JPH0147681B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 圧力容器１の水−蒸気室への給水の導入
が、ほぼ水平に走る配管部分１４０を介して行わ
れ、そこから給水が下方に向けられた配管部分１
４および場合によつてはそれに接続されている注
水環状配管１２を介して、圧力容器１の水−蒸気
室ないし降水室８にある媒体に混入されるよう
にして、圧力容器特に原子炉圧力容器あるいは蒸
気発生器に開口する給水配管接続短管の内面にお
ける亀裂発生を防止する装置において、ほぼ水平
に走る配管部分１４０が、圧力容器１に入り込ん
だ直後に溢流縁U¨を形成するためにまず上向きに
湾曲され、その場合、圧力容器内壁１ｉと溢流縁
U¨によつて形成される横断面Fu¨の重心を通る中
心線Mu¨との間の水平距離をA_oとし、圧力容器１
に開口する給水配管１３，１４の内径をD_iとした
場合、A_o／D_iの比率が0.5と２との限界内にある
ことを特徴とする圧力容器に開口する給水配管接
続短管の内面における亀裂発生防止装置。

明細書 圧力容器に開口する給水配管接続短管の内面に
おける亀裂発生防止装置。

本発明は、圧力容器、特に原子炉圧力容器ある
いは蒸気発生器に開口する給水配管接続短管の内
面における亀裂発生を防止する装置に関する。

雑誌「エネルギー（Energie）」1975年４月発
行の第４号、第97〜98頁において、水平の給水配
管が水−蒸気室の中に開口しているような加圧水
形原子炉を持つた原子力原動所用の蒸気発生器が
公知である。その給水配管は水−蒸気室の内部で
垂直に下向きに注水環状配管まで導かれている。

この公知の蒸気発生器の場合、弱い注水の際に
給水用の入口管において逆流が生ずるという欠点
がある。この逆流は、圧力容器内を延びる給水配
管接続短管の壁を通してその中の給水に熱が伝達
され対流が生ずることに起因している。このため
に圧力容器の外側を延びる給水配管部分並びに圧
力容器への接続配管の内部において、給水中に異
なつた温度の層が生じ、これによつて給水入口管
の内面に亀裂が生ずることがある。その給水入口
管の壁の荷重は、対流によつて発生される逆流が
十分に連続して行われないことによつて一層増大
される。この結果として給水入口管の水平に走る
部分の内部において低温水と高温水との間の境界
層が変動する。この変動は実用されている内径
400mmの配管内において0.25Hzの周波数で生じ、
境界層のすぐ近くの周辺では±60Kの振幅とな
る。

米国特許第3661123号明細書において、圧力容
器の水−蒸気室への給水の導入が、ほぼ水平に走
る配管部分とそれに続いて立上がる配管部分を介
してこの立上がり配管部分の流路端にある溢流縁
まで行われ、そこから給水が下方に向けられた配
管部分およびそれに接続されている注水環状配管
を介して、圧力容器の水−蒸気室ないし降水室に
ある媒体に混入されるようにした圧力容器に開口
する給水配管接続短管に対する装置が知られてい
る。この装置によつて、接続短管内における高温
水の逆流による温度成層は避けられ、これによつ
て明らかにその給水配管接続短管の内面における
亀裂の発生が避けられる。しかしこの公知の装置
の場合、ほぼ水平に走る配管部分が非常に長く、
従つてそれを取り巻く蒸気から多量の熱を吸収
し、その結果として、給水配管接続短管の温度繰
返し荷重を著しく高める好ましくない温度成層が
生じてしまう。

本発明の目的は、プラントの部分負荷運転ある
いは無負荷運転の場合のように給水配管接続短管
の給水が弱められる場合、その給水過程の繰返し
数が多くなつても、接続短管における材料疲労お
よびそれに伴う亀裂発生が確実に防止されるよう
にするために、給水配管接続短管の中に対流に基
づく逆流が生じないようにすることにある。

本発明によればこの目的は、請求の範囲の特徴
部分に記載した手段によつて達成される。

本発明によつて得られる利点は特に、給水配管
接続短管の圧力容器の中に突出した部分が短く、
そこから吸収される熱量が大きくないので、給水
すべき重い（まだ冷たい）水に向かつて逆流する
ほど軽い比重の媒体が生じないことである。本発
明によれば特に無負荷運転および低負荷運転の際
に生ずる熱応力および亀裂発生の問題が解決され
るだけでなく、起動および停止の際に生ずる問題
も解決される。

以下図面に示されている複数の実施例に基づい
て本発明を詳細に説明する。図面は本発明の理解
によつて重要でない部分を省略して概略的に示さ
れている。

第１図は請求の範囲第１項に基づいて形成され
た給水配管接続短管をもつて加圧水形原子炉の蒸
気発生器の縦断面図、第２図は第１図におけるＸ
部分の拡大詳細図、第３図は第２図における−
線に沿う断面図、第４図は接続短管の軸心方向
に特に偏平に構成された本発明の異なる実施例の
第２図に相応した図面、第５図は第１図における
−線に沿う断面図、第６図は特に大きな流路
断面積をもつた実施例で圧力容器壁の一部と共に
示された図面、第７図は第６図における−線
に沿う断面図、第８図は下方に向いた給水配管部
分と受槽とをもつた第４の実施例の概略図、第９
図は各図面におけるA_oおよびD_iの大きさを示す
表である。

第１図に基づく加圧水形原子炉の蒸気発生器
DEは耐圧ケーシング１を有し、このケーシング
１は一次側室領域1.1、Ｕ字状伝熱管２を有して
いる蒸発領域1.2、および円錐状に広がるケーシ
ング中間領域1.3の上に続く気水分領域1.4をもつ
ている。ケーシング１に溶接された管床３および
この管床に溶接されてそれによつて支持されてい
る伝熱管２は、一次側室を二次側室から気密
に分離している。一次側室は管床３に溶接され
かつ入口接続短管Ｅと出口接続短管Ａとをもつた
半球状底４によつて形成され、その場合一次側室
の入口室ｅ１は湾曲隔壁５によつて出口室ａ１か
ら分離されている。管束の管２のうち外側および
内側の管だけが図に線で示され、管湾曲部は符号
２．１で、内側の管空所は符号２．２で示されて
いる。

加圧水形原子炉（図示せず）の炉心の中で加熱
された一次媒体（水）は、温度が約316℃および
圧力が155パールの状態で入口接続短管Ｅを介し
て入口室に導入され、伝熱管２を貫流し、約
290℃の温度で出口室ａ１および出口接続短管Ａ
を介して原子炉圧力容器に戻される。

伝熱管２から成る管束は、軸方向に互に隔てら
れている管保持格子６によつて振動に対して保持
され、管束はケーシング壁１と共に環状降水室８
を形成する円筒状ジヤケツト７によつて囲まれて
いる。ジヤケツト７は管床３に対して間隔ａ２を
隔てて配置されているので、降水室８はその下端
で流れ空所８・１を介してジヤケツト７の内部に
ある蒸発室と接続されている。ジヤケツト７はそ
の上端が載置板９で閉鎖され、この載置板９はそ
の上側に気水分離器１０を支持しており、この気
水分離器１０には蒸発室からの水−蒸気混合体
が相応した流路を通つて流入する。循環水の水面
１１から放出された水は直接降水室８に供給され
る。降水室８の上端に配置された環状配管１２
は、給水配管接続短管１３からほぼ垂直に走る接
続配管１４を通つてくる給水を図示されてない開
口を通して案内するために用いられる。気水分離
器１０の上側から出てくるほぼ脱水された蒸気は
微細分離器１５に送られ、ここから蒸気ドーム１
７の主蒸気配管接続短管１６を介して蒸気タービ
ン（図示せず）に送られる。

蒸気発生器DEは自然循環原理に基づいて動作
する。給水および分離された水は、降水室８内に
おいて混合されて下方に向つて蒸発室の中に流
れ、この蒸発室内において蒸発（湿り蒸気）し
て上昇する。それから水−蒸気混合体は粗動気水
分離器１０に送られ、続いて上述したように微細
分離器１５に送られる。接続短管１３および接続
配管１４を介して給水を案内するために、第２図
および第３図に基づいて詳述されているように正
確に規定された流れの案内が行なわれる。

蒸気発生器DEの水−蒸気室への給水の導入は、
ほぼ水平に走る配管部分１４０およびそれに続い
て立上りかつ管エルボとして形成されている配管
部分１４１を介して、立上り配管部分１４１の流
路端にある溢流縁U¨に達するまで行なわれる。こ
こから給水は矢印ｆ１で示すように、下方に向け
られた配管部分１４２およびそれに続く注水環状
配管１２（第１図参照）を介して水−蒸気室、す
なわちこの場合には蒸気発生器DEの降水室８に
混入される。配管部分１４２はドーム状に形成さ
れ、配管部分１４１を取り囲んでいる。配管部分
１４０は接続短管１３（第１図参照）の中にサー
モスリーブ管の形式で保持されている。上述の配
管構成によれば既に加熱されている給水の配管部
分１４０への逆流はもはや生じない。なぜなら流
入する低温の給水はその大きな比重によりそれが
高い位置にある溢流縁U¨に到達する前に、接続短
管の横断面をまず完全に充填するので、配管部分
１４０は常に負荷状態におかれているからであ
る。

第４図および第５図に基づく偏平で圧縮された
構造は、接続短管の軸心方向にごく僅かな空間し
か得られないような蒸気発生器あるいは原子炉圧
力容器に対して好適である。同一部分には同一符
号が付されている。ここでは立上り配管部分は断
面が矩形の容器１４１′によつて形成され、この
容器１４１′は偏平で箱形をしており、従つてそ
の両側上縁に溢流縁U¨が配置されている水槽を形
成している。この水槽１４１′は同様にほぼ箱形
をしかつその上縁が丸められている下方に向けら
れた配管部分用の形成物１４２によつて取り囲ま
れ、この形成物１４２は圧力容器の内周曲率に相
応して湾曲され、その下端で挟められた頚部１４
３を介して環状配管１２に開口している。

第６図および第７図に基づく装置は、全負荷時
の給水流量がもつと大きいものに対して設計され
ている。その場合溢流縁U¨は横側の上縁１４１．
１だけでなく、配管部分１４１の縦側の上縁１４
１．２にもある。従つて下方に向けられた配管部
分１４２の流れ断面積は第４図および第５図に基
づくものよりも大きい。更に蒸気発生器DEのケ
ーシング壁１に環状溶接継目１８によつて溶接さ
れている給水配管接続短管１３の内周には、サー
モスリーブ管として形成されかつほぼ水平に走る
配管部分１４０が内張りされている。このサーモ
スリーブ管は普通の形状をしているか、あるいは
西ドイツ特許出願公開第2346411号公報の第２図
に記載されているように形成されている。

第８図には、ほぼ水平に走る配管部分１４０に
湾曲管片１４４を介してほぼ下方に走る配管部分
１４５がまず続き、この配管部分１４５が溢流縁
U¨までの上昇流路を有する受槽１４１″に開口し
ていることを示している。

実験で明らかなように、温水の逆流による温度
成層を防止するためには、A_o／D_iを所定の比率
に維持することが重要である。その場合符号A_o
は、圧力容器の内壁１ｉと、溢流縁U¨で形成され
る横断面Fu¨の重心を通る中心線Mu¨との間の水平
距離である。また符号D_iは圧力容器DEに開口す
る給水配管１４０の内径である。上述の比率
A_o／D_iはできるだけ小さく、たとえば0.5と２と
の間の限界内にあるようにしなければならない。

第２図および第３図において、圧力容器内壁１
ｉは破線で示され、中心線Mu¨は一点鎖線で示さ
れ、更に距離A_oに対する寸法線には符号A₁が、
内径には符号D_iが記されている。第２図および第
３図に基づく実施例に対しては、第９図の表に示
すように、A₁＝4.70、D_i＝3.70、従つてA_o／D_i＝
1.27が生ずる。

なお第４図、第５図および第６図、第７図に基
づく実施例に対してもA_o／D_iの比率に対して好
適な値が生ずる。第４図および第９図の表から明
らかなように、値A₂＝2.15、値D_i＝3.55、従つて
比率A_o／D_i＝0.61が生ずる。この好適な値は配管
部分１４１′，１４２の圧縮偏平構造に基づいて
生ずる。同様に第６図および第７図に基づく実施
例に対してはA₃＝1.50、D_i＝2.50、およびA_o／D_i
＝0.60の値が生ずる。

第８図に基づく実施例は第９図から明らかなよ
うに、比率A_o／D_iが上限値２の範囲にあること
を示している。この実施例の利点としては比較的
大きな貫流断面積および円筒対称形状が挙げられ
る。この円筒対称形状は第２図および第３図に基
づく実施例の場合にも生ずる。一般に円筒対称形
状は大きな耐圧強度が得られ、これに対して箱形
横断面は所定の肉厚において耐圧強度が小さくな
りその代りA_oの方向の長さは小さくなる。従つ
て特に有利な実施態様として第１図ないし第３図
に基づく実施例が挙げられ、ここではA_o／D_iの
比較的小さな比率1.27が実現され、それにも拘ら
ず十分な流れ断面積において非常に大きな耐圧強
度が生ずる。これに比べて他の実施例は、A_o／
D_iの比率を特に小さくするか（第４図ないし第７
図）、あるいは溢流領域における流れ断面積を特
に大きくする（第８図）ための特殊な実施態様で
ある。

全体として本発明によれば、配管横断面積に比
べて溢流縁U¨までの流路が短かくなるので、給水
が溢流縁までの流路において著しく加熱されるこ
とはない。かかる加熱は、比率の分母である大き
さD_iによつて表わされる給水の流量と逆比例す
る。本発明によれば、溢流縁までの給水の流路に
おいて流れ横断面積に比べて流量が僅かな場合
に、その流路および給水の滞在時間を極めて容易
に小さくできるので、有害な加熱、それに伴なう
温度成層の発生および給水接続短管へ向う循環流
を防止することができる。

第９図の表において符号A_oおよびD_iに対して
は、たとえば図面に表示された寸法にあわせたcm
値が与えられている。実際の寸法例を挙げれば、
第１図における蒸気発生器DEの圧力容器はその
気水分離器の範囲1.4（蒸気ドーム）において約
4800mmの外径を有し、従つて第２図および第３図
に記入されている大きさA₁とD_iに対して約500mm
ないし400mmの値が与えられる。なお別の図面に
おけるA_o値およびD_i値の実際寸法に対しても同
じことが適用される。第１図に示された蒸気発生
器は電気出力1200MWの加圧水形原子力発電所に
おいて作動蒸気を発生するために、たとえば４ル
ープ配置構造で別の３つの蒸気発生器と共に用い
られる。