JP2011012602A - シール能力判定方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】メカニカルシールが多段に分かれているポンプ(第1ポンプ15a、第2ポンプ15b)の軸封部(第1軸封部16a、第2軸封部16b)に設置されたメカニカルシール26に関して、軸封部のシール圧力信号中に含まれる微少な揺らぎ成分をAPSDを用いて評価する。その評価結果からAPSDの上昇が認められた場合、シール能力低下の徴候として判定する。
【選択図】図6
Description
そこで、メカニカルシールが多段に分かれているポンプとして、PLRポンプを例に挙げて、以下に説明する。
第1段軸封部と第2段軸封部及び第2段軸封部と軸封部外部は、軸封部構造体に固定設置された静止リング(シートリング)と、静止リングに摺動しながら接触して回転軸と一体的に回転する回転リングにより構成された、メカニカルシールにより隔離されている。
また、従来の指標による検知では、各シールにおける、本来のシール能力を備えていることを示すシール能力の健全性についての評価ができないため、各シールについての使用寿命を判断することもできなかった。
この発明の目的は、メカニカルシールが多段に分かれているポンプにおけるシール能力の健全性を評価することができると共に、シール能力の低下を早期段階で検知することができるシール能力判定方法及び装置を提供することである。
また、この発明に係るシール能力判定装置により、上記シール能力判定方法を実現することができる。
図1は、この発明の一実施の形態に係るシール能力判定装置の構成を示すブロック図である。図1に示すように、シール能力判定装置10は、APSD演算部(APSD演算手段)11、APSD比較部(APSD比較手段)12、及びシール能力判定部(シール能力判定手段)13を有している。
メカニカルシールは、2個のポンプ(第1ポンプ15a、第2ポンプ15b)のそれぞれの軸封部(第1軸封部16a、第2軸封部16b)に設けられている。
図3は、PLRポンプの構成を概略的に示す説明図である。
なお、軸封部は、2個のポンプ(15a,15b)のそれぞれに設けられているが、両軸封部(第1軸封部16a、第2軸封部16b)は同一の構成及び作用を有するので、以下の説明においては、一方(第1ポンプ15aの第1軸封部16a)のみについて説明し、他方(第2ポンプ15bの第2軸封部16b)の説明を省略する。
第1軸封部16aは、冷却材流路22aを流れる冷却材Cが、羽根車22bが取り付けられた回転軸24を伝ってモータ23側へ流れ出てしまわないように封止(シール)している。
メカニカルシール26は、軸封部構造体27に固定設置された静止リング(シートリング)26aと、静止リング26aに摺動自在に接触して回転軸24と一体的に回転する回転リング26bにより構成されている。
このように、回転軸24に第1軸封部16aを装着することで、第1軸封部16aにより、原子炉内の冷却材Cが、回転軸24を伝ってモータ23側へ流れ出て原子炉外へと漏出してしまわないように封止している。
一般に、プラント正常作動時における第2段軸封部25bの圧力は、非常に安定しており、殆ど揺らぎ成分を持たずに略一定の値を示す。そこで、シール圧力信号の揺らぎ成分の変動が非常に僅かであったとしても、第2段軸封部25bのシール圧力信号上のノイズとして観測される可能性があることに、着目した。
図5は、各軸封部におけるシール圧力信号の変化を時系列で表した時系列データをグラフで示す説明図である。図5に示すように、各軸封部(第1軸封部16a、第2軸封部16b)におけるシール圧力信号、即ち、第1ポンプ第1段シール圧力信号a、第1ポンプ第2段シール圧力信号b、第2ポンプ第1段シール圧力信号c、第2ポンプ第2段シール圧力信号dについて、経過時間に対する変化を表した時系列データ上では、シール面劣化の徴候を検知するのは困難である。
つまり、原子炉圧力容器18に備えられたポンプ(第1ポンプ15a、第2ポンプ15b)の軸封部(第1軸封部16a、第2軸封部16b)に設置されたメカニカルシール26において発生するシール圧力信号の揺らぎ成分について、軸封部のシール圧力信号中に含まれる微少な揺らぎ成分をAPSDを用いて評価し、評価結果からAPSDの上昇が認められた場合、シール能力低下の徴候が表れたことを検知している。
図1に示す、第1ポンプ15aのシール圧力を検出する、第1ポンプ第1段シール圧力検出部17aは、例えば圧力センサを備えており、この圧力センサにより、第1段軸封部25aの第1圧力検出口29を介して、第1段軸封部25aの内部(シール)圧力を検出する。第1ポンプ第2段シール圧力検出部17bは、例えば圧力センサを備えており、この圧力センサにより、第2段軸封部25bの第2圧力検出口31を介して、第2段軸封部25bの内部(シール)圧力を検出する。
APSD演算部11は、揺らぎ信号における周波数成分fの強度として、APSDという指標が、自己共分散関数のフーリエ変換として定義されていることから、高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform:FFT)アルゴリズムを用いて自己共分散関数を演算し、その演算結果から、APSDを算出する。
このシール能力の低下となるシール面劣化の徴候の有無の判定は、以下に示すように行われる。
次に、求めたAPSDの平均値・標準偏差を用いて、以下の式により求めた値を上限閾値とする。
上限閾値=平均値+標準偏差×係数(α)
ここで、係数(α)は、信頼度により異なるものであり、例えば、α=2.58の場合、正規分布における信頼度約99%を意味する。
図6は、各軸封部におけるシール圧力信号の変化をAPSDで表したAPSDレベルデータをグラフで示す説明図である。図6に示すように、各軸封部(第1軸封部16a、第2軸封部16b)におけるシール圧力信号、即ち、第1ポンプ第1段シール圧力信号a、第1ポンプ第2段シール圧力信号b、第2ポンプ第1段シール圧力信号c、第2ポンプ第2段シール圧力信号dについて、周波数に対する変化を表したAPSDレベルデータ上では、APSDレベルの上昇としてシール面劣化の徴候を検知することができる。
なお、上述したように、この発明に係るシール能力判定方法及びシール能力判定装置10は、原子炉圧力容器18に備えられたポンプ(第1ポンプ15a、第2ポンプ15b)の軸封部(16a,16b)に用いられるメカニカルシール26において、そのシール能力を判定しているが、シール能力判定の対象となるのは、原子炉圧力容器18におけるシール部材に限るものではなく、メカニカルシールが多段に分かれているポンプにおけるシール部材のシール能力を判定する場合にも適用することができる。
11 APSD演算部
12 APSD比較部
13 シール能力判定部
14 原子炉格納容器
15a 第1ポンプ
15b 第2ポンプ
16a 第1軸封部
16b 第2軸封部
17a 第1ポンプ第1段シール圧力検出部
17b 第1ポンプ第2段シール圧力検出部
17c 第2ポンプ第1段シール圧力検出部
17d 第2ポンプ第2段シール圧力検出部
18 原子炉圧力容器
19a 排出路
19b 供給路
20a,20b 循環路
21a,21b タンク
22 ポンプ本体
22a 冷却材流路
22b 羽根車
23 モータ
24 回転軸
25a 第1段軸封部
25b 第2段軸封部
26 メカニカルシール
26a 静止リング
26b 回転リング
27 軸封部構造体
28 取込口
29 第1圧力検出口
30,32 オリフィス
31 第2圧力検出口
C 冷却材
W 水
Ws シール水
a 第1ポンプ第1段シール圧力信号
b 第1ポンプ第2段シール圧力信号
c 第2ポンプ第1段シール圧力信号
d 第2ポンプ第2段シール圧力信号
Claims (5)
- メカニカルシールが多段に分かれているポンプの軸封部に設置されたメカニカルシールに関して、軸封部のシール圧力信号中に含まれる微少な揺らぎ成分をオートパワースペクトル密度(Auto Power Spectral Density:APSD)を用いて評価し、
その評価結果から前記APSDの上昇が認められた場合、シール能力低下の徴候として判定するシール能力判定方法。 - 前記軸封部の圧力のAPSDレベルが、冗長構成の正常側機器の値に比べ上昇することに基づき、前記APSDが上昇したと認める請求項1に記載のシール能力判定方法。
- メカニカルシールが多段に分かれているポンプの軸封部に設置されたメカニカルシールのシール圧力を示すシール圧力信号に基づき、オートパワースペクトル密度(Auto Power Spectral Density:APSD)を算出するAPSD演算手段と、
前記APSD演算手段により算出されたAPSDを、基準値のAPSDと比較するAPSD比較手段と、
前記APSD比較手段における比較結果に基づき、検出された前記シール圧力を有する軸封部についてのシール能力の低下を判定するシール能力判定手段と
を有するシール能力判定装置。 - 前記シール能力判定手段は、
前記軸封部の圧力のAPSDレベルが、冗長構成の正常側機器の値に比べ上昇することに基づき、シール能力が低下したと判定する請求項3に記載のシール能力判定装置。 - 前記シール圧力信号は、前記ポンプに備えられた、前記メカニカルシールのシール圧力を検出するシール圧力検出手段からの出力信号である請求項3または4に記載のシール能力判定装置。
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CN112349438A (zh) * | 2020-11-06 | 2021-02-09 | 重庆大学 | 核反应堆压力容器o形密封环的密封状态在线监测方法 |
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JPS63215995A (ja) * | 1987-03-05 | 1988-09-08 | 株式会社東芝 | 原子炉再循環ポンプシ−ル監視装置 |
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