JP3597062B2

JP3597062B2 - Internal pump

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Publication number: JP3597062B2
Application number: JP34005798A
Authority: JP
Inventors: 哲也戸谷; 潤菊島; 政之上田; 洋二郎林
Original assignee: 株式会社日立インダストリイズ
Priority date: 1998-11-30
Filing date: 1998-11-30
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2018-11-30
Also published as: JP2000162361A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子炉圧力容器の底部に取り付けられ、原子炉冷却材を循環させるウェットモータ型のインターナルポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
沸騰水型原子力発電所では、原子炉内の炉心に冷却材を供給し、この冷却材が炉心において加熱され発生した蒸気をタービンに導き、発電機を駆動して発電を行う。近年、従来の沸騰水型原子炉をさらに改良したいわゆる改良型沸騰水型原子炉（以下適宜、ＡＢＷＲという）が提唱されており、このＡＢＷＲでは、原子炉内の冷却材を循環させるポンプとして原子炉圧力容器の底部に取り付けたインターナルポンプが採用されている。原子炉圧力容器内の冷却材は、圧力容器内の外周側を圧力容器側壁面に沿って下降し、圧力容器内の外周側底部近傍の周方向複数箇所に設けられたインターナルポンプへ吸い込まれた後、加圧されて吐出され、圧力容器下部の下部プレナムから上昇して炉心へと循環される。
【０００３】
インターナルポンプは、最上部に位置し回転駆動される羽根車（インペラ）と、この羽根車の下方に位置する固定案内羽根（ディフューザ）とを備えている。羽根車は、圧力容器の底面を貫通するように鉛直方向に立設された回転軸（シャフト）に固定されており、この回転軸が圧力容器外に設けられたウェットモータで駆動されることによって回転する。回転軸の下端にはスラストディスクが配置されている。
【０００４】
上記構成において、原子炉冷却材は、上方から羽根車内に流入し、羽根車で加圧された後にディフューザへと導入され、圧力回復した後にディフューザ下方へと流出する。一方このとき、ウェットモータ内を冷却するモータ冷却水は、スラストディスクが回転することにより補助インペラから吐出された後、ウェットモータのモータケーシングの内部を上昇して回転子（モータロータ）及び固定子（モータステータ）を冷却し、さらに配管を介してモータ外に配置された熱交換器に導かれて冷却される。冷却された冷却水は、配管を介して再び補助インペラへと導入される。
【０００５】
インターナルポンプは、原子力発電所の運転を左右する最も重要な設備の一つであるため、高い信頼性が要求される。また、一般に、モータ駆動電源の喪失等によるポンプ停止時においても、慣性力によってある程度の期間回転を維持し、原子炉冷却材流量の急激な減少を防止する設計が要求される。特に、近年の設備合理化の傾向に伴い、インターナルポンプの高慣性化のニーズが生じている。
【０００６】
これに対応するために、例えば、特許第２７１４０２０号公報に記載のように、回転子（モータロータ）の上部の回転軸に、ポンプ回転体の慣性モーメントを増加させるためのフライホイールを設け、これによってモータ駆動電源喪失時の回転数低下速度を極力緩やかにする構成が提唱されている。この構成によれば、フライホイールから発生する熱量をウェットモータに与えることなく、回転系の固有振動数の低下を例えば１０〜２０％程度の低減に抑えることができ、さらにポンプ回転体自身の慣性モーメントを大幅に増加できる。
【０００７】
ところで、インターナルポンプにおいては、モータの冷却性能は、モータ機能維持と共に機器としての信頼性確保の観点から特に重要となる要素である。しかし、上記従来技術によるインターナルポンプでは、フライホイールがモータ冷却水の循環に対して大きな抵抗となるため、モータ冷却水の循環流量が大幅に減少し、モータの冷却性能が低下するという課題がある。これに対しては、補助インペラの容量増加、並びに熱交換器の容量増加が考えられるが、これは設備大型化につながり得策ではない。また、フライホイール外周とモータハウジングの内周で形成される環状隙間を広くすることも考えられるが、この場合、必要な慣性モーメントを得るため、ポンプが長軸化することになり、設備大型化につながる。
【０００８】
これを解決するために、特許第２５６９１３７号公報に記載のように、フライホイールにテーパ状の通水孔を設けることにより、モータ冷却水に推力を与えて循環させる構造が提唱されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許第２５６９１３７号のインターナルポンプでは、スラストディスクに補助インペラの機能を持たせるとともにフライホイールに通水孔を設けることで、モータ冷却水の循環流量は確保できる。しかしながら、フライホイールの通水孔は、テーパ状に形成することによって冷却水に推力を与えるようになっている。すなわち、フライホイールがモータ冷却水に対しポンプの機能を果たすこととなるため、その動力が新たに必要となり、モータの容量増加による設備大型化を招く。
【００１０】
さらに、上記に加え、以下のような課題もある。
一般に、インターナルポンプには、回転中において、主に羽根車に発生する上向きの流体スラスト力と、ポンプ回転体の自重による下向きスラスト力とが同時に作用している。羽根車の流体スラスト力は回転数の増加と共に大きくなるため、ポンプ停止状態から定格運転回転数に至る昇速過程において、前述の上下方向のスラスト力が釣り合う回転数領域が存在することになる。この上下方向のスラスト力が釣り合う領域では、特にポンプの振動特性が不安定となりやすい。そのため、インターナルポンプの設計では、通常、ポンプの定格運転回転数がこの領域から大きく離れるようにする。
【００１１】
ここで、インターナルポンプにフライホイールを設けた場合、フライホイールのないインターナルポンプに比べ、フライホイール設置重量が付加される分、下向きスラスト力が増加する。そのため、上記した上下方向スラスト力の釣り合う回転数領域がポンプ定格回転数に近づく傾向となり、定格運転時におけるポンプの安定性が低下する可能性がある。但し、フライホイールに通水孔を設けない場合は、フライホイール前後の差圧に基づく上向きスラスト力の発生が期待できるため、上記の傾向は多少緩和される。しかしながら、特許第２５６９１３７号のようにフライホイールに通水孔を設けた場合、フライホイールを通過する際の圧力損失が小さくなってこの上向きのスラストが期待できないため、ポンプの安定性を確保するのが困難となる。
【００１２】
本発明の第１の目的は、インターナルポンプへのフライホイール設置に伴う上記課題を解決でき、設備の大型化を招くことなく、モータ冷却水の流量を確保できるインターナルポンプを提供することにある。
【００１３】
本発明の第２の目的は、、インターナルポンプへのフライホイール設置に伴う上記課題を解決でき、上下方向スラスト力の釣り合う回転数領域とポンプ定格回転数とを確実に遠ざけ、ポンプの安定性を確保できるインターナルポンプを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
（１）上記第１及び第２の目的を達成するために、本発明は、原子炉圧力容器の底面を貫通するように配設された回転軸と、前記原子炉圧力容器内で前記回転軸に固定された羽根車と、前記原子炉圧力容器外に設けられ前記回転軸を回転駆動するウェットモータ部と、このウェットモータ部の上下にそれぞれ設けられた上・下ラジアル軸受と、前記ウェットモータ部と前記上ラジアル軸受との間で前記回転軸に固定されたフライホイールと、前記ウェットモータ部の下方で前記回転軸に固定され上方へのモータ冷却水流れを生起する補助羽根車とを備え、前記羽根車で原子炉冷却材を加圧し前記原子炉圧力容器内を循環させるインターナルポンプにおいて、前記フライホイールに、前記モータ冷却水を循環するための複数の通水孔を前記回転軸と略平行に設け、かつ、前記複数の通水孔のうち少なくとも１つに、絞り機構を設ける。
回転軸の回転により補助羽根車で生起されたモータ冷却水流れは、補助羽根車の上方にあるウェットモータ部に導かれてこれを冷却し、さらにその上方に位置するフライホイールの複数の通水孔を介しフライホイールの上方へ抜け、モータ冷却水冷却系へと循環される。このとき、フライホイールの通水孔を回転軸と略平行に設けることにより、通水孔をテーパ状に設ける従来構造のようにフライホイールがモータ冷却水に対し推力を作用させることはなく、したがって、モータの容量増加を抑えることができる。モータ冷却水の循環は主として補助羽根車によって生起されており、回転軸と略平行な当該通水孔の大きさや設置個数を適宜調整することにより、設備の大型化を招くことなく、モータ冷却水の流量を確保することができる。
また、以下の作用を奏する。すなわち、インターナルポンプにフライホイールを設けた場合、フライホイールのないインターナルポンプに比べ、フライホイール設置重量が付加され分、下向きスラスト力が増加する。そのため、上下方向スラスト力の釣り合う回転数領域がポンプ定格回転数に近づく傾向となり、定格運転時におけるポンプの安定性が低下する可能性がある。ここで、フライホイールに通水孔を設けない場合は、フライホイール前後の差圧に基づく上向きスラスト力の発生が期待できるため、上記の傾向は多少緩和されるが、モータ冷却水流量確保のため、フライホイールに通水孔を設ける場合、フライホイールを通過する際の圧力損失が小さくなってこの上向きのスラストがあまり期待できない。
そこで、本発明においては、フライホイールに設けた通水孔に絞りを設けることにより、通水孔の設置効果による冷却水の循環流量の確保と同時に、フライホイールに差圧を生じさせて上向きのスラスト力を得ることができ、フライホイールに生じる上下スラスト力のバランスを適宜調整することが可能となる。例えば、モータ冷却水の循環流量を必要最小限に抑える絞りに設定することで、フライホイールによる上向きスラスト力の効果を最大限に活かすことができ、逆に、フライホイールによる上向きスラスト力の効果を必要最小限に抑えることにより、冷却水の循環流量を最大限に確保するといった調整が可能となる。すなわち、モータ冷却水の循環流量、スラスト特性を運転状態に応じて最適なバランスに調整することが可能である。これにより、上下方向スラスト力の釣り合う回転数領域を例えばポンプの定格回転数に対し所定の割合に調整することができ、ポンプ定格回転数に対し確実に遠ざけることができるので、ポンプの安定性を確保することができる。
【００１６】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記絞り機構を着脱可能に設ける。
【００１７】
（３）上記（１）において、また好ましくは、前記フライホイール外周部に形成される隙間に、減圧機構を設ける。これにより、フライホイールにおいて生じる前後差圧をさらに大きくでき、より効果的に上向きスラスト力を得ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照し、説明する。まず、本発明の基本構成を図１〜図６により説明する。図１は、本基本構成によるインターナルポンプの全体構造を表す縦断面図であり、図２（ａ）及び（ｂ）は図１中のフライホイール（後述）の詳細構造を表す上面図及び縦断面図である。これら図１及び図２において、本基本構成によるインターナルポンプは、水力部３と、水力部３を駆動するウェットモータ部４と、ウェットモータ部４を内包るモータケーシング２とからなり、原子炉圧力容器１の外壁側底部に複数台配置される。
【００１９】
水力部３は、ポンプシャフト５に取付けられ、原子炉圧力容器１の内部に配置された羽根車（インペラ）６と、同じく原子炉圧力容器１の内部に設置されるディフューザ７とにより構成されている。
【００２０】
ウェットモータ部４は、ポンプシャフト５に嵌め込まれたモータシャフト８に取り付けられた回転子（モータロータ）１０ａと、モータハウジング９に取り付けられた固定子（モータステータ）１０ｂとから構成されている。
【００２１】
モータシャフト８の下端には、スラストディスク１１ａとスラストディスク１１ａに一体に形成された補助インペラ１１ｂがボルト１９により連結され、さらにスラストディスク１１ａの下部に逆転防止装置１２が設けられている。
【００２２】
インペラ６、ポンプシャフト５、モータシャフト８、モータロータ１０ａ、スラストディスク１１ａ、及び補助インペラ１１ｂにより構成されるポンプ回転体は、モータ部４直上の上部ラジアル軸受１３ａ、モータ部４直下の下部ラジアル軸受１３ｂ、上部スラスト軸受１４ａ、及び下部スラスト軸受１４ｂにより支持されている。また、このポンプ回転体の慣性モーメントを増加させ、モータ駆動電源断時の回転数低下速度を緩やかにすることを目的として、モータロータ１０ａの上部と上部ラジアル軸受１３ａとの間のモータシャフト８には、フライホイール２０が設けられている。そしてこのフライホイール２０には、モータ冷却水の通水孔として、複数個の穴２０ａがモータシャフト８と略平行に設けられている。
【００２３】
フライホイール２０は、図２に詳細に図示するように、円形の通水孔２０ａを円周上に等分配置している。またフライホイール２０は、図１におけるモータロータ１０ａと上部ラジアル軸受１３ａ間にて形成される配置スペースで効率的に慣性モーメントを大きくできるように、外周側上下に段付部２０Ｕ，２０Ｌが設けられている。そして、通水孔２０ａは、図２のように、これら段付部２０Ｕ，２０Ｌを貫通するように通水孔を設けている。これにより、通水孔２０ａの寸法を比較的大きくでき、また数を増やすことができることから通水面積を大きくできるようになっている。
【００２４】
ポンプ運転時、モータ冷却水は、スラストディスク１１ａが回転することにより補助インペラ１１ｂから吐出され、モータケーシング２の内部を上昇し、ウエットモータ部４を冷却する。ウエットモータ部４を冷却した後、フライホイール２０に設けた通水孔２０ａとフライホイール２０の外周とモータハウジング９の内周により形成される隙間とを通り、モータ上部室１５へと到達する。その後、モータ上部室１５より配管１６を通り、熱交換器１７により冷却されたのち、配管１８を介して、再び補助インペラ１１ｂに入る。
【００２５】
次に、本基本構成の作用を説明する。
【００２６】
（１）通水孔設置によるモータ冷却水流量確保
この作用を説明するための第１の比較例によるインターナルポンプを図３に、第２の比較例によるインターナルポンプを図４に示す。図３に示すインターナルポンプは、図１に示す本基本構成のインターナルポンプからフライホイール２０を取り去った構造である。また図４に示すインターナルポンプは、図１に示すインターナルポンプにおいて、フライホイール２０の通水孔２０ａをなくした構造であり、ほぼ、特許第2714020号公報に記載のインターナルポンプに相当するものである。各比較例において、図１に示す本基本構成と同一の部材には同一の符号を付している。
【００２７】
本基本構成によるモータ冷却水の循環特性をそれら第１及び第２の比較例と比較して示した概念図を図５に示す。図５は、横軸にモータ冷却水の循環流量Ｑ、縦軸に差圧Ｈをとって表したものであり、補助インペラ特性Ｓは、補助インペラ１１ｂのポンプ定格運転時における補助インペラ入口（各図中点Ａ）・出口（各図中点Ｂ）間における差圧特性を示しており、ケーシング内圧力損失特性Ｒ1〜Ｒ2は、補助インペラ出口（各図中点Ｂ）から出たモータ冷却水がモータケーシング２内を上方へ流れモータ上部室１５から配管１６へ流出した位置（各図中点Ｃ）までの圧力損失特性を示している。
【００２８】
また、圧力損失特性Ｒ1〜Ｒ3のうち、Ｒ1は、フライホイール２０を有しない第１の比較例（図３）によるインターナルポンプのポンプ定格運転時におけるポンプ定格運転時における圧力損失特性を示しており、Ｒ2は、同様に通水孔２０ａのないフライホイール２０を備えた第１の比較例（図４）によるインターナルポンプの圧力損失特性を示しており、Ｒ3が本基本構成によるインターナルポンプの圧力損失特性を示している。補助インペラ特性Ｓは、第１の比較例、第２の比較例、及び本基本構成ともに同一構造であることから共通となる。
【００２９】
図５において、第１の比較例のインターナルポンプにおけるポンプ定格運転時の運転点は、補助インペラ特性Ｓと圧力損失特性Ｒ１との交点Ｐ１となる。したがって、ポンプ定格運転時におけるモータ冷却水循環流量は、図５中の流量Ｑ１となる。
【００３０】
ここで、モータ駆動電源断時の回転数低下速度を緩やかにすることを目的として、慣性モーメントを増加するために第２の比較例のようにモータロータ１０ａ上部と上部ラジアル軸受１３ａの間にフライホイール２０を単純に追加設置した場合、上記圧力損失特性Ｒ１に比べてモータ冷却水循環経路の圧力損失が増加してＲ２の特性となるため、ポンプ定格運転時における運転点は交点Ｐ２となり、モータ冷却水循環流量は流量Ｑ３に減少してしまうことになる。
【００３１】
これに対し、本基本構成においては、フライホイール２０に通水孔２０ａを設置してモータ冷却水の循環流路を確保することにより、上記圧力損失特性Ｒ2に比べてモータ冷却水循環経路の圧力損失を低減したＲ3の特性となり、ポンプ定格運転時における運転点は交点Ｐ3となり、モータ冷却水循環流量は流量Ｑ2よりは増加させＱ3とすることができる。すなわち、モータ冷却水循環流量の減少を抑制して循環流量を確保しつつ、ポンプ回転体の慣性モーメントを増加してモータ駆動電源断時の回転数低下速度を緩やかにすることができる。
【００３２】
（２）通水孔の軸並行配置による動力低減作用
特許第2569137号に開示の従来構造のインターナルポンプでは、本基本構成のインターナルポンプ同様、スラストディスクに補助インペラの機能を持たせるとともにフライホイールに通水孔を設けることで、モータ冷却水の循環流量は確保できる。しかし、フライホイールの通水孔がテーパ状に形成され、これによって冷却水に対し推力を与えるようになっている。すなわち、フライホイールがモータ冷却水に対しポンプの機能を果たすこととなるため、その動力が新たに必要となり、その分、モータの容量増加による設備大型化を招く。
【００３３】
これに対し、本基本構成のインターナルポンプでは、フライホイール２０の通水孔をモータシャフト８と平行に設けることにより、上記のようにフライホイールがモータ冷却水に対し推力を作用させることはない。したがって、モータの容量増加による設備大型化を防止できる。上記従来構造でも本基本構成でもモータ冷却水の循環は主として補助インペラによって生起されており、本基本構成では、当該通水孔２０ａの大きさや設置個数を適宜調整することで、必要なモータ冷却水の流量を確保することができる。
【００３４】
なお、フライホイール２０の通水孔２０ａは、製作性の観点から図２に示すように同一寸法の円形孔を円周上に等分配置するのが好ましいが、必ずしもそれに限られるものではなく、モータ冷却水の流動状況に対応して数種類の寸法のものを設置したり、不均等に配置したりしてもよい。また、同一寸法の通水孔を等分配置する場合であっても、図２の配置に限られるものではなく、例えば図６に示すように、フライホイール２０の内周側に段付部２０Ｕ，２０Ｌを避けて通水孔２０ａを設けてもよい。この場合、通水孔を設けることによる慣性モーメントの低下を抑制できるという効果もある。
【００３５】
次に、本発明の第１の実施形態を図７〜図１０により説明する。本実施形態は、フライホイールに設けた通水孔に絞り機構を設けた実施形態である。基本構成と同等の部材には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００３６】
本実施形態の要部であるフライホイール２０周辺構造の詳細縦断面図を図７に示す。この図７に示すように、本実施形態では、フライホイール２０の通水孔２０ａの下端に絞り機構２０ｂを設けたものである。なお、絞り機構２０ｂの位置は、フライホイール２０の下端、又は上端が加工性、作業性の点で有利であるが、減圧効果の観点では上記による必然性はなく、フライホイール２０の中間部でもよいことは言うまでもない。その他の構造は基本構成と同様である。
【００３７】
本実施形態においては、上記基本構成と同様の効果に加え、以下のような効果を奏する。
【００３８】
図８は、インターナルポンプに生じるスラスト力の定性的挙動を表すものであり、縦軸に発生するスラスト力（上下方向のスラスト力が釣り合う時を基準値０とし、上向きスラスト力をプラス、下向きスラスト力をマイナスとして表示）、横軸にポンプ回転数Ｎをとって表している。
一般に、インターナルポンプには、回転中においては、主に羽根車（インペラ）に発生する上向きの流体スラスト力と、ポンプ回転体の自重による下向きスラスト力とが同時に作用している。羽根車の流体スラスト力は回転数Ｎの増加と共に大きくなるため、図８に示すように、ポンプ停止状態から定格運転回転数Ｎ０に至る昇速過程において、前述の上下方向のスラスト力が釣り合う回転数Ｎｅが存在することになる。この回転数Ｎｅでは、特にポンプの振動特性が不安定となりやすい。そのため、インターナルポンプの設計では、通常、回転数Ｎｅはそのポンプの定格運転回転数Ｎ０から大きく離れるようにする。すなわち、図８中の特性線アは、フライホイールを設けない従来構造のインターナルポンプの特性を示しており、上下スラスト力が釣り合う回転数Ｎｅ１が、ポンプの定格回転数Ｎ０よりも十分小さくなるように設計されている。
【００３９】
ここで、インターナルポンプにフライホイールを設けた場合を想定すると、フライホイールのないインターナルポンプに比べ、フライホイール設置重量が付加され分、下向きスラスト力が増加することとなる。そのため、図８中の特性線イのような特性となり、上記した上下方向スラスト力の釣り合う回転数がＮｅ２となってポンプ定格回転数Ｎ０に近づく傾向となり、定格運転時におけるポンプの安定性が低下することとなる。
【００４０】
但し、フライホイールに通水孔を設けない場合は、フライホイール前後の差圧に基づく上向きスラスト力の発生が期待できるため、図８中の特性線イ′に示すように上記の傾向は多少緩和されている。しかしながら、特許第２５６９１３７号のインターナルポンプのようにフライホイールに通水孔を設ける場合、フライホイールを通過する際の圧力損失が非常に小さくなってこの上向きのスラストが期待できないため、上記した特性線イに近い特性となり、ポンプの安定性を確保するのが困難となる。
そこで、本実施形態においては、フライホイール２０の通水孔２０ａに絞り機構２０ｂを設けることにより、通水孔２０ａの設置効果による冷却水の循環流量の確保と同時に、フライホイール２０前後に差圧を生じさせて上向きのスラスト力を得ることができ、図８中の特性線ウに示すように特性を変化させ、上下方向スラスト力の釣り合う回転数を例えばＮｅ１側のＮ３に戻してポンプ定格回転数Ｎ０から確実に遠ざけ、定格運転時におけるポンプの安定性を確保することができる。
【００４１】
そしてまた、ポンプの各種寸法や仕様態様等に応じ、フライホイール２０に生じる上下スラスト力のバランスを適宜調整することが可能となる。例えば、モータ冷却水の循環流量を必要最小限に抑える絞りに設定することで、フライホイールによる上向きスラスト力の効果を最大限に活かすことができ、逆に、フライホイールによる上向きスラスト力の効果を必要最小限に抑えることにより、冷却水の循環流量を最大限に確保することも可能となる。すなわち、モータ冷却水の循環流量、上下方向のスラスト特性、定格運転時の上向きスラスト力の発生挙動等の観点から、インターナルポンプのスラスト特性を運転状態に応じて最適なバランスに調整することが可能である。さらに、絞り機構２０ｂは、一度通水孔２０ａに形成した後にも、事後のさらなる設計変更（流路拡大・縮小）を容易に行えるといというメリットもある。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態によれば、基本構成と同様の効果に加え、上下方向スラスト力の釣り合う回転数領域とポンプ定格回転数とを確実に遠ざけ、ポンプの安定性を確保できるという効果がある。
【００４３】
なお、図８を用いて上述したように上下方向スラスト力の釣り合う回転数Ｎeとポンプ定格回転数Ｎ0とを遠ざけるための他の方策として、スラストディスク１１ａに差圧を発生させるためのシール装置を設け、上下スラスト力の調整を行うことも考えられるなくもない。すなわち例えば、スラストディスク１１ａ外周の補助インペラ１１ｂ出口孔より上部の通水路にシールリングを設け、このシールリングを用いて減圧を行えば、スラストディスク１１ａに上向きスラスト力を発生させることが可能である。しかしながらこの場合、補助インペラ１１ｂの全吐出量に対してウェットモータ部４側に循環する冷却水流量の比率が低くなり、その結果、モータ冷却水の循環流量の減少を招くという課題を生じる。これに対し、上記第１の実施形態の構成によれば、このような課題を生じることもなく、モータ冷却水循環流量を確保しつつ、ポンプの安定性を確保できる。
【００４４】
なお、上記第１の実施形態においては、通水孔２０ａに対して絞り機構２０ｂを直接形成したが、これに限られず、例えば図９に示すように、フライホイール２０に設けられた通水孔２０ａにネジ部を設け、絞り機構２０ｂのみを取り外せる構造にしてもよい。この場合、絞り寸法をさらに容易に調整できるという効果がある。
【００４５】
本発明の第２の実施形態を図１０により説明する。本実施形態は、絞り機構に加え減圧機構を設けた場合の実施形態である。基本構成及び第１の実施形態と同等の部材には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００４６】
本実施形態の要部であるフライホイール２０周辺構造の詳細縦断面図を図１０に示す。この図１０に示すように、本実施形態では、図７に示す第２の実施形態のインターナルポンプにおいて、フライホイール２０の外周側とモータハウジング９の内周側で形成される環状隙間２２に減圧機構２１を設けたものである。減圧機構２１は、モータハウジング９内周に取り付けられ、その減圧機構２１の内周とフライホイール２０の外周との間で形成される隙間２３は、フライホイール２０の外周とモータハウジング９の内周側で形成される環状隙間２２よりも狭い構造となっている。
なお、この減圧機構２１の設置位置は、フライホイール２０の上端側、下端側、及び中間部のどこでもよい。但し、上部ラジアル軸受１３ａに近いフライホイール２０の上端側の方が、運転時の回転体のたわみが小さく、モータハウジング９の内周側で形成される隙間を小さく設定でき、高い減圧効果を得ることができる。また、組立作業性も有利となる。
【００４７】
その他の構造は、第１の実施形態とほぼ同様である。
【００４８】
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果に加え、減圧機構２１の減圧効果によってフライホイール２０の前後差圧を大きくでき、より効果的に上向きスラスト力が得られるという効果がある。
【００４９】
なお、上記した出願時請求項に記載の発明には含まれないが、上記第２の実施形態による減圧機構２１を、例えば特許第2569137号公報に記載の従来構造に組み合わせることも可能であり、この場合も、フライホイールに生じる上向きスラストの拡大効果が得られる。すなわち例えば、図１１のように、テーパ状の通水孔２０ａを設けたフライホイール２０に減圧機構２１を設けることにより、フライホイール２０に生じるスラスト力を調整することも可能である。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、フライホイール設置に伴うモータ冷却水流量の減少を抑えることができ、設備の大型化を講じることなくモータ冷却水流量を確保できる。
また、上下方向スラスト力の釣り合う回転数領域とポンプ定格回転数とを確実に遠ざけ、ポンプの安定性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本構成によるインターナルポンプの全体構造を表す縦断面図である。
【図２】図１中のフライホイールの詳細構造を表す上面図及び縦断面図である。
【図３】第１の比較例によるインターナルポンプの構造を表す縦断面図である。
【図４】第２の比較例によるインターナルポンプの構造を表す縦断面図である。
【図５】図１のインターナルポンプにおけるモータ冷却水の循環特性を第１及び第２の比較例と比較して示した概念図である。
【図６】通水孔の配置に関する変形例を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態の要部であるフライホイール周辺構造の詳細縦断面図である。
【図８】インターナルポンプに生じるスラスト力の定性的挙動を表す図である。
【図９】絞り機構を着脱構造とした変形例を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態の要部であるフライホイール周辺構造の詳細縦断面図である。
【図１１】減圧機構を従来構造に組み合わせた場合を示す図である。
【符号の説明】
１原子炉圧力容器
４ウエットモータ部
５ポンプシャフト（回転軸）
６インペラ（羽根車）
８モ−タシャフト
９モータハウジング
１１ｂ補助インペラ（補助羽根車）
１３ａ上部ラジアル軸受
１３ｂ下部ラジアル軸受
２０フライホイール
２０ａ通水孔
２０ｂ絞り機構
２１減圧機構[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a wet motor type internal pump mounted on the bottom of a reactor pressure vessel and circulating reactor coolant.
[0002]
[Prior art]
In a boiling water nuclear power plant, a coolant is supplied to a core in a nuclear reactor, the coolant is heated in the reactor core, steam generated is guided to a turbine, and a generator is driven to generate power. 2. Description of the Related Art In recent years, a so-called improved boiling water reactor (hereinafter, appropriately referred to as ABWR), which is a further improvement of a conventional boiling water reactor, has been proposed. In this ABWR, a pump as a pump for circulating a coolant in the reactor is used as an atomizer. An internal pump attached to the bottom of the furnace pressure vessel is employed. The coolant in the reactor pressure vessel descends on the outer peripheral side in the pressure vessel along the side wall surface of the pressure vessel, and is sucked into internal pumps provided at a plurality of circumferential positions near the outer peripheral bottom in the pressure vessel. Then, it is pressurized and discharged, rises from the lower plenum below the pressure vessel, and is circulated to the core.
[0003]
The internal pump includes an impeller (impeller) positioned at the uppermost position and driven to rotate, and a fixed guide blade (diffuser) positioned below the impeller. The impeller is fixed to a rotating shaft (shaft) that stands vertically so as to penetrate the bottom surface of the pressure vessel, and the rotating shaft is driven by a wet motor provided outside the pressure vessel. Rotate. A thrust disk is arranged at the lower end of the rotating shaft.
[0004]
In the above configuration, the reactor coolant flows into the impeller from above, is introduced into the diffuser after being pressurized by the impeller, and flows out below the diffuser after the pressure is restored. On the other hand, at this time, the motor cooling water for cooling the inside of the wet motor is discharged from the auxiliary impeller by the rotation of the thrust disk, and then rises inside the motor casing of the wet motor to rotate the rotor (motor rotor) and the stator ( The motor stator) is cooled, and further guided to a heat exchanger disposed outside the motor via a pipe to be cooled. The cooled cooling water is again introduced into the auxiliary impeller via the pipe.
[0005]
Since the internal pump is one of the most important facilities that affect the operation of a nuclear power plant, high reliability is required. Further, in general, even when the pump is stopped due to a loss of the motor drive power, a design is required to maintain the rotation for a certain period of time by the inertial force and to prevent a rapid decrease in the flow rate of the reactor coolant. In particular, with the recent trend of equipment rationalization, there is a need for increasing the inertia of the internal pump.
[0006]
To cope with this, for example, as described in Japanese Patent No. 2714020, a flywheel for increasing the moment of inertia of the pump rotor is provided on the rotating shaft on the upper part of the rotor (motor rotor). A configuration has been proposed in which the rotation speed reduction speed when the motor drive power supply is lost is made as slow as possible. According to this configuration, the decrease in the natural frequency of the rotating system can be suppressed to, for example, about 10 to 20% without giving the amount of heat generated from the flywheel to the wet motor, and the inertia of the pump rotor itself is further reduced. Moment can be greatly increased.
[0007]
By the way, in the internal pump, the cooling performance of the motor is a particularly important factor from the viewpoint of maintaining the motor function and ensuring the reliability of the device. However, in the above-described internal pump according to the related art, since the flywheel has a large resistance to the circulation of the motor cooling water, there is a problem that the circulation flow rate of the motor cooling water is greatly reduced and the cooling performance of the motor is reduced. is there. To cope with this, an increase in the capacity of the auxiliary impeller and an increase in the capacity of the heat exchanger can be considered, but this is not a measure that leads to an increase in the size of the equipment. It is also conceivable to widen the annular gap formed between the outer circumference of the flywheel and the inner circumference of the motor housing. In this case, however, the pump becomes longer to obtain the required moment of inertia, and the equipment becomes larger. Leads to.
[0008]
In order to solve this problem, as disclosed in Japanese Patent No. 2569137, a structure is proposed in which a flywheel is provided with a tapered water passage hole to apply thrust to the motor cooling water to circulate the motor cooling water.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In the internal pump disclosed in Japanese Patent No. 2569137, the circulation flow rate of the motor cooling water can be ensured by providing the thrust disk with the function of an auxiliary impeller and providing the flywheel with a water passage hole. However, the water holes of the flywheel are formed in a tapered shape so as to apply thrust to the cooling water. That is, since the flywheel performs the function of a pump for the motor cooling water, its power is newly required, and the equipment capacity is increased due to an increase in the motor capacity.
[0010]
Further, in addition to the above, there are the following problems.
Generally, during rotation, an upward fluid thrust force mainly generated in the impeller and a downward thrust force due to the weight of the pump rotating body simultaneously act on the internal pump. Since the fluid thrust force of the impeller increases as the rotation speed increases, there is a rotation speed region where the above-described vertical thrust force is balanced in the speed-up process from the pump stopped state to the rated operation rotation speed. In a region where the vertical thrust force is balanced, the vibration characteristics of the pump particularly tend to be unstable. For this reason, in the design of the internal pump, the rated operating speed of the pump is usually set far away from this region.
[0011]
Here, when the flywheel is provided in the internal pump, the downward thrust force increases by the additional weight of the flywheel installation compared to the internal pump without the flywheel. Therefore, the rotation speed region where the above-mentioned vertical thrust force is balanced tends to approach the pump rated rotation speed, and there is a possibility that the stability of the pump during the rated operation is reduced. However, when no water hole is provided in the flywheel, the above tendency is somewhat alleviated because an upward thrust force can be expected based on the differential pressure across the flywheel. However, when a water hole is provided in a flywheel as disclosed in Japanese Patent No. 2569137, the pressure loss when passing through the flywheel becomes small, and this upward thrust cannot be expected.It is difficult to ensure the stability of the pump.
[0012]
A first object of the present invention is to provide an internal pump that can solve the above-mentioned problems associated with the installation of a flywheel on an internal pump and that can secure the flow rate of motor cooling water without increasing the size of equipment. is there.
[0013]
A second object of the present invention is to solve the above-mentioned problems associated with the installation of a flywheel on an internal pump, and to reliably move the rotation speed region where the vertical thrust force is balanced and the pump rated rotation speed away from each other, thereby improving pump stability. It is to provide an internal pump which can secure the internal pump.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
(1In order to achieve the first and second objects, the present invention provides a rotating shaft disposed so as to penetrate a bottom surface of a reactor pressure vessel, and fixed to the rotating shaft in the reactor pressure vessel. The impeller, and a wet motor unit provided outside the reactor pressure vessel and rotatably driving the rotating shaft, upper and lower radial bearings provided above and below the wet motor unit, and the wet motor unit, A flywheel fixed to the rotating shaft between the upper radial bearing, and an auxiliary impeller fixed to the rotating shaft below the wet motor unit and generating an upward motor cooling water flow, In an internal pump that pressurizes a reactor coolant with an impeller and circulates through the reactor pressure vessel, the flywheel has a plurality of water holes for circulating the motor coolant with the rotating shaft. Provided parallel to, and at least one of the plurality of water-passing holes, provided a stop mechanism.
The motor cooling water flow generated by the auxiliary impeller due to the rotation of the rotating shaft is guided to a wet motor section above the auxiliary impeller to cool it, and furthermore, a plurality of water flows through a flywheel located above the auxiliary impeller. The air passes through the hole and rises above the flywheel, and is circulated to the motor cooling water cooling system. At this time, by providing the water holes of the flywheel substantially parallel to the rotation axis, the flywheel does not exert a thrust on the motor cooling water unlike the conventional structure in which the water holes are tapered. Thus, an increase in the capacity of the motor can be suppressed. The circulation of the motor cooling water is mainly generated by the auxiliary impeller, and by appropriately adjusting the size and the number of the water holes substantially parallel to the rotation axis, the motor cooling water can be increased without increasing the size of the equipment. Flow rate can be secured.
In addition, the following operation is achieved. That is, when the internal pump is provided with a flywheel, the downward thrust force is increased by the additional weight of the flywheel installation as compared with the internal pump without the flywheel. Therefore, the rotation speed region where the vertical thrust force is balanced tends to approach the pump rated rotation speed, and there is a possibility that the stability of the pump during rated operation is reduced. Here, when the water hole is not provided in the flywheel, since the upward thrust force based on the pressure difference before and after the flywheel can be expected, the above tendency is somewhat alleviated. In the case where a water hole is provided in the flywheel, the pressure loss when passing through the flywheel becomes small, and this upward thrust cannot be expected much.
Therefore, in the present invention, by providing a throttle in the water passage hole provided in the flywheel, at the same time as securing the circulation flow rate of the cooling water due to the installation effect of the water passage hole, the differential pressure is generated in the flywheel and A thrust force can be obtained, and the balance of the vertical thrust force generated in the flywheel can be adjusted as appropriate. For example, by setting the throttle to minimize the circulating flow rate of motor cooling water to the minimum necessary, the effect of the upward thrust force by the flywheel can be maximized, and conversely, the effect of the upward thrust force by the flywheel can be reduced. By minimizing it to the necessary minimum, it is possible to make adjustments to ensure the maximum circulating flow rate of the cooling water. That is, it is possible to adjust the circulation flow rate and the thrust characteristic of the motor cooling water to an optimal balance according to the operation state. Thereby, the rotational speed region where the vertical thrust force is balanced can be adjusted at a predetermined ratio with respect to the rated rotational speed of the pump, for example, and can be reliably moved away from the rated rotational speed of the pump. Can be secured.
[0016]
(2)the above(1In), preferably, the aperture mechanism is detachably provided.
[0017]
(3)the above(1In) and preferably, a pressure reducing mechanism is provided in a gap formed in the outer peripheral portion of the flywheel. As a result, the front-rear differential pressure generated in the flywheel can be further increased, and an upward thrust force can be more effectively obtained.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the present inventionBasic configurationWill be described with reference to FIGS. Figure 1 is a bookBasic configuration2A and 2B are a top view and a longitudinal sectional view, respectively, showing a detailed structure of a flywheel (described later) in FIG. 1. In FIG. 1 and FIG.Basic configurationIs composed of a hydraulic unit 3, a wet motor unit 4 for driving the hydraulic unit 3, and a motor casing 2 including the wet motor unit 4, and a plurality of the internal pumps are arranged on the outer wall side bottom of the reactor pressure vessel 1. Is done.
[0019]
The hydraulic section 3 is mounted on a pump shaft 5 and includes an impeller 6 arranged inside the reactor pressure vessel 1 and a diffuser 7 also installed inside the reactor pressure vessel 1. I have.
[0020]
The wet motor unit 4 includes a rotor (motor rotor) 10 a attached to a motor shaft 8 fitted on the pump shaft 5, and a stator (motor stator) 10 b attached to a motor housing 9.
[0021]
At the lower end of the motor shaft 8, a thrust disk 11a and an auxiliary impeller 11b formed integrally with the thrust disk 11a are connected by bolts 19, and a reverse rotation preventing device 12 is provided below the thrust disk 11a.
[0022]
A pump rotating body composed of the impeller 6, the pump shaft 5, the motor shaft 8, the motor rotor 10a, the thrust disk 11a, and the auxiliary impeller 11b includes an upper radial bearing 13a immediately above the motor unit 4 and a lower radial bearing 13b immediately below the motor unit 4. , Upper thrust bearing 14a and lower thrust bearing 14b. The motor shaft 8 between the upper part of the motor rotor 10a and the upper radial bearing 13a is provided for the purpose of increasing the moment of inertia of the pump rotating body and slowing down the rotation speed when the motor drive power is turned off. , A flywheel 20 are provided. The flywheel 20 is provided with a plurality of holes 20a substantially parallel to the motor shaft 8 as water holes for motor cooling water.
[0023]
As shown in detail in FIG. 2, the flywheel 20 has circular water holes 20 a equally arranged on the circumference. Also, the flywheel 20 is provided with stepped portions 20U and 20L on the upper and lower sides on the outer peripheral side so that the moment of inertia can be efficiently increased in an arrangement space formed between the motor rotor 10a and the upper radial bearing 13a in FIG. I have. The water passage hole 20a is provided with a water passage hole so as to penetrate these stepped portions 20U and 20L as shown in FIG. Thus, the size of the water passage hole 20a can be relatively large, and the number thereof can be increased, so that the water passage area can be increased.
[0024]
During the operation of the pump, the motor cooling water is discharged from the auxiliary impeller 11b by the rotation of the thrust disk 11a, rises inside the motor casing 2, and cools the wet motor unit 4. After cooling the wet motor portion 4, the wet motor portion 4 reaches the motor upper chamber 15 through a water passage hole 20 a provided in the flywheel 20 and a gap formed by the outer periphery of the flywheel 20 and the inner periphery of the motor housing 9. Then, after passing through the pipe 16 from the motor upper chamber 15 and being cooled by the heat exchanger 17, it again enters the auxiliary impeller 11 b via the pipe 18.
[0025]
Next, the bookBasic configurationThe operation of will be described.
[0026]
(1) Ensuring the flow rate of motor cooling water by installing water holes
FIG. 3 shows an internal pump according to a first comparative example, and FIG. 4 shows an internal pump according to a second comparative example, for explaining this effect. The internal pump shown in FIG.Basic configurationThis is a structure in which the flywheel 20 is removed from the internal pump. The internal pump shown in FIG. 4 has a structure in which the water hole 20a of the flywheel 20 is eliminated from the internal pump shown in FIG. 1, and substantially corresponds to the internal pump described in Japanese Patent No. 2714020. Things. In each comparative example, the book shown in FIG.Basic configurationThe same members as those described above are denoted by the same reference numerals.
[0027]
BookBasic configurationFIG. 5 is a conceptual diagram showing the circulation characteristics of the motor cooling water according to the first and second comparative examples. FIG. 5 shows the circulating flow rate Q of the motor cooling water on the horizontal axis and the differential pressure H on the vertical axis. The auxiliary impeller characteristic S indicates the auxiliary impeller inlet (each The pressure difference characteristics between the point A in the figure and the outlet (point B in each figure) are shown. The pressure loss characteristics R1 to R2 in the casing are the motor cooling water flowing out of the auxiliary impeller outlet (point B in each figure). Shows the pressure loss characteristics up to the position (point C in each drawing) where the gas flows upward in the motor casing 2 and flows out of the motor upper chamber 15 to the pipe 16.
[0028]
Further, among the pressure loss characteristics R1 to R3, R1 indicates the pressure loss characteristic at the time of the rated pump operation of the internal pump according to the first comparative example (FIG. 3) having no flywheel 20. R2 indicates the pressure loss characteristic of the internal pump according to the first comparative example (FIG. 4) similarly provided with the flywheel 20 having no water hole 20a, and R3 indicates the pressure loss characteristic.Basic configuration3 shows the pressure loss characteristics of the internal pump. The auxiliary impeller characteristic S is calculated according to the first comparative example, the second comparative example,Basic configurationSince both have the same structure, they are common.
[0029]
In FIG. 5, the operating point of the internal pump of the first comparative example at the time of rated pump operation is an intersection P1 between the auxiliary impeller characteristic S and the pressure loss characteristic R1. Therefore, the motor cooling water circulation flow rate during the rated pump operation is the flow rate Q1 in FIG.
[0030]
Here, in order to slow down the rotation speed when the motor drive power is cut off, a flywheel is provided between the upper part of the motor rotor 10a and the upper radial bearing 13a as in the second comparative example in order to increase the moment of inertia. When the pump 20 is simply additionally installed, the pressure loss in the motor cooling water circulation path increases compared with the pressure loss characteristic R1 and the characteristic becomes R2. Therefore, the operating point at the time of rated pump operation is the intersection P2, and the motor cooling water circulation is performed. The flow rate will decrease to the flow rate Q3.
[0031]
In contrast, the bookBasic configurationIn the above, by providing a water flow hole 20a in the flywheel 20 to secure the circulation path of the motor cooling water, the pressure loss characteristic of the motor cooling water circulation path is reduced to R3 compared to the pressure loss characteristic R2. The operating point at the time of rated pump operation is the intersection P3, and the motor cooling water circulation flow rate can be increased to Q3 by increasing the flow rate Q2. That is, it is possible to suppress the decrease in the motor cooling water circulation flow rate and secure the circulation flow rate, and increase the inertia moment of the pump rotating body to moderate the rotation speed reduction speed when the motor drive power supply is cut off.
[0032]
(2) Power reduction effect due to parallel arrangement of water holes
The internal pump of the conventional structure disclosed in Japanese Patent No.Basic configurationLike the internal pump, the thrust disk has the function of an auxiliary impeller and the flywheel is provided with a water passage hole, so that the circulation flow rate of the motor cooling water can be secured. However, the water passage hole of the flywheel is formed in a tapered shape, thereby giving thrust to the cooling water. That is, since the flywheel performs the function of a pump for the motor cooling water, its power is newly required, and the equipment capacity is increased due to an increase in the motor capacity.
[0033]
In contrast, the bookBasic configurationIn the internal pump described above, by providing the water hole of the flywheel 20 in parallel with the motor shaft 8, the flywheel does not exert a thrust on the motor cooling water as described above. Therefore, it is possible to prevent the equipment from becoming larger due to an increase in the capacity of the motor. Even with the above conventional structureBasic configurationHowever, the circulation of motor cooling water is mainly generated by the auxiliary impeller,Basic configurationThen, by appropriately adjusting the size and the number of the water holes 20a, a necessary flow rate of the motor cooling water can be secured.
[0034]
In addition, from the viewpoint of manufacturability, the water hole 20a of the flywheel 20 is preferably formed by equally arranging circular holes of the same size on the circumference as shown in FIG. 2, but is not necessarily limited thereto. Depending on the flow condition of the motor cooling water, ones having several kinds of dimensions may be installed or may be unevenly arranged. Further, even when the water holes having the same size are equally arranged, the arrangement is not limited to the arrangement shown in FIG. 2. For example, as shown in FIG. , 20L may be provided with the water passage hole 20a. In this case, there is also an effect that a reduction in the moment of inertia due to the provision of the water holes can be suppressed.
[0035]
next,The present inventionOneAn embodiment will be described with reference to FIGS. This embodiment is an embodiment in which a throttle mechanism is provided in a water passage hole provided in a flywheel.Basic configurationThe same reference numerals are given to members equivalent to and the description will be appropriately omitted.
[0036]
FIG. 7 shows a detailed longitudinal sectional view of the peripheral structure of the flywheel 20 which is a main part of the present embodiment. As shown in FIG. 7, in the present embodiment, a throttle mechanism 20b is provided at the lower end of the water passage hole 20a of the flywheel 20. The position of the aperture mechanism 20b is advantageous in terms of workability and workability at the lower end or the upper end of the flywheel 20, but is not inevitable as described above from the viewpoint of the decompression effect, and may be an intermediate portion of the flywheel 20. Needless to say. Other structures areBasic configurationIs the same as
[0037]
In the present embodiment,Basic configurationIn addition to the same effects as described above, the following effects can be obtained.
[0038]
FIG. 8 shows the qualitative behavior of the thrust force generated in the internal pump. The thrust force generated on the vertical axis (when the vertical thrust force is balanced, the reference value is 0, the upward thrust force is positive, and the downward thrust force is positive. The thrust force is shown as minus), and the horizontal axis represents the pump rotation speed N.
Generally, during rotation, an upward fluid thrust force mainly generated by an impeller and a downward thrust force due to the weight of the pump rotating body simultaneously act on the internal pump during rotation. Since the fluid thrust force of the impeller increases as the rotation speed N increases, as shown in FIG. 8, in the speed-up process from the pump stop state to the rated operation rotation speed N0, the rotation in which the above-described vertical thrust force is balanced. There will be a number Ne. At this rotational speed Ne, the vibration characteristics of the pump particularly tend to be unstable. For this reason, in the design of the internal pump, the rotation speed Ne is usually largely apart from the rated operation rotation speed N0 of the pump. That is, the characteristic line A in FIG. 8 shows the characteristic of the internal pump having the conventional structure without the flywheel, and the rotation speed Ne1 at which the vertical thrust force is balanced is sufficiently smaller than the rated rotation speed N0 of the pump. It is designed to be.
[0039]
Here, assuming that the internal pump is provided with a flywheel, the downward thrust force is increased by the additional weight of the flywheel installation as compared with the internal pump without the flywheel. For this reason, the characteristic becomes like the characteristic line A in FIG. 8, and the rotational speed at which the above-mentioned vertical thrust force is balanced becomes Ne2, which tends to approach the pump rated rotational speed N0, and the stability of the pump during the rated operation decreases. Will be done.
[0040]
However, when water holes are not provided in the flywheel, an upward thrust force based on the pressure difference between the front and rear of the flywheel can be expected. Therefore, the above tendency is somewhat alleviated as shown by the characteristic line a 'in FIG. Have been. However, when water holes are provided in the flywheel as in the internal pump of Japanese Patent No. 2569137, the pressure loss when passing through the flywheel becomes very small, and this upward thrust cannot be expected. The characteristics are close to those of the line A, and it is difficult to secure the stability of the pump.
Therefore, in the present embodiment, by providing the throttling mechanism 20b in the water hole 20a of the flywheel 20, it is possible to secure the circulation flow rate of the cooling water due to the installation effect of the water hole 20a, And an upward thrust force can be obtained. The characteristic is changed as shown by a characteristic line c in FIG. 8, and the rotational speed at which the vertical thrust force is balanced is returned to, for example, N3 on the Ne1 side, and the pump rated speed is increased. The pump can be reliably moved away from the number N0 to ensure the stability of the pump during rated operation.
[0041]
Further, it is possible to appropriately adjust the balance of the vertical thrust force generated in the flywheel 20 according to various dimensions, specifications, and the like of the pump. For example, by setting the throttle to minimize the circulating flow rate of motor cooling water to the minimum necessary, the effect of the upward thrust force by the flywheel can be maximized, and conversely, the effect of the upward thrust force by the flywheel can be reduced. By minimizing it to the necessary minimum, it is also possible to ensure the maximum circulation flow rate of the cooling water. In other words, the thrust characteristics of the internal pump can be adjusted to an optimal balance in accordance with the operation state from the viewpoint of the circulation flow rate of the motor cooling water, the vertical thrust characteristics, the upward thrust force generation behavior during rated operation, and the like. It is possible. Further, the throttle mechanism 20b also has an advantage that, even after it is once formed in the water passage hole 20a, further design changes (flow path enlargement / reduction) can be easily performed.
[0042]
As described above, according to the present embodiment,Basic configurationIn addition to the same effects as above, there is an effect that the rotation speed region where the vertical thrust force is balanced and the pump rated rotation speed are surely separated from each other, and the stability of the pump can be secured.
[0043]
As another measure for keeping the rotational speed Ne at which the vertical thrust force is balanced and the pump rated rotational speed N0 as described above with reference to FIG. 8, a sealing device for generating a differential pressure on the thrust disk 11a is provided. It is not conceivable to provide and adjust the vertical thrust force. That is, for example, if a seal ring is provided in the water passage above the outlet of the auxiliary impeller 11b on the outer periphery of the thrust disk 11a, and pressure is reduced using this seal ring, an upward thrust force can be generated in the thrust disk 11a. . However, in this case, the ratio of the flow rate of the cooling water circulating to the wet motor section 4 with respect to the total discharge amount of the auxiliary impeller 11b becomes low, and as a result, the problem arises in that the circulation flow rate of the motor cooling water is reduced. In contrast,1According to the configuration of the embodiment, the pump stability can be ensured while ensuring the motor cooling water circulation flow rate without such a problem.
[0044]
In addition, the above1In the embodiment, the throttle mechanism 20b is formed directly on the water hole 20a. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 9, a screw portion is formed in the water hole 20a provided in the flywheel 20. Alternatively, the structure may be such that only the aperture mechanism 20b can be removed. In this case, there is an effect that the aperture size can be more easily adjusted.
[0045]
The present inventionTwoAn embodiment will be described with reference to FIG. The present embodiment is an embodiment in which a pressure reducing mechanism is provided in addition to the throttle mechanism.Basic configurationAnd the first1The same reference numerals are given to members equivalent to those of the above-described embodiment, and the description will be appropriately omitted.
[0046]
FIG. 10 shows a detailed longitudinal sectional view of the structure around the flywheel 20 which is a main part of the present embodiment. As shown in FIG. 10, in the present embodiment, in the internal pump of the second embodiment shown in FIG. 7, an annular gap 22 formed on the outer peripheral side of the flywheel 20 and the inner peripheral side of the motor housing 9 is formed. The pressure reducing mechanism 21 is provided. The decompression mechanism 21 is attached to the inner periphery of the motor housing 9, and a gap 23 formed between the inner periphery of the decompression mechanism 21 and the outer periphery of the flywheel 20 is formed between the outer periphery of the flywheel 20 and the inner periphery of the motor housing 9. The structure is narrower than the annular gap 22 formed on the side.
The installation position of the decompression mechanism 21 may be anywhere on the upper end side, the lower end side, and the intermediate part of the flywheel 20. However, at the upper end side of the flywheel 20 near the upper radial bearing 13a, the deflection of the rotating body during operation is small, the gap formed on the inner peripheral side of the motor housing 9 can be set small, and a high decompression effect is obtained. be able to. Also, the assembling workability is advantageous.
[0047]
Other structures are1This is almost the same as the embodiment.
[0048]
According to the present embodiment, the1In addition to the same effects as those of the first embodiment, the pressure difference of the flywheel 20 can be increased by the pressure reducing effect of the pressure reducing mechanism 21, and the upward thrust force can be obtained more effectively.
[0049]
Although not included in the invention described in the claims as filed above,2It is also possible to combine the pressure reducing mechanism 21 according to the embodiment with, for example, the conventional structure described in Japanese Patent No. 2569137, and in this case also, the effect of increasing the upward thrust generated in the flywheel can be obtained. That is, for example, as shown in FIG. 11, by providing the pressure reducing mechanism 21 on the flywheel 20 provided with the tapered water hole 20a, the thrust force generated on the flywheel 20 can be adjusted.
[0050]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fall of the motor cooling water flow accompanying installation of a flywheel can be suppressed, and the motor cooling water flow rate can be ensured, without enlarging equipment.
Further, the rotation speed region where the vertical thrust force is balanced and the pump rated rotation speed are surely separated from each other, and the stability of the pump can be ensured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 of the present invention.Basic configuration1 is a longitudinal sectional view showing the overall structure of an internal pump according to the first embodiment.
FIG. 2 is a top view and a vertical sectional view showing a detailed structure of a flywheel in FIG.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view illustrating a structure of an internal pump according to a first comparative example.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view illustrating a structure of an internal pump according to a second comparative example.
FIG. 5 is a conceptual diagram showing circulation characteristics of motor cooling water in the internal pump of FIG. 1 in comparison with the first and second comparative examples.
FIG. 6 is a diagram showing a modified example regarding the arrangement of water holes.
FIG. 7 of the present invention;1It is a detailed longitudinal cross-sectional view of a flywheel peripheral structure which is a main part of the embodiment.
FIG. 8 is a diagram illustrating a qualitative behavior of a thrust force generated in the internal pump.
FIG. 9 is a view showing a modification in which the aperture mechanism has a detachable structure.
FIG. 10 of the present invention.2It is a detailed longitudinal cross-sectional view of a flywheel peripheral structure which is a main part of the embodiment.
FIG. 11 is a diagram showing a case where a pressure reducing mechanism is combined with a conventional structure.
[Explanation of symbols]
1 Reactor pressure vessel
4 Wet motor section
5 Pump shaft (rotary axis)
6. Impeller (impeller)
8 Motor shaft
9 Motor housing
11b Auxiliary impeller (auxiliary impeller)
13a Upper radial bearing
13b Lower radial bearing
20 flywheel
20a water hole
20b Aperture mechanism
21 Decompression mechanism

Claims

原子炉圧力容器の底面を貫通するように配設された回転軸と、前記原子炉圧力容器内で前記回転軸に固定された羽根車と、前記原子炉圧力容器外に設けられ前記回転軸を回転駆動するウェットモータ部と、このウェットモータ部の上下にそれぞれ設けられた上・下ラジアル軸受と、前記ウェットモータ部と前記上ラジアル軸受との間で前記回転軸に固定されたフライホイールと、前記ウェットモータ部の下方で前記回転軸に固定され上方へのモータ冷却水流れを生起する補助羽根車とを備え、前記羽根車で原子炉冷却材を加圧し前記原子炉圧力容器内を循環させるインターナルポンプにおいて、
前記フライホイールに、前記モータ冷却水を循環するための複数の通水孔を前記回転軸と略平行に設け、かつ、
前記複数の通水孔のうち少なくとも１つに、絞り機構を設けたことを特徴とするインターナルポンプ。A rotating shaft arranged to penetrate the bottom surface of the reactor pressure vessel, an impeller fixed to the rotating shaft in the reactor pressure vessel, and the rotating shaft provided outside the reactor pressure vessel. A wet motor unit that is driven to rotate, upper and lower radial bearings respectively provided above and below the wet motor unit, a flywheel fixed to the rotating shaft between the wet motor unit and the upper radial bearing, An auxiliary impeller that is fixed to the rotating shaft below the wet motor unit and generates an upward motor cooling water flow, and pressurizes a reactor coolant with the impeller to circulate through the reactor pressure vessel. In the internal pump,
In the flywheel, a plurality of water holes for circulating the motor cooling water are provided substantially parallel to the rotation axis, and
An internal pump, wherein a throttle mechanism is provided in at least one of the plurality of water holes.

請求項１記載のインターナルポンプにおいて、前記絞り機構を着脱可能に設けたことを特徴とするインターナルポンプ。2. The internal pump according to claim 1 , wherein the throttle mechanism is detachably provided.

請求項１記載のインターナルポンプにおいて、前記フライホイール外周部に形成される隙間に、減圧機構を設けたことを特徴とするインターナルポンプ。2. The internal pump according to claim 1 , wherein a pressure reducing mechanism is provided in a gap formed on an outer peripheral portion of the flywheel.