JPH01178792A - 再循環ポンプ - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は沸騰水型原子炉において使用されている再循環
ポンプに係る。

（従来の技術） 沸騰水型原子炉レコおいては、原子炉の熱効率を高める
ため一次冷却水を原子炉内で強制的に循環させている。

この循環を行わせる方法としては、原子炉圧力容器と連
通ずる第１の配管を通じて圧力容器内の一次冷却水を抽
出し、この配管に連通ずるポンプによりその圧力を上昇
させて、ポンプ吐出口に接続した第２の配管を通じて前
記圧力容器内に戻し、この圧力水により容器内に設置し
たジェットポンプを駆動して再循環を行わせるものと、
原子炉圧力容器内に機械式のポンプを設置し、その駆動
軸を前記圧力容器外に水密に突出させ、この駆動軸を前
記圧力容器外に設置したモータによって駆動するように
し、冷却材を圧力容器外に一切抽出することなく再循環
を行わせるものとがある。而して、本発明は前者の再循
環システムに使用される再循環ポンプに係るものである
。

第４図は従来の再循環ポンプの一例縦断面図である。こ
の図において、ポンプシャツ（−」にはインペラ２が同
心的に固着され、インペラ２はケーシング３に包囲され
ている。また、ケーシング３上面にはケーシングカバー
４が固定されている。

前記ポンプシャツＩ〜］−はケーシングカバー４中心を
若干のクリアランスを形成して貫通しており、ポンプシ
ャツＩ〜１のケーシングカバー４貫通部−１；方には、
ポンプシャツＩ−とケーシングカバーとの間にメカニカ
ルシール５が取り付けられている。

一方、前記ケーシング３とポンプシャフト１との間には
円筒状のポンプベアリング６が取り付けられている。こ
のポンプベアリング６はケーシングカバー４に固定され
ており、軸方向のほぼ中間位置には周方向に等配して複
数の透孔７か穿設されている。なお、前記インペラ２の
上面にはインペラ２と一体に前記ポンプベアリング６と
同心のジャーナル８が設けられている。また、ケーシン
グカバー４はケーシング３と支持台９との間に挟持され
ている。また、前記ケーシング３の吸込部にはウェアリ
ング１０が設置されている。メカニカルシール５の下方
にはシール室１１が設けられている。

」１記構成において、メカニカルシール５は流体がモー
タ　（図示しない）に流入しないようにするもので、通
常はポンプシャフト１の軸方向に分布して複数箇設置さ
れる。このメカニカルシールはしばしば交換する必要が
あり、シール寿命の長期化と交換作業時の放射線被曝の
低減とを目的として外部から清浄な冷却水を注入して冷
却される。

而して、この注入水（メカニカルシールパージ水（以下
単にパージ水と呼ぶ））１２の一部は、各メカニカルシ
ール室１１の圧力を調整するため外部に排出されるが、
他の一部はポンプシャフト１に沿って流下しケーシング
３内に流入する。

ところで、ケーシングカバー４には第５図に示すように
、通路１．３　ａによって隣接するものの」１下端間が
連通された軸方向の複数の円筒状空洞］３か円周方向に
等配して設けられ、円筒状空洞１３の隣接する２箇の中
の１箇にはケーシングカバー４に穿設した冷却水供給路
１４ａ、他の１箇には同様の冷却水排出路１４ｂがそれ
ぞれ接続されている。前記通路１３ａ、円筒状空洞１３
は冷却ジャケットを構成し、この冷却ジャケラ１へ内を
流れる冷却水は、ケーシングカバー４のポンプシャ７１
〜貫通部、ポンプシャツ１−１に沿って流下するパージ
１２の冷却を行うものであるが、パージ水］２の遮断時
にはこの遮断によりメカニカルシール室１１−に向けて
」−昇する高温の一次冷却水を冷却し、メカニカルシー
ル５を保護する作用を有する。

なお、パージ水は約３０℃〜５０℃としであるが、クリ
アランスを通過する間に前記冷却ジャケットを流れる冷
却水（約３０℃〜５０’Ｃ）によって冷却されるため、
ケーシング内に流入する時の温度も約３０℃〜５０℃に
保持される。

これに対し、原子炉運転中の一次冷却水１５の温度は約
２７０℃〜２８０℃であり、前記パージ水と一次冷却水
とが混じり合うパージ水出口近傍部位１Ｇでは、温度の
変動（第３図破線）を生しポンプシャフト表面およびこ
れに対向するケーシングカバー表面には変動熱応力が発
生する。

また、パージ水は前記冷却ジャケラ１−内を流れる冷却
水により冷却され、約３０℃〜５０°Ｃの低い温度で流
下してくるから、ポンプシャフト１のケーシング３内に
ある部分およびケーシングカバー４には静的熱応力が生
じる。

第６図Ａ、Ｂは、パージ水出口を基準とした軸方向距離
を横軸としくインペラ側負方向）、縦軸を発生する応力
（引張側が仕方向）として軸方向距離と静的熱応力との
関係を示す線図である。この図において、破線は従来の
再循環ポンプにおける］前記関係を示している。この図
から、静的熱応力はポンプシャツトコ−においてはケー
シングカバー４のパージ水出口から若干インペラ２側に
寄った位置で零となり、前記位置よりインペラ２側の位
置では圧縮応力、また前記位置から反インペラ側の位置
では引張応力が発生していることが分かる。

ところで、パージ水と一次冷却水とが混合する場合の水
温の変動周波数においては、ポンプシャフトの回転周波
数成分が卓越する。すなわち、ポンプの定格回転数が１
３９５ｒ、ｐ、ｍ　（２３，５Ｉ（ｚ）である場合には
、水温変動の卓越周波数は２３゜５臣となる。二重管の
隙間を流れる流体と回転体との熱伝達率りは、流体力学
的パラメータであるレイノルズ数、ヌッセルト数の関数
となるが、最近の研究ではｈが５，０ＯＯｃａ１℃／ｍ
ｏ１〜１０　、０００ｃａｌ／ｍｏ１程度であることが
明らかとなっている。

熱伝達率りの関数をｆ　（ｈ）　、水温の変動ｌ］をΔ
Ｔｗとすれば、ポンプシャフト１またはケーシングカバ
ー４の表面温度変動中ΔＴｍは次式のように表される。

ΔＴ　ｍ　＝ΔＴｗ−ｆ（ｈ） ここで、ｆ　（ｈ）は５．○０Ｏｃａ１℃／ｍｏｌ−１
０。

０００　ｃａｌ／ｍｏ１程度で、はぼ０．４５程度とし
てよい。よって、 ΔＴｍ＝０．４５−　　ΔＴｗ となる。

一方、ポンプシャフト１およびケーシングカバー４の応
力変動１ＪをΔσとすれば、 Δσ＝ＥαΔＴｍ／（１−ν） ここに、Ｅはヤング率、αは熱膨張率、νはポアソン比
で、前記ポンプシャフト１、ケーシングカバー４を構成
するステンレス鋼にあっては、Ｅ＝１８．○ＯＯｋｇ　
／　ｎｕｎ” α＝　１７　Ｘ　１０　　’＋ｎｍ／’Ｃ乍＝０．３ であるから、応力変動中Δσは Δａ　＝　０　、４４ΔＴｍ＝０．２ΔＴｗで与えられ
る。

静的応力が、熱応力等の変動応力による機器の損傷に寄
与する割合をＱ、静的応力をσθ、対象とする材料の抗
張力をσηとすれば、 Ｑ＝１／　（１−σθ／ση） となる。

すなわち、静的応力σ０が引張応力の場合には、変動応
力はσｍがＯの場合よりも大きく見積もる必要があり、
σｍが圧縮応力の場合には変動応力をちいさめに表かし
てもよい。

（発明が解決しようとする問題点） 上記したように、従来の再循環ポンプにおいては、ケー
シングカバー４のパージ水出口近傍にあるケーシングカ
バー４およびポンプシャフト１には、静的引張応力が高
い状態が存在し、それに温度変動による変動応力が重畳
されるため、ポンプシャフトまたはケーシングカバーの
何れがまたは双方に、前記温度変動により亀裂を生じる
おそれがある。

本発明は上記の事情に基づきなされたもので、パージ水
注入による温度変動によりポンプシャフト、ケーシング
カバー等に亀裂を生じるおそれのない再循環ポポンプを
提供することを目的としている。

［発明の構成コ （問題点を解決するための手段） 本発明の再循環ポンプは、ポンプシャツ１−と、このポ
ンプシャフトに固定されたインペラと、このインペラを
包囲するケーシングと、このケーシングに固定されたケ
ーシングカバーと、前記ポンプシャツｌ〜とケーシング
カバー間に装着されたメカニカルシールと、前記ケーシ
ングカバーに取り付けられたポンプベアリングと、前記
インペラと一体に形成され前記ポンプベアリングをクリ
アランスを介して包囲するジャーナルと、前記ケーシン
グカバーにそのポンプシャフト貫通部を同心的に包囲し
て設けられ隣接するものの上、下端が通路によって連通
された複数箇の円筒状空洞からなる冷却ジャケットとを
有し、前記メカニカルシールにはパージ水を供給するも
のにおいて、前記円筒状空洞の下端が前記パージ水の出
口よりも所定距離上方にあるようにしたことを特徴とす
る。

（作用） 上記構成の本発明再循環ポンプにおいては、冷却ジャー
ナルが短くなった分だけ前記パージ水の冷却が緩和され
、パージ水出口部における一次冷却水との混合時の温度
変動が緩和されるから、温度変動に基づく変動応力の発
生は抑止され、パージ水出口部近傍にあるポンプシャツ
１〜、ケーシングカバーの亀裂発生は防止される。

（実施例） 第４図と同一部分には同一符号を付した第１図は本発明
の一実施例を示す。この図において、同一符号を付した
部分て従来の再循環ポンプの各部分に比し変更のない部
分の説明は省略する。而して、本発明においては冷却水
が流れる円筒状空洞１３の下端の位置をパージ水出口よ
り所定距離上方に定めである。この空洞下端とパージ水
出口との間隔は以下に説明するところから明らかなよう
に、パージ水の冷却を緩和するのに十分なものとなるよ
う適宜設定する必要がある。

上記のように円筒状空洞１３の下端をパージ水出口より
上方とすることにより、パージ水に対する冷却は緩和さ
れパージ水は前記間隔を流下する間に成る程度昇温され
る。このようにしてパージ水出口近傍の位置１０におい
ては、−次冷却水より若干低い程度の温度にまで昇温す
る。ここで、Ｍｉｊ記間隔として３０ｍｍをとれば、パ
ージ水出口近傍の位置にあるポンプシャフト１、ケーシ
ングカバー４の円周方向応力σＯは圧縮側となり、出口
近傍におけるパージ水と一次冷却水との混合による温度
変動が熱疲労におよぼす影響を緩和することかできる。

また、前記のようにパージ水が昇温されで流入するため
、混合に際しての温度変動（第３図実線）そのものが従
来のそれの数分の−となり、熱疲労は顕著に軽減される
。また、上記のように混合に基づく温度変動ＩＪ、パー
ジ水出口近傍にあるポンプシャフト、ケーシングカバー
表面の温度変動１］が減じられるため、前記各部材の応
力変動１］は従来のそれの数分の−まで低減される。

また、従来の再循環ポンプにおいてはポンプシャフトお
よびケーシングカバーの円周方向応力は、パージ水の出
口近傍の位置に大きな引張応力として表れるものであっ
たが、本発明においては前記最大引張応力は円筒状空洞
１３の下端近傍に出現し、しかもその値は従来のそれの
数分の−のものとなる。これにより、パージ水出口近傍
にあるポンプシャツ１−１、ケーシングカバー４に作用
する応力を共に圧縮側とすることができる。本発明の再
循環ポンプに作用する前記応力は第６図Ａにおいて実線
によって示されている。また、第６図Ｂにおいて、−点
鎖線の曲線は従来の再循環ポンプにおけるケーシングカ
バーの円周方向応力、二点鎖線の曲線は本発明の再循環
ポンプのそれを示している。

なお、本発明においても従来の再循環ポンプにおけるパ
ージ水遮断時のバックアップ機能は何等阻害されておら
ず、原子炉の安全性が損われることはない。

［発明の効果］ 上記から明らかなように本発明の再循環ポンプにおいて
は、メカニカルシールパージ水出口近傍における前記パ
ージ水と一次冷却水との混合による温度変動が減少させ
られるため、前記温度変動に基づくポンプシャフト、ケ
ーシングカバーの変動応力の発生を顕著に低減すること
かでき、それ等の部材における亀裂の発生を防止できる
。従って、本発明は原子炉の健全性維持上極めて有益な
ものと云うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の縦断面図、第２図はその要部
を拡大して示す縦断面図、第３図は本発明の再循環ポン
プのパージ水出口近傍の温度変動と従来の再循環ポンプ
のそれとを比較し無次元化して示す線図、第４図は従来
の再循環ポンプの縦断面図、第５図はその冷却ジャケッ
トの模式的斜視図、第６図Ａは本発明の再循環ポンプの
パージ水出口近傍のポンプシャツ１へ、ケーシングカバ
ーの静的応力を従来の再循環ポンプのそれと比較して示
す線図、第６図Ｂは前記ポンプシャフト、ケーシングカ
バーの円周方向応力を従来のそれと比較して示す線図で
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ポンプシャフトと、このポンプシャフトに固定されたイ
   ンペラと、このインペラを包囲するケーシングと、この
   ケーシングに固定されたケーシングカバーと、前記ポン
   プシャフトとケーシングカバー間に装着されたメカニカ
   ルシールと、前記ケーシングカバーに取り付けられたポ
   ンプベアリングと、前記インペラと一体に形成され前記
   ポンプベアリングをクリアランスを介して包囲するジャ
   ーナルと、前記ケーシングカバーにそのポンプシャフト
   貫通部を同心的に包囲して設けられ隣接するものの上、
   下端が通路によって連通された複数箇の円筒状空洞から
   なる冷却ジャケットとを有し、前記メカニカルシールに
   はパージ水を供給するものにおいて、前記円筒状空洞の
   下端が前記パージ水の出口よりも所定距離上方にあるよ
   うにしたことを特徴とする再循環ポンプ。