JP2012241724A - Shutdown seal for mechanical seal - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To surely prevent a sealed fluid from leaking externally in an emergency by providing an emergency shutdown seal at a position inward of a seal which is located at the innermost side.SOLUTION: An external surface of a flange 23 located inward of a mechanical seal located at the innermost side and mounted on a rotating shaft 5 side is arranged so as to face an emergency seal ring holding part 25 provided inward of a seal housing 3 and made of a material having large coefficient of thermal expansion. An emergency seal ring 26 made of a material having small coefficient of thermal expansion is provided so as to be fixed on the inner circumference of the emergency seal ring holding part 25 under a normal operating temperature. An elastic member is provided between the emergency seal ring holding part 25 and the emergency seal ring 26, so as to press the emergency seal ring 26 against the external surface 30 of the flange.

Description

本発明は、回転軸に使用されるメカニカルシール用シャットダウンシールに関し、特に、原子炉1次冷却材ポンプの回転軸のシールに好適なメカニカルシール用シャットダウンシールに関する。   The present invention relates to a mechanical seal shutdown seal used for a rotary shaft, and more particularly to a mechanical seal shutdown seal suitable for sealing a rotary shaft of a nuclear reactor primary coolant pump.

加圧水型原子力発電プラントにおいては、蒸気を発生させる蒸気発生器に炉心から熱を伝えるため、原子炉1次冷却系統が使用されている。そして、蒸気はタービン式発電機を駆動するために用いられる。
図６は、従来の原子炉の冷却系統における複数の冷却ループ５０のうちの１つを概略的に示したものである。冷却ループ５０は、原子炉の炉心５１に閉回路で直列に接続された蒸気発生器５２と、原子炉1次冷却材ポンプ５３とを備えている。
炉心５１から流出する高温の冷却材は、流路５７を経て蒸気発生器５２の入口５４に導かれ、入口５４に連通している１次系管５６に導入される。高温の冷却材は、１次系管５６内において蒸気発生器５２に供給される２次冷却水（図示しない）と熱交換される。２次冷却水は加熱され、その一部がタービン発電機（図示しない）を駆動するため蒸気に変換される。そして、熱交換により温度が下がった１次冷却材は、出口５５から流路５８を介して原子炉1次冷却材ポンプ５３に入り、加圧され、流路５９を通って炉心５１に再循環される。 In a pressurized water nuclear power plant, a reactor primary cooling system is used to transfer heat from a core to a steam generator that generates steam. The steam is used to drive the turbine generator.
FIG. 6 schematically shows one of a plurality of cooling loops 50 in a conventional reactor cooling system. The cooling loop 50 includes a steam generator 52 connected in series to the reactor core 51 in a closed circuit, and a reactor primary coolant pump 53.
The high-temperature coolant flowing out of the core 51 is guided to the inlet 54 of the steam generator 52 through the flow path 57 and introduced into the primary system pipe 56 communicating with the inlet 54. The high temperature coolant is heat exchanged with secondary cooling water (not shown) supplied to the steam generator 52 in the primary system pipe 56. The secondary cooling water is heated and part of it is converted to steam to drive a turbine generator (not shown). The primary coolant whose temperature has decreased due to heat exchange enters the reactor primary coolant pump 53 from the outlet 55 via the flow path 58, is pressurized, and is recirculated to the core 51 through the flow path 59. Is done.

原子炉1次冷却材ポンプ５３は、多量の冷却材を、高温かつ高圧で閉回路全体に流すことができなければならない。熱交換後に蒸気発生器５２から原子炉1次冷却材ポンプ５３に流れる1次冷却材の温度は、まだ比較的に高く、一般的には約２８８℃（５５０°Ｆ）である。このような温度で1次冷却材を液相で維持するために、1次冷却系統は約１５８ｋｇ／ｃｍ２（２２５０ｐｓｉ）の圧力で作動される。
原子炉1次冷却材ポンプ５３は、縦型単段遠心ポンプであり、基本的には、下部から上部にかけて、水圧部分、軸シール部分及びモータ部分を備えている。 The reactor primary coolant pump 53 must be capable of flowing a large amount of coolant through the closed circuit at high temperature and pressure. The temperature of the primary coolant flowing from the steam generator 52 to the reactor primary coolant pump 53 after heat exchange is still relatively high, typically about 288 ° C. (550 ° F.). In order to maintain the primary coolant in the liquid phase at such temperatures, the primary cooling system is operated at a pressure of about 158 kg / cm 2 (2250 psi).
The nuclear reactor primary coolant pump 53 is a vertical single-stage centrifugal pump, and basically includes a hydraulic part, a shaft seal part, and a motor part from the lower part to the upper part.

図７は、原子炉1次冷却材ポンプ５３の軸シール部分を示した縦断面図である。
原子炉1次冷却材ポンプ５３のポンプハウジング６０にはシールハウジング６１がボルトで固定され、回転軸６２がポンプハウジング６０の中心を延びるとともにシールハウジング６１内で封止可能に設けられている。回転軸６２の下部部分はインペラー（図示しない）に連結され、上部部分は高出力のモータ（図示しない）に連結されている。ポンプハウジング６０の機内側６３とシールハウジング６１の機外側との間に約１５８ｋｇ／ｃｍ２の圧力差を維持しながら、回転軸６２がシールハウジング６１内で自由に回転し得るように、直列に配置された下部の第１シール装置６５、中間の第２シール装置６６及び上部の第３シール装置６７が、シールハウジング６１内の回転軸６２の周りに設けられている。各シール装置の形式としては種々のものが採用可能であるが、本例では、圧力封止の大部分を行う下部の第１シール装置６５を非接触式とし、第２及び第３シール装置６６、６７を接触式としている。 FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing a shaft seal portion of the reactor primary coolant pump 53.
A seal housing 61 is fixed to the pump housing 60 of the nuclear reactor primary coolant pump 53 with a bolt, and a rotary shaft 62 extends in the center of the pump housing 60 and can be sealed in the seal housing 61. The lower part of the rotating shaft 62 is connected to an impeller (not shown), and the upper part is connected to a high-power motor (not shown). The rotary shaft 62 can rotate freely in the seal housing 61 while maintaining a pressure difference of about 158 kg / cm 2 between the inner side 63 of the pump housing 60 and the outer side of the seal housing 61. A lower first sealing device 65, an intermediate second sealing device 66, and an upper third sealing device 67 are provided around the rotation shaft 62 in the seal housing 61. Various types of sealing devices can be adopted. In this example, the lower first sealing device 65 that performs most of the pressure sealing is a non-contact type, and the second and third sealing devices 66 are used. , 67 are contact types.

各シール装置６５、６６、６７は、回転軸６２と共に回転するように取付けられた環状のメイティングリング６８、６９、７０と、シールハウジング６１内に装着された環状のシールリング７１、７２、７３をそれぞれ有している。対をなすメイティングリング６８、６９、７０とシールリング７１、７２、７３とは、それぞれ、互いに対向する上向きの端面と、下向きの端面とを有している。   Each sealing device 65, 66, 67 includes an annular mating ring 68, 69, 70 mounted to rotate with the rotary shaft 62, and an annular seal ring 71, 72, 73 mounted in the seal housing 61. Respectively. The mating rings 68, 69, 70 and the seal rings 71, 72, 73 forming a pair have an upward end surface and a downward end surface that face each other.

上記した３つの第１シール装置６５、第２シール装置６６及び第３シール装置６７は、各段階で制御漏洩量を最小とすることができ、また、１次冷却系統からシールリークオフポートへの冷却材の過度の漏洩を防止する。通常の運転において、各シール装置は、１次冷却系統の温度よりも十分に低い温度に維持されるが、これらの系統に理論上考えられる故障ないし損傷が生じた場合、各シール装置は高温にさらされ、各シール装置を故障させる可能性がある。万一、シール装置が故障すると、過度の漏れ率となり、その極限においては、原子炉の炉心に冷却材が行き渡らず、炉心損傷を引き起こす恐れがある。そのため、シール装置をバックアップする手段が必要とされている。   The three first sealing devices 65, the second sealing device 66, and the third sealing device 67 described above can minimize the amount of control leakage at each stage, and the primary cooling system to the seal leakage off port. Prevent excessive leakage of coolant. In normal operation, each sealing device is maintained at a temperature sufficiently lower than the temperature of the primary cooling system. However, if a theoretical failure or damage occurs in these systems, each sealing device is heated to a high temperature. Exposure to the possibility of failure of each sealing device. In the unlikely event that the sealing device fails, the leakage rate becomes excessive, and in the limit, the coolant does not reach the core of the reactor, which may cause core damage. Therefore, a means for backing up the sealing device is required.

図８は、シール装置が高温にさらされ、封止が万一損なわれた場合のバックアップ手段の一例を示したものである（以下、「従来技術１」という。たとえば、特許文献１参照。）。
この従来技術１では、下部の第１シール装置６５の機外側の位置（図７及び８の符号６４で示す位置）にバックアップ手段を設けたものである。
図８において、回転軸６２にはスリーブ７５が装着され、また、第１シール装置６５のメイティングリング６８がポンプハウジング６０の機内側６３に設けられたホルダー７６によりＯリング７７を介して保持され、さらに、該ホルダー７６は肩リング７８によりＯリング７９を介して保持されている。さらに、肩リング７８は回転軸６２にＯリング７４を介して装着されている。一方、シールリング７１は、機外側に位置して設けられたホルダー８０によりＯリング８２を介して保持され、また、該ホルダー８０は、シールハウジング６１内に固定されたインサート８１の外周面とＯリング８３を介して摺動可能に設けられている。インサート８１の機外側側面とシールハウジング６１内面との間にはＯリング８６が設けられている。 FIG. 8 shows an example of backup means when the sealing device is exposed to a high temperature and the sealing is lost (hereinafter referred to as “prior art 1”; for example, see Patent Document 1). .
In this prior art 1, backup means is provided at a position outside the machine of the lower first sealing device 65 (a position indicated by reference numeral 64 in FIGS. 7 and 8).
In FIG. 8, a sleeve 75 is attached to the rotary shaft 62, and the mating ring 68 of the first seal device 65 is held via an O-ring 77 by a holder 76 provided on the inner side 63 of the pump housing 60. Further, the holder 76 is held by an shoulder ring 78 via an O-ring 79. Further, the shoulder ring 78 is attached to the rotary shaft 62 via an O-ring 74. On the other hand, the seal ring 71 is held via an O-ring 82 by a holder 80 provided on the outside of the machine, and the holder 80 is connected to the outer peripheral surface of the insert 81 fixed in the seal housing 61 and the O-ring. A ring 83 is provided so as to be slidable. An O-ring 86 is provided between the outer side surface of the insert 81 and the inner surface of the seal housing 61.

インサート８１は、断面が略Ｌ字型をしており、フランジ部８４に形成された空洞部（図示しない）にバックアップ手段としてのシャットダウンシール８５（二点鎖線で示す）が配設されている。
シャットダウンシール８５は、図示しないが、異常高温に至った際に膨張するワックス、該ワックスにより駆動されるピストン、該ピストンに連結されスペーサ、及び、該スペーサが円周方向の割れ目に挟着されてなるスプリットリングを備えている。
万一、シール装置が高温にさらされた際には、ワックスが膨張してピストンを半径方向外側に駆動し、スプリットリングに挟着されたスペーサをスプリットリングから半径方向外側に引き出す。これにより、スプリットリングが弾性収縮してスリーブ７５の外周面に密着し、機内側６３から機外側への被密封流体の漏洩を防止するようになっている。 The insert 81 has a substantially L-shaped cross section, and a shutdown seal 85 (indicated by a two-dot chain line) as backup means is disposed in a cavity (not shown) formed in the flange portion 84.
Although not shown, the shutdown seal 85 is a wax that expands when it reaches an abnormally high temperature, a piston driven by the wax, a spacer connected to the piston, and the spacer sandwiched between circumferential cracks. It has a split ring.
In the unlikely event that the sealing device is exposed to high temperatures, the wax expands and drives the piston radially outward, pulling the spacer sandwiched by the split ring radially outward from the split ring. As a result, the split ring is elastically contracted and is in close contact with the outer peripheral surface of the sleeve 75 to prevent leakage of the sealed fluid from the machine inner side 63 to the machine outer side.

なお、従来技術１の他、シール装置部分の温度変化を利用して、被密封流体の漏洩を防止するようにした発明として、特許文献２及び特許文献３に記載のものが知られている。   In addition to the prior art 1, those disclosed in Patent Document 2 and Patent Document 3 are known as inventions that prevent the leakage of the sealed fluid by utilizing the temperature change of the sealing device portion.

国際公開第２０１０／０６８６１５号International Publication No. 2010/068615 特開平２−２６３６９号公報JP-A-2-26369 米国特許出願公開第２００７／０１４０８７７号明細書US Patent Application Publication No. 2007/0140877

上記の従来技術１においては、インサート８１の内周部でスプリットリングをスリーブ７５の外周面に密着させてシールするものであるが、異常高温発生の原因の１つとして想定されているＳＢＯ（全電源喪失）を発生させ得る大地震では、シャフトとハウジングの相対振動により、隙間の狭いシャットダウンシールとスリーブ間において接触が生じ、破損する可能性がある。また、スリーブ７５は異常高温の熱及び緊急時の振動により変形され、スリーブ７５とスプリットリングとの間に間隙ができ、該間隙から被密封流体の漏洩が発生するという問題がある。
また、第１シール装置６５には複数個所にＯリング７４、７７、７９、８２、８３、８６が配設されており、異常高温に至った際に、これらのＯリングのシール性が損なわれる可能性がある。万一、シャットダウンシール８５の機内側に位置するＯリング７７、７９、８２及び８３のシール性が損なわれてもシャットダウンシール８５により被密封流体の漏洩は一定程度防止できるが、肩リング７８と回転軸６２との間のＯリング７４、及び、シャットダウンシール８５を装着しているインサート８１とシールハウジング６１との間のＯリング８６が高温にさらされてそのシール性が損なわれると被密封流体の漏洩を防止することができないという問題もある。
なお、上記の特許文献２及び３に記載の発明においても、従来技術１と同様の問題がある。 In the above prior art 1, the split ring is brought into close contact with the outer peripheral surface of the sleeve 75 at the inner peripheral portion of the insert 81 and sealed. However, SBO (all In a large earthquake that can cause a loss of power), the relative vibration between the shaft and the housing can cause contact between the shutdown seal and the sleeve with a narrow gap, resulting in damage. Further, there is a problem that the sleeve 75 is deformed by abnormally high temperature heat and vibration in an emergency, and a gap is formed between the sleeve 75 and the split ring, and a sealed fluid is leaked from the gap.
Further, the O-rings 74, 77, 79, 82, 83, and 86 are disposed at a plurality of locations in the first sealing device 65, and when the O-ring reaches an abnormally high temperature, the sealing performance of these O-rings is impaired. there is a possibility. Even if the sealing performance of the O-rings 77, 79, 82, and 83 located inside the shutdown seal 85 is impaired, the shutdown seal 85 can prevent the leakage of the sealed fluid to a certain extent. When the O-ring 74 between the shaft 62 and the O-ring 86 between the insert 81 fitted with the shutdown seal 85 and the seal housing 61 are exposed to a high temperature and the sealing performance is impaired, the sealing fluid There is also a problem that leakage cannot be prevented.
Note that the inventions described in Patent Documents 2 and 3 also have the same problems as in the related art 1.

本発明は、従来技術の問題点を解決するためになされたもので、最も機内側に位置するシールのさらに機内側の位置に、機器の異常高温時においてもシール性が損なわれることのない緊急用のシャットダウンシールを設けることにより、緊急時における被密封流体の機外側への漏洩を確実に防止できるメカニカルシール用シャットダウンシールを提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art, and in an emergency position where the sealability is not impaired even at an abnormally high temperature of the equipment at a position further inside the machine than the seal located most inside the machine. An object of the present invention is to provide a mechanical seal shutdown seal that can reliably prevent leakage of a sealed fluid to the outside of the machine in an emergency.

上記目的を達成するため本発明のメカニカルシール用シャットダウンシールは、第１に、定常運転状態逸脱に伴う異常高温時の回転軸停止後に作動するメカニカルシール用シャットダウンシールであって、最も機内側に位置するメカニカルシールの機内側に位置して回転軸側に装着されるフランジの機外側の面と、シールハウジングの機内側に設けられる熱膨張率の大きい材料から作製された緊急用シール環保持部とを対向するように配設し、該緊急用シール環保持部の内周に通常の作動温度下で固定されるように熱膨張率の小さい材料から作製された緊急用シール環を設け、緊急用シール環保持部と緊急用シール環との間に緊急用シール環をフランジの機外側の面に押圧するように作用する弾性部材を設けることを特徴としている。   In order to achieve the above object, a mechanical seal shutdown seal of the present invention is firstly a mechanical seal shutdown seal that operates after a rotating shaft stops at an abnormally high temperature due to deviation from a steady operation state, and is located most inside the machine. A machine-side surface of a flange that is located on the rotary shaft side and is located on the inner side of the mechanical seal, and an emergency seal ring holding part that is provided on the inner side of the seal housing and made of a material having a high coefficient of thermal expansion. Are arranged so as to face each other, and an emergency seal ring made of a material having a low coefficient of thermal expansion is provided on the inner periphery of the emergency seal ring holder so as to be fixed at a normal operating temperature. An elastic member is provided between the seal ring holding portion and the emergency seal ring so as to act so as to press the emergency seal ring against the outer surface of the flange.

また、本発明のメカニカルシール用シャットダウンシールは、第２に、第１の特徴において、緊急用シール環が固定される緊急用シール環保持部の内周に金属Ｏリングを設けることを特徴としている。
また、本発明のシール装置は、第３に、第１又は第２の特徴において、緊急用シール環保持部がオーステナイト系ステンレス鋼などの比較的熱膨張係数の大きな金属（例えばＳＵＳ３１６）から形成され、緊急用シール環がマルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、チタン合金など比較的熱膨張係数の小さな金属（例えばＳＵＳ４０３又はＴＦ３４０）から形成されることを特徴としている。
また、本発明のシール装置は、第４に、第１又は第２の特徴において、緊急用シール環保持部の内周に凹部が形成され、該凹部に嵌合するように緊急用シール環の外周に凸部が形成されるとともに、緊急用シール環保持部はオーステナイト系ステンレス鋼から形成され、緊急用シール環はインバーから形成されることを特徴としている。
また、本発明のシール装置は、第５に、第１ないし第４のいずれか１つの特徴において、緊急用シール環が断面略Ｌ字状であり、シール面にリング状突起を設けることを特徴としている。 The mechanical seal shutdown seal of the present invention is, secondly, characterized in that, in the first feature, a metal O-ring is provided on the inner periphery of the emergency seal ring holding portion to which the emergency seal ring is fixed. .
Thirdly, according to the sealing device of the present invention, in the first or second feature, the emergency seal ring holding portion is formed of a metal having a relatively large thermal expansion coefficient (for example, SUS316) such as austenitic stainless steel. The emergency seal ring is formed of a metal having a relatively small thermal expansion coefficient (for example, SUS403 or TF340) such as martensitic stainless steel, ferritic stainless steel, titanium alloy.
The seal device of the present invention is, fourthly, according to the first or second feature, a recess is formed on the inner periphery of the emergency seal ring holding portion, and the emergency seal ring is fitted to the recess. A convex portion is formed on the outer periphery, the emergency seal ring holding portion is formed of austenitic stainless steel, and the emergency seal ring is formed of invar.
In addition, according to any one of the first to fourth features, the seal device of the present invention is characterized in that the emergency seal ring has a substantially L-shaped cross section and a ring-shaped protrusion is provided on the seal surface. It is said.

また、本発明のメカニカルシール用シャットダウンシールは、第６に、定常運転状態逸脱に伴う異常高温時の回転軸停止後に作動するメカニカルシール用シャットダウンシールであって、最も機内側に位置するメカニカルシールの機内側に位置して回転軸側に装着されるフランジの外周側に設けられる熱膨張率の小さい材料から作製された緊急用シール環保持部と、シールハウジングの機内側に突出する突出部とが対向するように配設し、該緊急用シール環保持部の外周に通常の作動温度下で固定されるように熱膨張率の大きい材料から作製された緊急用シール環を設け、緊急用シール環保持部と緊急用シール環との間に緊急用シール環をシールハウジングの機内側の面に押圧するように作用する弾性部材を設けることを特徴としている。   The mechanical seal shutdown seal according to the present invention is sixthly a mechanical seal shutdown seal that operates after a rotating shaft stops at an abnormally high temperature due to deviation from the steady operation state, and is the mechanical seal located at the innermost side of the machine. An emergency seal ring holding portion made of a material having a low coefficient of thermal expansion provided on the outer peripheral side of the flange mounted on the rotary shaft side located on the inner side of the machine, and a projecting part that projects to the inner side of the seal housing An emergency seal ring made of a material having a high coefficient of thermal expansion is provided on the outer periphery of the emergency seal ring holding portion so as to be fixed at a normal operating temperature. An elastic member is provided between the holding portion and the emergency seal ring to act so as to press the emergency seal ring against the inner surface of the seal housing.

また、本発明のメカニカルシール用シャットダウンシールは、第７に、第６の特徴において、緊急用シール環が固定される緊急用シール環保持部の外周に金属Ｏリングを設けることを特徴としている。
また、本発明のシール装置は、第８に、第６又は第７の特徴において、緊急用シール環保持部がマルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、チタン合金など比較的熱膨張係数の小さな金属（例えばＳＵＳ４０３又はＴＦ３４０）から形成され、緊急用シール環がオーステナイト系ステンレス鋼などの比較的熱膨張係数の大きな金属（例えばＳＵＳ３１６）から形成され、シールハウジングの機内側に突出する突出部がオーステナイト系ステンレス鋼などの比較的熱膨張係数の大きな金属（例えばＳＵＳ３１６）から形成されることを特徴としている。
また、本発明のシール装置は、第９に、第６又は第７の特徴において、緊急用シール環保持部の外周に凹部が形成され、該凹部に嵌合するように緊急用シール環の内周に凸部が形成されるとともに、緊急用シール環保持部はインバーから形成され、緊急用シール環はオーステナイト系ステンレス鋼から形成されることを特徴としている。
また、本発明のシール装置は、第１０に、第６ないし第９のいずれか１つの特徴において、緊急用シール環が断面略Ｌ字状であり、シール面にリング状突起を設けることを特徴としている。 The mechanical seal shutdown seal according to the present invention is seventhly characterized in that, in the sixth feature, a metal O-ring is provided on the outer periphery of the emergency seal ring holding portion to which the emergency seal ring is fixed.
Eighth, in the sixth or seventh feature, the sealing device of the present invention has an emergency seal ring holding portion with a relatively small thermal expansion coefficient such as martensitic stainless steel, ferritic stainless steel, titanium alloy, etc. The seal ring for emergency is formed from a metal having a relatively large thermal expansion coefficient (for example, SUS316) such as austenitic stainless steel, and the projecting portion protruding to the inside of the seal housing is austenite. It is characterized by being formed of a metal having a relatively large thermal expansion coefficient (for example, SUS316) such as a stainless steel.
Ninthly, in the sixth or seventh feature, the seal device of the present invention has a recess formed on the outer periphery of the emergency seal ring holding portion, and the inner portion of the emergency seal ring is fitted to the recess. A convex portion is formed around the periphery, the emergency seal ring holding portion is formed of invar, and the emergency seal ring is formed of austenitic stainless steel.
According to a tenth feature of the seal device of the present invention, in any one of the sixth to ninth features, the emergency seal ring has a substantially L-shaped cross section, and a ring-shaped protrusion is provided on the seal surface. It is said.

本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）定常運転状態逸脱に伴う異常高温時の回転軸停止後に作動するメカニカルシール用シャットダウンシールにおいて、最も機内側に位置するメカニカルシールの機内側に異常高温により作動する緊急用シール手段を設けることにより、メカニカルシールの機内側において遮断が行われるので、被密封流体の機外側への漏洩を確実に防止することができる。
（２）遮断時には、緊急用シール環の裏面に機内側の圧力が作用し、差圧により緊急用シール環には遮断する方向の力が作用されるため、より一層の遮断効果を発揮することができる。
（３）緊急用シール環保持部に設けられる金属Ｏリングは耐熱性を有するので、異常高温時においても、緊急用シール環保持部と緊急用シール環との二次シールとしての機能が損なわれることはない。
（４）緊急用シール環保持部と緊急用シール環との係合が凹凸形状によりなされることにより、シャットダウンシールの作動する条件が精度よく設定でき、また、シャットダウンシールの誤作動を防止でき、さらに、固着による作動不良を防止できる。 The present invention has the following excellent effects.
(1) In the mechanical seal shutdown seal that operates after stopping the rotating shaft at abnormally high temperature due to deviation from the steady operation state, an emergency seal means that operates due to abnormally high temperature is provided on the inner side of the mechanical seal that is located on the innermost side. Thus, the mechanical seal is shut off inside the machine, so that leakage of the sealed fluid to the machine outside can be reliably prevented.
(2) When shutting off, the pressure inside the machine acts on the back surface of the emergency seal ring, and the force in the direction of shutting off acts on the emergency seal ring due to the differential pressure. Can do.
(3) Since the metal O-ring provided in the emergency seal ring holding part has heat resistance, the function as a secondary seal between the emergency seal ring holding part and the emergency seal ring is impaired even at an abnormally high temperature. There is nothing.
(4) Since the engagement between the emergency seal ring holding portion and the emergency seal ring is made in a concavo-convex shape, the operating condition of the shutdown seal can be set accurately, and the malfunction of the shutdown seal can be prevented, Furthermore, malfunction due to sticking can be prevented.

本発明の実施の形態１に係るメカニカルシール用シャットダウンシールを装着した原子炉１次冷却材ポンプの軸シール部分を示した縦断面図であって、通常の運転状態を示している。It is the longitudinal cross-sectional view which showed the shaft seal part of the nuclear reactor primary coolant pump which equipped with the shutdown seal for mechanical seals concerning Embodiment 1 of this invention, Comprising: The normal driving | running state is shown. 図１のＡ部を示すもので、シャットダウン時の状態を示している。FIG. 2 shows a part A of FIG. 1 and shows a state at the time of shutdown. 本発明の実施の形態２に係るメカニカルシール用シャットダウンシールを装着した原子炉１次冷却材ポンプの軸シール部分を示した縦断面図であって、通常の運転状態を示している。It is the longitudinal cross-sectional view which showed the shaft seal part of the nuclear reactor primary coolant pump equipped with the shutdown seal for mechanical seals concerning Embodiment 2 of this invention, Comprising: The normal driving | running state is shown. 図３のＢ部を示すもので、シャットダウン時の状態を示している。FIG. 4B shows a state at the time of shutdown. 本発明の実施の形態３に係るメカニカルシール用シャットダウンシールを装着した原子炉１次冷却材ポンプの軸シール部分の要部を示した縦断面図であって、（ａ）は通常の運転状態を、（ｂ）はシャットダウン時の状態を示している。It is the longitudinal cross-sectional view which showed the principal part of the shaft seal part of the reactor primary coolant pump which equipped with the shutdown seal for mechanical seals concerning Embodiment 3 of this invention, (a) is a normal driving | running state. , (B) shows the state at the time of shutdown. 従来の原子炉の冷却系統における複数の冷却ループのうちの１つを概略的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed schematically one of several cooling loops in the cooling system of the conventional reactor. 従来技術１の原子炉冷却材ポンプの軸シール部分を示した縦断面図である。It is the longitudinal cross-sectional view which showed the shaft seal part of the reactor coolant pump of the prior art 1. 従来技術１のシャットダウンシールを示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the shutdown seal | sticker of the prior art 1. FIG.

本発明に係るメカニカルシール用シャットダウンシールを実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加えうるものである。   The embodiment for carrying out the shutdown seal for a mechanical seal according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not construed as being limited thereto, and unless it departs from the scope of the present invention. However, various changes, modifications, and improvements can be added based on the knowledge of those skilled in the art.

〔実施の形態１〕
図１は、本発明の実施の形態１に係るメカニカルシール用シャットダウンシールを装着した原子炉１次冷却材ポンプの軸シール部分１を示した縦断面図であって、通常の運転状態を示している。
原子炉１次冷却材ポンプのポンプハウジング２にはシールハウジング３がボルト４で固定され、回転軸５がポンプハウジング２の中心を上向きに延びるとともにシールハウジング３内で封止可能に設けられている。回転軸５の下部部分はインペラー（図示しない）に連結され、上部部分は高出力のモータ（図示しない）に連結されている。ポンプハウジング２の機内側６とシールハウジング３の機外側との間に約１５８ｋｇ／ｃｍ２の圧力差を維持しながら、回転軸５がシールハウジング３内で自由に回転し得るように、直列に配置された下部の第１シール装置７、中間の第２シール装置８及び上部の第３シール装置９が、シールハウジング３内の回転軸５の周りに設けられている。各シール装置の形式は種々のものが採用可能であるが、本例では、圧力封止の大部分を行う下部の第１シール装置７を非接触式とし、第２及び第３シール装置８、９を接触式としている。 [Embodiment 1]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a shaft seal portion 1 of a nuclear reactor primary coolant pump equipped with a mechanical seal shutdown seal according to Embodiment 1 of the present invention, showing a normal operation state. Yes.
A seal housing 3 is fixed to the pump housing 2 of the nuclear reactor primary coolant pump with a bolt 4, and a rotary shaft 5 is provided so as to extend upward in the center of the pump housing 2 and be sealed in the seal housing 3. . The lower part of the rotating shaft 5 is connected to an impeller (not shown), and the upper part is connected to a high output motor (not shown). The rotary shaft 5 can be freely rotated in the seal housing 3 while maintaining a pressure difference of about 158 kg / cm 2 between the inner side 6 of the pump housing 2 and the outer side of the seal housing 3. A lower first sealing device 7, an intermediate second sealing device 8, and an upper third sealing device 9 are provided around the rotation shaft 5 in the seal housing 3. Various types of sealing devices can be adopted. In this example, the lower first sealing device 7 that performs most of the pressure sealing is set to a non-contact type, and the second and third sealing devices 8, 9 is a contact type.

各シール装置７、８、９は、回転軸５と共に回転するように取付けられた回転側密封要素であるところのメイティングリング１０、１１、１２と、シールハウジング３側に装着された静止側密封要素であるところのシールリング１３、１４、１５をそれぞれ有している。対をなすメイティングリング１０、１１、１２とシールリング１３、１４、１５とは、それぞれ、互いに対向する上向きの端面１６、１７、１８と、下向きの端面１９、２０、２１とを有している。
また、各シール装置７、８、９には、ニトリルゴムやＥＰＤＭなどのゴムあるいは樹脂などから作製された多数のＯリング４０が装着されている。 Each sealing device 7, 8, 9 is a mating ring 10, 11, 12 which is a rotary side sealing element mounted to rotate with the rotary shaft 5, and a stationary side seal mounted on the seal housing 3 side. It has sealing rings 13, 14, 15 as elements. The mating rings 10, 11, 12 and the seal rings 13, 14, 15, which form a pair, each have an upward end face 16, 17, 18 facing each other and a downward end face 19, 20, 21. Yes.
Each of the sealing devices 7, 8 and 9 is provided with a large number of O-rings 40 made of rubber or resin such as nitrile rubber or EPDM.

上記３つのシール装置のうち、機内側６に最も近い位置に装着された第１シール装置７は、そのメイティングリング１０が回転軸５に装着されたカラー２２により機内側６から支持されるようになっている。カラー２２のさらに機内側６には、メイティングリング１０及びカラー２２を固定するためのフランジ２３が回転軸５に設けられている。フランジ２３の外径は、後記するシールハウジング３の緊急用シール環保持部２５に対向できるように拡大されている。   Of the above three sealing devices, the first sealing device 7 mounted at a position closest to the in-machine side 6 is supported by the collar 22 with the mating ring 10 attached to the rotary shaft 5 from the in-machine side 6. It has become. Further on the inner side 6 of the collar 22, a flange 23 for fixing the mating ring 10 and the collar 22 is provided on the rotary shaft 5. The outer diameter of the flange 23 is enlarged so that it can oppose the emergency seal ring holding | maintenance part 25 of the seal housing 3 mentioned later.

シールハウジング３の機内側は延長され、緊急用シール環保持部２５が形成される。緊急用シール環保持部２５の内周には、断面略Ｌ字状の緊急用シール環２６が圧入により嵌合され、固定されている。緊急用シール環２６が固定される緊急用シール環保持部２５の内周に金属Ｏリング２７が設けられる。緊急用シール環２６の外向きのフランジ部２８のフランジ２３に対向する面２９は、緊急時にフランジ２３の機外側の面３０に接触させられシール面を形成するものであり、シール面２９にはリング状突起３１が設けられている。
また、緊急用シール環保持部２５と緊急用シール環２６との間には緊急用シール環２６をフランジ２３の機外側の面３０に押圧するコイルスプリング３２が設けられる。
シールハウジング３の機内側の緊急用シール環保持部２５はオーステナイト系ステンレス鋼などの比較的熱膨張係数の大きな金属、例えば、ＳＵＳ３１６から形成される。緊急用シール環保持部２５がシールハウジング３と一体に形成される場合には、シールハウジング３全体をオーステナイト系ステンレス鋼などの比較的熱膨張係数の大きな金属、例えば、ＳＵＳ３１６で形成することになるが、緊急用シール環保持部２５を別体として形成してもよい。
一方、緊急用シール環２６は、マルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、チタン合金など比較的熱膨張係数の小さな金属、例えば、ＳＵＳ４０３又はＴＦ３４０から形成される。 The inner side of the seal housing 3 is extended to form an emergency seal ring holding portion 25. An emergency seal ring 26 having a substantially L-shaped cross section is fitted and fixed to the inner periphery of the emergency seal ring holding portion 25 by press-fitting. A metal O-ring 27 is provided on the inner periphery of the emergency seal ring holding portion 25 to which the emergency seal ring 26 is fixed. A surface 29 facing the flange 23 of the outward flange portion 28 of the emergency seal ring 26 is brought into contact with the machine-side surface 30 of the flange 23 in an emergency to form a seal surface. A ring-shaped protrusion 31 is provided.
In addition, a coil spring 32 is provided between the emergency seal ring holding portion 25 and the emergency seal ring 26 to press the emergency seal ring 26 against the outer surface 30 of the flange 23.
The emergency seal ring holding portion 25 inside the seal housing 3 is formed of a metal having a relatively large thermal expansion coefficient such as austenitic stainless steel, for example, SUS316. When the emergency seal ring holding portion 25 is formed integrally with the seal housing 3, the entire seal housing 3 is formed of a metal having a relatively large thermal expansion coefficient such as austenitic stainless steel, for example, SUS316. However, the emergency seal ring holding portion 25 may be formed as a separate body.
On the other hand, the emergency seal ring 26 is made of a metal having a relatively small thermal expansion coefficient such as martensitic stainless steel, ferritic stainless steel, titanium alloy, such as SUS403 or TF340.

通常の冷却系統の作動温度下では緊急用シール環２６が作動されないように、緊急用シール環２６の外径は緊急用シール環保持部２５の内径より一定のしめ代分だけ大きく設定されている。
緊急用シール環保持部２５に緊急用シール環２６を嵌合し、固定するには、まず、緊急用シール環保持部２５に金属Ｏリング２７及びコイルスプリング３２をセットする。次に、緊急用シール環保持部２５に加熱手段を装着して、緊急用シール環２６の外径より緊急用シール環保持部２５の内径の方が大きくなるまで加熱する。その後、緊急用シール環２６を圧入する。 The outer diameter of the emergency seal ring 26 is set larger than the inner diameter of the emergency seal ring holding portion 25 by a certain amount of interference so that the emergency seal ring 26 is not operated under the operating temperature of the normal cooling system. .
In order to fit and fix the emergency seal ring 26 to the emergency seal ring holding part 25, first, the metal O-ring 27 and the coil spring 32 are set on the emergency seal ring holding part 25. Next, heating means is attached to the emergency seal ring holder 25 and heated until the inner diameter of the emergency seal ring holder 25 becomes larger than the outer diameter of the emergency seal ring 26. Thereafter, the emergency seal ring 26 is press-fitted.

図２は、図１のＡ部を示したもので、シャットダウン時の状態を示している。
原子炉冷却材ポンプに流れる冷却材の通常の温度は、一般的には約２８８℃であり、緊急用シール環２６は図１の状態に維持されている。
冷却系統に故障ないし損傷が生じた場合、各シール装置７、８、９は異常高温にさらされ、各シール装置を故障させる可能性がある。
今、 各シール装置が異常高温にさらされた場合、緊急用シール環保持部２５及び緊急用シール環２６も異常高温となり、熱膨張率の大きい材料で作製された緊急用シール環保持部２５は、熱膨張率の小さい材料で作製された緊急用シール環２６より径方向においても膨張し、両者の嵌合部に隙間が形成される。この隙間の形成により、緊急用シール環保持部２５の内周と緊急用シール環２６の外周との間の摩擦力よりコイルスプリング３２の弾発力が大きくなると、緊急用シール環２６は機内側６に向けて瞬時に押し出され、フランジ２３の機外側の面３０に押圧される。 FIG. 2 shows part A of FIG. 1, and shows a state at the time of shutdown.
The normal temperature of the coolant flowing to the reactor coolant pump is typically about 288 ° C., and the emergency seal ring 26 is maintained in the state of FIG.
When a failure or damage occurs in the cooling system, each of the sealing devices 7, 8, and 9 may be exposed to an abnormally high temperature, causing the sealing devices to fail.
Now, when each sealing device is exposed to an abnormally high temperature, the emergency seal ring holder 25 and the emergency seal ring 26 also become abnormally hot, and the emergency seal ring holder 25 made of a material having a high coefficient of thermal expansion is Further, it expands in the radial direction from the emergency seal ring 26 made of a material having a small coefficient of thermal expansion, and a gap is formed in the fitting portion between them. When the elastic force of the coil spring 32 becomes larger than the frictional force between the inner circumference of the emergency seal ring holding portion 25 and the outer circumference of the emergency seal ring 26 due to the formation of the gap, the emergency seal ring 26 6 is instantaneously pushed toward the surface 6 and pressed against the surface 30 of the flange 23 on the outside of the machine.

緊急用シール環２６のフランジ２３に対向する面２９とフランジ２３の機外側の面３０との接触により、第１シール装置７、中間の第２シール装置８及び上部の第３シール装置９よりも機内側６において遮断が行われるので、被密封流体の機外側への漏洩を防止することができる。
また、遮断時には、緊急用シール環２６の裏面に機内側の圧力が作用し、差圧により緊急用シール環２６には閉じる方向の力が作用される。
さらに、緊急用シール環保持部２５の内周に設けられる金属Ｏリング２７は耐熱性を有するので、異常高温時においても、緊急用シール環保持部２５の内周と緊急用シール環２６の外周との二次シールとしての機能が損なわれることはない。 Due to the contact between the face 29 of the emergency seal ring 26 facing the flange 23 and the machine-outside face 30 of the flange 23, the first seal device 7, the intermediate second seal device 8, and the upper third seal device 9. Since the shut-off is performed in the machine inner side 6, leakage of the sealed fluid to the machine outer side can be prevented.
Further, when shut off, the pressure inside the machine acts on the back surface of the emergency seal ring 26, and a force in the closing direction is applied to the emergency seal ring 26 by the differential pressure.
Furthermore, since the metal O-ring 27 provided on the inner periphery of the emergency seal ring holding portion 25 has heat resistance, the inner periphery of the emergency seal ring holding portion 25 and the outer periphery of the emergency seal ring 26 even at abnormally high temperatures. The function as a secondary seal is not impaired.

〔実施の形態２〕
図３は、本発明の実施の形態２に係るメカニカルシール用シャットダウンシールを装着した原子炉１次冷却材ポンプの軸シール部分を示した縦断面図であって、通常の運転状態を示している。
図３において、図１の符号と同じ符号は図１と同じ部材を示しており、詳しい説明は省略する。 [Embodiment 2]
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a shaft seal portion of a nuclear reactor primary coolant pump equipped with a mechanical seal shutdown seal according to Embodiment 2 of the present invention, and shows a normal operation state. .
3, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same members as those in FIG. 1, and detailed descriptions thereof are omitted.

図３において、機内側６に最も近い位置に装着された第１シール装置７は、そのメイティングリング１０が回転軸５に装着されたリテーナ２２により機内側６から支持されるようになっている。リテーナ２２のさらに機内側６には、メイティングリング１０及びリテーナ２２を固定するためのフランジ２３が回転軸５に設けられている。フランジ２３の外周側には、緊急用シール環保持部３３が設けられる。該緊急用シール環保持部３３は熱膨張率の小さい材料から作製されるもので、フランジ２３と一体的、あるいは、別体で形成されてもよい。緊急用シール環保持部３３の外周には、熱膨張率の大きい材料から作製された緊急用シール環３４が嵌合、固定されている。緊急用シール環３４は、断面略Ｌ字状をしており、緊急用シール環３４のフランジ部３５と緊急用シール環保持部３３との間には緊急用シール環３４の機外側の面３７をシールハウジング３の機内側に突出する突出部３６の機内側の面３８に押圧するコイルスプリング３２が設けられている。   In FIG. 3, the first seal device 7 mounted at a position closest to the machine inner side 6 is configured such that the mating ring 10 is supported from the machine inner side 6 by a retainer 22 mounted on the rotary shaft 5. . A flange 23 for fixing the mating ring 10 and the retainer 22 is provided on the rotary shaft 5 on the inner side 6 of the retainer 22. An emergency seal ring holding portion 33 is provided on the outer peripheral side of the flange 23. The emergency seal ring holding portion 33 is made of a material having a low coefficient of thermal expansion, and may be formed integrally with the flange 23 or separately. An emergency seal ring 34 made of a material having a high thermal expansion coefficient is fitted and fixed to the outer periphery of the emergency seal ring holding portion 33. The emergency seal ring 34 has a substantially L-shaped cross section, and the surface 37 on the outside of the machine of the emergency seal ring 34 is provided between the flange portion 35 of the emergency seal ring 34 and the emergency seal ring holding portion 33. A coil spring 32 is provided that presses against the inner surface 38 of the protrusion 36 that protrudes toward the inner side of the seal housing 3.

緊急用シール環保持部３３はマルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、チタン合金など比較的熱膨張係数の小さな金属、例えば、ＳＵＳ４０３又はＴＦ３４０から作製され、緊急用シール環３４はオーステナイト系ステンレス鋼などの比較的熱膨張係数の大きな金属、例えば、ＳＵＳ３１６から作製され、シールハウジングの機内側に突出する突出部３６はオーステナイト系ステンレス鋼などの比較的熱膨張係数の大きな金属、例えば、ＳＵＳ３１６から作製される。
緊急用シール環３４が固定される緊急用シール環保持部３３の外周には金属Ｏリング２７が設けられる。また、緊急用シール環３４の機外側の面３７には、シールハウジング３の突出部３６の機内側の面３８と接触する位置にリング状突起３１が設けられる。 The emergency seal ring holding portion 33 is made of a metal having a relatively small thermal expansion coefficient such as martensitic stainless steel, ferritic stainless steel, titanium alloy, such as SUS403 or TF340, and the emergency seal ring 34 is austenitic stainless steel. Made of a metal having a relatively large coefficient of thermal expansion, such as SUS316, and the projecting portion 36 protruding to the inside of the seal housing is made of a metal having a relatively large coefficient of thermal expansion such as austenitic stainless steel, such as SUS316. Is done.
A metal O-ring 27 is provided on the outer periphery of the emergency seal ring holding portion 33 to which the emergency seal ring 34 is fixed. Further, a ring-shaped protrusion 31 is provided on the machine-outside surface 37 of the emergency seal ring 34 at a position in contact with the machine-inside surface 38 of the protrusion 36 of the seal housing 3.

通常の冷却系統の温度下では緊急用シール環３４が作動されないように、緊急用シール環３４の内径は緊急用シール環保持部３３の外径より一定のしめ代分だけ小さく設定されている。
緊急用シール環保持部３３に緊急用シール環３４を嵌合し、固定するには、まず、緊急用シール環保持部３３に金属Ｏリング２７及びコイルスプリング３２をセットする。次に、緊急用シール環３４に加熱手段を装着して、緊急用シール環保持部３３の外径より緊急用シール環３４の内径の方が大きくなるまで加熱する。その後、緊急用シール環３４を圧入する。 The inner diameter of the emergency seal ring 34 is set smaller than the outer diameter of the emergency seal ring holding portion 33 by a certain amount of interference so that the emergency seal ring 34 is not operated under the temperature of the normal cooling system.
In order to fit and fix the emergency seal ring 34 to the emergency seal ring holding part 33, first, the metal O-ring 27 and the coil spring 32 are set on the emergency seal ring holding part 33. Next, heating means is attached to the emergency seal ring 34 and heated until the inner diameter of the emergency seal ring 34 becomes larger than the outer diameter of the emergency seal ring holding portion 33. Thereafter, the emergency seal ring 34 is press-fitted.

図４は、図３のＢ部を示したもので、シャットダウン時の状態を示している。
今、 各シール装置が異常高温にさらされた場合、緊急用シール環保持部３３及び緊急用シール環３４も異常高温となり、熱膨張率の大きい材料で作製された緊急用シール環３４は、熱膨張率の小さい材料で作製された緊急用シール環保持部３３より径方向においても膨張し、両者の嵌合部に隙間が形成される。この隙間の形成により、緊急用シール環保持部３３の外周と緊急用シール環３４の内周との間の摩擦力よりコイルスプリング３２の弾発力が大きくなると、緊急用シール環３４は機外側に向けて瞬時に押し出され、シールハウジング３の突出部３６の機内側の面３８に押圧される。 FIG. 4 shows part B of FIG. 3 and shows a state at the time of shutdown.
Now, when each sealing device is exposed to an abnormally high temperature, the emergency seal ring holding portion 33 and the emergency seal ring 34 are also abnormally hot, and the emergency seal ring 34 made of a material having a high coefficient of thermal expansion The emergency seal ring holding portion 33 made of a material having a small expansion coefficient expands in the radial direction, and a gap is formed between the fitting portions. When the elastic force of the coil spring 32 becomes larger than the frictional force between the outer periphery of the emergency seal ring holding portion 33 and the inner periphery of the emergency seal ring 34 due to the formation of this gap, the emergency seal ring 34 And is pressed against the surface 38 on the inner side of the protrusion 36 of the seal housing 3.

緊急用シール環３４の機外側の面３７とシールハウジング３の突出部３６の機内側の面３８との接触により、第１シール装置７、中間の第２シール装置８及び上部の第３シール装置９よりも機内側６において遮断が行われるので、被密封流体の機外側への漏洩を防止することができる。
また、遮断時には、緊急用シール環３４の裏面に機内側の圧力が作用し、差圧により緊急用シール環３４には遮断する方向の力が作用される。
さらに、緊急用シール環保持部３３の外周に設けられる金属Ｏリング２７は耐熱性を有するので、異常高温時においても、緊急用シール環保持部３３の外周と緊急用シール環３４の内周との二次シールとしての機能が損なわれることはない。 The first sealing device 7, the intermediate second sealing device 8, and the upper third sealing device are brought into contact with the inner surface 38 of the emergency seal ring 34 and the inner surface 38 of the protrusion 36 of the seal housing 3. Since the shut-off is performed at the machine inner side 6 rather than 9, the leakage of the sealed fluid to the machine outside can be prevented.
Further, when shutting off, the pressure inside the machine acts on the back surface of the emergency seal ring 34, and a force in the direction of shutting off acts on the emergency seal ring 34 due to the differential pressure.
Further, since the metal O-ring 27 provided on the outer periphery of the emergency seal ring holding portion 33 has heat resistance, the outer periphery of the emergency seal ring holding portion 33 and the inner periphery of the emergency seal ring 34 can be obtained even at abnormally high temperatures. The function of the secondary seal is not impaired.

〔実施の形態３〕
図５は、本発明の実施の形態３に係るメカニカルシール用シャットダウンシールを装着した原子炉１次冷却材ポンプの軸シール部分の要部を示した縦断面図であって、（ａ）は通常の運転状態を、（ｂ）はシャットダウン時の状態を示している。
実施の形態３は、実施の形態１及び実施の形態２の緊急用シール環及び緊急用シール環保持部のうち、径方向において内径側に位置する部材を熱膨張係数の小さいインバー（不変鋼）より形成するとともに、両者の係合面を凹凸形状にした点（以下「変更点」という。）で実施の形態１及び実施の形態２と相違するが、それ以外は実施の形態１及び実施の形態２と同じである。
図５では、実施の形態１に変更点を適用した場合を示しており、図１の符号と同じ符号は図１と同じ部材を示しており、詳しい説明は省略する。 [Embodiment 3]
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a main part of a shaft seal portion of a nuclear reactor primary coolant pump equipped with a mechanical seal shutdown seal according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. (B) has shown the state at the time of shutdown.
In the third embodiment, among the emergency seal ring and the emergency seal ring holding portion of the first and second embodiments, a member located on the inner diameter side in the radial direction is an invar having a small thermal expansion coefficient (invariable steel). The first embodiment is different from the first embodiment and the second embodiment in that the engaging surfaces of the two are made uneven (hereinafter referred to as “changed points”). It is the same as Form 2.
In FIG. 5, the case where a change is applied to Embodiment 1 is shown, and the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same members as in FIG. 1, and detailed descriptions thereof are omitted.

図５（ａ）に示すように、緊急用シール環保持部２５の内周には、断面略Ｌ字状の緊急用シール環２６が圧入により嵌合され固定されるが、緊急用シール環保持部２５の内周の上部には凹部３９が形成され、また、緊急用シール環２６の外周の上部には凹部３９に嵌合するように凸部４１が形成されている。緊急用シール環保持部２５はオーステナイト系ステンレス鋼などの比較的熱膨張係数の大きな金属、例えば、ＳＵＳ３１６から形成される。一方、緊急用シール環２６は、熱膨張係数の小さな金属、例えば、インバーから形成されている。
実施の形態１では、通常の冷却系統の作動温度下では緊急用シール環２６が作動されないように、緊急用シール環２６の外径は緊急用シール環保持部２５の内径より一定のしめ代分だけ大きく設定されているが、本実施の形態３では、緊急用シール環保持部２５の凹部３９と緊急用シール環２６の凸部４１とが段部により係合するため、実施の形態１のように、しめ代を設ける必要はない。 As shown in FIG. 5A, an emergency seal ring 26 having a substantially L-shaped cross section is fitted and fixed to the inner periphery of the emergency seal ring holding portion 25 by press-fitting. A concave portion 39 is formed at the upper portion of the inner periphery of the portion 25, and a convex portion 41 is formed at the upper portion of the outer periphery of the emergency seal ring 26 so as to fit into the concave portion 39. The emergency seal ring holder 25 is made of a metal having a relatively large coefficient of thermal expansion, such as austenitic stainless steel, such as SUS316. On the other hand, the emergency seal ring 26 is made of a metal having a small thermal expansion coefficient, for example, Invar.
In the first embodiment, the outer diameter of the emergency seal ring 26 is a constant amount of interference than the inner diameter of the emergency seal ring holding portion 25 so that the emergency seal ring 26 is not operated under the operating temperature of the normal cooling system. However, in the third embodiment, the concave portion 39 of the emergency seal ring holding portion 25 and the convex portion 41 of the emergency seal ring 26 are engaged with each other by the step portion. Thus, it is not necessary to provide a claw allowance.

緊急用シール環保持部２５に緊急用シール環２６を嵌合し、固定するには、まず、緊急用シール環保持部２５に金属Ｏリング２７及びコイルスプリング３２をセットする。次に、緊急用シール環保持部２５に加熱手段を装着して、緊急用シール環２６の凸部４１の外径より緊急用シール環保持部２５の内径の方が大きくなるまで加熱する。その後、緊急用シール環２６を挿入し、緊急用シール環保持部２５の凹部３９に緊急用シール環２６の凸部４１を嵌合する。   In order to fit and fix the emergency seal ring 26 to the emergency seal ring holding part 25, first, the metal O-ring 27 and the coil spring 32 are set on the emergency seal ring holding part 25. Next, a heating means is attached to the emergency seal ring holding portion 25 and heated until the inner diameter of the emergency seal ring holding portion 25 becomes larger than the outer diameter of the convex portion 41 of the emergency seal ring 26. Thereafter, the emergency seal ring 26 is inserted, and the convex portion 41 of the emergency seal ring 26 is fitted into the concave portion 39 of the emergency seal ring holding portion 25.

図５（ｂ）は、シャットダウン時の状態を示している。
今、 緊急用シール環保持部２５及び緊急用シール環２６が異常高温にさらされた場合、熱膨張率の大きい材料で作製された緊急用シール環保持部２５は、熱膨張率の小さい材料で作製された緊急用シール環２６より径方向においても膨張し、緊急用シール環保持部２５の内径が緊急用シール環２６の凸部４１の外径よりわずかに大きくなる。この状態においては、緊急用シール環保持部２５の凹部３９と緊急用シール環２６の凸部４１の係合は解除され、コイルスプリング３２の弾発力により、緊急用シール環２６は機内側６に向けて瞬時に押し出され、フランジ２３の機外側の面３０に押圧される。この状態では、緊急用シール環２６の凸部４１が金属Ｏリング２７に当接し、緊急用シール環保持部２５の内周と緊急用シール環２６の外周との二次シールとしての機能が損なわれることはない。 FIG. 5B shows a state at the time of shutdown.
Now, when the emergency seal ring holding part 25 and the emergency seal ring 26 are exposed to an abnormally high temperature, the emergency seal ring holding part 25 made of a material having a high coefficient of thermal expansion is made of a material having a low coefficient of thermal expansion. The produced emergency seal ring 26 also expands in the radial direction, so that the inner diameter of the emergency seal ring holding portion 25 is slightly larger than the outer diameter of the convex portion 41 of the emergency seal ring 26. In this state, the engagement of the concave portion 39 of the emergency seal ring holding portion 25 and the convex portion 41 of the emergency seal ring 26 is released, and the emergency seal ring 26 is moved to the inner side 6 by the elastic force of the coil spring 32. And is pressed against the surface 30 of the flange 23 on the outside of the machine. In this state, the convex portion 41 of the emergency seal ring 26 contacts the metal O-ring 27, and the function as a secondary seal between the inner periphery of the emergency seal ring holding portion 25 and the outer periphery of the emergency seal ring 26 is impaired. It will never be.

このように、本例では、緊急用シール環保持部２５と緊急用シール環２６との係合が凹凸形状によりなされるため、焼き嵌めによる係合に比べてシャットダウンシールの作動する条件が精度よく設定できる。また、シャットダウンシールの誤作動を防止できる。さらに、焼き嵌めによる係合におけるような固着による作動不良を防止できるという効果を奏する。   In this way, in this example, the emergency seal ring holding portion 25 and the emergency seal ring 26 are engaged with each other by the concavo-convex shape, so that the condition for operating the shutdown seal is more accurate than the engagement by shrink fitting. Can be set. In addition, malfunction of the shutdown seal can be prevented. Furthermore, there is an effect that it is possible to prevent malfunction due to sticking as in engagement by shrink fitting.

上記においては、実施の形態１に変更点を適用した場合について説明しているが、実施の形態２における緊急用シール環保持部３３の外周に凹部を形成し、緊急用シール環３４の内周に凸部を形成することにより、実施の形態１に変更点を適用した場合と同様のものが得られることはいうまでもない。   In the above, the case where the changed point is applied to the first embodiment is described. However, a concave portion is formed on the outer periphery of the emergency seal ring holding portion 33 in the second embodiment, and the inner periphery of the emergency seal ring 34 is formed. Needless to say, by forming the convex portion, the same thing as when the modification is applied to the first embodiment can be obtained.

１ 原子炉１次冷却材ポンプの軸シール部分
２ ポンプハウジング
３ シールハウジング
４ ボルト
５ 回転軸
６ 機内側
７ 第１シール装置
８ 第２シール装置
９ 第３シール装置
１０ メイティングリング
１１ メイティングリング
１２ メイティングリング
１３ シールリング
１４ シールリング
１５ シールリング
１６ メイティングリングの上向きの端面
１７ メイティングリングの上向きの端面
１８ メイティングリングの上向きの端面
１９ シールリングの下向きの端面
２０ シールリングの下向きの端面
２１ シールリングの下向きの端面
２２ リテーナ
２３ フランジ
２５ 緊急用シール環保持部
２６ 緊急用シール環
２７ 金属Ｏリング
２８ 緊急用シール環のフランジ部
２９ 緊急用シール環のフランジに対向する面
３０ フランジの機外側の面
３１ リング状突起
３２ コイルスプリング
３３ 緊急用シール環保持部
３４ 緊急用シール環
３５ 緊急用シール環のフランジ部
３６ シールハウジング３突出部
３７ 緊急用シール環の機外側の面
３８ シールハウジングの突出部の機内側の面
３９ 緊急用シール環保持部の凹部
４０ Ｏリング
４１ 緊急用シール環の凸部














DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Shaft seal part of reactor primary coolant pump 2 Pump housing 3 Seal housing 4 Bolt 5 Rotating shaft 6 Inside the machine 7 First seal device 8 Second seal device 9 Third seal device 10 Mating ring 11 Mating ring 12 Mating ring 13 Seal ring 14 Seal ring 15 Seal ring 16 Upward end surface of the mating ring 17 Upward end surface of the mating ring 18 Upward end surface of the mating ring 19 Downward end surface of the seal ring 20 Downward end surface of the seal ring DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 End face of seal ring 22 Retainer 23 Flange 25 Emergency seal ring holding part 26 Emergency seal ring 27 Metal O-ring 28 Flange part of emergency seal ring 29 Face facing flange of emergency seal ring 30 Flange machine Outside Surface 31 Ring-shaped protrusion 32 Coil spring 33 Emergency seal ring holding part 34 Emergency seal ring 35 Flange part of emergency seal ring 36 Protruding part of seal housing 37 Outer surface of emergency seal ring 38 Protrusion of seal housing Inside surface of the machine part 39 Concave part of emergency seal ring holding part 40 O-ring 41 Convex part of emergency seal ring














Claims (12)

定常運転状態逸脱に伴う異常高温時の回転軸停止後に作動するメカニカルシール用シャットダウンシールであって、最も機内側に位置するメカニカルシールの機内側に位置して回転軸側に装着されるフランジの機外側の面と、シールハウジングの機内側に設けられる熱膨張率の大きい材料から作製された緊急用シール環保持部とを対向するように配設し、該緊急用シール環保持部の内周に通常の作動温度下で固定されるように熱膨張率の小さい材料から作製された緊急用シール環を設け、緊急用シール環保持部と緊急用シール環との間に緊急用シール環をフランジの機外側の面に押圧するように作用する弾性部材を設けることを特徴とするメカニカルシール用シャットダウンシール。   A mechanical seal shutdown seal that operates after stopping the rotating shaft during abnormally high temperatures due to deviation from the steady operation state, and is a flanged device that is located on the inner side of the innermost mechanical seal and mounted on the rotating shaft. An outer surface and an emergency seal ring holding portion made of a material having a high thermal expansion coefficient provided on the inner side of the seal housing are arranged so as to face each other, and are arranged on the inner periphery of the emergency seal ring holding portion. Provide an emergency seal ring made of a material with a low coefficient of thermal expansion so that it is fixed under normal operating temperature, and place the emergency seal ring between the emergency seal ring holder and the emergency seal ring on the flange. A shutdown seal for a mechanical seal, characterized in that an elastic member that acts so as to press against an outer surface of the machine is provided. 緊急用シール環が固定される緊急用シール環保持部の内周に金属Ｏリングを設けることを特徴とする請求項１記載のメカニカルシール用シャットダウンシール。   The mechanical seal shutdown seal according to claim 1, wherein a metal O-ring is provided on an inner periphery of an emergency seal ring holding portion to which the emergency seal ring is fixed. 緊急用シール環保持部が緊急用シール環に比べて熱膨張係数の大きな金属材料から形成され、緊急用シール環が緊急用シール環保持部に比べて熱膨張係数の小さな金属材料から形成されることを特徴とする請求項１又は２記載のメカニカルシール用シャットダウンシール。   The emergency seal ring holding part is made of a metal material having a larger thermal expansion coefficient than that of the emergency seal ring, and the emergency seal ring is made of a metal material having a smaller thermal expansion coefficient than that of the emergency seal ring holding part. The mechanical seal shutdown seal according to claim 1 or 2. 緊急用シール環保持部がオーステナイト系ステンレス鋼から形成され、緊急用シール環がマルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、チタン合金のいずれか１つから形成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のメカニカルシール用シャットダウンシール。   2. The emergency seal ring holding portion is formed of austenitic stainless steel, and the emergency seal ring is formed of any one of martensitic stainless steel, ferritic stainless steel, and titanium alloy. The shutdown seal for mechanical seals of any one of thru | or 3. 緊急用シール環保持部の内周に凹部が形成され、該凹部に嵌合するように緊急用シール環の外周に凸部が形成されるとともに、緊急用シール環保持部はオーステナイト系ステンレス鋼から形成され、緊急用シール環はインバーから形成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のメカニカルシール用シャットダウンシール。   A concave portion is formed on the inner periphery of the emergency seal ring holding portion, and a convex portion is formed on the outer periphery of the emergency seal ring so as to fit into the concave portion, and the emergency seal ring holding portion is made of austenitic stainless steel. The mechanical seal shutdown seal according to any one of claims 1 to 3, wherein the emergency seal ring is formed of invar. 緊急用シール環が断面略Ｌ字状であり、シール面にリング状突起を設けることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のメカニカルシール用シャットダウンシール。   6. The shutdown seal for a mechanical seal according to claim 1, wherein the emergency seal ring has a substantially L-shaped cross section, and a ring-shaped protrusion is provided on the seal surface. 定常運転状態逸脱に伴う異常高温時の回転軸停止後に作動するメカニカルシール用シャットダウンシールであって、最も機内側に位置するメカニカルシールの機内側に位置して回転軸側に装着されるフランジの外周側に設けられる熱膨張率の小さい材料から作製された緊急用シール環保持部と、シールハウジングの機内側に突出する突出部とが対向するように配設し、該緊急用シール環保持部の外周に通常の作動温度下で固定されるように熱膨張率の大きい材料から作製された緊急用シール環を設け、緊急用シール環保持部と緊急用シール環との間に緊急用シール環をシールハウジングの機内側の面に押圧するように作用する弾性部材を設けることを特徴とするメカニカルシール用シャットダウンシール。   This is a mechanical seal shutdown seal that operates after stopping the rotating shaft at abnormally high temperatures due to deviations from the steady operating state, and is located on the inner side of the innermost mechanical seal located on the inner side of the machine. An emergency seal ring holding portion made of a material having a low coefficient of thermal expansion provided on the side and a protruding portion protruding inside the machine of the seal housing are arranged so as to face each other. An emergency seal ring made of a material with a high coefficient of thermal expansion is provided on the outer periphery so as to be fixed at a normal operating temperature, and an emergency seal ring is provided between the emergency seal ring holder and the emergency seal ring. A shutdown seal for a mechanical seal, characterized in that an elastic member is provided to act on the inner surface of the seal housing. 緊急用シール環が固定される緊急用シール環保持部の外周に金属Ｏリングを設けることを特徴とする請求項７記載のメカニカルシール用シャットダウンシール。   The mechanical seal shutdown seal according to claim 7, wherein a metal O-ring is provided on an outer periphery of an emergency seal ring holding portion to which the emergency seal ring is fixed. 緊急用シール環保持部が緊急用シール環に比べて熱膨張係数の小さな金属材料から形成され、緊急用シール環が緊急用シール環保持部に比べて熱膨張係数の大きな金属材料から形成され、シールハウジングの機内側に突出する突出部が緊急用シール環保持部に比べて熱膨張係数の大きな金属材料から形成されることを特徴とする請求項７又は８記載のメカニカルシール用シャットダウンシール。   The emergency seal ring holding part is formed from a metal material having a small thermal expansion coefficient compared to the emergency seal ring, and the emergency seal ring is formed from a metal material having a large thermal expansion coefficient compared to the emergency seal ring holding part, 9. The shutdown seal for a mechanical seal according to claim 7 or 8, wherein the projecting portion projecting to the machine inner side of the seal housing is formed of a metal material having a larger thermal expansion coefficient than that of the emergency seal ring holding portion. 緊急用シール環保持部がマルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、チタン合金のいずれか１つから形成され、緊急用シール環がオーステナイト系ステンレス鋼から形成され、シールハウジングの機内側に突出する突出部がオーステナイト系ステンレス鋼から形成されることを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１項に記載のメカニカルシール用シャットダウンシール。   The emergency seal ring holding part is formed from any one of martensitic stainless steel, ferritic stainless steel, and titanium alloy, and the emergency seal ring is formed from austenitic stainless steel and protrudes to the inside of the seal housing. 10. The mechanical seal shutdown seal according to claim 7, wherein the protrusion is formed of austenitic stainless steel. 11. 緊急用シール環保持部の外周に凹部が形成され、該凹部に嵌合するように緊急用シール環の内周に凸部が形成されるとともに、緊急用シール環保持部はインバーから形成され、緊急用シール環はオーステナイト系ステンレス鋼から形成されることを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１項に記載のメカニカルシール用シャットダウンシール。   A concave portion is formed on the outer periphery of the emergency seal ring holding portion, and a convex portion is formed on the inner periphery of the emergency seal ring so as to fit into the concave portion, and the emergency seal ring holding portion is formed of invar. The shutdown seal for a mechanical seal according to any one of claims 7 to 9, wherein the emergency seal ring is made of austenitic stainless steel. 緊急用シール環が断面略Ｌ字状であり、シール面にリング状突起を設けることを特徴とする請求項７ないし１１のいずれか１項に記載のメカニカルシール用シャットダウンシール。





















12. The shutdown seal for a mechanical seal according to claim 7, wherein the emergency seal ring has a substantially L-shaped cross section, and a ring-shaped protrusion is provided on the seal surface.





















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