円の断面形状を有
する管との取り合いが完全に行えるように成形しである
。

またこの場合、管台の外径Ｄｏは変化させないものとす
る。

以上のように、胴２の円周方向に対して長径が位置する
よう穴の形状を楕円形に形成することにより胴部分にお
ける穴３ａの、周方向に対する応力集中の差が極めて大
であったものが、軸心方向に対する応力集中が大幅に低
減される結果用全体に対してほぼ等しい応力となる。

この点につき第５図を用いて説明すれば次のとおりであ
る。

即ち長径が胴等の円筒形物体１１の円周方向に位置する
ことにより楕円穴のうちこの円周方向の内面Ｃに加わる
応力σ３が真円よりも大となり、反対に円筒径物体１１
の軸心方向の内面りに対する応力σ４がその分低減され
応力集中は均一化される。

次に楕円形の穴は型鍛造または数値制御型の機械により
容易に加工することが可能であり、低価格で容易に製造
することができる。また胴２とノズル３との溶接５自体
は従来と同様真円のままであるので溶接の際作業性を損
ねることはない。更に原子力発電所に使用する圧力容器
や配管については定期検査時に、超音波による探傷試験
が行われているが、穴の形状を楕円にしてもこの探傷試
験において何の問題もない。

第６図及び第７図は本発明の第２の実施例を示す。

この実施例では楕円形の穴の短径と長径との比を１／２
とする。楕円の形状をこのように定めることにより穴の
部分３ａの応力集中係数は穴の内面全周に渡ってほぼ同
一となり、その値は真円の穴を形成した場合の胴軸心方
向に対する係数の３１５　（円周方向に対して３倍）に
ピーク値が低減される。これにより更にノズル取り付は
部の信頼性を向上させることができる。

また短径と長径との比は１　／１．２〜１　／２．５と
するのが望ましい。即ち、ノズル外径が真円のとき断面
積補強の計算上、可能な最大円周断面における径（長径
）は、軸心断面における径（短径）の１．３４倍となり
、裕度を含めて１．２倍とする。従って比を１　／１．
２以下にするのは好ましくない。

また胴または管の穴廻りの応力集中が全周（軸心断面及
び円周断面共）に渡り完全にバランスし同一となり、最
も低くなる楕円の長径は短径の２倍（理論値）であり、
裕度を含めて２．５倍とする。

これ以上の値とすると応力集中が反対に逆の方向に向か
ってアンバランスとなりやはり好ましくない。

第８図、第９図は本発明をセットオン型のノズルに実施
した状態を示す。セットオン型のノズルは胴等のノズル
取り付は部材に対してその端部をし挿通配置するのでは
な（、その端面をノズル取り付は部材に対して溶接を行
うよう構成したノズルであるが、この形状のノズルであ
っても穴の形状を楕円形にしても問題はない。

第１０図、第１１図、第１２図はサーマルスリーブ付の
ノズルに適用した状態を示す。この場合、楕円穴とサー
マルスリーブ７との円周方向の隙間１３が、従来の真円
断面の構造に比較して広くなり、この隙間における流体
の停滞を防止し、部材の応力腐食割れの発生を低減させ
ることができる。

以上本発明の構成において、従来の真円形断面のノズル
と同一強度とするならば、この従来型ノズルに比較して
重量を約２０％低減することができる。また第６図及び
第７図に示す楕円形状の穴とした場合には疲労強度が更
に大幅に向上するため、寿命が従来型のものに比較して
約６０％以上長くなる。

〈効果〉本発明を実施することにより、従来型ノズルに比較して
少ない量の材料により強度の大きいノズルを構成するこ
とができ、強度を低下させることなく装置の重量を低減
でき、しかも材料も低減でき非常に経済的である。

またノズルの疲労強度が向上するため装置全体の寿命を
延ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はノズルの取り付は状態を示す原子炉圧力容器の
断面図、第２図は同様にノズルの取り付は状態を示す配
管の縦断面図、第３図は本発明の実施例を示すノズルの
平面図、第４図は第３図のＢ−Ｂ線による断面図、第５
図は胴または管などの円筒形物体に楕円穴を形成した場
合の応力集中の状態を示す概念図、第６図は他の実施例
たるノズルの平面図、第７図は第６図のｃ　−ｃ　ｖＡ
による断面図、第８図はセットオン型のノズルの平面図
、第９図は第８図のＤ−Ｄ線による断面図、第１０図は
サーマルスリーブ付ノズルの平面図、第１１図は第１０
図のＥ−線による断面図、第１２図は第１１図のＦ方向
視図、第１３図は従来型真円断面のノズル平面図、第１
４図は第１３図のＧ−Ｇ線による断面図、第１５図は第
１４図に示すノズルの平以仮における応力集中状態を示
す概念図、第１６図は同様に円筒形物体に於けるノズル
の応力集中状態を示す概念図である。２・・・胴　　　３・・・ノズル５・・・溶接部　　　７・・・サーマルスリーブ第１図第２図第３図第４図第５図軸第６１！Ａ第７図ｉ−ｑ第１Ｏ図第１／図第１３図第７４図第１５図し第１６図伽

Claims

【特許請求の範囲】

（１）胴、管などの円筒形物体に取り付けるノズルの構
成において、円筒形物体に接続する部分の穴の形状を略
楕円形に形成し、かつこの楕円形の穴の長径が円筒形物
体の円周方向に位置するようノズルを取り付けることを
特徴とする楕円形穴型ノズル。
（２）前記楕円形に形成した穴の短径と長径との比を約
１／１．２〜１／２．５としたことを特徴とする特許請
求の範囲第（１）項記載の楕円形穴型ノズル。
（３）前記楕円形に形成した穴の短径と長径との比を約
１／２としたことを特徴とする特許請求の範囲第（２）
項記載の楕円形穴型ノズル。
（４）穴を楕円形に形成した円筒形物体接続部側端部か
ら管接続部端部に向かって穴の断面形状を漸次楕円形か
ら真円径に変化させるよう構成したことを特徴とする特
許請求の範囲第（１）項ないし第（３）項のいずれかに
記載の楕円形穴型ノズル。
（５）ノズル構成をセットオン型ノズルとしたことを特
徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の楕円形穴型ノ
ズル。
（６）ノズル構成をサーマルスリーブ付ノズルとしたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の楕円形
穴型ノズル。