JPS58220908A - タ−ビンバイパス蒸気のエネルギ−ダンパ構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は蒸気原動機プラントにおけるタービンバイパス
蒸気のエネルギーダンパの構造圧関するものである。

最近の大容量の蒸気原動機プラントにおいては、タービ
ン起動時間の短縮及び円滑な起動のため、並びに構成機
器の安全性確保のため、タービンの主蒸気を直接復水器
に導入するタービンバイパス系統を付設している。

第１図はタービンバイパス系統を付設した原子力発電用
の蒸気原動機プラントの一例を示す蒸気系統図である。

１は高温高圧蒸気源である原子炉、４は高圧タービン、
６，７は汽水分離再熱器、１ｏは低圧り：１ 一ビン、１１は復水器、１４は低圧給水加熱器、１６は
高圧給水加熱器である。

タービンバイパス系統は、高圧タービン４人口の主蒸気
塞止弁３の上流管２がυ分岐したバイパス管１８を復水
器１１に接続して構成される。上記バイパス管１８の途
中に減圧弁１９が介装接続され、復水器１１との接続部
にはバイパス蒸気を復水器内圧力まで膨張降圧させるエ
ネルギーダンパ２０が設けられでいる。

第２図は従来一般に用いられているエネルギーダンパ構
造を示す断面図である。

復水器１１中に冷却管群からなる管巣３４ａ。

３４ｂ、３４Ｃが設けられ、その」二方にエネルギーダ
ンパ２０が設けられている。

上記のエネルギーダンパ２ｏは、タービンバイパス蒸気
管２２に接続した蒸気管６ｏの蒸気流入側（図示左方）
に円錐状の多孔板２３を設け、蒸気流出側（図示右方）
に円錐状の多孔板２４及び円形の多孔板２５を設け、蒸
気流入側近傍の側壁に減温水噴射装？１ｌＶ２１が設け
られている。

１：１： 以上のように構成されたエネルギーダンパ２゜を介して
タービンバイパス蒸気を復水器１１内に導入した場合の
蒸気膨張過程を第３図のエンタルピーエントロピ線図を
用いて次に略述する。

圧力Ｐ。の蒸気（０）は、減圧制御弁１９によって圧力
Ｐ、まで減圧しく状態１）、さらに円錐状多孔板２３に
よって臨界圧まで膨張しく状態１”）、蒸気管６０内の
混合室６１の圧力Ｐ！まで膨張減圧しく状態１″〜２′
）、状態２′から状態・２へは減温水の噴射によって減
温される。又、状態２の蒸気は多孔板２４により臨界圧
壕で膨張減圧しく状態２勺、状態２ゝから復水器内圧Ｐ
ｃまで更に膨張減圧して状態３の蒸気となって膨張過程
を終える。

第２図に示した従来構造のエネルギーダンパ２０は蒸気
管６０が比較的短かく、しかも蒸気管６０の軸心方向に
直列に設けた多孔板２３、同２４及び同２５によって臨
界圧力オで急激に蒸気を膨張させるため、復水器１１の
内部に噴出した蒸気の拡散が不充分になり易い。このた
め、エネルギーダンパ２０の下方に設置した冷却管巣３
４ａ、同３４ｂ、及び同３４Ｃに対して一様に蒸気を分
配することが難かしく、局部的に高流速の蒸気が管巣３
４ａ、３４ｂ、又は３４Ｃの上部の冷却管に衝突して冷
却管損傷を招く虞れがある。又、蒸気管６０に設けた多
孔板２３．同２５の強度、振動など、信頼性の面で必ず
しも充分でない。

本発明は上述の事情に鑑みて為され、復水器内に噴出す
る蒸気のエネルギーを拡散させてその温度φ圧力・流速
を均一化し、復水器冷却管の損傷を軽減せしめてプラン
ト構成機器の安全性向上及び信頼性向上に貢献すること
を目的とする。

本発明は、タービンバイパス蒸気を復水器内に導入して
膨張減圧せしめる過程において、超音速　゛噴流の流れ
状態が発生すること、及びこの超音速噴流の長さが噴出
蒸気のマツハ数と関連していることに着目し、上記の噴
流長さよりも長い間隔で対向設置した噴射孔から蒸気を
噴出させれば超音速噴流に起因する流れの不安定現象が
少なくなること°を利用し、かつ、対向設置した噴射孔
を相互に千鳥状に配列して蒸気噴流の直接的な衝突を回
避するとともに、噴流相互の境界面に形成される混合領
域の渦流を利用して噴出蒸気のエネルギーを拡散・減衰
させるように工夫したものである。

上記の原理を応用して前述の目的を達成するため、本発
明は復水器冷却管の軸心と平行に設置した複数個のエネ
ルギーダンパ用の管状部材（以下、エネルギーダンパ管
と略称する）よりなり、かつ上記エネルギーダンパ管が
互いに対向する管壁にそれぞれ複数個の噴射孔を穿ち、
上記の対向して穿つ九噴射孔を互いに千鳥状に配設した
ことを特徴とする。

次に、本発明の一実施例を第４図乃至第１３図について
説明する。

第４図は本発明に係るタービンバイパス蒸気のエネルギ
ーダンパ構造の一実施例を設けた復水器の断面正面図、
第５図は同断面側面図である。

復水器１１の本体は復水器連結胴２９を介して低圧ター
ビンのケーシング、２６の下方に連設され、１ 上記の復水器連結胴２−９の中に抽気蒸気管２７ａ〜２
７ｄ１及び同２８ａ〜２８ｄが導かれ、上記の抽気蒸気
管２７８〜２７ｄは低圧給水加熱器３０ａ、同３０ｂに
接続されている。

上記のように構成されている復水器に本発明を適用して
、冷却管巣３４ａ、３４ｂの管軸と平行に、その上方に
エネルギータンパを構成するエネルギーダンパ管３１ａ
、同３１ｂを設置する。

復水器の冷却管群は２つの管巣に分割して設置されるこ
とが多く、本実施例を列設した復水器１１も２つの管巣
３４ａ、３４ｂを備えている。

本実施例はこねに対応して２本のダンノく管３１ａ。

３１ｂを設置しである。

第６図は上述の冷却管巣３４ａ、３４ｂとエネルギーダ
ンパ管３１ａ、３１ｂとを示す拡大断面側面図であり、
第７図は上記のエネルギーダンノく管３１ａ、３１ｂ’
を抽出して描いた平面図である。

第６図に示すごとく、２本のエネルギーダンノく’１３
１ａ、３１ｂが互いに対向している例の管壁に、互いに
相手側ダンパ管に向けて噴射孔４０ｂ。

４１ａを穿つ、　　′ 本実施例の場合、２本のエネルギーダンパ管３１ａ、３
１ｂはそれぞれ復水器連結胴２９と余裕空間が有るので
エネルギーダンパ管３１ａの管壁には前°記の噴射孔４
０ｂの正反対方向に噴射孔４０８に？ち、エネルギーダ
ンパ管３１ｂの管壁には同様にして噴射孔４１ｂを穿っ
である。第７図に示すことく２本のエネルギータンパく
管３１ａ。

３　］、　ｂは２Ｌなる間隔で配設しである。この寸法
りについては第８図を参照して後述する。

上記の噴射孔４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂは、それ
ぞれエネルギーダンパ管３１ａ、３１ｂの側壁に、該ダ
ンパ管の長手方向に複数個列設しである。

これらの噴射孔から噴出した蒸気は蒸気の噴流３６ａ、
３６ｂ、３７ａ、３７ｂとなって復水器内に噴出し、拡
散、減圧しながら冷却管巣３４ａ。

３４ｂに向かう蒸気流３８ａ〜３８ｄ及び同３９ａ〜３
９ｄとなり、管巣３４ａ、３４ｂの外周面に接触して熱
交換によって凝縮する。

第８図は前記２本のエネルギーダンパ管３１ａ。

３１ｂと復水器側壁４２．４３との相互の間隔を示す説
明図である。

タービンバイパス蒸気は第１図について説明したように
タービン主蒸気を分岐して減圧制御弁１９あるいは減圧
オリフィス（図示せず）によって何段階かに膨張減圧し
ながらエネルギーダンパ管３１ａ、３１ｂに導かれる。

復水器に達したときの蒸気圧力は通常５〜ｌ　Ｑ　ｋ　
ｇ／ｃｍ’程度でろり、この蒸気を真空度７２０ｍｍＨ
ｇ前後の復水器内に直接的に噴出させると蒸気流速のマ
ツノ・数は３〜４程度となる。この場合のマツノ・数Ｍ
Ｊは次式で求められる。

ＭＪ　＝　　　（（Ｐａ／Ｐ、）ｃｒ−１）／ｒ−１３
−１ そして、蒸気噴流が超音速で流れる区間の長さＬｓはＭ
Ｊの関数として第９図に示すようになり、　−ＬｓとＭ
Ｊとは比例する。

第７図に示したダンパ管３１ａ、３１ｂには、互いに正
対するように噴射孔４０ｂ、４１ａを穿ったが、このよ
うにして噴出蒸気流を正面衝突させた場合、両噴射孔の
間隔が充分に広ければよいが、その間隔２Ｌが前記の超
音速流の長さＬｍの２倍以下であると超音速の噴流が衝
突し合って衝撃波を発生し、不安定な流れ状態となる虞
れがある。

本発明者らは上記の不安定流れ現象を研究した結果、Ｌ
＞１．８ＬＢ　ＤＪなる条件を満足すれは不安定流れ現
象の発生を回避し得ることを実験的に確認した。

Ｌ＜１．８Ｌ８ＤＪの場合は不安定流れ現象を発生する
虞れがめる。又、必要以上にＬ））１．８ＬｓＤＪＩＣ
すると復水器胴体を大形化して不経済である。

従って、適宜の安全率を見込んでＬ＞１．８ＬｓＤＪな
るととくＬを設定して、第８図に示すととく、エネルギ
ーダンパ管３１ａ、３１ｂの間隔を２Ｌとし、エネルギ
ータンパ管と側壁との間隔をＬとすることが望ましい。

上記の間隔をとることができない場合には第ｉ　ｏ、′
図に示すように管間隔を２Ｌとし、側壁に対向する噴射
孔（第８図における４０ａ、４１ｂ）を省略するか、若
しくは噴射孔径ＤＪを小さくして前述の条件式Ｌ＞１．
８ＬｓＬＪＪを満足させなければならないが、本発明は
、次に述べるようにして噴射孔径ＤＪを縮小せずに不安
定流れ現象を回避し得る構成を提供する。第１１図に上
記の不安定流れ現象を回避するための構成を示す。

第８図及び第１０図の例では管間隔を２Ｌとしなければ
ならなかったが、第１１図の実施例においてはエネルギ
ーダンパ管３１ａ、３１ｂの間隔をＬとし、それぞれの
エネルギーダンパ１３１　ａ。

３１ｂに次のように噴射孔を設ける。即ち、エネルギー
ダンパ管３１ａに穿った噴射孔４６ａ。

４６ｂ・・・と、エネルギーダンパ管３１ｂに穿った噴
射孔４５ａ、４５ｂ・・・とを千鳥状に配置しである。

噴射孔４６ａ、４６ｂ、４５ａを例トシテ詳述すると次
のごとくである。

軸方向基準線Ｓを適宜に想定し、この基準線Ｓ力、６０
ＪｔＪＭＪＬ４６ａ　、’　４’５ａ、　４６ｂｔｆｏ
ｌｆｆｉＭｅそれぞれＸ、、Ｘ、、Ｘ、とする。そして
Ｘｔ　＝　（Ｘ＋　＋Ｘｓ　）／２なる関係となるよう
にＸ、、Ｘ、、Ｘ、の値を設定する。

同様に噴射孔４５ａ、４６ｂ、４５ｂに関シテ、Ｘ　ｓ
　”　（Ｘ　２　＋　Ｘ４　　）　／　２となるように
し、順次このようにして噴射孔を交互に千鳥状に配列す
る。

このように噴射孔を配列すると、例えば噴射孔４５ｂか
らの噴流は（ａ　−ｂ　−ｂ’−ａ　）で形成される噴
流ゾーン、これと対向した噴射孔４６ｂからの噴流ゾー
ン（ｃ−ｄ−ｄ’−ｃ’）を分離させ、お互いの噴射孔
から噴出する超音速噴流の衝突に起因した衝撃波の発生
を少なくして、エネルギーダンパ管３１ａと３１ｂとに
囲まれた空間の流れ場を安定させる。しかも、噴流ゾー
ン（ａ−ｂ−ｂ’−ａ’）と噴流シーｙ　（ｃ　−ｄ−
ｄ’−ｃ’　）とに挾まった空間では、速度の小さい（
ｂ−ｂ／）境界と（ｃ−ｃ’）境界が近接するために、
渦流を形成した混合領域となり、エネルギダンパ管３１
ａ。

３１ｂから噴出した高レベルのエネルギーを渦流ととも
に散逸、減衰させる効果を生じる。

次に、第１２図によりエネルギーダンパ管から噴出した
蒸気を下方に位置する冷却管管巣の軸方向に対して適正
く分配する方法帆ついて説明する。

噴出蒸気の適正分配に関する重要性は復水器冷却性能と
信頼性に影響する。すなわち、凝縮しようとする冷却管
の管軸方向に対して熱負荷が不均一になって冷却性能を
劣化させるばかりか、局部的に＾流速流が冷却管に衝突
し、冷却管の損傷を招く恐れがある。本発明では、第１
２図に示したごとく、エネルギーダンパ管３１の流入側
から順次に設けた噴射孔４５ａ、４５ｂ・・・４５ｄの
噴射孔径ＤＪ、、ＤＪ、、・・・ＤＪＮ−１，ＤＪＮ　
の開口面積Ｆｂｌ。

Ｆｂｔ＋・・・ＦｂＮ−１、Ｆ　ｂＮ　　を次式を満足
するように流出端側に向かって漸次増加させた噴射孔配
置とする。

（Ｆｄ／ＦｂＮ）２（Ｐｄ／ＦｂＮ−＋）２＝＝１．６
　ｎ＋０．５ここで、ｌ’ｌｌ：エネルギーダンパ管の
断面積ＦｂＮ：　Ｎ番目の噴射孔の開口面積 ｎ　：噴射孔の′数 第１３図は乱れの強さＹ：７ｗ、と噴流の最大速度の減
衰開始位置Ｘ　／　Ｄ　ｓとの関係を示す。

ただし　ω　：噴流の変動速度　（ｍ／Ｓ　）Ｗｏ：噴
流の平均速度　（ｍ／Ｓ’） この図表は、噴流の乱れが大きいと減衰開始の位１ｔ（
噴孔からの距１）が短かくなることを示している。

第１４図（ａ）及び同（ｂ）の実施例は上記の原理を応
用して噴流の乱れを促進するため、エネルギーダンパ管
３１の内壁に凹凸を設けたものである。

第１４図（ａ）ノ実施例では噴射孔４５ａ、４５ｂの蒸
気流入部付近に管状部材の軸心に平行な細い円柱状部材
５０ａ、５０ｂ、５０Ｃ，５０ｄを固着してエネルギー
ダンパ管３１の内壁面に凹突を形成しである。

第１４図（ｂ）ｔｙ）実施例では、噴射孔４５ａ、４５
ｂの蒸気流入部を避けてエネルギーダンパ管３１の内壁
面に多数の細い円柱状部材５１ａ、５１ｂを固着して凹
凸を形成しである。

第１５図は上記と異な蔦実施例を例示した図でエネルギ
ーダンパ管３１の内壁面の噴射孔４５８〜４５Ｃの付近
に細い円柱状部材５１を並べて固着し、鋸歯状め凹凸５
２を形成し、三角状の凹凸５３を形成しである。

）配糖１４図（ａ）、　（ｂ）又は第１５図に示したよ
うにエネルギーダンパ管３１の内壁面に凹凸を形成する
と蒸気流の乱れが促進され、従って蒸気噴流の減衰が助
長されてタービンバイパス蒸気のエネルギーが均一に拡
散される。

第１６図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）、　（ｄ）、　（
ｅ）はそれぞれ異なる実施例における噴射孔の構成を示
す。

第１６図（ａ）の実施例は前述の噴射孔４０ａ。

４０ｂ、４１ａ、又は４１ｂに蒸気流方向と１１！、は
垂直な網状部材を取り付ける。第１６図（ｂ）の実施例
は上記と同様に複数個の平行柱を取り付ける。

このようにして蒸気流の方向と交わる細い杆状部材を取
り付けると蒸気流の乱れが促進されて減衰が助長され、
第１４図（ａ）、　（ｂ）及び第１５図の実施例と同様
の効果が得らねる。

第１６図（Ｃ）、同（ｄ）及び同（ｅ）に示す実施例は
噴射孔の内壁面に各種形状の凹凸を形成したものである
。このような構成を用いると蒸気流の乱れが促進されて
前述の実施例（第１６図（ａ）、　（ｂ）　）と同様の
効果がある。

以上説明したように、本発明は、蒸気の発生装置、高圧
タービン、低圧タービン、復水器、及びタービンバイパ
ス系統を有する蒸気原動機プラントのタービンバイパス
蒸堺を復水器に設置した冷却管巣の上部に導入する左ネ
ルギーダンパ構造において、冷却管軸と平行に設置した
複数個のエネルギーダンパ管よりなり、かつ、上記のエ
ネルギーダンパ管の互いに対向する管壁にそれぞれ複数
個の噴射孔を設け、上記の対向して設けた噴射孔を互い
に千鳥状に配設することにより、復水器内に噴出すゐ蒸
気のエネルギーを拡散せしめてその温度・流速を均一化
し、復水器冷却管の損傷を軽減せしめてプラント構成機
器の安全性及び信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は原子力を蒸気源とする蒸気原動機プラントの配
置図、第２図は従来形の蒸気エネルギーダンパの断面図
、第３図はバイパス蒸気の膨張過程を示すエンタルピー
エントロピ線図、第４図は本発明を適用したバイパス蒸
気エネルギーダンパ構造を備えた復水器の断面正面図、
第５図にし同断面側面図、第６図は第５図の一部拡大図
、第７図は第６図に示したエネルギーダンパ管を描いた
平面図、第８図は−Ｆ記エネルギーダンパ管の配置の説
明図、第９図は超音速噴流の特性を示す図表、第１０図
は前記と異なる実施例にお・けるエネルギーダンパ管の
配置の説明図、第１１図は更に異なる実施例におけるエ
ネルギーダンパ管の噴射孔の配置の説明図、第１２図は
噴射孔径の選定に関する説明図、第１３図は蒸気流の乱
れと蒸気噴流の減衰との関係を示す図表、第１４図（ａ
）、（ｂ）及び第１５図はそれぞれ更に異なる実施例に
おけるエネルギータンパ管の断面図、第１６図（ａ）〜
（ｅ）はそれぞれ更に異なる実施例におけるエネルギー
ダンパ管に設けた噴射孔の正面図である。 １８・・・バイパス管、２０・・・エネルギーダンパ、
２６・・・低圧タービンケーシング、２７ａ〜２７ｄ。 ２８８〜２８ｄ・・・抽気蒸気管、２９・・・復水器連
結胴、３０ａ、３０ｂ−・・低圧給水加熱器、３１ａ。 ３１ｂ・・・エネルギーダンパ管、３２．３３・・・水
室、３４ａ、３４ｂ、３４Ｃ−・・管巣、３６ａ、３６
ｂ。 ３７ａ、３７ｂ、、、蒸気の噴流、３８ａ〜３８ｄ３９
ａ　〜３９ｄ−・・蒸気流、４ｔＪａ、４０ｂ、４５ａ
、４５ｂ、４６ａ、４６ｂ・・・％射孔、４２゜４３・
、復水器側壁、ｓｏａ〜５ｏｃｌ、５１ａ。 ５１ｂ・・・細い杆状部材、５２・・・鋸歯状凹凸、５
３・・・三角状凹凸。 穿　１　閉 ￥３図 ｖ′４図　　　　　　　１．り閏 ♀　ｌ　図 某７ｍ 茅°δ　図 ＭＪ 第１θ図 芋　７２１］ 茅７３　ｍ 某１５図 １ ４ｊ八　　　　　匂シ ♀ｌ乙図 （ｃＬ） ＼＼　ゝ （ｅン （ｂ） （ｄ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、蒸気発生装置、制圧タービン、低圧タービン、復水
   器、及びタービンバイパス系統を有する蒸気原動機プラ
   ントのタービジバイパス蒸気を復水器冷却管巣の上部に
   導入するエネルギーダンパ構造において、冷却管軸と平
   行に設置した複数個のエネルギーダンパ用管状部材より
   なり、かつ、上記エネルギーダンパ用管状部材の互いに
   対向する管壁にそれぞれ複数個の噴射孔を設け、上記の
   対向して設けた噴射孔を互いに千鳥状に配設したことを
   ％−とするタービンバイパス蒸気のエネルギーダンパ構
   造。 ２、前記の噴射孔の断面積Ｆｈを （Ｆｄ／Ｆｂ（−＋＋）ｌ”　　（Ｆｄ／Ｆｂ＋、）２
   ＝１．６ｎ＋０．５ただし　Ｆｄ：管状部材の断面積 ｎ：噴射孔数 なる関係を有するようにしたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載のタービンバイパス蒸気のエネルギ
   ーダンパ構造。 ３、前記のエネルギーダンパ用管状部材の内壁面に凹凸
   を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第
   ２項に記載のタービンバイパス蒸気のエネルギーダンパ
   構造。 ４、前記のエネルギーダンパ用管状部材に設けた噴射孔
   の上流端部に蒸気の流動方向と交わる方向の細い杆状部
   材を取りつけたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   又は第２項に記載のタービンバイパス蒸気のエネルギー
   ダンパ構造。 ５、前記のエネルギーダンパ用管状部材に設けた噴射孔
   の内壁面に凹凸を形成したことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項又は第２項に記載のタービンバイパス蒸気の
   エネルギーダンパ構造。 ６、前記の複数個のエネルギーダンパ用管状部材相互の
   間隔りを Ｌ＞１．８Ｌ８ＤＪ ただし　Ｌ８：超音波噴流長さ ＤＪ：噴射孔径 ならしぬたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載のタービンバイパス蒸気のエネルギーダンパ構造。