(57)【要約】【課題】原子力発電プラントの計装設備の有する計測手段で原子力発電プラントの運転状態を計測し、流動解析技術や模擬試験体による模擬試験データを活用して原子力発電プラントの運転状態を評価し、給水ジェットポンプのキャビテーション発生またはキャビテーション発生の近接状態を情報提供してキャビテーション事象の発生の有無を監視する装置を提供する。【解決手段】原子炉内の炉水を循環させるジェットポンプ１２を有する給水ジェットポンプ駆動系２０と、原子炉の熱出力、炉内圧力、原子炉冷却材温度、炉心差圧、再循環ポンプ流量、再循環ポンプ回転数、給水流量、給水温度、ジェットポンプ流量等の原子炉内のプロセス量を測定する測定手段４３とを有する原子力発電プラントにおいて、ジェットポンプ１２のキャビテーションの発生の有無を判断する計算機であるキャビテーション発生判定演算装置４５を備える。【選択図】  図１
2009031183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉内の炉水を循環させるジェットポンプ内のキャビテーション発生状態を監視するジェットポンプのキャビテーション監視装置において、
前記原子炉内のプロセス量と前記ジェットポンプ内の圧力分布および温度分布との相関データが記録されたデータベース部と、
前記測定手段で測定されたプロセス量と前記相関データとを用いて前記ジェットポンプ内の圧力分布および温度分布を得る選択部と、
前記選択部で得られた前記ジェットポンプ内の圧力分布と前記ジェットポンプ内の飽和蒸気圧分布との差圧分布または前記ジェットポンプ内の温度分布と前記ジェットポンプ内の飽和温度分布との差温分布を算出する差分算出部と、
前記差分算出部で算出された前記差圧分布または前記差温分布から前記ジェットポンプ内がキャビテーション発生状態またはキャビテーション発生近接状態にあるか否かを判定する判定部と、
前記判定部の判定結果を表示する表示部とを有することを特徴とするジェットポンプのキャビテーション監視装置。
【請求項２】
前記データベース部に記録された前記原子炉内のプロセス量と前記ジェットポンプ内の圧力分布および温度分布との相関データは、
数値流体力学等の解析手法を用いて求められたことを特徴とする請求項１に記載のジェットポンプのキャビテーション監視装置。
【請求項３】
前記データベース部に記録された前記原子炉内のプロセス量と前記ジェットポンプ内の圧力分布および温度分布との相関データは、
実験結果を測定して得られたことを特徴とする請求項１に記載のジェットポンプのキャビテーション監視装置。
【請求項４】
原子炉内の炉水を循環させるジェットポンプ内のキャビテーション発生状態を監視するジェットポンプのキャビテーション監視装置において、
前記測定手段で測定されたプロセス量の数値解析を行って、前記ジェットポンプ内の圧力分布および温度分布との相関データを算出する相関データ算出部と、
前記相関データ算出部で得られた前記ジェットポンプ内の圧力分布と前記ジェットポンプ内の飽和蒸気圧分布との差圧分布または前記ジェットポンプ内の温度分布と前記ジェットポンプ内の飽和温度分布との差温分布を算出する差分算出部と、
前記差分算出部で算出された前記差圧分布または前記差温分布から前記ジェットポンプ内がキャビテーション発生状態またはキャビテーション発生近接状態にあるか否かを判定する判定部と、
前記判定部の判定結果を表示する表示部とを有することを特徴とするジェットポンプのキャビテーション監視装置。
【請求項５】
前記表示部は、
さらに、前記差分算出部で算出された前記差圧分布または前記差温分布を表示することを特徴とする請求項１から４に記載のジェットポンプのキャビテーション監視装置。
【請求項６】
原子炉内のプロセス量を測定する測定手段により測定された前記原子炉のプロセス量と、前記原子炉内のプロセス量と前記ジェットポンプ内の圧力分布および温度分布との相関データとを比較して、ジェットポンプ内の圧力分布と温度分布を取得するステップと、
前記ジェットポンプ内の前記温度分布と、水の飽和温度と飽和蒸気圧との関係とを比較して、ジェットポンプ内の飽和蒸気圧分布を算出するステップと、
前記ジェットポンプ内の前記圧力分布と、前記ジェットポンプ内の前記飽和蒸気圧分布とから前記ジェットポンプ内の前記圧力分布と前記飽和蒸気圧分布との差圧分布を算出するステップと、
前記ジェットポンプの前記差圧分布から、前記ジェットポンプの任意の場所の前記圧力がその場所の前記飽和蒸気圧よりも小さいか否かを判定し、前記ジェットポンプの任意の場所の前記圧力がその場所の前記飽和蒸気圧よりも小さい場合は前記ジェットポンプ内にキャビテーションが発生していると判定することを特徴とするジェットポンプのキャビテーション監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電プラントの原子炉格納容器内に収容される原子炉圧力容器の原子炉冷却材を循環させるジェットポンプのキャビテーションの監視装置およびその監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軽水炉としての沸騰水型原子炉には、原子炉冷却材（炉水）を強制的に循環させる手段（原子炉再循環系）として、インターナルポンプを採用した原子炉内再循環系や、原子炉格納容器内に再循環ポンプを設置した原子炉外再循環系、給水ジェットポンプを採用した原子炉の再循環系がある。
【０００３】
図１０は、原子炉格納容器内に再循環ポンプを設置した原子炉外再循環系の構成を示す概略図である。
【０００４】
図１０に示すように、原子炉格納容器２内に再循環ポンプ１０を設置した原子炉外再循環系は原子力発電プラント１に備えられる。この原子炉外再循環系は原子炉格納容器（ＰＣＶ）２内にポンプやモータ等の動的機器が配設される。
【０００５】
原子炉外再循環系は再循環ポンプ１０により原子炉格納容器（ＰＣＶ）２内の原子炉冷却材を昇圧し、ヘッダ配管１１を介して原子炉圧力容器３内のダウンカマ部４に配列されたジェットポンプ１２へ圧送している。この原子炉冷却材は、再循環ポンプ１０で加圧され、ヘッダ配管１１を経てジェットポンプ１２の駆動水として利用される。
【０００６】
ジェットポンプ１２に供給された原子炉冷却材はジェットポンプ１２のノズル部１２ａからスロート部１２ｂに高速で噴射される。この噴射によりジェットポンプ１２周囲の原子炉冷却材がジェットポンプ１２の吸込部１２ｃから巻き込まれて炉心下部プレナム５へ強制的に案内され、原子炉圧力容器３内の原子炉冷却材（炉水）は強制的に循環される。
【０００７】
図１１は、給水ジェットポンプを採用した原子炉の再循環系の構成を示す概略図である。
【０００８】
図１１に示すように、給水ジェットポンプを採用した原子炉の再循環系は原子力発電プラント１に備えられる。この原子炉の再循環系は原子炉格納容器（ＰＣＶ）２内にポンプやモータ等の動的機器を配設しない構成とすることができる長所がある。
【０００９】
原子力発電プラント１は図示しない復水器からの復水を原子炉復水・給水系１３を通して原子炉圧力容器３内へ供給している。原子炉復水・給水系１３には復水を案内する低圧復水ポンプ１４、復水を濾過・脱塩処理する復水脱塩装置１５、高圧復水ポンプ１６、濾過・脱塩された復水を加熱する給水加熱装置１７および給水ポンプ１８が順次シリーズに設けられる。
【００１０】
また、原子炉復水・給水系１３は、給水加熱装置１７で加熱された給水（復水）を原子炉圧力容器３内に供給する給水ポンプ７の上流側から原子炉の再循環系としての給水ジェットポンプ駆動系２０が分岐される。給水ジェットポンプ駆動系２０は、途中からＡ、Ｂの２系統２０ａ、２０ｂに分岐される。分岐された各給水ジェットポンプ駆動系２０ａ、２０ｂは再循環ポンプとしてのジェットポンプ駆動ポンプ２１、隔離弁２２、およびヘッダ配管１１を経て原子炉圧力容器３内のダウンカマ部４に配列されたジェットポンプ１２のノズル部１２ａへ到る。
【００１１】
ジェットポンプ１２のノズル部１２ａは原子炉圧力容器３のジェットポンプ１２のスロート部１２ｂを臨む。分岐された一方の給水ジェットポンプ駆動系２０ａは原子炉圧力容器３内に配列される各ジェットポンプ１２のうち、半円周状に配列される半分のジェットポンプを受け持ち、他方の給水ジェットポンプ駆動系２０ｂは残りの半分のジェットポンプ１２を受け持つ。給水ジェットポンプ駆動系２０はジェットポンプ駆動ポンプ２１により給水を昇圧し、ヘッダ配管１１を介して原子炉圧力容器３内に配列されたジェットポンプ１２へ圧送する。この給水はジェットポンプ１２の駆動水として利用される。
【００１２】
このように原子炉復水・給水系１３を通る給水（復水）は、復水脱塩装置１５で浄化された後、給水加熱装置１７で加熱され、この給水（復水）の一部が給水ポンプ７により原子炉圧力容器３内に給水として戻され、この給水（復水）の残りが給水ジェットポンプ駆動系２０に案内されてジェットポンプ駆動ポンプ２１により加圧される。
【００１３】
ジェットポンプ駆動ポンプ２１で加圧された給水は、ヘッダ配管１１を経てジェットポンプ１２の駆動水として供給される。ジェットポンプ１２に供給された給水はジェットポンプ１２のノズル部１２ａからスロート部１２ｂに高速で噴射される。この噴射によりジェットポンプ１２周囲の原子炉冷却材が巻き込まれて炉心下部プレナム５へ強制的に案内され、原子炉圧力容器３内の原子炉冷却材（炉水）は強制的に循環される。
【００１４】
このように給水ジェットポンプを採用した原子炉の再循環系は、原子炉格納容器（ＰＣＶ）２外の原子炉復水・給水系１３を通る給水（復水）の一部を駆動水とするため、原子炉格納容器内に再循環ポンプを設置した原子炉外再循環系と比較して、原子炉格納容器（ＰＣＶ）２内の設備簡素化や原子炉格納容器（ＰＣＶ）２の小型化を図ることができる。また、原子力発電プラント１運転中にジェットポンプ１２の駆動水を加圧するジェットポンプ駆動ポンプ２１のオンラインメンテナンスが可能となる長所がある。
【００１５】
一方、原子炉格納容器２内に再循環ポンプ１０を設置した原子炉外再循環系は、原子炉復水・給水系１３とは独立して構成されているため、この原子炉外再循環系を構成する再循環ポンプ１０がジェットポンプ１２に供給する駆動水（原子炉冷却材：炉水）の流量には制約がない。他方、給水ジェットポンプを採用した原子炉の再循環系は、原子炉格納容器（ＰＣＶ）２外の原子炉復水・給水系１３を通る給水（復水）一部を駆動水とするため、原子炉格納容器２内に再循環ポンプ１０を設置した原子炉外再循環系と比較して、給水ジェットポンプ駆動系２０を構成するジェットポンプ駆動ポンプ２１がジェットポンプ１２へ供給する駆動水（給水）の流量が小さくなる。このため、給水ジェットポンプを採用した原子炉の再循環系ではジェットポンプ１２の流量比Ｍを大きくする必要がある。
【００１６】
図１２は、原子炉圧力容器３内のダウンカマ部４に設けられたジェットポンプ１２内の原子炉冷却材の流動状況を示す図である。
【００１７】
ここで、ジェットポンプ１２の効率ηにおいて、一般に、ジェットポンプ１２の性能は、流量比（以下「Ｍ比」という。）を、Ｍ比＝Ｗｓ／Ｗｎによって示し、圧力比（以下「Ｎ比」という。）を、Ｎ比＝（Ｐｄ−Ｐｓ／Ｐｎ−Ｐｄ）によって示すことができる。またジェットポンプ１２の効率ηは、η＝Ｍ比×Ｎ比×１００（％）で示される。なお、Ｐは圧力（全圧）を、Ｗは流量をそれぞれ示すと共に、添字ｎ、ｓ、ｄはそれぞれジェットポンプ１２のノズル部１２ａのノズル流（駆動流）、吸込部１２ｃの吸込流（被駆動流）、ディフューザ部１２ｄのディフューザ流（吐出流）を示す。
【００１８】
従って、給水ジェットポンプを採用した原子炉の再循環系の場合には、再循環ポンプを設置した原子炉外再循環系と比較してジェットポンプ１２へ供給される駆動水の流量が小さいため、ジェットポンプ１２のノズル部１２ａやスロート部１２ｂの圧力低下が大きくなり、キャビテーション事象による乱流の発生が懸念される。キャビテーションが発生すると振動によりジェットポンプ１２が損傷する場合がある。
【００１９】
このため、原子力発電プラント１の運転中にジェットポンプ１２においてキャビテーションの発生の有無を監視することは、原子力発電プラント１の保全の観点から重要である。
【００２０】
なお、特許文献１には、原子炉冷却材を強制的に循環させる手段として、インターナルポンプを採用した原子炉内再循環系について、インターナルポンプのキャビテーション特性を監視する装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−３３１２９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
原子力発電プラント１の運転中に、その運転状態の微小な兆候を逃さず、万一、ジェットポンプ１２にキャビテーションが発生し、またはキャビテーションの発生状態に近接した場合には、速やかにこれを検知し、かつ、ジェットポンプ１２の運転状態に関する情報を提供することは、保全／事後保全の観点から重要である。
【００２２】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、原子力発電プラント１の計装設備の有する計測手段で原子力発電プラント１の運転状態を計測し、流動解析技術や模擬試験体による模擬試験データを活用して原子力発電プラント１の運転状態を評価し、給水ジェットポンプのキャビテーション発生またはキャビテーション発生の近接状態を情報提供してキャビテーション事象の発生の有無を監視することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
前記の課題を解決するため本発明では、原子炉内の炉水を循環させるジェットポンプ内のキャビテーション発生状態を監視するジェットポンプのキャビテーション監視装置において、前記原子炉内のプロセス量と前記ジェットポンプ内の圧力分布および温度分布との相関データが記録されたデータベース部と、前記測定手段で測定されたプロセス量と前記相関データとを用いて前記ジェットポンプ内の圧力分布および温度分布を得る選択部と、前記選択部で得られた前記ジェットポンプ内の圧力分布と前記ジェットポンプ内の飽和蒸気圧分布との差圧分布または前記ジェットポンプ内の温度分布と前記ジェットポンプ内の飽和温度分布との差温分布を算出する差分算出部と、前記差分算出部で算出された前記差圧分布または前記差温分布から前記ジェットポンプ内がキャビテーション発生状態またはキャビテーション発生近接状態にあるか否かを判定する判定部と、前記判定部の判定結果を表示する表示部とを有することを特徴とするジェットポンプのキャビテーション監視装置を提供する。
【００２４】
また、前記の課題を解決するため本発明では、原子炉内の炉水を循環させるジェットポンプ内のキャビテーション発生状態を監視するジェットポンプのキャビテーション監視装置において、前記測定手段で測定されたプロセス量の数値解析を行って、前記ジェットポンプ内の圧力分布および温度分布との相関データを算出する相関データ算出部と、前記相関データ算出部で得られた前記ジェットポンプ内の圧力分布と前記ジェットポンプ内の飽和蒸気圧分布との差圧分布または前記ジェットポンプ内の温度分布と前記ジェットポンプ内の飽和温度分布との差温分布を算出する差分算出部と、前記差分算出部で算出された前記差圧分布または前記差温分布から前記ジェットポンプ内がキャビテーション発生状態またはキャビテーション発生近接状態にあるか否かを判定する判定部と、前記判定部の判定結果を表示する表示部とを有することを特徴とするジェットポンプのキャビテーション監視装置を提供する。
【００２５】
さらに、前記の課題を解決するため本発明では、原子炉内のプロセス量を測定する測定手段により測定された前記原子炉のプロセス量と、前記原子炉内のプロセス量と前記ジェットポンプ内の圧力分布および温度分布との相関データとを比較して、ジェットポンプ内の圧力分布と温度分布を取得するステップと、前記ジェットポンプ内の前記温度分布と、水の飽和温度と飽和蒸気圧との関係とを比較して、ジェットポンプ内の飽和蒸気圧分布を算出するステップと、前記ジェットポンプ内の前記圧力分布と、前記ジェットポンプ内の前記飽和蒸気圧分布とから前記ジェットポンプ内の前記圧力分布と前記飽和蒸気圧分布との差圧分布を算出するステップと、前記ジェットポンプの前記差圧分布から、前記ジェットポンプの任意の場所の前記圧力がその場所の前記飽和蒸気圧よりも小さいか否かを判定し、前記ジェットポンプの任意の場所の前記圧力がその場所の前記飽和蒸気圧よりも小さい場合は前記ジェットポンプ内にキャビテーションが発生していると判定することを特徴とするジェットポンプのキャビテーション監視方法を提供する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、原子力発電プラントの計装設備の有する計測手段で原子力発電プラントの運転状態を計測し、流動解析技術や模擬試験体による模擬試験データを活用して原子力発電プラントの運転状態を評価し、給水ジェットポンプのキャビテーション発生またはキャビテーション発生の近接状態を情報提供してキャビテーション事象の発生の有無を監視することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明に係るジェットポンプのキャビテーション監視装置およびその方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００２８】
［第１の実施形態］
本発明に係るジェットポンプのキャビテーション監視装置およびその方法の第１実施形態について、図１から図６を参照して説明する。
【００２９】
先ず、本発明に係るジェットポンプのキャビテーション監視装置の実施の形態について、図１から図６を参照して説明する。
【００３０】
図１は、本発明の第１実施形態に係るジェットポンプのキャビテーション監視装置が設けられた原子力発電プラントを示す概略図である。
【００３１】
図１に示すように、原子力発電プラント１である沸騰水型原子炉６は、原子炉格納容器（ＰＣＶ）２内に原子炉圧力容器３が格納され、この原子炉圧力容器３は支持ペデスタル７上に立設される。
【００３２】
原子炉圧力容器３は、内部に原子炉炉心８が収納され、この原子炉炉心８は炉心シュラウド９で覆われている。原子炉圧力容器３と炉心シュラウド９との間には環状あるいはスリーブ状のダウンカマ部４が形成され、このダウンカマ部４には給水ジェットポンプ２４を構成するジェットポンプ１２が設けられる。
【００３３】
また、原子炉炉心８の下方には、炉心下部プレナム５が形成されており、ジェットポンプ１２によりダウンカマ部４を下降した炉水（原子炉冷却材）が炉心下部プレナム５へ導かれる。炉心下部プレナム５へ導かれた炉水は、反転して原子炉炉心８へ案内され、この原子炉炉心８を通る間に核分裂反応により発生した熱を吸収して気液二相流となり、炉心上部プレナム２５へ導かれる。
【００３４】
この気液二相流は、続いて気水分離器２６へ導かれて気液分離される。気液分離された液分は原子炉圧力容器３内で滴下され、ダウンカマ部４へ案内される。
【００３５】
一方、気水分離器２６で分離された蒸気分は、蒸気乾燥器２７を通って乾燥され、乾き過熱蒸気となる。この過熱蒸気は主蒸気系２８を通って蒸気タービン（図示省略）へ導かれ、蒸気タービンを回転させて発電機（図示省略）を駆動させ発電する。主蒸気系２８は２系統存在するが、図１には１系統を省略して示してある。
【００３６】
また、蒸気タービンで仕事をした蒸気は、図示しない復水器に導かれ、ここで冷却され、凝縮して復水となる。この復水は続いて原子炉復水・給水系１３を通り、原子炉復水・給水系１３から原子炉圧力容器３内へ戻され、原子炉圧力容器３内の炉水（原子炉冷却材）と混合される。
【００３７】
原子炉復水・給水系１３には給水加熱装置１７および給水ポンプ１８が順次シリーズに設けられる。
【００３８】
一方、原子炉復水・給水系１３の給水ポンプ１８の上流側から原子炉内再循環系としての給水ジェットポンプ駆動系２０が分岐される。給水ジェットポンプ駆動系２０はＡ、Ｂの２系統存在するが、図１には１系統を省略して示してある。分岐された各給水ジェットポンプ駆動系２０は再循環ポンプとしてのジェットポンプ駆動ポンプ２１を経てジェットポンプ１２のノズル部１２ａが設けられる。なお、ジェットポンプ駆動ポンプ２１とジェットポンプ１２との間には加熱装置が設けられる場合がある。
【００３９】
一方、沸騰水型原子炉６は、原子炉圧力容器３内に原子炉炉心８が設けられ、この炉心１１に燃料棒２９が装荷される。
【００４０】
沸騰水型原子炉６には、原子炉圧力容器３に炉内圧力Ｐを検出する炉内圧力計３３が、原子炉圧力容器３の炉心下部プレナム５部には、原子炉冷却材温度Ｔを検出する炉内温度計３４がそれぞれ設けられる。原子炉圧力容器３内には、原子炉炉心８の差圧（炉心差圧）ΔＰｃｏｒｅを測定する炉心差圧計３６が設けられる。原子炉炉心８には、中性子束を検出して熱出力Ｑを計測するＬＰＲＭ検出器等の測定器３７が設けられる。
【００４１】
また、ジェットポンプ１２には、ジェットポンプ流量Ｗを計測するジェットポンプ流量計３５が設けられる。
【００４２】
さらに、給水ジェットポンプ駆動系２０には、給水ジェットポンプ駆動水流量Ｗｊｐを測定する給水ジェットポンプ駆動水流量計３８が設けられる。ジェットポンプ駆動ポンプ２１には、駆動電動機に供給される電力等を検出して回転数Ｎｊｐを測定するジェットポンプ駆動ポンプ回転計３９が設けられる。
【００４３】
さらにまた、原子炉給水系２５には、給水流量Ｗｆｅｅｄ、給水温度Ｔｆｅｅｄを測定する給水流量計４０および給水温度計４１がそれぞれ設けられる。
【００４４】
これら圧力計、流量計、温度計等の各測定器により、沸騰水型原子炉６のプロセス量を計測する測定手段４３が構成される。測定手段４３には、ジェットポンプ１２本体またはジョットポンプ１１近傍の温度を測定する温度計、加速度を測定する加速度計、音響を計測する音響センサを設けることもできる。
【００４５】
測定手段４３は、沸騰水型原子炉６のプロセス量を測定する測定器群を構成して、沸騰水型原子炉６の熱出力（炉出力）Ｑ、炉内圧力Ｐ、原子炉冷却材温度Ｔ、炉心差圧ΔＰｃｏｒｅ、給水ジェットポンプ駆動水流量Ｗｊｐ、ジェットポンプ駆動ポンプ回転計Ｎｊｐ、給水流量Ｗｆｅｅｄ、給水温度Ｔｆｅｅｄおよび給水ジェットポンプ流量Ｗ等のプロセス量（物理量）を測定している。
【００４６】
測定手段４３は、沸騰水型原子炉６のプロセス量を検出する一方、検出されたプロセス量のデータは、ジェットポンプ１２のキャビテーションの発生の有無を判断する計算機であるキャビテーション発生判定演算装置４５に入力される。
【００４７】
キャビテーション発生判定演算装置４５は、ジェットポンプ１２がキャビテーションの発生またはキャビテーションの発生近接状態（キャビテーション条件）に達した場合に、表示部４６へ報知情報を出力する。また、キャビテーション発生判定演算装置４５は、ジェットポンプ１２内の圧力分布と飽和蒸気圧分布との差圧分布または温度分布と飽和温度分布との差温分布を表示部４６へ出力することができる。これにより、ジェットポンプ１２内のキャビテーション発生またはキャビテーション発生近接状態を確認してジェットポンプ１２の健全性を監視できる
なお、図１に示された符号４７は制御棒駆動機構であり、この制御棒駆動機構４７の動作により、制御棒４８を原子炉炉心８内に出し入れし、沸騰水型原子炉６の運転出力を制御できる。
【００４８】
図２は、本発明の第１実施形態に係るジェットポンプのキャビテーション監視装置を示す概略図である。
【００４９】
図２に示すように、ジェットポンプのキャビテーション監視装置５０は、沸騰水型原子炉６のプロセス量を検出する測定手段４３と、キャビテーション発生判定演算装置４５と、表示部４６とから構成される。
【００５０】
キャビテーション発生判定演算装置４５は、第１のデータベース部５１と、第２のデータベース部５２と、第１の選択部５３と、第２の選択部５４と、差分算出部５５と、判定部５６とで構成される。
【００５１】
第１のデータベース部５１には、沸騰水型原子炉６のプロセス量とジェットポンプ１２内の圧力分布および温度分布との相関データ（以下、「プロセス量−ジェットポンプ運転状態相関データ」という。）が記録される。
【００５２】
このプロセス量−ジェットポンプ運転状態相関データは、熱出力（炉出力）Ｑ、炉内圧力Ｐ、原子炉冷却材温度Ｔ、炉心差圧ΔＰｃｏｒｅ、給水ジェットポンプ駆動水流量Ｗｊｐ、ジェットポンプ駆動ポンプ回転計Ｎｊｐ、給水流量Ｗｆｅｅｄ、給水温度Ｔｆｅｅｄおよび給水ジェットポンプ流量Ｗ等の沸騰水型原子炉６のプロセス量を予め数値流体力学（ＣＦＤ：Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｆｌｕｉｄ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ）等の解析手法を用いて算出することで得られたものである。
【００５３】
また、このプロセス量−ジェットポンプ運転状態相関データは、熱出力（炉出力）Ｑ、炉内圧力Ｐ、原子炉冷却材温度Ｔ、炉心差圧ΔＰｃｏｒｅ、給水ジェットポンプ駆動水流量Ｗｊｐ、ジェットポンプ駆動ポンプ回転計Ｎｊｐ、給水流量Ｗｆｅｅｄ、給水温度Ｔｆｅｅｄおよび給水ジェットポンプ流量Ｗ等の沸騰水型原子炉６のプロセス量を予め例えばモックアップ試験などにより実験・測定することで得ることもできる。
【００５４】
第２のデータベース部５２には、水の飽和温度と飽和蒸気圧との関係が記録される。この水の飽和温度と飽和蒸気圧との関係は、「日本機械学会蒸気表」などの公知の関係を用いて記録しておく他に、例えば「新実用国際状態式」の電子計算機用プログラムを用いて水の飽和温度と飽和蒸気圧との関係を算出する水・蒸気物性算出部（図示省略）として構成することもできる。
【００５５】
第１の選択部５３は、測定手段４３により検出されたプロセス量と第１のデータベース部５１に記録された沸騰水型原子炉６のプロセス量とを比較してジェットポンプ１２内の圧力分布および温度分布を取得する。
【００５６】
第２の選択部５４は、第１の選択部５３で取得したジェットポンプ１２内の温度分布と第２のデータベース部５２に記録された飽和温度とを比較してジェットポンプ１２内の飽和蒸気圧分布を算出する。
【００５７】
また、第２の選択部５４は、第１の選択部５３で取得したジェットポンプ１２内の圧力分布と第２のデータベース部５２に記録された飽和蒸気圧とを比較してジェットポンプ１２内の飽和温度分布を算出することもできる。
【００５８】
差分算出部５５は、第１の選択部５３で取得したジェットポンプ１２内の圧力分布と第２の選択部５４で算出されたジェットポンプ１２内の飽和蒸気圧分布との差分の分布（差圧分布）を算出する。
【００５９】
また、差分算出部５５は、第１の選択部５３で取得したジェットポンプ１２内の温度分布と第２の選択部５４で算出されたジェットポンプ１２内の飽和温度分布との差分の分布（差温分布）を算出することもできる。
【００６０】
判定部５６は、差分算出部５５で算出したジェットポンプ１２内の圧力分布と飽和蒸気圧分布との差圧分布から、ジェットポンプ１２内のキャビテーションの発生またはキャビテーションの発生近接状態にあるか否かを判定する。
【００６１】
また、判定部５６は、差分算出部５５で算出したジェットポンプ１２内の温度分布と飽和温度分布との差温分布から、ジェットポンプ１２内のキャビテーション発生状態あるいはキャビテーションの発生近接状態にあるか否かを判定することもできる。
【００６２】
さらに、判定部５６は、差分算出部５５で取得した差圧分布または差温分布を表示部４６へ出力することができる。
【００６３】
キャビテーション監視装置５０におけるジェットポンプ１２内の差圧分布を用いてキャビテーション発生の有無を判定する場合の判定処理について説明する。
【００６４】
図３は、本発明の第１実施形態に係るキャビテーション監視装置５０におけるジェットポンプ１２のキャビテーション発生の有無の判定処理を説明するフローチャートである。
【００６５】
図３に示すように、先ずステップＳ１では、第１の選択部５３は、測定手段４３により測定された沸騰水型原子炉６のプロセス量と、第１のデータベース部５１に記録されたプロセス量−ジェットポンプ運転状態相関データとを比較して、ジェットポンプ１２内の圧力分布と温度分布を取得して、第２の選択部５４と差分算出部５５とへ出力する。
【００６６】
ステップＳ２では、第２の選択部５４は、ステップＳ１において第１の選択部５３から入力されたジェットポンプ１２内の温度分布と、第２のデータベース部５２に記録された水の飽和温度と飽和蒸気圧との関係とを比較して、ジェットポンプ１２内の飽和蒸気圧分布を算出して、差分算出部５５へ出力する。
【００６７】
なお、「新実用国際状態式」の電子計算機用プログラムを用いて水の飽和温度と飽和蒸気圧との関係を算出する場合は、ステップＳ２では、水・蒸気物性算出部は、ステップＳ１において第１の選択部５３から入力されたジェットポンプ１２内の温度分布から、「新実用国際状態式」を用いてジェットポンプ１２内の飽和蒸気圧分布を算出して、差分算出部５５へ出力する。
【００６８】
ステップＳ３では、差分算出部５５は、ステップＳ１において第１の選択部５３から入力されたジェットポンプ１２内の圧力分布と、ステップＳ２において第２の選択部５４から入力されたジェットポンプ１２内の飽和蒸気圧分布とからジェットポンプ１２内の圧力分布と飽和蒸気圧分布との差分の分布（差圧分布）を算出して、判定部５６へ出力する。
【００６９】
ステップＳ４では、判定部５６は、ステップＳ３において差分算出部５５から出力されたジェットポンプ１２内の圧力分布と飽和蒸気圧分布との差圧分布から、ジェットポンプ１２の任意の場所の圧力がその場所の飽和蒸気圧よりも小さいか否かを判定し、ジェットポンプ１２の任意の場所の圧力がその場所の飽和蒸気圧よりも小さい場合は（圧力＜飽和蒸気圧）ジェットポンプ１２内にキャビテーションが発生していると判定する。その他の場合は、ジェットポンプ１２内にキャビテーションは発生しておらず、ジェットポンプ１２は健全であると判定する。
【００７０】
ここで、ジェットポンプ１２内の圧力分布と飽和蒸気圧分布との差圧を、ジェットポンプ１２の任意の場所についてそれぞれ（差圧＝圧力−飽和蒸気圧）として算出（ステップＳ３）する場合は、キャビテーションの発生の有無の判定（ステップＳ４）は、ジェットポンプ１２の任意の場所についてそれぞれ（差圧＜０）の場合にジェットポンプ１２内にキャビテーションが発生していると判定する。他方、ジェットポンプ１２内の圧力分布と飽和蒸気圧分布との差圧を、ジェットポンプ１２の任意の場所についてそれぞれ（差圧＝飽和蒸気圧−圧力）として算出（ステップＳ３）する場合は、キャビテーションの発生の有無の判定（ステップＳ４）は、ジェットポンプ１２の任意の場所についてそれぞれ（差圧＞０）の場合にジェットポンプ１２内にキャビテーションが発生していると判定する。
【００７１】
図４は、本発明の第１実施形態に係るキャビテーション監視装置５０におけるジェットポンプ１２のキャビテーション発生近接状態の有無の判定処理を説明するフローチャートである。
【００７２】
なお、図４の判定処理においてステップＳ１からＳ４の処理は、図３の判定処理におけるステップＳ１からＳ４と同じ構成であり、同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００７３】
図４に示すように、ステップＳ４で判定部５６がジェットポンプ１２内にキャビテーションは発生していないと判定した場合、ステップＳ５では、判定部５６は、ステップＳ３において差分算出部５５から出力されたジェットポンプ１２内の圧力分布と飽和蒸気圧分布との差圧分布について、ジェットポンプ１２の任意の場所の差圧の絶対値がその場所に所望に定めた圧力差ΔＰｓｆよりも小さいか否かを判定し、ジェットポンプ１２の任意の場所の差圧がその場所の圧力差ΔＰｓｆよりも小さい場合は（｜差圧｜＜圧力差ΔＰｓｆ）ジェットポンプ１２内がキャビテーション発生近接状態にあると判定する。その他の場合は、ジェットポンプ１２内はキャビテーション発生近接状態にはなく、ジェットポンプ１２は健全であると判定する。
【００７４】
次に、キャビテーション監視装置５０におけるジェットポンプ１２内の差温分布を用いてキャビテーション発生の有無を判定する場合の判定処理について説明する。
【００７５】
図５は、本発明の第１実施形態に係るキャビテーション監視装置５０におけるジェットポンプ１２のキャビテーション発生の有無の判定処理を説明するフローチャートである。
【００７６】
図５に示すように、先ずステップＳ１１では、第１の選択部５３は、測定手段４３により測定された沸騰水型原子炉６のプロセス量と、第１のデータベース部５１に記録されたプロセス量−ジェットポンプ運転状態相関データとを比較して、ジェットポンプ１２内の圧力分布と温度分布を取得して、第２の選択部５４と差分算出部５５とへ出力する。
【００７７】
ステップＳ１２では、第２の選択部５４は、ステップＳ１１において第１の選択部５３から入力されたジェットポンプ１２内の圧力分布と、第２のデータベース部５２に記録された水の飽和温度と飽和蒸気圧との関係とを比較して、ジェットポンプ１２内の飽和温度分布を取得して、差分算出部５５へ出力する。
【００７８】
なお、「新実用国際状態式」の電子計算機用プログラムを用いて水の飽和温度と飽和蒸気圧との関係を算出する場合は、ステップＳ１２では、水・蒸気物性算出部は、ステップＳ１１において第１の選択部５３から入力されたジェットポンプ１２内の圧力分布から、「新実用国際状態式」を用いてジェットポンプ１２内の飽和温度分布を算出して、差分算出部５５へ出力する。
【００７９】
ステップＳ１３では、差分算出部５５は、ステップＳ１１において第１の選択部５３から入力されたジェットポンプ１２内の温度分布と、ステップＳ１２において第２の選択部５４から入力されたジェットポンプ１２内の飽和温度分布とからジェットポンプ１２内の温度分布と飽和温度分布との差分の分布（差温分布）を算出して、判定部５６へ出力する。
【００８０】
ステップＳ１４では、判定部５６は、ステップＳ１３において差分算出部５５から出力されたジェットポンプ１２内の温度分布と飽和温度分布との差温分布から、ジェットポンプ１２の任意の場所の温度がその場所の飽和温度よりも大きいか否かを判定し、ジェットポンプ１２の任意の場所の温度がその場所の飽和温度よりも大きい場合は（温度＞飽和温度）ジェットポンプ１２内にキャビテーションが発生していると判定する。その他の場合は、ジェットポンプ１２内にキャビテーションは発生しておらず、ジェットポンプ１２は健全であると判定する。
【００８１】
ここで、ジェットポンプ１２内の温度分布と飽和温度分布との差温を、ジェットポンプ１２の任意の場所についてそれぞれ（差温＝温度−飽和温度）として算出（ステップＳ１３）する場合は、キャビテーションの発生の有無の判定（ステップＳ１４）は、ジェットポンプ１２の任意の場所についてそれぞれ（差温＞０）の場合にジェットポンプ１２内にキャビテーションが発生していると判定する。他方、ジェットポンプ１２内の温度分布と飽和温度分布との差温を、ジェットポンプ１２の任意の場所についてそれぞれ（差温＝飽和温度−温度）として算出（ステップＳ１３）する場合は、キャビテーションの発生の有無の判定（ステップＳ１４）は、ジェットポンプ１２の任意の場所についてそれぞれ（差温＜０）の場合にジェットポンプ１２内にキャビテーションが発生していると判定する。
【００８２】
図６は、本発明の第１実施形態に係るキャビテーション監視装置５０におけるジェットポンプ１２のキャビテーション発生近接状態の有無の判定処理を説明するフローチャートである。
【００８３】
なお、図６の判定処理においてステップＳ１１からＳ１４の処理は、図５の判定処理におけるステップＳ１１からＳ１４と同じ構成であり、同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００８４】
図６に示すように、ステップＳ１４で判定部５６がジェットポンプ１２内にキャビテーションは発生していないと判定した場合、ステップＳ１５では、判定部５６は、ステップＳ１３において差分算出部５５から出力されたジェットポンプ１２内の温度分布と飽和温度分布との差温分布について、ジェットポンプ１２の任意の場所の差温の絶対値がその場所に所望に定めた温度差ΔＴｓｆよりも小さいか否かを判定し、ジェットポンプ１２の任意の場所の差温がその場所の温度差ΔＴｓｆよりも小さい場合は（｜差温｜＜温度差ΔＴｓｆ）ジェットポンプ１２内がキャビテーション発生近接状態にあると判定する。その他の場合は、ジェットポンプ１２内はキャビテーション発生近接状態にはなく、ジェットポンプ１２は健全であると判定する。
【００８５】
本実施形態におけるキャビテーション監視装置５０は、沸騰水型原子炉６に設けられた測定手段４３で測定されたプロセス量から、ジェットポンプ１２内の温度分布と圧力分布とを取得し、水の飽和温度と飽和水蒸気圧との関係からジェットポンプ１２内の圧力と飽和蒸気圧との差圧分布または温度と飽和温度との差温分布を算出して、キャビテーション発生またはキャビテーション発生近接状態に達しているか否かをキャビテーション発生判定演算装置４５で判定し、この判定結果と、ジェットポンプ１２内の圧力と飽和蒸気圧との差圧分布または温度と飽和温度との差温分布を表示部４６へ出力することで、ジェットポンプ１２のキャビテーション事象の発生の有無を監視する。
【００８６】
なお、本実施形態におけるキャビテーション監視装置５０が設けられた沸騰水型原子炉６は、給水ジェットポンプを採用した原子炉の再循環系が設けられた例を示したが、沸騰水型原子炉６の原子炉冷却材を強制的に循環させる手段は、インターナルポンプを採用した原子炉内再循環系や、原子炉格納容器内に再循環ポンプを設置した原子炉外再循環系でもよい。
【００８７】
本実施形態によれば、原子力発電プラント１のプラント運転中においても、原子力発電プラント１の運転状態の微小な兆候を逃さず、万一、ジェットポンプ１２にキャビテーションが発生し、またはキャビテーションの発生状態に近接した場合には、原子力発電プラント１の計装設備の有する計測手段で原子力発電プラント１の運転状態を計測し、流動解析技術や模擬試験体による模擬試験データを活用して原子力発電プラント１の運転状態を評価し、給水ジェットポンプのキャビテーション発生への近接状態をオンライン（リアルタイム）で情報提供してキャビテーション事象の発生の有無を監視して必要な情報を迅速に提供することができ、保全／事後保全の観点から有益である。
【００８８】
［第２の実施形態］
本発明に係るジェットポンプのキャビテーション監視装置の第２実施形態について、図７から図９を参照して説明する。
【００８９】
原子力発電プラント１の全体的な構成は図１に示すプラント構成と異ならないので、図１に示すプラント構成を参照する。
【００９０】
図７は、本発明の第２実施形態に係るジェットポンプのキャビテーション監視装置を示す概略図である。
【００９１】
このキャビテーション監視装置５０Ａにおいて第１実施形態のキャビテーション監視装置５０と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００９２】
図７に示すように、ジェットポンプのキャビテーション監視装置５０Ａは、沸騰水型原子炉６のプロセス量を検出する測定手段４３と、キャビテーション発生判定演算装置４５Ａと、表示部４６とから構成される。
【００９３】
キャビテーション発生判定演算装置４５Ａは、相関データ算出部５９と、第２のデータベース部５２と、第２の選択部５４と、差分算出部５５と、判定部５６とで構成される。
【００９４】
相関データ算出部５９は、測定手段４３により検出された熱出力（炉出力）Ｑ、炉内圧力Ｐ、原子炉冷却材温度Ｔ、炉心差圧ΔＰｃｏｒｅ、給水ジェットポンプ駆動水流量Ｗｊｐ、ジェットポンプ駆動ポンプ回転計Ｎｊｐ、給水流量Ｗｆｅｅｄ、給水温度Ｔｆｅｅｄおよび給水ジェットポンプ流量Ｗ等の沸騰水型原子炉６のプロセス量から、数値流体力学（ＣＦＤ：Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｆｌｕｉｄ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ）等の解析手法を用いてプロセス量−ジェットポンプ運転状態相関データを算出してジェットポンプ１２内の圧力分布および温度分布を取得する。
【００９５】
キャビテーション監視装置５０Ａにおけるジェットポンプ１２内の差圧分布を用いてキャビテーション発生の有無を判定する場合の判定処理について説明する。
【００９６】
図８は、本発明の第２実施形態に係るキャビテーション監視装置５０Ａにおけるジェットポンプ１２のキャビテーション発生の有無の判定処理を説明するフローチャートである。
【００９７】
図８に示すように、先ずステップＳ１Ａでは、相関データ算出部５９は、測定手段４３により測定された沸騰水型原子炉６のプロセス量から数値流体力学（ＣＦＤ）等の解析手法を用いてプロセス量−ジェットポンプ運転状態相関データを算出し、ジェットポンプ１２内の圧力分布および温度分布を取得して第２の選択部５４と差分算出部５５とへ出力する。
【００９８】
次に、キャビテーション監視装置５０Ａにおけるジェットポンプ１２内の差温分布を用いてキャビテーション発生の有無を判定する場合の判定処理について説明する。
【００９９】
図９は、本発明の第２実施形態に係るキャビテーション監視装置５０Ａにおけるジェットポンプ１２のキャビテーション発生の有無の判定処理を説明するフローチャートである。
【０１００】
図９に示すように、先ずステップＳ１１Ａでは、相関データ算出部５９は、測定手段４３により測定された沸騰水型原子炉６のプロセス量から数値流体力学（ＣＦＤ）等の解析手法を用いてプロセス量−ジェットポンプ運転状態相関データを算出し、ジェットポンプ１２内の圧力分布および温度分布を取得して第２の選択部５４と差分算出部５５とへ出力する。
【０１０１】
本実施形態におけるキャビテーション監視装置５０Ａは、沸騰水型原子炉６に設けられた測定手段４３で測定されたプロセス量から、ジェットポンプ１２内の温度分布と圧力分布とを数値流体力学（ＣＦＤ）等の解析手法を用いて取得し、水の飽和温度と飽和水蒸気圧との関係からジェットポンプ１２内の圧力と飽和蒸気圧との差圧分布または温度と飽和温度との差温分布を算出して、キャビテーション発生またはキャビテーション発生近接状態に達しているか否かをキャビテーション発生判定演算装置４５Ａで判定し、この判定結果と、ジェットポンプ１２内の圧力と飽和蒸気圧との差圧分布または温度と飽和温度との差温分布を表示部４６へ出力することで、ジェットポンプ１２のキャビテーション事象の発生の有無を監視する。
【０１０２】
なお、本実施形態におけるキャビテーション監視装置５０Ａが設けられた沸騰水型原子炉６は、給水ジェットポンプを採用した原子炉の再循環系が設けられた例を示したが、沸騰水型原子炉６の原子炉冷却材を強制的に循環させる手段は、インターナルポンプを採用した原子炉内再循環系や、原子炉格納容器内に再循環ポンプを設置した原子炉外再循環系でもよい。
【０１０３】
本実施形態によれば、原子力発電プラント１のプラント運転中においても、原子力発電プラント１の運転状態の微小な兆候を逃さず、万一、ジェットポンプ１２にキャビテーションが発生し、またはキャビテーションの発生状態に近接した場合には、原子力発電プラント１の計装設備の有する計測手段で原子力発電プラント１の運転状態を計測し、流動解析技術や模擬試験体による模擬試験データを活用して原子力発電プラント１の運転状態を評価し、給水ジェットポンプのキャビテーション発生への近接状態をオンライン（リアルタイム）で情報提供してキャビテーション事象の発生の有無を監視して必要な情報を迅速に提供することができ、保全／事後保全の観点から有益である。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るジェットポンプのキャビテーション監視装置が設けられた原子力発電プラントを示す概略図。
【図２】本発明の第１実施形態に係るジェットポンプのキャビテーション監視装置を示す概略図。
【図３】本発明の第１実施形態に係るキャビテーション監視装置におけるジェットポンプ１２のキャビテーション発生の有無の判定処理を説明するフローチャート。
【図４】本発明の第１実施形態に係るキャビテーション監視装置におけるジェットポンプ１２のキャビテーション発生近接状態の有無の判定処理を説明するフローチャート。
【図５】本発明の第１実施形態に係るキャビテーション監視装置におけるジェットポンプ１２のキャビテーション発生の有無の判定処理を説明するフローチャート。
【図６】本発明の第１実施形態に係るキャビテーション監視装置におけるジェットポンプ１２のキャビテーション発生近接状態の有無の判定処理を説明するフローチャート。
【図７】本発明の第２実施形態に係るジェットポンプのキャビテーション監視装置を示す概略図。
【図８】本発明の第２実施形態に係るキャビテーション監視装置におけるジェットポンプ１２のキャビテーション発生の有無の判定処理を説明するフローチャート。
【図９】本発明の第２実施形態に係るキャビテーション監視装置におけるジェットポンプ１２のキャビテーション発生の有無の判定処理を説明するフローチャート。
【図１０】原子炉格納容器内に再循環ポンプを設置した原子炉外再循環系の構成を示す概略図。
【図１１】給水ジェットポンプを採用した原子炉の再循環系の構成を示す概略図。
【図１２】ジェットポンプ内の原子炉冷却材の流動状況を示す概略図。
【符号の説明】
【０１０５】
１  原子力発電プラント
２  原子炉格納容器（ＰＣＶ）
３  原子炉圧力容器
４  ダウンカマ部
５  炉心下部プレナム
６  沸騰水型原子炉
７  支持ペデスタル
８  原子炉炉心
９  炉心シュラウド
１０  再循環ポンプ
１１  ヘッダ配管
１２  ジェットポンプ
１２ａ  ノズル部
１２ｂ  スロート部
１２ｃ  吸込部
１２ｄ  ディフューザ部
１３  原子炉復水・給水系
１４  低圧復水ポンプ
１５  復水脱塩装置
１６  高圧復水ポンプ
１７  給水加熱装置
１８  給水ポンプ
２０、２０ａ、２０ｂ  給水ジェットポンプ駆動系
２１  ジェットポンプ駆動ポンプ
２４  給水ジェットポンプ
２５  炉心上部プレナム
２６  気水分離器
２７  蒸気乾燥器
２８  主蒸気系
２９  燃料棒
３３  炉内圧力計
３４  炉内温度計
３５  ジェットポンプ流量計
３６  炉心差圧計
３７  測定器
３８  給水ジェットポンプ駆動水流量計
３９  ジェットポンプ駆動ポンプ回転計
４０  給水流量計
４１  給水温度計
４３  測定手段
４５  キャビテーション発生判定演算装置
４６  表示部
４７  制御棒駆動機構
４８  制御棒
５０  キャビテーション監視装置
５１  第１のデータベース部
５２  第２のデータベース部
５３  第１の選択部
５４  第２の選択部
５５  差分算出部
５６  判定部
５９  相関データ算出部
【図１】
2009031183.tif 000003
【図２】
2009031183.tif 000004
【図３】
2009031183.tif 000005
【図４】
2009031183.tif 000006
【図５】
2009031183.tif 000007
【図６】
2009031183.tif 000008
【図７】
2009031183.tif 000009
【図８】
2009031183.tif 000010
【図９】
2009031183.tif 000011
【図１０】
2009031183.tif 000012
【図１１】
2009031183.tif 000013
【図１２】
2009031183.tif 000014