相対変位計測方法及び相対変位計測装置
【課題】蒸気発生器の伝熱管と振止部材との相対変位を計測できる相対変位計測方法を提供することにある。
【解決手段】伝熱管と振止部材との間で発生する相対変位を検出する相対変位計測方法であって、伝熱管に配置された距離測定手段により、振止部材に配置されたターゲットとの距離を測定する測定ステップと、測定ステップにより測定した間隔に基づいて、伝熱管と振止部材との相対変位を算出する算出ステップとを有し、振動時の伝熱管の所定位置と振止部材の所定位置との相対変位を計測することで上記課題を解決する。
【解決手段】伝熱管と振止部材との間で発生する相対変位を検出する相対変位計測方法であって、伝熱管に配置された距離測定手段により、振止部材に配置されたターゲットとの距離を測定する測定ステップと、測定ステップにより測定した間隔に基づいて、伝熱管と振止部材との相対変位を算出する算出ステップとを有し、振動時の伝熱管の所定位置と振止部材の所定位置との相対変位を計測することで上記課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱源から供給された熱を利用して蒸気を発生させる蒸気発生器に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱源で生成された熱を利用して蒸気を発生させる蒸気発生器としては、例えば、図５及び図６に示すような蒸気発生器がある。図５は、蒸気発生器の一例の概略構成を示す模式図であり、図６は、図５に示す蒸気発生器の伝熱管と振止部とを拡大して示す拡大模式図である。蒸気発生器１００は、例えば、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ Ｗａｔｅｒ Ｒｅａｃｔｏｒ）に用いられる。加圧水型原子炉は、原子炉冷却材および中性子減速材として軽水を使用している。加圧水型原子炉は、軽水を炉心全体にわたって沸騰しない高温高圧水としての一次冷却水を蒸気発生器１００に送る。蒸気発生器１００では、高温高圧の一次冷却水の熱を二次冷却水に伝え、二次冷却水に水蒸気を発生させる。そして、この水蒸気によりタービン発電機が回されて発電する。
【０００３】
蒸気発生器１００は、上下方向に延在され、かつ密閉された中空円筒形状を成し、上半部に対して下半部が若干小径とされた胴部１０２を有している。胴部１０２の下半部内には、該胴部１０２の内壁面と所定間隔をもって配置された円筒形状を成す管群外筒１０３が設けられている。この管群外筒１０３は、その下端部が、胴部１０２の下半部内の下方に配置された管板１０４まで延設されている。管群外筒１０３内には、逆Ｕ字形状をなす複数の伝熱管１０５からなる伝熱管群１５１が設けられている。各伝熱管１０５は、Ｕ字形状の円弧部を上方に向けて配置され、下方に向く端部が管板１０４に支持されると共に、中間部が複数の管支持板１０６により支持されている。管支持板１０６には、多数の貫通孔（図示せず）が形成されており、この貫通孔内に各伝熱管１０５が非接触状態で貫通されている。
【０００４】
胴部１０２の下端部には、水室１０７が設けられている。水室１０７は、内部が隔壁１０８により入室１７１と出室１７２とに区画されている。入室１７１には、各伝熱管１０５の一端部が連通され、出室１７２には、各伝熱管１０５の他端部が連通されている。また、入室１７１には、胴部１０２の外部に通じる入口ノズル７１１が形成され、出室１７２には、胴部１０２の外部に通じる出口ノズル７２１が形成されている。そして、入口ノズル７１１には、加圧水型原子炉から一次冷却水が送られる冷却水配管（図示せず）が連結される一方、出口ノズル７２１には、熱交換された後の一次冷却水を加圧水型原子炉に送る冷却水配管（図示せず）が連結される。
【０００５】
胴部１０２の上半部には、給水を蒸気と熱水とに分離する気水分離器１０９、および分離された蒸気の湿分を除去して乾き蒸気に近い状態とする湿分分離器１１０が設けられている。気水分離器１０９と伝熱管群１５１との間には、外部から胴部１０２内に二次冷却水の給水を行う給水管１１１が挿入されている。さらに、胴部１０２の上端部には、蒸気排出口１１２が形成されている。また、胴部１０２の下半部内には、給水管１１１からこの胴部１０２内に給水された二次冷却水を、胴部１０２と管群外筒１０３との間を流下させて管板１０４にて折り返させ、伝熱管群１５１に沿って上昇させる給水路１１３が設けられている。なお、蒸気排出口１１２には、タービンに蒸気を送る冷却水配管（図示せず）が連結され、給水管１１１には、タービンで使用された蒸気が復水器（図示せず）で冷却された二次冷却水を供給するための冷却水配管（図示せず）が連結される。
【０００６】
このような蒸気発生器１００では、加圧水型原子炉で加熱された一次冷却水は、入室１７１に送られ、多数の伝熱管１０５内を通って循環して出室１７２に至る。一方、復水器で冷却された二次冷却水は、給水管１１１に送られ、胴部１０２内の給水路１１３を通って伝熱管群１５１に沿って上昇する。このとき、胴部１０２内で、高圧高温の一次冷却水と二次冷却水との間で熱交換が行われる。そして、冷やされた一次冷却水は出室１７２から加圧水型原子炉に戻される。一方、高圧高温の一次冷却水と熱交換を行った二次冷却水は、胴部１０２内を上昇し、気水分離器１０９で蒸気と熱水とに分離される。そして、分離された蒸気は、湿分分離器１１０で湿分を除去されてからタービンに送られる。
【０００７】
このように構成された蒸気発生器１００において、一次冷却水が各伝熱管１０５内を通過する際、逆Ｕ字形状の円弧部にて流体励起振動が発生する。そこで、伝熱管１０５の円弧部には、振止部材１１４が設けられている。
【０００８】
伝熱管群１５１の上端部には、上述したように伝熱管１０５の逆Ｕ字形状の円弧部が配置されている。図６に示すように伝熱管１０５は、外側（上側）に向けて円弧部の径が大きなものを配列する。さらに、配列した複数の伝熱管１０５を、配列された方向に直交する方向に重ねつつ、かつ、直交方向の位置に応じて配列する伝熱管の数を変えることで、伝熱管群１５１の上端部を半球形状に形成している。そして、振止部材１１４は、重ねられた伝熱管１０５の列の間に挿入されている。振止部材１１４は、矩形断面を成し、ほぼＶ字形状に形成され、重ねられた各伝熱管の列における同径の部位（所定位置）に屈曲部が配置され、かつ、最も大きい径の伝熱管１０５の円弧部の外側に両端部が突出されている。このため、振止部材１１４の端部は、伝熱管群１５１の円弧に沿って一列に並んで配置される。また、振止部材１１４は、大きいほぼＶ字形状のものの内側に小さいＶ字形状のものが配置されて対を成し、この対が伝熱管１０５の半円部分に３つ配置されている。さらに、振止部材１１４は、重ねられた伝熱管１０５の列の間に挿入されている部分が、振動を抑止するのに好ましい材料（例えば、ＳＵＳ４０５）で形成されている。
【０００９】
振止部材１１４の溶接部１１５には、図６に示すように保持部材１１６が溶接されている。保持部材１１６は、伝熱管群１５１の半球状の外周に沿って取り付けられた棒状の部材である。これにより、振止部材１１４は、伝熱管１０５の間の所定位置に挿入された形態で伝熱管群１５１に配設されている。蒸気発生器は以上のような構成である。
【００１０】
ここで、このような蒸気発生器に関しては、故障の発生を抑制するため、製造時や検査時に蒸気発生器の状態を測定する測定装置が提案されている。例えば、特許文献１には、伝熱管の内部に検出コイルを挿入し、検出コイルで検出される電圧の変化に基づいて、伝熱管の表面と振れ止め具（振止部材）との距離を測定する測定プローブが記載されている。
【００１１】
また、特許文献２には、支持架構と、該支持架構に支持される環境設定容器と、該環境設定容器の内部に容器壁を貫通して移動可能状態に支持される試験用筒状体と、該試験用筒状体に一端部が接続され他端部が環境設定容器または支持架構に接続される試験用伝熱管と、支持架構と試験用筒状体との間に介在状態に配され試験用筒状体に機械的移動力を付与する強制変位発生手段とを具備することを特徴とする熱交換器伝熱管の試験装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平２−２５９４０５号公報
【特許文献２】実開平６−４６９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ここで、蒸気発生器の振止部材は、地震等により加振された場合に伝熱管との間でこすれて摩擦することにより、伝熱管の振動を抑制する。そのため、振動時は、伝熱管と振止部材とが適切に摩擦する必要がある。しかしながら、伝熱管と振動部材との間でどの程度の摩擦が発生しているかの測定方法は開発されていない。特許文献１は、静止している状態で測定する装置であり、伝熱管と振止部材との距離を測定するものであるため、振動時の相対変位を測定することはできない。また、摩擦力は、伝熱管と振動部材との相対的な移動を検出することで、評価をすることができるが、伝熱管と振動部材との相対的な移動を計測する方法もなかった。さらに、伝熱管は、密に配置されているため、伝熱管と振動部材との相対変位を測定することが困難であるという問題もある。
【００１４】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、蒸気発生器の伝熱管と振止部材との相対変位を計測できる相対変位計測方法及び相対変位計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、伝熱管と振止部材との間で発生する相対変位を検出する相対変位計測方法であって、前記伝熱管に配置された距離測定手段により、前記振止部材に配置されたターゲットとの距離を測定する測定ステップと、前記測定ステップにより測定した間隔に基づいて、前記伝熱管と前記振止部材との相対変位を算出する算出ステップとを有することを特徴とする。本発明によれば、伝熱管と振止部材との相対変位を適切に計測することができる。
【００１６】
さらに、前記伝熱管を保持する保持手段を振動させる加振ステップと、を有し、前記測定ステップは、前記加振ステップで振動させられている時に前記ターゲットとの距離を測定することが好ましい。これにより、加振時に発生する伝熱管と振止部材との相対変位を適切に計測することができる。
【００１７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、伝熱管と、前記伝熱管の間に配置され、前記伝熱管の振動を抑制する振止部材とを有する蒸気発生器の相対変位計測装置であって、前記伝熱管に固定された計測器本体と、前記振止部材に固定されたターゲットと、を有し、前記計測器本体は、前記ターゲットとの距離を計測して前記伝熱管と前記振止部材との距離を測定することを特徴とする。本発明によれば、伝熱管と振止部材との相対変位を適切に計測することができる。
【００１８】
前記計測器本体は、前記ターゲットとの距離に応じて変化する渦電流を検出して前記ターゲットとの距離を計測することが好ましい。このように渦電流を検出することで、計測器本体を小型化することができ、伝熱管と振止部材との間で発生する相対変位をより正確に計測することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明にかかる相対変位計測方法及び相対変位計測装置は、伝熱管と振止部材との相対変位を適切に計測することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の相対変位計測装置を備える試験機の一実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図２】図２は、図１に示す試験機の一部の断面を示す断面図である。
【図３−１】図３−１は、相対変位計測装置の概略構成を示す側面図である。
【図３−２】図３−２は、図３−１に示す相対変位計測装置の底面図である。
【図３−３】図３−３は、図３−１に示す相対変位計測装置のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図４は、本発明の相対変位計測装置を備える試験機の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図５】図５は、蒸気発生器の一例の概略構成を示す模式図である。
【図６】図６は、図５に示す蒸気発生器の伝熱管と振止部とを拡大して示す拡大模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明にかかる相対変位計測方法および相対変位計測装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。なお、以下に示す実施形態では、相対変位計測装置を伝熱管と振止部材との関係を評価するための試験機に設けた場合について説明する。
【００２２】
図１は、本発明の相対変位計測装置を備える試験機の一実施形態の概略構成を示す模式図である。また、図２は、図１に示す試験機の一部の断面を示す断面図である。図１に示すように、試験機１０は、加振装置１２と、試験体１４と、相対変位計測装置１６とを有する。
【００２３】
加振装置１２は、架台２０と、支持部２２と、加振手段２４とを有し、試験体１４を支持し、振動させる振動試験装置である。架台２０は、地面に固定された台であり、支持部２２を振動可能な状態、つまり、一定範囲内で移動可能な状態で支持している。支持部２２は、架台２０に振動可能な状態で支持された板状部材である。支持部２２の上面には、試験体１４が設置されている。加振手段２４は、架台２０に固定されており、支持部２２を振動させる。なお、加振手段２４としては、種々の振動発生手段を用いることができ、例えば、偏心モータを用いることができる。ここで、架台２０による支持部２２の支持方法は、支持体を振動させることができれば特に限定されず、ダンパー等の緩衝部材を介して支持しても、ばね、ゴム等の弾性部材を介して支持してもよい。また、加振手段２４を介して架台２０と支持部２２とを接続するようにしてもよい。
【００２４】
試験体１４は、管群外筒３０と、伝熱管３２と、振止部材３４と、保持部材３６とを有する。試験体１４は、伝熱管３２と振止部材３４との関係を計測するために、蒸気発生器のうち振止部材３４の周辺の構成のみを組み立てたものである。
管群外筒３０は、円筒形状の筒であり、鉛直方向下側の端部が支持部２２に支持されている。管群外筒３０は、内部に逆Ｕ字形状の複数の伝熱管３２が配置されている。
【００２５】
伝熱管３２は、Ｕ字形状の円弧部を上方に向けて配置され、下方に向く端部が支持部２２に支持されると共に、中間部が複数の管支持板（図示省略）により支持されている。また、伝熱管３２が、Ｕ字形状の直線部が管群外筒３０の内部に配置され、円弧部が管群外筒３０の鉛直方向上側の端部から露出している。なお、管支持板には、多数の貫通孔が形成されており、この貫通孔内に各伝熱管３２が非接触状態で貫通されている。ここで、伝熱管３２は、例えば、インコネル（登録商標）で作製することができる。
【００２６】
また、伝熱管３２は、図２に示すように、管群外筒３０の内部に多数配置されている。また、伝熱管３２は、隣接する伝熱管３２と非接触の状態で、かつ、１本の伝熱管３２の外周に６本の伝熱管３２が等間隔に配置されている。つまり、伝熱管３２は、ハニカム構造で配置されている。また、複数の伝熱管３２は、外側（上側）に向けて円弧部の径が大きなものを配列する。さらに、配列した複数の伝熱管３２を、配列された方向に直交する方向に重ねつつ、かつ、直交方向の位置に応じて配列する伝熱管の数を変えることで、伝熱管群の上端部を半球形状に形成している。
【００２７】
振止部材３４は、重ねられた伝熱管３２の列の間に挿入されている。振止部材３４は、矩形断面を成し、ほぼＶ字形状に形成され、重ねられた各伝熱管３２の列における同径の部位（所定位置）に屈曲部が配置され、かつ、最も大きい径の伝熱管３２の円弧部の外側に両端部が突出している。また、振止部材３４の端部は、伝熱管３２で形成される円弧の外周に沿って一列に並んで配置される。また、振止部材３４は、大きいほぼＶ字形状のものの内側に小さいＶ字形状のものが配置されて対を成し、この対が伝熱管３２の半円部分に３つ配置されている。さらに、振止部材３４は、重ねられた伝熱管３２の列の間に挿入されている部分が、振動を抑止するのに好ましい材料（例えば、ＳＵＳ４０５）で形成されている。
【００２８】
保持部材３６は、複数の伝熱管３２で構成される半球状の外周に沿って取り付けられた棒状の部材である。保持部材３６は、複数の振止部材３４の端部と連結し、各振止部材３４を保持している。このように、振止部材３４は、保持部材３６に端部を保持され、かつ、伝熱管３２の間の所定位置に挿入された状態で伝熱管群に配設されている。また、振止部材３４同士は、保持部材３６により連結されている。
【００２９】
次に、図３−１から図３−３を用いて相対変位計測装置１６について説明する。ここで、図３−１は、相対変位計測装置の概略構成を示す側面図であり、図３−２は、図３−１に示す相対変位計測装置の底面図であり、図３−３は、図３−１に示す相対変位計測装置のＡ−Ａ線断面図である。図３−１から図３−３に示すように、相対変位計測装置１６は、変位計本体４０と、ターゲット４２とを有し、伝熱管３２と振止部材３４との相対変位を検出する。
【００３０】
変位計本体４０は、対象物との距離を計測する渦電流式変位計であり、半球状の外周側に配置された伝熱管３２に固定されている。ここで、本実施形態では、変位計本体４０は、伝熱管３２のＵ字形状の円弧形状の中でも鉛直方向上方側となる任意の位置に配置されている。
【００３１】
ターゲット４２は、変位計本体４０が配置された伝熱管３２と接触している振止部材３４に固定されている。より詳しくは、ターゲット４２は、振止部材３４の表面のうち、変位計本体４０の近傍、かつ、変位計本体４０よりも外側（円弧の中心から離れた側）となる位置に固定され、変位計本体４０に対向している。相対変位計測装置１６は、以上のような構成であり、変位計本体４０は、ターゲット４２との距離を流れるインダクタンスの変化により相対位置の変化を検出する。つまり、相対変位計測装置１６は、変位計本体４０とターゲット４２との相対距離が変化したら、検出値が変化し、この検出値の変化から相対距離の変化つまり相対変位を計測する。試験機１０は、基本的に以上のような構成である。
【００３２】
次に、試験機１０の動作を説明することにより、試験機１０を用いた試験方法及び相対変位計測装置１６を用いた相対変位計測方法について説明する。まず、試験機１０は、試験体１４を支持部２２上に設置した状態とする。その状態で、試験機１０は、加振手段２４で支持部２２を振動させ、試験体１４を振動させる。このように試験体１４が振動されると、試験体１４の伝熱管３２と振止部材３４とはこすれあって相対位置が変化する。伝熱管３２と振止部材３４との相対位置が変化すると、伝熱管３２に固定されている変位計本体４０と振止部材３４に固定されているターゲット４２との相対位置も変化する。相対変位計測装置１６は、変位計本体４０とターゲット４２との相対位置の変化を検出することで、計測位置における伝熱管３２と振止部材３４との相対位置の変化を検出する。
【００３３】
このように試験機１０は、振動時の伝熱管３２と振止部材３４との相対変位を検出できることで、振動時に伝熱管３２と振止部材３４との間で発生する摩擦力を算出することができる。また、振動時の伝熱管３２と振止部材３４との相対変位を検出できることで、同様のモデルを用いたシミュレーションで算出した相対変位の妥当性を判断することができる。シミュレーションの妥当性を判断できることで、より精度の高いシミュレーションソフトを作成することができる。また、試験機１０での計測結果に基づいて精度の高いシミュレーションソフトを作成できることで、試験を行うことなく種々の蒸気発生器の振止部材の防振性能を算出することができる。
【００３４】
また、相対変位計測装置として、電位（渦電流、電界）の変化を検出する渦電流型の変位計を用いることで変位計本体を小型化することができ、密に配置された伝熱管に、伝熱管の振動特性を大きく変化させることなく、固定することができる。これにより、伝熱管と振止部材との相対変位をより正確に検出することができる。
【００３５】
また、上記実施形態では、電位（渦電流、電界）の変化により相対変位を計測したが、本発明の相対変位計測装置に用いることができる相対変位の計測方法は、これに限定されない。図４は、本発明の相対変位計測装置を備える試験機の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。ここで、図４に示す試験機５０は、相対変位計測装置６０の構成を除いて他の構成は、図１に示す試験機１０と同様の構成である。したがって、以下では、試験機１０と同様の構成について説明を省略し、試験機５０に特有の点を重点的に説明する。図４に示すように、試験機５０は、加振装置１２と、試験体１４と、相対変位計測装置６０とを有する。
【００３６】
相対変位計測装置６０は、支持体６２と、第１位置検出器６４と、第２位置検出器６６とを有する。支持体６２は、試験体１４の鉛直方向上方を覆うように配置された板状部材であり、架台２０に固定されている。なお、支持体６２は、試験体１４とは接触しないように配置されている。第１位置検出器６４は、レーザ変位計等の非接触で目標位置との距離を測定できる測定器であり、支持体６２に固定されている。第１位置検出器６４は、伝熱管３２の所定位置との距離を計測する。また、第２位置検出器６６も、レーザ変位計等の非接触で目標位置との距離を測定できる測定器であり、支持体６２に固定されている。第２位置検出器６６は、振止部材３４の所定位置との距離を計測する。ここで、伝熱管３２の所定位置と、振止部材３４の所定位置を特定する方法は特に限定されないが、例えば、伝熱管３２の所定位置及び振止部材３４の所定位置に目印となる部材（反射物）を貼り付けたり、他の部分と異なる色にしたりする方法がある。
【００３７】
相対変位計測装置６０は、以上のような構成であり、第１位置検出器６４で検出した伝熱管３２の所定位置との距離と、第２位置検出器６６で検出した振止部材３４の所定位置との距離と、既知の第１位置検出器６４と第２位置検出器６６との位置関係（距離）とに基づいて、伝熱管３２の所定位置と振止部材３４の所定位置との距離を計測する。
【００３８】
このように、所定位置に固定された部分から伝熱管３２の所定位置と振止部材３４の所定位置との距離を計測することで、所定位置における伝熱管３２と振止部材３４との距離を計測することができる。これにより、試験機５０も加振手段２４に加振させたときの伝熱管３２の所定位置と振止部材３４の所定位置との相対変位を計測することができ、上記と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
また、上記実施形態では、変位計として、レーザ変位計を用いたが本発明はこれに限定されず、支持体に固定されて、非接触で伝熱管３２の所定位置との距離及び／または振止部材３４の所定位置との距離を測定できるものであればよい。例えば、伝熱管３２と振止部材３４とを撮影し、画像解析により相対距離を算出する方法も用いることができる。また、支持体６２の構成は特に限定されず、試験体１４の全体を覆う板状部材としても、棒状の部材としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のように、本発明にかかる相対変位計測方法及び相対変位計測装置は、蒸気発生器の性能評価に有用であり、特に、蒸気発生器の振止部材の防振性の測定に用いることに適している。
【符号の説明】
【００４１】
１０、５０ 試験機
１２ 加振装置
１４ 試験体
１６、６０ 相対変位計測装置
２０ 架台
２２ 支持部
２４ 加振手段
３０ 管群外筒
３２ 伝熱管
３４ 振止部材
３６ 保持部材
４０ 変位計本体
４２ ターゲット
６４、６６ 位置検出器
６２ 支持体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱源から供給された熱を利用して蒸気を発生させる蒸気発生器に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱源で生成された熱を利用して蒸気を発生させる蒸気発生器としては、例えば、図５及び図６に示すような蒸気発生器がある。図５は、蒸気発生器の一例の概略構成を示す模式図であり、図６は、図５に示す蒸気発生器の伝熱管と振止部とを拡大して示す拡大模式図である。蒸気発生器１００は、例えば、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ Ｗａｔｅｒ Ｒｅａｃｔｏｒ）に用いられる。加圧水型原子炉は、原子炉冷却材および中性子減速材として軽水を使用している。加圧水型原子炉は、軽水を炉心全体にわたって沸騰しない高温高圧水としての一次冷却水を蒸気発生器１００に送る。蒸気発生器１００では、高温高圧の一次冷却水の熱を二次冷却水に伝え、二次冷却水に水蒸気を発生させる。そして、この水蒸気によりタービン発電機が回されて発電する。
【０００３】
蒸気発生器１００は、上下方向に延在され、かつ密閉された中空円筒形状を成し、上半部に対して下半部が若干小径とされた胴部１０２を有している。胴部１０２の下半部内には、該胴部１０２の内壁面と所定間隔をもって配置された円筒形状を成す管群外筒１０３が設けられている。この管群外筒１０３は、その下端部が、胴部１０２の下半部内の下方に配置された管板１０４まで延設されている。管群外筒１０３内には、逆Ｕ字形状をなす複数の伝熱管１０５からなる伝熱管群１５１が設けられている。各伝熱管１０５は、Ｕ字形状の円弧部を上方に向けて配置され、下方に向く端部が管板１０４に支持されると共に、中間部が複数の管支持板１０６により支持されている。管支持板１０６には、多数の貫通孔（図示せず）が形成されており、この貫通孔内に各伝熱管１０５が非接触状態で貫通されている。
【０００４】
胴部１０２の下端部には、水室１０７が設けられている。水室１０７は、内部が隔壁１０８により入室１７１と出室１７２とに区画されている。入室１７１には、各伝熱管１０５の一端部が連通され、出室１７２には、各伝熱管１０５の他端部が連通されている。また、入室１７１には、胴部１０２の外部に通じる入口ノズル７１１が形成され、出室１７２には、胴部１０２の外部に通じる出口ノズル７２１が形成されている。そして、入口ノズル７１１には、加圧水型原子炉から一次冷却水が送られる冷却水配管（図示せず）が連結される一方、出口ノズル７２１には、熱交換された後の一次冷却水を加圧水型原子炉に送る冷却水配管（図示せず）が連結される。
【０００５】
胴部１０２の上半部には、給水を蒸気と熱水とに分離する気水分離器１０９、および分離された蒸気の湿分を除去して乾き蒸気に近い状態とする湿分分離器１１０が設けられている。気水分離器１０９と伝熱管群１５１との間には、外部から胴部１０２内に二次冷却水の給水を行う給水管１１１が挿入されている。さらに、胴部１０２の上端部には、蒸気排出口１１２が形成されている。また、胴部１０２の下半部内には、給水管１１１からこの胴部１０２内に給水された二次冷却水を、胴部１０２と管群外筒１０３との間を流下させて管板１０４にて折り返させ、伝熱管群１５１に沿って上昇させる給水路１１３が設けられている。なお、蒸気排出口１１２には、タービンに蒸気を送る冷却水配管（図示せず）が連結され、給水管１１１には、タービンで使用された蒸気が復水器（図示せず）で冷却された二次冷却水を供給するための冷却水配管（図示せず）が連結される。
【０００６】
このような蒸気発生器１００では、加圧水型原子炉で加熱された一次冷却水は、入室１７１に送られ、多数の伝熱管１０５内を通って循環して出室１７２に至る。一方、復水器で冷却された二次冷却水は、給水管１１１に送られ、胴部１０２内の給水路１１３を通って伝熱管群１５１に沿って上昇する。このとき、胴部１０２内で、高圧高温の一次冷却水と二次冷却水との間で熱交換が行われる。そして、冷やされた一次冷却水は出室１７２から加圧水型原子炉に戻される。一方、高圧高温の一次冷却水と熱交換を行った二次冷却水は、胴部１０２内を上昇し、気水分離器１０９で蒸気と熱水とに分離される。そして、分離された蒸気は、湿分分離器１１０で湿分を除去されてからタービンに送られる。
【０００７】
このように構成された蒸気発生器１００において、一次冷却水が各伝熱管１０５内を通過する際、逆Ｕ字形状の円弧部にて流体励起振動が発生する。そこで、伝熱管１０５の円弧部には、振止部材１１４が設けられている。
【０００８】
伝熱管群１５１の上端部には、上述したように伝熱管１０５の逆Ｕ字形状の円弧部が配置されている。図６に示すように伝熱管１０５は、外側（上側）に向けて円弧部の径が大きなものを配列する。さらに、配列した複数の伝熱管１０５を、配列された方向に直交する方向に重ねつつ、かつ、直交方向の位置に応じて配列する伝熱管の数を変えることで、伝熱管群１５１の上端部を半球形状に形成している。そして、振止部材１１４は、重ねられた伝熱管１０５の列の間に挿入されている。振止部材１１４は、矩形断面を成し、ほぼＶ字形状に形成され、重ねられた各伝熱管の列における同径の部位（所定位置）に屈曲部が配置され、かつ、最も大きい径の伝熱管１０５の円弧部の外側に両端部が突出されている。このため、振止部材１１４の端部は、伝熱管群１５１の円弧に沿って一列に並んで配置される。また、振止部材１１４は、大きいほぼＶ字形状のものの内側に小さいＶ字形状のものが配置されて対を成し、この対が伝熱管１０５の半円部分に３つ配置されている。さらに、振止部材１１４は、重ねられた伝熱管１０５の列の間に挿入されている部分が、振動を抑止するのに好ましい材料（例えば、ＳＵＳ４０５）で形成されている。
【０００９】
振止部材１１４の溶接部１１５には、図６に示すように保持部材１１６が溶接されている。保持部材１１６は、伝熱管群１５１の半球状の外周に沿って取り付けられた棒状の部材である。これにより、振止部材１１４は、伝熱管１０５の間の所定位置に挿入された形態で伝熱管群１５１に配設されている。蒸気発生器は以上のような構成である。
【００１０】
ここで、このような蒸気発生器に関しては、故障の発生を抑制するため、製造時や検査時に蒸気発生器の状態を測定する測定装置が提案されている。例えば、特許文献１には、伝熱管の内部に検出コイルを挿入し、検出コイルで検出される電圧の変化に基づいて、伝熱管の表面と振れ止め具（振止部材）との距離を測定する測定プローブが記載されている。
【００１１】
また、特許文献２には、支持架構と、該支持架構に支持される環境設定容器と、該環境設定容器の内部に容器壁を貫通して移動可能状態に支持される試験用筒状体と、該試験用筒状体に一端部が接続され他端部が環境設定容器または支持架構に接続される試験用伝熱管と、支持架構と試験用筒状体との間に介在状態に配され試験用筒状体に機械的移動力を付与する強制変位発生手段とを具備することを特徴とする熱交換器伝熱管の試験装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平２−２５９４０５号公報
【特許文献２】実開平６−４６９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ここで、蒸気発生器の振止部材は、地震等により加振された場合に伝熱管との間でこすれて摩擦することにより、伝熱管の振動を抑制する。そのため、振動時は、伝熱管と振止部材とが適切に摩擦する必要がある。しかしながら、伝熱管と振動部材との間でどの程度の摩擦が発生しているかの測定方法は開発されていない。特許文献１は、静止している状態で測定する装置であり、伝熱管と振止部材との距離を測定するものであるため、振動時の相対変位を測定することはできない。また、摩擦力は、伝熱管と振動部材との相対的な移動を検出することで、評価をすることができるが、伝熱管と振動部材との相対的な移動を計測する方法もなかった。さらに、伝熱管は、密に配置されているため、伝熱管と振動部材との相対変位を測定することが困難であるという問題もある。
【００１４】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、蒸気発生器の伝熱管と振止部材との相対変位を計測できる相対変位計測方法及び相対変位計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、伝熱管と振止部材との間で発生する相対変位を検出する相対変位計測方法であって、前記伝熱管に配置された距離測定手段により、前記振止部材に配置されたターゲットとの距離を測定する測定ステップと、前記測定ステップにより測定した間隔に基づいて、前記伝熱管と前記振止部材との相対変位を算出する算出ステップとを有することを特徴とする。本発明によれば、伝熱管と振止部材との相対変位を適切に計測することができる。
【００１６】
さらに、前記伝熱管を保持する保持手段を振動させる加振ステップと、を有し、前記測定ステップは、前記加振ステップで振動させられている時に前記ターゲットとの距離を測定することが好ましい。これにより、加振時に発生する伝熱管と振止部材との相対変位を適切に計測することができる。
【００１７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、伝熱管と、前記伝熱管の間に配置され、前記伝熱管の振動を抑制する振止部材とを有する蒸気発生器の相対変位計測装置であって、前記伝熱管に固定された計測器本体と、前記振止部材に固定されたターゲットと、を有し、前記計測器本体は、前記ターゲットとの距離を計測して前記伝熱管と前記振止部材との距離を測定することを特徴とする。本発明によれば、伝熱管と振止部材との相対変位を適切に計測することができる。
【００１８】
前記計測器本体は、前記ターゲットとの距離に応じて変化する渦電流を検出して前記ターゲットとの距離を計測することが好ましい。このように渦電流を検出することで、計測器本体を小型化することができ、伝熱管と振止部材との間で発生する相対変位をより正確に計測することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明にかかる相対変位計測方法及び相対変位計測装置は、伝熱管と振止部材との相対変位を適切に計測することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の相対変位計測装置を備える試験機の一実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図２】図２は、図１に示す試験機の一部の断面を示す断面図である。
【図３−１】図３−１は、相対変位計測装置の概略構成を示す側面図である。
【図３−２】図３−２は、図３−１に示す相対変位計測装置の底面図である。
【図３−３】図３−３は、図３−１に示す相対変位計測装置のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図４は、本発明の相対変位計測装置を備える試験機の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図５】図５は、蒸気発生器の一例の概略構成を示す模式図である。
【図６】図６は、図５に示す蒸気発生器の伝熱管と振止部とを拡大して示す拡大模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明にかかる相対変位計測方法および相対変位計測装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。なお、以下に示す実施形態では、相対変位計測装置を伝熱管と振止部材との関係を評価するための試験機に設けた場合について説明する。
【００２２】
図１は、本発明の相対変位計測装置を備える試験機の一実施形態の概略構成を示す模式図である。また、図２は、図１に示す試験機の一部の断面を示す断面図である。図１に示すように、試験機１０は、加振装置１２と、試験体１４と、相対変位計測装置１６とを有する。
【００２３】
加振装置１２は、架台２０と、支持部２２と、加振手段２４とを有し、試験体１４を支持し、振動させる振動試験装置である。架台２０は、地面に固定された台であり、支持部２２を振動可能な状態、つまり、一定範囲内で移動可能な状態で支持している。支持部２２は、架台２０に振動可能な状態で支持された板状部材である。支持部２２の上面には、試験体１４が設置されている。加振手段２４は、架台２０に固定されており、支持部２２を振動させる。なお、加振手段２４としては、種々の振動発生手段を用いることができ、例えば、偏心モータを用いることができる。ここで、架台２０による支持部２２の支持方法は、支持体を振動させることができれば特に限定されず、ダンパー等の緩衝部材を介して支持しても、ばね、ゴム等の弾性部材を介して支持してもよい。また、加振手段２４を介して架台２０と支持部２２とを接続するようにしてもよい。
【００２４】
試験体１４は、管群外筒３０と、伝熱管３２と、振止部材３４と、保持部材３６とを有する。試験体１４は、伝熱管３２と振止部材３４との関係を計測するために、蒸気発生器のうち振止部材３４の周辺の構成のみを組み立てたものである。
管群外筒３０は、円筒形状の筒であり、鉛直方向下側の端部が支持部２２に支持されている。管群外筒３０は、内部に逆Ｕ字形状の複数の伝熱管３２が配置されている。
【００２５】
伝熱管３２は、Ｕ字形状の円弧部を上方に向けて配置され、下方に向く端部が支持部２２に支持されると共に、中間部が複数の管支持板（図示省略）により支持されている。また、伝熱管３２が、Ｕ字形状の直線部が管群外筒３０の内部に配置され、円弧部が管群外筒３０の鉛直方向上側の端部から露出している。なお、管支持板には、多数の貫通孔が形成されており、この貫通孔内に各伝熱管３２が非接触状態で貫通されている。ここで、伝熱管３２は、例えば、インコネル（登録商標）で作製することができる。
【００２６】
また、伝熱管３２は、図２に示すように、管群外筒３０の内部に多数配置されている。また、伝熱管３２は、隣接する伝熱管３２と非接触の状態で、かつ、１本の伝熱管３２の外周に６本の伝熱管３２が等間隔に配置されている。つまり、伝熱管３２は、ハニカム構造で配置されている。また、複数の伝熱管３２は、外側（上側）に向けて円弧部の径が大きなものを配列する。さらに、配列した複数の伝熱管３２を、配列された方向に直交する方向に重ねつつ、かつ、直交方向の位置に応じて配列する伝熱管の数を変えることで、伝熱管群の上端部を半球形状に形成している。
【００２７】
振止部材３４は、重ねられた伝熱管３２の列の間に挿入されている。振止部材３４は、矩形断面を成し、ほぼＶ字形状に形成され、重ねられた各伝熱管３２の列における同径の部位（所定位置）に屈曲部が配置され、かつ、最も大きい径の伝熱管３２の円弧部の外側に両端部が突出している。また、振止部材３４の端部は、伝熱管３２で形成される円弧の外周に沿って一列に並んで配置される。また、振止部材３４は、大きいほぼＶ字形状のものの内側に小さいＶ字形状のものが配置されて対を成し、この対が伝熱管３２の半円部分に３つ配置されている。さらに、振止部材３４は、重ねられた伝熱管３２の列の間に挿入されている部分が、振動を抑止するのに好ましい材料（例えば、ＳＵＳ４０５）で形成されている。
【００２８】
保持部材３６は、複数の伝熱管３２で構成される半球状の外周に沿って取り付けられた棒状の部材である。保持部材３６は、複数の振止部材３４の端部と連結し、各振止部材３４を保持している。このように、振止部材３４は、保持部材３６に端部を保持され、かつ、伝熱管３２の間の所定位置に挿入された状態で伝熱管群に配設されている。また、振止部材３４同士は、保持部材３６により連結されている。
【００２９】
次に、図３−１から図３−３を用いて相対変位計測装置１６について説明する。ここで、図３−１は、相対変位計測装置の概略構成を示す側面図であり、図３−２は、図３−１に示す相対変位計測装置の底面図であり、図３−３は、図３−１に示す相対変位計測装置のＡ−Ａ線断面図である。図３−１から図３−３に示すように、相対変位計測装置１６は、変位計本体４０と、ターゲット４２とを有し、伝熱管３２と振止部材３４との相対変位を検出する。
【００３０】
変位計本体４０は、対象物との距離を計測する渦電流式変位計であり、半球状の外周側に配置された伝熱管３２に固定されている。ここで、本実施形態では、変位計本体４０は、伝熱管３２のＵ字形状の円弧形状の中でも鉛直方向上方側となる任意の位置に配置されている。
【００３１】
ターゲット４２は、変位計本体４０が配置された伝熱管３２と接触している振止部材３４に固定されている。より詳しくは、ターゲット４２は、振止部材３４の表面のうち、変位計本体４０の近傍、かつ、変位計本体４０よりも外側（円弧の中心から離れた側）となる位置に固定され、変位計本体４０に対向している。相対変位計測装置１６は、以上のような構成であり、変位計本体４０は、ターゲット４２との距離を流れるインダクタンスの変化により相対位置の変化を検出する。つまり、相対変位計測装置１６は、変位計本体４０とターゲット４２との相対距離が変化したら、検出値が変化し、この検出値の変化から相対距離の変化つまり相対変位を計測する。試験機１０は、基本的に以上のような構成である。
【００３２】
次に、試験機１０の動作を説明することにより、試験機１０を用いた試験方法及び相対変位計測装置１６を用いた相対変位計測方法について説明する。まず、試験機１０は、試験体１４を支持部２２上に設置した状態とする。その状態で、試験機１０は、加振手段２４で支持部２２を振動させ、試験体１４を振動させる。このように試験体１４が振動されると、試験体１４の伝熱管３２と振止部材３４とはこすれあって相対位置が変化する。伝熱管３２と振止部材３４との相対位置が変化すると、伝熱管３２に固定されている変位計本体４０と振止部材３４に固定されているターゲット４２との相対位置も変化する。相対変位計測装置１６は、変位計本体４０とターゲット４２との相対位置の変化を検出することで、計測位置における伝熱管３２と振止部材３４との相対位置の変化を検出する。
【００３３】
このように試験機１０は、振動時の伝熱管３２と振止部材３４との相対変位を検出できることで、振動時に伝熱管３２と振止部材３４との間で発生する摩擦力を算出することができる。また、振動時の伝熱管３２と振止部材３４との相対変位を検出できることで、同様のモデルを用いたシミュレーションで算出した相対変位の妥当性を判断することができる。シミュレーションの妥当性を判断できることで、より精度の高いシミュレーションソフトを作成することができる。また、試験機１０での計測結果に基づいて精度の高いシミュレーションソフトを作成できることで、試験を行うことなく種々の蒸気発生器の振止部材の防振性能を算出することができる。
【００３４】
また、相対変位計測装置として、電位（渦電流、電界）の変化を検出する渦電流型の変位計を用いることで変位計本体を小型化することができ、密に配置された伝熱管に、伝熱管の振動特性を大きく変化させることなく、固定することができる。これにより、伝熱管と振止部材との相対変位をより正確に検出することができる。
【００３５】
また、上記実施形態では、電位（渦電流、電界）の変化により相対変位を計測したが、本発明の相対変位計測装置に用いることができる相対変位の計測方法は、これに限定されない。図４は、本発明の相対変位計測装置を備える試験機の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。ここで、図４に示す試験機５０は、相対変位計測装置６０の構成を除いて他の構成は、図１に示す試験機１０と同様の構成である。したがって、以下では、試験機１０と同様の構成について説明を省略し、試験機５０に特有の点を重点的に説明する。図４に示すように、試験機５０は、加振装置１２と、試験体１４と、相対変位計測装置６０とを有する。
【００３６】
相対変位計測装置６０は、支持体６２と、第１位置検出器６４と、第２位置検出器６６とを有する。支持体６２は、試験体１４の鉛直方向上方を覆うように配置された板状部材であり、架台２０に固定されている。なお、支持体６２は、試験体１４とは接触しないように配置されている。第１位置検出器６４は、レーザ変位計等の非接触で目標位置との距離を測定できる測定器であり、支持体６２に固定されている。第１位置検出器６４は、伝熱管３２の所定位置との距離を計測する。また、第２位置検出器６６も、レーザ変位計等の非接触で目標位置との距離を測定できる測定器であり、支持体６２に固定されている。第２位置検出器６６は、振止部材３４の所定位置との距離を計測する。ここで、伝熱管３２の所定位置と、振止部材３４の所定位置を特定する方法は特に限定されないが、例えば、伝熱管３２の所定位置及び振止部材３４の所定位置に目印となる部材（反射物）を貼り付けたり、他の部分と異なる色にしたりする方法がある。
【００３７】
相対変位計測装置６０は、以上のような構成であり、第１位置検出器６４で検出した伝熱管３２の所定位置との距離と、第２位置検出器６６で検出した振止部材３４の所定位置との距離と、既知の第１位置検出器６４と第２位置検出器６６との位置関係（距離）とに基づいて、伝熱管３２の所定位置と振止部材３４の所定位置との距離を計測する。
【００３８】
このように、所定位置に固定された部分から伝熱管３２の所定位置と振止部材３４の所定位置との距離を計測することで、所定位置における伝熱管３２と振止部材３４との距離を計測することができる。これにより、試験機５０も加振手段２４に加振させたときの伝熱管３２の所定位置と振止部材３４の所定位置との相対変位を計測することができ、上記と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
また、上記実施形態では、変位計として、レーザ変位計を用いたが本発明はこれに限定されず、支持体に固定されて、非接触で伝熱管３２の所定位置との距離及び／または振止部材３４の所定位置との距離を測定できるものであればよい。例えば、伝熱管３２と振止部材３４とを撮影し、画像解析により相対距離を算出する方法も用いることができる。また、支持体６２の構成は特に限定されず、試験体１４の全体を覆う板状部材としても、棒状の部材としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のように、本発明にかかる相対変位計測方法及び相対変位計測装置は、蒸気発生器の性能評価に有用であり、特に、蒸気発生器の振止部材の防振性の測定に用いることに適している。
【符号の説明】
【００４１】
１０、５０ 試験機
１２ 加振装置
１４ 試験体
１６、６０ 相対変位計測装置
２０ 架台
２２ 支持部
２４ 加振手段
３０ 管群外筒
３２ 伝熱管
３４ 振止部材
３６ 保持部材
４０ 変位計本体
４２ ターゲット
６４、６６ 位置検出器
６２ 支持体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱管と振止部材との間で発生する相対変位を検出する相対変位計測方法であって、
前記伝熱管に配置された距離測定手段により、前記振止部材に配置されたターゲットとの距離を測定する測定ステップと、
前記測定ステップにより測定した間隔に基づいて、前記伝熱管と前記振止部材との相対変位を算出する算出ステップとを有することを特徴とする相対変位計測方法。
【請求項２】
さらに、前記伝熱管を保持する保持手段を振動させる加振ステップと、を有し、
前記測定ステップは、前記加振ステップで振動させられている時に前記ターゲットとの距離を測定することを特徴とする請求項１に記載の相対変位計測方法。
【請求項３】
伝熱管と、前記伝熱管の間に配置され、前記伝熱管の振動を抑制する振止部材とを有する蒸気発生器の相対変位計測装置であって、
前記伝熱管に固定された計測器本体と、
前記振止部材に固定されたターゲットと、を有し、
前記計測器本体は、前記ターゲットとの距離を計測して前記伝熱管と前記振止部材との距離を測定することを特徴とする相対変位計測装置。
【請求項４】
前記計測器本体は、前記ターゲットとの距離に応じて変化する渦電流を検出して前記ターゲットとの距離を計測することを特徴とする請求項３に記載の相対変位計測装置。
【請求項１】
伝熱管と振止部材との間で発生する相対変位を検出する相対変位計測方法であって、
前記伝熱管に配置された距離測定手段により、前記振止部材に配置されたターゲットとの距離を測定する測定ステップと、
前記測定ステップにより測定した間隔に基づいて、前記伝熱管と前記振止部材との相対変位を算出する算出ステップとを有することを特徴とする相対変位計測方法。
【請求項２】
さらに、前記伝熱管を保持する保持手段を振動させる加振ステップと、を有し、
前記測定ステップは、前記加振ステップで振動させられている時に前記ターゲットとの距離を測定することを特徴とする請求項１に記載の相対変位計測方法。
【請求項３】
伝熱管と、前記伝熱管の間に配置され、前記伝熱管の振動を抑制する振止部材とを有する蒸気発生器の相対変位計測装置であって、
前記伝熱管に固定された計測器本体と、
前記振止部材に固定されたターゲットと、を有し、
前記計測器本体は、前記ターゲットとの距離を計測して前記伝熱管と前記振止部材との距離を測定することを特徴とする相対変位計測装置。
【請求項４】
前記計測器本体は、前記ターゲットとの距離に応じて変化する渦電流を検出して前記ターゲットとの距離を計測することを特徴とする請求項３に記載の相対変位計測装置。
【図１】
【図２】
【図３−１】
【図３−２】
【図３−３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３−１】
【図３−２】
【図３−３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１９７０９６（Ｐ２０１０−１９７０９６Ａ）
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３９６５２（Ｐ２００９−３９６５２）
【出願日】平成２１年２月２３日（２００９．２．２３）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２３日（２００９．２．２３）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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