JPH03282072A - ポンプ用軸封装置 - 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】 〔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） 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ポンプとなっ
ている。

以下、第１０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
１０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
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
して構成したラビリンス部９が形成されており、さらに
その下方には羽根車１０が取着されている。羽根車１０
はポンプ室となる下部グーシンク１１内に配置されてお
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ｌＯの細部を軸支する。

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が下方に形成されている。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１０と、この羽根
車ｌＯを回転するポンプ軸２と、このポンプ軸２に取着
された羽根車ＩＯの一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とを区劃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１羽根車ＩＯおよび
水中軸受などのポンプ水が充満している熱水部分はポン
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の昇渥破損を防止す
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１０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
＠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の温度を冷水状態に保つため軸封水
（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、すなわち大きな密度差が生じるため、重力によ
って冷・熱界面は不安定であり、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から注入している
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に
熱応力を発生し、熱疲労を引き起すｌ１１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やすい。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と下端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
れたラビリン入部と、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、前記ケーシングカバー
の上部近傍に軸封水を冷却する軸封水冷却装置と、前記
ケーシングカバーの下部近傍に軸封水を加熱する軸封水
加熱装置とを設けてなることを特徴とする。

（作用） 軸封水冷却装置によって従来の熱交換器を除去して軸封
構造のコンパクト化をはかり、軸封水加熱装置でラビリ
ン入部に流入する冷・熱水の温度差を小さくすることに
よって温度変動の温度振幅を熱疲労発生限度以下にする
。軸封水加熱装置を多重円筒体に形成することによって
上方へ向うほど軸封水の温度が次第に高くなり、下方が
密度大、上方が密度小で重力に対して冷・熱水の流動を
安定にすることができる。また、軸封水上昇流部に縦溝
を設けることによって遠心力により冷・熱界面を安定化
させることができる。

（実施例） 第１図から第５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。

なお、図中、第１０図と同一部分には同一符号を付して
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
の上部にはメカニカルシール４を冷却する軸封水を流入
するための軸封水注入管５が設けられている。ポンプ軸
２は上端がたわみ継手７を介してモータ軸８に接続され
、下部に羽根車１０が取着され、図示しないモータを駆
動することによってポンプ軸２は回転し、羽根車１０も
回転する。羽根車１０は下部ケーシング１１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１２にボルト１
３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１５で羽根車１
０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１０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内の軸封水を循環させる。なお
、図中１９は上部ケーシング１のフランジであり、図示
していないモータ室と接続する。ポンプ軸２にはメカニ
カルシール４とポンプ軸２に湿度変動が伝わらないよう
に上下に円筒状軸スリーブ２０（２０ａ。

２０ｂ）が設けられている。　この上部の軸スリーブ２
０ａの側面にはシール室３内の軸封水を冷却するための
軸封水冷却装置２１と、ケーシングカバー１４の下面に
位置して軸封水を加熱するための軸封水加熱装置２２が
設けられている。

軸封水冷却装置２１は第２図に拡大して示したようにケ
ーシングカバー１４にボルト２３で固定されたシール室
３を形成する軸封カバー２４の壁内に設けられた冷却水
の流入流路２５と、この流入流路２５に連通した流出流
路２６とからなっている。これらの流路２５．２６は下
部がＵ字状に形成されている。そして、下部がＵ字状内
に挟み込まれ、上部がシール室３内に突出した回転円筒
２７が設けられており、この回転円筒２７は下部軸スリ
ーブ２０ｂにボルト２８で締付けられて固定している。

なお、図中符号２９はシール室３の上部を構成する押え
フランジで、メカニカルシール４の保持部材３０．３１
を抱持し軸封カバー２４にボルト３２で固定される。な
お、ポンプ軸２を軸封するシール室３内に位置する上部
軸スリーブ２０ａはスリーブ取着用上部フランジ３３に
ボルト３４で固定されている。

軸封水加懸装ｗ２２は第３図および第４図に拡大して示
したように下部軸スリーブ２０ｂの下方に位置し、水中
軸受１５の近傍に設けられている。すなわち、軸封水加
熱装置２２は水中軸受１５に一次冷却水の熱水流入孔３
５を設け、この熱水流入孔３５に連通し、下部軸スリー
ブ２０ｂの側面を加熱するように熱水が流れる流路３６
を有する加熱円筒３７をケーシングカバー１４の下面に
設けている。また、下部軸スリーブ２０ｂの下方は薄肉
に切削されて回転円筒２０ｃが形成され、この回転円筒
２０ｃには多数の小孔３８が設けられている。このよう
に軸封水加熱装置２２のケーシングカバー１４内に設け
た熱水流路３６と、下部軸スリーブ２０ｂに取着された
回転円筒２０ｃとからなっている。

なお、第５図（ａ）に示したようにポンプ軸２の一部に
は複数の縦溝３９が設けられている。この縦溝３９の回
転に伴なう遠心力によるポンプ作用で、その縦溝３９を
覆うようにして設けた回転円筒２０ｃの複数の小孔３８
から熱水を吹き出して軸封水に混合する。

上述したように本実施例では耐圧部を構成する下部ケー
シング１１と、ポンプ部である羽根車１０と、この羽根
車ｌＯを回転させるポンプ軸２および水中軸受１５を支
持し耐圧部を構成するケーシングカバー１４と、ポンプ
軸２の耐圧部をシールするメカニカルシール４と、ポン
プ軸２に温度変動が伝わらないようにポンプ軸２にかぶ
せた円筒状の軸スリーブ２０と、熱いポンプ水がメカニ
カルシール４に流入しないように外部から軸封水をシー
ル室３内に注入するとともに、軸封水の供給が万一停止
した場合に備えて設けた軸封水冷却装置２１と、ケーシ
ングカバー１４内の熱水流路３６と加熱円筒３７とから
なる軸封水加熱装置２２とからなっている。

したがって、本実施例によれば第５図（ａ）に示したよ
うにポンプ軸２の一部に設けた複数個の縦溝３９によっ
て遠心力によるポンプ作用を生じさせ、その縦溝３９を
覆うようにして回転円筒２０ｃに設けた小孔３８から熱
いポンプ水を吹き出し第４図に示したようにポンプ水（
熱水）を軸封水（冷水）に混合することによって軸封水
の昇温効果詮生じる。

また、ケーシングカバー１４の下部に設けた加熱円筒３
７内には水中軸受１５からの吹き出し熱水を流通させる
。

第５図（ｂ）はポンプ軸２の軸方向におけるラビリンス
部の高さ方向態度分布を示したもので、縦溝３９の上端
から下方に向うほど温度が高くなることが認められる。

このことはラビリンス部の上方に対して温度が低くなる
ことを示している。

したがって、軸封水（冷水）が下降するラビリンス部９
で軸封水を加熱または熱水混合により湿度上昇させ、下
部ケーシング１１内、つまりポンプ室内のポンプ水（熱
水）と湿度差を小さくして、温度変動の温度振幅を熱疲
労発生限度以下に小さくすることができる。

第６図（ａ）は本発明の第２の実施例の要部のみ示して
あり、第４図と同一部分には同一符号で示し、他の部分
の説明は省略する。

すなわち、ポンプ軸２を包囲した下部軸スリーブ２０ｂ
には回転円筒２０ｃが設けられ、この回転円筒２０ｃに
は多数の小孔３８が設けられている。この回転円筒２０
ｃは底部が連結された大径の円筒体２０ｄを有して円筒
容器状の二重円筒体を形成している。

この二重円筒体２０ｅ、　２０ｄ内にケーシングカバー
１４の下部に吊着された軸封水加熱円筒４０が挿入され
ている。この加熱円筒４０内には仕切り筒４１が流路４
２を有して挿入されて三重加熱円筒を形成している。し
たがって、二重円筒体と三重円筒体と合せて三重円筒体
がポンプ軸２とケーシングカバー１４内に設けられたこ
とになっている。

この第２の実施例によれば軸スリーブ２０ｂに接続され
た二重回転円筒内に三重加熱円筒を入り子状に挿入して
多重円筒構造とし、軸封水の上昇流部４３を設けている
。

この第２の実施例によれば入熱ｑによって第６図（ｂ）
に示したように上方へ向うほど軸封水の温度が次第に高
くなるため、下方が密度大、上方が密度小で重力に対し
て冷・熱水の流動を安定にすることができる。

第７図は本発明の第３の実施例を示したもので、第６図
と同様にその要部のみ示している。すなわち、この第３
の実施例ではポンプ軸２に設けた下部スリーブ２０ｂに
直接大径の回転円筒体２０ｅを底部で連接して設け、こ
の円筒体２０ｅ内にケーシングカバー１４に吊着した仕
切り円筒４４を流路４５を設けたことにある。なお、回
転円筒体２０ｅの内面には縦溝４６が形成されている。

この第３の実施例によれば第７図（ｂ）および（ｃ）に
示したように軸封水上昇流部４３の高さ方向の温度分布
は上方へ向うほど温度が高くなり、一方軸封水上昇流部
４３の半径方向の温度分布は外方向に沿って温度が低く
なる。

よって、軸封水上昇流部４３に縦溝４６を設ければ、遠
心力により冷・熱水の界面を安定化させることができる
。

第８図は本発明の第４の実施例を示したもので、第７図
と同様にその要部のみ示し、第３図と同一部分には同一
符号を付して重複する部分の説明を省略する。

この第４の実施例では軸スリーブ２０ｂを使用しないで
、ケーシングカバー１４の下面に吊着した二重軸封水加
熱円筒３７の内側円筒３７ａの内面に複数のリンク状ラ
ビリンス４７を形成したことにある。

この第４の実施例によれば軸封水加熱円筒３７のみで軸
封水の昇温を行い、ラビリンス４７で冷・熱水界面方向
の回転を防止することができる。

第９図は本発明の第５の実施例を示したもので、第８図
と同様にその要部のみ示し１重複する部分を省略してい
る。

この第５の実施例では第４の実施例における内側円筒３
７ａに下向きに傾斜した小孔４７を多数設け、かつ加熱
円筒３７の下端の熱水流路３６を閉塞したことにある。

この第５の実施例によれば水中軸受１５の熱水流入孔３
５から流入した熱水を熱水流路３６を通して多数の傾斜
した小孔４８から吹き出させて、ポンプ軸２とケーシン
グカバー１４との間から流出する冷水と混合して熱水と
の温度差を小さくシ、冷・熱水界面の軸方向の回転を防
止することができる。

本発明に係るポンプ用軸封装置の実施態様を要約すれば
っぎのとおりである。

■　軽水型原子炉の一次冷却水再循環ボンブのポンプ軸
の軸封装置に使用され、ポンプ軸はメカニカルシールで
軸封され、メカニカルシールはシール室内に保持され、
このシール室内に軸封水が循環し、この軸封水を冷却す
る軸封水冷却装置と軸封水を加熱する軸封水加熱装置が
ケーシングカバーを境として上下近傍に設けられている
こと。

■　軸封水冷却装置はシール室内を形成する軸封カバー
の壁内に設けた冷却水の循環流路と、上部軸スリーブに
取着した回転円筒とからなること。

■　軸封水加熱装置はケーシングカバー内に設けた熱水
流路と、下部軸スリーブに取着された回転円筒とからな
ること。

＠）軸封水加熱装置はポンプ軸の一部に複数の縦溝が設
けられ、この縦溝を覆って回転円筒に複数の小孔が設け
られていること。

■　ケーシングカバーの下部には軸封水加熱円筒が取着
されていること。

０　軸封水加熱円筒には水中軸受吹き出し熱水を通流さ
せろ流路を有すること。

■　軸封水加熱円筒は多重円筒構造で、軸封水の上昇流
部が設けられていること。

（８）軸封水の上昇流部には縦溝が設けられ、遠心力に
より冷・熱水の界面を安定させること。

〔発明の効果〕

本発明によればポンプ軸の軸封部における冷・熱混合部
の温度変動を緩和することができ、熱疲労を防止するこ
とができる。よって、軸封部の亀裂の発生がなく、構造
強度上の信頼性を大幅に向上させることができる。

このことは原子力発電所の信頼性、安全性の一層の向上
につながり、産業上きわめて有用である。

【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図は第１図のシー
ル室と軸封水冷却器近傍を拡大して示す縦断面図、第３
図は第１図における軸封水加熱装置近傍を拡大して示す
縦断面図、第４図は第３図における要部を拡大して示す
縦断面図。 第５図（ａ）は第１図の作用を説明するための斜視図、
第５図（ｂ）は第５図（ａ）に対応したラビリンス部の
高さ方向温度分布を示す特性図、第６図（ａ）は本発明
の第２の実施例における軸封水加熱部の近傍を拡大して
示す縦断面図、第６図（ｂ）は第６図（、）に対応した
パージ水上昇部の温度分布を示す特性図、第７図（ａ）
は本発明の第３の実施例における要部の縦断面図、第７
図（ｂ）は第７図（ａ）におけるパージ水上昇部の高さ
方向温度分布を示す特性図、第７図（Ｃ）は第７図（ａ
）におけるパージ水上昇部の半径方向温度分布を示す特
性図。 第８図および第９図はそれぞれ本発明の他の実施例の要
部を示す縦断面図、第１Ｏ図は従来のポンプ用軸封装置
の組込んだ原子炉再循環ポンプを示す縦断面図である。 １・・・上部ケーシング、 ３・・・シール室、 ５・・・軸封水注入管、 ７・・・たわみ継手、 ９・・・ラビリンス部、 ２・・・ポンプ軸、 ４・・・メカニカルシール、 ６・・・熱交換器、 ８・・・モータ軸。 ＩＯ・・・羽根車、 １１・・・下部ケーシング、　１２・・・ベース、１３
・・・ボルト、　　　　　１４・・・ケーシングカバー
１５・・・水中軸受、　　　　１６・・・吸込口、１７
・・・吐出口、　　　　　１８・・・循環羽根。 １９・・・上部フランジ、　　２０・・・軸スリーブ、
２１・・・軸封水冷却装置、　２２・・・軸封水加熱装
置、２３・・・ボルト、　　　　　２４・・・軸封カバ
ー２５・・・流入流路、　　　　２６・・・流出流路、
２７・・・回転円筒、　　　　２８・・・ボルト、２９
・・・押えフランジ、　　３ｏ・３１・・・保持部材、
３２・・・ボルト、　　　　　３３・・・上部フランジ
、３４・・・ボルト、　　　　　３５・・・熱水流入孔
、３６・・・熱水流路、　　　　３７・・・加熱円筒、
３８・・・小孔、　　　　　　３９・・・縦溝、４０・
・・加熱円筒、　　　　　４１・４４・・・仕切り筒、
４２・４５・・・流路、　　　　４３・・・上昇流部、
４４・・・仕切り筒、４６・・・縦溝、４７・・・リン
グ状ラビリンス、４８・・・傾斜した小孔。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、前記ケーシングカバーの上部
   近傍に軸封水を冷却する軸封水冷却装置と、前記ケーシ
   ングカバーの下部近傍に軸封水を加熱する軸封水加熱装
   置とを設けてなることを特徴とするポンプ用軸封装置。