(57)【要約】      （修正有）【課題】圧力容器内部のジェットポンプ構体又は他の類似の物体が受ける流体励起振動（ＦＩＶ）のレベルを低下するシステム。【解決手段】滑り継手１６０の出口に流れ制限要素を追加することにより、ＦＩＶの原因であると思われる滑り継手漏れを減少する。この要素は、ジェットポンプ構体８５の１つの構成要素に接続可能である鍔部、流路及び／又は他の構成要素の形態をとってもよい。取り付け後、本発明の一実施形態は、ジェットポンプ構体８５が受けるＦＩＶの振幅を減少し且つ／又は振動数を変化してもよい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送する流体の中に一部が浸漬されている導管系が受ける流体励起振動（ＦＩＶ）を軽減するように構成されたシステムにおいて、
ａ）入口ミキサ（９５）及びディフューザ（１１５）を一体に結合する圧力容器の滑り継手（１６０）と；
ｂ）前記滑り継手（１６０）から流出する流体の流れを制限し且つ前記滑り継手（１６０）に隣接して配置され、前記滑り継手（１６０）と関連する漏れを減少するように構成された鍔部（２２５）とを具備するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に種々の産業において流体を移動するために使用される配管に関し、特に、原子炉及び水力発電システムなどの熱発生システムにおける冷却流体の搬送及び／又は循環と関連する流体励起振動（ＦＩＶ）を軽減するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
多様な流体を搬送するために一般に使用されている構造導管はパイプ、管及びシリンダであるが、構造導管はそれらに限定されない。通常、導管は、その導管が搬送している流体と同一の流体の中に浸漬される。限定的な例ではないが、例えばジェットポンプ構体の管状構成要素は原子炉圧力容器（ＲＰＶ）の中に収納され、ジェットポンプが搬送する流体の中にある。この場合、ジェットポンプ構体は原子炉の炉心へ冷却水を搬送し、ジェットポンプ構体はそれと同一の冷却水の中に浸漬されている。
【０００３】
そのような浸漬系を具備する導管は、通常、抑制装置により周囲の構造（例えばＲＰＶ）の内部で支持される。周囲の構造は導管の材料とは異なる材料から形成されてもよい。限定的な例ではないが、例えばＲＰＶは炭素鋼から形成されてもよく、ジェットポンプ構体はステンレス鋼から形成されてもよい。そのように材料が異なる場合、熱膨張係数にも相違が生じがちである。ＲＰＶの動作と関連する熱膨張の量の差に対応するために、導管内部の熱応力を最小限に抑えるように導管に沿って滑り継手が取り付けられる。
【０００４】
実験によれば、滑り継手の境界面に沿って十分な圧力勾配が存在する場合、結合する管状構成要素は不都合なＦＩＶを引き起こすことがわかっている。その結果、おそらくは導管材料又は支持／抑制装置の過剰な摩耗及び／又は疲労が原因となって故障が起こる。そのような故障はＲＰＶで使用されるジェットポンプ構体に起こる場合もある。
【０００５】
通常、滑り継手は、ジェットポンプ構体の構成要素の相対的な軸方向熱膨張運動を調整する動作隙間を有する。この隙間があるため、ジェットポンプ構体の内部の駆動圧力によって漏れ流れが発生する。しかし、過剰な漏れ流れは滑り継手に振動運動を起こし、これもジェットポンプ構体が受けるＦＩＶの原因の１つとなりうる。
【０００６】
このＦＩＶを軽減する周知のいくつかのシステム及び方法は、長期間にわたり有効に振動を減少するという点では不十分だろう。更に、周知のシステム及び方法は滑り継手に横方向の力を加える。この横方向の力は滑り継手の軸方向運動を妨げ、滑り継手の適正な熱膨張の実現を阻止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／００３１７４１号明細書
【特許文献２】米国発行特許第６４３８１９２号明細書
【特許文献３】米国発行特許第６４５０７７４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上の状況に鑑み、導管が搬送する流体の中に浸漬された導管が受けるＦＩＶを減少するシステムが望まれる。システムは、ＦＩＶを防止し且つ／又は軽減するための簡単な方法を提供すべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態によれば、搬送される流体の中に一部浸漬されている導管系が受ける流体励起振動（ＦＩＶ）を軽減するように構成されたシステムは、入口ミキサ（９５）とディフューザ（１１５）とを一体に結合する圧力容器の滑り継手（１６０）と；滑り継手（１６０）から流出する流体の流れを制限し且つ滑り継手（１６０）に隣接して配置され、滑り継手（１６０）と関連する漏れを減少するように構成された鍔部（２２５）とを具備する。
【００１０】
本発明の別の実施形態によれば、発電装置の内部のパイプが受ける振動のレベルを減衰するように構成されたジェットポンプシステムは、
ａ．圧力容器（ＲＰＶ）と；
ｂ．入口ミキサと；
ｃ．滑り継手を介して入口ミキサと一体に結合されたディフューザと；滑り継手と関連する漏れを減少するように構成された鍔部とを具備し、流路は滑り継手から流出する流体の流れを制限し且つ滑り継手に隣接して配置される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は本発明の一実施形態が内部で動作する沸騰水型軽水炉の一部を横断面図で示した概略図である。
【図２】図２は図１の沸騰水型軽水炉のジェットポンプ構体を破断して示した概略図である。
【図３】図３は図２の滑り継手の内部の入口ミキサ及びディフューザの相対位置を拡大横断面図で示した概略図である。
【図４Ａ】合わせて図４を構成する図４Ａ及び図４Ｂは本発明の一実施形態に従ってディフューザ鍔部の一実施形態と一体に結合された入口ミキサを示した概略図である。
【図４Ｂ】合わせて図４を構成する図４Ａ及び図４Ｂは本発明の一実施形態に従ってディフューザ鍔部の一実施形態と一体に結合された入口ミキサを示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書において、便宜上ある特定の用語が使用されるが、それらの用語は本発明を限定すると解釈されてはならない。例えば、「上部」、「下部」、「左」、「正面」、「右」、「水平」、「垂直」、「上流側」、「下流側」、「前」及び「後」などの用語は単に図示される構成を説明するにすぎない。実際、構成要素は任意の方向に向いていてもよく、特に指示のない限り、それらの用語はそのような向きの変更をも包含するものとして理解されるべきである。
【００１３】
本明細書において、単数形で示される要素又はステップは、特に明示して指示のない限り複数の要素又はステップを除外しないものと理解されるべきである。更に、本発明の「一実施形態」という場合、そこに挙げられている特徴を含む別の実施形態を除外することは意図されない。
【００１４】
本発明は、原子炉圧力容器ＲＰＶ１０の内部のジェットポンプ構体又は他の類似の物体が受ける流体励起振動（ＦＩＶ）のレベルを低下するシステムの形態をとる。本質的には、本発明の一実施形態は、滑り継手の出口に流れ制限構成要素を追加することにより、ＦＩＶの原因の１つであると考えられる滑り継手漏れを減少してもよい。この構成要素は、ジェットポンプ構体の１つの構成要素に接続可能な鍔部、流路及び／又は他の構成要素の形であってもよい。取り付け後、本発明の一実施形態は、ジェットポンプ構体が受けるＦＩＶの振幅を減少し且つ／又はＦＩＶの振動数を変化させてもよい。
【００１５】
以下の説明は、ＲＰＶのジェットポンプ構体と一体に結合された本発明の一実施形態に重点をおく。本発明の他の実施形態は、ＦＩＶの減衰及び／又は振動数変化を必要とする他のシステムと一体に形成されてもよい。
【００１６】
次に図面を参照して説明する。いくつかの図を通して種々の図中符号は同様の部分を示す。原子炉の一例である従来の沸騰水型軽水炉（ＢＷＲ）が図１に示されるが、原子炉はこれに限定されない。図１は、本発明の一実施形態が内部で動作する沸騰水型軽水炉を一部横断面図で示した概略図である。典型的なＢＷＲはＲＰＶ１０と、ＲＰＶ１０の内部に配設され且つ炉心支持板２２を取り囲む炉心シュラウド３０と、核燃料炉心３５とを含む。一般にＲＰＶ１０は円筒形であり、一端がボトムヘッドにより密閉され、反対側の端部は取り外し自在のトップヘッドにより閉鎖される。炉心シュラウド３０は、核燃料炉心３５を取り囲む円筒であり、炉心３５は炉心シュラウド３０の内部に配設された複数の燃料束集合体４０を含む。炉心支持板５０から上方に離間してトップガイド４５が配置されてもよく、トップガイド４５は各燃料束集合体４０を支持する。
【００１７】
炉心シュラウド３０とＲＰＶ１０との間の環状領域はダウンカマーアニュラス２５であると考えられる。冷却水はダウンカマーアニュラス２５を通って流れ、炉心下部プレナム５５に流入する。給水は給水入口１５を介してＲＰＶ１０に入り、炉心スプレー管１０５に隣接する給水スパージャ２０によりＲＰＶ１０の内部に周囲方向に沿って散水される。その後、炉心下部プレナム５５の水は核燃料炉心３５を通って上方へ流れる。特に、水は燃料束集合体４０に流入し、そこで沸騰境界層を形成する。水と蒸気の混合物は核燃料炉心３５から流出し、シュラウドヘッド６５の下方の炉心上部プレナム６０に入る。蒸気と水の混合物はシュラウドヘッド６５の最上部にある直立管７０を通って更に流れ、蒸気から水を分離する汽水分離器７５に入る。分離された水はダウンカマーアニュラス２５へ再循環され、蒸気はノズル１１０を介してＲＰＶ１０を出た後、発電及び／又は別の処理に使用される。
【００１８】
図１に示されるように、従来のジェットポンプ構体８５は１対の入口ミキサ９５を具備する。各入口ミキサ９５に溶接されたエルボは、再循環ポンプ（図示せず）から入口上昇管１００を介して加圧駆動水を受け取る。いくつかの入口ミキサ９５は、入口ミキサ９５の軸に関して等しい角度で周囲に配置された５つ１組のノズルを具備する。この場合、各ノズルはノズル出口に向かって半径方向内側へ徐々に細くなる形状を有する。この先細ノズルはジェットポンプ構体８５から出る水に勢いを与える。ノズル出口の半径方向外側に二次入口開口（図示せず）が配置される。従って、ノズルから水のジェットが発射されるにつれて、ダウンカマーアニュラス２５から二次入口開口を介して入口ミキサ９５の中へ水が引き込まれ、そこで再循環ポンプからの水との混合が起こる。
【００１９】
ＲＰＶ１０は冷却水再循環系を更に含む。冷却水再循環系は、必要とされる出力密度を達成するために必要な核燃料炉心３５を通過する強制対流を形成する。水の一部はダウンカマーアニュラス２５の下端から再循環水出口８０を介して引き込まれ、再循環ポンプにより再循環水入口９０を介して強制的に複数のジェットポンプ構体８５の中へ送り込まれる。通常、ジェットポンプ構体８５は炉心シュラウド３０の周囲に沿って配置され、必要とされる炉心流れを形成する。典型的なＲＰＶ１０は１０〜２４の入口ミキサ９５を有する。
【００２０】
図２は、図１のＲＰＶ１０のジェットポンプ構体８５を破断して示した概略図である。通常、各ジェットポンプ構体８５は中間部材１２０と、中間部材１２０から上昇管エルボ１３５まで下方へ延出する上昇管１３０とを少なくとも含む。上昇管エルボ１３５は、ＲＰＶ１０の壁に沿って上昇管１３０を再循環入口９０に接続する。中間構体１５５は入口上昇管１００を入口ミキサ９５と接続する。
【００２１】
中間部材１２０からポンプデッキ１２５の穴の上に取り付けられた１対のディフューザ１１５まで１対の入口ミキサ９５が下方へ延出する。ポンプデッキ１２５は炉心シュラウド３０の底部をＲＰＶ１０と接続する。上昇管１３０は通常管状であり、ダウンカマーアニュラス２５の内部において炉心シュラウド３０の壁に対して平行な関係で垂直方向に向いている。上昇管エルボ１３５は通常管状であり、再循環入口９０に向かって外側へ湾曲する。中間部材１２０は、上昇管１３０の両側で入口ミキサ９５と接続するために上昇管１３０の最上部で左右両方向に延出する。入口ミキサ９５は、ダウンカマーアニュラス２５の内部において上昇管１３０に対して平行な関係で垂直方向に向いている。入口ミキサ９５と上昇管１３０との間に配置された抑制ブラケット１４０は、入口ミキサ９５を側方から支持する。上昇管ブレース１４５はダウンカマーアニュラス２５の領域で入口上昇管１００を支持し且つ安定させてもよい。更に、上昇管ブレース１４５は入口上昇管１００をＲＰＶ１０の装着壁１４９と一体に結合してもよい。
【００２２】
ディフューザ１１５は滑り継手１６０により入口ミキサ９５に結合されてもよい。この構成はジェットポンプ構体８５の分解及び修理を容易にする。先に説明したように、滑り継手１６０は、ジェットポンプ構体８５の上部と下部との間の相対的な軸方向熱膨張を調整する動作隙間１７５を有してもよく、ジェットポンプ構体８５内部の駆動圧力によって、この隙間１７５を通って流体が漏れ出すことがある。
【００２３】
図３は、図２の滑り継手１６０の内部における入口ミキサ９５とディフューザ１１５との相対的な位置関係を拡大横断面図で示した概略図である。図３は、入口ミキサ９５が一般に円筒形であってもよく且つ外壁面１６５を有することを示す。入口ミキサ９５の開いた端部１８５は、円筒形の形状を有してもよいディフューザ１１５の開いた端部１９０に受け入れられる。ディユーザ１１５は、入口ミキサ９５の外壁面１６５に隣接して配置された内壁面１７０を有してもよい。入口ミキサ９５の外壁面１６５とディフューザ１１５の内壁面１７０との間の境界面１８０には動作隙間１７５が通常存在する。入口ミキサ９５を介してディフューザ１１５の中へ矢印１９５の方向に流体が注入された場合、矢印２００により示されるように、滑り継手１６０の隙間１７５を通して一部の流体の漏れが起こる。
【００２４】
滑り継手１６０の境界面１８０の漏れ流れは、係合する２つの部品、すなわち入口ミキサ９５とディフューザ１１５との相対的な横方向運動によって不安定で不均一な流れになる。この漏れ流れがジェットポンプ構体８５においてＦＩＶを励起する原因であると考えられる。ジェットポンプの構造によっては、滑り継手の不安定な漏れ流れ流量を含むいくつかの異常な動作条件の下で望ましくないレベルのＦＩＶが発生する可能性もある。
【００２５】
合わせて図４を構成する図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の一実施形態に従ってディフューザ鍔部２２５の一実施形態と一体に結合された入口ミキサ９５を示した概略図である。漏れ流れ特性を不安定な流れから滑り継手１６０を通過する安定した軸流に変化させることにより、滑り継手１６０の振動運動を防止し、ＦＩＶを軽減してもよい。方向矢印２００により示されるように滑り継手１６０の出口側に流れ制限構成要素を追加することによって、漏れ流れ特性が変化されてもよい。
【００２６】
本発明の一実施形態の目的は、ＦＩＶを軽減するための単純ではあるが有効な構成要素を提供することである。本発明の一実施形態は、滑り継手１６０の出口側に流れ制限構成要素を追加する。この流れ制限構成要素は滑り継手１６０を介して起こる圧力降下を増加するように作用してもよい。流れ制限構成要素はディフューザ鍔部２２５の形態をとってもよい。ディフューザ鍔部２２５は、ディフューザ１１５の一部に接続された流路であると考えられてもよい。
【００２７】
ディフューザ鍔部２２５の一実施形態は、滑り継手１６０と関連する漏れを減少してもよい。先に述べた通り、この漏れを減少すれば、入口ミキサ９５が受けるＦＩＶを軽減できるだろう。ディフューザ鍔部２２５の一実施形態は、滑り継手１６０から流出する流体の流れを制限することによりこの目的を達成してもよい。
【００２８】
ディフューザ鍔部２２５の一実施形態は、滑り継手１６０に隣接して配置されてもよい。例えばディフューザ鍔部２２５は滑り継手１６０の下流側に配置されてもよいが、配置場所はこれに限定されない。この場合、ディフューザ鍔部２２５の一部はディフューザ１１５の外面を越えて延出してもよい。
【００２９】
ディフューザ鍔部２２５の一実施形態はＵ字形又はパラボラ形であってもよい。しかし、本発明の他の実施形態は他の形状を有するディフューザ鍔部２２５を含んでもよい。
【００３０】
ディフューザ鍔部２２５の一実施形態はディフューザ１１５に装着されてもよい。ディフューザ鍔部２２５をディフューザ１１５に固定するために、溶接などの装着方法が使用されてもよいが、方法は溶接に限定されない。本発明の他の実施形態は、ディフューザ鍔部２２５を入口ミキサ９５の他の構成要素又はジェットポンプ構体８５に装着してもよい。
【００３１】
ディフューザ鍔部２２５の一実施形態は少なくとも１つの溝穴２３０を具備してもよい。溝穴２３０を通して、ディフューザ１１５の案内棒（図示せず）の一部はディフューザ鍔部２２５を貫通してもよい。図４Ｂに示されるように、ディフューザ鍔部２２５の一実施形態は複数の溝穴２３０を具備してもよい。
【００３２】
本発明の一実施形態の構成要素は、ディフューザ鍔部２２５がさらされる動作環境に耐えられる任意の材料から形成されてもよい。
【００３３】
使用中、ディフューザ鍔部２２５は、ディフューザ１１５の下流側部分の一部又はほぼすべてを取り囲むように固着されてもよい。ＲＰＶ１０の動作中、ディフューザ鍔部２２５は滑り継手１６０から流出する流体の下流側へ向かう流れを制限してもよい。これにより、滑り継手１６０を通して起こる圧力降下が増加し、その結果、入口ミキサ９５が受けるＦＩＶも減少される。例えば、本発明の一実施形態は、以前の圧力降下の約２倍〜約４倍の範囲の圧力を増加してもよいが、増加の範囲はこれに限定されない。
【００３４】
本発明のごくわずかな例示的な実施形態に関して本発明を示し且つ相当に詳細に説明したが、特に以上の教示を参照すれば、本発明の新規な教示及び利点から実質的に逸脱せずに、開示された実施形態に対して種々の変形、省略及び追加を実施できるので、本発明を上記の実施形態に限定することが意図されないことは当業者には理解されるはずである。従って、添付の特許請求の範囲により定義される本発明の精神及び範囲の中に含まれると考えられるすべてのそのような変形、省略、追加及び同等の構成は本発明に含まれることが意図される。例えば、本発明の一実施形態は、ａ）異なる振動モードを導入するため、ｂ）パイプ、ケーブル、ワイヤ又は他の類似する物体を別個の構造又は他の物体から一定の距離だけ離間した場所に固着するため、又はｃ）上述の物体のうち少なくとも１つに圧縮荷重を加えるために使用されてもよいが、用途はそれに限定されない。
【符号の説明】
【００３５】
１０    原子炉圧力容器（ＲＰＶ）
１５    給水入口
２０    給水スパージャ
２５    ダウンカマーアニュラス
３０    炉心シュラウド
３５    核燃料炉心
４０    燃料束集合体
４５    トップガイド
５０    炉心支持板
５５    炉心下部プレナム
６０    炉心上部プレナム
６５    シュラウドヘッド
７０    直立管
７５    汽水分離器
８０    再循環水出口
８５    ジェットポンプ構体
９０    再循環水入口
９５    入口ミキサ
１００    入口上昇管
１０５    炉心スプレー管
１１０    ノズル
１１５    ディフューザ
１２０    中間部材
１２５    ポンプデッキ
１３０    上昇管
１３５    上昇管エルボ
１４０    抑制ブラケット
１４５    上昇管ブレース
１５５    中間構体
１６０    滑り継手
１６５    外壁面
１７０    内壁面
１７５    隙間
１８０    境界面
１８５    開放端部
１９０    開放端部
２２５    ディフューザ鍔部
２３０    溝穴
【図１】
2011012679.tif 000003
【図２】
2011012679.tif 000004
【図３】
2011012679.tif 000005
【図４Ａ】
2011012679.tif 000006
【図４Ｂ】
2011012679.tif 000007