大口径・高流速配管の流力振動試験(1) 試験計画の検討と試験装置の製作

Flow-induced Vibration Tests for Large Diameter and High Velocity Piping (1) Test Planning and Fabrication of Test Facility

藤井 正; 西口 洋平; 此村 守

Fujii, Tadashi; Nishiguchi, Yohei; Konomura, Mamoru

実用化戦略調査研究で概念設計を進めているナトリウム冷却大型炉では、建設コスト削減の観点から、冷却系ループ数を2ループに削減している。これに伴い、薄肉構造の1次冷却系配管は大口径化(ホットレグ配管:内径1.27m)するとともに、管内の平均流速は従来設計を大幅に上回る9m/s台に高速化され、レイノルズ数は107オーダの条件となる。このような高流速、高レイノルズ数条件下における配管エルボ部の流動は、従来のレイノルズ数範囲での圧力変動特性やはく離域の形成範囲とは異なる可能性がある。また、内部流体の不安定流動に起因する配管振動の発生が懸念されるが、大口径の薄肉配管を対象とした流力振動特性に関する知見は限られている。そこで、1次系配管設計の成立性を確認するため、実機ホットレグ配管を1/3縮尺で模擬した水流動試験装置を製作し、高レイノルズ数条件での試験により配管エルボ部での流動特性やエルボ部の3次元流れによる不安定に起因する流力振動特性を把握する試験を計画した。本試験では、アクリル製の可視化試験体を用いて、エルボ部の流況を調べるとともに、流力振動の要因となるエルボ部での圧力変動を計測する。また、実機と剛性を合わせたステンレス製の振動試験体を用いて、配管系の振動モードや振動応答挙動を計測する。平成14年度までにおいて、試験装置の設計、およびエルボ試験体や試験ループ配管類の製作を終了した。平成15年度は、試験設備の製作・据付を完了し、可視化試験の一部を開始する計画である。

The conceptual design study of the large-scale sodium-cooled reactor is in progress in the "Feasibility Study on Commercialized Fast Reactor Cycle Systems (F/S)".The cooling system of a large-scale sodium-cooled reactor is composed of two loops in order to reduce construction cost. According to reduction of the loop number, the large diameter pipings are adopted in the primary cooling system (for example, inner diameter of a hot leg piping is 1.27m). And the average velocity in the piping increases to 9 m/s level, which is well over to a conventional plant design, therefore, Reynolds number reaches 10order levels. The hydraulic behaviors of the piping elbow, such as pressure fluctuation characteristics and formation range of flow separated layer near an elbow, under high velocity and high Reynolds number conditions are expected to be different to those under lower Reynolds number which is the highest existing number. Further, there would be the possibility of vibration of the piping by flow instability under high velocity condition. However, information of flow-induced vibration behaviors for large diameter piping is limited.Then, flow visualization and flow-induced vibration tests using 1/3 scale water test facility, which simulates hot leg piping, have been planned in order to confirm the realization of the piping design for primary cooling system. Flow pattern in the piping and pressure fluctuation near the elbow, which is a main cause of flow-induced vibration, will be measured in the flow visualization tests using the acrylic elbow model. Moreover, vibration modes and vibration response characteristics of the piping system will be measured in the flow-induced vibration tests using the stainless steel elbow model.The design of the test facility and production of the elbow models and the loop pipings were finished by 2002. In 2003, fabrication and installation of the test facility will be finished and a part of flow visualization tests will be started.