JP2016530442A - 熱動後退式アクチュエータを備えたポンプシール - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、「熱動後退式アクチュエータを備えたポンプシール」と題する2013年3月13日出願の米国特許出願第13/798,632号の一部継続出願であり、米国特許法第119条(e)に基づき、「熱動安全ロックを備えた原子炉冷却材ポンプ運転停止シール熱動後退式アクチュエータ」と題する2013年8月5日出願の米国仮特許出願第61/862,304号の優先権を主張する。
本発明は概して回転軸のシールに関し、詳細には遠心ポンプの熱動シール、さらに詳細にはかかるシールの新型熱動アクチュエータに関する。
先行技術の原子炉冷却ポンプ
改良型ポンプ運転停止シールアクチュエータ
Claims (29)
- インペラがモータに、当該モータと当該インペラとの間に回転自在に支持された回転軸(34)を介して連結されたポンプ(14)であって、当該モータと当該インペラとの間の当該回転軸の周りに介在するシールハウジング(32)が当該回転軸を取り囲む運転停止シール(170)を有し、当該運転停止シールが当該回転軸の回転が減速するか停止した後、当該回転軸を取り囲む環状部(174)の流体が当該運転停止シールを介して漏洩するのを防止し、当該運転停止シールは、
対向端部を有し、内径が当該環状部(174)の一部を画定し、当該回転軸の回転中は当該内径が当該回転軸から離隔するように当該回転軸(34)を取り囲む拘束自在の割りリング(172)と、
当該回転軸(34)の通常動作時は当該割りリング(172)の当該対向端部間に位置して、当該対向端部間に環状空間を維持し、当該流体の温度が所定温度を超えて上昇すると当該対向端部間から離脱して、当該割りリングが当該環状部(174)の一部を狭窄または実質的に封止する拘束状態になるように動作可能なスペーサ(176)と、
当該流体の温度が当該所定温度を超えて上昇すると当該スペーサ(176)を当該割りリング(172)の当該対向端部間から離脱させ、当該割りリングを拘束状態にして当該環状部(174)の一部を狭窄または実質的に封止できるアクチュエータ(184)であって、
軸方向部分を有するシリンダ(200)、
当該シリンダ内で軸方向に移動可能なピストン(196)であって、当該ピストンの周りで当該シリンダの上端部と下端部とが密封されたピストン(196)、
当該ピストンの下端部から延び、一方の端部が当該スペーサ(176)に接続されたピストン棒(196)、
当該シリンダ(216)内の当該上端部と当該下端部との間の当該ピストン(186)が移動する空間を占めるキャビティであって、当該スペーサ(176)が当該割りリング(172)の当該対向端部間に位置する時、当該ピストンの直径が異なる2つ以上の軸方向部分が当該キャビティの当該空間内にあり、当該ピストンの最大直径の軸方向部分が当該ピストンの移動方向において小さい直径の軸方向部分より先にあるため、当該ピストンが移動すると当該スペーサが当該割りリングの当該対向端部から離脱することを特徴とするキャビティ、および
当該キャビティ内の当該空間の少なくとも一部を占める材料(188)であって、当該材料が温度上昇に伴って膨張してその温度が当該所定温度を超えて上昇すると、当該ピストン(196)に及ぼす力により、当該ピストンが当該スペーサ(176)を当該対向端部間から離脱させる方向へ移動することを特徴とする材料(188)
から成るアクチュエータ(184)と
を具備するポンプ(14)。 - 前記ピストン(196)の前記直径が異なる2つ以上の軸方向部分の少なくとも一部が延びている前記ピストンの外周領域に前記の力がかかる、請求項1のポンプ(14)。
- 前記キャビティの下端部において前記キャビティと前記ピストン(196)との間で支持された第1のシール(204)と、前記キャビティの上端部において前記キャビティと前記ピストンとの間で支持された第2のシール(206)とを含み、当該第1および第2のシールは前記材料を前記キャビティ内に実質的に封じ込める作用をすることを特徴とする、請求項1のポンプ(14)。
- 前記第1のシール(204)および前記第2のシール(206)のうち少なくとも一方がカップシールである、請求項3のポンプ(14)。
- 前記カップシール(204、206)がPEEK製である、請求項4のポンプ(14)。
- 前記第1および第2のシール(204、206)のうちの片方または両方向けのバックアップシール(208、210)を含む、請求項3のポンプ(14)。
- 前記バックアップシール(208、210)がOリングシールである、請求項6のポンプ(14)。
- 前記OリングシールがEPDM製またはHNBR製である、請求項7のポンプ(14)。
- 前記キャビティ内の圧力が所定の値を超えると圧力を解放するように、前記第1のシール(204)の支持体(218)または前記第2のシール(206)の支持体が構成されている、請求項3のポンプ(14)。
- 前記材料(188)が前記流体と熱連通している、請求項1のポンプ(14)。
- 前記シリンダ(216)内に支持されたばね(226)であって、前記材料(188)の温度が前記所定温度より低い間は前記スペーサ(176)を前記割りリング(172)の前記対向端部間に保つ方向に前記ピストン(196)を付勢するように構成されたばね(226)を含む、請求項1のポンプ(14)。
- 前記ピストン(196)にかかる前記の力が、前記ばね(226)によって及ぼされる力より実質的に大きい、請求項11のポンプ(14)。
- 前記キャビティの壁の少なくとも一部が薄い壁厚(T1)を有し、前記キャビティ内の圧力が設計値を超えると当該壁部分が膨らんで前記キャビティ内の圧力を安全なレベルに引き下げるように構成された、請求項1のポンプ(14)。
- 前記流体の温度が前記所定温度を下回る場合は、前記ピストン(196)が前記シリンダ(200)内において、前記スペーサ(176)を前記割りリング(172)の前記対向端部間から離脱させる方向に動くのを阻止し、前記流体の温度が前記所定温度とほぼ同じまたはそれを超えると、前記ピストンのロックを受動的に解除して、前記スペーサが前記割りリングの前記対向端部間から離脱できるようにする構成の安全ロックを含む、請求項1のポンプ(14)。
- 前記安全ロックが熱作動するポンプであって、前記安全ロックは前記シリンダ(200)の一方の端部から、前記ピストンが前記スペーサ(176)を前記割りリング(172)の前記対向端部間から離脱させるように動く方向に、懸架されたピン(232)を備え、当該ピンは、前記ピストン(196)の一方の端部に設けられた凹部(236)の一部へ延入し、当該凹部の残りの実質的な部分は熱活性化材料(230)が実質的に充填され、当該熱活性化材料は、前記所定温度を下回る温度では、当該材料が当該ピンの側面(234)に沿って当該凹部から流出できない粘性を有し、当該熱活性化材料は、前記所定温度と実質的に同じまたはそれを超える温度では、当該ピンの当該側面に沿って当該凹部から流出できる低い粘性を有するため、前記ピストンが前記スペーサを前記割りリングの前記対向端部間から離脱させることができることを特徴とする、請求項14のポンプ(14)。
- 前記熱活性化材料(230)がポリマーである、請求項15のポンプ(14)。
- 前記ポリマーがポリエチレンである、請求項16のポンプ(14)。
- 前記安全ロックがせん断ピン(242)を有し、当該せん断ピンは、前記材料(230)の温度が実質的に前記所定温度を下回る場合に前記ピストンが前記スペーサ(176)を前記対向端部間から離脱させるのを阻止する障害物となるように構成され、前記ピストン(196)に及ぼされる力が、前記ピストンをして前記スペーサを前記対向端部間から離脱させる方向に移動させるほど大きくなると、当該せん断ピンは破断または変形して当該障害物として機能しなくなるように構成されている、請求項14のポンプ(14)。
- 前記安全ロックが、前記シリンダ(200)の一方の端部から、前記ピストンが前記スペーサ(176)を前記割りリング(172)の前記対向端部間から離脱させるように動く方向に、懸架されたピン(232)を有し、実質的に前記所定温度を下回る温度において当該ピンは前記ピストンの一方の端部に設けられた凹部(236)の一部へ延入し、また、前記ピストンの行程に応じて当該凹部の残りの実質的な部分へ実質的にアクセス可能であり、当該ピンは、前記材料(188)の温度が実質的に前記所定温度を下回る場合に当該ピンが当該凹部の当該残りの実質的な部分の中まで実質的に移動するのを阻止する1つ以上のせん断ピンまたはリングの形態の突起部(242)を有し、当該突起部は、前記ピストンに及ぼされる力が、前記ピストンをして前記スペーサを前記対向端部間から離脱させる方向に移動させるほど大きくなると、破断または変形するため、前記ピンが当該凹部の当該残りの実質的な部分内へ移動することができるように構成されている、請求項18のポンプ(14)。
- 請求項1のポンプ(14)であって、
前記流体の流れ方向において前記割りリング(172)の上流で前記回転軸を該回転軸から離隔して取り囲み、内径が前記回転軸の回転中は前記回転軸から離隔して前記環状部(174)の一部を画定するほぼ剛性の保持リング(180)と、
前記割りリング(172)と当該保持リング(180)との間で前記回転軸(34)を取り囲み、内径が前記回転軸の回転中は前記回転軸から離隔して前記環状部(174)の一部を画定し、前記割りリングが前記回転軸の方へ移動し前記環状部内に入る拘束状態になると発生する圧力差により前記回転軸の方へ押圧される柔軟なポリマーリング(178)と
を具備するポンプ(14)。 - インペラがモータに、当該モータと当該インペラとの間に回転自在に支持された回転軸(34)を介して連結され、当該モータと当該インペラとの間に介在するシールハウジング(32)が当該回転軸の軸方向部分を取り囲むポンプ(14)の運転停止シール(170)であって、当該運転停止シールは当該回転軸の回転が減速するか停止した後、当該回転軸を取り囲む環状部(174)の流体が当該運転停止シールを介して漏洩するのを防止し、当該運転停止シールは、
対向端部を有し、内径が当該環状部(174)の一部を画定し、当該回転軸の回転中は当該内径が当該回転軸から離隔するように当該回転軸(34)を取り囲む拘束自在の割りリング(172)と、
当該回転軸(34)の通常動作時は当該割りリング(172)の当該対向端部間に位置して、当該対向端部間に環状空間を維持し、当該流体の温度が所定温度を超えて上昇すると当該対向端部間から離脱して、当該割りリングが当該環状部(174)の一部を狭窄または実質的に封止する拘束状態になるように動作可能なスペーサ(176)と、
当該流体の温度が当該所定温度を超えて上昇すると当該スペーサ(176)を当該割りリング(172)の当該対向端部間から離脱させ、当該割りリングを拘束状態にして当該環状部(174)の一部を狭窄または実質的に封止できるアクチュエータ(184)であって、
軸方向部分を有するシリンダ(200)、
当該シリンダ内で軸方向に移動可能なピストン(196)であって、当該ピストンの周りで当該シリンダの上端部と下端部とが密封されたピストン(196)、
当該ピストンの下端部から延び、一方の端部が当該スペーサ(176)に接続されたピストン棒(196)、
当該シリンダ(216)内の当該上端部と当該下端部との間の空間を占めるキャビティであって、当該空間内を当該ピストン(186)が移動し、当該スペーサ(176)が当該割りリング(172)の当該対向端部間に位置する時、当該ピストンの直径が異なる2つ以上の軸方向部分が当該キャビティの当該空間内にあり、当該ピストンの最大直径の軸方向部分が当該ピストンの移動方向において小さい直径の軸方向部分より先にあるため、当該ピストンが移動すると当該スペーサが当該割りリングの当該対向端部から離脱することを特徴とするキャビティ、および
当該キャビティ内の当該空間の少なくとも一部を占める材料(188)であって、当該材料が温度上昇に伴って膨張してその温度が当該所定温度を超えて上昇すると、当該ピストン(196)に及ぼす力により、当該ピストンが当該スペーサ(176)を当該対向端部間から離脱させる方向へ移動することを特徴とする材料(188)
から成るアクチュエータ(184)と
を具備する運転停止シール(170)。 - アクチュエータ(184)であって、
軸方向部分を有するシリンダ(200)と、
当該シリンダ内で軸方向に移動可能なピストン(196)であって、当該ピストンの周りで当該シリンダの上端部と下端部とが密封されたピストン(196)と、
当該ピストンの下端部から延び、一方の端部をオペレータ(176)に接続可能なピストン棒(196)と、
当該シリンダ(200)内の当該上端部と当該下端部との間の当該ピストン(196)が移動する空間を占めるキャビティであって、当該ピストンがその行程の第1の位置にある時に当該ピストンの軸方向部分は当該キャビティ内の当該空間を貫通しており、当該ピストンの当該軸方向部分は直径が異なる2つ以上の軸方向部分を有し、当該直径が異なる2つ以上の当該軸方向部分のうちの最大直径の軸方向部分は、当該ピストンを第2の位置へ移動させるために当該ピストンの移動方向において小さい直径の軸方向部分より先にあり、当該ピストンが当該第1の位置にある時に当該直径が異なる2つの軸方向部分は当該空間の少なくとも一部を占めることを特徴とするキャビディと、
当該キャビティ内の当該空間の少なくとも一部を占める材料(188)であって、当該材料が温度上昇に伴って膨張してその温度が所定温度を超えて上昇すると、当該ピストン(196)に及ぼす力により、当該ピストンが当該第2の位置へ移動することを特徴とする材料(188)と
から成るアクチュエータ(184)。 - 前記材料(188)の温度が実質的に前記所定温度を下回る場合に前記ピストン(196)が前記第1の位置から前記第2の位置へ移動するのを阻止し、前記材料の温度がおおむね前記所定温度を超えて上昇する場合に前記ピストンの拘束を解除して前記第2の位置に向かって移動できるように構成された安全ロックを具備する、請求項22のアクチュエータ(184)。
- 前記流体の温度が前記所定温度を上回る場合に、前記ロックが熱作動し、前記ピストン(196)の拘束が受動的に解除されるように構成された、請求項23のアクチュエータ(184)。
- 前記熱動安全ロックが前記シリンダ(200)の一方の端部から懸架されたピン(232)を有し、当該ピンは前記ピストン(196)が前記第2の位置へ移動する方向に延びて、前記ピストン(196)の一方の端部に設けられた凹部(236)の一部へ延入し、当該凹部の残りの実質的な部分は熱活性化材料(230)が実質的に充填され、当該熱活性化材料は、前記所定温度を下回る温度では、当該材料が当該ピンの側面(234)に沿って当該凹部から流出できない粘性を有し、当該熱活性化材料は、前記所定温度と実質的に同じまたはそれを超える温度では、当該ピンの当該側面に沿って当該凹部から流出できる低い粘性を有するため、前記ピストンが前記第2の位置へ移動できることを特徴とする、請求項23のアクチュエータ(184)。
- 前記熱活性化材料(230)がポリマーである、請求項25のアクチュエータ(184)。
- 前記ポリマーがポリエチレンである、請求項26のアクチュエータ(184)。
- 前記安全ロックがせん断ピン(242)を有し、当該せん断ピンは、前記材料(230)の温度が実質的に前記所定温度を下回る場合に前記ピストンの前記第2の位置の方への移動を阻止する障害物となるように構成され、前記ピストン(196)に及ぼされる力が、前記ピストンを前記第2の位置の方へ移動させるほど大きくなると、当該せん断ピンは破断または変形して当該障害物として機能しなくなるように構成されている、請求項24のアクチュエータ(184)。
- 前記安全ロックが、前記シリンダ(200)の一方の端部から、前記ピストンが前記第2の位置の方へ移動する方向に、懸架されたピン(232)を有し、実質的に前記所定温度を下回る温度において当該ピンは前記ピストンの一方の端部に設けられた凹部(236)の一部へ延入し、また、前記ピストンの行程に応じて当該凹部の残りの実質的な部分へ実質的にアクセス可能であり、当該ピンは、前記材料(188)の温度が実質的に前記所定温度を下回る場合に当該ピンが当該凹部の当該残りの実質的な部分の中まで実質的に移動するのを阻止する1つ以上のせん断ピンまたはリングの形態の突起部(242)を有し、当該突起部は、前記ピストンに及ぼされる力が前記ピストンを前記第2の位置へ移動させるほど大きくなると、破断または変形するため、前記ピンが当該凹部の当該残りの実質的な部分内へ移動することができるように構成されている、請求項28のアクチュエータ。
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