(57)【要約】【課題】本発明は、ジェットポンプのスロートに生じる振動を低減することを目的とする。【解決手段】本発明は、原子炉用ジェットポンプに関する発明であって、スロートがディフューザに挿入された挿入部断面においてディフューザから漏洩する漏洩水量は、ライザ管の中心とウェッジの中心とを結ぶ中心線上の漏洩水量が、中心線に対する垂線上の漏洩水量より大きいことを特徴とする。【効果】本発明によれば、ジェットポンプのスロートに生じる振動を低減することができる。【選択図】  図１
2011196887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
再循環ポンプから流入した水を上方向へ導くライザ管と、
前記ライザ管からの水を下方向へ向きを反転させるエルボと、
前記エルボから流入した水を下方向へ導くスロートと、
前記スロートの下端部が挿入されたディフューザを備え、
前記スロートを前記ライザ管に固定する水平方向固定具は、前記スロートが前記ライザ管の中心軸に対して半径方向外側に移動することを防ぐために設けられ、前記水平方向固定具は前記スロートに取り付けられたウェッジと接触する箇所を有した原子炉用ジェットポンプであって、
前記スロートが前記ディフューザに挿入された挿入部断面において前記ディフューザから漏洩する漏洩水量は、前記ライザ管の中心と前記ウェッジの中心とを結ぶ中心線上の前記漏洩水量が、前記中心線に対する垂線上の前記漏洩水量より大きいことを特徴とする原子炉用ジェットポンプ。
【請求項２】
請求項１記載の原子炉用ジェットポンプであって、
２本のボルトによって前記ウェッジが前記水平方向固定具に押し付けられ、前記スロートが固定されていることを特徴とする原子炉用ジェットポンプ。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の原子炉用ジェットポンプであって、
前記スロートが前記ディフューザに挿入された挿入部における前記スロートと前記ディフューザの間隙は、前記ライザ管の中心と前記ウェッジの中心とを結ぶ中心線上の前記間隙が、前記中心線に対する垂線上の前記間隙より大きく、前記スロートの外周断面が楕円形状であることを特徴とする原子炉用ジェットポンプ。
【請求項４】
請求項１または請求項２記載の原子炉用ジェットポンプであって、
前記中心線に対する垂線上の前記スロートの継ぎ手部の外壁表面にのみ縦溝を形成することを特徴とする原子炉用ジェットポンプ。
【請求項５】
請求項１または請求項２記載の原子炉用ジェットポンプであって、
前記中心線に対する垂線上の前記スロートの継ぎ手部の外壁表面にのみ横溝を形成することを特徴とする原子炉用ジェットポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉用ジェットポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉には、冷却水を炉心へ供給するためのジェットポンプが設けられている。このジェットポンプは、ノズル，ベルマウス，スロート及びディフューザを備えており、スロートとディフューザは溶接されておらず、取り外し可能な構造となっている。
【０００３】
特許文献１は、スロート（ミキサー）の下端部外周に突起部を設けると共に、ディフューザの上端部内周に切り欠きを設けた構造を開示する。特許文献１のジェットポンプは、切り欠きに突起部をはめ込むことで、スロートとディフューザを連結させた構造である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平１−３００００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１は、スロートがディフューザから抜け出さないように、両者を連結させる構造に関する発明である。そのため、特許文献１の技術では、スロートとディフューザの間隙位置によって、スロートが振動する可能性があった。
【０００６】
そこで、本発明は、ジェットポンプのスロートに生じる振動を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、スロートがディフューザに挿入された挿入部断面においてディフューザから漏洩する漏洩水量は、ライザ管の中心とウェッジの中心とを結ぶ中心線上の漏洩水量が、中心線に対する垂線上の漏洩水量より大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ジェットポンプのスロートに生じる振動を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１の滑り継ぎ手部の横断面図である。
【図２】沸騰水型原子炉の縦断面図である。
【図３】ジェットポンプの全体図である。
【図４】滑り継ぎ手部の縦断面図である。
【図５】スロート内の静圧変化を示した図である。
【図６】水平方向固定具を示した図である。
【図７】比較例の滑り継ぎ手部の横断面図である。
【図８】実施例２の滑り継ぎ手部の横断面図である。
【図９（ａ）】実施例３の滑り継ぎ手部の横断面図である。
【図９（ｂ）】実施例３の滑り継ぎ手部の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の実施例は、ジェットポンプ及び原子炉に係り、特に、沸騰水型原子炉に適用するのに好適なジェットポンプ及び原子炉に関する。
【実施例１】
【００１１】
本実施例のジェットポンプ構造を説明する前に、このジェットポンプが適用される沸騰水型原子炉の概略の構造について図２及び図３を用いて説明する。
【００１２】
図２は、沸騰水型原子炉の縦断面図である。また、図３は、ジェットポンプの全体図である。沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）は、原子炉圧力容器（原子炉容器）３を有し、原子炉圧力容器３の内部に炉心シュラウド２を設置している。原子炉圧力容器は、以下、ＲＰＶと称する。複数の燃料集合体（図示せず）が装荷された炉心５は、炉心シュラウド２内に配置される。気水分離器６及び蒸気乾燥器７がＲＰＶ３内で炉心５の上方に配置される。
【００１３】
ジェットポンプ１が、ＲＰＶ３と炉心シュラウド２の間に形成される環状のダウンカマ４内に配置される。ＲＰＶ３に設けられる再循環系は、再循環系配管１１及び再循環系配管１１に設置された再循環ポンプ１２を有する。再循環系配管１１の一端はダウンカマ４に連絡される。再循環系配管１１の他端は、ダウンカマ４内に配置されたライザ管１３の下端に接続される。ライザ管１３は、再循環ポンプから流入した水を上方向へ導く。ライザ管１３の上端は分岐管１９に接続され、分岐管１９はジェットポンプ１のエルボ１４と接続される。エルボ１４は、流路を１８０°曲げ、ノズル１５と接続する。ノズル１５は、複数の支持板２０によってベルマウス１６およびスロート１７と一体となっている。すなわち、エルボ１４からスロート１７までが一体構造となっている。この一体構造部品をインレットミキサと呼んでいる。このインレットミキサは、垂直方向固定具２５と水平方向固定具２６で固定されており、固定具を外すことにより炉外に取り出して修理点検が可能である。垂直方向固定具２５は垂直方向、水平方向固定具２６は水平方向のインレットミキサの位置を固定している。
【００１４】
ＲＰＶ３内の上部に存在する冷却水（被駆動流体，冷却材）は、給水配管９からＲＰＶ３に供給された給水と混合されて、ダウンカマ４内を下降する。冷却水は、再循環ポンプ１２によって再循環系配管１１内に吸引され、再循環ポンプ１２によって昇圧される。便宜的に、この昇圧された冷却水を駆動水（駆動流体）と呼ぶ。この駆動水は、再循環系配管１１，ライザ管１３，分岐管１９およびエルボ１４内を流れてジェットポンプ１のノズル１５内に達し、ノズル１５から噴出される。ノズル１５の周囲には、被駆動水が存在する。この被駆動水（冷却水）は、駆動水の噴出によって、ベルマウス１６からスロート１７内に吸い込まれる。そして、冷却水は駆動水と共にスロート１７内を下降し、ディフューザ１８の下端から吐出される。
【００１５】
ディフューザ１８から吐出された冷却水は、下部プレナム２２を経て炉心５に供給される。冷却水は、炉心５を通過する際に加熱されて水及び蒸気を含む気液二相流となる。気水分離器６は気液二相流を蒸気と水に分離する。分離された蒸気は、更に蒸気乾燥器７で湿分を除去されて主蒸気配管８に導かれる。この蒸気は、蒸気タービン（図示せず）に導かれ、蒸気タービンを回転させる。蒸気タービンに連結された発電機が回転し、電力が発生する。蒸気タービンから排出された蒸気は、復水器（図示せず）で凝縮されて水となる。この凝縮水は、給水として給水配管９からＲＰＶ３内に供給される。気水分離器６及び蒸気乾燥器７で分離された水は、落下して冷却水となり、ダウンカマ４内に達する。
【００１６】
ジェットポンプ１は、ノズル１５周囲の冷却材を吸込むことにより、少ない駆動水の流量でより多くの冷却水を炉心５に送り込むことができる。ジェットポンプ１は、ノズル１５からスロート１７内に駆動水を高速で噴出させることにより、スロート１７内の静圧を低下させる。これにより、ノズル１５周囲の冷却水をスロート１７に吸い込むことができる。ディフューザ１８は、流れが剥離を起こさない程度に流路断面積が下流に向かうほど徐々に拡大しており、このディフューザ１８で冷却水の運動エネルギーが圧力に変換される。ディフューザ１８における被駆動水の圧力は、ベルマウス１６に吸い込まれた位置における被駆動水の圧力よりも高められる。なお、ベルマウス１６の流路断面積は、上流に向かって増大している。
【００１７】
図５は、スロート１７入口からディフューザ１８出口までの流れ方向に対するジェットポンプ１内部とダウンカマ４の差圧変化の一例を示す。横軸はスロート１７入口からディフューザ１８出口までの位置を示し、縦軸はジェットポンプ１内部とダウンカマ４の差圧を示す。駆動流体がノズル１５から高速で噴出されると、スロート１７内の静圧がダウンカマ４の静圧より低下する。そのため、周囲流体（被駆動流体）がベルマウス１６を通ってスロート１７内に吸込まれる。駆動流体と被駆動流体は、スロート１７の直管部で混合される。スロート１７に付けられたテーパー部は、緩やかに流路が拡大しているため、内部の流体は下流側に行くほど静圧が回復する。
【００１８】
ここで、設置されているジェットポンプは、検査や修理等を行うために、エルボからスロートまでが取り外し可能な構造となっている。スロートとディフューザは、径の大きいディフューザに径の小さいスロートがはめ込まれた継手となっており、熱膨張差によって応力が生じないように、継手部が固定されていない滑り継手である。この滑り継手には間隙があり、ジェットポンプ内とダウンカマとの間の圧力差で漏洩流が発生する。具体的には、この滑り継ぎ手における静圧がダウンカマ４の静圧よりも大きくなると、差圧ΔＰに応じて、間隙３１を通してジェットポンプ１内部からダウンカマ４へ冷却水が漏洩する（図４）。漏洩流は、間隙に異物が挟まったり堆積したりするのを防ぐ役割がある。そのため、漏洩流を過剰に制限するとその役割を阻害する可能性がある。但し、漏洩流量が一定レベルを超えると、望ましくないジェットポンプ振動が発生する可能性があった。したがって、ある程度の漏洩流量を確保しつつ、振動を低減できることが望ましい。
【００１９】
例えば、図７に示すような比較例の間隙３１は、スロート１７とディフューザ１８の軸が一致している場合には周方向に均一であり、その間隙幅は０.２mm程度である。間隙３１が周方向に均一なので、間隙３１からの漏洩流で振動が発生する場合、その加振力も周方向に均一となる。
【００２０】
次に、図６は、インレットミキサのスロート１７を水平方向に固定している水平方向固定具２６の構造を示す。スロート１７は、２本のボルト２７ａ，２７ｂによって、スロート１７に取り付けたウェッジ２８が水平方向固定具２６に押し付けて固定されており、３点支持となっている。そして、ウェッジ２８はライザ管１３の中心とスロート１７の中心とを結ぶ線上に設けられており、スロート１７がライザ管１３の中心軸に対して半径方向外側に移動することを防ぐ。図のように、ライザ管の中心とウェッジの中心とを結ぶ中心線に沿った方向をＸ方向、この中心線に対する垂線に沿った方向をＹ方向と規定する。スロート１７が受けるＸ方向の拘束力は、ウェッジ２８と水平方向固定具２６の接触面、及び２本のボルト２７ａ，２７ｂのすべてから受ける押し付け力である。一方、Ｙ方向の拘束力は、ウェッジ２８と水平方向固定具２６の接触面に働く摩擦力である（水平方向固定具２６がウェッジ２８を介してスロートを押し付ける拘束力には、Ｙ方向成分がない）。そのため、この摩擦力を上回るＹ方向の加振力が働くと、ウェッジ２８と水平方向固定具２６が擦れあって摩耗が発生する可能性がある。したがって、Ｙ方向の加振力を低減することができれば、摩耗を抑制することができる。
【００２１】
そこで、本実施例のジェットポンプにおいて、スロートがディフューザに挿入された挿入部断面におけるディフューザから漏洩する漏洩水量は、ライザ管の中心とウェッジの中心とを結ぶ中心線上の漏洩水量が、中心線に対する垂線上の漏洩水量より大きくなっている。
【００２２】
図１は、スロート下端がディフューザ上端に挿入された挿入部における断面図を示す。
図１に示すように、スロートがディフューザに挿入された滑り継ぎ手部のスロート外周断面は、スロート１７の肉厚を調整して楕円形状にしている。また、スロート１７とディフューザ１８の間隙は、ライザ管１３の中心とウェッジ２８の中心とを結ぶ中心線上の間隙３１ａが、中心線に対する垂線上の間隙３１ｂより大きくなるように、スロートを配置する。但し、スロート内部流路３２の形状は比較例と同じである。従って、スロート１７とディフューザ１８の軸が一致している場合でも、間隙３１は周方向に不均一となる。なお、間隙の断面積は、比較例における間隙の断面積と同じである。そのため、Ｘ方向の間隙３１ａは比較例よりも大きく、Ｙ方向の間隙３１ｂは比較例よりも小さくなっている。また、漏洩流量は、Ｘ方向の間隙３１ａで増加し、Ｙ方向の間隙３１ｂで減少する。そして、漏洩流にともなう振動加振力はＸ方向で大きくなり、Ｙ方向で小さくなる。
【００２３】
このように、図１のＸＹ方向を水平方向固定具２６（図６）のＸＹ方向と一致させると、拘束力の大きいＸ方向は加振力が大きく、拘束力がより小さいＹ方向は加振力が小さくなる。Ｘ方向は拘束力が大きいので、加振力をある程度増加させても振動が増加することはない。本実施例では、拘束力がより小さいＹ方向の漏洩水量を低減させて加振力を低減する。そのため、スロートがＹ方向（ライザ管の中心とウェッジの中心とを結ぶ中心線に対する垂線の方向）に振動することを低減し、ウェッジの摩耗を抑制することができる。
【００２４】
スロートの外周断面形状を楕円形状にすることで周方向の間隙３１を不均一にし、間隙の小さい方向は水平方向固定具２６の拘束力がより小さい方向に合わせることで、ジェットポンプのスロートに生じる振動を抑制できる。そして、ウェッジの摩耗を低減するとともに、間隙からの漏洩流量を確保して間隙に異物が堆積することを防ぐ機能も維持できる。
【実施例２】
【００２５】
図８は、スロート下端がディフューザ上端に挿入された挿入部における断面図を示す。
本実施例では、滑り継ぎ手部のスロート外側形状が円形であり、スロート１７とディフューザ１８の軸が一致している場合の間隙３１は周方向に均一である。但し、スリップジョイント部のスロート外壁のうち、Ｙ方向にのみ縦溝４１を形成している。溝高さは０.１m
m以下であり、溝加工した位置はＹ方向の一部だけである。そのため、間隙３１の断面積は、比較例の間隙の断面積とほぼ同程度である。浅い溝を形成すると、濡れぶち長さが増加する効果が大きく、間隙流路の流動抵抗が増加するのでＹ方向の漏洩流量が低下して加振力が低下する。そして、実施例１と同様に、スロートの縦溝を水平方向固定具２６のＹ方向と一致させると、拘束力のより弱いＹ方向の加振力が低下する。そして、ジェットポンプのスロート振動を防ぎ、摩耗等を抑制することができる。また、漏洩流量の抑制は溝を加工した部分だけであるので、比較例に比べ漏洩流量を大幅に制限することもない。
【００２６】
このように、中心線に対する垂線上のスロート継ぎ手部の外壁表面にのみ縦溝を形成することで、ジェットポンプのスロート振動を防いでウェッジの摩耗を低減するとともに、漏洩流量を確保して間隙３１への異物の堆積を防ぐという目的も維持できる。
【実施例３】
【００２７】
図９（ａ）は、スロート下端がディフューザ上端に挿入された挿入部における断面図を示す。図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ−Ａ′断面図を示す。本実施例では、滑り継ぎ手部のスロート外側形状が円形であり、スロート１７とディフューザ１８の軸が一致している場合の間隙３１は周方向に均一である。但し、Ｙ方向のスリップジョイント部のスロート外壁にのみ横溝４２を形成している。溝加工した部分は、ラビリンスシールと同じ原理で流動抵抗が増し、Ｙ方向の漏洩流量が低下して加振力が低下する。実施例１と同様に水平方向固定具２６のＹ方向と一致させると、拘束力のより弱いＹ方向の加振力が低下するため、ジェットポンプのスロート振動による摩耗等を抑制することができる。また、漏洩流量が抑制される場所は溝を加工した部分だけであるので、比較例に比べ漏洩流量を大幅に制限することもない。
【００２８】
このように、中心線に対する垂線上のスロート継ぎ手部の外壁表面にのみ横溝を形成することで、ジェットポンプのスロート振動を防いでウェッジの摩耗を低減するとともに、漏洩流量を確保して間隙３１への異物の堆積を防ぐという目的も維持できる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、沸騰水型原子炉に適用可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１  ジェットポンプ
２  炉心シュラウド
３  原子炉圧力容器
４  ダウンカマ
５  炉心
６  気水分離器
７  蒸気乾燥器
８  主蒸気配管
９  給水配管
１１  再循環系配管
１２  再循環ポンプ
１３  ライザ管
１４  エルボ
１５  ノズル
１６  ベルマウス
１７  スロート
１８  ディフューザ
１９  分岐管
２０  支持板
２２  下部プレナム
２５  垂直方向固定具
２６  水平方向固定具
２７ａ，２７ｂ  ボルト
２８  ウェッジ
３１，３１ａ，３１ｂ  間隙
３２  スロート内部流路
４１  縦溝
４２  横溝
【図１】
2011196887.tif 000003
【図２】
2011196887.tif 000004
【図３】
2011196887.tif 000005
【図４】
2011196887.tif 000006
【図５】
2011196887.tif 000007
【図６】
2011196887.tif 000008
【図７】
2011196887.tif 000009
【図８】
2011196887.tif 000010
【図９（ａ）】
2011196887.tif 000011
【図９（ｂ）】
2011196887.tif 000012