JP2003287143A - 静圧シール及びこれを備えた冷却材ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長期間安定したシール特性を維持することが
できる静圧シール及びこれを備えた冷却材ポンプを提供
する。 【解決手段】 静止側シールリングにおいて、フェース
プレート３４及びリテーナ３５の接触面３４ｂ，３５ａ
における回転軸側の端部３４ｂ−１，３５ａ−１はフェ
ースプレートとリテーナとが回転軸の半径方向に接する
ような段形状とし、この段形状部において前記半径方向
に接するフェースプレートとリテーナの接触面の間に背
面Ｏリング４０を介設する。または、背面Ｏリングをリ
テーナの接触面又はフェースプレートの接触面に形成し
たＯリング溝に設け、このＯリング溝の低圧側内面と背
面Ｏリングとの隙間部分をスペーサで塞ぐ。または、リ
テーナの接触面又はフェースプレートの接触面に回転軸
の半径方向に連続的な凹凸を形成してラビリンスシール
構造を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は静圧シール及びこれ
を備えた冷却材ポンプに関し、特に原子力発電プラント
の冷却材ポンプなどの各種高圧ポンプにおける回転軸の
軸シールに適用して有用なものである。

【０００２】

【従来の技術】原子力発電プラントの１次冷却材ポンプ
であるＲＣＰ（Reactor Coolant Pump；原子炉冷却材ポ
ンプ）には、軸シールとして接触式のメカニカルシール
とともに非接触式のメカニカルシールである静圧シール
も用いられている。この静圧シールは固定側に設けた静
止側シールリングと、回転軸とともに回転する回転側シ
ールリング（ランナ）とを有し、静止側シールリングに
作用するリフティングフォースとシーティングフォース
との圧力バランスにより静止側シールリングと回転側シ
ールリングとの間の微小隙間を保持する構造となってお
り、低シール流量で長寿命のシール性を有するものであ
る。

【０００３】図５はＲＣＰに備えた従来の静圧シールの
構成を示す断面図である。なお、図５では片側のみを図
示しており、この片側と省略側の断面形状は回転軸を挟
んで左右対称形となっている。

【０００４】図５に示すように、従来の静圧シール（非
接触式メカニカルシール）は、固定側に設けた静止側シ
ールリング１と、ＲＣＰの回転軸３とともに回転する回
転側シールリング（ランナ）２とを有してなるものであ
り、静止側シールリング１と回転側シールリング２は回
転軸３の軸方向に対向して配置されている。静止側シー
ルリング１は回転軸３の周囲を囲むリング状のフェース
プレート４、リテーナ５及びホルダ６や背面Ｏリング１
０などを備えており、回転側シールリング２は回転軸３
の周囲を囲むリング状のフェースプレート７、リテーナ
８及びホルダ９や背面Ｏリング１１などを備えている。

【０００５】静止側のフェースプレート４のシール面４
ａと回転側のフェースプレート７のシール面７ａは１０
〜２０μｍの微小隙間を保持して対向しており、この微
小隙間に高圧流体（高圧水）が、矢印Ａで示すようにシ
ール面４ａ，７ａの外径側（高圧側）から内径側（低圧
側）へと流れる。そして、このときにシール面４ａ，７
ａの微小隙間を流れる流体によって静止側シールリング
１に上向きに作用するリフティングフォース（流体圧
力）が、所定の圧力分布となるように静止側のフェース
プレート４のシール面４ａにはテーパ４ａ−１が設けら
れている。

【０００６】また、静止側シールリング１では、フェー
スプレート４の背面（接触面）４ｂがリテーナ５の下面
（接触面）５ａと接している。そして、背面Ｏリング１
０は、フェースプレート４とリテーナ５の接触面４ｂ，
５ａの間に介設され、この接触面間からの漏れを防止し
ている。ホルダ６はリテーナ５の外周面の段部５ｂと、
フェースプレート４の外周面とを囲むように装着されて
おり、ボルト１２によってリテーナ５に固定され、且
つ、先端部において回転軸３の半径方向の内側に突設さ
れた凸部６ａがフェースプレート４の外周面に形成され
た段部４ｃに係合することにより、フェースプレート４
をリテーナ５に押し付けるようにして保持している。ホ
ルダ６とリテーナ５との間には、この間からの漏れを防
止するためにＯリング１３，１４が設けられている。

【０００７】また、リテーナ５は、ケーシング１５に図
示しないボルトで固定されているインサート１６に装着
されている。インサート１６には図示しない回り止めピ
ンが取り付けされており、このピンをリテーナ５に形成
された図示しない穴に回転軸３の軸方向に挿入すること
で静止側シールリング２の回転を防止している。リテー
ナ５とインサート１６との間には、この間からの漏れを
防止するためにＯリング２０が設けられている。そし
て、リテーナ５の背面５ｃには高圧流体によって下向き
のシーティングフォースが作用する。

【０００８】回転側シールリング２では、フェースプレ
ート７の背面（接触面）７ｂがリテーナ８の上面（接触
面）８ａと接している。そして、背面Ｏリング１１は、
フェースプレート７とリテーナ８の接触面７ｂ，８ａの
間に介設され、この接触面間からの漏れを防止してい
る。ホルダ９はリテーナ８の外周面の段部８ｂと、フェ
ースプレート７の外周面とを囲むように装着されてお
り、ボルト１７によってリテーナ８に固定され、且つ、
先端部において回転軸３の半径方向の内側に突設された
凸部９ａがフェースプレート７の外周面に形成された段
部７ｃに係合することにより、フェースプレート７をリ
テーナ８に押し付けるようにして保持している。ホルダ
９とリテーナ８との間には、この間からの漏れを防止す
るためにＯリング１８，１９が設けられている。

【０００９】また、リテーナ８は、回転軸３に固定され
た固定部２１にボルト２２で固定されている。従って、
回転側シールリング２は回転軸３ともに回転する。リテ
ーナ８と回転軸３との間には部材２３が介設されてお
り、リテーナ８と部材２３との間及び部材２３と回転軸
３との間には、漏れを防止するためにＯリング２４，２
５が介設されている。

【００１０】従って、この静圧シールでは流体の圧力バ
ランスにより、静止側と回転側のフェースプレート４，
７のシール面４ａ，７ａの微小隙間が、所定の間隔に保
持される。即ち、図６（ａ）に示すようにシール面４
ａ，７ａの間隔が広くなると、シーティングフォースＦ
１よりもリフティングフォースＦ２のほうが小さくなる
ため、静止側シールリング１が下方に移動してシール面
４ａ，７ａの間隔が図６（ｂ）に示すように正常な状態
に戻る。一方、図６（ａ）に示すようシール面４ａ，７
ａの間隔が狭くなると、シーティングフォースＦ１より
もリフティングフォースＦ２のほうが大きくなるため、
静止側シールリング１が上方に移動してシール面４ａ，
７ａの間隔が図６（ｂ）に示すように正常な状態に戻
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
静圧シールでは、図７（ａ）に示すように背面Ｏリング
１０がリテーナ５の接触面５ａに形成されたＯリング溝
５ａに正常に装着されている間は問題ないが、フェース
プレート４とリテーナ５の接触面４ｂ，５ａの間から背
面Ｏリング１０に矢印Ｂのように高圧流体の圧力が長期
間作用することにより、図７（ｂ）に示すように背面Ｏ
リング１０が経年劣化して徐々にＯリング溝５ｄの回転
軸側（低圧側）の面に押し付けられるように変形する。
その結果、徐々にフェースプレート背面の圧力作用域
が、図７（ａ）に示す初期の状態から図７（ｂ）に示す
ように回転軸側（低圧側）に増加して、フェースプレー
ト４に作用する圧力に偏りが生じるため、フェースプレ
ート４が矢印Ｃのように回転して一点鎖線で示すように
変形する。

【００１２】このフェースプレート４の変形はシール面
４ａ，７ａの微小隙間におけるシール流量に大きく影響
し、長期間の使用している間にシール特性が徐々に変化
することがある。シール特性が大きく変化すると、静圧
シールの取り替えを行わなければならず、コストがかか
る。

【００１３】従って、本発明は上記の事情に鑑み、長期
間安定したシール特性を維持することができる静圧シー
ル及びこれを備えた冷却材ポンプ提供することを課題と
する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する第１
発明の静圧シールは、固定側に設けた静止側シールリン
グと、回転軸とともに回転する回転側シールリングとを
有してなる静圧シールにおいて、前記静止側シールリン
グは前記回転側シールリングのフェースプレートと対向
するフェースプレートと、このフェースプレートの背面
側に接するリテーナと、前記フェースプレートと前記リ
テーナの接触面間に介設したＯリングとを有し、前記フ
ェースプレート及び前記リテーナの接触面における回転
軸側の端部は前記フェースプレートと前記リテーナとが
前記回転軸の半径方向に接するような段形状とし、この
段形状部において前記半径方向に接する前記フェースプ
レートと前記リテーナの接触面の間に前記Ｏリングを介
設したことを特徴とする。

【００１５】また、第２発明の静圧シールは、第１発明
の静圧シールにおいて、前記Ｏリングは、前記段形状部
において前記半径方向に接する前記リテーナの接触面又
は前記フェースプレートの接触面に形成した横断面形状
が矩形状のＯリング溝に装着したことを特徴とする。

【００１６】また、第３発明の静圧シールは、固定側に
設けた静止側シールリングと、回転軸とともに回転する
回転側シールリングとを有してなる静圧シールにおい
て、前記静止側シールリングは前記回転側シールリング
のフェースプレートと対向するフェースプレートと、こ
のフェースプレートの背面側に接するリテーナと、前記
フェースプレートと前記リテーナの接触面間に介設した
Ｏリングとを有し、このＯリングは前記リテーナの接触
面又は前記フェースプレートの接触面に形成したＯリン
グ溝に設け、このＯリング溝の前記低圧側内面と前記Ｏ
リングとの隙間部分をスペーサで塞いだことを特徴とす
る。

【００１７】また、第４発明の静圧シールは、固定側に
設けた静止側シールリングと、回転軸とともに回転する
回転側シールリングとを有してなる静圧シールにおい
て、前記静止側シールリングは前記回転側シールリング
のフェースプレートと対向するフェースプレートと、こ
のフェースプレートの背面側に接するリテーナとを有
し、前記リテーナの接触面又は前記フェースプレートの
接触面には前記回転軸の半径方向に連続的な凹凸を形成
してラビリンスシール構造を設けたことを特徴とする。

【００１８】また、第５発明の冷却材ポンプは、原子力
発電プラントの冷却材ポンプであって、ポンプ回転軸の
軸シールとして請求項１，２，３又は４に記載する静圧
シールを設けたことを特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。

【００２０】＜実施の形態１＞図１は本発明の実施の形
態１に係る静圧シールの断面図、図２は前記静圧シール
の要部拡大断面図である。なお、図１では片側のみを図
示しており、この片側と省略側の断面形状は回転軸を挟
んで左右対称形となっている。図１及び図２に示す静圧
シール（非接触式メカニカルシール）は原子力発電プラ
ントの１次冷却材ポンプ（ＲＣＰ）に設けたものであ
る。ＲＣＰでは、この静圧シールの他、図示は省略する
が、１つ又は複数の接触式メカニカルシールも静圧シー
ルの上方に設けられており、静圧シールでは非常に大き
な差圧が得られ、接触式メカニカルシールでは静圧シー
ルに比べて小さな差圧が得られるようになっている。

【００２１】図１に示すように、本実施の形態１の静圧
シール（非接触式メカニカルシール）は、固定側に設け
た静止側シールリング３１と、ＲＣＰの回転軸３３とと
もに回転する回転側シールリング（ランナ）３２とを有
してなるものであり、静止側シールリング３１と回転側
シールリング３２は回転軸３３の軸方向に対向して配置
されている。

【００２２】静止側シールリング３１は回転軸３３の周
囲を囲むリング状のフェースプレート３４、リテーナ３
５及びホルダ３６や背面Ｏリング４０などを備えてい
る。詳細は後述するが、リテーナ３５はフェースプレー
ト３４の背面側に接しており、背面Ｏリング４０はフェ
ースプレート３４とリテーナ３５との接触面間に介設さ
れている。回転側シールリング３２は回転軸３３の周囲
を囲むリング状のフェースプレート３７、リテーナ３８
及びホルダ３９や背面Ｏリング４１などを備えている。
リテーナ３８はフェースプレート３７の背面側に接して
おり、背面Ｏリング４１はフェースプレート３７とリテ
ーナ３８との接触面間に介設されている。フェースプレ
ート３４，３７はセラミックス製のものであり、その他
のリテーナ３５，３８やホルダ３６，３９などは金属製
のものである。

【００２３】静止側のフェースプレート３４のシール面
３４ａと回転側のフェースプレート３７のシール面３７
ａは１０〜２０μｍの微小隙間を保持して対向してお
り、この微小隙間に高圧流体（高圧水）が、矢印Ｄで示
すようにシール面３４ａ，３７ａの外径側（高圧側）か
ら内径側（低圧側）へと流れる。このときにシール面３
４ａ，３７ａの微小隙間を流れる流体によって静止側シ
ールリング３１に上向きに作用するリフティングフォー
ス（流体圧力）が、所定の圧力分布となるように静止側
のフェースプレート３４のシール面３４ａにはテーパ３
４ａ−１が設けられている。

【００２４】そして、図１及び図２（ａ）に示すように
静止側シールリング３１では、フェースプレート３４と
リテーナ３５の接触面３４ｂ，３５ａにおける回転軸３
３側の端部が、フェースプレート３４とリテーナ３５と
が回転軸３３の半径方向に接するような段形状とし、こ
の段形状部において前記半径方向に接するフェースプレ
ート３４とリテーナ３５の接触面３４ｂ，３５ａ（接触
面端部３４ｂ−１，３５ａ−１）の間に背面Ｏリング４
０を介設して、接触面３４ｂ，３５ａの間からの漏れを
防止している。

【００２５】詳述すると、フェースプレート３４は、接
触面３４ａの回転軸３３側の端部を、回転軸３３の軸方
向に沿ってリテーナ３５側へと突出させることにより
（凸部３４ｄ）、段形状としている。一方、リテーナ３
５は、接触面３５ａの回転軸３３側の端部を、回転軸３
３の軸方向に沿い且つフェースプレート３４の凸部３４
ｄの段形状に応じて凹ませることにより（凹部３５
ｄ）、段形状としている。このことにより、フェースプ
レート３４の接触面３４ｂとリテーナ３５の接触面３５
ａは、回転軸３３側の端部３４ｂ−１，３５ａ−１にお
いて回転軸３３の半径方向に接している。

【００２６】そして、リテーナ３５の接触面端部３５ａ
−１にはＯリング溝３５ｅが形成されており、このＯリ
ング溝３５ｅに背面Ｏリング４０が装着されている。か
くして、背面Ｏリング４０は前記半径方向に接するフェ
ースプレート３４とリテーナ３５の接触面３４ｂ，３５
ａ（接触面端部３４ｂ−１，３５ａ−１）の間に介設さ
れる。

【００２７】また、図１に示すように、ホルダ３６はリ
テーナ３５の外周面の段部３５ｂと、フェースプレート
３４の外周面とを囲むように装着されており、ボルト４
２によってリテーナ３５に固定され、且つ、先端部にお
いて回転軸３３の半径方向の内側に突設された凸部３６
ａがフェースプレート３４の外周面に形成された段部３
４ｃに係合することにより、フェースプレート３４をリ
テーナ３５に押し付けるようにして保持している。ホル
ダ３６とリテーナ３５との間には、この間からの漏れを
防止するためにＯリング４３，４４が設けられている。

【００２８】リテーナ３５は、ケーシング４５に図示し
ないボルトで固定されているインサート４６に装着され
ている。インサート４６には図示しない回り止めピンが
取り付けされており、このピンをリテーナ３５に形成さ
れた図示しない穴に回転軸３３の軸方向に挿入すること
で静止側シールリング３２の回転を防止している。リテ
ーナ３５とインサート４６との間には、この間からの漏
れを防止するためにＯリング５０が設けられている。そ
して、リテーナ３５の背面３５ｃには高圧流体によって
下向きのシーティングフォースが作用する。

【００２９】回転側シールリング３２では、フェースプ
レート３７の背面（接触面）３７ｂがリテーナ３８の上
面（接触面）３８ａと接している。そして、背面Ｏリン
グ４１は、フェースプレート３７とリテーナ３８の接触
面３７ｂ，３８ａの間に介設され、この接触面間からの
漏れを防止している。ホルダ３９はリテーナ３８の外周
面の段部３８ｂと、フェースプレート３７の外周面とを
囲むように装着されており、ボルト４７によってリテー
ナ３８に固定され、且つ、先端部において回転軸３３の
半径方向の内側に突設された凸部３９ａがフェースプレ
ート３７の外周面に形成された段部３７ｃに係合するこ
とにより、フェースプレート３７をリテーナ３８に押し
付けるようにして保持している。ホルダ３９とリテーナ
３８との間には、この間からの漏れを防止するためにＯ
リング４８，４９が設けられている。

【００３０】また、リテーナ３８は、回転軸３３に固定
された固定部５１にボルト５２で固定されている。従っ
て、回転側シールリング３２は回転軸３３ともに回転す
る。リテーナ３８と回転軸３３との間には部材５３が介
設されており、リテーナ３８と部材５３との間及び部材
５３と回転軸３３との間には、漏れを防止するためにＯ
リング５４，５５が介設されている。

【００３１】本実施の形態１の静圧シールにおいても、
流体の圧力バランス、即ち、リフティングフォースとシ
ーティングフォースのバランスにより、静止側と回転側
のフェースプレート３４，３７のシール面３４ａ，３７
ａの微小隙間が、所定の間隔に保持されるが、このこと
については従来と同様であるため、ここでの具体的な説
明は省略する（図６参照）。

【００３２】そして、本実施の形態１によれば、上記の
ように静止側シールリング３１では、フェースプレート
３４とリテーナ３５の接触面３４ｂ，３５ａにおける回
転軸３３側の端部が、フェースプレート３４とリテーナ
３５とが回転軸３３の半径方向に接するような段形状と
し、この段形状部において前記半径方向に接するフェー
スプレート３４とリテーナ３５の接触面３４ｂ，３５ａ
の間に背面Ｏリング４０を介設したことにより、次のよ
うな効果が得られる。

【００３３】即ち、図２（ａ）に示す初期の背面Ｏリン
グ４０の状態から、図２（ｂ）に示すようにフェースプ
レート３４とリテーナ３５の接触面３４ｂ，３５ａ間か
ら背面Ｏリング４０に矢印Ｅのように高圧流体の圧力が
長期間作用することにより、背面Ｏリング４０が経年劣
化して変形しても、従来のようにフェースプレート背面
の圧力作用域が変化することはない。従って、シール面
３４ａ，３７ａの微小隙間のシール流量を長期間正常な
状態に維持して、長期間安定したシール特性を維持する
ことができる。このため、静圧シールの取り替え回数を
減らして静圧シール単体のコスト低減、ひいては一次冷
却材ポンプのコスト低減を図ることができるとともに、
一次冷却材ポンプを含む原子力発電プラント全体の信頼
性の向上にも繋がる。

【００３４】なお、背面Ｏリング４０の変形に伴ってフ
ェースプレート３４を回転軸３３の径方向の内側に押す
力が作用することが考えられるが、このときの力の作用
点は支点（フェースプレート３４の外周面側）から遠い
ため、この力によるフェースプレート３４の変形は非常
に小さく、シール面３４ａ，３７ａの微小隙間の変化は
非常に小さい。

【００３５】また、図２に示すように背面Ｏリング４０
を装着するリテーナ３５のＯリング溝３５ｅは横断面形
状が矩形状となっているが、Ｏリング溝３５ｅのフェー
スプレート３４側の部分３５ｅ−１は必ずしも設ける必
要がない。しかし、フェースプレート側部分３５ｅ−１
を設けること、即ち、矩形状のＯリング溝３ｅに背面Ｏ
リング４０を装着することにより、背面Ｏリング４０が
外れるのを確実に防止することができる。更には、背面
Ｏリング４０を装着するためのＯリング溝は、必ずしも
リテーナ３５の接触面側（接触面端部３５ａ−１）に形
成する場合（Ｏリング溝３５ｅ）に限定するものではな
く、フェースプレート３４の接触面側（接触面端部３４
ｂ−１）に形成してもよい。

【００３６】＜実施の形態２＞図３は本発明の実施の形
態２に係る静圧シールの要部断面図である。同図に示す
ように、静止側シールリングのフェースプレート６１に
おけるシール面６１ａと回転側シールリングのフェース
プレート６３におけるシール面６３ａは１０〜２０μｍ
の微小隙間を保持して対向しており、この微小隙間に高
圧流体（高圧水）がシール面６１ａ，６３ａの外径側
（高圧側）から内径側（低圧側）へと流れる。このとき
にシール面６１ａ，６３ａの微小隙間を流れる流体によ
って静止側シールリングに上向きに作用するリフティン
グフォース（流体圧力）が、所定の圧力分布となるよう
に静止側のフェースプレート６１のシール面６１ａには
テーパ６１ａ−１が設けられている。

【００３７】また、フェースプレート６１の背面（接触
面）６１ｂはリテーナ６２の下面（接触面）６２ａと接
している。フェースプレート６１とリテーナ６２の接触
面６１ｂ，６２ａの間には背面Ｏリング６４が介設さ
れ、この背面Ｏリング６４によって接触面６１ｂ，６２
ａ間からの漏れを防止している。背面Ｏリング６４は、
静止側シールリングのリテーナ６２の接触面６２ａに形
成したＯリング溝６２ｂに装着されている。

【００３８】以上の構成は従来（図５）と同様である。
また、その他の構成についても、Ｏリング溝６２ｂに装
着されたスペーサ６５以外の構成は従来（図５）と同様
であるため、ここでの説明及び図示は省略する。

【００３９】そして、本実施の形態２では、Ｏリング溝
６２ｂの低圧側（一次冷却材ポンプの回転軸６６側）の
内面６２ｂ−１と背面Ｏリング６４との隙間を、回転軸
６６の周囲を囲むリング状で且つ横断面形状が略三角形
状のスペーサ６５によって塞いでいる。スペーサ６５は
硬質ゴムなどからなるものであり、Ｏリング溝６２ｂの
内面６２ｂ−１とフェースプレート６１の接触面６１ｂ
に沿う２面６５ａ，６５ｂと、背面Ｏリング６４の外径
６４ａに沿う面６５ｃとを有している。

【００４０】従って、本実施の形態２によれば、スペー
サ６５を設けたことにより、図３（ａ）に示すようにフ
ェースプレート背面の圧力作用域が、初期状態からＯリ
ング溝６２ｂの低圧側内面６２ｂ−１の位置まで広がる
ことになる。このため、図３（ａ）に示す背面Ｏリング
４０の初期状態から、図３（ｃ）に示すようにフェース
プレート６１とリテーナ６２の接触面６１ｂ，６２ａの
間から背面Ｏリング６４に矢印Ｆのように高圧流体の圧
力が長期間作用することにより、背面Ｏリング６４が経
年劣化して変形しても、従来のようにフェースプレート
背面の圧力作用域が変化することはなく、シール面６１
ａ，６３ａの微小隙間のシール流量を長期間正常な状態
に維持して、長期間安定したシール特性を維持すること
ができる。このため、静圧シールの取り替え回数を減ら
して静圧シール単体のコスト低減、ひいては一次冷却材
ポンプのコスト低減を図ることができるとともに、一次
冷却材ポンプを含む原子力発電プラント全体の信頼性の
向上にも繋がる。

【００４１】しかも、従来の構成にスペーサ６５を追加
するだけでよいため、従来の構成に対する変更コストは
小さく、実施が容易である。

【００４２】なお、背面Ｏリング６４はリテーナ６２の
接触面６２ａに形成されたＯリング溝６２ｂに装着され
ているが、必ずしもこれに限定するものではなく、フェ
ースプレート６１の接触面６１ｂに形成したＯリング溝
に装着してもよい。この場合には接触面６１ｂのＯリン
グ溝の低圧側角部にスペーサ６５を設けることになる。

【００４３】＜実施の形態３＞図４は本発明の実施の形
態３に係る静圧シールの要部断面図である。同図に示す
ように、静止側シールリングのフェースプレート７１に
おけるシール面７１ａと回転側シールリングのフェース
プレート７３におけるシール面７３ａは１０〜２０μｍ
の微小隙間を保持して対向しており、この微小隙間に高
圧流体（高圧水）がシール面７１ａ，７３ａの外径側
（高圧側）から内径側（低圧側）へと流れる。このとき
にシール面７１ａ，７３ａの微小隙間を流れる流体によ
って静止側シールリングに上向きに作用するリフティン
グフォース（流体の圧力）が、所定の圧力分布となるよ
うに静止側のフェースプレート７１のシール面７１ａに
はテーパ７１ａ−１が設けられている。また、フェース
プレート７１の背面（接触面）７１ｂはリテーナ７２の
下面（接触面）７２ａと接している。

【００４４】以上の構成は従来（図５）と同様である。
また、その他の構成についても、ラビリンスシール構造
以外の構成は従来（図５）と同様であるため、ここでの
説明及び図示は省略する。

【００４５】そして、本実施の形態３では背面Ｏリング
は設けておらず、静止側シールリングのリテーナ７２の
接触面７２ａには、一次冷却材ポンプの回転軸７５の半
径方向に連続的な凹凸７２ｂを形成することにより、ラ
ビリンスシール構造を設けている。

【００４６】従って、本実施の形態３によれば、フェー
スプレート７１とリテーナ７２の接触面７１ｂ，７２ａ
間のシールを、Ｏリングではなくラビリンスシール構造
によって行うため、従来のようにＯリングの劣化（変
形）によってフェースプレート背面の圧力作用域が変化
することはなく、シール面７１ａ，７３ａの微小隙間の
シール流量を長期間正常な状態に維持して、長期間安定
したシール特性を維持することができる。このため、静
圧シールの取り替え回数を減らして静圧シール単体のコ
スト低減、ひいては一次冷却材ポンプのコスト低減を図
ることができるとともに、一次冷却材ポンプを含む原子
力発電プラント全体の信頼性の向上にも繋がる。

【００４７】なお、ラビリンスシール構造の場合には多
少の漏れが生じる可能性があるが、ここで多少の漏れが
生じたとしても、上記実施の形態１で述べたように静圧
シールの上方には接触式メカニカルシールがあるため、
ここで漏れを防ぐことができる。

【００４８】

【発明の効果】以上、発明の実施の形態とともに具体的
に説明したように、第１発明の静圧シールは、固定側に
設けた静止側シールリングと、回転軸とともに回転する
回転側シールリングとを有してなる静圧シールにおい
て、前記静止側シールリングは前記回転側シールリング
のフェースプレートと対向するフェースプレートと、こ
のフェースプレートの背面側に接するリテーナと、前記
フェースプレートと前記リテーナの接触面間に介設した
Ｏリングとを有し、前記フェースプレート及び前記リテ
ーナの接触面における回転軸側の端部は前記フェースプ
レートと前記リテーナとが前記回転軸の半径方向に接す
るような段形状とし、この段形状部において前記半径方
向に接する前記フェースプレートと前記リテーナの接触
面の間に前記Ｏリングを介設したことを特徴とする。

【００４９】従って、この第１発明の静圧シールによれ
ば、フェースプレートとリテーナの接触面間からＯリン
グに高圧流体の圧力が長期間作用することにより、Ｏリ
ングが経年劣化して変形しても、従来のようにフェース
プレート背面の圧力作用域が変化することはない。従っ
て、シール面の微小隙間のシール流量を長期間正常な状
態に維持して、長期間安定したシール特性を維持するこ
とができる。このため、静圧シールの取り替え回数を減
らして静圧シールのコスト低減を図ることができる。

【００５０】また、第２発明の静圧シールは、第１発明
の静圧シールにおいて、前記Ｏリングは、前記段形状部
において前記半径方向に接する前記リテーナの接触面又
は前記フェースプレートの接触面に形成した横断面形状
が矩形状のＯリング溝に装着したことを特徴とする。

【００５１】従って、この第２発明の静圧シールによれ
ば、横断面形状が矩形状のＯリング溝にＯリングを装着
することにより、Ｏリングが外れるのを確実に防止する
ことができる。

【００５２】また、第３発明の静圧シールは、固定側に
設けた静止側シールリングと、回転軸とともに回転する
回転側シールリングとを有してなる静圧シールにおい
て、前記静止側シールリングは前記回転側シールリング
のフェースプレートと対向するフェースプレートと、こ
のフェースプレートの背面側に接するリテーナと、前記
フェースプレートと前記リテーナの接触面間に介設した
Ｏリングとを有し、このＯリングは前記リテーナの接触
面又は前記フェースプレートの接触面に形成したＯリン
グ溝に設け、このＯリング溝の前記低圧側内面と前記Ｏ
リングとの隙間部分をスペーサで塞いだことを特徴とす
る。

【００５３】従って、この第３発明の静圧シールによれ
ば、スペーサを設けたことにより、フェースプレート背
面の圧力作用域が、初期状態からＯリング溝の低圧側内
面の位置まで広がることになる。このため、フェースプ
レートとリテーナの接触面間からＯリングに高圧流体の
圧力が長期間作用することにより、Ｏリングが経年劣化
して変形しても、従来のようにフェースプレート背面の
圧力作用域が変化することはなく、シール面の微小隙間
のシール流量を長期間正常な状態に維持して、長期間安
定したシール特性を維持することができる。このため、
静圧シールの取り替え回数を減らして静圧シールのコス
ト低減を図ることができる。しかも、従来の構成にスペ
ーサを追加するだけでよいため、従来の構成に対する変
更コストは小さく、実施が容易である。

【００５４】また、第４発明の静圧シールは、固定側に
設けた静止側シールリングと、回転軸とともに回転する
回転側シールリングとを有してなる静圧シールにおい
て、前記静止側シールリングは前記回転側シールリング
のフェースプレートと対向するフェースプレートと、こ
のフェースプレートの背面側に接するリテーナとを有
し、前記リテーナの接触面又は前記フェースプレートの
接触面には前記回転軸の半径方向に連続的な凹凸を形成
してラビリンスシール構造を設けたことを特徴とする。

【００５５】従って、この第４発明の静圧シールによれ
ば、フェースプレートとリテーナの接触面間のシール
を、Ｏリングではなくラビリンスシール構造によって行
うため、従来のようにＯリングの劣化（変形）によって
フェースプレート背面の圧力作用域が変化することはな
く、シール面の微小隙間のシール流量を長期間正常な状
態に維持して、長期間安定したシール特性を維持するこ
とができる。このため、静圧シールの取り替え回数を減
らして静圧シールのコスト低減を図ることができる。

【００５６】また、第５発明の冷却材ポンプは、原子力
発電プラントの冷却材ポンプであって、ポンプ回転軸の
軸シールとして請求項１，２，３又は４に記載する静圧
シールを設けたことを特徴とする。

【００５７】従って、この第５発明の冷却材ポンプによ
れば、静圧シールのシール面の微小隙間のシール流量を
長期間正常な状態に維持して、長期間安定したシール特
性を維持することができるため、静圧シールの取り替え
回数を減らして静圧シール単体のコスト低減、ひいては
冷却材ポンプのコスト低減を図ることができるととも
に、一次冷却材ポンプを含む原子力発電プラント全体の
信頼性の向上にも繋がる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る静圧シールの断面
図である。

【図２】前記静圧シールの要部拡大断面図である。

【図３】本発明の実施の形態２に係る静圧シールの要部
断面図である。

【図４】本発明の実施の形態３に係る静圧シールの要部
断面図である。

【図５】従来の静圧シールの構成を示す断面図である。

【図６】静圧シールの作用を示す説明図である。

【図７】従来の静圧シールの要部拡大断面図である。

【符号の説明】

３１ 静止側シールリング ３２ 回転側シールリング ３３ 回転軸 ３４ フェースプレート ３４ａ シール面 ３４ａ−１ テーパ ３４ｂ 背面（接触面） ３４ｂ−１ 接触面端部 ３４ｃ 段部 ３４ｄ 凸部 ３５ リテーナ ３５ａ 接触面 ３５ａ−１ 接触面端部 ３５ｂ 段部 ３５ｃ 背面 ３５ｄ 凹部 ３５ｅ Ｏリング溝 ３５ｅ−１ フェースプレート側部分 ３６ ホルダ ３６ａ 凸部 ３７ フェースプレート ３７ａ シール面 ３７ｂ 背面（接触面） ３７ｃ 段部 ３８ リテーナ ３８ａ 接触面 ３８ｂ 段部 ３９ ホルダ ３９ａ 凸部 ４０ 背面Ｏリング ４１ 背面Ｏリング ４２ ボルト ４３ Ｏリング ４４ Ｏリング ４５ ケーシング ４６ インサート ４７ ボルト ４８ Ｏリング ４９ Ｏリング ５０ Ｏリング ５１ 固定部 ５２ ボルト ５３ 部材 ５４ Ｏリング ５５ Ｏリング ６１ フェースプレート ６１ａ シール面 ６１ａ−１ テーパ ６１ｂ 背面（接触面） ６２ リテーナ ６２ａ 接触面 ６２ｂ Ｏリング溝 ６２ｂ−１ 低圧側内面 ６３ フェースプレート ６３ａ シール面 ６４ 背面Ｏリング ６４ａ 外径 ６５ スペーサ ６５ａ 面 ６５ｂ 面 ６５ｃ 面 ６６ 回転軸 ７１ フェースプレート ７１ａ シール面 ７１ａ−１ テーパ ７１ｂ 背面（接触面） ７２ リテーナ ７２ａ 接触面 ７２ｂ 凹凸（ラビリンスシール構造） ７３ フェースプレート ７３ａ シール面 ７５ 回転軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 篠原 種宏 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 布山 裕之 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 木村 延 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 佐久間 啓臣 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 久井 治 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 小松 直隆 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 Ｆターム(参考） 3H022 AA01 BA06 CA28 CA32 DA13 3J042 AA05 AA11 BA02 BA08 CA05 CA07 DA06

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定側に設けた静止側シールリングと、
   回転軸とともに回転する回転側シールリングとを有して
   なる静圧シールにおいて、 前記静止側シールリングは前記回転側シールリングのフ
   ェースプレートと対向するフェースプレートと、このフ
   ェースプレートの背面側に接するリテーナと、前記フェ
   ースプレートと前記リテーナの接触面間に介設したＯリ
   ングとを有し、前記フェースプレート及び前記リテーナ
   の接触面における回転軸側の端部は前記フェースプレー
   トと前記リテーナとが前記回転軸の半径方向に接するよ
   うな段形状とし、この段形状部において前記半径方向に
   接する前記フェースプレートと前記リテーナの接触面の
   間に前記Ｏリングを介設したことを特徴とする静圧シー
   ル。
2. 【請求項２】 請求項１に記載する静圧シールにおい
   て、 前記Ｏリングは、前記段形状部において前記半径方向に
   接する前記リテーナの接触面又は前記フェースプレート
   の接触面に形成した横断面形状が矩形状のＯリング溝に
   装着したことを特徴とする静圧シール。
3. 【請求項３】 固定側に設けた静止側シールリングと、
   回転軸とともに回転する回転側シールリングとを有して
   なる静圧シールにおいて、 前記静止側シールリングは前記回転側シールリングのフ
   ェースプレートと対向するフェースプレートと、このフ
   ェースプレートの背面側に接するリテーナと、前記フェ
   ースプレートと前記リテーナの接触面間に介設したＯリ
   ングとを有し、このＯリングは前記リテーナの接触面又
   は前記フェースプレートの接触面に形成したＯリング溝
   に設け、このＯリング溝の前記低圧側内面と前記Ｏリン
   グとの隙間部分をスペーサで塞いだことを特徴とする静
   圧シール。
4. 【請求項４】 固定側に設けた静止側シールリングと、
   回転軸とともに回転する回転側シールリングとを有して
   なる静圧シールにおいて、 前記静止側シールリングは前記回転側シールリングのフ
   ェースプレートと対向するフェースプレートと、このフ
   ェースプレートの背面側に接するリテーナとを有し、前
   記リテーナの接触面又は前記フェースプレートの接触面
   には前記回転軸の半径方向に連続的な凹凸を形成してラ
   ビリンスシール構造を設けたことを特徴とする静圧シー
   ル。
5. 【請求項５】 原子力発電プラントの冷却材ポンプであ
   って、ポンプ回転軸の軸シールとして請求項１，２，３
   又は４に記載する静圧シールを設けたことを特徴とする
   冷却材ポンプ。