JPH0198768A - ポンプの封止装置 - 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】 本発明は一般にポンプの軸シールに関し、より詳細には
、原子力発電プラントにおいて用いられる原子炉冷却材
ポンプの軸をシール若しくは封止する場合に有効な、流
体平衡が改良された静圧式封止装置に関するものである
。

九１良１へ１弧 加圧水型原子力発電プラントにおいては、蒸気を発生さ
せる蒸気発生器に炉心から熱を伝えるため、原子炉冷却
系統が使用されている。そして、蒸気はタービン式発電
機を駆動するために用いられる。原子炉冷却系統は複数
の独立した冷却ループを有しており、各冷却ループは、
炉心に接続され、また、蒸気発生器と原子炉冷却材ポン
プとを含んでいる。

原子炉冷却材ポンプは、一般に、高温且つ高圧で、例え
ば約２８８℃（５５０°Ｆ）、約１７６ｋｇ／ｃｍ”（
２５００ｐｓｉ）で大量の原子炉冷却材を移動させるよ
う設計された竪型単段遠心ポンプである。該ポンプは、
基本的に、下部から上部にかけて３つの普遍的部分、即
ち、水圧部分と、軸シール部分と、モータ部分とを備え
ている。下部の水圧部分は、ポンプ軸の下端に取り付け
られたインペラーを有しており、対応のループに原子炉
冷却材を圧送すべくポンプ軸はポンプハウジング内で駆
動される。上部のモータ部分は、ポンプ軸を駆動するた
めに連結されたモータを備えている。中間の軸シール部
分は、直列に配置された３つの封止装置、即ち、下部の
第１封止装置、中間の第２封止装置及び上部の第３封止
装置を有している。これらの封止装置はポンプ軸の上端
の近傍に該ポンプ軸と同軸に配置されており、これらを
共働させる目的は、原子炉冷却材が通常の運転状態時に
ポンプ軸を伝って原子炉格納容器雰囲気に漏出しないよ
うにすることにある。従来から知られているポンプ軸封
止装置の代表例は、米国特許第３，５２２，９４８号、
同第３，５２９，８３８号、同第３，６３２，１１７号
、同第３，７２０，２２２号及び同第４．２７５，８９
１号明細書に開示されている。

下部の第１封止装置はポンプの主シールである。

この封止装置は、典型的に、半径方向にテーバの付いた
静圧膜・支持（ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ　ｆｉｌ＋＊−
ｒｉｄｉｎｇ）漏水制限シールであり、その主構成部材
は、ポンプ軸と共に回転する環状のランナと、当該封止
装置のハウジングに取着された非回転封止リングとであ
る。このような静圧式封止装置の代表的な例は、本明細
書における発明の詳細な説明の欄の導入部分で説明する
ものや、米国特許第３，５２２，９４８号、同第３，５
２９，８３８号、同第３，６３２，１１７号、同第３．
７２０．２２２号明細書又は特願昭６１−１２０３４３
号明細書に開示されたもの等がある。

歴史的に、ポンプ軸のシールは、原子炉冷却材ポンプに
おいて主に問題となる領域を構成し、原子力発電プラン
トにおける利用率に相当に寄与する。このシールは冷却
系統の高圧力（約１７６ｋｇ／ｃｍ２（２５００ｐｓ　
ｉ　））を安全に遮断することができなければならない
、直列に配置した３つのシールは圧力を遮断するのに用
いられ、下部の主シールは圧力降下の大部分（約１５８
ｋｇ／ｃ＋＊２（２２５０ｐｓｉ））を吸収する。

静圧膜・支持シールである下部シールは、ポンプが回転
していない低圧の系統圧力にある場合、リフトオフ（分
１ｌｌｌｉ）するように設計されている。持上げ力は、
静止している封止リングと回転するランナとの間の隙間
に存する静圧圧力により発生される。持上げ力を平衡状
態に保たねばならない閉鎖力若しくは押付は力は、封止
リング及びランナの流体膜側の面とは反対側の面に作用
する系統圧力によって発生される。

下部シールに関連される問題点の１つは、封止リング及
びランナの面板材料として、高純度の酸化アルミニウム
を使用するよう選択したことに起因している。この材料
は、封止リングの面とランナの面との間隙に入ることが
できるほど小さく且つ該間隙を通る流路に留とまってし
まうほど大きな沈澱粒子（−殻内には酸化鉄）よりも堅
いので、その使用は有効である。しかしながら、酸化ア
ルミニウムの大きな欠点は、酸化アルミニウム自体と摩
擦する場合に、基本的に相客れない点にある。

運転中に封止面が瞬間的に接触するならば、その際、何
等かの損傷が発生する恐れがある。摩擦が相当に大きい
ならば、封止面は極めてひどい損傷を受け、場合によっ
ては、熱衝撃により構造物の割れ等が生ずる恐れもある
。

このような理由で、シールの作動の制限及び条件は極め
て厳格に設定されなければならない、ポンプの始動時に
、封止面の間に安定した流体膜を形成し且つ摩擦を防止
するために、最小限の差圧（約１４．１ｋｇ／ｃｍ２（
２００ｐｓｉ））が維持されなければならない、冷却の
ために、そして、最も重要なことには、ポンプ始動前に
流体膜の厚さが十分であるということを決定する手段と
して、最小限の漏れ率（０，２ｇ／＋）が必要とされる
。明瞭に述べるならば、得られる差圧は小さく且つ沈澱
物が存在するかもしれないので、シールはプラント始動
時に最も損傷しやすい、しかしながら、流体膜が一旦形
成されると、封止面の窄耗は実質上なく、シールは非常
に長い寿命を期待することができる。

従って、膜・支持シールが採用され且つ酸化アルミニウ
ムのような面板材料が用いられる限り、下部の静圧式第
１封止装置の封止リング及びランナの各々の面が互いに
摩擦するのを防止する効果的な方法が必要とされる。

ル１へ」見 本発明は、前記必要性を満足するよう設計された原子炉
冷却材ポンプにおける第１封止装置を提供する０本発明
による封止装置は１対の流体平衡室を備えている。一方
の流体平衡室は制御弁に連結されており、この制御弁は
、封止リングの外側の供給圧力側における高圧流体、又
は、封止リングの内側の低圧側の低圧流体のいずれか一
方を、該一方の流体平衡室に作用させる。このような態
様において、供給圧力のみにより封止リングに加えられ
ている持上げ力と釣り合う反対向きの押付は力が封止リ
ングに加えられ、封止リングとランナとの間の漏れ率が
所定の最小限以上に維持され、もって封止リングとラン
ナとの互いに対向する対向面とが非接触関係に維持され
るようになっている。この態様において、封止装置にか
かる軸方向の静圧荷重は、供給圧力の小さな変化により
、大きく増減される。これは、低圧の供給圧力（始動時
）において比較的に大きな漏れ率を必要とし且つ高圧の
供給圧力（平常運転時）において小さな漏れ率を必要と
する原子炉冷却材ポンプの軸の封止装置に特に有効であ
る。

従って、本発明は、軸と、ポンプ始動時及びポンプ運転
時により供給圧力が変化する加圧流体を内包するハウジ
ングとを有しているポンプについて述べられている。特
に、本発明は、前記ハウジング内で前記軸を封止可能に
且つ回転可能に取り付けるための静圧式の封止装置に向
けられている。

封止装置は、（ａ）前記軸と共に回転するように該軸の
外周に取り付けられた環状のランナを備え、（ｂ）前記
ハウジングに対して非回転関係であるが前記軸に沿って
並進運動可能なように該ハウジングの内周に取り付けら
れた環状の封止リングを備え、（ｃ）前記ランナ及び前
記封止リングの各々は互いに対向する対向面を有し、該
対向面の間で所定の最小限の漏れ率が維持されている限
り、前記ハウジング内の加圧流体は、該対向面が互いに
接触するのを防止する低圧の流動流体膜を、該対向面の
間に形成するようになっており、（ｄ）前記封止リング
の前記対向面とは反対向きの第１及び第２の面を、互い
に液密の離隔関係で前記封止リングに画成する手段を備
え、前記第１の面は前記供給圧力にある加圧流体と連通
されており、（ｅ）ポンプ運転時に前記封止リングの前
記第２の面に対して前記供給圧力にある加圧流体を連通
させ、且つポンプ始動時に前記封止リングの前記第２の
面に対して前記低圧にある流体膜を連通させるように作
動可能な制御手段を、前記封止リング内に設け、前記ハ
ウジング内の加圧流体によって前記封止リングの前記対
向面に加えられる持上げ力が、ポンプ始動時及びポンプ
運転時のいずれの場合にも、前記封止リングの第１及び
第２の面に加えられる押付は力により効果的に平衡に保
たれ、もって、ポンプ始動時及びポンプ運転時のいずれ
の場合にも、前記ランナ及び前記封止リングの各々の前
記対向面の間で生ずる漏れ率が前記所定の最小限以上で
あるようになっている。

より詳細に述べるならば、封止リングの第１の面は、第
２の面よりも相当に大きな面積となっている。また、封
止リング上に第１及び第２の面を画成する手段は、封止
リングと軸との間で封止リングに沿って配置され且つ互
いに隔てられた第１と第２の環状封止手段を備え、これ
らの封止手段は、封止リング上の互いに離隔された第１
と第２の面に隣接して配置される第１及び第２の室を画
成している。このように、第１の環状封止手段は、第１
の室を第２の室から液密に離隔し、第１の室は供給圧力
にある加圧流体と連通している。第２の環状封止手段は
、第２の室を第１の室及びランナと封止リングの対向面
から液密に離隔している。

更に、封止リング内に設けられた制御手段は、封止リン
グ内に移動可能に配置され且つ互いに相反する第１と第
２の位置の間で動作可能となっている流れ制卸装置と、
封止リング内に形成された複数の流路とを備えている。

第１の流路は流れ制御装置を封止リングの第２の面に連
通させ、第２の流路は流れ制御装置を、供給圧力にある
封止リングの一方の側に連通させ、第３の流路は流れ制
御装置を、低圧にある封止リングの他方の側に連通させ
る。流れ制御装置が第１の位置に配置されている場合、
低圧側と、封止リングの第２の面との間が連通し、他方
、流れ制御装置が第２の位置にある場合には、供給圧力
く高圧）側と封止リングの第２の面とが連通ずる。流れ
制御装置は、加圧流体の供給圧力がポンプ始動時に設定
圧力以下である場合、第１の位置に自動的に移動される
ように偏倚され、加圧流体の供給圧力がポンプ運転時に
設定圧力以上に上昇したならば、第２の位置に移動可能
となっている。流れ制御装置は、例えばスプール弁又は
ポペット弁とすることができる。

本発明の上記及び他の特徴や効果は、本発明の実施例を
示す図面に沿っての以下の詳細な説明を読むことによっ
て、当業者にとり明らかとなろう。

日の４　ｆ昔日 以下の説明において、同一の参照符号は、全図面を通し
て同一または相当部分を示している。また、以下の説明
において、「前方」、「後方」、「左方」、「右方」、
「上方」、「下方」等の語は便宜上の言葉であり、限定
的な語として理解されるべきものではない。

′　の　　−と　　ポンプ 図面、特に第１図を参照すると、従来の原子炉の冷却系
統における複数の冷却ループ１０のうちの１つが概略的
に示されている。冷却ループ１０は、原子炉の炉心１６
に閉回路で直列に接続された蒸気発生器１２と、ポンプ
（原子炉冷却材ポンプ）１４とを備えている。蒸気発生
器１２は、その入口ブレナム２０と出口ブレナム２２と
連通ずる１次系管１８を備えている。蒸気発生器１２の
入口ブレナム２０は、炉心１６の出口と流通可能に連結
されており、該出口から閉回路の流路２４を経て高温の
冷却材を受は入れるようになっている。蒸気発生器１２
の出口プレナム２２は、閉回路の流路２６を介して原子
炉冷却材ポンプ１４の入口吸込み側と流通可能に連結さ
れている。原子炉冷却材ポンプ１４の出口圧力側は、炉
心１６の入口と流通可能に連結され、該入口に閉回路の
流路２８を通って低温の冷却材を供給するようになって
いる。

簡単に述べるならば、原子炉冷却材ポンプ１４は、冷却
材を高圧で閉回路内を圧送する。特に、炉心１６から流
出する高温の冷却材は、蒸気発生器１２の入口２０に導
かれ、そこに連通している１次系管１８に導入される。

高温の冷却材は、１次系管１８内において、公知手段（
図示しない）を経て蒸気発生器１２に供給される冷却給
水と熱交換関係で流れる。

冷却給水は加熱され、その一部がタービン発電機（図示
しない）を駆動する際に用いるために蒸気に変換される
。そして、熱交換により温度が下がった冷却材は、原子
炉冷却材ポンプ１４を経て炉心１６に再循環される。

原子炉冷却材ポンプ１４は、多量の冷却材を、高温且つ
高圧で閉回路全体に流すことができなければならない、
熱交換後に蒸気発生器１２がらポンプ１４に流れる冷却
材の温度は、熱交換前に炉心１６がら蒸気発生器１２に
流れる冷却材の温度以下に実質的に冷却されるが、その
温度はまだ比較的に高く、−ｆｆｉ的には約２８８℃（
５５０’Ｆ）である、また、ポンプ１４により発生され
る冷却材の圧力は約１７６ｋｇ／ａｍ２（２５００ｐｓ
ｉ）であるのが−殻内である。

第２図及び第３図に示されるように、原子炉冷却材ポン
プ１４は、−、Ｗ的に、一端が封止ハウジング３２で終
端しているポンプハウジング３０を有している。また、
ポンプ１４は軸（ポンプ軸）３４を有し、このポンプ軸
３４は、ポンプハウジング３０の中心で延びると共に、
封止ハウジング３２内で封止可能に且つ回転可能に取り
付けられている６図示されていないが、ポンプ軸３４の
下部部分はインペラーに連結され、上部部分は高馬力の
誘導型モータに連結されている。モータがポンプ軸３４
を回転させると、ポンプハウジング３０の内部の３６枚
のインペラーが、大気圧から約１７６ｋｇ／　ｃａ＋”
　（２５’０Ｏｐｓｉ）までの間の圧力で、冷却材をポ
ンプハウジング３０を通して循環させる。封止ハウジン
グ３２の上部部分は周囲の雰囲気により囲まれているの
で、この加圧された冷却材（加圧流体）は、上向きの静
圧荷重をポンプ軸３４に及ぼす。

ポンプハウジング３０の内９部３６と封止ハウジング３
２の外部との間に約１７６ｋｇ／ａｍ２（２５００ｐｓ
ｉ）の圧力境界を維持しながら、ポンプ軸３４が封止ハ
ウジング３２内で自由に回転し得るように、直列に配置
された下部の第１封止装置３８、中間の第２封止装置４
０及び上部の第３封止装置４２が、ポンプハウジング３
０内に、ポンプ軸３４の回りの第２．３図に示される部
分に設けられている。圧力封止の大部分く約１５８ｋｇ
／ａｎ”（２２５０ｐｓｉ）　）を行う下部の第１封止
装置３８は非接触静圧式であり、他方、第２及び第３封
止装置４０．４２は摩擦接触・機械式である。

第４図に明示されるように、従来のポンプ１４における
下部の静圧式第１封止装置３８は、−殻内に、ポンプ軸
３４にこれと共に回転するように取り付けられた環状の
ランナ４４と、封止ハウジング３２内に固定された環状
の封止リング４６とを有している。

ランナ４４は、静圧クランプ・リング５０により環状の
ランナ支持部材５２に取り付けられた環状のランナ面板
４８を有し、ランナ支持部材５２は回転拘束ビン５４に
よりポンプ軸３４に固定されている。封止りング４６は
、静圧クランプ・リング５８により環状のリング支持部
材６０に取り付けられた環状のリング面板５６を有し、
リング支持部材６０は回転拘束ビン６２により封止ハウ
ジング３２に締結されている。尚、リング支持部材６０
は、封止リング４６が封止ハウジング３２に対して回転
することはないが、ランナ４４に対しポンプ軸３４に沿
って並進運動できるよう、取り付けられている。

ランナ面板４８とリング面板５６の各々の互いに対向し
ている対向面６４．６６（面６４は上向き、面６６は下
向き）は、ポンプ軸３４に作用する冷却材圧力荷重の結
果として、互いに向かって偏倚されている。

しかしながら、リング面板５６の面６６がランナ面板４
８の実質的に平坦で水平の面６４に対して極＜ノＪ〜さ
な角度でテーパが付けられているので、これらの面６４
．６６は通常互いに摩擦係合はしていない、このような
テーバにより、面６４．６６の間には冷却材の流動流体
膜が形成され、これによって、ランナ４４と封止リング
４６とは“膜・支持モード”で互いに対して回転するこ
とができる。

第１封止装置３８は通常、膜・支持モードで作動するの
で、注入供給ボート７３を通って流入し、封止ハウジン
グ３２と、該ハウジング３２に回転可能に取り付けられ
たポンプ軸３４との間の環状スペースに漏出する冷却材
を処理するために、何等かの措置を採らなければならな
い、従って、封止ハウジング３２は第１漏水ボート６８
を備え、他方、漏水ボート７０が第２封止装置４０から
漏出する冷却材を処理し、また、漏水ボート７１が第３
封止装置４２から漏出する冷却材を処理する 第８図に概略的に示されるように、第１封止装ｆｉ３８
におけるランナ４４と封止リング４６との対向面６４．
６６は、ポンプ軸３４が回転していない低圧の系統圧力
の場合、リフトオフ、即ち分離するように設計されてい
る。持上げ力は、ランナ４４と封止リング４６との間の
静圧圧力によって発生される。第９図に示されるように
、持上げ力と釣り合わなければならない反対方向の押付
は力は、下向きの対向面６６とは反対の側の封止リング
４６に配置された互いに隣合う１対の上向きの外側環状
面７２と内側環状面７４とに作用する系統圧力によって
形成される。持上げ力は、第１０図にグラフで示される
ように、ランナ４４の面６４と封止リング４６の面６６
との間の流体膜の厚さと反比例に変化する。従って、封
止リング４６が収束流路でテーバがつけられているので
、持上げ力は流体膜の厚さの増加と共に減少する。

この関係は第１０図に示される安定平衡状態とすべきで
ある。何故ならば、（１）封止リング４６の上側に存す
る静圧押付は力に正確に等しく且つ反対方向の持上げ力
を生ずる流体膜の厚さの値は１つだけであるから、そし
て、（２）押付は力の変化は、常に、流体膜の厚さ及び
持上げ力の同等の変化を生ずるからである。第８図の構
造において、封止リング４６の平衡直径での静圧荷重は
、封止リング４６の上部の内面全周に形成された環状の
溝７８内に着座されたＯリング７６によって保証される
。Ｏリング７６により、封止リング４６は、ポンプ軸３
４の移動と圧力変化とに適合するために、原子炉冷却材
ポンプ１４の封止ハウジング３２の一部を形成する円筒
形の摩耗スリーブ８０に垂直方向に支持されている。Ｏ
リング７６により形成されたシールは漏れを防ぐばかり
でなく、押付は力の大きさを限定するように機能する。

０リング７６は、系統圧力にある流体と連通ずる上部室
８１と、流体膜の流れから対向面６４．６６の間の間隙
内に広がる低圧の流体と連通ずる下部室８３とを画成す
る。封止リング４６の上部部分の内径は、高圧の系統圧
力から低圧の背圧への移行位置を定め、これによって、
第１０図における押付は力の圧力成分の大きさを決定す
る。押付は力は非常に大きいものである。全系統圧力が
働いている場合、押付は力は約４５４ｋＮ（１００，０
ＯＯｌｂｓ）である。

前述したように、腐食、侵食及び摩耗を防止するために
、第４図に示される面板４８．５６の材料は酸化アルミ
ニウムが好ましい、しかしながら、この材料はそれ自体
で摩擦すると損傷を受けるので、安定な流体膜を確立す
るために且つポンプ１４の始動時に相互摩擦を防止する
ために、最小限の差圧（約１４．１ｋｇ／ｃｍ”（２０
０ｐｓｉ））が維持されなければならない、簡単に述べ
るならば、ポンプ始動時において、得られる差圧が小さ
いので、面板４８．５６間に形成されるシールは最も弱
く、従ってシール流体膜が対向面６４．６６の摩擦を防
止するために確立されなければならない。

始動時に生ずる漏れは、全圧力時よりも少ない。

実際のところ、始動するために必要な最小限の漏れは（
０，２ｇ／糟）小さすぎ、原子力発電プラントにおいて
現在用いられている計器では正確に測定することができ
ない、少量の漏れは、対向面６４．６６に生じ得る沈澱
物による開方状態の指標となり、また、対向面６４．６
６が分離していないことを示すので、作業者は第１封止
装置３８の対向面６４．６６の損傷゛を防止するために
ポンプ１４の始動を差し控えることとなる。多くの場合
、小さな漏れ率は、信頼できない計測結果によるものに
過ぎない、しかしながら、この疑わしい事態を正しく判
断し、或は、問題がないことを確認するために、作業者
は多数の複雑な系統検査を行わなければならない、この
検査は時間がかかり、ポンプが始動口ジスティックスの
一部分に相当する場合、運転を連続して妨げる。

かかる少量の漏れの問題を補償するために、シール設計
者は封止面板の収束角（テーパ）を広げることができる
。しかしながら、第１１図のグラフから理解できるよう
に、この手段は、圧力範囲全体に亘って高い漏れ率を生
じさせる。この手段の基本的な欠点は、系統圧力が高圧
である場合に、結果として生ずる漏れ率が運転停止限界
値に近付き、それを越える恐れがある点にある。収束角
を大きくすることは、低圧時の漏れの必要条件のためで
ないならば、シール設計者が導入することを望んでいる
ものとは実際に全く反対の手段である。

逆に、収束角を減じることは、高圧時の漏れ率を減じ、
運転停止限界値まで大きな余裕を与えるが、これは、低
圧の系統圧力において受は入れられる最小限の値（２０
０ｐｓｉｇで０．２ｇ／ｍ）よりも小さな漏れ率として
しまうであろう。

口の　　Ｊ　　　冷　　ポンプ 理想的には、前記問題点に対する解決法は、圧角範囲全
体に亘り一定の漏れを維持するシールにある。これを達
成するためには、収束角又は押付は力のいずれかが、系
統圧力全範囲に亘り制御された態様で変化しなければな
らない、しかし、制御された形でこれらのパラメータの
いずれか一方を変えることは、非常に困難且つ複雑な試
みとなる。より実際的で比較的に簡単な他の方法が、本
発明により提案されている。

第５図と第１２図には、本発明による改良型の第１封止
装置が総括的に符号８２により示されている。

この改良型第１封正装置８２のうち従来の第１封止装置
３８と異なっている部分、即ち本発明に基づいた改良点
に関する部分のみについて、以下で説明し、それらの部
分には別の参照符号を用いることとする。

改良型の第１封止装置８２は、改良された封止リング８
４を備えＣおり、該封止リング８４は、その下向きの面
（対内面）９２とは反対向き、即ち上向きの第１、第２
及び第３の環状の面８６．８８．９０を有している。ま
た、封止リング８４の面９２はランナ４４の面板４８の
上向き面（対白面）６４と対向している。各面８６．８
８．９０は第１及び第２の環状封止手段により互いに液
密に離隔されている。第１及び第２の環状封止手段は、
封止リング８４に内周に設けられ且つ半径方向に互いに
隔てられた１対の垂直に延びる面９８．１００にそれぞ
れ画成された１対の溝９４．９６と、対応の溝９４．９
６に配置された１対のＯリング１０２．１０４とから成
る形悪を採っている。垂直の面９８．１００は、第５図
と第１２図に示されるように、面８６．８８．９０のそ
れぞれの間で延びており、且つそれらを相互に連絡して
いる。

このように、第１若しくは上部の環状封止手段を構成す
る上側の溝９４及び関連の０リング１０２は、封止リン
グ８４とポンプ軸３４との間に、そして、第１と第２の
環状の面８６．８８との間に、封止リング８４に沿って
配置されている。このような態様において、第１若しく
は上部の平衡室１０６が第１の面８６と隣接して画成さ
れ、ポンプハウジング３０内の供給圧力にある加圧流体
と通じている。他方、第２若しくは下部の環状封止手段
を構成する下側の′Ｗ４９６及び関連の０リング１０４
は、同様に、封止リング８４とポンプ軸３４との間に、
且つ、第２と第３の環状の面８８．９０との間に、封止
リング８４に沿って配置されている。そして、第２若し
くは中間の平衡室１０８が第２の面８８に隣接して画成
されている。また、第３若しくは下部の平衡室１１０が
第３の面９０に隣接して画成され、ランナ４４の対向面
６４と封止リング８４の対向面９２どの間を流れる低圧
の流体膜と通じている。このように、第１、第２及び第
３の平衡室１０６．１０８．１１０は、互いに実質的に
非連通隔離関係で、第１と第２の環状封止手段により画
成されている。押付は力の大部分がポンプハウジング３
０内の加圧流体の供給圧力に応じて第１の面８６で生ぜ
られるように、第１の平衡面８６は第２又は第３の面８
８．９０のいずれよりも相当に広い範囲を覆うことが分
かるであろう。

改良型の第１封止装置８２は、更に、改良された封止リ
ング８４内に配置された総括的に符号１１２で示される
制御手段を備えている。制御手段１１２は、封止リング
８４に形成された円筒形の内部空所１１６内に移動可能
に配置された流れ制御装置１１４と、封止リング８４に
形成された複数の流路１１８．１２０．１２２とを有し
ている。第１の流路１１８は、中間の平衡室１０８内に
おける封止リング８４上の第２の面８８と、内部空所１
１６（従って空所１１６内に配置された流れ制御装置１
１４）との間で延び、これらを連通している。第２の流
路１２０は、加圧流体の供給圧力となっている封止リン
グ８４の外周側と、凹所１１６（従って流れ制御装置１
１４）との間で延び、これらを連通している。第３の流
路１２２は、流体膜の低圧となっている封止リング８４
の最も内周側と、凹所１１６（従って流れ制御装置１１
４）との間で延び、これらを連通している。

流れ制御装置１１４は、封止リング８４の内周側に向か
って又は外周側に向かって半径方向に移動することによ
って、相対して配置された第１と第２の位置の間で移動
することができる。流れ制御装置１１４が第１の位置に
配置されている場合、加圧流体の供給圧力側と、封止リ
ング８４の第２の面８８及び中間平衡室１０８との間が
連通ずる。他方、流れ制御装置１１４が第２の位置にあ
る場合には、流体膜による低圧側と、封止リング８４の
第２の面８８及び中間平衡室１０８との間が連通ずる。

この流れ制御装置１１４は種々の適当な形をとることが
でき、例えば、第６図に示されるポペット弁１２４や、
第７図に示されるスプール弁１２６等とすることができ
る。第２の流路１２０を経て弁１２４．１２６と通じて
いる圧流体の供給圧力が、ポンプ始動時に設定圧力以下
である場合、弁１２４．．１２６はスプリング１２８（
該スプリング１２８は第３の流路１２２の開口で封止リ
ング８４にスリーブ１３０により固定されている）によ
って、第１の位置（第６．７図に示されている位置）ま
で左方に移動されるよう偏倚される。弁１２４．１２６
のポジションが切り換わる設定圧力（例えば、約２８．
１〜３５．１ｋｇ／ｃ＋ｍ２（４００−５００ｐｓｉｇ
））は、所望のたわみ率を有するスプリング１２８を用
いることによって定まる。その後、ポンプ１４が全運転
状態となるよう作動されるにつれて加圧流体の供給圧力
が設定圧力以上に上昇すると、弁１２４．１２６上への
供給圧力はスプリング１２８の偏倚に打ち勝ち、弁１２
４．１２６を第２の位置まで右方に移動させる。

このような態様において、流れ制御装置１１４は、ポン
プ始動時で第１の位置にある場合、低圧の流体膜と第２
若しくは中間の平衡室１０８との間を、第１と第３の流
路１１８．１２２を経て連通させると共に（流れ制御装
置１１４がポペット弁１２４の場合、該弁１２４と空所
１１６の壁面との間で漏れが発生する）、設定圧力以下
の低圧の供給圧力にある加圧流体が第１と第２の通路１
１８．１２０を通って第２の平衡室１０８に通ずるのを
妨げる。他方、流れ制御装ｗ１１４は、通常のポンプ運
転時で第２の位置にある場合、低圧の流体膜と第２の平
衡室１０８との間の第１及び第３の流路１１８．１２２
を経ての連通路を閉じ、且つ、設定圧力以上の大きな供
給圧力にある加圧流体を、第１と第２の流路１１８．１
２０を経て、第２の平衡室１０８に連通させる。

第１３図及び第１４図から、面８６．８８．９０の全領
域のうち、ポンプ始動時に高圧を受ける領域は、通常の
ポンプ運転時における領域よりも小さいことが理解され
るであろう、この結果、ハウジング３０．３２内の加圧
流体により改良型封止リング８４の対向面９２に加えら
れる持上げ力は、ポンプ始動時及び通常運転時のいずれ
の場合にも、封止リング８４の第１、第２及び第３の面
８６．８８．９０に加えられる押付は方力によって、効
果的に釣り合わされる。

ポンプ１４が始動から全運転に至った場合の最終的な結
果は、第１５図に示されるように、押付は力が更に大き
くなり、流体膜の厚さが小さくなる。従って、ポンプ始
動時の低圧の供給圧力状態では、比較的に大きな漏れ率
がランナ４４と封止リング８４との対向面６４．９６の
間で生ぜられ、他方、通常運転時の高圧の供給圧力では
小さな漏れ率となり、これらの漏れ率は共に、対向面６
４．９６を非接触関係に維持するのに必要とされる所定
の最小限を越えるものである。対向面６４．９２を横切
る圧力差が一定である場合に、漏れ率は流体膜の厚さを
３乗したものに比例して変化するので、押付は力の変化
が小さくとも、漏れ率の変化は大きいものとなる。各平
衡面８６．８８．９０の面積を慎重に選定することによ
り、流れ制御装置１１４が第１の位置にある場合（中間
平衡室１０８が低圧である場合）での最大漏れ率が、流
れ制御装置１１４が第２の位置にある場合（中間平衡室
１０８が高圧の系統圧力、即ち供給圧力にある場合）で
の最大供給圧力状態における漏れ率とほぼ同じとなるよ
うに設定できる。結果として生ずる漏れ率の形態は、第
１６図に示されるものと同様となるであろう。

本発明及びこれに付随する多くの利点は、上の説明から
理解されるであろう、また、本発明の精神および範囲を
逸脱することなく、或はその実質的な利点を犠牲にする
ことなく形態、構成及び配列に関し、種々の変更が可能
であることは明らかであり、よって、以上に述べられた
形態は単に本発明の好適な実施例に過ぎない。

【図面の簡単な説明】 第１図は、原子炉の炉心と閉回路で直列に接続された蒸
気発生器及び原子炉冷却材ポンプを具備する従来の原子
炉冷却系統における冷却ループの１つを示す概略説明図
、第２図は従来の原子炉冷却材ポンプの軸シール部分を
示す一部切欠き斜視図であり、封止ハウジングと、軸シ
ール部分において該封止ハウジング内に配置されポンプ
軸を囲んでいる第１、第２及び第３の封止装置との断面
を示す図、第３図は第２図に示される従来の原子炉冷却
材ポンプの封止ハウジングと封止装置の拡大断面図、第
４図は第３図に示される従来の原子炉冷却材ポンプの第
１封止装置と、軸受装置の一部とを示す拡大断面図、第
５図は、第２の平衡室、流路及び流れ制御装置を組み込
むという本発明の原理に従って改良された後の原子炉冷
却材ポンプの下部の第１封止装置を示す第４図と同様な
拡大断面図、第６図は第５図の第１封止装置の一部を示
す拡大断面図であり、流れ制御装置がポペット弁の形態
である好適な実施例を示す図、第７図は流れ制御装置が
スプール弁の形態である他の好適な実施例を示す第６図
と同様な拡大断面図、第８図は第４図の従来の原子炉冷
却材ポンプにおける第１封止装置を簡略化した概略説明
図であり、当該封止装置のランナと封止リングとの間の
テーパ付き収束流路を示す図、第９図は第８図の従来の
第１封止装置における封止リングの概略説明図であり、
互いに相反する向きの持上げ力と押付は力とが作用する
領域を示す図、第１０図は第８図の従来の第１封止装置
により生ぜられる流体膜の厚さと、持上げ力と、押付は
力との関係を示すグラフ、第１１図は、従来の第１封止
装置における封止リングの面板の収束角を６００μｒａ
ｄから７００Ｊ、ｚｒａｄに増した場合の圧力範囲全体
に亘る漏れ率への影響を示すグラフ、第１２図は本発明
の原理に従って改良された第５図の原子炉冷却材ポンプ
における第１封止装置を簡略化した概略説明図、第１３
図及び第１４図は、第１２図の改良型第１封止装置にお
ける封止リングの概略説明図であり、第１３図は第２の
平衡室が低圧となっている場合、第１４図は高圧となっ
ている場合の持上げ力と押付は力とが作用する領域を示
す図、第１５図は第１２図の改良型第１封止装置により
生ぜられる流体膜の厚さと、持上げ力と、押付は力との
関係を示すグラフ、第１６図は、本発明の原理に従った
改良型第１封止装置における流れ制御装置が作動した場
合の圧力範囲全体に亘る漏れ率への影響を示すグラフで
ある。図中、１４・・・ポンプ（原子炉冷却材ポンプ）
３０・・・ポンプハウジング ３２・・・封止ハウジング　３４・・・軸（ポンプ軸）
４４・・・ランナ　　　　　６４・・・ランナの対向面
８２・・・第１封止装置　　８４・・・封止リング８６
・・・第１の面　　　　８８・・・第２の面９０・・・
第３の面　　　　９２・・・封止リングの対向面１０２
．１０４・・・Ｏリング　１１２・・・制御手段１１４
・・・流れ制御装置　１１８，１２０，１２２・・・流
路図面の浄１（六つ：二変更なし） ＦＩＧ　　２ 図面の浄：（、＋Ｔゴに変更なし） 図面の浄書（占容に変更なし） 図面の浄書（力容に変更なし） 図面の浄３（内τに変ゴなし） ＋１．Ｑ ＦＩＧ、６ （ＰＲＩＯＲＡ日Ｔ） ＦＩＧ、１０ 図面の１９：（六）に：更なし） ＦＩＧ、　＋２ 第２の平衡室が低圧の場合　　　　　　　　　第２　ノ
平１１室カｉ圧（７）ｉ＆合ＦＩＧ・１３　　　　　　
　　　　　ＦＩＧ、　１４ＦＩＧ、　１５　　　　　　
　　　　　ＦＩＧ、　１６手続補正書（方式） 昭和６３年１０月２６日 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿 １、事件の表示 昭和６３年特許願第１４８４０９号 ２、発明の名称 ポンプの封止装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 名称　　　ウェスチングハウス・エレクトリックコーポ
レーション ４、代理人 住所　〒１００東京都千代田区丸の内二丁目４″＃１号
丸の内ビルディング４階 昭和６３年８月２７日 ７、補正の内容

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 軸と、ポンプ始動時及びポンプ運転時により供給圧力が
   変化する加圧流体を内包するハウジングとを有している
   ポンプにおいて、前記ハウジング内で前記軸を封止可能
   に且つ回転可能に取り付けるための静圧式の封止装置で
   あつて、 （ａ）前記軸と共に回転するように該軸の外周に取り付
   けられた環状のランナを備え、 （ｂ）前記ハウジングに対して非回転関係であるが前記
   軸に沿つて並進運動可能なように該ハウジングの内周に
   取り付けられた環状の封止リングを備え、 （ｃ）前記ランナ及び前記封止リングの各々は互いに対
   向する対向面を有し、該対向面の間で所定の最小限の漏
   れ率が維持されている限り、前記ハウジング内の加圧流
   体は、該対向面が互いに接触するのを防止する低圧の流
   動流体膜を、該対向面の間に形成するようになっており
   、 （ｄ）前記封止リングの前記対向面とは反対向きの第１
   及び第２の面を、互いに液密の離隔関係で前記封止リン
   グに画成する手段を備え、前記第１の面は前記供給圧力
   にある加圧流体と連通されており、 （ｅ）ポンプ運転時に前記封止リングの前記第２の面に
   対して前記供給圧力にある加圧流体を連通させ、且つポ
   ンプ始動時に前記封止リングの前記第２の面に対して前
   記低圧にある流体膜を連通させるように作動可能な制御
   手段を、前記封止リング内に設け、前記ハウジング内の
   加圧流体によって前記封止リングの前記対向面に加えら
   れる持上げ力が、ポンプ始動時及びポンプ運転時のいず
   れの場合にも、前記封止リングの第１及び第２の面に加
   えられる押付け力により効果的に平衡に保たれ、もって
   、ポンプ始動時及びポンプ運転時のいずれの場合にも、
   前記ランナ及び前記封止リングの各々の前記対向面の間
   で生ずる漏れ率が前記所定の最小限以上であるようにな
   つている、 ポンプの封止装置。