JPH0664183B2 - 高温ポンプの熱疲労防止装置 - Google Patents

高温ポンプの熱疲労防止装置

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JPH0664183B2
JPH0664183B2 JP2287286A JP28728690A JPH0664183B2 JP H0664183 B2 JPH0664183 B2 JP H0664183B2 JP 2287286 A JP2287286 A JP 2287286A JP 28728690 A JP28728690 A JP 28728690A JP H0664183 B2 JPH0664183 B2 JP H0664183B2
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弘之 加藤
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Ebara Corp
Toshiba Corp
Tohoku Electric Power Co Inc
Japan Atomic Power Co Ltd
Chugoku Electric Power Co Inc
Chubu Electric Power Co Inc
Hokuriku Electric Power Co
Hitachi Ltd
Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Original Assignee
Ebara Corp
Toshiba Corp
Tohoku Electric Power Co Inc
Tokyo Electric Power Co Inc
Japan Atomic Power Co Ltd
Chugoku Electric Power Co Inc
Chubu Electric Power Co Inc
Hokuriku Electric Power Co
Hitachi Ltd
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    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/04Shafts or bearings, or assemblies thereof
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D7/02Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts of centrifugal type
    • F04D7/06Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts of centrifugal type the fluids being hot or corrosive, e.g. liquid metals

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、例えば原子炉冷却材再循環ポンプ等のように
高温溶液を扱いそして軸封装置の冷却及び清浄化のため
軸封室に低温のシールパージ液を供給し、該シールパー
ジ液の一部が主軸の貫通部を経て高温のポンプケーシン
グに流入する高温ポンプの熱疲労防止装置に関する。
[従来の技術] 例えば第12図に示す従来のポンプ装置のポンプケーシン
グ1と主軸4との軸貫通部12には、通常、メカニカルシ
ール14等の軸封機構が設けられ、その冷却と清浄化のた
め外部から適温(通常は常温程度)のシールパージ液A
を軸封室6aに注入している。
ここで、ポンプ揚液Bが高温の場合には、シールパージ
液Aにより低温に保持される軸封室6aとポンプ揚液Bの
循環するケーシング1の内部との間には、大きな温度差
が発生する。この温度境界は、軸封室6aからケーシング
カバー2を介してポンプケーシング1の内部に流入する
低温のシールパージ液Aが、高温のポンプ揚液Bと混合
する部位Cに生じるが低温液と高温液の不可逆的混合過
程においては、激しい温度変動現象が発生する。そのた
めに付近の金属構造物には変動熱応力が生じ、これによ
る疲労のため金属に割れが生じる場合がある。
これに対し従来は第13図に示すように、両液A、Bの混
合部位Cの金属部に、スリーブ15a、15Bを設け、例え熱
疲労が生じてもスリーブ15a、15bを交換することで対処
理していた。これはメインボルト13(第15図)を取り外
す必要があって交換作業が面倒である。また、熱疲労の
発生の有無は、分解検査を必要とし、その分解検査は、
原子炉冷却材再循環ポンプのように放射線被曝において
は、極めて面倒である。
また、特公昭64−4160号公報には第14図に示すように、
水中軸受10のジャーナル11(第15図)の内部に、熱障壁
いわゆるサーマルバリア16を設け、このサーマルバリア
16によりシールパージ液Aを昇温し、シールパージ液A
とポンプ揚液Bとの温度差を小さくする技術が示されて
いる。しかし、この公知技術では、サーマルバリア16に
より充分な昇温効果を得ることは、実質的に不可能であ
り、これによる熱疲労の防止は困難である。
第15図には本発明が実施される高温水を扱う代表的なポ
ンプである原子炉冷却材再循環ポンプが示されている。
図において、ポンプケーシング1内には、羽根車3が水
中軸受10のジャーナル11により回転自在に支持されてい
る。その羽根車3の主軸4は、ケーシングカバー2の軸
貫通部12から突出され、ケーシング1にメインボルト13
により取付けたモータ台8の内部において、カップリン
グ7を介して図示しないモータに連結されている。その
主軸4とケーシングカバー2との間には、メカニカルシ
ール14を備えた軸封装置6が設けられている。この軸封
装置6には、軸封室冷却器5が設けられ、その冷却器5
には、シールパージ液供給口5aが設けられている。な
お、図中の符号9はシールパージ液の循環羽根である。
このポンプにおいては、軸封装置6の軸封室6a(第12
図)に例えば約5/min低温(例えば約40℃)のシー
ルパージ液Aが添水される。そのうち、例えば約3/
minのシールパージ液はメカニカルシール14を経てポン
プ外に排出される。したがって、残余の約2/minが
ケーシングカバー2と主軸4との軸貫通部12の環状隙間
からポンプケーシング1内に流入する。ポンプケーシン
グ1内の揚液Bの温度は、通常、約280℃であるため、
温度差ΔTは、280−40=240(℃)となり、この温度差
ΔTに相当する温度変動が軸貫通部12の出口付近で発生
する。その温度変動により金属表面に発生する最大熱応
力Δσは、 Δσ=EβΔTη/(1−ν) ここで、 金属材料表面温度変動/水温度変動<1 E:材料の縦弾性係数 β:材料の線膨張係数 ν:材料のポアソン比 で表すことができ、材料をオーステナイトステンレス鋼
とした場合、材料の疲労限から許容される変動応力は、
Δσ/2≦9kg/mm2(片振幅)となり、これから許容水
温変動量ΔTmaxは、せいぜい100℃以下と推定される。
すなわち、低温のシールパージ液Aは、高温のポンプ揚
液Bと混合する前に、温度差100℃以下となるように昇
温される必要がある。上記ポンプの場合は、約2/mi
n、温度40℃のシールパージ液AAを、180℃(=280−10
0)以上まで昇温するヒータが必要となる。これに対
し、前記のサーマルバリア16等の構造では不充分で、何
らかの強制加熱式ヒータが必要となる。
例えば特開昭59−229092号公報にはポンプシャフト貫通
部の周りに複数の穴で構成されたジャケット室を設けた
技術が開示されている。しかしながら、かかる公知技術
はジャケット室を通る液は自然循環になって流れるの
で、熱交換が充分に行われず、したがって横型のポンプ
に対しては実施できない。
[発明が解決しようとする課題] したがって、本発明の目的は、羽根車の静圧段差、動圧
段差を利用して液体を充分に循環させ、もって熱交換効
率を向上できる高温ポンプの熱疲労防止装置を提供する
にある。
[課題を解決するための手段] 本発明によれば、軸封装置の冷却及び清浄化のため軸封
室に低温のシールパージ液を供給し、該シールパージ液
の一部が主軸の貫通部を経て高温のポンプケーシングに
流入する高温揚液を扱う高温ポンプの熱疲労防止装置に
おいて、高温のポンプ揚液を熱源として低温のシールパ
ージ液を昇温するヒータを前記高温ポンプのジャーナル
と主軸との間に設け、該ヒータはシールパージ液が流下
する部分を覆う円筒形の本体と、該本体とケーシングカ
バーに取付る胴部とで形成され、該本体には軸線方向に
多数の通路を備え、それらの通路は高温のポンプ揚液の
出口付近に開口している熱水入口を有し、前記通路の熱
水出口は前記熱水入口よりも半径方向内方に設けられて
いる。
[作用効果の説明] したがってポンプの羽根車の回転に伴い、ジャーナルの
回転によって、ジャーナルの半径方向内方のシールパー
ジ流路に存する高温のポンプ揚液は、周方向の速度成分
を有し、この周方向の速度成分は半径方向に静的差圧を
発生させ、その結果熱水入口から通路にポンプ揚液がは
いり、ヒータの本体を加熱する。そして低温のシールパ
ージ液は本体と主軸との間を流れるが、その間に熱交換
され昇温される。
したがって、ヒータの本体には圧力差によって強制的に
通路内に高温のポンプ揚液が流れるので、ヒータの加熱
効率がよく、シールパージ液を充分に昇温させることが
できる。
[実施例] 以下図面を参照して本発明の実施例を説明する。
なお、これらの図面において第15図に実質的に対応する
部分については、同じ符号を付して重複説明を省略す
る。
第1図ないし第3図において、全体を符号20で示すヒー
タは、シールパージ液Aが流下する部分を覆う円筒形の
本体21と、この本体21をケーシングカバー2に取付ける
胴部22とで形成されている。その本体21には、軸方向に
多数のキリ穴で構成された通路23が設けられている。そ
の通路23の熱水入口24は、主軸4の水中軸受10の循環水
すなわち高温のポンプ揚液Bの出口付近に設けられ、熱
水出口25は、熱水入口24より下方の半径方向内方に設け
られている。なお、図中の符号26は熱遮蔽板である。
したがって、第4図及び第5図に示すように、ヒータ20
とジャーナル11とで囲まれたシールパージ流路Dは、常
温高温のポンプ揚液Bで満たされており、羽根車3と共
に回転するジャーナル11の作用により、空間D内の流体
は周方向の速度成分vθを有する。この周方向速度成分
vθが存在することから、次式に基づいて、流体には半
径方向の静的差圧ΔPsが発生する。
ここで、r:本体21の外形 r:胴部22の段部の外径 ρ:流体の密度 したがって、通路23にはこの差圧ΔPsによりポンプ揚液
Bが循環する。そして、通路23には、低温のシールパー
ジ液Aを必要な温度まで昇温させるに必要な伝熱面積が
確保されている。
そのため、低温のシールパージ液Aは、ヒータ20の本体
21と主軸4との隙間Eを流下する間に、ポンプ揚液Bと
熱交換が行われ昇温される。
第6図ないし第8図は本発明の別の実施例を示し、ヒー
タ20aの通路23、23aを二重に設けると共に、主軸4に固
設されヒータ20aの本体21aの内外周を覆う回転バッフル
27を設け、両者21a、27の間にシールパージ通路E1、E2
を二重に形成した例である。この実施例では、伝熱面積
を増してヒータ20aの性能を向上することができる。
第9図ないし第11図は本発明の別の実施例を示し、ヒー
タ20bの熱水循環のための差圧力としてジャーナル11aの
回転力による動圧力を用いた例である。すなわち、ジャ
ーナル11aの上端部に、流体の旋回力を増加させるため
の多数の半円形切欠28を形成すると共に、ヒータ20bの
熱水入口24の部分に、旋回する熱水のせき止め用のくさ
び形切欠29を設けている。この場合のせき止め圧力ΔPd
は、 ΔPd=kρVθ/2 ここで、Vθ:ジャーナル11aの旋回速度 k:係数(<1) ρ:流体の密度 となり、通常、このせき止め圧力ΔPdは前述の静的差圧
ΔPsより大きくなる。したがって、この実施例では、熱
交換性能を向上することができる。
[考案の効果] 以上の通り本発明によれば、下記のすぐれた効果を奏す
る。
(i)高温のポンプ揚液が圧力差によって強制的に通路
内を流れ、ヒータの本体を加熱するので本体の昇温が早
い。
(ii)したがって、シールパージ液の昇温が早く、ポン
プ揚液との混合部における温度変動が少なく、熱疲労の
発生を好適に防止できる。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第3図は本発明の第1実施例を示し、第1
図は側断面図、第2図は第1図の要部の拡大図、第3図
は第1図のI−I線矢視断面図、第4図は静的差圧を説
明する要部の側断面図、第5図は第4図の直交断面図、
第6図及び第7図は本発明の第2実施例を示す第1図及
び第2図に相当する図面、第8図は第7図のII−II線矢
視断面図、第9図は本発明の第3実施例を示す第2図に
相当する図面、第10図及び第11図は第9図のIII−III線
矢視断面図及びIV矢視展開図、第12図は従来のポンプ装
置の軸封室を説明する側断面図、第13図及び第14図は従
来のそれぞれ異なる熱疲労防止装置を示す側断面図、第
15図は本発明が実施される原子炉冷却材再循環ポンプを
示す側断面図である。 A……シールパージ液、B……ポンプ揚液、1……ケー
シング、2……ケーシングカバー、3……羽根車、4…
…主軸、6……軸封装置、12……軸貫通部、20、20a、2
0b……ヒータ、23……通路、27……回転バッフル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 999999999 北陸電力株式会社 富山県富山市牛島町15番1号 (71)出願人 999999999 中国電力株式会社 広島県広島市中区小町4番33号 (71)出願人 999999999 日本原子力発電株式会社 東京都千代田区大手町1丁目6番1号 (71)出願人 999999999 株式会社日立製作所 東京都千代田区神田駿河台4丁目6番地 (72)発明者 加藤 弘之 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 審査官 江塚 政弘 (56)参考文献 特開 昭59−229092(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】軸封装置の冷却及び清浄化のため軸封室に
    低温のシールパージ液を供給し、該シールパージ液の一
    部が主軸の貫通部を経て高温のポンプケーシングに流入
    する高温揚液を扱う高温ポンプの熱疲労防止装置におい
    て、高温のポンプ揚液を熱源として低温のシールパージ
    液を昇温するヒータを前記高温ポンプのジャーナルと主
    軸との間に設け、該ヒータはシールパージ液が流下する
    部分を覆う円筒形の本体と、該本体とケーシングカバー
    に取付る胴部とで形成され、該本体には軸線方向の多数
    の通路を備え、それらの通路は高温のポンプ揚液の出口
    付近に開口している熱水入口を有し、前記通路の熱水出
    口は前記熱水入口よりも半径方向内方に設けられている
    ことを特徴とする高温ポンプの熱疲労防止装置。
JP2287286A 1990-10-26 1990-10-26 高温ポンプの熱疲労防止装置 Expired - Lifetime JPH0664183B2 (ja)

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