(57)【要約】      （修正有）【課題】プラントの支持構造物を用いることなく配管振れ回りを抑制することができ、プラントの構造に依存することなく、他の配管系の敷設に影響を及ぼすことがない配管構造を提供する。【解決手段】プラントに設置される配管構造であって、配管２の破断部５に生ずるスラスト力によってもたらされるモーメント力が配管の全断面を降伏させる配管の位置に、配管の破断部から離れた位置における変位を制御する変位制御手段を備えている。【選択図】図１
2016205517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラントに設置される配管の構造であって、
前記配管の破断部に生ずるスラスト力によってもたらされるモーメント力が前記配管の全断面を降伏させる前記配管の位置に、前記配管の破断部から離れた位置における変位を制御する変位制御手段を備えていることを特徴とするプラントの配管構造。
【請求項２】
請求項１に記載のプラントの配管構造において、
前記配管の破断部に生ずるスラスト力によってもたらされるモーメント力が前記配管の全断面を降伏させる前記配管の位置は、前記配管の外径をＤ、厚さをｔ、配管材の降伏応力をＳと置くと、曲げモーメントにより前記配管の全断面が降伏するモーメントＭは、Ｍ＝（Ｓ／６)(Ｄ３−（Ｄ−２ｔ）３)で表され、このモーメンＭを用いて、前記配管の破断部から距離をＬとするとＬ＝Ｍ／Ｆの位置（但し、Ｆは、配管の破断部に生じるスラスト力の配管の軸方向に直角となる成分）であることを特徴とするプラントの配管構造。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のプラントの配管構造において、
前記変位制御手段は、前記配管の外周に固定され、該配管の曲げ剛性を増加させるアタッチメントであることを特徴とするプラントの配管構造。
【請求項４】
請求項３に記載のプラントの配管構造において、
前記アタッチメントにリブが固定され、該リブは、前記アタッチメントの、モーメントの方向ベクトルに垂直となる平面内に、該アタッチメントを挟んで相対向して設置されていることを特徴とするプラントの配管構造。
【請求項５】
請求項１又は２に記載のプラントの配管構造において、
前記変位制御手段は、周囲の配管より肉厚が薄く形成され、前記配管の曲げ剛性を低減させる前記配管の薄肉部であることを特徴とするプラントの配管構造。
【請求項６】
請求項１又は２に記載のプラントの配管構造において、
前記変位制御手段は、真円度が周囲の配管に比して偏平化され、前記配管の曲げ剛性を低減させる前記配管の偏平部であることを特徴とするプラントの配管構造。
【請求項７】
請求項６に記載のプラントの配管構造において、
前記偏平部の断面の長軸方向は、前記配管の破断部から吹き出す内部流体によって生じるスラスト力によって前記配管にもたらされるモーメントのベクトル方向に等しく、かつ、前記偏平部の断面の短軸方向は、モーメントのベクトル方向に垂直な平面内に存在することを特徴とするプラントの配管構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラントの配管構造に係り、例えば、原子力発電プラントに敷設される複数の配管に使用するに好適なプラントの配管構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、原子力発電プラント等のプラント全般において敷設される配管がギロチン破断した場合、配管内部を流れる流体の噴出により、配管が振れ回り運動することが考えられる。従来、この配管の振れ回り運動を抑制するためには、原子力発電プラントに設置されている配管支持構造物によって、運動を制限する手法が採られている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、配管支持構造物において、パイプ（配管）の変形が拘束バンド部に集中するようにした案内（パイプ変形ガイド）を設けることで、配管全体が大きく変形することを防いでいる。
【０００４】
また、特許文献２では、配管の振れ回りを抑える配管サポートにおいて、配管サポート同士を他のサポートによって繋ぎ、配管サポート間の配管を他のサポートによって囲み、配管破断部の露出を抑えるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭５３−１１１９２０号公報
【特許文献２】実開昭５７−１６４４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、通常、原子力プラントに配置される配管は、８ＭＰａに至る高圧の冷却水または蒸気を内包している。例えば、設計の想定以上の地震力などの何らかの理由で、配管がギロチン破断したとすると、破断した配管断面から高圧の内部流体が噴き出し、拘束を失った配管破断部は、内部流体のスラスト力によって高速に変形し振れ回る。この配管振れ回りは、パイプホイップとも呼ばれる。
【０００７】
このため、振れ回る配管が周囲の他の機器に衝突した場合、周囲機器の機能を損傷させることが懸念されため、配管の振れ回り距離を抑制することは、万が一にも原子力プラントに過酷事象が発生した場合の安全性を向上させることにつながる。
【０００８】
また、配管の破断面に働くスラスト力によって、配管系にはモーメント荷重がもたらされる。このモーメント荷重は、例えば、原子炉格納容器の貫通部などの配管固定点において、配管に曲げ応力を発生させる。また、設計荷重以上のモーメント荷重が付加されるため、配管サポートにも大きな応力を生じさせる。
【０００９】
このように、スラスト力に起因するモーメント荷重に対しても、プラントの安全性を損なうことのないように、配管及びサポートの設計を行う必要がある。モーメント荷重を抑制することは、設計の簡易化によるコスト減少及び安全性の確保によるプラントの信頼性向上につながる。
【００１０】
しかしながら、特許文献１及び２に記載されている技術は、配管に付加されるモーメントを支持構造物の反力で受ける構造物を採用しているが、支持構造物の固定位置はプラントの構造に依存し自由度が低く、他の配管系の敷設に影響を及ぼすことが懸念される。
【００１１】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、プラントの支持構造物を用いることなく配管振れ回りを抑制することができ、プラントの構造に依存することなく、他の配管系の敷設に影響を及ぼすことのないプラントの配管構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のプラントの配管構造は、上記目的を達成するために、プラントに設置される配管構造であって、前記配管の破断部に生ずるスラスト力によってもたらされるモーメント力が前記配管の全断面を降伏させる前記配管の位置に、前記配管の破断部から離れた位置における変位を制御する変位制御手段を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、プラントの支持構造物を用いることなく配管振れ回りを抑制することができ、プラントの構造に依存することなく、他の配管系の敷設に影響を及ぼすことのないプラントの配管構造を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のプラントの配管構造の実施例１として、原子力プラント内における配管構造を示す図である。
【図２】本発明のプラントの配管構造の実施例１である原子力プラント内における配管構造の詳細を示す図である。
【図３】本発明のプラントの配管構造の実施例２を示す図である。
【図４】本発明のプラントの配管構造の実施例３を示す図である。
【図５（ａ）】本発明のプラントの配管構造の実施例３を示す図である。
【図５（ｂ）】図５（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図示した実施例に基づいて本発明のプラントの配管構造について説明する。なお、各実施例において、同一構成部品には同符号を使用する。
【実施例１】
【００１６】
図１及び図２に、本発明のプラントの配管構造の実施例１として、原子力プラント内における配管構造を示す。
【００１７】
図１に示す如く、原子力プラント内における配管構造は、例えば、配管２が原子炉容器３に接続され、配管２には高圧の内部流体が保持されている。また、配管２及び原子炉容器３は、格納容器４内に収められ、配管２は格納容器４の貫通部１４を貫通しており、この格納容器４の貫通部１４が配管の固定点となる。そして、配管２が配管破断部５で破断した場合、スラスト力に起因するモーメントによって、格納容器４の貫通部１４の配管にモーメントが付加される。
【００１８】
そこで、本実施例では、配管破断部５に生ずるスラスト力によってもたらされるモーメント力が配管２の全断面を降伏させる配管２の位置に、配管破断部５から離れた位置における変位を制御する変位制御手段として、配管２の外周に固定されて配管２の曲げ剛性を増加させるアタッチメント１を備えているものである。
【００１９】
以下、図２を用いて本実施例の配管構造を詳細に説明する。
【００２０】
図２に示すように、本実施例の配管構造は、配管２に固定される上述したアタッチメント１によって構成されている。このアタッチメント１は、図２に示すように、例えば、筒状の鋼製の構造物からなる。また、配管２は、配管破断部５の断面から噴出する内部流体のスラスト力Ｓを受ける（配管破断部５の軸方向Ｚ１にスラスト力Ｓを受ける）。なお、本実施例の配管２は、配管破断部５とアタッチメント１の間の配管１２及びアタッチメント１に対して反対側に位置する配管１３からなる。
【００２１】
図２のように、配管破断部５の軸方向Ｚ１が配管２の軸方向Ｚ２と平行でない場合、配管２はスラスト力Ｓによってモーメント力を受けるため、配管２はモーメント力によって振れ回る。このとき、アタッチメント１は、配管２に固定されているため、両者を合わせた曲げ剛性は配管２に比べて高くなる。即ち、アタッチメント１と配管２が一体となった部位は、モーメントによる曲げ変形が抑制されることになる。従って、配管２のうち、配管破断部５とアタッチメント１の間の部位である配管１２の曲げ変形が促進する。配管１２は、モーメント荷重が大きい場合、曲げ変形が促進することによって断面が偏平化し、さらに曲げ剛性が低下する。このため、配管１２の曲げ変形がさらに促進される。
【００２２】
従って、振れ回りによって運動する配管部は、配管１２が主な範囲となり、結果的に、アタッチメント１が無い場合に比べて、配管２の振れ回り運動の範囲が抑制されることになる。
【００２３】
ところで、配管２に付加されるモーメントは、配管破断部５からの距離Ｌに比例する。配管破断部５に生じるスラスト力Ｓの配管２の軸方向Ｚ１に直角となる成分をＦと置く。すると、配管２に付加されるモーメントは、ＦＬで表される。配管２の外径をＤ、厚さをｔ、配管材の降伏応力をＳと置くと、曲げモーメントにより配管全断面が降伏するモーメントＭは、Ｍ＝（Ｓ／６)(Ｄ３−（Ｄ−２ｔ）３)で表される。
【００２４】
この曲げモーメントにより配管全断面が降伏するモーメントＭを用いて、配管破断部５から距離Ｌ＝Ｍ／Ｆの位置にアタッチメント１の端部が位置するように配管２を構成することで、アタッチメント１の端部で全断面が塑性することになり、配管１３に比して配管１２の部位が容易に変形しうる。従って、振れ回る配管２の長さを、配管１２のみに抑制することができる。
【００２５】
ここで、配管破断部５の軸方向Ｚ１が、配管２と直交する場合を考える。これは、配管破断部５が９０°エルボの溶接線となる場合に相当し、プラント配管では一般的な構造といえる。この場合、配管破断部５が回転運動することにより、配管破断部５の軸方向Ｚ１は、配管１３の軸方向Ｚ３と平行の方向に近くづく。従って、配管１３にもたらされるモーメント荷重が低減される。
【００２６】
スラスト力Ｓの方向と配管１３の軸方向Ｚ３が平行となった後も、配管１２がアタッチメント１を中心に回転し続けた場合、再びスラスト力Ｓの方向が配管１３の軸方向Ｚ３と直角方向に近づいてゆく。しかし、この時点では、配管１２の偏平化が進むことで、配管１２の内部の流体の流量は減少し、スラスト力Ｓの軽減が期待できる。従って、アタッチメント１が無い場合に比べて、配管１３に加えられるモーメント荷重を低減できる。
【００２７】
また、アタッチメント１から離れた配管１３の固定点（図１の格納容器４の貫通部１４）では、モーメント荷重が低減されることにより、固定点の反力も低減される。即ち、固定点の配管応力及び固定点のサポート反力をも低減できるため、プラントの信頼性を向上させることができる。
【００２８】
このように本実施例は、配管２の振れ回り距離を抑制するために、スラスト荷重に起因するモーメント荷重によって配管途中にヒンジ点（図２のＨ）が生成される配管構造としている。このために、配管途中に剛性の高い構造（アタッチメント１）を付与することで、剛構造物から破断点までの配管が、モーメント力によって優先的に回転し、ヒンジ点Ｈが形成される。また、ヒンジ点Ｈを生成することによって、モーメント荷重による回転運動はヒンジ点Ｈを中心に生じ、従って、ヒンジ点Ｈから配管１３の固定点（図１の格納容器４の貫通部１４）までの配管に働くモーメント荷重は低減される。
【００２９】
また、本実施例は、従来技術のような支持構造物のみに依存しない振れ回り抑制であるため、配管設計の自由度が大きくなる利点がある。更に、支持構造物の敷設には、支持構造物の固定点をも敷設する必要があり、本実施例を用いることで、支持構造物及び固定点を敷設する必要がなくなり（配管２に設けられたアタッチメント１が、プラントの支持構造物に固定されていないため、支持構造物及び固定点を敷設する必要がなくなり）、コストの低減につながる。
【００３０】
従って、従来の配管構造に比べて、配管破断時の配管振れ回り距離を低減できるため、振れ回る配管が周囲機器に衝突することによって、周囲機器の機能を損傷させることを抑制できる。また、従来の配管構造に比べて、配管固定点に付加されるモーメント荷重を低減できると同時に、配管を固定する支持構造物に付与される荷重も低減できる。
【００３１】
よって、本実施例によれば、プラントの支持構造物を用いることなく配管振れ回りを抑制することができ、プラントの構造に依存することなく、他の配管系の敷設に影響を及ぼすことのないプラントの配管構造を得ることができる。
【実施例２】
【００３２】
図３に、本発明のプラントの配管構造の実施例２を示す。
【００３３】
該図に示すように、本実施例の配管構造は、実施例１で説明したアタッチメント１と同様に配管２に固定されたアタッチメント６と、このアタッチメント６に、アタッチメント６を挟んで相対向して固定されたリブ７とからなり、リブ７は、配管破断部５から吹き出す内部流体によって生じるスラスト力によって、配管２にもたらされるモーメントのベクトルに対して、ベクトルと垂直となる平面内に敷設されている（図１の紙面に対して直角方向に敷設されている）。
【００３４】
これにより、配管２とアタッチメント６及びリブ７が一体なった部位のモーメント荷重に対する曲げ剛性は、配管２に対して高くなる。従って、モーメントによって、配管２の一部である配管１２に曲げ変形が生じる。
【００３５】
このように本実施例では、実施例１と同様に、配管振れ回り範囲が抑制されるし、また、配管１３の固定点に付加されるモーメントが抑制されるので、実施例１と同様な効果を得ることができる。
【実施例３】
【００３６】
図４に、本発明のプラントの配管構造の実施例３を示す。
【００３７】
該図に示すように、本実施例の配管構造は、配管破断部５に生ずるスラスト力によってもたらされるモーメント力が配管２の全断面を降伏させる配管２の位置に、配管破断部５から離れた位置における変位を制御する変位制御手段として、配管２が、周囲の配管１２及び配管１３に比べて肉厚の薄い、薄肉部８を有しているものである（ただし、配管１２と配管１３及び薄肉部８は、配管に要求される寸法公差内（設計値の寸法）に入るように加工されている）。
【００３８】
これにより、配管破断部５に生じるスラスト力によってモーメントが配管２に付加された場合、薄肉部８の曲げ剛性が周囲の配管１２及び配管１３に対して小さいことにより、薄肉部８の位置で、比較的大きな曲げ角度が生じる。曲げ角度は、円形断面の偏平化をもたらすため、この部分の曲げ剛性はさらに低くなる。従って、薄肉部８を起点として、配管１２の回転運動が大きくなる。このことによって、薄肉部８が無い場合に比して、配管１３の運動は抑制され、また、配管１３の固定点に付加されるモーメントが抑制される。
【００３９】
このような本実施例な構成であっても、実施例１と同様な効果を得ることができる。
【実施例４】
【００４０】
図５（ａ）及び図５（ｂ）に、本発明のプラントの配管構造の実施例４を示す。
【００４１】
図５（ａ）に示すように、本実施例の配管構造は、配管破断部５に生ずるスラスト力によってもたらされるモーメント力が配管２の全断面を降伏させる配管２の位置に、配管破断部５から離れた位置における変位を制御する変位制御手段として、配管２が、配管１２と配管１３の間に、真円度が周囲の配管１２及び配管１３に比して偏平化され、配管２の曲げ剛性を低減する偏平部９を有しているものである。
【００４２】
図５（ｂ）に示すように、偏平部９は、周囲の配管１２及び配管１３に比べて、断面の偏平度が大きく、偏平部９の断面の長軸１１は、配管破断部５から吹き出す内部流体によって生じるスラスト力によって配管２にもたらされるモーメントのベクトル方向に等しく（図５（ａ）の紙面に対して垂直方向に等しい）形成され、また、偏平部９の断面の短軸１０は、モーメントのベクトル方向に垂直な平面内に存在するようになっている。従って、配管２の偏平部９の曲げモーメントに対する曲げ剛性は、周囲の配管１２及び配管１３に比べて小さい。
【００４３】
これにより、偏平部９の位置で、比較的大きな曲げ角度が生じ、曲げ角度は、円形断面の偏平化を促進するため、この部分の曲げ剛性はさらに低くなる。従って、偏平部９を起点として、配管１２の回転運動が大きくなるので、偏平部９が無い場合に比して、配管１３の運動は抑制され、また、配管１３の固定点に付加されるモーメントが抑制される。
【００４４】
このような本実施例な構成であっても、実施例１と同様な効果を得ることができる。
【００４５】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１、６…アタッチメント、２、１２、１３…配管、３…原子炉容器、４…格納容器、５…配管破断部、７…リブ、８…薄肉部、９…偏平部、１０…偏平部断面の短軸、１１…偏平部断面の長軸、１４…格納容器の貫通部。
【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（ａ）】
2016205517.tif 000007
【図５（ｂ）】
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