JP2915584B2

JP2915584B2 - シール組立体

Info

Publication number: JP2915584B2
Application number: JP3005290A
Authority: JP
Inventors: チャールズ・デイビッド・バイス; クリフォード・ハワード・キャンペン
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1990-01-22
Filing date: 1991-01-21
Publication date: 1999-07-05
Anticipated expiration: 2014-07-05
Also published as: KR100218021B1; DE69125861T2; ES2100928T3; US5071318A; EP0439308A1; KR910014960A; DE69125861D1; JPH04214999A; EP0439308B1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の背景】

【発明の分野】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使用される
原子炉冷却材ポンプの改良型の動的二次シール組立体に
関するものである。

【０００２】

【先行技術の説明】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。

【０００３】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℃（５５００°Ｆ）、約１７６
ｋｇ／ｃｍ^２（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。このポンプは、基本的に、下部から上部にかけて大
まかな３つの部分、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
ンプの軸（「ポンプ軸」とも称する）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。

【０００４】中間の軸シール部分は、直列に配置された
３段の機械的シール段、即ち、下部、中間部、上部の封
止装置を有している。これらの封止装置は、封止ハウジ
ング内で、ポンプ軸の上端の近傍に該ポンプ軸と同軸に
配置されている。これらの封止装置を共働させる目的
は、ポンプの通常の運転状態時に、封止ハウジングの内
部と外部との間に高い正圧（約176kg/cm²（2500psi））
の圧力バウンダリーを機械的に維持すると共に、封止ハ
ウジング内で確実にポンプ軸が自由に回転し得るように
することにある。圧力封止の大部分（約158kg/cm²（225
0psi））を受け持つ下部の封止装置は、非接触の静圧式
であり、他方、中間部及び上部の封止装置は、接触又は
摩擦による機械式である。従来から知られているポンプ
用軸封装置の代表的な例は、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4,275,891号明細書に開示されている。

【０００５】このように、原子炉冷却材ポンプは３段の
機械式シール段を備え、これらは漏水制限封止システム
を構成している。また、原子炉冷却材ポンプは、複数の
二次シールを備えている。３つの二次シール（機械式シ
ール段ごとに１つ配置されている）は、動的シールであ
る。これらの二次シールは、互いに対して軸線方向に動
作する機械式シール段の部分間にそれぞれ挿入されてい
るため、動的性質を有する。それらが封止機能を果たす
際、二次シールは、回転するポンプ軸の機械的な動きと
熱膨脹とによって内部に生じる幾らかの振動にも順応し
なければならない。

【０００６】３つの機械式シール段は全く異なった圧力
状態で作動するが、従来、ほぼ同じシール設計で３つの
動的二次シールを３つの機械式シール段に配置すること
が好まれてきた。各二次シールは、当初、対応の機械式
シール段における軸線方向に相対的に動く部分間で使用
される環状の非被覆Ｏリングであった。しかしながら、
この最初のシール設計は、異なったシール段での異なっ
た圧力により生じる様々な動的状態に順応できないため
に、３つの機械式シール段の全てにおいて適切に機能し
たわけではなかった。この後、第２のシール構造とし
て、外側の環状Ｏリングと、テフロン材製で断面がＬ字
形をした内側の環状ライナとから成るシールが採用され
た。ライナはＯリングの台座となり、各機械式シール段
における相対動作可能な部分と摺動可能に係合するよう
になっている。この第２のシール構造は、機能が向上し
たと認められるが、組立てが困難であるという問題点も
有していた。そこで、この第２のシール構造に代え、現
在も使用されている第３のシール構造が採用された。こ
の第３のシール構造も外側の環状Ｏリングを使用してい
る。しかし、第２のシール構造における断面がＬ字形を
した環状ライナに代えて、第３のシール構造では、断面
がダブルデルタ（二重三角）形をしたテフロンの環状ラ
イナを使用している。第３のシール構造は、第２のシー
ル構造の組立上の問題を解決したが、依然として第２の
シール構造と同様に、摺動境界部を有している。即ち、
この摺動境界部は、シールの劣化や漏れを引き起こし、
また、異物や埃を二次シール内に移動させる傾向があ
る。

【０００７】従って、新たな問題を生じることなく上記
問題点を解決することのできる、下部、中間部、上部の
機械式シール段に使用される動的二次シールの新たな構
成が必要とされている。

【０００８】

【発明の概要】本発明は、上述の必要性を満足させるよ
う設計された改良型動的二次シール組立体を提供する。
この動的二次シール組立体は、変形されたＬ字形断面形
状を有する環状ライナと、環状のＯリングとの組合せを
用いており、ライナ及びＯリングは、対応の機械式シー
ル段の軸線方向に可動な部分に関して配置が変更されて
いる。本発明による配置において、改良された動的二次
シールは、バイパス漏れをゼロにし、関連の機械式シー
ル段の寿命中、一定の摩擦を生じさせ、二次シールに対
して動く機械式シール段の一部分を硬質被覆する必要性
を排除することができる。本発明による配置が変更され
た改良型動的二次シールは、３つの機械式シール段全て
において充分に機能する。

【０００９】従って、本発明は、ポンプに関し、ポンプ
における環状の第１及び第２の封止部分に組み合わされ
るシール組立体を意図している。環状の第１及び第２の
封止部分は、間隙をおいて互いに径方向に隔てられ、互
いに対して並進運動ができるようになっている。封止部
分の一方は、円筒形表面を有し、他方は、前記間隙内に
開放すると共に前記円筒形表面に向いた円筒形内面を備
える溝を有している。シール組立体は、（ａ）前記他方
の封止部分における前記溝内に配置され、該溝から前記
一方の封止部分の前記円筒形表面に向かって突出してい
る環状ライナであって、前記一方の封止部分の前記円筒
形表面に対しほぼその横断方向に差し向けられた第１の
面、及び、前記一方の封止部分の前記円筒形表面に対し
てほぼ平行に差し向けられた第２の面を画成している前
記環状ライナと、（ｂ）前記一方の封止部分の前記円筒
形表面及び前記環状ライナの前記第２の面の間において
前記溝内に配置された可撓性の弾性的な環状封止部材で
あって、前記環状ライナの前記第１の面に着座可能であ
り、前記溝から突出して前記ライナを越え前記間隙を横
切って前記一方の封止部分の前記円筒形表面に接触し、
もって、前記１対の封止部分が互いに対して並進運動す
る際に、前記一方の封止部分の前記円筒形表面上で転動
すると共に、前記環状ライナの前記第１の面上を摺動す
ることができるようになってる前記環状封止部材と、を
備えている。

【００１０】より詳細に述べるならば、ライナは、前記
他方の封止部分を構成する材料よりも低摩擦の材料から
構成されている。更に、このライナは、前記他方の封止
部分の円筒形表面に対してほぼ径方向に延びライナの第
１の面を画成する径方向の第１部分と、前記他方の封止
部分の円筒形表面に対してほぼ平行に延びライナの第２
の面を画成する軸線方向の第２部分とを備えている。ラ
イナのこの第１及び第２の部分は互いに結合されてい
る。環状封止部材は弾性的材料から成るＯリングであ
る。

【００１１】本発明の上記及び他の特徴や効果を、本発
明の実施例を示す図面と関連して具体的に説明する前に
本発明に関する従来技術の構成を、図１〜図６を参照し
て説明する。

【００１２】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又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。

【００１３】

【従来の原子炉冷却材ポンプ】図面、特に図１を参照す
ると、従来一般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、蒸気発生器12と、原子炉冷却材ポンプ14とを
備え、これらは原子炉の炉心16に閉回路で直列に接続さ
れている。蒸気発生器12は、その入口プレナム20及び出
口プレナム22と連通する一次系管18を備えている。蒸気
発生器12の入口プレナム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
温の冷却材を受け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
して低温の冷却材を供給するようになっている。

【００１４】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。詳細には、
炉心16から流出する高温の冷却材は、蒸気発生器12の入
口プレナム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。従って、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
駆動する際に用いられる蒸気に変換される。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。

【００１５】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からポンプ14に流
れる冷却材の温度は、熱交換前に炉心16から蒸気発生器
１２に流れる冷却材の温度よりも相当に低く冷却される
が、それでもなお、その温度は比較的に高く、一般的に
は約288℃（550°F）である。ポンプで発生される冷却
材の圧力は、通常、約176kg/cm²（2500psi）である。

【００１６】図２及び図３に示すように、従来の原子炉
冷却材ポンプ14は、一般に、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。図示し
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電動モータに連結され
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36のインペラーが、雰囲気圧から約17
6kg/cm²（約2500psi）のカバーガス圧力で、冷却材をポ
ンプハウジング30内で貫流させる。封止ハウジング32の
外側部分は周囲の雰囲気により囲まれているので、この
加圧された冷却材は、上向きの静圧荷重をポンプ軸34に
作用させる。

【００１７】ポンプハウジング30の内部36と封止ハウジ
ング32の外部との間に約176kg/cm²（2500psi）の圧力バ
ウンダリーを維持しながら、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、直列に配置された複
数の機械式シール段、即ち下部、中間部、上部の封止装
置38、40、42が、ポンプハウジング30内に、ポンプ軸34
の回りの図２及び図３に示す部分に設けられている。圧
力封止の大部分（約158kg/cm²（2250psi））を受け持つ
下部の封止装置38は非接触の静圧式であり、他方、中間
部及び上部の封止装置40、42は接触又は摩擦による機械
式である。

【００１８】一般に、ポンプ14における各封止装置38、
40、42は、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、46、48と、封止ハウジング
32に取着された環状の封止リング50、52、54とをそれぞ
れ有している。これらの封止リングの各々は、回転しな
いように取り付けられているが、ポンプ軸34と共に回転
する対応のランナ44、46、48に対してポンプ軸34に沿っ
て並進往復運動できるようになっている。互いに対をな
すランナ44、46、48と封止リング50、52、54とは、それ
ぞれ、互いに対向する上向きの環状の端面56、58、60
と、下向きの環状の端面62、64、66とを有している。下
部の封止装置38におけるランナ44と封止リング50の環状
の対向している面56、62は、通常、互いに接しておら
ず、一般的には流体膜がその間を流れている。より詳細
に説明すると、ポンプハウジング30内での加圧流体は流
体膜の流れを生じさせ、この流体膜により、環状の対向
面56、62が互いに接触しないようになっている。中間部
の封止装置40のランナ46と封止リング52の対向面58、6
4、及び上部の封止装置42のランナ48と封止リング54の
対向面60、66は、互いに対して接触ないしは摩擦係合す
るのが一般的である。

【００１９】下部の封止装置38は通常、膜・支持モード
で作動するので、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
ペースに漏洩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、下部、中間部及び上部のシールリークオフポート
（seal leakoff port）68、70、72を備え、下部、中間
部及び上部の封止装置38、40、42から漏洩する冷却材を
処理するようになっている。

【００２０】ポンプ14のメインシールである下部の封止
装置（即ち、No.１シール）38は、その対向面56、62を
横切る方向において、約158kg/cm²（2250psi）から約2.
1kg/cm²（30psi）に冷却材の圧力降下を生じ、また、約
２〜３g/mの流量の冷却材がそこを流通する。封止装置3
8を通って漏洩した低圧の冷却材は、ポンプ軸34の回り
を上昇し、中間の封止装置40の領域に至る。中間部の封
止装置（即ち、No.２シール）40において、下部の封止
装置38からの冷却材の大部分は下部シールリークオフポ
ート68に導かれる。しかしながら、一部の冷却材は中間
部の封止装置40を通過し、その際、圧力降下が約2.1kg/
cm²（30psi）から0.21〜0.49kg/cm²（３〜７psi）で、
流量が約２g/hである漏れを生ずる。中間の封止装置40
を通って漏洩した更に低圧の冷却材は、上部の封止装置
42（即ち、No.３シール）の領域へと、ポンプ軸回りを
更に上方に流れる。上部の封止装置42において、中間部
の封止装置40から漏洩した流れの大部分が上部の封止装
置42により進路変更され、中間部のシールリークオフポ
ート70から流出する。

【００２１】

【従来の動的二次シール】３つの機械式シール段であ
る、直列に配置された下部、中間部、上部の封止装置3
8、40、42に関して、原子炉冷却材ポンプ14は、更に、
下部、中間部、上部の動的二次シール74、76、78をそれ
ぞれ具備している。この動的二次シール74、76、78は、
下部、中間部、上部の封止装置38、40、42に関連される
互いに軸線方向に相対運動する部分間に、それぞれ挿入
されている。下部及び中間部の封止装置38、40における
相対的に動作する部分は、それぞれ、下部及び中間部の
封止リング50、52の環状の下部及び中間部の支持部材8
0、82と、封止ハウジング32に取り付けられた下部及び
中間部の環状の円筒形インサート84、86である。上部の
封止装置42における相対的に動く部分は、封止ハウジン
グ32の環状の上部キャップ88と、上部の封止リング54に
取り付けられた環状の上部円筒形インサート90である。

【００２２】二次シール74、76、78の動的性質は、軸の
動きによって生じる二次シールの２つの構成要素の動き
に関連している。その１つは、振幅の狭い高周波の振動
であり、もう１つは、振幅が中位で非常に低い周波数の
振動である。二次シールにおける振幅が狭く高周波であ
る構成要素の動きは、ポンプ軸34の軸線方向の動きと、
ポンプ軸34の１回転ごとに１回生ずる軸線方向の振れと
によって生じる。他方、振幅が中位で非常に低い周波で
ある二次シール構成要素の動きは、注入温度の変化に関
連されるポンプ軸34の軸線方向の熱成長や、原子炉格納
容器ファンの循環運動等によって生じる。

【００２３】３つの機械式シール段である上部、中間
部、下部の封止装置38、40、42はそれぞれ異なった圧力
状態で作動するが、これまで３つの機械式シール段に必
要時に提供されてきた３つの動的二次シール74、76、78
の従来の各種構造は、ほぼ同じものであった。図４に示
すように、各動的二次シール74、76、78の最初の従来構
造は環状のＯリング92（80デュロメーターのもの）に過
ぎず、これが、インサート84、86、90のうちの対応のも
のにおける円筒状の外面93と摩擦係合し、また、下部、
中間部、上部の封止装置38、40、42の対応の位置で、支
持部材80、82及びキャップ88のうちの対応のものにおけ
る内面96に形成された環状のグランドないし溝94内に着
座し、かつ該溝94から内方に突出していた。

【００２４】しかし、この従来構造は、２つの理由か
ら、３つの機械式シール段の全てにおいて適切に機能し
たわけではなかった。第１の理由は、第１の機械式シー
ル段である下部の封止装置38（No.１シール）における
二次シール76が約141kg/cm²（2000psi）で作動している
という点にあった。この圧力では、Ｏリング92がグラン
ドないし溝94に完全に形状が一致してしまい、高周波の
振動を吸収できる弾性的な変形が生ぜず、その結果、Ｏ
リング92とインサート84との境界部で摩擦負荷が高くな
り融着摩耗を生じたりした。従って、この二次シールの
耐久性は不充分であった。Ｏリング92は、約3.52kg/cm²
（50psi）の中間圧力で作動する第２の機械式シール段
での中間の封止装置40（Ｎｏ．２シール）において、充
分に機能していた。第２の理由は、第３の機械式シール
段での上部封止装置42（No.３シール）におけるＯリン
グ92の機能が不充分なことであった。即ち、この第３の
シール段における約0.21kg/cm²（３psi）の低い圧力降
下によって生ずる着座力の安定性は極めて低いため、振
幅が中位の低周波の動きの場合に、Ｏリング92の摩擦抵
抗に耐えることができない。

【００２５】図５に示すように、その後の各動的二次シ
ール74、76、78の従来構造は、外側の環状のＯリング98
（同様に80デュロメーターのもの）と、環状の溝94内に
着座され該溝94から突出している内側の環状のライナ10
0との組立体であった。内側の環状ライナ100は、商標
「テフロン」として市場で入手可能な低摩擦のプラスチ
ック材から成っており、断面がＬ字形である。環状ライ
ナ100の軸線方向に延びる部分100Aと径方向に延びる部
分100Bとは、ほぼ直角に堅固に結合され、環状のＯリン
グ98を着座させている。環状のＯリング98は溝94内に着
座しており、ライナ100の径方向部分100Bは溝94内に延
びている。ライナ100の軸線方向部分100Aは、対応のイ
ンサート84、86、90における円筒状の外面93に、摺動可
能に摩擦係合する。Ｏリング98は、インサートに対しラ
イナ100を押し付けて保持するためのばね力を与えてい
る。この構造では、高圧の運転時に下部の封止装置38及
び中間部の封止装置40の位置で突出防止リングとしてラ
イナが充分機能することが認められているが、組立上の
問題を有していた。また、この構造は、結局のところ、
３つの機械式シール段の全てにおいて充分に機能してい
ないことが分かった。より詳細に説明すると、ライナ10
0がその高い引張り応力のために各インサート84、86、9
0の摩損表面に順応しないということから、バイパス漏
出が生じた。バイパス漏れと、ライナ及びインサートの
相対的な振動とにより、異物がライナとインサートとの
間の境界部に入り、その位置でその異物が引っ掛かって
摩耗による性能低下を加速した。

【００２６】更に、図６に示すように、本発明がなされ
るまで一般的に使用されていた各動的二次シール74、7
6、78の従来構造は、外側の環状Ｏリング102と、断面が
ダブルデルタ形で、好適には低摩擦のテフロン材製の内
側の環状チャンネルライナ104とから成る組立体であ
る。ライナ104のダブルデルタ形の構造は、これに先行
したＬ字形の構造に伴う組立上の問題は解決したが、な
おも摺動境界部を有しており、このため性能が低下し漏
れを起こす傾向があり、また、二次シールとインサート
との境界部に異物が混入する可能性があった。また、ダ
ブルデルタ形のチャンネルライナ104を使用すること
で、偶発的に負荷の増加を招いた。ライナ104の円弧形
の外面106と溝94の平面状の内面108との間でＯリング96
を圧縮することによって生ずる負荷は、Ｌ字形ライナ10
0の軸線方向部分100Aと溝94の平面状の内面108との間で
の圧縮により生ずる負荷よりも著しく高い。このことか
ら、中間部及び上部の封止装置40、42の位置の二次シー
ルにおいて、更に軟質のＯリングを導入することとなっ
ている。

【００２７】

【発明の実施例の詳細な説明】図７〜図１０を見ると、
本発明に従った動的二次シール７４、７６、７８の改良
構造が示されており、これは、上述の図４〜図６の動的
二次シール７４、７６、７８の従来構造から生じる問題
点を解決できる。動的二次シール７４、７６、７８の本
発明の改良構造は、３つの機械式シール段である下部、
中間部及び上部の封止装置３８、４０、４２の位置で使
用するのに適している。

【００２８】図７からわかるように、動的二次シール７
４、７６、７８の改良構造は、０リング１１０の形態を
した可撓性の変形可能な内側の環状弾性封止部材と、環
状の溝９４内に配置され該溝９４から突出している外側
の環状ライナ１１２とから成るシール組立体１０９であ
る。外側の環状ライナ１１２は、好適には、低摩擦のテ
フロンプラスチック材製で、断面がほぼＬ字形になって
いる。環状ライナ１１２の軸線方向に延びている部分１
１２Ａと径方向に延びている部分１１２Ｂとは、ほぼ直
角に結合されている。軸線方向部分１１２Ａは、インサ
ートの円筒形の外面９３にほぼ平行に配向された円筒形
の内部面１１３を画成し、他方、径方向部分１１２Ｂ
は、インサートの円筒形の外面９３に対しほぼその横断
方向に向けられた円弧形の内部面１１４を画成してい
る。この円弧形の内部面１１４は、環状Ｏリング１１０
を着座することができるクレードル（揺篭）形となって
いる。環状ライナ１１２は溝９４内に配置され、その軸
線方向部分１１２Ａが溝９４の環状の内面１０８と係合
される。環状ライナ１１２は、その径方向部分１１２Ｂ
が溝９４における径方向の平坦な下面１１６に沿って径
方向に延び，また該下面１１６から突出している。環状
のＯリング１１０は、その内側部分１１８において、対
応のインサート８４、８６、９０の円筒形外面９３と係
合する。

【００２９】図８は、３つの機械式シール段である下
部、中間部、上部の封止装置38、40、42（No.１シール
〜No.３シール）の各位置における二次シール組立体109
の組立時の状態を示している。組立時の状態では、Ｏリ
ング110は、溝94における径方向の平坦な上面120の近傍
に位置し、ライナ112の径方向部分112Bにおけるライナ1
12の円弧形の内部面114から離隔されている。ライナ112
は、溝94の径方向の下面116に載置される。

【００３０】図９は、中間部及び上部の封止装置40、42
（No.２シール、No.３シール）の各位置と、約70.4kg/c
m²（1000psi）より低圧のときの下部封止装置38の位置
とにおける二次シール組立体109の低圧作動状態を示し
ている。Ｏリング110に対する下向きの圧力は、図８の
組立状態から図９の低圧作動状態に、Ｏリング110をイ
ンサート84、86、90上で転動させる。図９の低圧作動状
態ではＯリング110は、ライナ112の円弧形ないしクレー
ドル形の内部面114に着座されている。この状態で、イ
ンサート84、86、90がＯリング110に対してディザリン
グ形の軸線方向運動を生ずると、Ｏリング110は、自己
の軸線Ａを中心にして回転し、インサート84、86、90の
外面93上で転動し、ライナ112の内部面114に対して摺動
する。これは、Ｏリング110のインサート84、86、90と
の境界部における摩擦力が、Ｏリング110のライナ112の
内部面114との境界部におけるよりもはるかに大きいた
めである。

【００３１】図１０は、約70.3kg/cm²（1000psi）より
圧力が高い場合の下部及び中間部の封止装置38、40（N
o.１シール、No.２シール）の各位置における二次シー
ル組立体109の高圧作動状態を示している。Ｏリング110
に対する下向きの更に大きな圧縮圧力は、各インサート
84、86、90と対応の部分80、82、88との間の間隙122に
Ｏリング110を押し出そうとする。しかしながら、同一
の圧縮圧力が径方向部分112Bを伸長させ、更に間隙122
を塞ぎ、Ｏリング110が押されて径方向部分112Bを越え
間隙122に入り込まないようにする。この場合もまた、
インサート84、86、90がＯリング110に対してディザリ
ング形の軸線方向運動を生じた場合、Ｏリング110は、
自己の軸線Ａを中心にして回転し、インサートの外面93
上を転動し、また、ライナ112の内部面114に対して摺動
する。

【００３２】図１１は、従来構造では、Ｏリング110の
追従性が振幅の小さな周期的（ディザリング）変位を吸
収する前に、接触力Ｆがインサート（図示しない）とラ
イナ104との間の摩擦力Frに転換されなければならない
ことを示している。即ち、チャンネルライナ104が溝の
壁面から引き離されてＯリング102のせん断変形が始ま
る前に、相当な摩擦的負荷がインサートによって供給さ
れなければならない。これに対して、図１２から分かる
ように、改良組立体109のＯリング110の配置は、振幅の
小さな高周波の動き（即ち、ディザリング）を、改良組
立体109のＯリング110とインサートとの境界部における
クーロン摩擦せん断Frではなく、弾性的なＯリング110
の周期的せん断変形によって吸収できるように、定めら
れている。

【００３３】簡単に述べると、動的二次シールのこの改
良構造は、更に以下のような特徴及び利点を提供する。（１）組立体は補修可能である。（２）Ｏリングがライナに対して摺動し、かつ、インサ
ートの表面に沿って転動することで、中位の振幅で低周
波の動きが吸収され、この転動によりインサート表面の
性能低下が防止され、少なくともNo.２シール及びNo.３
シールではインサートの硬質被覆が不要となる。（３）必然的に生じる摺動は、摩擦による性能低下を比
較的受けにくい２つの順応性部材（テフロンライナ及び
弾性的なＯリング）の間で起こる。（４）ライナ表面のクレードル形状によって高圧による
Ｏリングの形状一致変形が制限され、もって、圧力が高
圧値（約155kg/cm²（2200psi））から低圧値（約28.1kg
/cm²（400psi））に移行した場合に、Ｏリングに必要と
される変形回復時間が短縮される。（５）溝及びインサートの平坦でほぼ平行な面間でＯリ
ングが圧縮され、このことは、漏れを防止するのに充分
な接触応力が両方の面において最小の総接触力で得られ
るので、封止の見地からも更に効果的である。（６）弾性的なＯリングは、インサートの表面とで能動
的封止部材をなすので、漏れ量がゼロであることが対応
の機械的シールの全寿命中保証されており、インサート
の表面の品位低下が多少生じたとしても、比較的低弾性
係数のＯリングが品位低下した表面に順応して漏れを防
止できる。（７）漏れ量がゼロであることは、二次シールの境界部
に異物を混入させないという利益も有している。（８）高温Ｏリングが、通常の性能の低下を伴わずに、
No.１シール及びNo.２シールの両位置での動的二次シー
ル内で使用できる。

【００３４】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
及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て種々
の変更が可能であり、よって以上に述べた形態は、単に
本発明の好適な実施例に過ぎないことは明らかであろ
う。

【図面の簡単な説明】

【図１】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で
ある。

【図２】通常の原子炉冷却材ポンプの軸シール部分の一
部切欠き斜視図であり、封止ハウジング及び、該ハウジ
ング内に配置されポンプの該部分におけるポンプ軸を囲
繞する、下部、中間部、上部の封止装置を断面で示した
図である。

【図３】図２の原子炉冷却材ポンプにおける封止ハウジ
ング及び複数の封止装置の軸線方向の拡大断面図であ
る。

【図４】図３のポンプの機械式シール段において従来使
用されていた環状Ｏリングの形態をした従来の動的二次
シールの１つを示す軸線方向に沿っての拡大部分断面図
である。

【図５】図３のポンプの機械式シール段において従来使
用されていた、断面Ｌ字形の環状ライナにより着座され
た環状のＯリングの形態をした別の従来の動的二次シー
ルを示す軸線方向に沿っての拡大部分断面図である。

【図６】図３のポンプの機械式シール段において従来使
用されていた、ダブルデルタ形の環状ライナにより着座
された環状のＯリングの形態をした更に別の従来の動的
二次シールを示す軸線方向に沿っての拡大部分断面図で
ある。

【図７】本発明による改良型の動的二次シール組立体を
示す軸線方向に沿っての拡大部分断面図である。

【図８】本発明による改良型の動的二次シール組立体を
示す軸線方向に沿っての拡大部分断面図であり、組立時
の状態を示す図である。

【図９】本発明による改良型の動的二次シール組立体を
示す軸線方向に沿っての拡大部分断面図であり、No.2シ
ール及びNo.3シールにおける低圧作動時の状態を示す図
である。

【図１０】本発明による改良型の動的二次シール組立体
を示す軸線方向に沿っての拡大部分断面図であり、No.
１シールにおける高圧作動時の状態を示す図である。

【図１１】図６の従来の動的二次シール組立体を示す概
略図であり、この二次シールにおけるＯリングのせん断
変形を示す図である。

【図１２】図７の改良型の動的二次シール組立体を示す
概略図であり、この二次シールにおけるＯリングのせん
断変形を示す図である。

【符号の説明】

１４原子炉冷却材ポンプ３８，４０，４２封止装置４４，４６，４８ランナ５０，５２，５４封止リング７４，７６，７８二次シール９４溝１０８内面１０９シール組立体１１０Ｏリング（封止部材）１１２環状ライナ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者クリフォード・ハワード・キャンペンアメリカ合衆国、ペンシルベニア州、ピッツバーグ、ミクジャンキン・ロード 120 (56)参考文献実開昭62−29495（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F04D 29/10 G21D 1/04 GDP

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】間隙をおいて互いに径方向に隔てられ、
互いに対して並進運動ができるようになっている１対の
環状の封止部分であり、前記封止部分の一方が円筒形表
面を有し、他方が、前記間隙内に開放すると共に前記円
筒形表面に向いた円筒形内面を備える溝を有している前
記１対の封止部分と共に用いられるシール組立体であっ
て、（ａ）前記他方の封止部分における前記溝内に配置さ
れ、該溝から前記一方の封止部分の前記円筒形表面に向
かって突出している環状ライナであって、前記一方の封
止部分の前記円筒形表面に対しほぼその横断方向に差し
向けられた第１の面、及び、前記一方の封止部分の前記
円筒形表面に対してほぼ平行に差し向けられた第２の面
を画成している前記環状ライナと、（ｂ）前記一方の封止部分の前記円筒形表面及び前記環
状ライナの前記第２の面の間において前記溝内に配置さ
れた可撓性の弾性的な環状封止部材であって、前記環状
ライナの前記第１の面に着座可能であり、前記溝から突
出して前記ライナを越え前記間隙を横切って前記一方の
封止部分の前記円筒形表面に接触し、もって、前記１対
の封止部分が互いに対して並進運動する際に、前記一方
の封止部分の前記円筒形表面上で転動すると共に、前記
環状ライナの前記第１の面上を摺動することができるよ
うになってる前記環状封止部材と、を備えているシール組立体。