ナトリウム炉配管の構造解析(1)-大形炉ホットレグ配管の熱膨張応力に対するパラメータ感度評価-

Structural analyses on piping systems of sodium reactors(1); Sensitivity analyses of thermal expansion stresses at hot-leg piping of large-scale sodium reactors

古橋 一郎*; 笠原 直人

Furuhashi, Ichiro*; kasahara, Naoto

実用化戦略調査研究Phase1で検討されたアドバンストループ炉のホットレグ配管を対象に、熱膨張応力を解析評価し、そのメカニズムおよび各種設計パラメータ感度を明らかにした。熱膨張応力のメカニズムは以下の通りである。1)エルボは十分に柔でありヒンジに近い挙動となる。2)IHXの支持高さ位置を最適化することで、鉛直方向強制変位と配管系自身の鉛直方向熱膨張を相殺させることができる。3)水平方向熱膨張を鉛直配管部の曲げ変形で吸収する単純梁構造の挙動に近くなる。熱膨張応力の設計パラメータに対する感度の評価結果は以下の通りである。 (1)エルボ撓性係数(敏感):現状計画の範囲では鈍感である。 (2)Yピース剛性(中位):Yピース部応力には敏感だが他部への影響は小さい。Yピースをごうたいとした設計が成立する。 (3)IHXノズルを剛体とした設計が成立する。(4)鉛直相対変位量(敏感):現状計画のIHX支持位置はほぼ最適であり、10mmは設計成立範囲にある。 (5)エルボ曲げ半径(鈍感):現状計画のショートエルボで設計が成立する。12Cr鋼の採用により、現状計画の配管設計が十分に成立する。得られた感度線図を用いて、これらの設計パラメータを変更した場合の熱膨張応力を簡単に予測できる。本報告で得られたこれらの知見はPhase2詳細設計で有効に活用されよう。

The present analytical investigations of thermal expansion stresses at hot-leg piping of advanced sodium-cooled loop-type reactors clarified their mechanisms and sensitivities to design parameters. The major mechanisms of thermal stresses identified in this study are summarized as: (1)The elbow has a large flexibility and acts like the hinge in the pipelines. (2)Vertical displacement of the IHX with the optimized support position can compensate thermal expansion displacement of the piping system in the vertical direction. (3)This piping system absorbs thermal expansion loads in the horizontal direction by bending transformation of the inner and outer vertical pipes. The major design parameters and their sensitivities are evaluated as follows: (1)Flexibi1ity of the elbow(high): The current design conditions are in an insensitive range. (2)Stiffness of the Y-piece (Intermediate): Stress of the Y-piece is sensitive and other portions are insensitive. A design with the rigid Y-piece is feasible. (3)Stiffness of the IHX nozzle (Insensitive): A design with the rigid nozzle is feasible. (4)Relative displacement in the vertical direction (Sensitive): The current support position is optimized and deviation within 10mm is feasible. (5)Radius of the elbow (Insensitive): The current design with the short elbow is feasible. Adoption of l2Cr steel makes the current design of the hot leg piping system feasible. The sensitivity diagrams obtained from this study can predict thermal expansion stresses with other values of the design parameters as well.