JPS6199794A - 配管継手装置 - 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】 （発明の技術分野） 本発明は、例えば火力及び原子力発電段端あるいは化学
機器などのプラントにおけるヒータ出口部のボイラ給水
管とヒータをバイパスするバイパス管の結合部はその一
例である。このような配管継手装置の従来のものを第６
図ないし第８図により説明する。

第６図は２系列３段のヒータと系列ヒータバイパス系を
有す、るプラントで、給水ポンプ吐出管１は、２本の給
水管２Ａ、２Ｂおよびバイパス管３とに分岐しており、
各給水管２Ａ、２Ｂには、大口弁４Ａ、４Ｂ及び出口弁
８Ａ、８Ｂ間にそれぞれ３つずつのヒータ５Ａ、６Ａ、
７Ａ：５［３゜６Ｂ、７Ｂが直列に介装されている。ま
た、自給水管２Ａ、２Ｂは出口弁８Ａ、８Ｂの下流側に
おいて合流して給水母管９を構成している。前記バイパ
ス管３にはバイパス弁１０が介装されており、このバイ
パス管３は、第７図および第８図に訂示するように、前
記給水母管９と直角に交わっている。

このような構成によれば、定格運転時、ボイラ給水は、
給水ポンプ吐出管１からそれぞれの給水管２Ａ、２Ｂへ
５０％ずつの割合に分かれて供給され、第１ヒータ５Ａ
、５Ｂ、第２ヒータ６Ａ。

６Ｂおよび第３ヒータ７Ａ、７Ｂでそれぞれ加熱され、
合流して母管９によりボイラ（図示せず）へ移送される
。この状態では、バイパス管３に介Ｈｃ”れているバイ
パス弁１０は閉じられているため、問題となる温度差の
ある流体の合流部は存在しない。

ここで、例えば、給水管２Ｂのヒータ５Ｂ。

６Ｂ、７Ｂのいずれかにチューブ破断などの故障が生じ
たとすると、大口弁４Ｂおよび出口弁８Ｂを閉じて、給
水管２Ｂの遮断を行なうとともに、バイパス弁１０１１
いてバイパス管３にも給水を行なうが、このヒータバイ
パス運転の場合、バイパス管３を通過する給水は、加熱
されることなくボイラへ流入することになり、その分だ
け給水温度が低下し、タービンの負荷を制限せざるをえ
ないこともある。したがって、可能な限り、その給水温
度を上げるため、給水管２Ａ側へ全体の給水量の７５％
を通過させ、バイパス管３側へ２５％の給水量を流すの
が一般的となっている。この場合、給水管２Ａへ流入し
た給水は入口弁４Ａを通過し、第１ヒータ５Ａ、第２ヒ
ータ６Ａ及び第３ヒータ７Ａでそれぞれ加熱され、母管
９へ流入する。一方、バイパス管３を流れる給水は、そ
のまま加熱されることなくバイパス弁１０で流岱を２５
％に調整されながら、母管９へ流入する。ここで、問題
となる温度差のある流体の合流部（配管継手装置）が生
じる。この合流部における流体の流れは、第７図に示す
ように、低温流体ａの流速がは、母管９における高温流
体すの流速より速い場合は、高温流体すの流れを阻害し
ながら、向い内周面に衝突し、ざらに回り込んで手前側
の内周面（合流部から母管９の内径の１６５倍ないし２
．０倍の位置）に面突する。一方、高−流体すの流れも
、低温流体ａと同じ位置に衝突を繰返１゜この合流部付
近の流れは、８温流体すつまりヒータ５Ａ、６Ａ、７Ａ
によって加熱された流体と、低温流体ａ、つまりバイパ
ス管３を加熱されることなく通過してくる流体とが速や
かに混合せず、渦を発生しながら、乱れた流れとなって
おり、通常運転中に１暖められた母管９が、バイパス管
３からの低温流体ａの流入により、急冷されるし、また
、混合しきっていないこの温度差のある流体が、母管９
の内周面に接触することにより、母管９の内周面の金属
温度が、高温から低温また低温から高温と繰返し変化す
る。この現象により、母管９の内周面に熱応力が作用し
、ＲＨ的に熱疲労亀裂が発生することが判っている。こ
のことは、実験により確かめられたことであり、母管９
内の流れと枝管側であるバイパス管３の内の流れのそれ
ぞれのレイノズル数により、この変化の激しい位置は変
化する。実験では、合流部から給水母管９の下流側へ母
管内径の１．５倍ないし２．０倍程度の範囲にこの金属
温度変化の激しい位置Ｘが集中している。

従来は、このように実験によってプラントの評！＋ｌを
行なっているが、これは、非常に難しい解析であり、実
機と同じモデルプラントをそのたびに製作して実験する
ことは経済的に不可能であり、他の実験結果をそのプラ
ントの状態に合うように補正して行なっているため、実
情との狂いを生ずるのは、避けられない。他の方法とし
ては、危険度の高い部分にサーマルスリーブを取付けて
管内周面を保護するなどの手段がなされているが、この
方法は構造が複雑となり、かつ工数がかかることにより
、高価になるという欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は、このような点に鑑み、簡単な構造によって熱
疲労亀裂を確実に防止し得る安全性の高い配管継手装置
を提供することを目的とする。

（発明の概要） 本発明は、高温流体と低温流体とを合流させる配管継手
装置において、母管内の流体の流れ方向に対し鋭角をも
って交わり一方の流体を供給する枝管を母管のほぼ接線
方向に接続し、母管の中心部には他方の流体を供給する
小径の合流管を合流位置近傍にまで挿入したことを特徴
としている。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例により説明する。

第１図ないし第３図は本発明の第１実施例を示りもので
あり、母管９の外周には枝管１１が溶接により接続され
ている。そして、この母管９に対υる枝管１１の接続方
向は、母管９内の流体の流れ方向に対して鋭角θをもっ
て交わり、しかも、枝管１１内から母管９内に供給され
た流体が母管９゛内において螺旋状に流れるように母管
９のほぼｌ長Ｆ一方向に位置している。また、枝管１１
の接続部位内側の母管９の周面には前記枝管１１の内径
に合致勺る開口１２が形成されているが、この間口１２
の軸線は枝管１１の軸線と一致している。

さらに、母管９の中心側の開口１２の内周面には、母管
９の中心側に対応する枝管１１内の流れを母管９の円周
方向に偏向させるための縦断面のテーバ状の突起部１３
が平面円弧状に突設されており、この突起部１３に連続
する溶接も突起部１３に倣うようにｊ−パ状かつ円弧状
に形成されている。

一方、前記母管９は、枝管１１との合流位置の上流側に
おいて閉じられた端壁１４を有しており、この端壁１４
には中心孔１５が形成されており、この中心孔１５から
は、流体を母＠９内に供給する合流管たるバイパス管３
が母管９内に同軸的に挿入され、溶接により母管９に［
２ｉ１着されている。

このバイパス管３の外径は母管９の内径よりはるかに小
さくされており、このバイパス管３の先端は前記合流位
置近傍にまで達している。

そして、本実施例においては、特に枝管１１から高温流
体すが供給され、またバイパス管３から低温流体ａが供
給されるようになっている。これは、通常運転時には高
温流体によって母管９内が高温に昇温されているため、
バイパス運転中にも枝管１１から高温流体を供給して母
管９の内周面を急冷から保護するようになっている。

つぎに、前述した実施例の作用について説明する。

枝管１１からの高温流体すは、母管９へ流入する際に母
管９の突起部１３により母管９の内周面近傍に集まり螺
旋状に流れ、この流れは遠心ツノにより母管９の内周面
に高ｆｐ２の流体層を形成づる。

一方、合流管たるバイパス管３は、母管９と同軸的に母
管９の内部へ枝管１１との合流部手前まで挿入して固着
されているので、低温流体ａの流れは鳴流を形成し、大
きい断面の母管９に流入する。

たＩごし、一般的に知られている急拡大の流れとはなら
ない。それは、同じ圧力状態の高温流体すによって母管
９の内周面近傍に円筒状に層が形成されており、低温流
体ａが母管９に流入した際、圧力降下を発生しないため
であり、低温流体ａは急激な流速低下が起らず、母管９
の軸中心部を真直ぐ流れる。

従来、この合流部の所では、高温流体と低温流体が完全
に混合せずに禍を発生しながら母管９の内周面に高温流
体と低温流体が交互に接触することが熱疲労亀裂を発生
する原因であったが、本実施例によれば、この合流部近
傍では、完全に′Ｂ温流体ど低４流体が分離することに
なり、高温流体すは、Ｓ）管９の円周方向を螺旋状に流
れ、その流体の遠心力により母管９の内周面近傍に円筒
状に８湯漬体すの層が形成されるため、低温流体ａがそ
の母管９の内周面に接触しないのである。つまり、高温
流体すによって母管９の内周面は保護８れているわけで
ある。下流側の方では最終的に低温流体ａが母管９に接
触することになるが、その流体の周りに高温流体すが存
在することにより、徐々に暖められながら流れるため、
低温流体が母管９に接触するときには、母管９に熱衝撃
を与えるような低温流体ａではなくなっている。さらに
、母管９とバイパス管３の筒状間隙１６には、通常運転
中から高温流体すが満されており、低温流体ａがバイパ
ス管３から流入してきても、挿入されているバイパス管
３自体で保３されて母管９に直接触れず、また流れの回
り込みもｎ状間隙１６に高４流体ｂｓ満されているため
発生しない。

このように、本実施例において高温流体すを枝管１１か
ら流入させで、保護流体としているのは、本ラインの通
常運転時における流体が高温流体であって母管９の金属
温度が八−に暖められているからである。その状態でバ
イパス運転に移１）シても、本実施例ように構成してお
けば、母管９の金コ温度は殆ど変化しない。したがって
、この配管継手装置である合流部の母管９には流体温度
差による熱応力が発生せず、熱疲労亀裂の発生を完全に
防ぐことができる。なお、本発明を実施する上で、ｇ　
１９しておく必要があるのは、この配管継手装置の下流
部配管形状として、前述した流れを乱さないようにある
程度の直管部を設けることである。

第４図および第５図は本発明の第２実施例を示’ＩＩ’
　ｂのであり、第６図により記述しｌζ従来例の構成に
Ｊ３いて２本の給水管２Ａ、２［３とバイパス管３とを
同一箇所で合流したものであり、再給水管２Ａ、２Ｂを
第１図ないし第３図の実施例における枝管１１と全く同
様にして母管９に接続しである。また、再給水管２Ａ、
２Ｂは母管９の中心を中心として点対称をなす位置に固
着されている。

一方、バイパス管３の母管９に対する接続構成も第１実
施例と同様である。

前述した構成によれば、運転中は、給水がそれぞれのヒ
ータを通過して加熱され再給水管２Ａと給水管２ｂから
４４流体すが流入し、合流後近傍の母管９では、流体が
螺旋状に流れしだいに母管９に沿った直線の流れとなり
ボイラへ流れて行く。

この状態では、バイパス管３からの流れがないため、高
温流体すによって母管９は満されている。

また、母管９およびバイパス＠３ｍの環状間隙１６にも
高温流体すが’ａされており、ｆＩｉ管９の内周面温度
は、高温流体すによって高温に昇温されている。

つぎに、バイパス運転に移行するために一方の列の給水
管２Ａ、または２Ｂの流れを遮断した場合、バイパス管
３から低温流体ａが母管９へ流入してくるが、高温流体
すの流れは、いずれの給水管２からのものが遮断されて
も、通常運転時と同様の螺旋状の流れとなり、遠心力に
より母管９の内周面近傍に層を形成し、低温流体ａから
母管９の内周面を保護することになる。この状態は、前
述した第１図ないし第３図の実施例にｊ′３ける流れと
一致する。さらに、母管９とこの母管９の内部へ挿入し
たバイパス管３とにより形成される環状間隙１６にはｇ
４’１２　Ｒ体１６が満されており、バイパス管３の流
出部からの回り込みにより母管９の内周面への接触を防
いでいる。

なお、この第２実施例では２本の給水１！２Ａ。

２Ｂを母管９に接続したが、３本以上の給水管を接続し
くもよい。また、接続方法は図示した溶接のみに限られ
るものではなく、鋳造や鍛造でもよい。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明に係る配管継手装置は、高
温流体と低６Ａ流体とを合流させる配管継手装置にＪ３
いて、母管内の流体の流れ方向に対し鋭角をもって交わ
り一方の流体を供給する枝管を母管のほぼ接線方向に接
続し、母管の中心部には他方の流体を供給する小径の合
流管を合流位置近傍にまで挿入したので、一方の流体に
より母管の内周面近傍に螺旋状を形成して他方の温度の
異なる流体から母管の内周面を保Ｉ！することができ、
合流部より下流側の母管の内周面に熱疲労Ｉ（Ｉ裂が発
生ずるのを防止して、安全な運転を行なうことができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る配管継手装置の第１実施例を示す
ｗＩＩｇｉ面図、第２図は第１図のＩＩ−Ｉ線による相
当部分の断面図、第３図は第２図のＩ−１線による相当
部分の断面図、第４図は本発明の第２実施例を示す縦断
面図、第５図（よ第４図のＶ−Ｖ線による相当部分の断
面図、第６図は従〉ｋの配管継手装置を適用したプラン
トの管路図、第７図は第６図の■線内の拡大断面図、第
８図は第７図の■−■線による相当部分の断面図である
。 ２Ａ、２Ｂ・・・給水管、３・・・バイパス管、５，６
゜７・・・ヒータ、９・・・母管、１１・・・枝管、１
３・・・突起部、１６・・・環状間隙、ａ・・・低温流
体、ｂ・・・高温流体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高温流体と低温流体とを合流させる配管継手装置に
   おいて、母管内の流体の流れ方向に対し鋭角をもって交
   わり一方の流体を供給する枝管を母管のほぼ接線方向に
   接続し、母管の中心部には他方の流体を供給する小径の
   合流管を合流位置近傍にまで挿入したことを特徴とする
   配管継手装置。 ２、前記枝管の接続部位の母管には、枝管内の流体を母
   管の円周方向に偏向させるための弧状の突起部が突設さ
   れている特許請求の範囲第１項記載の配管継手装置。