JP2013167230A - 原子炉一次冷却材ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】通常運転時のモータ効率を向上させ、且つ重量及び体積を削減してコンパクト化を実現できる。
【解決手段】ポンプ・モータケーシング１１内に配置されたラジアル軸受２３により回転自在に支持されたモータシャフト１２と、モータシャフトの一端に取り付けられたインペラ２７を備えるポンプ部１３と、モータシャフトに回転一体に設けられたロータ２９、及びポンプ・モータケーシングに設置されたステータ３０を備えるモータ部１４と、モータシャフトに取り付けられ、スラスト軸受３２を介してポンプ・モータケーシングに支持されたスラストディスク１５と、を有する原子炉一次冷却材ポンプ１０において、モータシャフトの他端部に回転一体に取り付けられ、高圧水の作用でモータシャフトに正転方向のトルクを付与可能とする渦流タービンポンプ１６と、電源喪失時に渦流タービンポンプへ高圧水を供給するよう制御する電磁開閉弁１８Ａ、１８Ｂとを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、原子炉一次冷却材ポンプに係り、特に電源喪失時にポンプ回転速度の減速を緩和する機能を備えた原子炉一次冷却材ポンプに関する。

一般に、水冷却モータ型原子炉一次冷却材ポンプでは、モータ部により駆動されるポンプ部が電源喪失時に停止するまでのポンプ回転速度の減速を緩和するため、即ち、原子炉一次冷却材ポンプの供給流量の急激な低下を緩和するために、モータシャフトと一体に回転する高慣性の円柱状のフライホイールが使用されている。

このようなフライホイールを具備した水冷却モータ型原子炉一次冷却材ポンプとして、図８に示すように、ポンプ部１０１とモータ部１０２との間に大径のフライホイール１０３を１台有するものが特許文献１に開示されている。このフライホイール１０３は、タングステン等の重金属を用いた大型構造物であり、モータシャフト１０４と一体に回転して、電源喪失時のポンプ回転速度の減速を緩和している。

米国特許出願公開第２００７／２５８６５号明細書

ところが、特許文献１に記載の水冷却モータ型原子炉一次冷却材ポンプ１００では、大型円柱構造のフライホイール１０３がモータシャフト１０４と一体に回転し、通常運転時にはその機能を発揮することなく、フライホイール１０３の外周壁と冷却水との間に、また、フライホイール１０３を内包するポンプ・モータケーシング１０５の内壁と冷却水の間にそれぞれ剪断力が働き、ジュール熱が発生する。このジュール熱はモータ冷却水で冷却され熱交換器１０６で除熱されるが、発熱損失でモータ効率が低下してしまう。

また、水冷却モータ型原子炉一次冷却材ポンプ１００でのフライホイール１０３は大型になるため、その外周面の周速は例えば６０〜７０ｍ／Ｓとなり、フライホイール１０３外周面にエロージョンが発生することで、回転部品の保守頻度が高くなってしまう。

更に、フライホイール１０３は必要慣性を確保するために、例えば直径を０．７５ｍとすると軸方向長さが約１ｍになるため、原子炉一次冷却材ポンプ１００が大型化してしまう。その結果、原子炉一次冷却材ポンプ１００の必要設置スペースが増大し、その据付けと取り外しの際の重機が大容量になってしまう。

本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、通常運転時のモータ効率を向上させ、且つコンパクト化を実現できる原子炉一次冷却材ポンプを提供することにある。

本発明の実施形態は、ポンプ・モータケーシング内に所定距離隔てて配置されたラジアル軸受により回転自在に支持されたモータシャフトと、このモータシャフトの一端部に取り付けられたインペラを備えるポンプ部と、前記モータシャフトに回転一体に設けられたロータ、及びこのロータに対向して前記ポンプ・モータケーシングに設置されたステータを備えるモータ部と、前記モータシャフトに取り付けられ、スラスト軸受を介して前記ポンプ・モータケーシングに支持されたスラストディスクと、を有する原子炉一次冷却材ポンプにおいて、前記モータシャフトの他端部に回転一体に取り付けられ、作動流体の作用で前記モータシャフトに正転方向のトルクを付与可能とするアシストタービンと、電源喪失時に前記アシストタービンへ作動流体を供給するように制御する制御機構と、を有することを特徴とするものである。

本発明の実施形態によれば、電源喪失時にモータシャフトに正転方向のトルクが付与されるので、この電源喪失時に原子炉一次冷却材ポンプの回転速度の減速を緩和できる。従って、電源喪失時の回転速度の減速を緩和するために大径のフライホイールを設ける必要がないので、モータ効率を向上およびコンパクト化を実現できる。

本発明に係る原子炉一次冷却材ポンプの第１実施形態を示す縦断面図。 本発明に係る原子炉一次冷却材ポンプの第２実施形態を示す縦断面図。 図２のスラストディスクを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は半側断面図。 本発明に係る原子炉一次冷却材ポンプの第３実施形態を示す縦断面図。 本発明に係る原子炉一次冷却材ポンプの第４実施形態を示す縦断面図。 本発明に係る原子炉一次冷却材ポンプの第５実施形態を示す縦断面図。 図６のロータを示す横断面図。 従来の原子炉一次冷却材ポンプを示す縦断面図。

以下、本発明を実施するための実施形態を図面に基づき説明する。

［Ａ］第１実施形態（図１）
図１は、本発明に係る原子炉一次冷却材ポンプの第１実施形態を示す縦断面図である。この図１に示す原子炉一次冷却材ポンプ１０は、ポンプ・モータケーシング１１内に回転自在に収容されたモータシャフト１２の先端にポンプ部１３が、中央部分にモータ部１４が、他端側にスラストディスク１５が、それぞれポンプ・モータケーシング１１に内包されて設置され、更に、モータシャフト１２の他端に、アシストタービンとしての渦流タービンポンプ１６が、ポンプ・モータケーシング１１に接合されたタービンケーシング１７に内包されて設置されている。

前記渦流タービンポンプ１６は、制御機構としての電磁開閉弁１８Ａ及び１８Ｂ、高圧水アキュムレータ４１と共に回転速度減速緩和装置１９を構成する。更に、この原子炉一次冷却材ポンプ１０は、モータ冷却系統２０を備える水冷却モータ型の原子炉一次冷却材ポンプである。

前記ポンプ・モータケーシング１１には、一次冷却材吸込口２１及び一次冷却材吐出口２２が形成され、一次冷却材吸込口２１が加圧水型原子炉の蒸気発生器側に、一次冷却材吐出口２２が原子炉容器側にそれぞれ接続されている。このポンプ・モータケーシング１１と前記タービンケーシング１７は、加圧水型原子炉の運転圧力に対し耐圧バウンダリを構成する。

前記モータシャフト１２は、ポンプ・モータケーシング１１内に所定距離隔てて複数個（本実施形態では３個）配置されたラジアル軸受２３を介して、ポンプ・モータケーシング１１に対し回転自在に径方向に支持される。このモータシャフト１２には、ポンプ・モータケーシング１１内のモータ室２４と、タービンケーシング１７内のポンプ室２５とを仕切るラビリンスシール２６が摺接されている。

前記ポンプ部１３は遠心ポンプであり、モータシャフト１２の先端（図１における上端）に回転一体に取り付けられたインペラ２７と、このインペラ２７の周囲に位置づけられてポンプ・モータケーシング１１に設けられたガイドベーン２８とを有して構成される。モータ部１４によりモータシャフト１２を介してインペラ２７が回転駆動されることで、蒸気発生器側の一次冷却材が一次冷却材吸込口２１から吸い込まれ、昇圧されて一次冷却材吐出口２２から原子炉容器側へ吐出される。

前記モータ部１４は、モータシャフト１２に回転一体に設けられた鉄製（例えばケイ素鋼製）のロータ２９と、このロータ２９に対向してポンプ・モータケーシング１１に設置されたステータ３０とを備えて構成される。このステータ３０は、水中絶縁ケーブル巻線と鉄心スロットで構成される。このステータ３０に、ケーブルグランド３１を経て三相交流電力が給電されることでロータ２９が回転し、モータシャフト１２を回転させる。

前記スラストディスク１５は、モータシャフト１２に回転一体に取り付けられ、スラスト軸受３２を介してポンプ・モータケーシング１１に回転自在に支持される。これらのスラストディスク１５及びスラスト軸受３２によって、ポンプ部１３に作用するモータシャフト１２の軸方向の推力が支持される。

前記渦流タービンポンプ１６は、モータシャフト１２の他端（図１における下端）に回転一体に取り付けられる。この渦流タービンポンプ１６は、原子炉一次冷却材ポンプ１０への電源喪失時に、作動流体としての高圧水の作用でモータシャフト１２にポンプ部１３の正転方向のトルクを付与する回転速度減速緩和機能を果たすほか、原子炉一次冷却材ポンプ１０の通常運転時に、モータシャフト１２の回転力で前記モータ冷却系統２０のモータ冷却水を循環させるポンプとしても機能する。

つまり、モータ冷却系統２０は、タービンケーシング１７に形成され、ポンプ室２５に連通するタービン入口ノズル３３及びタービン出口ノズル３４と、ポンプ・モータケーシング１１においてスラストディスク１５側の端部に形成された冷却水入口３５と、ポンプ・タービンケーシング１１においてポンプ部１３とモータ部１４との間に形成された冷却水出口３６と、ポンプ・モータケーシング１１の外部に設置された熱交換器３７と、冷却水出口３６と熱交換器３７とを接続する第１吐出配管３８と、熱交換器３７とタービン入口ノズル３３とを接続する第２流出配管３９と、タービン出口ノズル３４と冷却水入口３５とを接続する流入配管４０と、前記渦流タービンポンプ１６とを有して構成される。

通常運転時に渦流タービンポンプ１６の回転により昇圧されたモータ冷却水は、タービン出口ノズル３４から流入配管４０を経て冷却水入口３５に流入し、モータ部１４のロータ２９の外表面及びステータ３０を通過して冷却した後、冷却水出口３６から第１流出配管３８を経て熱交換器３７の被冷却側へ至って冷却され、第２流出配管３９を経てタービン入口ノズル３３に流入する。このように、モータ冷却水が、熱交換器３７の被冷却側とポンプ・モータケーシング１１の内部との間で、渦流タービンポンプ１６のポンプ作用により循環することで、ポンプ・モータケーシング１１内のモータ部１４のロータ２９及びステータ３０が冷却される。

渦流タービンポンプ１６と共に回転速度減速緩和装置１９を構成する前記電磁開閉弁１８Ａ及び１８Ｂのうち、電磁開閉弁１８Ａは、作動流体供給源としての前記高圧水アキュムレータ４１をタービン入口ノズル３３に接続する高圧水配管４２に配設されている。この高圧水配管４２は、第２流出配管３９の下流側に接続される。第２流出配管３９には、高圧水配管４２との接続点の上流側に逆止弁４３が配設されて、高圧水アキュムレータ４１からの高圧水が熱交換器３７へ流入しないよう設計されている。

また、電磁開閉弁１８Ｂは、タービン出口ノズル３４をファンネル４４に接続する排水配管４５に配設される。この排水配管４５は、流入配管４０の上流側に接続される。この流入配管４０には、排水配管４５との接続点の下流側に逆止弁４６が配置されて、ポンプ・モータケーシング１１内部の冷却水が、流入配管４０を逆流してファンネル４４に排出されることを防ぐよう設計されている。

上述の電磁開閉弁１８Ａ及び１８Ｂは、原子炉一次冷却材ポンプ１０の通常運転時には励磁されて閉弁されているが、原子炉一次冷却材ポンプ１０への三相交流電力（常用電力）の電源喪失時(つまり、モータ部１４を駆動するための電源の喪失時)に非励磁状態となって開弁操作される。この電磁開閉弁１８Ａ及び１８Ｂの開弁操作により、高圧水アキュムレータ４１からの作動流体としての高圧水が、電磁開閉弁１８Ａを経てタービン入口ノズル３３に流入し、渦流タービンポンプ１６を回転駆動した後、タービン出口ノズル３４から電磁開閉弁１８Ｂを経てファンネル４４へ排水される。高圧水による渦流タービンポンプ１６の回転によってモータシャフト１２にポンプ部１３の正転方向のトルクが付与される。

ここで、電磁開閉弁１８Ａ及び１８Ｂは、並列３系統に多重化されて構成されている。これにより、電源喪失時に少なくとも１つの開弁状態が確保されることで、電磁開閉弁１８Ａ及び１８Ｂの開弁動作の信頼性が担保される。

従って、本実施形態の渦流タービンポンプ１６は、通常運転時にはモータシャフト１２の回転力によって回転し、モータ冷却系統２０のモータ冷却水をポンプ・モータケーシング１１内と熱交換器３７との間で循環させて、モータ冷却水によりモータ部１４を冷却する。電源喪失時には、渦流タービンポンプ１６は、高圧水アキュムレータ４１からの高圧水の作用でモータシャフト１２にポンプ１３の正転方向のトルクを付与して、モータシャフト１２の上記正転方向の回転速度の減速を緩和させる。

以上のように構成されたことから、本実施形態によれば、次の効果（１）を奏する。

（１）原子炉一次冷却材ポンプ１０の電源喪失時に、電磁開閉弁１８Ａ及び１８Ｂが開弁操作されることで、高圧水アキュムレータ４１からの高圧水の作用で渦流タービンポンプ１６が、モータシャフト１２にポンプ１３の正転方向のトルクを付与するので、この電源喪失時に原子炉一次冷却材ポンプ１０の回転速度の減速を緩和できる。従って、電源喪失時の原子炉一次冷却材ポンプ１０の回転速度の減速を緩和させるために大型のフライホイールを設ける必要がないので、通常運転時に上記フライホイールに起因するジュール熱による熱損失がなく、原子炉一次冷却材ポンプ１０のモータ効率を向上でき、且つ、原子炉一次冷却材ポンプ１０の重量及び体積を削減してコンパクト化を実現できる。

［Ｂ］第２実施形態（図２、図３）
図２は、本発明に係る原子炉一次冷却材ポンプの第２実施形態を示す縦断面図である。この第２実施形態において、前記第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本実施形態の原子炉一次冷却材ポンプ５０が前記第１実施形態と異なる点は、渦流タービンポンプ１６に代えてアシストタービンとしての渦流タービン５１が用いられ、且つスラストディスク１５に代えて、モータ冷却系統５２のポンプとしても機能するスラストディスク５３が用いられた点である。

渦流タービン５１は、タービンケーシング１７のタービン室５４に収容される。このタービン室５４内は気相状態であり、液相状態のポンプ・モータケーシング１１内のモータ室２４と前記タービン室５４との間に、メカニカルシール５５がモータシャフト１２に摺接して配置されている。

スラストディスク５３は、前記スラストディスク１５と同様にしてスラスト軸受３２との協働作用でポンプ部１３に作用する推力を支持するほか、上述のようにモータ冷却系統５２のポンプとしても機能する。つまり、スラストディスク５３は、図３に示すように、モータシャフト１２の周囲に設けられた環状または複数の円形状の冷却水吸込通路５６と、この冷却水吸込通路５６からスラストディスク５３の外周面へ向かって放射状に延びる冷却水吐出通路５７とを備える。

モータシャフト１２の回転によりスラストディスク５３が回転すると、モータ冷却系統５２のモータ冷却水が、図３の実線及び破線に示すように、冷却水吸込通路５６から吸い込まれて冷却水吐出通路５７から吐出する。このようにして冷却水吐出通路５７から吐出したモータ冷却水は、ポンプ・モータケーシング１１内のモータ部１４のロータ２９の外表面及びステータ３０を通過し冷却して流れた後に冷却水出口３６から流出し、第１流出配管３８を経て熱交換器３７の被冷却側で冷却される。その後、モータ冷却水は、熱交換器３７の被冷却側と冷却水入口３５とを接続する流入配管５８を経て冷却水入口３５に流入し、スラストディスク５３の冷却水吸込通路５６へ至る。

このように、モータ冷却系統５２では、モータシャフト１２により回転するスラストディスク５３の作用でモータ冷却水が、ポンプ・モータケーシング１１内と熱交換器３７の被冷却側との間で循環することで、ポンプ・モータケーシング１１内のモータ部１４のロータ２９及びステータ３０が冷却される。

前記渦流タービン５１は、電磁開閉弁１８Ａと共に回転速度減速緩和装置５９を構成する。開閉電磁弁１８Ａは、作動流体供給源としての例えば高圧蒸気アキュムレータ６０とタービンケーシング１７のタービン入口ノズル３３とを接続する導入配管６１に配設される。また、タービンケーシング１７のタービン出口ノズル３４には、ファンネル４４に接続される排出配管６２が接続され、この排出配管６２に熱交換器３７の被冷却側が配設される。尚、前記導入配管６１には、電磁開閉弁１８Ａとタービン入口ノズル３３との間に分岐管６５が設けられ、この分岐管６５に逆止弁６３が配置される。この逆止弁６３によって、蒸気発生器６０からの作動流体としての高圧蒸気は外部雰囲気へ排出されず、タービン入口ノズル３３へ導入される。

この回転速度減速緩和装置５９では、通常運転時にモータシャフト１２の回転と共に渦流タービン５１が回転（空転）し、外部雰囲気が逆止弁６３を経てタービン入口ノズル３３へ流入し、タービン出口ノズル３４から排出する。このタービン出口ノズル３４から排出された外部雰囲気は、排出配管６２及び熱交換器３７を経てファンネル４４に排出される。

また、回転速度減速緩和装置５９では、電源喪失時に電磁開閉弁１８Ａが非励磁となって開弁操作され、高圧蒸気アキュムレータ６０からの高圧蒸気が渦流タービン５１を回転駆動して、モータシャフト１２にポンプ部１３の正転方向のトルクを付与する。このとき、スラストディスク５３の回転による遠心力で、モータ冷却系５２の冷却水が循環する。また、渦流タービン５１を回転駆動した高圧蒸気はタービン出口ノズル３４から流出し、排出配管６２を経て熱交換器３７の被冷却側で冷却されて凝縮された後、ファンネル４４に排出される。

尚、図２の符号６４は、メカニカルシール５５からタービン室５４内へ漏洩したモータ室２４内のモータ冷却水を、ファンネル４４へ排出するためのドレン弁である。

以上のように構成されたことから、この第２実施形態によれば、次の効果（２）を奏する。

（２）原子炉一次冷却材ポンプ５０への電源喪失時に電磁開閉弁１８Ａが開弁操作されることで、高圧蒸気アキュムレータ６０からの高圧蒸気の作用で渦流タービン５１がモータシャフト１２にポンプ部１３の正転方向のトルクを付与するので、この電源喪失時に原子炉一次冷却材ポンプ５０の回転速度の減速を緩和できる。従って、電源喪失時の原子炉一次冷却材ポンプ５０の回転速度の減速を緩和するために大径のフライホイールを設ける必要がないので、通常運転時に上記フライホイールに起因するジュール熱による熱損失がなく、原子炉一次冷却材ポンプ５０のモータ効率を向上でき、且つ原子炉一次冷却材ポンプ５０の重量及び体積も削減して、コンパクト化を実現できる。

更に、通常運転時には渦流タービン５１がタービン室５４内で空転するので、このとき渦流タービン５１にて発生する回転抵抗トルクが小さく、この点からも原子炉一次冷却材ポンプ５０のモータ効率を向上させることができる。

［Ｃ］第３実施形態（図４）
図４は、本発明に係る原子炉一次冷却材ポンプの第３実施形態を示す縦断面図である。この第３実施形態において、前記第１及び第２実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本実施形態の原子炉一次冷却材ポンプ７０の回転速度減速緩和装置７１が前記第２実施形態と異なる点は、電源喪失時に渦流タービン５１を回転駆動させる作動流体が、前記第２実施形態の高圧蒸気ではなく高圧空気であり、この高圧空気が作動流体供給源としての高圧空気アキュムレータ７２から供給される点である。

本実施形態では、タービンケーシング１７のタービン出口ノズル３４に接続された排出配管６２は、熱交換器３７の被冷却側を経ることなく、直接ファンネル４４に接続される。従って、原子炉一次冷却材ポンプ７０の通常運転時にモータシャフト１２の回転と共に渦流タービン５１が回転（空転）し、外部雰囲気が逆止弁６３を経てタービン入口ノズル３３へ流入し、タービン出口ノズル３４から排出する。このタービン出口ノズル３４から排出された外部雰囲気は、排出配管６２を経てファンネル４４に排出される。

また、回転速度減速緩和装置７１では、電源喪失時に電磁開閉弁１８Ａが非励磁となって開弁操作され、高圧空気アキュムレータ７２からの高圧空気が渦流タービン５１を回転駆動して、モータシャフト１２にポンプ部１３の正転方向のトルクを付与する。このときも、スラストディスク５３の回転による遠心力で、モータ冷却系５２の冷却水が循環する。また、渦流タービン５１を回転駆動した高圧空気はタービン出口ノズル３４から流出し、排出配管６２を経てファンネル４２に排出される。

以上のように構成されたことから、この第３実施形態によれば、次の効果（３）を奏する。

（３）原子炉一次冷却材ポンプ７０への電源喪失時に電磁開閉弁１８Ａが開弁操作されることで、高圧空気アキュムレータ７２からの高圧空気の作用で渦流タービン５１がモータシャフト１２にポンプ部１３の正転方向のトルクを付与するので、この電源喪失時に原子炉一次冷却材ポンプ７０の回転速度の減速を緩和できる。従って、電源喪失時の原子炉一次冷却材ポンプ７０の回転速度の減速を緩和するために大径のフライホイールを設ける必要がないので、通常運転時に上記フライホイールに起因するジュール熱による熱損失がなく、原子炉一次冷却材ポンプ７０のモータ効率を向上でき、且つ原子炉一次冷却材ポンプ７０の重量及び体積も削減して、コンパクト化を実現できる。

更に、通常運転時には渦流タービン５１がタービン室５４内で空転するので、このとき渦流タービン５１にて発生する回転抵抗トルクが小さく、この点からも原子炉一次冷却材ポンプ７０のモータ効率を向上させることができる。

［Ｄ］第４実施形態（図５）
図５は、本発明に係る原子炉一次冷却材ポンプの第４実施形態を示す縦断面図である。この第４実施形態が前記第１〜第３実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本実施形態の原子炉一次冷却材ポンプ８０が前記第３実施形態と異なる点は、モータシャフト１２に渦流タービン５１が取り付けられず、且つポンプ・モータケーシング１１にタービンケーシング１７が接合されず、更に高圧空気アキュムレータ７２及び電磁開閉弁１８Ａが設置されず、モータ部１４のステータ３０へ三相交流電源８１から常用の三相交流電力を給電する経路の入力端子台８２に、回転速度減速緩和装置としてのバックアップ電源系８３が接続された点である。また、この原子炉一次冷却材ポンプ８０においても、ポンプ・モータケーシング１１内のロータ２９及びステータ３０を冷却するモータ冷却系統５２が設けられている。

前記バックアップ電源系８３は、端子箱８７内の入力端子台８２に接続されたインバータ８４と、直流電源としての蓄電池８５と、蓄電池８５とインバータ８４との間に配設された制御機構としての電磁接触器８６と、を有して構成される。

蓄電池８５は、動力用の直流電力を給電する動力系電源部８５Ａと、制御用の直流電力を給電する制御系電源部８５Ｂと、を有して構成される。

電磁接触器８６は、三相交流電源８１からの電源喪失時に非励磁となる電磁コイル８８が、蓄電池８５とインバータ８４間の接点８９を閉じるように構成される。三相交流電源８１から常用の三相交流電力がモータ部１４のステータ３０へ給電されているときには、電磁接触器８６の接点８９は開いている。電磁接触器８６の接点８９が閉じたときに、蓄電池８５の動力系電源部８５Ａからの直流電力がインバータ８４へ給電されると共に、蓄電池８５の制御系電源部８５Ｂからの直流電力がインバータ８４のインバータ制御部９０へ給電されて、インバータ８４が作動する。

インバータ８４は、電磁接触器８６の接点８９が閉じる電源喪失時に、蓄電池８５の動力系電源部８５Ａから動力用の直流電力を、周波数の可変な三相交流電力に変換して出力する。このインバータ８４から出力された三相交流電力がモータ部１４のステータ３０へ給電されることで、モータシャフト１２にポンプ部１３の正転方向のトルクが付与される。

ここで、ポンプ・モータケーシング１１には、スラストディスク５３に対向する位置に回転速度計９１が配置されている。この回転速度計９１は例えば渦電流式変位計であり、スラストディスク５３の回転速度、ひいてはモータシャフト１２の回転速度を計測する。この回転速度計９１からの計測データはインバータ制御部９０へ出力される。このインバータ制御部９０は、電源喪失時にモータ部１４のステータ３０へ給電する三相交流電力の周波数を、回転速度計９１にて計測されたモータシャフト１２の回転速度に同調させた周波数に設定する。具体的には、インバータ制御部９０は、インバータ８４からモータ部１４のステータ３０へ給電する三相交流電力の周波数を、モータシャフト１２が電源喪失時の回転速度よりも若干高い回転速度となるように調整する。

以上のように構成されたことから、本実施形態によれば、次の効果（４）を奏する。

（４）原子炉一次冷却材ポンプ８０への電源喪失時に、バックアップ電源系８３におけるインバータ８４からの三相交流電力がモータ部１４のステータ３０へ給電されて、モータシャフト１２にポンプ部１３の正転方向のトルクを付与するので、この電源喪失時に原子炉一次冷却材ポンプ８０の回転速度の減速を緩和できる。従って、電力喪失時の原子炉一次冷却材ポンプ８０の回転速度の減速を緩和するために大径のフライホイールを設ける必要がないので、通常運転時に上記フライホイールに起因するジュール熱による熱損失がなく、原子炉一次冷却材ポンプ８０のモータ効率を向上でき、且つ原子炉一次冷却材ポンプ８０の重量及び体積を削減してコンパクト化を実現できる。

［Ｅ］第５実施形態（図６、図７）

図６は、本発明に係る原子炉一次冷却材ポンプの第５実施形態を示す縦断面図である。この第５実施形態において、前記第１〜第４実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本実施形態の原子炉一次冷却材ポンプ９５が前記第４実施形態と異なる点は、バックアップ電源系８３が設置されず、モータ部１４のロータ９６が、フライホイール部９７と鉄心部９８とを有して構成された点である。また、この原子炉一次冷却材ポンプ９５においても、ポンプ・モータケーシング１１内のロータ９６及びステータ３０を冷却するモータ冷却系統５２が設けられている。

ロータ９６のフライホイール部９７は、図７に示すように、慣性を確保するための重金属９７Ａ（例えばタングステンなど）がハウジング９７Ｂに内包されて円環形状に形成され、モータシャフト１２の外周に回転一体に取り付けられる。また、鉄心部９８は、鉄（例えばケイ素鋼）製のリング形状の板が積層されてなり、フライホイール部９７の外周に一体化されて構成される。

モータ部１４のロータ９６におけるフライホイール部９７が、原子炉一次冷却材ポンプ９５への電源喪失時に、モータシャフト１２にポンプ部１３の正転方向のトルクを付与する機能を果たす。尚、このフライホイール部９７の存在によっても、ロータ９６の外径は、第１〜第４実施形態のロータ２９の外径と略同一であり、更にモータシャフト１２の軸方向長さは、第１〜第４実施形態と同等である。

以上のように構成されたことから、本実施形態によれば、次の効果（５）を奏する。

（５）原子炉一次冷却材ポンプ９５の電源喪失時にロータ９６のフライホイール部９７がモータシャフト１２にポンプ部１３の正転方向のトルクを付与するので、この電源喪失時に原子炉一次冷却材ポンプ９５の回転速度の減速を緩和するために大径のフライホイールを設ける必要がない。このため、通常運転時に大径のフライホイールに起因するジュール熱による熱損失がなく、原子炉一次冷却材ポンプ９５のモータ効率を向上でき、且つ原子炉一次冷却材ポンプ９５の体積を削減してコンパクト化を実現できる。

以上、本発明を上記実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を種々変形してもよく、また、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。例えば、上述の第１〜第５実施形態では、ポンプ部１３が遠心ポンプの場合を述べたが、斜流ポンプであってもよい。

１０ 原子炉一次冷却材ポンプ
１１ ポンプ・モータケーシング
１２ モータシャフト
１３ ポンプ部
１４ モータ部
１５ スラストディスク
１６ 渦流タービンポンプ（アシストタービン）
１８Ａ、１８Ｂ 電磁開閉弁（制御機構）
２０ モータ冷却系統
２３ ラジアル軸受
２７ インペラ
２９ ロータ
３０ ステータ
３２ スラスト軸受
４１ 高圧水アキュムレータ（作動流体供給源）
５０ 原子炉一次冷却材ポンプ
５１ 渦流タービン（アシストタービン）
５２ モータ冷却系統
５３ スラストディスク
６０ 高圧蒸気アキュムレータ（作動流体供給源）
７０ 原子炉一次冷却材ポンプ
７２ 高圧空気アキュムレータ（作動流体供給源）
８０ 原子炉一次冷却材ポンプ
８４ インバータ
８５ 蓄電池
８６ 電磁接触器（制御機構）
８８ 電磁コイル
８９ 接点
９５ 原子炉一次冷却材ポンプ
９６ ロータ
９７ フライホイール部
９７Ａ 重金属
９７Ｂ ハウジング
９８ 鉄心部

Claims (11)

1. ポンプ・モータケーシング内に所定距離隔てて配置されたラジアル軸受により回転自在に支持されたモータシャフトと、
   このモータシャフトの一端部に取り付けられたインペラを備えるポンプ部と、
   前記モータシャフトに回転一体に設けられたロータ、及びこのロータに対向して前記ポンプ・モータケーシングに設置されたステータを備えるモータ部と、
   前記モータシャフトに取り付けられ、スラスト軸受を介して前記ポンプ・モータケーシングに支持されたスラストディスクと、を有する原子炉一次冷却材ポンプにおいて、
   前記モータシャフトの他端部に回転一体に取り付けられ、作動流体の作用で前記モータシャフトに正転方向のトルクを付与可能とするアシストタービンと、
   電源喪失時に前記アシストタービンへ作動流体を供給するように制御する制御機構と、を有することを特徴とする原子炉一次冷却材ポンプ。
2. 前記ポンプ・モータケーシング外に設置された熱交換器の被冷却側と前記ポンプ・モータケーシングの内部との間で冷却水が循環し、前記ポンプ・モータケーシング内のロータ及びステータ等を冷却するモータ冷却系統が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の原子炉一次冷却材ポンプ。
3. 前記アシストタービンは、通常運転時には、モータシャフトの回転力でモータ冷却系統の冷却水を循環させ、電源喪失時には、作動流体としての高圧水の作用で、モータシャフトに正転方向のトルクを付与可能とする渦流タービンポンプであることを特徴とする請求項２に記載の原子炉一次冷却材ポンプ。
4. 前記アシストタービンは、電源喪失時に、作動流体としての高圧蒸気または高圧空気の作用で、モータシャフトに正転方向のトルクを付与可能とする渦流タービンであることを特徴とする請求項１または２に記載の原子炉一次冷却材ポンプ。
5. 前記制御機構は、少なくともアシストタービンと作動流体供給源との間に設置されて、電源喪失時に開操作される開閉弁であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の原子炉一次冷却材ポンプ。
6. 前記開閉弁は、並列に多重化されて構成されたことを特徴とする請求項５に記載の原子炉一次冷却材ポンプ。
7. ポンプ・モータケーシング内に所定距離隔てて配置されたラジアル軸受により回転自在に支持されたモータシャフトと、
   このモータシャフトの一端部に取り付けられたインペラを備えるポンプ部と、
   前記モータシャフトに回転一体に設けられたロータ、及びこのロータに対向して前記ポンプ・モータケーシングに設置されたステータを備えるモータ部と、
   前記モータシャフトに取り付けられ、スラスト軸受を介して前記ポンプ・モータケーシングに支持されたスラストディスクと、を有する原子炉一次冷却材ポンプにおいて、
   前記モータ部の前記ステータへ商用交流電力を給電する経路に設けられた端子台と、
   この端子台に接続され、蓄電池からの直流電力を周波数の可変な交流電力に変換して出力し、前記モータシャフトに正転方向のトルクを付与するインバータと、
   電源喪失時に、前記蓄電池からの直流電力を前記インバータに給電して前記インバータを作動させる制御機構と、を有することを特徴とする原子炉一次冷却材ポンプ。
8. 前記インバータは、電源喪失時にステータへ給電する交流電力の周波数を、モータシャフトの回転速度に同調させた周波数に設定して出力することを特徴とする請求項７に記載の原子炉一次冷却材ポンプ。
9. 前記制御機構は、電源喪失時に非励磁となる電磁コイルが、蓄電池とインバータ間の接点を閉じる電磁接触器であることを特徴とする請求項７または８に記載の原子炉一次冷却材ポンプ。
10. ポンプ・モータケーシング内に所定距離隔てて配置されたラジアル軸受により回転自在に支持されたモータシャフトと、
    このモータシャフトの一端部に取り付けられたインペラを備えるポンプ部と、
    前記モータシャフトに回転一体に設けられたロータ、及びこのロータに対向して前記ポンプ・モータケーシングに設置されたステータを備えるモータ部と、
    前記モータシャフトに取り付けられ、スラスト軸受を介して前記ポンプ・モータケーシングに支持されたスラストディスクと、を有する原子炉一次冷却材ポンプにおいて、
    前記モータ部の前記ロータは、慣性を確保するための重金属がハウジングに内包されてモータシャフトの外周に設けられたフライホイール部と、このフライホイール部の外周に設けられた鉄製の鉄心部とが、一体化されて構成されたことを特徴とする原子炉一次冷却材ポンプ。
11. 前記ポンプ・モータケーシング外に設置された熱交換器の被冷却側と前記ポンプ・モータケーシングの内部との間で冷却水が循環し、前記ポンプ・モータケーシング内のロータ及びステータ等を冷却するモータ冷却系統が設けられたことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の原子炉一次冷却材ポンプ。

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