JPH08210577A - プラント配管系統 - Google Patents

プラント配管系統

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JPH08210577A
JPH08210577A JP7017663A JP1766395A JPH08210577A JP H08210577 A JPH08210577 A JP H08210577A JP 7017663 A JP7017663 A JP 7017663A JP 1766395 A JP1766395 A JP 1766395A JP H08210577 A JPH08210577 A JP H08210577A
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JP
Japan
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pipe
branch
branch pipe
bend
fluid
Prior art date
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Pending
Application number
JP7017663A
Other languages
English (en)
Inventor
Shiro Takahashi
志郎 高橋
Hidekazu Fujimura
秀和 藤村
Koji Shiina
孝次 椎名
Yasuo Mizushina
靖男 水品
Yukihiro Asada
幸宏 浅田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPH08210577A publication Critical patent/JPH08210577A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L41/00Branching pipes; Joining pipes to walls
    • F16L41/02Branch units, e.g. made in one piece, welded, riveted

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Branch Pipes, Bends, And The Like (AREA)
  • Pipeline Systems (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】火力及び原子力プラントの配管、特に高温水と
低温水が混合する際の配管合流部下流において優れた混
合性能を有する混合流配管を提供する。 【構成】合流部下流に支管と逆方向に曲がる曲がり部を
取付ける。 【効果】以上のような機構により、高温水と低温水の配
管合流部において、配管だけの単純な形状のまま、優れ
た混合を行うことができる。その結果、ポンプキャビテ
ーションを防止するとともにコスト低減を可能とし、よ
り安全性,信頼性の高い混合流配管を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は火力又は原子力のプラン
ト配管系統に係り、特に、高温水と低温水とが混合する
合流部において、優れた混合を可能にするプラント配管
系統に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の技術による高温流体と低温流体と
を混合させる方法は、特開昭62−75194号公報、又は特
開昭56−89823 号公報等に記載されている。
【0003】特開昭62−75194 号公報に記載の技術で
は、螺旋状の凹凸を持つ旋回流発生部を設けることによ
り、混合を効率良く行い、管壁の熱の影響を小さくして
いる。また、特開昭56−89823 号公報記載の技術では、
支管を主管の接線上に取付け、低温流体と高温流体を、
層を形成させるように同一方向に旋回させながら混合さ
せることにより、スラッグ流,熱的,機械的疲労の発生
を防止している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、支管
内流体の流速が遅いと十分な旋回流が発生せず、支管内
流体が管壁に偏ってしまうため、混合性能が悪くなる可
能性があると考えられる。これらの技術では、特定の条
件でしか優れた混合を望むことはできず、ある条件下で
は、混合が不十分なため、下流に進んでも断面内に高温
部と低温部とが存在する。
【0005】また、合流部の下流に設置されるポンプで
は、両流体が十分に混合した平均温度をポンプの設計基
準としているため、混合が不十分だと断面内の高温部に
おいて気泡を発し、キャビテーションを生じる可能性が
あり、ポンプ性能の低下や安全性の検討が必要となる。
ここで、キャビテーションとは、流体の減圧により気泡
を発し、機器の性能劣化,壊食,振動,騒音等の致命的
障害をもたらすものである。
【0006】キャビテーションを防止するため、合流部
からポンプまでの配管距離を長くし、十分な混合を達成
する方法では、コストや圧力損失増大等の検討事項が懸
念される。また、従来の技術では、内部に構造物を設置
し混合を促進させているが、内部構造物の設置には十分
な安全性の検討が必要となる。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、以上のような
課題を解決するために、高温流体と低温流体とが合流す
る合流部の下流に曲がり部を取付けるが、その取付けら
れている方向を第一管に対し、第二管が取り付けられて
いる方向と逆に曲がる曲がり部を設置すれば、飛躍的に
混合性能は向上するという知見に基づく。
【0008】本発明のプラント配管系統は、高温流体が
流れる第一管と低温流体が流れる第二管とが混合する合
流部、及びその下流にポンプ又は分岐部を有するもので
あって、前記合流部の下流であって前記ポンプ又は分岐
部の上流に、前記第二管の取付け方向に対して反対方向
に曲がる曲がり部を設置したことを特徴とする。
【0009】高温流体と低温流体とは、高温流体より低
温流体の方が流体温度が低いことを意味する。特に、こ
れらの温度差が30℃以上であると著しい効果があるこ
とがわかった。また、合流部における主管と支管とで
は、その径が主管より支管の方が細いことが好ましい。
これらの径の比率は、プラントの種類や配管系統の用途
によって様々に選択される。主に第一管は主管と、第二
管は支管となる場合があるが原子力分野においては逆の
場合がある。
【0010】更に、合流部では、プラントの種類や配管
系統の用途によっては、濃度の異なる流体や物質の異な
る流体が混合することが考えられるため、できる限り簡
単な構造で混合を促進する必要がある。
【0011】そして、前記主管と前記支管とを流れる流
体の速度の比である流速比(支流速/主流速)が2以上
であることが好ましい。こうした流速比を用いることに
よって、更に流体の混合を促進できる。
【0012】また、曲がり部の曲がる方向が、前記支管
と前記主管がなす水平面に対して、ほぼ垂直であっても
効果がある。
【0013】更に、本発明のプラント配管系統は、前記
合流部の下流であって前記ポンプ又は分岐部の上流に、
前記支管の取付け方向と同方向に曲がる曲がり部を設置
した場合も効果がある。
【0014】
【作用】高温流体と低温流体とが混合する合流部下流に
支管取付け方向に対し逆方向に曲がる曲がり部を設置す
ると、合流直後では、よどみ部が生じるため、低速部と
高速部とを有する速度分布となる。その速度分布のまま
曲がり管内を通過すると、遠心力の作用により、高速部
と低速部とのクロスオーバー(交差)が生じ、撹拌さ
れ、混合が促進される。
【0015】ここで、クロスオーバー(交差)が生じる
のは、支管取付け方向に対し逆方向に曲がる曲がり部を
設置した時であり、本発明は曲がりの取付け位置が重要
で、ただ曲がり部をつけただけでは効果は薄いことがわ
かった。
【0016】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1と図2により
説明する。本図は原子力プラントにその一例を示すが、
火力プラントについても成り立つ。
【0017】まず、図1の原子力プラントシステムの構
成について説明する。原子炉1より発生した蒸気は蒸気
タービン2内に流入し、タービンの羽根車を回転させ、
発電機3により、発電する。そして、蒸気タービン2出
口の蒸気を復水器4で復水し、原子炉1に給水する。こ
こで、給水温度が高いとシステム全体の熱効率が高くな
るため、給水加熱器5により、給水を加熱している。ま
た、給水加熱器5には高温のドレン水が生じ、ドレンタ
ンク6内に流入する。そして、給水ポンプ7により、高
温のドレン水は主管10(配管径=0.4〜1m,流体
温度190℃,主流速=2.6m/s)内を流れ、回収点
13において給水配管8に流入する。その結果、高温の
ドレン水が給水配管8内に注入され、給水温度は高くな
る。しかし、ドレン水は飽和温度に近いため、冷却しサ
ブクール度を与えないと、給水ポンプ7内でキャビテー
ションを生じる。そこで、主管10内の高温のドレン水
を給水ポンプ7に流入する前に混合冷却するため、給水
配管8内の冷水(流体温度140℃,支流速=2.3m
/s)を配管11(配管径=0.1〜0.6m)内に分岐
して流し、合流部9において主管10と合流させてい
る。その結果、約50℃の温度差の高温,低温流体混合
部が合流部9において生じる。ここでは、断面内の局所
的な高温部を消滅し、ポンプキャビテーションを防ぐた
め、合流部9からポンプ7入口部までに両流体を十分に
混合する必要がある。
【0018】そこで、図2のように、主管10内の高温
水流体と支管11の低温水流体が合流した後、合流部下
流L/D(合流部から曲がり部入口までの距離/管内直
径)=3以内の位置に支管取付け方向に対し逆方向に曲
がる曲がり部12(曲率比1〜3)を設置し、次の効果
により混合を促進する。図2のように合流部直後では、
よどみ部を生じるため支管取付け部側(曲がりのアウト
コース)に低速部,逆方向(曲がりのインコース)に高
速部を有する速度分布となる。その速度分布のまま曲が
り部を通過すると曲がりは低速の流体をアウトからイン
コーナーに、高速の流体をインからアウトコーナーに運
ぶので、曲がり部の管内で、高速部と低速部のクロスオ
ーバー(交差)が生じ、撹拌され、混合が促進される。
その結果、効率良く混合できるため、熱の影響を小さく
する。
【0019】図3は下流部が直管だけの場合と合流部下
流に曲がり部を取付け、支管取付け方向に対し曲がり方
向を3領域に変化させた場合の混合性能を比較して示
す。横軸に流量比(支流量/主流量),縦軸に温度標準
偏差をとった。温度標準偏差は次式で表され、混合度の
指標として用いた。この図3では、温度標準偏差が小さ
いほど混合が優れていることを表す。
【0020】
【数1】
【0021】記号 T:温度,n:測定点数 添字 h:高温流体,c:低温流体,i:各測定点 m:平均 右図は各測定時における曲がりの状態を表しており、主
管と支管の位置に対する曲がり部の曲がり方向の領域を
ハッチングして示す。図のように曲がり部が支管と逆方
向(135゜〜225゜)の領域に曲げた三角の記号の
とき、全ての流量比で最も混合性能が優れている。特に
矢印の位置より高い流量比において、他の方向では、黒
丸の直管よりも混合が良くならないのに対し、支管取付
け方向と逆方向に曲げるとかなりの混合促進が見られ
る。この矢印の位置における流速比(支流速/主流速)
を流量と管径から求めるとほぼ流速比=2であり、流速
比=2より高い流速比では、特にこの方法は有用であ
る。それに対し、他の曲がりの方向では、流速比=2以
下においては混合促進が望めるが、2以上では望めな
い。これは高い流速比において、高速部と低速部のクロ
スオーバーが生じるのは曲がり部を支管と逆方向に曲げ
た場合だけだからである。ただし、この流速比の値は管
径比(支管径/主管径)の値によってわずかに変化し、
その流速比の値は次式で表される。
【0022】
【数2】
【0023】記号 u:支流平均流速,U:主流平均流
速、d:支管径,D:主管径 以上のように本発明は最初に曲げる方向と取付け位置が
重要であり、ただ曲がり部をつけただけでは効果は薄
い。ここで、下流方向距離を横軸に、混合促進に必要な
速度分布の偏りの大きさ(DEV)を縦軸にとり、図4
に示す。
【0024】
【数3】
【0025】記号 x:支管に対して水平方向距離,
y:垂直方向距離 D:管内径,w:軸流速 条件によってわずかに異なるが、図4のように曲がり部
入口を合流部下流からL/D=3以内、望ましきはL/
D=2以内、最大でもL/D=5以内の位置に設置する
必要がある。先に述べたように合流直後では流れがよど
むため、断面内に高速部と低速部が生じ、偏った速度分
布となる。この速度分布の偏りが大きいほど本発明効果
が表れ、混合性能は良くなる。図は合流後に生じた速度
分布の偏りが下流に進むにつれ減衰していく様子を示
す。図のように速度分布の偏りは下流に進むに従って、
指数関数的に減衰する。L/D=3以上になると速度分
布の偏りは小さくなるため、クロスオーバーの効果が小
さくなる。
【0026】また、クロスオーバーを起こすには曲がり
管内で、強い遠心力の作用による速度分布の偏りをつく
る必要があるため、曲がり角をできるだけ大きくする必
要がある。図5は曲がり管内の速度分布の偏りの大きさ
の変化を示す。横軸に曲がり角、縦軸に速度分布の偏り
の大きさを表し、−だとインコーナーに、+だとアウト
コーナーに偏っていることを示す。図のように曲がり角
が75゜以下だと高速部の流体はアウトコーナーへ移動
せず、クロスオーバーの効果が小さくなる。よって、曲
がり角を75゜以上、条件によっては45゜以上曲げる
必要がある。
【0027】図6に本発明の他の実施例を示す。図のよ
うに支管取付け方向と逆方向に曲げた後、各方向に曲げ
ることができる。(b)では、曲がり角度が大きいた
め、曲がり管による速度分布の偏りをさらに強くでき
る。(c)や(d)では、曲がり方向が逆に変化するた
め、さらなるクロスオーバーが生じる。
【0028】以上のような機構により、混合の促進を図
り、ポンプキャビテーションを防止し、プラント用配管
の安全性,信頼性を確保する。
【0029】
【発明の効果】本発明により、高温水及び低温水の配管
の合流部において、混合性能を促進できる。その結果、
ポンプのキャビテーションを防止でき、配管コストの低
減を図ることができる。また、本発明は特に次の効果も
考えられる。
【0030】(1)本発明は温度変動抑制技術と併用し
やすく、温度変動を抑制しつつ、混合性能を高く維持で
きる。
【0031】(2)本発明は配管だけの組合せで製作す
ることができる単純な形状である。
【0032】(3)効率良く混合できるため、熱の影響
を小さくできる。
【0033】以上より、本発明はより安全性,信頼性の
高い混合流配管を提供できる。なお、本発明の実施例で
は、高温流体と低温流体とに関する熱的混合を取り上げ
たが、異なる種類の物質混合に関しても、混合面から見
れば本実施例と相似則が成立ち、同様な効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の原子力プラント配管系統
図。
【図2】本発明の一実施例の合流配管混合促進法図。
【図3】それぞれの曲がり方向に対する混合特性図。
【図4】合流部下流における速度分布偏り減衰図。
【図5】曲がり管内の速度分布偏り変化図。
【図6】本発明の他の実施例の合流配管混合促進法図。
【符号の説明】
1…原子炉、2…蒸気タービン、3…発電機、4…復水
器、5…給水加熱器、6…ドレンタンク、7…給水ポン
プ、8…給水配管、9…合流部、10…主管、11…支
管、12…曲がり部、13…回収点。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水品 靖男 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 浅田 幸宏 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高温流体が流れる第一管と低温流体が流れ
    る第二管とが混合する合流部、及びその下流にポンプ又
    は分岐部を有するプラント配管系統において、 前記合流部の下流であって前記ポンプ又は分岐部の上流
    に、前記第二管の取付け方向に対して反対方向に曲がる
    曲がり部を設置したことを特徴とするプラント配管系
    統。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記合流部では濃度の
    異なる流体や物質の異なる流体が混合することを特徴と
    するプラント配管系統。
  3. 【請求項3】請求項1において、前記曲がり部の曲がる
    方向が、前記第二管と前記第一管がなす水平面に対し
    て、ほぼ垂直であることを特徴とするプラント配管系
    統。
  4. 【請求項4】高温流体が流れる主管と低温流体が流れる
    支管とが混合する合流部、及びその下流にポンプ又は分
    岐部を有するプラント配管系統において、 前記合流部の下流であって前記ポンプ又は分岐部の上流
    に、前記支管の取付け方向と同方向に曲がる曲がり部を
    設置したことを特徴とするプラント配管系統。
  5. 【請求項5】請求項1において、前記主管と前記支管と
    を流れる流体の速度の比である流速比(支流速/主流
    速)が2以上であることを特徴とするプラント配管系
    統。
JP7017663A 1995-02-06 1995-02-06 プラント配管系統 Pending JPH08210577A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002340406A (ja) * 2001-05-18 2002-11-27 Noritz Corp 給湯配管構造
JP2007051726A (ja) * 2005-08-19 2007-03-01 Sekisui Chem Co Ltd 曲がり管及びこれを用いた管分岐構造
JP2015213867A (ja) * 2014-05-09 2015-12-03 三菱日立パワーシステムズ株式会社 混合装置及びプラント
CN107084421A (zh) * 2017-06-26 2017-08-22 天津市龙津科技有限公司 用于供热系统的加热循环管路
CN112325028A (zh) * 2020-11-27 2021-02-05 含山瑞可金属有限公司 Y字管

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