(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
沸騰水型原子炉で発生した主蒸気を蒸気タービンへ送るための主蒸気配管において、
主蒸気配管内の圧力脈動を抑制するために主蒸気の流量に応じて管路長さを変えることができる管路長変更機構を有し、
前記管路長変更機構は、互いに入口と出口を共通として互いに長さの異なる複数の分岐管路と、これらの分岐管路に配置された弁と、を有すること、を特徴とする主蒸気配管。
【請求項２】
前記管路長変更機構は、
複数の分岐部を有する第１の直線管部と、
複数の分岐部を有する第２の直線管部と、
前記第１の直線管部および第２の直線管部それぞれの分岐部同士を接続する複数の分岐管と、
前記第１の直線管部および第２の直線管部の少なくとも一方の内部に挿入されて管路に沿って摺動可能で、その摺動によって前記第１または第２の直線管部の分岐部を開閉可能な弁体と、
を有すること、を特徴とする請求項１に記載の主蒸気配管。
【請求項３】
前記弁体には雄ネジが形成され、前記弁体が挿入される前記第１または第２の直線管部には前記雄ネジと螺合する雌ネジが形成されていて、前記弁体の回転によって弁体が前記第１または第２の直線管部の管路方向に移動するように構成されていること、を特徴とする請求項２に記載の主蒸気配管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、圧力脈動を抑制した沸騰水型原子力発電プラントの主蒸気配管に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子発電プラントにおいて、熱出力を増加して蒸気流量が増加すると、主蒸気配管、または、主蒸気配管と炉内構造物とを含めた主蒸気系で圧力の脈動が起こる恐れがある。この場合、この圧力脈動によって蒸気乾燥器などの炉内構造物を破損する恐れもある。一般に、圧力変動を抑制する手段としては、圧力を外に逃がすことや、ヘルムホルツ共鳴器を設置して脈動を吸収して抑制する方法などが知られている。
【０００３】
このような圧力変動抑制手段としては、たとえば、一定の圧力以上に上昇した場合に蒸気を水プールに排出する手段と、排出時に水面振動を抑制するために水中への排出管に緩衝用の穴を多数設けることや、他分野の例では脈動発生源の圧力容器にヘルムホルツ共鳴器を隣接して設置する方法（たとえば特許文献１参照）などが行なわれる。
【特許文献１】特開平７−１３９７３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来技術の排気による抑制は、緊急時に行なわれる手段として提供されており、排気を定常的に行なうと原子炉を定常的に運転することができなくなる。また、ヘルムホルツ共鳴器の設置においては、脈動発生源の音響固有振動数を予め推定し、これに合わせてヘルムホルツ共鳴器を設計する必要があるため、複雑形状での固有振動数の推定の精度向上が課題であった。また、運転条件が変化すると設置するヘルムホルツ共鳴器の固有振動数を調整しなおす必要もあり、想定される多種類の固有振動数を予め推定することも課題であった。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、沸騰水型原子炉の出力の変化に応じて増減する主蒸気流量に応じて発生しうる主蒸気配管系圧力脈動の定在波の発生を防止または抑制することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、この発明では、沸騰水型原子炉で発生した主蒸気を蒸気タービンへ送るための主蒸気配管において、主蒸気配管内の圧力脈動を抑制するために主蒸気の流量に応じて管路長さを変えることができる管路長変更機構を有し、前記管路長変更機構は、互いに入口と出口を共通として互いに長さの異なる複数の分岐管路と、これらの分岐管路に配置された弁と、を有すること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、原子炉出力の変化に応じて増減する主蒸気流量に応じて発生しうる主蒸気配管系圧力脈動の定在波の発生を防止または抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、図面を参照しながら、本発明に係る沸騰水型原子力発電プラントの主蒸気配管の種々の実施形態を説明する。ここで、相互に同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１２】
［第１の実施形態］
図１および図２は、本発明に係る主蒸気配管の第１の実施形態の管路長変更機構付近を示す模式的縦断面図であって、図１は管路長を短くした状態を示す図であり、図２は管路長を長くした状態を示す図である。主蒸気配管１は、図示しない原子炉と蒸気タービンとを連絡し、原子炉で発生した主蒸気を蒸気タービンに送る機能を有する。図に示すように、主蒸気配管１の途中に、管路長さを変えることができる管路長変更機構２０が設けられている。すなわち、主蒸気配管１の途中に、先端が開放された第１の直線管部２１を含む第１の固定管部２２が設けられ、第１の固定管部２２とは切り離されて、先端が開放された第２の直線管部２３を含む第２の固定管部２４が設けられている。
【００１３】
第１の固定管部２２の第１の直線管部２１と第２の固定管部２４の第２の直線管部２３を接続するように、Ｕ字形状の可動管部２が配置されている。可動管部２は、第１の平行管部２６と、第１の平行管部２６に平行な第２の平行管部２７と、第１の平行管部２６と第２の平行管部２７とを接続して管路の向きを１８０度変える曲管部２８とを有する。可動管部２の第１の平行管部２６は第１の固定管部２２の第１の直線管部２１を被うように配置されて第１の直線管部２１の管路方向に摺動可能であり、可動管部２の第２の平行管部２７は第２の固定管部２４の第２の直線管部２３を被うように配置されて第２の直線管部２３の管路方向に摺動可能である。
【００１４】
可動管部２を、第１の直線管部２１および第２の直線管部２３の管路方向に摺動させるために、駆動装置５が設けられている。第１の直線管部２１と第１の平行管部２６との摺動部、および、第２の直線管部２３と第２の平行管部２７との摺動部には、主蒸気の漏洩を防止・抑制するためのシール機構３が設けられている。
【００１５】
主蒸気配管１内の圧力変動を検出できるように、主蒸気配管１の固定部には圧力センサ６が取り付けられている。また、主蒸気配管の振動を検出できるように、主蒸気配管１の固定部の外表面に歪ゲージ７が取り付けられている。圧力センサ６および歪ゲージ７の出力は、計測データ処理装置８に入力され、処理されて、その出力が制御装置９に入力される。
【００１６】
制御装置９は、圧力センサ６および歪ゲージ７の両方または一方の出力に基づいて、主蒸気配管１の振動が発生した場合に、共振を避けるべく、駆動装置５を駆動して主蒸気配管１の管路長さを調整する。
【００１７】
圧力センサ６の取り付け位置の決定にあたっては、主蒸気配管系の音響解析をあらかじめ行ない、主蒸気配管系の圧力振動の共振が生じる場合に圧力振動の振幅が大きくなる腹の位置付近を選択するのが好ましい。
【００１８】
本実施形態によれば、原子炉出力を変化させて主蒸気流量が変化した場合に、これに伴って主蒸気管路の長さを変化させることにより、主蒸気配管系の共振を回避することができる。また、圧力振動や主蒸気配管の振動が生じた場合でも、これを検出して主蒸気管路の長さを変化させることにより、共振を抑制することができる。
【００１９】
以上説明した第１の実施形態の変形例として、可動管部２の平行管部２６、２７が固定管部２２の直線管部２１、２３の外側になるように配置される代わりに、可動管部２の平行管部２６、２７が固定管部２２の直線管部２１、２３の内側になるような構造にすることもできる。
【００２０】
［第２の実施形態］
図３および図４は、本発明に係る主蒸気配管の第２の実施形態の管路長変更機構付近を示す模式的縦断面図であって、図３は管路長を長くした状態を示す図であり、図４は管路長を短くした状態を示す図である。
【００２１】
この実施形態では、主蒸気配管１の途中に、管路長さの異なる複数の分岐管路を配置して、弁の切り替えによって分岐管路を選択し、これによって実質的に主蒸気配管１の長さを変えるものである。より具体的には、管路長変更機構３０の一部として、Ｕ字形管部１０が配置されている。そして、Ｕ字形管部１０の途中に分岐部があって、複数（図３、図４の例では二つ）の短絡管路（バイパス管路）１２ａ、１２ｂでＵ字形管部１０の一部を短絡できるようになっている。短絡管路１２ａ、１２ｂにはそれぞれ、短絡弁１１ａ、１１ｂが配置されている。
【００２２】
制御装置９は、圧力センサ６および歪ゲージ７の両方または一方の出力に基づいて、主蒸気配管１の振動が発生した場合に、共振を避けるべく、短絡弁１１ａ、１１ｂを開閉して主蒸気配管１の管路長さを調整する。
【００２３】
図３の状態では、短絡弁１１ａ、１１ｂがともに閉じており、主蒸気配管１を流れる主蒸気は、すべてＵ字形管部１０の最も長い流路を通る。図４の状態では、短絡弁１１ａが開き、短絡弁１１ｂが閉じているので、主蒸気配管１を流れる主蒸気は、Ｕ字形管部１０の最も長い流路と短絡管路１２ａの両方を流れる。これにより、実質的な主蒸気配管１の長さを変えることができる。
【００２４】
この実施形態によれば、原子炉出力および主蒸気流量の変化に伴い、主蒸気管路の長さを変化させることができ、これにより主蒸気配管と炉内構造物との共振を回避することができる。
【００２５】
［第３の実施形態］
図５および図６は、本発明に係る主蒸気配管の第３の実施形態の管路長変更機構付近を示す模式的縦断面図であって、図５は管路長を短くした状態を示す図であり、図６は管路長を長くした状態を示す図である。
【００２６】
この実施形態では、主蒸気配管１の途中に、管路長さを変えることができる管路長変更機構３５が配置されている。管路長変更機構３５の一部として、互いに平行な第１の直線管部３６と第２の直線管部３７が配置されている。第１の直線管部３６と第２の直線管部３７にはそれぞれ複数箇所（図５および図６では３箇所）の分岐部があり、第１の直線管部３６と第２の直線管部３７の分岐部同士を互いに接続する分岐管３８ａ、３８ｂ、３８ｃが配置されている。
【００２７】
第１の直線管部３６と第２の直線管部３７にはそれぞれに雌ネジ１３ａ、１３ｂが形成され、それぞれに、雄ネジが形成された第１の弁体３９および第２の弁体４０が、第１の直線管部３６および第２の直線管部３７の雌ネジに螺合して挿入される。第１の弁体３９および第２の弁体４０にはそれぞれ、第１の駆動装置４１および第２の駆動装置４２に接合され、第１の駆動装置４１および第２の駆動装置４２の回転によって第１の弁体３９および第２の弁体４０が回転しながら、第１の直線管部３６および第２の直線管部３７の内部で管路方向に駆動される。これにより、第１の弁体３９および第２の弁体４０が、第１の直線管部３６および第２の直線管部３７を部分的に閉鎖したり開放したりする。
【００２８】
たとえば図５に示す状態では、第１の弁体３９および第２の弁体４０が第１の直線管部３６および第２の直線管部３７の奥まで挿入され、その結果、分岐管３８ｂ、３８ｃは閉じており、主蒸気配管１の流路は、分岐管３８ａを通るもののみとなる。したがってこのときの主蒸気配管１は管路長が短い。図６に示す状態では、図５の状態に比べて、第１の弁体３９および第２の弁体４０が第１の直線管部３６および第２の直線管部３７から引き抜かれた状態であり、このときは、主蒸気配管１の流路は、分岐管３８ａ、３８ｂ、３８ｃのいずれを通るものも含まれる。これにより、実質的な主蒸気配管１の長さを変えることができる。
【００２９】
この実施形態によれば、原子炉出力および主蒸気流量の変化に伴い、主蒸気管路の長さを変化させることができ、これにより主蒸気配管と炉内構造物との共振を回避することができる。
【００３０】
図５、図６に示した例では、分岐管３８ａ、３８ｂ、３８ｃの個数を３個としたが、この個数は２個以上任意に選択することができる。
【００３１】
また、第３の実施形態の変形例として、弁体３９、４０を回転駆動しながらネジによって直線的に移動させる代わりに、ピストン状（柱状）の弁体を直線管部３６、３７内で直接、直線的に駆動することも可能である。
【００３２】
［第４の実施形態］
図７および図８は、本発明に係る主蒸気配管の第４の実施形態の分岐管路付近を示す模式的縦断面図であって、図７は管路長を短くした状態を示す図であり、図８は分岐管路長を長くした状態を示す図である。
【００３３】
主蒸気配管１は、原子炉から蒸気タービンへ向かう主配管５０と、主配管５０から分岐して先端が閉じた分岐管５１とを有する。分岐管５１の途中には、たとえば圧力計などの計測器や、通常時には閉じている逃し弁など（図示せず）が取り付けられている。
【００３４】
このような分岐管５１が共振源になる可能性がある。そこで本実施形態では、共振を回避するべく、分岐管５１の長さを調整できるようにする。すなわち、分岐管５１は、主配管５０に固定されて先端が開放している固定分岐管部５２と、固定分岐管部５２に対して摺動しながら固定分岐管部５２の外側を被うように配置された可動閉止管部５３とからなる。可動閉止管部５３には駆動装置５が取り付けられて、可動閉止管部５３が駆動される。固定分岐管部５２と可動閉止管部５３との摺動部にはシール機構３が設けられ、主蒸気配管１内の主蒸気が漏れるのが防止または抑制される。
【００３５】
主蒸気配管１内の圧力変動を検出できるように、主配管５０に圧力センサ６が取り付けられている。また、主蒸気配管１の振動を検出できるように、主配管５０の外表面に歪ゲージ７が取り付けられている。圧力センサ６および歪ゲージ７の出力は、計測データ処理装置８に入力され、処理されて、その出力が制御装置９に入力される。
【００３６】
制御装置９は、圧力センサ６および歪ゲージ７の両方または一方の出力に基づいて、主蒸気配管１の振動が発生した場合に、共振を避けるべく、駆動装置５を駆動して分岐管５１の管路長さを調整する。
【００３７】
圧力センサ６の取り付け位置の決定にあたっては、主蒸気配管系の音響解析をあらかじめ行ない、主蒸気配管系の圧力振動の共振が生じる場合に圧力振動の振幅が大きくなる腹の位置付近を選択するのが好ましい。
【００３８】
本実施形態によれば、原子炉出力を変化させて主蒸気流量が変化した場合に、これに伴って分岐管路５１の長さを変化させることにより、主蒸気配管系の共振を回避することができる。また、圧力振動や主蒸気配管の振動が生じた場合でも、これを検出して分岐管路５１の長さを変化させることにより、共振を抑制することができる。
【００３９】
以上説明した第４の実施形態の変形例として、固定分岐管部５２の内側で可動閉止管部５３を摺動させることも可能である。この場合は、可動閉止管部５３を中実として、固定分岐管部５２内を摺動するピストンのように構成してもよい。
【００４０】
［第５の実施形態］
図９および図１０は、本発明に係る主蒸気配管の第５の実施形態の分岐管路付近を示す模式的縦断面図であって、図９は分岐管路長を短くした状態を示す図であり、図１０は分岐管路長を長くした状態を示す図である。
【００４１】
この実施形態は、第４の実施形態（図７および図８）における管路長を変えられる分岐管５１の代わりに、第３の実施形態（図５および図６）におけるネジによる管路長変更機構の方式を適用したものである。すなわち、主配管５０から、先端が閉じた分岐管５５が分岐している。分岐管５５の内側には雌ネジ５６が形成され、雌ネジ５６と螺合する雄ネジを有する弁体５７が分岐管５５内に挿入されている。弁体５７には駆動装置５が接合され、駆動装置５によって弁体５７が回転駆動され、これにより、弁体５７が分岐管５５内で管路方向に移動する。これにより、分岐管５５の管路長さを変化させることができる。
【００４２】
この実施形態によれば、原子炉出力および主蒸気流量の変化に伴い、分岐管５５の長さを変化させることができ、これにより主蒸気配管と炉内構造物との共振を回避することができる。
【００４３】
以上説明した第５の実施形態の変形例として、弁体５７を回転駆動しながらネジによって直線的に移動させる代わりに、ピストン状（柱状）の弁体を固定分岐管５５内で直接、直線的に駆動することも可能である。
【００４４】
さらに他の変形例として、固定分岐管の端部を開放とし、固定分岐管の外側に雄ネジを形成し、この雄ネジと螺合する雌ネジを有する可動閉止管部を固定分岐管の外側に配置して可動閉止管部を回転させて軸方向に移動させることも可能である。この場合は、第４の実施形態（図７、図８）の可動閉止管部５３の移動をネジ方式に変更したものであるということもできる。
【００４５】
［第６の実施形態］
図１１および図１２は、本発明に係る主蒸気配管の第６の実施形態の分岐管路付近を示す模式的縦断面図であって、図１１は分岐管路長を短くした状態を示す図であり、図１２は分岐管路長を長くした状態を示す図である。
【００４６】
この実施形態は、第４の実施形態（図７および図８）または第５の実施形態（図９および図１０）における分岐管路長変更の方式を変更したものである。
【００４７】
この実施形態では、主配管５０から、先端が閉じた分岐管６０が分岐している。分岐管６０の途中には２個の弁６１、６２が直列に配置されている。図１では、主配管５０に近い側の弁６１が閉じているので、このときの分岐管６０の有効長さは最も短い。これに対して図２では弁６１、６２がともに開いているので、このときの分岐管６０の有効長さは最も長い。図示は省略するが、弁６１が開いて弁６２が閉じているときは分岐管６０の有効長さが図１１のときと図１２のときの中間になる。このようにして、分岐管５５の有効な管路長さを変化させることができる。
【００４８】
この実施形態によれば、原子炉出力および主蒸気流量の変化に伴い、分岐管６０の長さを変化させることができ、これにより主蒸気配管と炉内構造物との共振を回避することができる。
【００４９】
なお、この実施形態で、分岐管６０に設ける弁の個数は、設計により、１個以上いくつでも可能である。
【００５０】
［他の実施形態］
以上、種々の実施形態について説明したが、これらは単なる例示であって、この発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００５１】
たとえば、上記説明では圧力センサ６または歪ゲージ７の出力によって振動を検出した後に主蒸気配管または分岐管の管路長さを変更することにしているが、変形例として、原子炉出力や主蒸気流量などに基づいて、共振を未然に防ぐべく管路長さを変更するようにしてもよい。
【００５２】
さらに、上記各実施形態またはそれらの変形例の各特徴部分を複数組み合わせて実施することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係る主蒸気配管の第１の実施形態の管路長変更機構付近を示す模式的縦断面図であって、管路長を短くした状態を示す図。
【図２】本発明に係る主蒸気配管の第１の実施形態の管路長変更機構付近を示す模式的縦断面図であって、管路長を長くした状態を示す図。
【図３】本発明に係る主蒸気配管の第２の実施形態の管路長変更機構付近を示す模式的縦断面図であって、管路長を長くした状態を示す図。
【図４】本発明に係る主蒸気配管の第２の実施形態の管路長変更機構付近を示す模式的縦断面図であって、管路長を短くした状態を示す図。
【図５】本発明に係る主蒸気配管の第３の実施形態の管路長変更機構付近を示す模式的縦断面図であって、管路長を短くした状態を示す図。
【図６】本発明に係る主蒸気配管の第３の実施形態の管路長変更機構付近を示す模式的縦断面図であって、管路長を長くした状態を示す図。
【図７】本発明に係る主蒸気配管の第４の実施形態の分岐管路付近を示す模式的縦断面図であって、分岐管路長を短くした状態を示す図。
【図８】本発明に係る主蒸気配管の第４の実施形態の分岐管路付近を示す模式的縦断面図であって、分岐管路長を長くした状態を示す図。
【図９】本発明に係る主蒸気配管の第５の実施形態の分岐管路付近を示す模式的縦断面図であって、分岐管路長を短くした状態を示す図。
【図１０】本発明に係る主蒸気配管の第５の実施形態の分岐管路付近を示す模式的縦断面図であって、分岐管路長を長くした状態を示す図。
【図１１】本発明に係る主蒸気配管の第６の実施形態の分岐管路付近を示す模式的縦断面図であって、分岐管路長を短くした状態を示す図。
【図１２】本発明に係る主蒸気配管の第６の実施形態の分岐管路付近を示す模式的縦断面図であって、分岐管路長を長くした状態を示す図。
【符号の説明】
【００５４】
１…主蒸気配管、２…可動管部、３…シール機構、５…駆動装置、６…圧力センサ、７…歪ゲージ、８…計測データ処理装置、９…制御装置、１０…Ｕ字形管部、１１ａ，１１ｂ…短絡弁、１２ａ，１２ｂ…分岐管路（バイパス管路）、１３…雌ネジ、２０…管路長変更機構、２１…第１の直線管部、２２…第１の固定管部、２３…第２の直線管部、２４…第２の固定管部、２６…第１の平行管部、２７…第２の平行管部、２８…曲管部、３０…管路長変更機構、３５…管路長変更機構、３６…第１の直線管部、３７…第２の直線管部、３８ａ，３８ｂ，３８ｃ…分岐管、３９…第１の弁体、４０…第２の弁体、４１…第１の駆動装置、４２…第２の駆動装置、５０…主配管、５１…分岐管、５２…固定分岐管部、５３…可動閉止管部、５５…分岐管、５６…雄ネジ、５７…弁体、６０…分岐管、６１，６２…弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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