JP2002236193A - インターナルポンプの性能監視方法及び装置 - Google Patents
インターナルポンプの性能監視方法及び装置Info
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
- Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 インターナルポンププラントにおいてポンプ
の性能変化を早期に検知し、また、その該当ポンプを特
定することにある。 【解決手段】 複数台のインターナルポンプ１１１によ
って冷却材を駆動する原子炉１１２のインターナルポン
プの性能監視装置において、実機ポンプで測定されたポ
ンプ部差圧ΔＰ、ポンプ回転数Ｎ、ポンプを駆動するモ
ータ２０１のポンプモータ入力電力Ｐ及びポンプ流量Ｑ
を取り込み、実機ポンプのモータ入力電力と予め行った
プラント外試験結果に基づくポンプモータ入力電力との
比を算出するポンプ性能比演算手段９と、算出したポン
プモータ入力電力比を表示し、ポンプモータ入力電力比
が予め設定したしきい値を超えて減少した場合にポンプ
性能の変化が生じているとして当該インターナルポンプ
を特定するポンプ性能比表示手段１１を具備する。
の性能変化を早期に検知し、また、その該当ポンプを特
定することにある。 【解決手段】 複数台のインターナルポンプ１１１によ
って冷却材を駆動する原子炉１１２のインターナルポン
プの性能監視装置において、実機ポンプで測定されたポ
ンプ部差圧ΔＰ、ポンプ回転数Ｎ、ポンプを駆動するモ
ータ２０１のポンプモータ入力電力Ｐ及びポンプ流量Ｑ
を取り込み、実機ポンプのモータ入力電力と予め行った
プラント外試験結果に基づくポンプモータ入力電力との
比を算出するポンプ性能比演算手段９と、算出したポン
プモータ入力電力比を表示し、ポンプモータ入力電力比
が予め設定したしきい値を超えて減少した場合にポンプ
性能の変化が生じているとして当該インターナルポンプ
を特定するポンプ性能比表示手段１１を具備する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インターナルポン
プを用いて冷却材を循環する原子力発電プラントにおけ
るインターナルポンプの性能監視方法及び装置に関す
る。
プを用いて冷却材を循環する原子力発電プラントにおけ
るインターナルポンプの性能監視方法及び装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、原子炉等の蒸気を発生させ、発電
を行う装置において、冷却材流量を炉内に循環させるた
めにジェットポンプが使用される原子炉とインターナル
ポンプが使用される原子炉が知られている。ジェットポ
ンププラントでは、多数台（通常２０台程度）のジェッ
トポンプが原子炉圧力容器内に設けられ、冷却材を炉心
に送ることにより炉心の冷却を行っている。このような
ジェットポンプにより冷却材を駆動する原子炉では、ジ
ェットポンプのドライブノズル部、サクション部及びス
ロート・ディフューザ部等の流動抵抗が各ジェットポン
プで異なり、かつ、経年的にも微妙な変形等が生じるこ
とを仮想すると、流動抵抗が変化してジェットポンプ性
能が経年的に変化することが考えられる。特開平６−１
６０５８２号公報には、ジェットポンプの測定される流
量からジェットポンプ各部の流動抵抗係数を推定させ、
この推定された抵抗係数を監視することにより、各々の
ジェットポンプの性能低下を検出する方法が示されてい
る。ジェットポンププラントでは、ジェットポンプのデ
ィフューザーの各々が流路となることから、ディフュー
ザーの各々に設置した差圧信号に基づいた評価により、
各ポンプ毎の差圧、流量変化を監視することが可能であ
る。一方、インターナルポンププラントでは、ジェット
ポンプの代わりに多数台（通常１０台程度）のインター
ナルポンプが設置され、冷却材を炉心に送っている。図
２に、インターナルポンププラントの原子炉の例を示
す。インターナルポンプ１１１は、原子炉圧力容器１１
２のダウンカマ部１１３に設置され、冷却材流量１１４
をダウンカマから下部プレナム１１５側に昇圧して送り
出している。このようなインターナルポンプが多数台
（通常１０台程度）設けられている。インターナルポン
プの吸込側の流路は、ダウンカマ部において各インター
ナルポンプ共通となっていてジェットポンプのような各
ポンプ毎の個別の流路は形成されていない。このため、
インターナルポンププラントでは、ポンプ流量を求める
のに使用するポンプ部差圧は、各運転ポンプで共通の値
が使用できるように、また、ポンプ吸込部の流れの影響
を受けないように上流側に離した位置に設置した差圧計
測値を用いている。ポンプ流量は、このようにして測定
したポンプ部差圧とポンプ回転数、炉水温度に基づき、
予め炉外試験により測定しておいた相関式に基づいて求
められている。
を行う装置において、冷却材流量を炉内に循環させるた
めにジェットポンプが使用される原子炉とインターナル
ポンプが使用される原子炉が知られている。ジェットポ
ンププラントでは、多数台（通常２０台程度）のジェッ
トポンプが原子炉圧力容器内に設けられ、冷却材を炉心
に送ることにより炉心の冷却を行っている。このような
ジェットポンプにより冷却材を駆動する原子炉では、ジ
ェットポンプのドライブノズル部、サクション部及びス
ロート・ディフューザ部等の流動抵抗が各ジェットポン
プで異なり、かつ、経年的にも微妙な変形等が生じるこ
とを仮想すると、流動抵抗が変化してジェットポンプ性
能が経年的に変化することが考えられる。特開平６−１
６０５８２号公報には、ジェットポンプの測定される流
量からジェットポンプ各部の流動抵抗係数を推定させ、
この推定された抵抗係数を監視することにより、各々の
ジェットポンプの性能低下を検出する方法が示されてい
る。ジェットポンププラントでは、ジェットポンプのデ
ィフューザーの各々が流路となることから、ディフュー
ザーの各々に設置した差圧信号に基づいた評価により、
各ポンプ毎の差圧、流量変化を監視することが可能であ
る。一方、インターナルポンププラントでは、ジェット
ポンプの代わりに多数台（通常１０台程度）のインター
ナルポンプが設置され、冷却材を炉心に送っている。図
２に、インターナルポンププラントの原子炉の例を示
す。インターナルポンプ１１１は、原子炉圧力容器１１
２のダウンカマ部１１３に設置され、冷却材流量１１４
をダウンカマから下部プレナム１１５側に昇圧して送り
出している。このようなインターナルポンプが多数台
（通常１０台程度）設けられている。インターナルポン
プの吸込側の流路は、ダウンカマ部において各インター
ナルポンプ共通となっていてジェットポンプのような各
ポンプ毎の個別の流路は形成されていない。このため、
インターナルポンププラントでは、ポンプ流量を求める
のに使用するポンプ部差圧は、各運転ポンプで共通の値
が使用できるように、また、ポンプ吸込部の流れの影響
を受けないように上流側に離した位置に設置した差圧計
測値を用いている。ポンプ流量は、このようにして測定
したポンプ部差圧とポンプ回転数、炉水温度に基づき、
予め炉外試験により測定しておいた相関式に基づいて求
められている。
【０００３】
【発明が解決しょうとする課題】インターナルポンププ
ラントでは、ジェットポンプが設置されておらず、上記
公報に述べられたような方法でポンプ性能監視を行うこ
とはできない。すなわち、ジェットポンププラントで
は、個々のジェットポンプのディフューザに差圧系の設
置が可能であり、個々のジェットポンプについて、炉外
試験により発生差圧と流量の関係を求めておくことがで
き、これに基づきプラント運転中の監視ができる。しか
しながら、インターナルポンプシステムは個々のポンプ
に差圧計を設置することは構造上困難であり、測定され
るポンプ部差圧は全ポンプ共通の値を用いる。このた
め、１０台のポンプのうち１台のポンプ性能が変化して
も、これを直接差圧測定値またはポンプ流量の変動とし
て検知することは困難である。
ラントでは、ジェットポンプが設置されておらず、上記
公報に述べられたような方法でポンプ性能監視を行うこ
とはできない。すなわち、ジェットポンププラントで
は、個々のジェットポンプのディフューザに差圧系の設
置が可能であり、個々のジェットポンプについて、炉外
試験により発生差圧と流量の関係を求めておくことがで
き、これに基づきプラント運転中の監視ができる。しか
しながら、インターナルポンプシステムは個々のポンプ
に差圧計を設置することは構造上困難であり、測定され
るポンプ部差圧は全ポンプ共通の値を用いる。このた
め、１０台のポンプのうち１台のポンプ性能が変化して
も、これを直接差圧測定値またはポンプ流量の変動とし
て検知することは困難である。
【０００４】本発明の課題は、インターナルポンププラ
ントにおいてポンプの性能変化を早期に検知し、また、
その該当ポンプを特定するに好適なインターナルポンプ
の性能監視方法及び装置を提供することにある。
ントにおいてポンプの性能変化を早期に検知し、また、
その該当ポンプを特定するに好適なインターナルポンプ
の性能監視方法及び装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、複数台のインターナルポンプによって冷却材を駆動
するプラントのインターナルポンプの性能監視方法にお
いて、インターナルポンプを駆動するモータのポンプモ
ータ入力電力を計測し、プラントにおいて計測されたポ
ンプ回転数、ポンプ流量に対応するプラント外試験時の
ポンプモータ入力電力を推定し、ポンプモータ入力電力
の実測値と推定値との比を求め、インターナルポンプの
性能変化を検出する。ここで、複数のインターナルポン
プの各々についてポンプモータ入力電力比を求め、ポン
プモータ入力電力比が予め設定したしきい値を超えて減
少した場合にポンプ性能の変化が生じているとして当該
インターナルポンプを特定する。また、複数台のインタ
ーナルポンプによって冷却材を駆動するプラントのイン
ターナルポンプの性能監視装置において、実機ポンプで
測定されたポンプ部差圧、ポンプ回転数、ポンプを駆動
するモータのポンプモータ入力電力及びポンプ流量を取
り込み、実機ポンプのモータ入力電力と予め行ったプラ
ント外試験結果に基づくポンプモータ入力電力との比を
算出するポンプ性能比演算部と、算出したポンプモータ
入力電力比を表示するポンプ性能比表示装置を具備す
る。
に、複数台のインターナルポンプによって冷却材を駆動
するプラントのインターナルポンプの性能監視方法にお
いて、インターナルポンプを駆動するモータのポンプモ
ータ入力電力を計測し、プラントにおいて計測されたポ
ンプ回転数、ポンプ流量に対応するプラント外試験時の
ポンプモータ入力電力を推定し、ポンプモータ入力電力
の実測値と推定値との比を求め、インターナルポンプの
性能変化を検出する。ここで、複数のインターナルポン
プの各々についてポンプモータ入力電力比を求め、ポン
プモータ入力電力比が予め設定したしきい値を超えて減
少した場合にポンプ性能の変化が生じているとして当該
インターナルポンプを特定する。また、複数台のインタ
ーナルポンプによって冷却材を駆動するプラントのイン
ターナルポンプの性能監視装置において、実機ポンプで
測定されたポンプ部差圧、ポンプ回転数、ポンプを駆動
するモータのポンプモータ入力電力及びポンプ流量を取
り込み、実機ポンプのモータ入力電力と予め行ったプラ
ント外試験結果に基づくポンプモータ入力電力との比を
算出するポンプ性能比演算部と、算出したポンプモータ
入力電力比を表示するポンプ性能比表示装置を具備す
る。
【０００６】
【発明の実態の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態によるイ
ンターナルポンプの性能監視装置の構成図である。本発
明のポンプ性能監視装置は、ポンプ性能比演算部９とポ
ンプ性能比表示装置１１とからなる。インターナルポン
プ１１１は、ポンプに接続されているモータ２０１によ
り駆動され、モータ２０１は電源２０２から電力が供給
されている。モータ２０１は、ポンプ各々に対して設置
されている。ポンプ１１１により冷却材流量はダウンカ
マ１１３から下部プレナム部１１５に向けて昇圧され、
冷却材が流される。ポンプ部に生じる差圧（ダウンカマ
側と下部プレナム側の圧力差）は、周方向に数点設置さ
れたポンプ部差圧計２により測定される。また、ポンプ
各々について回転数計３が設けられている。さらに、ポ
ンプモータ２０１の入力部または電源２０２の出力部に
電力計５が各ポンプ毎に設けられ、モータ入力電力を測
定する。ポンプ流量Ｑは、全ポンプ共通の測定差圧△
Ｐ、回転数Ｎ、炉水（流体）温度計４の炉水（流体）温
度Ｔを用い、予め炉外試験において測定された流量と差
圧の相関式（Ｑ−△Ｈ式）に基づいてポンプ流量演算部
１０によって演算される。ここで、炉外試験では、ポン
プ１台が設置されるループ試験装置等で実機に設置する
各々のポンプについて、ポンプ流量Ｑ、ポンプ部差圧Δ
Ｐ、流体温度Ｔ、ポンプ回転数Ｎを測定し、温度Ｔで差
圧ΔＰを密度換算したΔＨとＱ、Ｎの関係から実機にお
けるポンプ流量ＱとΔＨの関係式ΔＨ＝ｆ（Ｑ，Ｎ）を
作成し、ポンプ流量演算部１０に設定する。これが上述
のＱ−ΔＨ式であり、実機ではΔＨ、Ｎから関係式ｆに
より算出された流量Ｑが実機流量となる。実機で測定さ
れた差圧、回転数Ｎ、モータ入力電力Ｐ及びポンプ流量
Ｑはポンプ性能比演算部９に取り込まれる。ポンプ性能
比演算部９では、後で述べるように、実機ポンプのモー
タ入力電力と、予め行った炉外試験結果に基づく炉外試
験のポンプモータ入力電力との比Ｒを算出する。その結
果は定期的にポンプ性能比表示装置１１に送られ、表示
装置１１ではプラント運転中のＲの経時変化を表示す
る。予め設定したしきい値以上の変化を生じた場合はポ
ンプ性能が変化した可能性のあることを画面表示等によ
り運転員に知らせる。
用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態によるイ
ンターナルポンプの性能監視装置の構成図である。本発
明のポンプ性能監視装置は、ポンプ性能比演算部９とポ
ンプ性能比表示装置１１とからなる。インターナルポン
プ１１１は、ポンプに接続されているモータ２０１によ
り駆動され、モータ２０１は電源２０２から電力が供給
されている。モータ２０１は、ポンプ各々に対して設置
されている。ポンプ１１１により冷却材流量はダウンカ
マ１１３から下部プレナム部１１５に向けて昇圧され、
冷却材が流される。ポンプ部に生じる差圧（ダウンカマ
側と下部プレナム側の圧力差）は、周方向に数点設置さ
れたポンプ部差圧計２により測定される。また、ポンプ
各々について回転数計３が設けられている。さらに、ポ
ンプモータ２０１の入力部または電源２０２の出力部に
電力計５が各ポンプ毎に設けられ、モータ入力電力を測
定する。ポンプ流量Ｑは、全ポンプ共通の測定差圧△
Ｐ、回転数Ｎ、炉水（流体）温度計４の炉水（流体）温
度Ｔを用い、予め炉外試験において測定された流量と差
圧の相関式（Ｑ−△Ｈ式）に基づいてポンプ流量演算部
１０によって演算される。ここで、炉外試験では、ポン
プ１台が設置されるループ試験装置等で実機に設置する
各々のポンプについて、ポンプ流量Ｑ、ポンプ部差圧Δ
Ｐ、流体温度Ｔ、ポンプ回転数Ｎを測定し、温度Ｔで差
圧ΔＰを密度換算したΔＨとＱ、Ｎの関係から実機にお
けるポンプ流量ＱとΔＨの関係式ΔＨ＝ｆ（Ｑ，Ｎ）を
作成し、ポンプ流量演算部１０に設定する。これが上述
のＱ−ΔＨ式であり、実機ではΔＨ、Ｎから関係式ｆに
より算出された流量Ｑが実機流量となる。実機で測定さ
れた差圧、回転数Ｎ、モータ入力電力Ｐ及びポンプ流量
Ｑはポンプ性能比演算部９に取り込まれる。ポンプ性能
比演算部９では、後で述べるように、実機ポンプのモー
タ入力電力と、予め行った炉外試験結果に基づく炉外試
験のポンプモータ入力電力との比Ｒを算出する。その結
果は定期的にポンプ性能比表示装置１１に送られ、表示
装置１１ではプラント運転中のＲの経時変化を表示す
る。予め設定したしきい値以上の変化を生じた場合はポ
ンプ性能が変化した可能性のあることを画面表示等によ
り運転員に知らせる。
【０００７】図３に、ポンプ性能比演算部９におけるモ
ータ入力電力比（性能比）Ｒの演算フローを示す。はじ
めに、モータ入力電力比Ｒの評価によりポンプ性能を監
視可能な原理について説明する。ポンプ総合効率は次式
で得られる。
ータ入力電力比（性能比）Ｒの演算フローを示す。はじ
めに、モータ入力電力比Ｒの評価によりポンプ性能を監
視可能な原理について説明する。ポンプ総合効率は次式
で得られる。
【数１】 ここで、η：総合効率、γ：冷却材流量の密度、ｇ：定
数（重力加速度）、Ｑ：ポンプ流量、Ｈ：全揚程、Ｐ：
ポンプモータ入力電力である。さらに、全揚程Ｈは、
数（重力加速度）、Ｑ：ポンプ流量、Ｈ：全揚程、Ｐ：
ポンプモータ入力電力である。さらに、全揚程Ｈは、
【数２】 で表される。ここで、△Ｈ：ポンプ部差圧（図１の測定
差圧（△Ｐ）２を温度（Ｔ）４により密度換算した
値）、Ｋ：ポンプディフューザ部の圧損係数、Ｑ：図１
のポンプ流量演算部１０により演算されたポンプ流量で
ある。Ｋは予め測定評価されたポンプディフューザ部の
圧損係数である。いま、ポンプの運転点を流量・差圧線
図上にプロットすると、図４のａのようなる。図中のＡ
の曲線は、ポンプ回転数Ｎ１のときのポンプ特性を示し
ている。回転数Ｎ１一定のままでポンプの運転条件が変
わると、（Ｑ、Ｈ）は曲線Ａの上を動く。例えば、炉心
の制御棒パターンの変更により出力分布が変化して炉心
圧損が小さくなると、再循環系の圧損特性はａからｂに
変化する。これに伴い、ポンプの運転点は〈ａ〉から
〈ｂ〉へ移行することになる。一方、ポンプ性能が変化
して、図４の曲線Ｂのようになったとする。この場合、
測定された差圧Ｈbに対する真の運転点は〈ｃ〉とな
る。しかし、ポンプ流量は予め設定された相関関係の曲
線Ａに基づいて演算されるため、運転員が認知するポン
プ流量は、真の流量Ｑcよりも大きい見かけの流量Ｑbと
なる。曲線Ｂはポンプ性能の変化の度合いにより種々変
化すると考えられ、予め設定しておくことは困難であ
る。このように、インターナルポンププラントでは、ポ
ンプ部差圧に基づく監視をしていても、炉心状態の変化
等によりポンプ運転点の変化が生じたのか、ポンプ性能
が変化したのか、区別することができない。
差圧（△Ｐ）２を温度（Ｔ）４により密度換算した
値）、Ｋ：ポンプディフューザ部の圧損係数、Ｑ：図１
のポンプ流量演算部１０により演算されたポンプ流量で
ある。Ｋは予め測定評価されたポンプディフューザ部の
圧損係数である。いま、ポンプの運転点を流量・差圧線
図上にプロットすると、図４のａのようなる。図中のＡ
の曲線は、ポンプ回転数Ｎ１のときのポンプ特性を示し
ている。回転数Ｎ１一定のままでポンプの運転条件が変
わると、（Ｑ、Ｈ）は曲線Ａの上を動く。例えば、炉心
の制御棒パターンの変更により出力分布が変化して炉心
圧損が小さくなると、再循環系の圧損特性はａからｂに
変化する。これに伴い、ポンプの運転点は〈ａ〉から
〈ｂ〉へ移行することになる。一方、ポンプ性能が変化
して、図４の曲線Ｂのようになったとする。この場合、
測定された差圧Ｈbに対する真の運転点は〈ｃ〉とな
る。しかし、ポンプ流量は予め設定された相関関係の曲
線Ａに基づいて演算されるため、運転員が認知するポン
プ流量は、真の流量Ｑcよりも大きい見かけの流量Ｑbと
なる。曲線Ｂはポンプ性能の変化の度合いにより種々変
化すると考えられ、予め設定しておくことは困難であ
る。このように、インターナルポンププラントでは、ポ
ンプ部差圧に基づく監視をしていても、炉心状態の変化
等によりポンプ運転点の変化が生じたのか、ポンプ性能
が変化したのか、区別することができない。
【０００８】そこで、本発明では、ポンプのモータ入力
に着目し、ポンプモータ入力電力比の変化に基づく監視
を考える。いま、図４において現在のポンプ運転点を
〈ａ〉とする。また、別の運転日に観測されたポンプ運
転点を〈ｂ〉とする。ここで、別の日のポンプの回転数
Ｎ２は〈ａ〉のときの回転数Ｎ０とは一般に異なるが、
〈ｂ〉点は〈ａ〉点と同じ回転数条件に換算したもので
ある。すなわち、
に着目し、ポンプモータ入力電力比の変化に基づく監視
を考える。いま、図４において現在のポンプ運転点を
〈ａ〉とする。また、別の運転日に観測されたポンプ運
転点を〈ｂ〉とする。ここで、別の日のポンプの回転数
Ｎ２は〈ａ〉のときの回転数Ｎ０とは一般に異なるが、
〈ｂ〉点は〈ａ〉点と同じ回転数条件に換算したもので
ある。すなわち、
【数３】 また、換算後のポンプモータ入力をＰｂとする。
〈ａ〉、〈ｂ〉点のポンプの総合効率ηa、ηbは、各々
次式で表される。
〈ａ〉、〈ｂ〉点のポンプの総合効率ηa、ηbは、各々
次式で表される。
【数４】
【数５】 一方、炉外試験時のポンプ総合効率η'a、η'bは、図５
の記号を用いて次式で表される。
の記号を用いて次式で表される。
【数６】
【数７】 実機と炉外試験のポンプ総合効率比ηa／η'aは、
【数８】 を得る。ただし、γ＝γ’とした。炉外試験において
は、ポンプを１台ずつループ試験装置に設置し、各ポン
プ毎にＱ'a、△Ｈ'a、Ｐ'a、Ｎ'を測定している。特に
Ｑ'aは、試験装置に設置された流量計により直接測定さ
れたものである。一方、実機データは△Ｈa、Ｐa、Ｎは
直接測定に基づくが、Ｑaは直接測定値ではなく、測定
値△Ｈに基づき炉外試験結果から各ポンプ毎に作成した
ＱとＨの相関式（または、Ｑと△Ｈ）により演算した結
果である。実機のポンプ性能が炉外試験のポンプ性能と
同一であるならば、Ｑ'a＝Ｑa、Ｈ'a＝ＨaのときＰ'a＝
Ｐaとなる筈であり、効率比は１となる。したがって、
実機と炉外試験のポンプ総合効率を監視していれば、炉
心圧損の変化等によりポンプ運転点が変化した場合でも
モータ入力電力比Ｒは一定となり、ポンプ性能に変化の
ないことが分かる。
は、ポンプを１台ずつループ試験装置に設置し、各ポン
プ毎にＱ'a、△Ｈ'a、Ｐ'a、Ｎ'を測定している。特に
Ｑ'aは、試験装置に設置された流量計により直接測定さ
れたものである。一方、実機データは△Ｈa、Ｐa、Ｎは
直接測定に基づくが、Ｑaは直接測定値ではなく、測定
値△Ｈに基づき炉外試験結果から各ポンプ毎に作成した
ＱとＨの相関式（または、Ｑと△Ｈ）により演算した結
果である。実機のポンプ性能が炉外試験のポンプ性能と
同一であるならば、Ｑ'a＝Ｑa、Ｈ'a＝ＨaのときＰ'a＝
Ｐaとなる筈であり、効率比は１となる。したがって、
実機と炉外試験のポンプ総合効率を監視していれば、炉
心圧損の変化等によりポンプ運転点が変化した場合でも
モータ入力電力比Ｒは一定となり、ポンプ性能に変化の
ないことが分かる。
【０００９】これに対し、実機運転中にポンプ性能が変
化した場合には実機の真の流量Ｑcに対して、測定差圧
Ｈbに基づき観測されるポンプ流量はＱbとなる。実機の
見かけの効率ηRは、
化した場合には実機の真の流量Ｑcに対して、測定差圧
Ｈbに基づき観測されるポンプ流量はＱbとなる。実機の
見かけの効率ηRは、
【数９】 となる。一方、炉外試験の効率ηLは、実機の見かけの
流量と差圧Ｑb、Ｈbが正しいと考えて、これに対応する
モータ入力Ｐ'bを用いて次式で表される。
流量と差圧Ｑb、Ｈbが正しいと考えて、これに対応する
モータ入力Ｐ'bを用いて次式で表される。
【数１０】 したがって、実機と炉外試験の総合効率比ηR／ηLは、
【数１１】 となり、ポンプモータ入力電力比Ｒで表されることとな
り、このモータ入力電力比Ｒは１にはならい。このよう
に、発明者らは、インターナルポンププラントにおいて
は実機で測定されるデータから評価したポンプモータ入
力と実機で測定されるポンプの運転点に対応する炉外試
験運転点のポンプモータ入力との比Ｒを監視すれば、ポ
ンプ性能の変化を検知可能であることを見出した。
り、このモータ入力電力比Ｒは１にはならい。このよう
に、発明者らは、インターナルポンププラントにおいて
は実機で測定されるデータから評価したポンプモータ入
力と実機で測定されるポンプの運転点に対応する炉外試
験運転点のポンプモータ入力との比Ｒを監視すれば、ポ
ンプ性能の変化を検知可能であることを見出した。
【００１０】そこで、上述の原理に基づく具体的な性能
監視手順を図３に従い説明する。図３のブロック９の部
分が図１のポンプ性能比演算部９に相当する。演算部９
には、計算に必要となる炉外試験結果をモータ効率相関
式（ｇ）１９とモータ入力相関式（ｈ）２０として設定
しておく。ここで、モータ効率は図８の記号を用いて次
式で定義される。
監視手順を図３に従い説明する。図３のブロック９の部
分が図１のポンプ性能比演算部９に相当する。演算部９
には、計算に必要となる炉外試験結果をモータ効率相関
式（ｇ）１９とモータ入力相関式（ｈ）２０として設定
しておく。ここで、モータ効率は図８の記号を用いて次
式で定義される。
【数１２】 炉外試験では、前述のように、ループ試験装置等を用い
てポンプ１台を設置して、この設置した当該ポンプにつ
いてポンプ流量Ｑ、ポンプ部差圧ΔＰ、流体温度Ｔ、ポ
ンプ回転数Ｎ、モータ入力、モータ出力を測定可能であ
る。したがって、この炉外試験データに基づき、実機に
設置するポンプ１台毎にＱとΔＨの関係、モータ効率、
モータ入力の評価式を求めることができる。モータ効率
は、炉外試験において図６に示すポンプ回転数に対する
相関式ｇ（Ｎ）として作成しておく。このモータ効率相
関式ｇ（Ｎ）は、図１のポンプ性能比演算部９に設定し
ておく。モータ効率は、後で述べるように、ポンプ性能
比演算部９で実機運転点の換算時（図３のステップ１
４）に使用する。また、図７のように、炉外試験におい
て代表的ないくつかの回転数についてモータ入力とポン
プ流量の関係を測定し、相関式ｈを各回転数に対して作
成しておく。ポンプ性能比演算部９では、はじめに、ス
テップ１３において実機と炉外試験のポンプ総合効率を
同じ運転条件に換算して比べるため、実機ポンプ回転数
に近い炉外試験時のポンプ回転数を換算運転点（回転数
Ｎ１）として選定する。次に、ステップ１６、１７にお
いて実機運転に相当する条件での炉外試験時のモータ入
力を求める。まず、ステップ１６で実機ポンプ流量を回
転数換算する。換算流量Ｑ1は、回転数Ｎ0とＮ1の比を
Ｑ0にかけて得られる。ステップ１７において、換算流
量Ｑ1に対するポンプのモータ入力ＰL（Ｎ１）を相関式
ｈにより求める。ここで、使用する流量Ｑ1は実機ポン
プ流量Ｑ0を換算したものであり、ＰL（Ｎ１）はＱ0が
真の流量であるとして求めたモータ入力ということにな
る。一方、ステップ１４、１５において実機のモータ入
力を回転数Ｎ１に換算する。一般にポンプ入力は、回転
数の３乗に比例することから、図８の記号を使うと、
てポンプ１台を設置して、この設置した当該ポンプにつ
いてポンプ流量Ｑ、ポンプ部差圧ΔＰ、流体温度Ｔ、ポ
ンプ回転数Ｎ、モータ入力、モータ出力を測定可能であ
る。したがって、この炉外試験データに基づき、実機に
設置するポンプ１台毎にＱとΔＨの関係、モータ効率、
モータ入力の評価式を求めることができる。モータ効率
は、炉外試験において図６に示すポンプ回転数に対する
相関式ｇ（Ｎ）として作成しておく。このモータ効率相
関式ｇ（Ｎ）は、図１のポンプ性能比演算部９に設定し
ておく。モータ効率は、後で述べるように、ポンプ性能
比演算部９で実機運転点の換算時（図３のステップ１
４）に使用する。また、図７のように、炉外試験におい
て代表的ないくつかの回転数についてモータ入力とポン
プ流量の関係を測定し、相関式ｈを各回転数に対して作
成しておく。ポンプ性能比演算部９では、はじめに、ス
テップ１３において実機と炉外試験のポンプ総合効率を
同じ運転条件に換算して比べるため、実機ポンプ回転数
に近い炉外試験時のポンプ回転数を換算運転点（回転数
Ｎ１）として選定する。次に、ステップ１６、１７にお
いて実機運転に相当する条件での炉外試験時のモータ入
力を求める。まず、ステップ１６で実機ポンプ流量を回
転数換算する。換算流量Ｑ1は、回転数Ｎ0とＮ1の比を
Ｑ0にかけて得られる。ステップ１７において、換算流
量Ｑ1に対するポンプのモータ入力ＰL（Ｎ１）を相関式
ｈにより求める。ここで、使用する流量Ｑ1は実機ポン
プ流量Ｑ0を換算したものであり、ＰL（Ｎ１）はＱ0が
真の流量であるとして求めたモータ入力ということにな
る。一方、ステップ１４、１５において実機のモータ入
力を回転数Ｎ１に換算する。一般にポンプ入力は、回転
数の３乗に比例することから、図８の記号を使うと、
【数１３】 により得られる。しかし、実機で直接測定できるのはモ
ータ入力Ｐinであることから補正を行う。（１２）式よ
り
ータ入力Ｐinであることから補正を行う。（１２）式よ
り
【数１４】 と表される。（１３）、（１４）式より、
【数１５】 により、回転数Ｎ１に換算した時のモータ入力を求め
る。なお、
る。なお、
【数１６】 として回転数補正することも考えられるが、発明者らの
検討では（１５）式による評価を行わないと、後でモー
タ入力電力比Ｒを適切な精度で求めることは困難であ
る。ステップ１４では、（１５）式の計算に必要なモー
タ効率を予め設定したモータ効率相関式ｇにより求め
る。続いて、ステップ１５で（１５）式より換算運転点
でのモータ入力ＰR(Ｎ１)を求めることができる。以上
より算出した換算運転条件における実機モータ入力
ＰR、炉外試験モータ入力ＰLとの比をステップ１８で求
め、これがモータ入力電力比Ｒとなる。計算結果Ｒは、
ポンプ各々について、または、全ポンプの平均値として
求められ、ポンプ性能比表示装置１１に送られて定期的
に表示される。ここで、モータ入力電力比Ｒは、複数台
のインターナルポンプのモータを駆動する電源２０２が
複数台のインターナルポンプに対して共有され、電源２
０２からの出力電力のみが測定可能なプラントにおいて
は、実機モータ入力電力の代わりに、電源２０２の出力
電力を電源２０２が共有されているインターナルポンプ
台数で割った平均出力電力を用い、モータ入力電力比と
して求めることができる。
検討では（１５）式による評価を行わないと、後でモー
タ入力電力比Ｒを適切な精度で求めることは困難であ
る。ステップ１４では、（１５）式の計算に必要なモー
タ効率を予め設定したモータ効率相関式ｇにより求め
る。続いて、ステップ１５で（１５）式より換算運転点
でのモータ入力ＰR(Ｎ１)を求めることができる。以上
より算出した換算運転条件における実機モータ入力
ＰR、炉外試験モータ入力ＰLとの比をステップ１８で求
め、これがモータ入力電力比Ｒとなる。計算結果Ｒは、
ポンプ各々について、または、全ポンプの平均値として
求められ、ポンプ性能比表示装置１１に送られて定期的
に表示される。ここで、モータ入力電力比Ｒは、複数台
のインターナルポンプのモータを駆動する電源２０２が
複数台のインターナルポンプに対して共有され、電源２
０２からの出力電力のみが測定可能なプラントにおいて
は、実機モータ入力電力の代わりに、電源２０２の出力
電力を電源２０２が共有されているインターナルポンプ
台数で割った平均出力電力を用い、モータ入力電力比と
して求めることができる。
【００１１】ここで、モータ入力電力比Ｒは、前述のよ
うに、ポンプ性能に変化がなければ、理論上は１である
が、実際のデータでは、実機と炉外試験装置の計測装置
の相違等による影響が考えられる。監視上はこの影響を
除く方が便利であることから、プラント起動試験時の定
格運転点（定格出力、定格流量運転）または運転サイク
ル初期（起動後の定格出力到達時点）で算出されたＲ値
を基準値Ｒ０として、その後の運転期間中はＲ値の相対
値（＝Ｒ／Ｒ０）を監視すれば、ポンプの性能状態を直
感的に把握しやすくすることができる。また、プラント
運転中はポンプ性能に変化がなくても、実機データのゆ
らぎ等によりＲ値はある程度の範囲で変動することか
ら、表示値の変化がポンプ性能の変化として有為なもの
か、それとも実測データの定常的な変動かを区別するた
め、予めしきい値αを決めておき、Ｒ値がしきい値αを
超えて変化した場合には、ポンプ性能に有為な変化が生
じたものとして、運転員に注意を促す表示を出すように
する。Ｒ値がしきい値αの下限値（αmin)を下回る場合
は実機ポンプ性能の低下を意味する。すなわち、これ
は、測定されたポンプ部差圧△Ｐから図１のポンプ流量
演算部１０で演算されたポンプ流量に対し、実際のポン
プ流量は小さい可能性を示しており、当該ポンプを次の
定検時に重点的に検査すればよい。また、Ｒ値の低下が
αminを大きく下回る期間は、運転中の炉心流量の値を
必要に応じてポンプ流量の合計に変えて炉心差圧に基づ
き評価される炉心流量や、ヒートバランス法に基づき評
価される炉心流量信号を代わりに使用すればよい。しき
い値αのレベルとしては、差圧計や電力計の精度を考慮
して例えば±１．５％以上変化する場合には有為な変化
として判定する。
うに、ポンプ性能に変化がなければ、理論上は１である
が、実際のデータでは、実機と炉外試験装置の計測装置
の相違等による影響が考えられる。監視上はこの影響を
除く方が便利であることから、プラント起動試験時の定
格運転点（定格出力、定格流量運転）または運転サイク
ル初期（起動後の定格出力到達時点）で算出されたＲ値
を基準値Ｒ０として、その後の運転期間中はＲ値の相対
値（＝Ｒ／Ｒ０）を監視すれば、ポンプの性能状態を直
感的に把握しやすくすることができる。また、プラント
運転中はポンプ性能に変化がなくても、実機データのゆ
らぎ等によりＲ値はある程度の範囲で変動することか
ら、表示値の変化がポンプ性能の変化として有為なもの
か、それとも実測データの定常的な変動かを区別するた
め、予めしきい値αを決めておき、Ｒ値がしきい値αを
超えて変化した場合には、ポンプ性能に有為な変化が生
じたものとして、運転員に注意を促す表示を出すように
する。Ｒ値がしきい値αの下限値（αmin)を下回る場合
は実機ポンプ性能の低下を意味する。すなわち、これ
は、測定されたポンプ部差圧△Ｐから図１のポンプ流量
演算部１０で演算されたポンプ流量に対し、実際のポン
プ流量は小さい可能性を示しており、当該ポンプを次の
定検時に重点的に検査すればよい。また、Ｒ値の低下が
αminを大きく下回る期間は、運転中の炉心流量の値を
必要に応じてポンプ流量の合計に変えて炉心差圧に基づ
き評価される炉心流量や、ヒートバランス法に基づき評
価される炉心流量信号を代わりに使用すればよい。しき
い値αのレベルとしては、差圧計や電力計の精度を考慮
して例えば±１．５％以上変化する場合には有為な変化
として判定する。
【００１２】図９に、図１のポンプ性能比表示装置１１
の表示画面例を示す。監視画面にはＲ値の経時変化が表
示される。ここで表示されている表示値Ｒは、上述のよ
うに基準値Ｒ０に対する相対値である。しきい値αは下
限値（αmin)を０．９８５、上限値（αmax)を１．０１
５に設定しており、しきい値レベルが画面に表示されて
いる。値Ｒの計算結果は、定期的に画面上にプロットさ
れ、トレンド変化を容易に把握可能な表示としている。
の表示画面例を示す。監視画面にはＲ値の経時変化が表
示される。ここで表示されている表示値Ｒは、上述のよ
うに基準値Ｒ０に対する相対値である。しきい値αは下
限値（αmin)を０．９８５、上限値（αmax)を１．０１
５に設定しており、しきい値レベルが画面に表示されて
いる。値Ｒの計算結果は、定期的に画面上にプロットさ
れ、トレンド変化を容易に把握可能な表示としている。
【００１３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
実機インターナルポンプの性能をポンプモータ入力電力
比を指標として炉外試験時の性能と比較して演算、表示
させ、これを直接監視するため、実機運転中にポンプ性
能が変化しても初期の段階で性能が変化しているポンプ
を特定することができ、プラント機器の保全管理に大き
く寄与することができる。
実機インターナルポンプの性能をポンプモータ入力電力
比を指標として炉外試験時の性能と比較して演算、表示
させ、これを直接監視するため、実機運転中にポンプ性
能が変化しても初期の段階で性能が変化しているポンプ
を特定することができ、プラント機器の保全管理に大き
く寄与することができる。
【図１】本発明の一実施形態によるインターナルポンプ
の性能監視装置の構成図
の性能監視装置の構成図
【図２】インターナルポンププラントの原子炉の例を示
す図
す図
【図３】本発明のモータ入力電力比（性能比）の演算フ
ロー図
ロー図
【図４】ポンプ（実機）の流量・差圧特性図
【図５】ポンプ（炉外試験）の流量・差圧特性図
【図６】炉外試験におけるモータ効率・ポンプ回転数特
性図
性図
【図７】炉外試験におけるモータ入力とポンプ流量の関
係を示す測定図
係を示す測定図
【図８】モータ入力とモータ出力の説明図
【図９】本発明のポンプ性能比表示装置の表示画面例を
示す図
示す図
１１１…インターナルポンプ、１１２…原子炉圧力容
器、１１３…ダウンカマ、１１５…下部プレナム部、２
０１…モータ、２０２…電源、２…ポンプ部差圧計、４
…炉水（流体）温度計、３…回転数計、５…電力計、９
…ポンプ性能比演算部、１０…ポンプ流量演算部、１１
…ポンプ性能比表示装置
器、１１３…ダウンカマ、１１５…下部プレナム部、２
０１…モータ、２０２…電源、２…ポンプ部差圧計、４
…炉水（流体）温度計、３…回転数計、５…電力計、９
…ポンプ性能比演算部、１０…ポンプ流量演算部、１１
…ポンプ性能比表示装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 守屋 公三明 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所原子力事業部内 Ｆターム(参考） 2G075 AA04 BA03 CA14 DA02 DA18 FB07 FB09 FB16 FD01 GA21
Claims (6)
- 【請求項１】 複数台のインターナルポンプによって冷
却材を駆動するプラントのインターナルポンプの性能監
視方法において、前記ポンプを駆動するモータのポンプ
モータ入力電力を計測し、前記プラントにおいて計測さ
れたポンプ回転数、ポンプ流量に対応するプラント外試
験時のポンプモータ入力電力を推定し、前記計測値と推
定値とからポンプモータ入力電力比を求め、前記インタ
ーナルポンプの性能変化を検出することを特徴とするイ
ンターナルポンプの性能監視方法。 - 【請求項２】 請求項１において、前記複数のインター
ナルポンプの各々について前記ポンプモータ入力電力比
を求め、前記ポンプモータ入力電力比が予め設定したし
きい値を超えて減少した場合にポンプ性能の変化が生じ
ているとして当該インターナルポンプを特定することを
特徴とするインターナルポンプの性能監視方法。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２において、前記
ポンプモータ入力電力の推定に用いるポンプ流量とし
て、ポンプ回転数、ポンプ部差圧、流体温度の計測値を
用い、予めプラント外試験において各インターナルポン
プについて計測されたポンプ回転数、ポンプ部差圧、ポ
ンプ流量、流体温度から作成したポンプ部差圧とポンプ
流量及び回転数の関係式に基づき演算された流量演算値
を用いることを特徴とするインターナルポンプの性能監
視方法。 - 【請求項４】 請求項１から請求項３のいずれかにおい
て、前記複数台のインターナルポンプのモータを駆動す
る電源が複数台のインターナルポンプに対して共有され
るとき、前記ポンプを駆動するモータのポンプモータ入
力電力を計測することに代えて、前記電源の出力電力を
前記電源が共有されているインターナルポンプ台数で割
った平均出力電力をポンプモータ入力電力として用いる
ことを特徴とするインターナルポンプの性能監視方法。 - 【請求項５】 複数台のインターナルポンプによって冷
却材を駆動するプラントのインターナルポンプの性能監
視装置において、実機ポンプで測定されたポンプ部差
圧、ポンプ回転数、前記ポンプを駆動するモータのポン
プモータ入力電力及びポンプ流量を取り込み、前記実機
ポンプのモータ入力電力と予め行ったプラント外試験結
果に基づくポンプモータ入力電力との比を算出するポン
プ性能比演算部と、前記算出したポンプモータ入力電力
比を表示するポンプ性能比表示装置を具備することを特
徴とするインターナルポンプの性能監視装置。 - 【請求項６】 請求項５において、前記ポンプ性能比演
算部は、実機ポンプ回転数に近いプラント外試験時のポ
ンプ回転数を換算運転点として選定する手段と、実機ポ
ンプ流量を回転数換算して換算流量を求める手段と、前
記換算流量に対するプラント外試験時のポンプモータ入
力電力を相関式により求める手段と、モータ効率を予め
設定したモータ効率相関式により求める手段と、前記モ
ータ効率をを用いて前記換算運転点におけるポンプ回転
数に換算した時の実機ポンプモータ入力電力を求める手
段と、前記プラント外試験時のポンプモータ入力電力と
前記実機ポンプモータ入力電力の比を算出する手段を有
することを特徴とするインターナルポンプの性能監視装
置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001030796A JP3723866B2 (ja) | 2001-02-07 | 2001-02-07 | インターナルポンプの性能監視方法及び装置 |
| US09/941,652 US6532411B2 (en) | 2001-02-07 | 2001-08-30 | Brake booster control device and method of controlling the same |
| US09/942,966 US6619111B2 (en) | 2001-02-07 | 2001-08-31 | Method and device for monitoring performance of internal pump |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001030796A JP3723866B2 (ja) | 2001-02-07 | 2001-02-07 | インターナルポンプの性能監視方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002236193A true JP2002236193A (ja) | 2002-08-23 |
| JP3723866B2 JP3723866B2 (ja) | 2005-12-07 |
Family
ID=18894965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001030796A Expired - Lifetime JP3723866B2 (ja) | 2001-02-07 | 2001-02-07 | インターナルポンプの性能監視方法及び装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6619111B2 (ja) |
| JP (1) | JP3723866B2 (ja) |
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| JP2015227760A (ja) * | 2014-06-02 | 2015-12-17 | 株式会社サムソン | 給水ポンプ能力低下検出装置を持ったボイラ |
| JP2016173217A (ja) * | 2015-03-18 | 2016-09-29 | 株式会社コロナ | 地中熱ヒートポンプ装置 |
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