JPH087274B2 - 原子炉圧力容器直付型流量計測ノズル - Google Patents
原子炉圧力容器直付型流量計測ノズルInfo
- Publication number
- JPH087274B2 JPH087274B2 JP2218916A JP21891690A JPH087274B2 JP H087274 B2 JPH087274 B2 JP H087274B2 JP 2218916 A JP2218916 A JP 2218916A JP 21891690 A JP21891690 A JP 21891690A JP H087274 B2 JPH087274 B2 JP H087274B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nozzle
- throat
- pressure
- flow rate
- pressure vessel
- Prior art date
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はBWRプラントの原子炉圧力容器主蒸気ノズル
を主蒸気流量計測用に使用するための、適切なノズル形
状，スロート部圧力取出し口位置に関する。
を主蒸気流量計測用に使用するための、適切なノズル形
状，スロート部圧力取出し口位置に関する。
従来よりJISで規定しているノズルは、ISA1932ノズル
など特定の形状のものであり、規格と形状が相違するも
のについては流量計測性能が知られていなかつた。ま
た、JISに適合するノズル形状についても原子炉圧力容
器主蒸気ノズルのように、上流側に炉内構造物、下流に
曲げ管が隣接する場合は、どの程度の計測性能が得られ
るかは充分知られていなかつた。
など特定の形状のものであり、規格と形状が相違するも
のについては流量計測性能が知られていなかつた。ま
た、JISに適合するノズル形状についても原子炉圧力容
器主蒸気ノズルのように、上流側に炉内構造物、下流に
曲げ管が隣接する場合は、どの程度の計測性能が得られ
るかは充分知られていなかつた。
従つて従来のBWRプラントではJIS形状の主蒸気流量計
測ノズルを主蒸気配管の直管部に設ける構成としてい
た。また、このノズルは主蒸気配管破断事故に対する主
蒸気流量制限器としても使用するため、原子炉格納容器
内に設置している。このためスペースの限られた原子炉
格納容器内にノズル設置用の直管部を設ける必要があ
り、このことが主蒸気配管ルート設計，プラント配置設
計上の制約となつていた。
測ノズルを主蒸気配管の直管部に設ける構成としてい
た。また、このノズルは主蒸気配管破断事故に対する主
蒸気流量制限器としても使用するため、原子炉格納容器
内に設置している。このためスペースの限られた原子炉
格納容器内にノズル設置用の直管部を設ける必要があ
り、このことが主蒸気配管ルート設計，プラント配置設
計上の制約となつていた。
流量計測ノズルの性能は、ノズル形状，スロート部圧
力取出口位置，ノズルを設置した流路の整流状態によつ
て影響を受ける。このため、JIS規格ではこれらに関す
る規定を設け、その規定に適合する場合の流量計測性能
を保証している。ところが、JISの規定する流量計測ノ
ズルはノズル入口円弧形状が複雑であるため、原子炉圧
力容器に設置するには適していない。従来、原子炉圧力
容器主蒸気ノズルの入口は単純な円弧形状として、応力
集中を避け構造強度の観点から適当な曲率半径を選定し
ていた。従つて、主蒸気ノズルを流量計測ノズルとして
使用する場合にも強度の点から従来の形状に準じること
が好ましい。ここで、このような主蒸気ノズルを流量計
測ノズルとして用いる場合に次の問題点がある。
力取出口位置，ノズルを設置した流路の整流状態によつ
て影響を受ける。このため、JIS規格ではこれらに関す
る規定を設け、その規定に適合する場合の流量計測性能
を保証している。ところが、JISの規定する流量計測ノ
ズルはノズル入口円弧形状が複雑であるため、原子炉圧
力容器に設置するには適していない。従来、原子炉圧力
容器主蒸気ノズルの入口は単純な円弧形状として、応力
集中を避け構造強度の観点から適当な曲率半径を選定し
ていた。従つて、主蒸気ノズルを流量計測ノズルとして
使用する場合にも強度の点から従来の形状に準じること
が好ましい。ここで、このような主蒸気ノズルを流量計
測ノズルとして用いる場合に次の問題点がある。
JISに準拠するISA1932ノズルの場合など、一般にノズ
ルでは入口円弧部からスロート前縁部付近に主流が流路
壁面から離れてはく離泡が形成され、圧力が不安定にな
るのでスロート部圧力取出口はスロート内のはく離泡が
到達しない位置に設けるのが適当である。JISに準拠す
るノズルはこのような流動特性がよく知られており、適
当なノズル形状，圧力取出口位置，ノズル上流・下流の
整流条件が規定されている。
ルでは入口円弧部からスロート前縁部付近に主流が流路
壁面から離れてはく離泡が形成され、圧力が不安定にな
るのでスロート部圧力取出口はスロート内のはく離泡が
到達しない位置に設けるのが適当である。JISに準拠す
るノズルはこのような流動特性がよく知られており、適
当なノズル形状，圧力取出口位置，ノズル上流・下流の
整流条件が規定されている。
これに対して主蒸気ノズルを流量計測用として使用す
ると、上流側に直管がないため整流作用がないこと、ノ
ズル形状がJISと相違することから流量計測性能の保証
がない。
ると、上流側に直管がないため整流作用がないこと、ノ
ズル形状がJISと相違することから流量計測性能の保証
がない。
本発明の目的は流量計測に適したノズル形状，圧力取
出口をもつた原子炉圧力容器直付の流量計測ノズルを提
供することにある。
出口をもつた原子炉圧力容器直付の流量計測ノズルを提
供することにある。
流量計測ノズルの形状を表現するパラメータのうち、
計測性能に及ぼす影響が顕著なものとしてノズル入口円
弧形状，ノズルスロート部圧力取出口位置がある。この
うちノズル入口円弧形状は、前述のように、まず、構造
強度の観点から定めた。この入口円弧形状に対応した適
切なスロート部圧力取出口位置は原子炉を模擬した実験
により求めた。このようにして確立したノズルによつて
流量計測の目的は達成された。
計測性能に及ぼす影響が顕著なものとしてノズル入口円
弧形状，ノズルスロート部圧力取出口位置がある。この
うちノズル入口円弧形状は、前述のように、まず、構造
強度の観点から定めた。この入口円弧形状に対応した適
切なスロート部圧力取出口位置は原子炉を模擬した実験
により求めた。このようにして確立したノズルによつて
流量計測の目的は達成された。
ノズルの断面形状を第１図に示す。ノズルは回転対称
形であつて、円弧状輪郭をもつノズル入口部と円筒状の
スロート部とからなる。ノズルスロート直径をｄとする
とノズル入口円弧の半径は0.2d〜0.45d、円弧のつくる
中心角は90゜で、円弧は円筒状のスロート部に接する。
スロートの長さは、原子炉圧力容器内表面を含む円筒面
を始点にノズル中心軸に沿つた距離で1.43d以上下流に
スロート後縁が位置する長さである。スロート部圧力取
出口は単孔とし、穴径はJISの規定に準じる。スロート
部圧力取出口の中心を原子炉圧力容器内表面を含む円筒
面との間の距離は0.96d以上とする。ただし、スロート
部圧力取出口はスロート後縁より上流とする。
形であつて、円弧状輪郭をもつノズル入口部と円筒状の
スロート部とからなる。ノズルスロート直径をｄとする
とノズル入口円弧の半径は0.2d〜0.45d、円弧のつくる
中心角は90゜で、円弧は円筒状のスロート部に接する。
スロートの長さは、原子炉圧力容器内表面を含む円筒面
を始点にノズル中心軸に沿つた距離で1.43d以上下流に
スロート後縁が位置する長さである。スロート部圧力取
出口は単孔とし、穴径はJISの規定に準じる。スロート
部圧力取出口の中心を原子炉圧力容器内表面を含む円筒
面との間の距離は0.96d以上とする。ただし、スロート
部圧力取出口はスロート後縁より上流とする。
原子炉圧力，容器主蒸気ノズルによる流量計測原理は
ベンチユリ管などと同様であり、ノズル上流側圧力とス
ロート部圧力の差から（１）式により流量を算出するも
のである。
ベンチユリ管などと同様であり、ノズル上流側圧力とス
ロート部圧力の差から（１）式により流量を算出するも
のである。
qm:質量流量 α：流量係数 ε：気体の膨張補正係数 d:スロート直径 ΔP:ノズル上流側とスロート部の差圧 ρ1:ノズル上流側における流体の密度 ここで、流量係数および膨張補正係数の決定方法はJI
Sに準じ次の通りである。流量係数はノズルを取付けた
流路に非圧縮性流体を流して実験を行い、次の式により
求められる数値である。
Sに準じ次の通りである。流量係数はノズルを取付けた
流路に非圧縮性流体を流して実験を行い、次の式により
求められる数値である。
膨張補正係数εはノズルを取付けた流路に圧縮性流体
を流して実験を行い、次の式により求められる。
を流して実験を行い、次の式により求められる。
流量計測ノズルとして使用するには、流量計測範囲で
流量変化に対してノズル内の流動特性が安定で、α，ε
の値が流量変化に対して安定であり、充分な精度でその
値が知られていることが必要である。本発明によるノズ
ルはこの点を満足する。
流量変化に対してノズル内の流動特性が安定で、α，ε
の値が流量変化に対して安定であり、充分な精度でその
値が知られていることが必要である。本発明によるノズ
ルはこの点を満足する。
原子炉圧力容器主蒸気ノズルの場合、上流側に整流用
直管がないこと、および、ノズル入口円弧形状がはく離
抑制を意図したものでないため、ノズル内ではく離が生
じる。しかし、スロート長を充分長くとり、スロートの
はく離泡が到達しない位置にスロート部圧力取出口を設
ければ、この位置で測定したスロート圧力は、はく離に
よる影響を受けずに安定する。従つて、ノズル上流側と
スロート部との差圧も安定し、流量計として使用するこ
とができる。
直管がないこと、および、ノズル入口円弧形状がはく離
抑制を意図したものでないため、ノズル内ではく離が生
じる。しかし、スロート長を充分長くとり、スロートの
はく離泡が到達しない位置にスロート部圧力取出口を設
ければ、この位置で測定したスロート圧力は、はく離に
よる影響を受けずに安定する。従つて、ノズル上流側と
スロート部との差圧も安定し、流量計として使用するこ
とができる。
第２図に本発明の実施例を示す。本図は原子炉圧力容
器ドーム部の主蒸気ノズルの中心軸を含む垂直断面，水
平断面を示している。ドライヤ12上部から原子炉ドーム
へ流入した蒸気は、次にドライヤ12の側面と原子炉圧力
容器11の壁面のすき間を主蒸気ノズル13に向かって下降
し、そのノズル13を通って主蒸気配管16へと流出する。
器ドーム部の主蒸気ノズルの中心軸を含む垂直断面，水
平断面を示している。ドライヤ12上部から原子炉ドーム
へ流入した蒸気は、次にドライヤ12の側面と原子炉圧力
容器11の壁面のすき間を主蒸気ノズル13に向かって下降
し、そのノズル13を通って主蒸気配管16へと流出する。
ここで、流量計測性能に関係する主要な点は、主蒸気
ノズル13の形状が第１図に示したものであること。第２
図の垂直断面においてノズル中心軸上で測ったドライヤ
12とノズル13の入口との間の距離が1.5d（ｄはスロート
径）以上であること。スロート出口からノズル下流の配
管曲り部始点までの距離が4d以上あることである。ま
た、本実施例ではノズル上流側圧力取出口を原子炉圧力
容器側面の主蒸気ノズルと離れた位置に設け、ノズル上
流側圧力として原子炉ドーム圧力を測定する。
ノズル13の形状が第１図に示したものであること。第２
図の垂直断面においてノズル中心軸上で測ったドライヤ
12とノズル13の入口との間の距離が1.5d（ｄはスロート
径）以上であること。スロート出口からノズル下流の配
管曲り部始点までの距離が4d以上あることである。ま
た、本実施例ではノズル上流側圧力取出口を原子炉圧力
容器側面の主蒸気ノズルと離れた位置に設け、ノズル上
流側圧力として原子炉ドーム圧力を測定する。
流量計測ノズルの流量係数は、流路内に非圧縮性流体
を流して測定するが、このときスロート部圧力取出口３
の位置を適当に選定することが重要である。
を流して測定するが、このときスロート部圧力取出口３
の位置を適当に選定することが重要である。
本実施例の場合のノズル内の圧力分布を第３図に示
す。図の横軸は原子炉ドームを起点に流路の位置を示し
ており、ドームからノズル，デイフユーザ4,配管６と続
いている。図の縦軸は流路各部の圧力を原子炉ドーム圧
力を基準に圧力降下で示しており、マイナス方向に行く
ほど圧力が低い。なお、圧力降下量はノズルスロート部
２の動圧ρV2/2で除し無次元表示してある。Ｖはスロー
ト部平均流速、ρは流体の密度である。また、圧力測定
点は流路の中心軸に対し垂直な同一平面上に90゜間隔で
周方向に四ケ所設けており、各方向の圧力は図中に異な
る記号で示してある。次に、ノズル部の圧力降下につい
て述べる。
す。図の横軸は原子炉ドームを起点に流路の位置を示し
ており、ドームからノズル，デイフユーザ4,配管６と続
いている。図の縦軸は流路各部の圧力を原子炉ドーム圧
力を基準に圧力降下で示しており、マイナス方向に行く
ほど圧力が低い。なお、圧力降下量はノズルスロート部
２の動圧ρV2/2で除し無次元表示してある。Ｖはスロー
ト部平均流速、ρは流体の密度である。また、圧力測定
点は流路の中心軸に対し垂直な同一平面上に90゜間隔で
周方向に四ケ所設けており、各方向の圧力は図中に異な
る記号で示してある。次に、ノズル部の圧力降下につい
て述べる。
原子炉ドーム内は流路が広いため流速はノズルスロー
ト部２に比べて無視できるほど小さい。従つて、原子炉
ドーム内では流体の全圧は静圧に等しいとみなせる。ノ
ズル内では流体は加速され動圧が増加するが、ベルヌイ
の定理より、ドーム内とノズル内とで全圧が保存されて
いるから、ノズル内では動圧の増加に伴つて静圧が低下
する。これが図にみられるノズル部の圧力降下である。
従つて、原理的には圧力降下からスロート部動圧を求
め、これから流量を求めることができ、これを表現した
のが前述の（１）式である。
ト部２に比べて無視できるほど小さい。従つて、原子炉
ドーム内では流体の全圧は静圧に等しいとみなせる。ノ
ズル内では流体は加速され動圧が増加するが、ベルヌイ
の定理より、ドーム内とノズル内とで全圧が保存されて
いるから、ノズル内では動圧の増加に伴つて静圧が低下
する。これが図にみられるノズル部の圧力降下である。
従つて、原理的には圧力降下からスロート部動圧を求
め、これから流量を求めることができ、これを表現した
のが前述の（１）式である。
ところで第３図によるとノズル入口円弧部１及びスロ
ート入口付近では圧力降下量が一定でない。これは、入
口円弧で流れのはく離を生じ、はく離泡がスロート入口
に達しているためである。図にみられるように、この位
置では周方向位置によつて圧力降下量が相違しており空
間的に安定してない。また、一般にはく離泡を生じてい
る位置では圧力降下特性は流量変化に対しても安定して
いないため、流量計測用の圧力取出し口を設けるには不
適当である。次にスロート中ほどの位置で圧力が高い部
分があるが、ここは、はく離していた流れが、再び、ス
ロート壁面に付着する再付着点でその下流にはく離泡が
達することはない。再付着点の下流では流れは安定して
おり圧力取出し口の設置に適している。従つて、スロー
ト部圧力取出口３は再付着点からスロート出口までの範
囲に設ければよい。入口円弧半径0.2d〜0.45dの本ノズ
ルでは再付着点は原子炉圧力容器内表面を含む円筒面か
ら0.96d以内の位置である。従つて、スロート部圧力取
出口３は0.96dより下流が適切である。
ート入口付近では圧力降下量が一定でない。これは、入
口円弧で流れのはく離を生じ、はく離泡がスロート入口
に達しているためである。図にみられるように、この位
置では周方向位置によつて圧力降下量が相違しており空
間的に安定してない。また、一般にはく離泡を生じてい
る位置では圧力降下特性は流量変化に対しても安定して
いないため、流量計測用の圧力取出し口を設けるには不
適当である。次にスロート中ほどの位置で圧力が高い部
分があるが、ここは、はく離していた流れが、再び、ス
ロート壁面に付着する再付着点でその下流にはく離泡が
達することはない。再付着点の下流では流れは安定して
おり圧力取出し口の設置に適している。従つて、スロー
ト部圧力取出口３は再付着点からスロート出口までの範
囲に設ければよい。入口円弧半径0.2d〜0.45dの本ノズ
ルでは再付着点は原子炉圧力容器内表面を含む円筒面か
ら0.96d以内の位置である。従つて、スロート部圧力取
出口３は0.96dより下流が適切である。
スロート部圧力取出口３をこの位置に設けた本発明で
は、流量係数が流量変化に対して安定しており、また、
膨張補正係数がJISで規定するノズルの場合と一致する
から、流量計測ノズルとして使用することができる。
は、流量係数が流量変化に対して安定しており、また、
膨張補正係数がJISで規定するノズルの場合と一致する
から、流量計測ノズルとして使用することができる。
第二，第三の実施例として、第１図に類似したノズル
を第４図および第５図に示す。これは主蒸気ノズル入口
形状を円筒状の原子炉圧力容器壁面に沿うようにしたも
のである。本実施例は原子炉圧力容器の内径が10dの場
合を示したもので、図はノズルの中心軸を含み原子炉圧
力容器の中心軸に垂直な平面でのノズル断面図である。
本実施例では第１図に比べ、スロート部圧力取出口３位
置が相対的に下流側に位置するから、第１図の場合と同
様ノズル入口付近の流れのはく離の影響は受けず、流量
計測が可能である。
を第４図および第５図に示す。これは主蒸気ノズル入口
形状を円筒状の原子炉圧力容器壁面に沿うようにしたも
のである。本実施例は原子炉圧力容器の内径が10dの場
合を示したもので、図はノズルの中心軸を含み原子炉圧
力容器の中心軸に垂直な平面でのノズル断面図である。
本実施例では第１図に比べ、スロート部圧力取出口３位
置が相対的に下流側に位置するから、第１図の場合と同
様ノズル入口付近の流れのはく離の影響は受けず、流量
計測が可能である。
本発明を適した場合、従来主蒸気配管に設置していた
ベンチユリノズルが不要となるので主蒸気配管径路が短
縮でき、原子炉施設の小型化，被爆低減の効果がある。
また、主蒸気ノズルに主蒸気配管破断事故に対する放出
流量制限器としての機能をもたせることができるから安
全性が向上する。
ベンチユリノズルが不要となるので主蒸気配管径路が短
縮でき、原子炉施設の小型化，被爆低減の効果がある。
また、主蒸気ノズルに主蒸気配管破断事故に対する放出
流量制限器としての機能をもたせることができるから安
全性が向上する。
第１図は本発明の一実施例の原子炉圧力容器主蒸気ノズ
ルの中心軸を含む面での断面図、第２図は本発明の実施
例を示す原子炉ドーム部の主蒸気ノズルの中心軸を含む
面での断面図、第３図は流路内圧力分布図、第４図，第
５図は本発明の第二，第三の実施例での断面図である。 １……ノズル入口円弧部、２……ノズルスロート部、３
……スロート部圧力取出口、４……デイフユーザ。
ルの中心軸を含む面での断面図、第２図は本発明の実施
例を示す原子炉ドーム部の主蒸気ノズルの中心軸を含む
面での断面図、第３図は流路内圧力分布図、第４図，第
５図は本発明の第二，第三の実施例での断面図である。 １……ノズル入口円弧部、２……ノズルスロート部、３
……スロート部圧力取出口、４……デイフユーザ。
Claims (1)
- 【請求項１】BWR原子炉圧力容器の主蒸気出力口のノズ
ルで、円弧状輪郭をもつノズル入口円弧部とその円弧部
に連続している円筒状のノズルスロート部とそのノズル
スロート部に連続しているデイフユーザとからなり、前
記ノズルスロート部の内部直径をｄとし、前記ノズル入
口円弧部の円弧部を成す円弧の半径を0.2d〜0.45dと
し、前記ノズルスロート部の長さは前記原子炉圧力容器
の内表面を含む円筒面を始点にノズル中心線に沿った距
離で、1.43d以上下流に前記ノズルスロート部の後縁が
位置する長さであり、これと同様に測つた距離で0.96d
以上下流でかつ、前記ノズルスロート部の後縁の上流の
範囲に前記ノズルスロート部のスロート部圧力取出口を
設けたことを特徴とする流量計測ノズル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2218916A JPH087274B2 (ja) | 1990-08-22 | 1990-08-22 | 原子炉圧力容器直付型流量計測ノズル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2218916A JPH087274B2 (ja) | 1990-08-22 | 1990-08-22 | 原子炉圧力容器直付型流量計測ノズル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04102095A JPH04102095A (ja) | 1992-04-03 |
| JPH087274B2 true JPH087274B2 (ja) | 1996-01-29 |
Family
ID=16727330
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2218916A Expired - Fee Related JPH087274B2 (ja) | 1990-08-22 | 1990-08-22 | 原子炉圧力容器直付型流量計測ノズル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH087274B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019168572A3 (en) * | 2017-12-18 | 2019-11-07 | GE - Hitachi Nuclear Energy Americas LLC | Multiple-path flow restrictor nozzle |
-
1990
- 1990-08-22 JP JP2218916A patent/JPH087274B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019168572A3 (en) * | 2017-12-18 | 2019-11-07 | GE - Hitachi Nuclear Energy Americas LLC | Multiple-path flow restrictor nozzle |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04102095A (ja) | 1992-04-03 |
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