IHX/1次Naポンプ合体機器の伝熱管摩耗量評価(1)-ワークレート解析モデルの作成-

Evaluation on the fretting abrasion of heat-transfer tubes of the integrated IHX/primary sodium pump (1); Workrate analyses model

木曽原 直之 ; 井川 健一*

not registered; Igawa, Kenichi*

実用化戦略調査研究Na冷却FBR(アドバンスト・ループ型炉)において冷却系をコンパクト化するために、中間熱交換器(IHX)と1次系機械式Naポンプを合体し、一つの機器とする方策を採用している、このIHX/ポンプ合体機器は中心軸にポンプ、その周囲にIHX伝熱管が配置された構造となっており、1次NaはIHX伝熱管内を下降し、2次Naは管外をジグザグ流で上昇する。 このため、伝熱管はポンプの回転振動や流力振動によって常時振動することになるが、合体機器の成立性を評価する上で最も重要とされるのは、バッフル板との接触摩耗(フレッティング摩耗)によって生じる伝熱管の減肉量を把握し、プラント寿命中の健全性を確保しておくことである。特にポンプ回転振動が伝熱管摩耗に及ぼす影響については、これまで機器合体の前例があまりなかったこともあり、JNC内で十分な検討が実施されていなかった。このため、ポンプ回転を励振源とした場合の伝熱管のフレッティング摩耗量を評価する解析モデルをFINASを用いて作成し、評価を行った。 解析では、まず合体機器のポンプ軸、隔壁、シュラウド、伝熱管、管板などの振動伝達モデルにより各部の振動振幅や周波数を把握した。次に、これに基いて伝熱管とバッフル板の接触モデルにより各部の振動振幅や周波数を把握した。次に、これに基いて伝熱管とバッフル板の接触モデルにより摺動距離及び接触荷重(ワークレート)を算出し、これと伝熱管材料の摩耗定数から伝熱管摩耗量を求めた。この結果、ポンプ振動が励振源の場合、伝熱管摩耗量は許容値よりも十分に小さい値となっていることがわかった。ただし、振動試験による振動伝達メカニズムの解明や、保守的な条件で解析するための十分なパラメータサーベイなど、今後さらに解析モデルの精度向上や詳細な評価を行う必要がある。

The cost minimization of commercialized FBR plant systems requires the integration of an intermediate-heat-exchanger (IHX) and a primary sodium mechanical pump into one component. The pump is installed in the center of the integrated component and heat transfer tubes surround the pump. Primary sodium flows down inside the heat transfer tubes and secondary sodium flows up outside the tubes in a zigzag. Therefore, the pump rotation and sodium flow induce the vibration of heat transfer tubes and it leads the tubes to fretting wearing against support plates. Then the tube wearing must be evaluated to confirm its integrity during the plant life span (60 years). However, the knowledge of the pump rotation influence on tube wearing is not sufficiently acquired because the integrated component is a new concept in JNC. To evaluate the tube fretting wearing ratio due to the pump rotation, a new calculation model of FINAS was composed. In the first place, the beam vibration analysis model of a pump shaft, shells, tube bundle etc. of the integrated component reveals its properties such as frequency, amplitude and vibration mode. In the second place, based on the above mentioned vibration analysis, the frequency and amplitude of abrasion between the tubes and support plates can be obtained by a contact analysis model of FINAS. Eventuany, this calculation shows that the tube wearing will not affect the tube integrity during the plant life time. However further evaluation by more detailed analysis and abrasion tests are needed to obtain more accurate results.