JPH0582517B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ この発明は、例えば沸騰水型原子炉の再循環系
に介装されているヘツダのようなクロス配管構造
に関する。

［発明の技術的背景］ 流体の流れを三方向に分流させるこの種のクロ
ス配管は例えば、沸騰水型原子炉の冷却材再循環
系に適用される。一般に、沸騰水型原子炉は第１
０図に示すように原子炉圧力容器１を有し、この
原子炉圧力容器１内には多数の燃料集合体等を組
み合せて構成される炉心２が形成されている。こ
の炉心２の上方には気水分離器３が配設されてお
り、この気水分離器３により分離された蒸気は蒸
気乾燥器４を経て管路５により図示しない蒸気タ
ービンに供給されるようになつている。蒸気ター
ビンを駆動し、仕事をした蒸気は凝縮して復水と
なり、この復水は図示しない給水加熱器を経て管
路６から再び原子炉圧力容器１内に給水されるよ
うになつている。

一方、原子炉圧力容器１内には炉心２を囲繞す
るように複数個、例えば10個のジエツトポンプ７
が配設されており、このジエツトポンプ７のポン
プ作用により、原子炉圧力容器１内の炉水（冷却
材）を強制循環させるようになつている。このた
め、原子炉圧力容器１外には、この圧力容器１内
の冷却材をジエツトポンプ７に供給するための一
対の再循環系８が配設されている。各再循環系８
には再循環ポンプ９が介装され、この再循環ポン
プ９の下流側には炉水を各ジエツトポンプ７に分
配させるヘツダ１０が設けられている。しかし
て、再循環ポンプ９で昇圧された炉水はヘツダ１
０にて分流され各ライザー管を経てジエツトポン
プ７に送り込まれるようになつている。

炉水を分流させるヘツダ１０は、第１１図およ
び第１２図に示すように主配管としての円筒形の
上流側直管１１を有し、この直管１１の軸方向同
一位置には、上流側直管１１より小径の口径から
なる一対の第１および第２分岐管１２Ａ，１２Ｂ
が接続され、上記直管１１内にクロス部１３が形
成される。そして、両分岐管１２Ａ，１２Ｂの直
管１１に対する接続位置は、一方の分岐管１２Ａ
の軸線が他方の分岐管１２Ｂの軸線と鈍角に交差
するように直管１１のほぼ直径方向に対向してい
る。具体的には第１２図に詳示するように、両分
岐管１２Ａ，１２Ｂの軸線L_A，L_Bは直管１１の
直径線Ｌに対し同方向に角度αだけずれるように
接続されている。

また、主配管としての上流側直管１１は上下方
向に延びて下端が入口部１４とされ、炉水は下方
から上方に流れるようになつており、この直管１
１における分岐管１２Ａ，１２Ｂの接続部位によ
り下流側の出口部はレデユーサ１５により口径が
縮減され、下流側直管（中央分岐管）１６が接続
されている。

［背景技術の問題点］ 前述したヘツダ１０のようなクロス配管構造に
おいては、再循環ポンプ９からの吐出流を中央お
よび左右の分岐管１２Ａ，１２Ｂ，１６に分流さ
せているが、中央分岐管への流れは、そのレデユ
ーサ１５の上流側に上流側直管１１と同一径の直
管部１３ａを有するため、この直管部１３ａでは
流れが減速されようとして流速の不連続が生じ、
炉水の流れに乱れが発生する。一方、左右の分岐
管１２Ａ，１２Ｂへの分配流は、クロス部１３に
おける流れが安定し、乱れがない場合にはそのま
ま左右の分岐管１２Ａ，１２Ｂへスムーズに流れ
込むが、前記直管部１３ａにおける流れの乱れに
より炉水主流の流れが乱され、分岐流は旋回流と
なつて左右の分岐管１２Ａ，１２Ｂに流れ込むこ
とになる。すなわち、第１３図Ａ，Ｂ，Ｃに示す
ように、上流側直管１６の入口部およびクロス部
１３における冷却材（炉水）の偏流ａによりクロ
ス部１３から各分岐管１２Ａ，１２Ｂにかけて冷
却材の旋回流ｂが生ずる。また、この旋回流は、
クロス部１３における冷却材の流れの変化により
なくなる場合がある。すなわち、第１３図Ｄに示
すように左右の分岐管１２Ａ，１２Ｂの直下位置
における偏流が変化すると、旋回流がなくなるこ
とがある。

したがつて、このようなクロス配管構造におい
ては、旋回流の有無が不規則に繰返されるので各
分岐管内における冷却材の流れが大幅に変動し、
安定した分岐流量を得ることができないという問
題があつた。

また、旋回流が発生するとクロス部における左
右への分岐流の流れの抵抗が増大し、大きな騒音
の発生の原因となつたり、流れの脈動が大きくな
る。その結果、このクロス配管を沸騰水型原子炉
の再循環系に適用した場合、再循環ポンプ速度が
一定であつても、旋回流の生成および消滅による
管路抵抗の変化により、再循環流量が変化した
り、また、旋回流による再循環流量に脈動が生
じ、ひいては原子炉出力の変化あるいは微小変動
に継がる原因になつていた。

［発明の目的］ この発明は上述した事情を考慮してなされたも
ので、分岐管内における旋回流の有無による流れ
の変動なくして、安定した分岐流量をスムーズに
得ることができるクロス配管構造を提供すること
を目的とする。

この発明の他の目的は、沸騰水型原子炉の再循
環系に適用した場合には、再循環流量を常時安定
させ、脈動のない安定した分岐流をスムーズに得
ることができるようにしたクロス配管構造を提供
することにある。

［発明の概要］ 上述した目的を達成するために、この発明は、
流体を流す主配管と、この主配管の下流側に接続
され、主配管より小口径の中央分岐管と、上記両
管の接続部から主配管の軸線にほぼ直角方向に延
び、かつ主配管より小口径の複数の分岐管とを有
し、前記両管および各分岐管の接続部を十字形の
クロス部に形成するとともに、上記クロス部内面
を主配管の内半径で球面加工して成形する一方、
前記主配管の軸線と分岐管の軸線とが交差する点
を中心にして分岐管の内径にほぼ等しい円を描
き、この円と中央分岐管の延長された内周面との
交点を求め、この交点を中心として主配管の内半
径にほぼ等しい円弧を描いて主配管の軸線との交
点を求め、この上流側交点部分をクロス部内面の
球面中心に設定したものである。

［発明の実施例］ 以下、この発明の好ましい実施例について添付
図面を参照して説明する。

なお、この実施例を説明するに際し、前述した
従来のものと同じ構成については、同一符号を付
し、その説明を省略する。

第１図および第２図はこの発明の第一実施例を
示すものであり、クロス配管構造の一例として沸
騰水型原子炉の再循環系に適用されるヘツダを示
す。このヘツダ２０は流体として炉水を流す主配
管２１としての上流側直管に中央分岐管２２とし
ての下流側直管が共通軸線を有するように一体接
続される。中央分岐管２２は主配管２１より小口
径の流路断面積を有する一方、上記接続部から左
右に一対の第１および第２分岐管１２Ａ，１２Ｂ
が主配管２１の軸線にほぼ直角方向に延びるよう
に一体接続され、十字状のクロス部２３が形成さ
れる。第１および第２分岐管１２Ａ，１２Ｂも主
配管２１より小口径の流路断面積を有するととも
に、第１分岐管１２Ａと第２分岐管１２Ｂは主配
管２１のほぼ直径方向に対向している。具体的に
は第１分岐管１２Ａと第２分岐管１２Ｂの軸線
L_A・L_Bが鈍角に交差し、主配管２１の直径線に
対し、第４図に示すように同方向に角度αをなし
ている。

一方、主配管２１に小口径の中央分岐管２２を
鍛造等により一体に結合されるため、主配管２１
の端部はクロス部２３の途中で絞られ、クロス部
２３内面は球面加工により成形される。成形され
る球面は主配管２１の内半径を半径Ｒとして球面
成形させたもので、その球面中心Ｏは第２図に示
すように、主配管２１の軸線CLと左右の第１お
よび第２分岐管１２Ａ，１２Ｂの延長された内周
面とが交差する２つの交差点のうち、上流側交差
点近傍に設定される。

具体的に、クロス部２３の球面中心Ｏは第５図
に示すように、主配管２１と左右の分岐管１２
Ａ，１２Ｂとの各軸線CL，L_A，（L_B）の交点Ｐ
を求め、この交点Ｐを中心として分岐管１２Ａ，
（１２Ｂ）の内径と等しい円Ｃを描き、この円Ｃ
と中央分岐管２２の延長された内周面との交点Ｓ
を求め、この交点Ｓを中心にして主配管２１の半
径Ｒに等しい円弧Ｔを描き、この円弧Ｔが主配管
２１の軸線CLと交わる点をＯとする。そして、
この上流側交点Ｏの部分がクロス部２３の球面中
心に設定される。

クロス部２３の内面を球面加工することによ
り、加工が容易であり、製作上の仕上げ精度を確
保することができるとともに、主配管２１からの
流路断面積を緩やかに絞つて、中央分岐管２２の
流入側を接続する。これにより、中央分岐管２２
の口径が主配管２１の口径より小さくても、中央
分岐管２２を主配管２１にスムーズにかつ円滑に
一体接続することができ、しかもクロス部２３の
絞りは半球面で緩やかに絞られるので、クロス部
２３の肉厚を主配管２１から中央分岐管２２にか
けて緩やかにかつ連続的に変化させ、この部分の
流体圧力および熱による応力集中を少なくするこ
とができる。

次に、沸騰水型原子炉の再循環系のヘツダ配管
として利用したクロス配管構造の分流作用につい
て説明する。

主配管２１の流入口２５から流入した原子炉圧
力容器内の炉水は主配管２１に沿つて上昇し、ク
ロス部２３において緩やかに絞られる。主配管２
１を上昇する炉水の流れのうち中央部の流れは同
軸線上に配置された中央分岐管２２にスムーズに
案内される。

また、主配管２１を上昇する周辺部の流れは、
クロス部２３で緩やかに絞られ、左右の第１およ
び第２分岐管１２Ａ，１２Ｂと主配管２１との結
合部に形成されるガイド稜線２６およびクロス部
球面の土手部２７に案内されて左右に分流され、
第１および第２分岐管１２Ａ，１２Ｂにスムーズ
に案内される。その際、主配管２１からの流れは
中央分岐管２２および左右の各分岐管１２Ａ，１
２Ｂに予め定められた流量に分配されるように各
口径が設定されており、各分岐管１２Ａ，１２
Ｂ，２２への分岐流は、主配管２１から不連続流
となることなく、連続的に流れ込むことができ
る。したがつて、各分岐管１２Ａ，１２Ｂ，２２
に旋回流（渦流）を生じさせることなく、常に乱
れのない安定した分岐流を得ることができる。な
お、第１および第２分岐管１２Ａ，１２Ｂに案内
された分岐流は途中で分流されて各ライザ管（図
示せず）に送られ、均一流となつて図示しないジ
エツトポンプに供給される。

第６図および第７図は従来のクロス配管構造と
この発明に係るクロス配管構造とを比較した流量
および分岐管の圧力損失の変動を示す実測データ
である。この実測データにおいて、第５図の分岐
管の圧力損失および第６図の差圧は例えば第１の
分岐管１２Ａと主配管２１との差圧であり、流量
は第１の分岐管１２Ａ内を流れる流量である。第
５図Ａからもわかるように従来のクロス配管構造
では分岐管の圧力損失のバラツキに基いて大きな
脈動が生じ、この脈動に伴つて流量の変化が生じ
ているが、この発明のクロス配管構造では第５図
Ｂに示すように分岐管の圧力損失が常時ほぼ一定
で、安定した流量が得られることがわかる。ま
た、第６図に示すように、従来のクロス配管構造
では旋回流（渦流）が生じた場合（▲印）と生じ
ない場合（△印）では差圧に変化が生じ、流量が
不安定の要因となつているが、この発明のクロス
配管構造では○印に示すように、差圧△Ｐと流量
Ｑの関係はリニアな曲線となり、クロス部に旋回
流が生じないことがわかつた。

次に、この発明の第１変形例について第８図を
参照して説明する。

この第１変形例に示されたものは、中央分岐管
２２Ａにテーパ状の絞り部３０を設け、中央分岐
管２２Ａの流入口側の口径を左右の第１および第
２分岐管１２Ａ，１２Ｂの口径に近づけたもので
ある。この場合にも、各分岐管１２Ａ，１２Ｂ，
２２Ａの口径は主配管２１の口径（流路断面積）
より小さく設定される。この場合にも第１図乃至
第５図に示すものと同等の効果が得られる。

さらに、中央分岐管２２Ｂにテーパ状の絞り部
を設ける代りに、径違いの段部３１を形成し、こ
の段部３１に絞り作用を持たせるようにしてもよ
い。

なお、この発明の実施例の説明においては、主
配管と中央分岐管の連接部に左右一対の第１およ
び第２分岐管を結合させた例について説明した
が、３本以上の分岐管を連接部に周方向に等間隔
をおいて結合させるようにしてもよい。

また、この発明のクロス配管構造は沸騰水型原
子炉再循環系のヘツダに適用した例について示し
たが、各種化学プラントの配管ヘツダ等のような
一般的な配管の分流部あるいは合流部に適用する
ことができる。

［発明の効果］ 以上に述べたようにこの発明に係るクロス配管
構造においては、主配管と中央分岐管および各分
岐管との接続部を十字形のクロス部に形成すると
ともにクロス部内面を主配管の内半径で球面加工
により成形する一方、前記主配管の軸線と分岐管
の軸線とが交差する点を中心にして分岐管の内径
にほぼ等しい円を描き、この円と中央分岐管の延
長された内周面との交点を求め、この交点を中心
として主配管の内半径にほぼ等しい円弧を描いて
主配管の軸線との交点を求め、この上流側交点部
分をクロス部内面の球面中心に設定したので、ク
ロス部に主配管から中央分岐管にかけて途中にな
めらかな球面状絞り部が形成される一方、この絞
り部に複数の分岐管が開口して臨んでいるため、
主配管内を流れる流体流は、絞り部の球面等に案
内されて中央分岐管や各分岐管にスムーズに連続
的に流れ、旋回流を生じさせることがない。した
がつて、分岐流量が安定し、分岐流量の制御を簡
単に行なうことができ、またクロス部に旋回流が
生ずるのを未然に防止できるので液体の圧力損失
も小さく、流体の脈動を小さく押えて、騒音の発
生を有効的に防止できる。

また、クロス部内面を球面加工することによ
り、主配管から中央分岐管にかけてクロス部の肉
厚をなめらかにかつ連続的に変化させることがで
きるとともに、加工が容易であり、製作上の標準
化を図ることができ経済的である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るクロス配管構造を示す
一部破断斜視図、第２図は上記クロス配管構造の
縦断面図、第３図は第２図の−線に沿う縦断
面図、第４図は第３図に示したクロス配管構造の
平面図、第５図は上記クロス配管構造における配
管クロス部の加工原理を説明する図、第６図Ａは
従来のクロス配管構造における分岐管の圧力損失
と流量との関係を示す測定グラフ、第６図Ｂはこ
の発明に係るクロス配管構造における分岐管の圧
力損失と流量との関係を示す測定グラフ、第７図
は従来のクロス配管構造とこの発明によるクロス
配管構造との差圧と流量の関係を比較した測定グ
ラフ、第８図はこの発明の第１変形例を示す図、
第９図はこの発明の第２変形例を示す図、第１０
図は一般的な沸騰水型原子炉を示す縦断面図、第
１１図および第１２図は従来のクロス配管構造を
示す縦断面図、第１３図Ａ〜Ｄは従来のクロス配
管構造における流体流れ作用を説明する図であ
る。 １２Ａ，１２Ｂ……分岐管、２０……クロス配
管構造、２１……主配管、２２，２２Ａ，２２Ｂ
……中央分岐管、２３……クロス部、２６……ガ
イド稜線、２７……クロス部球面の土手部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 流体を流す主配管と、この主配管の下流側に
   接続され、主配管より小口径の中央分岐管と、上
   記両管の接続部から主配管の軸線にほほ直角方向
   に延び、かつ主配管より小口径の複数の分岐管と
   を有し、前記両管および各分岐管の接続部を十字
   形のクロス部に形成するとともに、上記クロス部
   内面を主配管の内半径で球面加工して成形する一
   方、前記主配管の軸線と分岐管の軸線とが交差す
   る点を中心にして分岐管の内径にほぼ等しい円を
   描き、この円と中央分岐管の延長された内周面と
   の交点を求め、この交点を中心として主配管の内
   半径にほぼ等しい円弧を描いて主配管の軸線との
   交点を求め、この上流側交点部分をクロス部内面
   の球面中心に設定したことを特徴とするクロス配
   管構造。