JP2009121682A - 音響負荷緩和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流体流れの音響負荷を低減するためのシステムを提供すること。
【解決手段】流体流れの音響負荷を低減するためのシステムは、第１パイプ（１）を含む。第１パイプ（１）は第１端と、第２端と、第１アパーチャ（２１）と、第２アパーチャ（２４）とを備え、第１および第２アパーチャ（２１、２４）は前記第１端および第２端の中間にある。第２パイプ（４）は、第１端と、第２端と、該第１端と第２端の中間にある第３アパーチャ（２２）とを含む。第２パイプ（４）は、その第１端が第１パイプ（１）に第１アパーチャ（２１）で接続される。バイパスパイプ（２０）は、第１パイプ（１）の第２アパーチャ（２４）に接続された第１端と、第２パイプ（４）の第３アパーチャ（２２）に接続された第２端とを含む。主流れを運ぶように構成された第１パイプ（１）に接続されたスタンドパイプ（４）内の流れの音響負荷を低減する方法は、バイパス流れを第１パイプから前記スタンドパイプ（４）に供給することを含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、概ね原子炉に関し、且つより具体的には原子炉の音響負荷の緩和に関する。

沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の原子炉圧力容器（ＲＰＶ）は、一般に概ね筒状とされ、両端がボトムヘッドおよび取外し可能なトップヘッド等により閉じられている。上部格子板は一般に圧力容器内の炉心板上方に離隔される。炉心シュラウド、若しくはシュラウドは、一般に炉心を囲繞し、シュラウド支持構造によって支持される。特に、シュラウドは概ね筒状とされ、炉心板および上部格子板を共に囲繞する。筒状の原子炉圧力容器と筒状に形成されたシュラウドの間に間隙若しくはアニュラスがある。

熱は炉心内で発生し、炉心を循環した水の少なくとも一部が蒸気に変換される。汽水分離器は、蒸気と水を分離する。残留水は、炉心上方に位置する蒸気乾燥器によって蒸気から取り除かれる。脱水された蒸気は容器トップヘッド近傍の蒸気出口を介して圧力容器を出て、圧力容器外部の流れがタービンを駆動する。
米国特許第７，０６９，９５０ Ｂ１号公報 米国特許第７，０４７，７２５ Ｂ２号公報

乾燥器を通る蒸気の流れは、均衡が破れたりミスマッチされる場合があり、蒸気流れの多くは優先的に乾燥器ベーンの上部を通過する。原子炉の出力が増した出力レベルでは、増加した蒸気流れによって蒸気の速度が乾燥器ベーンの局部区域でブレークスルー速度を超えることがある。乾燥器は、ブレークスルー速度が超過した区域の蒸気から水滴を除くことをしなくなる。ブレークスルーするか、或いは乾燥器を出た湿り蒸気は、発電プラントの他の部分で望ましくない作用を生起する。金属製構成要素のエロージョンを惹起する潜在性に加え、過剰な湿分は原子炉から放射化した微粒を分離器下流のパイプ、タービンおよび熱交換機に運び、それによってタービンホール内の線量率が高くなり、装置類の保守が一層困難になる可能性がある。

装置類を破損若しくは損傷した負荷の源の１つは、逃がし安全弁等、スタンドオフパイプ内部における流体の音響共鳴とされる。逃がし安全弁、若しくはバルブは、蒸気流れが入口を通過すると、自然に音響共鳴を生起し、それによって生じる音圧が上流に伝わり、蒸気乾燥器等の損傷を生起する。

蒸気乾燥器等の装置の損傷を低減する従来の試みには、蒸気乾燥器に掛かる負荷を予測或いは推定し、乾燥器に掛かる応力を計算し、計算された応力を低減するように乾燥器に変更を加える等があった。

蒸気乾燥器等の装置類の損傷を低減する別の試みとして、ヘルムホルツ共鳴器を逃がし弁に設けることもあった。しかし、ヘルムホルツ共鳴器は、カンチレバー形の壺状の大型装置で、原子力発電ステーションの環境で支持するのは困難とされる。

ハーシェル−クインクチューブは、音響ノイズを単一周波数で受動的に相殺するのに使用される。ハーシェル−クインクチューブは主パイプと、主パイプの２点に接続するバイパスパイプとを備える。その２点は、相殺される周波数の４分の１波長に等しい間隔で離隔される。ハーシェル−クインクチューブは、１点から発し、第２点に進む、２つの経路があり、その２つの経路で、音は、一方の経路に沿った波長方向で最大値に達し、他方の経路でその最大値の逆に達するために、相殺されるという原理に基づいて作用する。

本発明の一実施形態においては、流体流れの音響負荷を低減するためのシステムは、第１パイプを備える。第１パイプは、第１端と、第２端と、第１アパーチャと、第２アパーチャとを備える。第１および第２アパーチャは、第１端と第２端の中間にある。第２パイプは、第１端と、第２端と、同第１および第２端の中間にある第３アパーチャとを備える。第２パイプは、その第１端が第１パイプに第１アパーチャで接続される。バイパスパイプは、第１パイプの第２アパーチャに接続された第１端と、第２パイプの第３アパーチャに接続された第２端とを備える。

本発明の別の実施形態においては、主流れを運ぶように構成された第１パイプに接続されたスタンドパイプ内の流れの音響負荷を低減する方法は、バイパス流れを第１パイプからスタンドパイプに供給することを含む。

図１〜３に関し、例えば、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）等、原子力発電ステーションにおける蒸気ラインパイプ１は、その対向端に蒸気ラインパイプ１を蒸気送りラインに接続するためのパイプフランジ２を備える。蒸気ラインによって運ばれる蒸気の圧力を測定するため、圧力センサ１８を蒸気ラインパイプ１内に設けることが可能とされる。

スタンドオフパイプ４は蒸気ラインパイプ１の第１出口２１に接続され、スタンドオフパイプ４に設けられたパイプフランジ１０に逃がし安全弁（図示せず）が取り付けられる。圧力センサ２３は、スタンドオフパイプ４の蒸気の圧力を測定するためにパイプフランジ１０に設けられる。パイパスパイプ２０は、蒸気ラインパイプ１およびスタンドオフパイプ４に接続される。

図３に関し、バイパスパイプ２０は、その一端が蒸気ラインパイプ１の第２出口２４にパイプベース３によって接続される。パイパスパイプ２０の他端はスタンドオフパイプ４の入口２２にバイパスパイプ出口パイプ５によって接続される。

図３および４に関し、バイパスパイプ２０は、蒸気ラインパイプ１の第２出口２４にパイプベース３によって接続された第１パイプフランジ９を含み、第２パイプフランジ９は第１パイプフランジ９にボルト１５およびナット１４等の締め具により接続される。スペーサ１６は、第１および第２パイプフランジ９の間に設けられる。ガスケット１１等のシールがスペーサ１６の両側にスペーサ１６と第１および第２パイプフランジ９の間に設けられる。芯合わせピン１７は、第１および第２パイプフランジ９をパイプベース３に整列させるためにスペーサ１６およびパイプフランジ９を介して設けられる。

更に図３に関し、バイパスパイプ２０は、バイパスパイプ第１セグメント６、バイパス第２セグメント１２およびバイパスパイプ第３セグメント７を備える。バイパスパイプ２０は、ここではセグメントにより構成されるものとして図示するが、バイパスパイプ２０は蒸気ラインパイプ１のパイプフランジ９からスタンドオフパイプ４のパイプフランジ９に及ぶ一体品パイプに形成することが可能とされることを理解されたい。

図３に示す通り、バイパスパイプ出口パイプ５は、スペーサ１６およびシール（ガスケット１１等）によって隔てられた第１および第２パイプフランジ９によってパイプセグメント６に接続され、芯合わせピン１７によってパイプベース３の接続と同様にセグメント６に整列される。

パイプフランジ８は、スタンドオフパイプ４の端に接続される。第２パイプフランジ１０はパイプフランジ８に、締め具、例えば、ボルト１３およびナット１４によって接続される。図２に示すように、パイプフランジ８、１０は８本のボルトおよびナットの締め具を受ける８つの孔を有するように示してある。この孔および締め具の数は如何様にしてもよく、且つパイプフランジ８、１０は別の方法で接続することも可能とされる。

第２パイプフランジ１０は、図５および６に示すように、逃がし安全弁をスタンドオフパイプ４に接続するためのタップ１９を含む。圧力センサ２３は、第２パイプフランジ１０のタップ１９に受けられる。

スタンドオフパイプ４に接続された逃がし弁は、通過中の流動流れと共鳴する４分の１波長チューブを形成する。音響ノイズを共振周波数で受動的に相殺するため、バイパスパイプ２０は蒸気ラインパイプ１とスタンドオフパイプ４の間に設けられる。

蒸気ラインパイプ１の第２出口２４とスタンドオフパイプ４の入口２２の間の間隔は、相殺される音響ノイズの波長の分数とされる。例えば、第２出口２４と入口２２の間の間隔は、４分の１波長の約半分（１／２）、即ち、共振周波数の波長の約８分の１（１／８）とされる。

パイパスパイプ２０の長さは、相殺される音響ノイズの共振周波数の波長の別の分数とされ、第１出口２１と入口２２の間で到達される最大値の逆となる。例えば、出口２１と入口２２の間の距離を相殺される音響ノイズの共振周波数の波長の１／８の場合は、バイパスパイプ２０の長さ（即ち第１入口２１から入口２２までの距離）は波長の５／８となる。

バイパスパイプ２０は、スタンドオフパイプ４によって得られる流れ経路から分岐する第２の流れを与え、次いで第２の流れをスタンドオフパイプ４の主流に再び併せる。スタンドオフパイプ４内を伝わる音波の一部は、バイパスパイプ２０に振り向けられる。バイパスパイプ２０に振り向けられた音波の該一部は、スタンドオフパイプ４の主流の音波と位相がずれてバイパスパイプ２０を出るため、それによって主流路の音響負荷が減衰、若しくは除去される。

相殺されるスタンドオフパイプ４の音響ノイズの４分の１波長の他の分数も使用可能とされることを理解されたい。例えば、出口２１と入口２２の間の間隔を４分の１波長に等しくし、したがってバイパスチューブ２０の長さを波長の３／４とすることが可能とされる。

本明細書に記載したバイパスパイプは、スタンドオフパイプと逃がし安全弁によって形成される通常閉鎖されたチャンバ内部の流体の共振からノイズ／音響負荷を除去するのに使用することが可能とされる。本明細書に記載したバイパスパイプは、既存の稼働プラントに設置することが可能とされる。バイパスパイプは、原子炉圧力容器から上流に伝わり、蒸気乾燥器等の装置に損傷を生じる音圧を減少若しくは除去するのに使用することが可能とされる。バイパスパイプは、したがって、そのような共振のポテンシャルを除き且つ他の部位の負荷を増すことなく蒸気乾燥器を護る。

本明細書に記載したバイパスパイプはまた、流れの妨げにならず、音響負荷の除去を受動的に行い、外部の支持を必要としない。本明細書に記載したバイパスパイプは、したがって極めて容易に既存のプラントで実施可能とされる。本バイパスパイプはまた、通常なら高い負荷が生起する流れ条件で主蒸気ラインにおいて且つ蒸気乾燥器等の装置に対して高い負荷が掛かるのを防止する。

本バイパスパイプはまた、出力引き上げにおける懸念の源とされる音響負荷の増大と、それに付随する蒸気乾燥器および他の装置に対するリスクを除去することによって、原子力発電プラントの出力格上げを可能とし且つ促進させる。

以上に本発明を現在最も実用性が高く且つ好適な実施形態に関して説明したが、本発明は開示した実施形態に限定されるべきものでなく、むしろ付属の請求項の理念と範囲内に含まれる様々な変更および均等の構成を包含するものと解されるべきものである。

本発明の実施形態による負荷緩和装置の斜視図である。 図１の負荷緩和装置の平面図である。 図１および２の負荷緩和装置の断面図である。 図１〜３の負荷緩和装置のバイパスパイプの側面図である。 図１〜４の負荷緩和装置のスタンドオフパイプに逃がし安全弁を取り付けるためのパイプフランジの平面図および断面図である。 図１〜４の負荷緩和装置のスタンドオフパイプに逃がし安全弁を取り付けるためのパイプフランジの平面図および断面図である。

符号の説明

１ 蒸気ラインパイプ
２ パイプフランジ
３ パイプベース
４ スタンドオフパイプ
５ バイパスパイプ出口パイプ
６ バイパスパイプ第１セグメント
７ バイパスパイプ第３セグメント
８ パイプフランジ
９ パイプフランジ（バイパスパイプの）
１０ パイプフランジ
１１ ガスケット
１２ バイパスパイプ第２セグメント
１３ ボルト（スタンドオフパイプフランジの）
１４ ナット（スタンドオフパイプフランジの）
１５ ボルト（バイパスパイプフランジの）
１６ スペーサ（バイパスパイプフランジの）
１７ 芯合わせピン
１８ 圧力センサ
１９ タップ
２０ バイパスパイプ
２１ 蒸気ラインパイプの第１出口
２２ スタンドオフパイプの入口
２３ 圧力センサ
２４ 蒸気ラインパイプの第２出口

Claims (10)

1. 流体流れの音響負荷を低減するためのシステムであって、
   第１端と第２端と第１アパーチャ（２１）と第２アパーチャ（２４）とを備えた第１パイプ（１）であって、前記第１および第２アパーチャ（２１、２４）が前記第１端および第２端の中間にあるように構成された第１パイプ（１）と、
   第１端と第２端と該第１端と第２端の中間にある第３アパーチャ（２２）とを備えた第２パイプ（４）であって、この第２パイプ（４）の前記第１端が前記第１パイプに前記第１アパーチャ位置で接続される第２パイプ（４）と、
   前記第１パイプ（１）の前記第２アパーチャ（２４）に接続された第１端と、前記第２パイプ（４）の前記第３アパーチャ（２２）に接続された第２端とを有するバイパスパイプ（２０）、
   とを備える音響負荷低減システム。
2. 前記第１パイプの前記第１アパーチャと前記第２パイプの前記第３アパーチャとの間に画定された第１流路と、前記バイパスパイプによって画定された第２流路とを有し、前記第１流路は、前記第２パイプ内で前記第１パイプの主流により発生した音響負荷の波長の分数の長さを有し、前記第２流路は前記音響負荷の前記波長の第２の分数の長さを有することを特徴とする請求項１記載のシステム。
3. 前記第１および第２分数の値は、前記第１流路沿いの第１流れの音響負荷が、前記第２流路沿いの第２流れと前記第３アパーチャ位置において位相がずれるように設定される請求項２記載のシステム。
4. 前記第１流れの音響負荷と前記第２流れの音響負荷とが前記第３アパーチャ位置で１８０°位相違いとされる請求項３記載のシステム。
5. 前記第１分数は１／８で、前記第２分数は５／８である請求項３記載のシステム。
6. 前記バイパスパイプはＵ字形状とされる請求項１記載のシステム。
7. 主流れを運ぶように構成された第１パイプに接続されたスタンドパイプ内の流れの音響負荷を低減する方法であって、該方法は、
   バイパス流れを前記第１パイプから前記スタンドパイプに供給することを含む方法。
8. 前記バイパス流れは、前記スタンドパイプ内の流れと位相違いで前記スタンドパイプ内の流れに導入される請求項７記載の方法。
9. 前記バイパス流れは、前記スタンドパイプ流れと１８０°位相違いで前記スタンドパイプ流れに導入される請求項８記載の方法。
10. 前記バイパス流れの長さは、前記スタンドパイプ流れにより生成される音響負荷の波長の分数とされる請求項７記載の方法。

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