JPH03282074A

JPH03282074A - ポンプ用軸封装置

Info

Publication number: JPH03282074A
Application number: JP2078842A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiko Tanaka; 信彦田中; Hiroshi Miyano; 宮野　廣; Kazuyuki Kobashi; 一之小橋; Sunao Narabayashi; 直奈良林; Takenori Ishiyama; 石山　武則; Tetsuzo Yamamoto; 哲三山本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-03-29
Filing date: 1990-03-29
Publication date: 1991-12-12

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）本発明はたとえば軽水型原子炉の一次冷却水を効率良く
循環させる原子炉再循環ポンプのポンプ軸の熱応力を緩
和させるためのポンプ用軸封装置に関する。

（従来の技術）たとえば軽水型原子炉に使用されている原子炉再循環ポ
ンプは高温高圧の純水を取り扱う大容量ポンプで、所要
流量と水頭に加え、配置上の要求から単段の竪形うず巻
きポンプとなっている。

以下、第６図を参照しながら従来のポンプ用軸封装置を
組込んだ原子炉再循環ポンプについて説明する。

第６図中、符号１は上部ケーシングを示しており、この
上部ケーシング１内にはポンプ軸２を軸封するシール室
３が設けられている。このシール室３内にはポンプ軸２
の側面を包囲してメカニカルシール４が設けられている
。シール室３の上部には軸封水注入管５が設けられてお
り、シール室３の外周囲には熱交換器６が配設されてい
る。ポンプ軸２の上端はたわみ継手７を介してモータ軸
８に接続されている。ポンプ軸２の下方側面には環状溝
が多数軸方向に積層するように構成したラビリンス部９
が形成されており、その下方には羽根車１０が取着され
ている。羽根車１０はポンプ室を構成する下部ケーシン
グ１１内に配置されている。

下部ケーシング１１は上部ケーシング１の下端部に接続
されたベース１２にボルト１３で締め付けられて接続さ
れている。ベース１２と下部ケーシング１１との間には
ケーシングカバー１４が介在されている。

ケーシングカバー１４の下端面には水中軸受１５が取着
されており、水中軸受１５は羽根車１０の軸部を軸支す
る。下部ケーシング１１には原子炉−次冷却水つまりポ
ンプ水（熱水）を流入する吸込口１６と、この吸込口１
６から羽根車ｌＯで吸込まれた一次冷却水を吐出する吐
出口１７が下方に形成されている。

また、ポンプ軸２には前記ラビリンス部９の上方に位置
して循環羽根１８が取着されており、この循環羽根１８
でシール室３内の軸封水を循環させる。

図中１９は上部ケーシング１のフランジである。

このように、従来のポンプ軸２の周囲はメカニカルシー
ル４と、ケーシングカバー１４の内面に囲まれてポンプ
の役割をしてポンプ水を吸込み、吐出する羽根車ｌＯと
、この羽根車１０を回転するポンプ軸２に取着された羽
根車１０の軸部を軸支する水中軸受１５と、この水中軸
受１５を取着し上部ケーシング１と下部ケーシング１１
とを区画するケーシングカバー１４とからなっている。

また、メカニカルシール４を内蔵しているシール室３内
の軸封水つまり冷水部分と、羽根車１０および水中軸受
などを内蔵してポンプ水が充満しているポンプ室内の熱
水部分はポンプ軸２に取着された循環羽根１８およびラ
ビリンス部９で区分されている。熱交換器６は軸封水が
注入を停止した場合に備えてメカニカルシール４の昇温
破損を防止するための軸封水を冷却するためのものであ
る。軸封水はメカニカルシール４にポンプ水が流れ込ま
ないようにシールするためのものである。

（発明が解決しようとする課題）第７図に示した従来の原子炉再循環ポンプ用軸封装置に
おけるポンプ軸２に形成したラビリンス部９とケーシン
グカバー１４の内面との間には円筒状の狭い流路を形成
している。たとえば沸騰水型原子炉の場合、原子炉再循
環水つまりポンプ水の温度はかなり高温度の熱水であり
、シール室３内は軸封水が循環する冷水であるため、シ
ール室３とポンプ室内との間にはかなり大きな温度差が
ある。シール室３内の温度を低温状態に保ち、かつメカ
ニカルシール４内にポンプ水が流入しないようにするた
め低温の軸封水（パージ水とも云う）を外部から軸封水
流人管５を通して注入している。

しかしながら、このようなポンプ用軸封装置では下部の
ポンプ室内が熱水、上部のシール室３内が冷水で大きな
温度差、つまり大きな密度差が生じる。したがって、密
度差に伴なう重力によって上記冷水と熱水との冷・熱界
面は不安定となり、密度の小さいポンプ水（熱水）が下
部ケーシング１１内のポンプ室からラビリンス部９へ上
昇し、上部のシール室３から注入しいる軸封水（冷水）
がラビリンス部９を下降する。このため、冷・熱界面は
波立ち、ポンプ軸２およびケーシングカバー１４のラビ
リンス部の温度はこの熱水と冷水の温度差を最大振幅と
する大きな温度変動を生じてポンプ軸２に熱応力を発生
し、熱疲労を引き起す課題がある。

また、軸封水の流量が変化すると冷・熱界面は上下（軸
方向）にも移動する。このため、冷・熱境界部であるラ
ビリンス部９のポンプ軸２およびケーシングカバー１４
の金属部分に大きな熱応力が発生し易くなる。熱応力が
多数回、長年にわたり繰り返されると、ラビリンス部９
に熱疲労による亀裂を生じる可能性がある。

したがって、軸封水の流量およびポンプの回転数が多少
変化しても大きな温度変動を生じないポンプ軸の軸封装
置が要望される。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、冷
・熱境界部の温度変動を緩和して熱疲労を防止し、構造
強度上の信頼性を大幅に向上させることができるポンプ
用軸封装置を提供することにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は上部ケーシング内に配設されたポンプ軸と、こ
のポンプ軸を軸封するシール室内に設けられたメカニカ
ルシールと、前記シール室内に軸封水を循環する循環機
構と、前記上部ケーシングの下部に連接する下部ケーシ
ングとを区分する部位に位置した前記ポンプ軸に形成さ
れたラビリンス部と、前記上部ケーシングと下部ケーシ
ングとの間に設けられたケーシングカバーと、前記下部
ケーシング内の前記ポンプ軸に取着された羽根車とを有
するポンプ用軸封装置において、前記ラビリンス部に前
記軸封水と下部ケーシング内のポンプ水を強制的に混合
するための応力緩和溝を設けてなることを特徴とする。

（作　用）従来のラビリンス部においては、発生応力の一要因とし
て軸方向の温度勾配による円筒のだが締め応力が生じる
。これは第２図に示すように、下から比較的高温のポン
プ水が、上からはかなり低温の軸封水が混合するため、
局部的に見ればリングが熱膨張収縮により変形する際に
周方向に拘束されることで発生する応力である。この場
合、周方向応力が優勢であり、直交する軸方向応力成分
は比較的小さい。そこで、周方向拘束を弱めるため、本
発明のようにラビリンス部に応力緩和溝を設けることに
より応力配分が変化して軸方向の応力が増大し、周方向
の応力が減少する。よって、軸方向と周方向成分の絶対
値を同程度にすることができる。成分応力の分担が変化
してラビリンス部の表面に対して均一化するため、応力
集中としてはより低い構造となり、亀裂の発生が抑止で
きる。

（実施例）第１図および第２図を参照しながら本発明に係るポンプ
用軸封装置の第１の実施例を説明する。

第１図において、上部ケーシング１内にはポンプ軸２を
軸封する軸封カバーで形成されたシール室３が設けられ
ている。このシール室３内にはポンプ軸２の側面を包囲
してメカニカルシール４が設けられている。シール室３
の上部には軸封水管５が設けられており、シール室３の
外周囲には熱交換器６か設置されている。ポンプ軸２の
上端はたわみ継手を介してモータ軸８に接続されている
。

上部ケーシング１の下端には下部ケーシング１１が連接
され、これらを区分する部位に位置したポンプ軸２の側
面には第２図に拡大して示したようなラビリンス部９ａ
が形成されている。さらにポンプ軸２の下方には羽根車
ｌＯが取着されている。羽根車１０は下部ケーシング１
１内つまりポンプ室に配置されており、下部ケーシング
１１は上部ケーシング１の下端部に接続されたベース１
２にボルトＩ３で締め付けられて接続されている。ベー
ス１２と下部ケーシング１１との間にはケーシングカバ
ー１４が介在されている。ケーシングカバー１４の下端
面には水中軸受１５が取着されており、この水中軸受１
５で羽根車１０の軸部を軸支する。下部ケーシング１１
には原子炉−次冷却水つまりポンプ水（熱水）を流入す
る吸込口１６と、この吸込口１６から羽根車ｌＯで吸込
まれた一次冷却水を吐出する吐出口１７が形成されてい
る。また、ポンプ軸２には循環羽根１８が取着されてお
り、この循環羽根１８でシール室３の軸封水を循環させ
る。なお、図中符号Ｉ９は上部ケーシング１のフランジ
である。

ここで、ポンプ軸２に形成されるラビリンス部９ａを第
２図に拡大して示す。

すなわち、ラビリンス部９ａはポンプ軸２の側面に軸方
向に沿って多段に積重ねるように形成された複数の環状
ラビリンス溝２０と、このラビリンス溝２０に対してポ
ンプ軸２の面に直角方向に切り込まれた複数の応力緩和
溝２１とからなっている。

このようにポンプ軸２の側面に形成したラビリンス溝２
０に加え周方向の数個所の位相に対して縦方向に切欠状
応力緩和溝２１を設けることによって周方向の応力を緩
和することができる。

この実施例では周方向に５〜１２個所にわたって応力緩
和溝２１を設けることが効果的である。

また、原子炉再循環ポンプの場合、ポンプ軸２は高速回
転しているため、この程度の応力緩和溝２１ではラビリ
ンスシールとしての作用には殆ど悪影響を及ぼすことは
ない。さらに、上下段間のうビリンス溝２０が周方向の
一部で連通しているため、周方向の局所的な温度変動に
対してもミキシングゾーンの効果を有するため、温度勾
配の低減効果も合わせ持つことができる。

第３図から第５図はラビリンス部９ａの他の例をそれぞ
れ示したものである。

第３図に示した例は周方向の数個所の位相に対して縦方
向に互い違いの応力緩和溝２１を設けることによって第
２図に示した第１実施例と同様の作用効果を奏するもの
である。すなわち、構造的な応力緩和効果および流体の
流動的な温度勾配の低減効果がある。

第４図に示した例は応力緩和溝２１の代りにラビリンス
形状全体を軸方向に対して傾斜させ螺旋状のラビリンス
溝２０ａをポンプ軸２に形成することによって第１の実
施例の応力緩和溝２１と同様の効果をもたせるようにし
たものである。

すなわち、構造的な応力の緩和効果および流体の流動的
な温度勾配の低減効果が得られる。

第５図に示した例は応力緩和効果として温度勾配が厳し
い部分、すなわち局所的に応力が高（なる部分にはラビ
リンス溝を大きく切り、ポンプ軸２の全体で損傷が均一
分布するようにして応力緩和溝と同等の効果をもたせた
ことにある。このようにポンプ軸２に細いラビリンス溝
２０ｂと太いラビリンス溝２０ｃを適度に配設すること
、すなわち、ラビリンス部９ａの形状として低温の軸封
水と高温のポンプ水が繰り返し混合する領域のみが大き
なピッチを持つようにすることによって応力低減効果お
よびミキシングゾーンの大きさの差による温度勾配の低
減効果が得られる。

なお、応力緩和溝をケーシング側ラビリンス部に施すこ
とによっても前記ポンプ軸に施した場合と同様の作用効
果が得られる。

し発明の効果］本発明によれば原子炉再循環ポンプの軸封部の冷熱水混
合部の温度変動による最大発生応力を緩和することがで
き、もって構造強度上の信頼性が向上し、安全性向上に
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るポンプ用軸封装置を組込んだ原子
炉再循環ポンプを示す縦断面図、第２図は本発明に係る
ポンプ用軸封装置の第１の実施例のラビリンス部を示す
側面図、第３図から第５図まではラビリンス部の他の例
をそれぞれ示す側面図、第６図は従来のポンプ用軸封装
置を組込んだ原子炉再循環ポンプを示す縦断面図、第７
図はポンプ軸に形成されたラビリンス部を拡大して示す
側面図である。１・・・上部ケーシング・２・・・ポンプ軸３・・・シール室４・・・メカニカルシール５・・・軸封水注入管６・・・熱交換器７・・・たわみ継手８・・・モータ軸９・・・ラビリンス部１０・・・羽根車１１・・・下部ケーシング１２・・・ベース１３・・・ボルト４・・・ケーシングカバー５・・・水中軸受６・・・吸込口ア・・・吐出口訃・・循環羽根９・・・上部フランジ２０・・・ラビリンス溝２１・・・応力緩和溝（８７３３）

Claims

【特許請求の範囲】

上部ケーシング内に配設されたポンプ軸と、このポンプ
軸を軸封するシール室内に設けられたメカニカルシール
と、前記シール室内に軸封水を循環する循環機構と、前
記上部ケーシングの下端に連接する下部ケーシング内と
を区分する部位に位置した前記ポンプ軸に形成されたラ
ビリンス部と、前記上部ケーシングと下部ケーシングと
の間に設けられたケーシングカバーと、前記下部ケーシ
ング内の前記ポンプ軸に取着された羽根車とを有するポ
ンプ用軸封装置において、前記ラビリンス部に前記軸封
水と下部ケーシング内のポンプ水を強制的に混合するた
めの応力緩和溝を設けてなることを特徴とするポンプ用
軸封装置。