JP2017507319A

JP2017507319A - 原子炉冷却材ポンプのための緊急的なシャフトシールを行うための方法ならびにシャフトシールアセンブリ

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Publication number: JP2017507319A
Application number: JP2016538041A
Authority: JP
Inventors: ロマン・テュイリエ
Original assignee: アレバ・エヌペ
Priority date: 2013-12-10
Filing date: 2014-12-10
Publication date: 2017-03-16
Anticipated expiration: 2034-12-10
Also published as: CN103671228A; EP3080489B1; EP3080489A1; US9903473B2; CN104696267A; SI3080489T1; CN106795967B; WO2015086708A1; ES2759103T3; CN106795967A; US20160312893A1; JP6517207B2

Abstract

本発明は、原子炉冷却材ポンプの緊急的なシャフトシールを行うための方法、ならびに、シャフトシールアセンブリ、を開示する。本発明による方法においては、受動的なストップシール部材（５）を、第１シールアセンブリ内に配置し、通常の動作状況下においては、開口を形成させて、第１シールアセンブリのシールに対して悪影響を及ぼすことがなく、電源喪失状況下においては、第１シールアセンブリ内へと高温流体が流入したことを検出した際に、受動的なストップシール部材（５）の誘導駆動部分（５２）が、シールリング（５１）を移動させ、これにより、原子炉冷却材ポンプのポンプシャフト（１）を緊密に閉塞するとともにその閉塞状態を維持する。

Description

本発明は、原子力発電の分野に関するものであり、より詳細には、原子炉冷却材ポンプのための緊急的なシャフトシールを行うための方法や、シャフトシールアセンブリに関するものである。

加圧水型の原子力発電所においては、原子炉の冷却材ポンプは、通常、メインポンプと称される。液体静水圧シャフトシールタイプの原子炉メインポンプは、三相誘電タイプのモータによって駆動される単一ステージの単一吸引型の剛直な混合フローポンプである。図１は、典型的な第二世代の改良型の原子力発電所におけるメインポンプを概略的に示す図である。メインポンプは、上から下にかけて、モータと、シャフトシールアセンブリと、水力部材と、から構成されている。原子炉冷却材ポンプのシャフト（簡略的に、ポンプシャフトと称される）が、ポンプ全体の中心にわたって延在している。原子炉冷却材は、ポンプシャフトの下端部に設置されたインペラーによって、流体の態様でポンピングされる。冷却材は、ポンプハウジングの底部を通して吸引され、インペラーを使用して上向きに流れ、その後、ガイドベーンによって案内され、ポンプハウジングの側壁上の導出パイプを通して排出される。

図２は、図１に示すメインポンプにおける静水圧シャフトシールアセンブリを概略的に示す図であり、図３は、第１シールアセンブリを概略的に示す図である。シャフトシールアセンブリは、３ステージのシャフトシールを使用している。すなわち、下から上に向かって、第１シールアセンブリ（Ｎｏ．１シールとも称される）と、第２シールアセンブリ（Ｎｏ．２シールとも称される）と、第３シールアセンブリ（Ｎｏ．３シールとも称される）と、を使用している。通常の動作条件下では、第１シールアセンブリの冷却は、化学的な容量式制御システム（簡略的に、ＲＣＶと称される）内に設けられた充填水によって保証される。電源喪失（簡略的に、ＳＢＯと称される）状況下においては、ＲＣＶシステムは、その機能を失い、メインポンプ内のシャフトシールアセンブリのための通常の冷却を提供することができない。これとともに、設備冷却水システム（簡略的に、ＲＲＩと称される）も、また、その機能を失い、メインポンプ内のシャフトシールアセンブリのための待機冷却を提供することができない。この場合、ループ内の高温流体が、メインポンプ内のシャフトシールアセンブリを急激に脅かし、その熱応力が、メインポンプのシャフトシール機能を喪失させかねず、それによって、ループ圧力境界を損傷しかねない。

図４に示すように、従来技術においては、通常は、緊急シール注入を使用することにより、ＳＢＯ状況下におけるメインポンプシャフトシールの完全性問題を解決することができる。ＳＢＯの発生後には、油圧テストポンプディーゼル発電機セットが、ループ油圧テストポンプ RIS011P0 に対して電源を供給する。緊急時には、起動指示の受領後に、油圧テストポンプディーゼル発電機セットは、２分以内で使用可能とされ、これにより、油圧テストポンプが、メインポンプシャフトシールアセンブリに対して緊急的に水を注入して、第１シールアセンブリのところにおける冷却および潤滑を維持することを、確保することができる。これとともに、第１シールアセンブリの下流側において冷却材が高温高圧となることを制限して、第１シールアセンブリのところにおける温度が、第１シールアセンブリの動作に関して要求される範囲内となることを確保することができ、メインポンプシャフトシールアセンブリの冷却材喪失事故（簡略的に、ＬＯＣＡと称される）を防止することができ、これにより、ループ圧力境界の完全性を確保することができる。

しかしながら、現在の第二世代の改良型の原子力発電所は、多くの場合、二重の原子炉構成とされている。二組のユニットが、１つの油圧テストポンプを共有している。この構成は、単一の組をなすユニットの電源喪失事故のみを考慮しているに過ぎず、油圧テストポンプの公称流量は、６ｍ３／ｈであり、この流量は、とりわけ三組のメインポンプユニットのうちの、一組のメインポンプユニットのシャフトシール水の注入量に対応したものに過ぎない。ＳＢＯの発生時には、他の組のユニットのメインポンプの緊急的なシャフトシール注入を行うことができず、シールＬＯＣＡが発生してしまう。すべての水供給手段が喪失した後には、１つのループのリークを補給することができず、水量を確保することができず、そのため、原子炉コアが徐々に露出されていき、最終的にはメルトしてしまう。

本明細書には、先行技術文献は記載されていない。

本発明の様々な実施形態によって解決すべき課題は、緊急的なシャフトシール注入態様が原子力発電所のメインポンプのシャフトシールの完全性に関する要求に適合していないという従来技術の欠点を克服することであり、また、緊急的なシャフトシール注入システムに依存することがないような、原子炉冷却ポンプおよびシャフトシールアセンブリのための緊急的なシャフトシールの実施方法を提供することである。

上記の課題を解決するため、本発明の様々な実施形態は、シャフトシールアセンブリであって、このシャフトシールアセンブリが、通常の動作状況下において、原子炉冷却材ポンプをシールするために流体静水圧によって形成された液体メンブランを使用する第１シールアセンブリを具備し、シャフトシールアセンブリが、さらに、第１シールアセンブリ内に配置された受動的なストップシール部材を具備し、この受動的なストップシール部材が、電源喪失状況下においては、原子炉冷却材ポンプをシールするものであり、受動的なストップシール部材が、原子炉冷却材ポンプのポンプシャフトの周縁方向に設けられた、誘導駆動部分とシールリングとを備え、シールリングが、開口を有し、電源喪失状況下において第１シールアセンブリ内を流れる高温流体を検出した際には、誘導駆動部分が、シールリングを移動させ、これにより、原子炉冷却材ポンプのポンプシャフトが緊密に閉塞されるとともにその閉塞状態に維持され、さらに、第１シールアセンブリと原子炉冷却材ポンプのポンプシャフトとの間のギャップが、閉塞され、これにより、ポンプシャフトに沿っての原子炉冷却材のリークが防止される、シャフトシールアセンブリを提供する。

誘導駆動部分は、融解可能な支持リングと、弾性押圧リングと、を備え、融解可能な支持リングは、その融解温度が高温流体の温度よりも低い融解材料から形成される。通常の動作状況下においては、融解可能な支持リングは、弾性押圧リングがシールリングに対して径方向圧力を印加することを阻止する。電源喪失状況下においては、高温流体によって融解可能な支持リングが融解され、弾性押圧リングは、シールリングに対して径方向圧力を印加し、これにより、シールリングを閉塞する。

第１シールアセンブリは、水力部材とモータとの間において順次的に配置された、第１シール部材と、第１シールインサートと、第１シールインサート支持体と、を備え、受動的なストップシール部材は、第１シールインサート支持体の一端部に隣接して第１シールインサート内に配置されている。

誘導駆動部分は、さらに、シールリングの周縁まわりに配置されたピストン駆動リングを備え、融解可能な支持リングの一端部は、第１シールインサート支持体に対して当接し、融解可能な支持リングの他端部は、ピストン駆動リングに対して当接し、弾性押圧リングは、ピストン駆動リングのうちの、融解可能な支持リングとは反対側の側部上に、配置され、シールリングの第１傾斜部分は、ピストン駆動リングに対向し、ピストン駆動リングのうちの、シールリングに対向した部分は、第１傾斜部分に対して接線方向をなす第２傾斜部分とされ、ピストン駆動リングの直径は、弾性押圧リングから融解可能な支持リングへと向かう向きにおいて、徐々に低減しており、通常の動作状況下においては、融解可能な支持リングは、この融解可能な支持リングと第１シールインサート支持体との間の摩擦力、および、この融解可能な支持リングとピストン駆動リングとの間の摩擦力を使用することにより、弾性押圧リングの径方向圧力をオフセットし、電源喪失状況下においては、融解可能な支持リングは、高温流体によって融解され、弾性押圧リングは、ピストン駆動リングに対して径方向圧力を印加し、これにより、ピストン駆動リングを第１シールインサート支持体に向けて移動させることができ、シールリングの開口を閉塞する。

第１シールアセンブリは、水力部材とモータとの間において順次的に配置された、第１シール部材と、第１シールインサートと、第１シールインサート支持体と、を備え、受動的なストップシール部材は、第１シールインサートの一端部に隣接して第１シールインサート内に配置されている。

誘導駆動部分は、さらに、シールリングの周縁まわりに配置されたピストン駆動リングを備え、弾性押圧リングは、ピストン駆動リングのうちの、融解可能な支持リングとは反対側の側部上に、配置され、シールリングの第１傾斜部分は、ピストン駆動リングに対向し、ピストン駆動リングのうちの、シールリングに対向した部分は、第１傾斜部分に対して接線方向をなす第２傾斜部分とされ、ピストン駆動リングの直径は、弾性押圧リングから融解可能な支持リングへと向かう向きにおいて、徐々に低減しており、通常の動作状況下においては、融解可能な支持リングの一端部は、第１シールインサート支持体に対して当接し、融解可能な支持リングの他端部は、ピストン駆動リングに対して当接し、電源喪失状況下においては、融解可能な支持リングは、高温流体によって融解され、ピストン駆動リングは、弾性押圧リングの押圧力の作用によって、シールリングを上向きに押し上げ、これにより、シールリングを内向きに移動させ、その結果、シールリングは、ポンプシャフトを緊密に保持し、これにより、シール機能を得る。

受動的なストップシール部材は、さらに、融解可能な制限リングを有し、この融解可能な制限リングは、通常の動作状況下においては、ピストン駆動リングから離間する向きにおけるシールリングの移動を、制限し、融解可能な制限リングは、その融解温度が高温流体の温度よりも低温であるような融解可能材料から形成される。

融解可能な制限リングは、融解可能な支持リングと一体的に形成される。

弾性押圧リングは、傾斜スプリングである。

シールリングの開口の一端部には、円弧状の挿入部分が設けられ、シールリングの開口の他端部には、その挿入部分を受領するための挿入スロットが設けられ、通常の動作状況下においては、挿入部分は、挿入スロット内へと部分的に挿入され、電源喪失状況下においては、挿入部分は、挿入スロット内へと完全に挿入され、シールリングの全体は、ポンプシャフトを完全に緊密に保持する。

他方において、本発明の一実施形態は、さらに、原子炉冷却材ポンプの緊急的なシャフトシールを行うための方法であって、受動的なストップシール部材を、第１シールアセンブリ内に配置し、受動的なストップシール部材のシールリングは、通常の動作状況下においては、開口を形成しており、これにより、原子炉冷却材がポンプシャフトに沿ってリークすることを防止するために流体静水圧によって形成された液体フィルムを使用している第１シールアセンブリに対して悪影響を及ぼすことがなく、電源喪失状況下においては、第１シールアセンブリ内へと高温流体が流入したことを検出した際に、受動的なストップシール部材の誘導駆動部分は、シールリングを移動させ、これにより、原子炉冷却材ポンプのポンプシャフトを緊密に閉塞するとともにその閉塞状態を維持し、さらに、第１シールアセンブリと原子炉冷却材ポンプのポンプシャフトとの間のギャップを、閉塞し、これにより、ポンプシャフトに沿っての原子炉冷却材のリークを防止する、という方法を提供する。

誘導駆動部分を、融解可能な支持リングと、弾性押圧リングと、を備えたものとし、融解可能な支持リングを、その融解温度が高温流体の温度よりも低い融解材料から形成し、通常の動作状況下においては、融解可能な支持リングは、弾性押圧リングがシールリングに対して径方向圧力を印加することを阻止し、電源喪失状況下においては、高温流体が融解可能な支持リングを融解し、弾性押圧リングは、シールリングに対して径方向圧力を印加し、これにより、シールリングを閉塞する。

第１シールアセンブリを、水力部材とモータとの間において順次的に配置された、第１シール部材と、第１シールインサートと、第１シールインサート支持体と、を備えたものとする。

受動的なストップシール部材を第１シールアセンブリ内に配置するに際しては、受動的なストップシール部材を、第１シールインサート支持体の一端部に隣接して第１シールインサート内に配置する。

誘導駆動部分を、さらに、シールリングの周縁まわりに配置されたピストン駆動リングを備えたものとし、融解可能な支持リングの一端部を、第１シールインサート支持体に対して当接させ、融解可能な支持リングの他端部を、ピストン駆動リングに対して当接させ、弾性押圧リングを、ピストン駆動リングのうちの、融解可能な支持リングとは反対側の側部上に、配置し、シールリングの第１傾斜部分を、ピストン駆動リングに対向させ、ピストン駆動リングのうちの、シールリングに対向した部分を、第１傾斜部分に対して接線方向をなす第２傾斜部分とし、ピストン駆動リングの直径を、弾性押圧リングから融解可能な支持リングへと向かう向きにおいて、徐々に低減するものとし、通常の動作状況下においては、融解可能な支持リングは、この融解可能な支持リングと第１シールインサート支持体との間の摩擦力、および、この融解可能な支持リングとピストン駆動リングとの間の摩擦力を使用することにより、弾性押圧リングの径方向圧力をオフセットし、電源喪失状況下においては、融解可能な支持リングは、高温流体によって融解され、弾性押圧リングは、ピストン駆動リングに対して径方向圧力を印加し、これにより、ピストン駆動リングを第１シールインサート支持体に向けて移動させることができ、シールリングの開口を閉塞する。

受動的なストップシール部材を第１シールアセンブリ内に配置するに際しては、受動的なストップシール部材を、第１シールインサートの一端部に隣接して第１シールインサート支持体内に配置する。

誘導駆動部分を、さらに、シールリングの周縁まわりに配置されたピストン駆動リングを備えたものとし、融解可能な支持リングの一端部を、第１シールインサートに対して当接させ、融解可能な支持リングの他端部を、ピストン駆動リングに対して当接させ、弾性押圧リングを、ピストン駆動リングのうちの、融解可能な支持リングとは反対側の側部上に、配置し、シールリングの第１傾斜部分を、ピストン駆動リングに対向させ、ピストン駆動リングのうちの、シールリングに対向した部分を、第１傾斜部分に対して接線方向をなす第２傾斜部分とし、ピストン駆動リングの直径を、弾性押圧リングから融解可能な支持リングへと向かう向きにおいて、徐々に低減するものとし、通常の動作状況下においては、融解可能な支持リングは、この融解可能な支持リングと第１シールインサート支持体との間の摩擦力、および、この融解可能な支持リングとピストン駆動リングとの間の摩擦力を使用することにより、弾性押圧リングの径方向圧力をオフセットし、電源喪失状況下においては、融解可能な支持リングは、高温流体によって融解され、弾性押圧リングは、ピストン駆動リングに対して径方向圧力を印加し、これにより、ピストン駆動リングを第１シールインサート支持体に向けて移動させることができ、シールリングの開口を閉塞する。

受動的なストップシール部材を、さらに、融解可能な制限リングを有したものとしたものとし、この融解可能な制限リングを、その融解温度が高温流体の温度よりも低温であるような融解可能材料から形成し、通常の動作状況下においては、融解可能な制限リングは、ピストン駆動リングから離間する向きにおけるシールリングの移動を、制限する。

本発明の様々な実施形態は、以下のような様々な利点を有している。受動的なストップシール部材が、第１シールアセンブリ内に設けられていて、電源喪失状況下においては、第１シールアセンブリ内へと高温流体が流入することを検出することができ、そのような検出時には、第１シールアセンブリと原子炉冷却材ポンプのポンプシャフトとの間のギャップを閉塞し、これにより、原子炉冷却材ポンプをシールすることができる。本発明は、第二世代のさらにデュアル原子炉型の原子力発電所においてＳＢＯ条件下でメインポンプのシャフトシールのリークという問題点を効果的に解決し、原子力発電所の原子炉コア損傷の可能性を低減する。受動的なストップシール部材が、通常の動作状況下においては、連結解除されていることのために、受動的なストップシール部材は、通常の動作状況下においては、メインポンプの性能には悪影響を与えることはない。

本発明の様々な実施形態における様々な技術的特徴点をより明瞭に説明するために、以下においては、様々な実施形態を説明するために必要な添付図面を参照する。添付図面は、本発明のいくつかの実施形態を図示しているけれども、当業者であれば、添付図面とは他の態様を採用し得ることは、理解されるであろう。

従来技術における典型的な第二世代の改良型の原子力発電所のメインポンプを概略的に示す図である。図１のメインポンプにおける静水圧シャフトシールアセンブリを示す断面図である。図１のメインポンプにおける第１シールアセンブリを示す断面図である。従来技術における典型的な第二世代の改良型の原子力発電所のメインポンプにおけるシャフトシール補助システムを概略的に示す図である。本発明の第１実施形態による第１シールインサート内に配置された受動的なストップシール部材を示す断面図である。本発明の第２実施形態による第１シールインサート内に配置された受動的なストップシール部材を示す断面図である。本発明の第３実施形態による第１シールインサート内に配置された受動的なストップシール部材を示す断面図である。

以下の説明は、本発明の様々な実施形態を図示している添付図面を参照して、本発明の様々な実施形態における様々な技術的特徴点を、明瞭に説明している。説明された様々な実施形態は、本発明の様々な実施形態のすべてではなく、一部に過ぎない。本発明の様々な実施形態に基づき創造的な努力を必要とすることなく当業者によって得られるすべての他の実施形態は、本発明の保護範囲内に属するものである。

原子炉冷却システムのシャフトシールアセンブリは、通常、互いに直列に連結された３段のシャフトアセンブリを備えているとともに、ポンプシャフトの先端部に配置されている。シャフトシールアセンブリの機能は、原子力発電所の通常の動作時にセキュリティハウジングに向けてのポンプシャフトに沿っての原子炉冷却システムのリーク量が、実質的にゼロであることを確保することである。シャフトシールの第１段は、制御可能な液体メンブランシールであり、第２段および第３段は、摩擦表面シールである。

シャフトシールの第１段は、第１シールアセンブリであって、バランスタイプの流体静水圧的な制御可能なリークシールである。図３に示すように、第１シールアセンブリは、ポンプシャフト１の周縁方向に設けられている。第１シールアセンブリは、第１シール部材２と、第１シールインサート３と、第１シールインサート支持体４と、を備えている。第１シールインサート支持体４は、水力部材とモータとの間に配置されている。ここで、第１シールインサート３と第１シールインサート支持体４との双方は、ポンプシャフト１に対して、ギャップを有したままとされている。第１シール部材２は、可動リング２１と、静止リング２２と、を有している。可動リング２１は、ポンプシャフト１上において回転可能に配置されている。静止リング２２は、回転不可能ではあるものの、ポンプの軸線方向においてあるいは斜め方向において小さな程度にわたって上下に移動可能とされている。これにより、可動リング２１の動きに追従することができる。通常の動作状況下においては、静止リング２２は、静水圧力によってバランスされており、可動リング２１と静止リング２２との間には、極度に小さなギャップが制御されており、これにより、液体メンブランが形成されている。その結果、可動リング２１および静止リング２２の対向面どうしは、薄い水メンブラン層の両サイドにおいて互いに対してスライドし、動作時に互いに対して直接的に接触することがない。よって、シャフトシールアセンブリのリーク量および水量が制御される。Ｏ−リングおよび補助部材が、静止リング２２と構造部材との間に設けられており、高圧領域と低圧領域との間に、スライド可能な補助シールが形成されている。

シャフトシールの第２段は、第２シールアセンブリであって、圧力バランスタイプの端面シールに属している。その機能は、第１シールアセンブリの背圧を構成することであり、ＲＣＶシステムに対しての戻り流をなすリーク水を案内することである。第２シールアセンブリは、システムのすべての動作圧力を負担することができ、他の主要な機能は、第１シールアセンブリの損傷時のための待機シールとして機能することである。

シャフトシールの第３段は、第３シールアセンブリであって、ダムタイプのデュアル端面シールである。第３シールアセンブリは、構造的には第２シールアセンブリと実質的に同じではあるけれども、システムのすべての圧力を負担する必要はない。濯ぎ水が、鉛直方向チューブを通して静止リング２２の中央にまで充填され、シールのために２つの端面を潤滑して冷却するとともに、ホウ素結晶の沈着が防止される。

図５，７に示すように、電源喪失状況の発生時にポンプシャフト１の迅速なシールを行い得るよう、本発明の一実施形態においては、第１シールアセンブリに、受動的なストップシール部材５が設けられる。通常の動作条件下においては、受動的なストップシール部材のシールリング５１は、第１シールアセンブリの通常のシャフトシール機能に悪影響を与えることなく、開口を形成する。特に、流体静水圧によって形成された液体フィルムを使用することにより、第１シールアセンブリに悪影響を与えることなく、開口を形成する。これにより、ポンプシャフト１に沿って原子炉冷却材がリークすることを防止することができる。電源喪失状況下においては、第１シールアセンブリ内へと流入する高温流体を検出した際には、受動的なストップシール部材の誘導駆動部分５２が、シールリング５１を駆動し、これにより、原子炉冷却材ポンプのポンプシャフト１を緊密に閉塞して保持することができる。第１シールアセンブリと原子炉冷却材ポンプのポンプシャフト１との間のギャップは、閉塞される。したがって、原子炉冷却材がポンプシャフト１に沿ってリークすることが防止される。

受動的なストップシール部材５は、原子炉冷却材ポンプのポンプシャフト１の周縁方向に設けられたような、誘導駆動部分５２とシールリング５１とを備えることができる。シールリング５１は、開口を有している。誘導駆動部分５２を使用することにより、電源喪失状況下において第１シールアセンブリ内へと流入する高温流体（例えば、高温となった原子炉冷却材）が検出された際には、シールリング５１を閉塞することができる。これにより、原子炉冷却材ポンプのポンプシャフト１を緊密に閉塞して保持することができる。第１シールアセンブリと原子炉冷却材ポンプのポンプシャフト１との間のギャップは、閉塞される。したがって、原子炉冷却材がポンプシャフト１に沿ってリークすることが防止される。

ここで、シールリング５１の開口は、当業者に周知であるような様々な開口構造とすることができる。例えば、シールリング５１の開口の一端部には、円弧状の挿入部分が設けられており、シールリング５１の開口の他端部には、その挿入部分を受領するための挿入スロットが設けられている。通常の動作状況下においては、挿入部分は、挿入スロット内へと部分的に挿入されている。電源喪失状況下においては、挿入部分は、挿入スロット内へと完全に挿入され、シールリング５１の全体が、ポンプシャフト１を完全に緊密に保持する。

本発明の様々な実施形態においては、ＳＢＯ条件下で原子炉冷却材ポンプおよびシャフトシールアセンブリにおいて緊急のシャフトシールを行うための方法において、受動的なストップシール部材が、第１シールアセンブリ内に設けられており、電源喪失状況下で第１シールアセンブリ内へと流入する高温流体を検出して、その検出後には、第１シールアセンブリと原子炉冷却材ポンプのポンプシャフトとの間のギャップが閉塞され、これにより、原子炉冷却材ポンプがシールされる。本発明は、第二世代のさらにデュアル原子炉型の原子力発電所においてＳＢＯ条件下でメインポンプのシャフトシールのリークという問題点を効果的に解決し、原子力発電所の原子炉コア損傷の可能性を低減する。受動的なストップシール部材が、通常の動作状況下においては、連結解除されていることのために、受動的なストップシール部材は、通常の動作状況下においては、メインポンプの性能には悪影響を与えることはない。

受動的なストップシール部材５は、第１シールインサート支持体４の一端部に隣接させて第１シールインサート３内に配置することができる、あるいは、第１シールインサート３の一端部に隣接させて第１シールインサート支持体４内に配置することができる。

図５，７に示す一実施形態においては、誘導駆動部分５２は、バッテリが内部に組み込まれた電子的デバイスとすることができる、あるいは、対応する機能を有した機械的構造アセンブリとすることができる。例えば、誘導駆動部分５２は、様々なセンサ（例えば、温度センサ、流体センサ、流れセンサ）と、センサに対して通信可能に接続された駆動ロッドと、を有することができる。センサが高温流体を検出した際には、駆動ロッドが制御されて、シールリング５１を押し込んで、シールリング５１の開口を閉塞させる。

しかしながら、高温流体の温度が比較的高温である場合には、誘導駆動部分５２としてそのような電子的デバイスを使用することは、適切ではない。原子力発電所が安全性に関して大きな要求を有していることのために、誘導駆動部分５２として、機械的構造アセンブリを使用することが好ましい。例えば、図６に示すように、誘導駆動部分５２は、融解可能な支持リング５２１と、弾性押圧リング５２２と、を有することができる。融解可能な支持リング５２１は、その融解温度が高温流体の温度よりも低温であるような融解可能材料から形成される。通常の動作状況下においては、融解可能な支持リング５２１を使用することにより、弾性押圧リング５２２がシールリング５１に対して径方向圧力を印加することを防止することができる。電源喪失状況下においては、融解可能な支持リング５２１は、高温流体によって融解され、弾性押圧リング５２２は、シールリング５１に対して径方向圧力を印加する。これにより、シールリング５１を閉塞することができる。例えば、受動的なストップシール部材５が、第１シールインサート支持体４の一端部に隣接して第１シールインサート３内に配置されている場合には、シールリング５１と融解可能な支持リング５２１と弾性押圧リング５２２とは、内側から外側に向けて、ポンプシャフト１を囲むようにして配置される。融解可能な支持リング５２１の内径は、シールリング５１の内径と比較して、かなり大きなものとされ、融解可能な支持リング５２１の一端部は、第１シールインサート支持体４上に固定される。これにより、弾性押圧リング５２２の径方向圧力に対抗することができる。弾性押圧リング５２２は、融解可能な支持リング５２１上に固定される、あるいは、ポンプシャフト１上に少なくとも部分的に固定される。通常の動作状況下においては、シールリング５１は、開口を有しており、弾性押圧リング５２２は、融解可能な支持リング５２１を緊密に保持している。電源喪失状況下においては、融解可能な支持リング５２１は、高温流体（特に、高温となった原子炉冷却材）によって融解される。これにより、弾性押圧リング５２２が内向きに収縮し、シールリング５１に対して作用する径方向圧力を生成することができる。これにより、シールリング５１の開口を閉塞することができる。受動的なストップシール部材５を、第１シールインサート
３の一端部に隣接させて第１シールインサート支持体４内に配置し得る場合には、受動的なストップシール部材５は、同様の構造を有することができる。しかしながら、当業者であれば、これが、本発明の一実施形態に過ぎないことは、理解されるであろう。本発明の他の実施形態においては、当業者に周知の様々なスキームを使用することにより、融解可能な支持リング５２１によって弾性押圧リング５２２の位置を制限することができるとともに、融解可能な支持リング５２１の融解後には、弾性押圧リング５２２によってシールリング５１の開口を付勢してシールリング５１の開口を閉塞することができる。以下においては、図６を参照して、他の好ましい実施形態について説明する。

図６に示すように、好ましい実施形態においては、受動的なストップシール部材５は、第１シールインサート支持体４の一端部に隣接させて第１シールインサート３内に配置される。誘導駆動部分５２は、融解可能な支持リング５２１と、弾性押圧リング５２２と、ピストン駆動リング５２３と、を有している。融解可能な支持リング５２１は、その融解温度が高温流体の温度よりも低温であるような融解可能材料から形成される。融解可能な支持リング５２１の一端部は、第１シールインサート支持体４に対して当接しており、他端部は、ピストン駆動リング５２３に対して当接している。弾性押圧リング５２２は、ピストン駆動リング５２３のうちの、融解可能な支持リング５２１とは反対側の側部上に、配置されている。例えば、弾性押圧リング５２２は、傾斜スプリングとすることができる。シールリング５１の第１傾斜部分は、ピストン駆動リング５２３に対向している。ピストン駆動リング５２３のうちの、シールリング５１に対向した部分は、第１傾斜部分に対して接線方向をなす第２傾斜部分とされている。ピストン駆動リング５２３の直径は、弾性押圧リング５２２から融解可能な支持リング５２１へと向かう向きにおいて、徐々に低減している。通常の動作状況下においては、融解可能な支持リング５２１は、この融解可能な支持リング５２１と第１シールインサート支持体４との間の摩擦力、および、この融解可能な支持リング５２１とピストン駆動リング５２３との間の摩擦力を使用することにより、弾性押圧リング５２２の径方向圧力をオフセットする。電源喪失状況下においては、融解可能な支持リング５２１は、高温流体によって融解され、弾性押圧リング５２２は、ピストン駆動リング５２３に対して径方向圧力を印加する。これにより、ピストン駆動リング５２３を第１シールインサート支持体４に向けて移動させることができ、シールリング５１の開口を閉塞することができる。

受動的なストップシール部材５を、第１シールインサート３の一端部に隣接させて第１シールインサート支持体４内に配置し得る場合には、受動的なストップシール部材５は、同様の構造を有することができる。より詳細には、この場合には、融解可能な支持リング５２１の一端部は、第１シールインサート３に対して当接しており、他端部は、ピストン駆動リング５２３に対して当接している。弾性押圧リング５２２は、ピストン駆動リング５２３のうちの、融解可能な支持リング５２１とは反対側の側部上に、配置されている。例えば、弾性押圧リング５２２は、傾斜スプリングとすることができる。シールリング５１の第１傾斜部分は、ピストン駆動リング５２３に対向している。ピストン駆動リング５２３のうちの、シールリング５１に対向した部分は、第１傾斜部分に対して接線方向をなす第２傾斜部分とされている。ピストン駆動リング５２３の直径は、弾性押圧リング５２２から融解可能な支持リング５２１へと向かう向きにおいて、徐々に低減している。通常の動作状況下においては、融解可能な支持リング５２１は、この融解可能な支持リング５２１と第１シールインサート支持体４との間の摩擦力、および、この融解可能な支持リング５２１とピストン駆動リング５２３との間の摩擦力を使用することにより、弾性押圧リング５２２の径方向圧力をオフセットする。電源喪失状況下においては、融解可能な支持リング５２１は、高温流体によって融解され、弾性押圧リング５２２は、ピストン駆動リング５２３に対して径方向圧力を印加する。これにより、ピストン駆動リング５２３を第１シールインサート支持体４に向けて移動させることができ、シールリング５１の開口を閉塞することができる。

上記の２つの好ましい実施形態においては、融解可能な支持リング５２１は、シールリング５１の軸線方向移動を十分には制限することができない。このため、シールリング５１の無用の移動を引き起こしかねず、原子炉冷却材ポンプの通常動作に悪影響を及ぼしかねない。したがって、好ましくは、図６に示すように、受動的なストップシール部材５は、さらに、融解可能な制限リング５２４を有することができる。この融解可能な制限リング５２４は、通常の動作状況下においては、ピストン駆動リング５２３から離間する向きにおけるシールリング５１の移動を、制限することができる。融解可能な制限リング５２４は、その融解温度が高温流体の温度よりも低温であるような融解可能材料から形成される。より好ましくは、融解可能な制限リング５２４は、融解可能な支持リング５２１と一体的に形成することができる。

本発明による実施形態が実施された際には、通常の動作状況下において、シールリング５１は、自然な開放状態とされ（開口を形成した状態とされ）、ギャップが、シールリング５１とポンプシャフト１との間に存在したままである。第１シールのリーク（とりわけ、高温とされた原子炉冷却材）は、通常、第１シールインサート３とポンプシャフト１との間を流れ、第１シールリークパイプライン内へと流入する。電源喪失状況下においては、充填水、および、メインポンプのシャフトシールのための冷却水は、同時に機能しなくなり、高温高圧の原子炉冷却材は、上向きに流れる。融解可能な支持リングのところにおける温度が、融解可能な支持リングの融解温度に達したときには、融解可能な支持リングは、相変化を受け、これにより、ピストン駆動リングは、弾性押圧リングの押圧力の作用によって、シールリングを上向きに押し上げ、これにより、シールリングを内向きに移動させ（開口を閉塞しながら）、その結果、シールリングが、ポンプシャフトを緊密に保持し、これにより、シール機能を得ることができる。この時、原子炉冷却材は、シールリング５１の外側へと流入し、シールリングを緊密に押圧し、これにより、シールリングをシール状態とする。

上記の説明は、本発明の様々な実施形態を例示するものに過ぎず、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。当業者であれば、上記の様々な実施形態の全部の実施あるいは部分的な実施を理解されるであろう。したがって、本発明の特許請求の範囲に対する均等物は、本発明の保護範囲内に属するものである。

１ポンプシャフト
３第１シールインサート
４第１シールインサート支持体
５受動的なストップシール部材
５１シールリング
５２誘導駆動部分
５２１融解可能な支持リング
５２２弾性押圧リング
５２３ピストン駆動リング
５２４融解可能な制限リング

Claims

シャフトシールアセンブリであって、
このシャフトシールアセンブリが、通常の動作状況下において、原子炉冷却材ポンプをシールするために流体静水圧によって形成された液体メンブランを使用する第１シールアセンブリを具備し、
前記シャフトシールアセンブリが、さらに、前記第１シールアセンブリ内に配置された受動的なストップシール部材（５）を具備し、
この受動的なストップシール部材（５）が、電源喪失状況下においては、前記原子炉冷却材ポンプをシールするものであり、
前記受動的なストップシール部材（５）が、前記原子炉冷却材ポンプのポンプシャフト（１）の周縁方向に設けられた、誘導駆動部分（５２）とシールリング（５１）とを備え、
前記シールリング（５１）が、開口を有し、
電源喪失状況下において前記第１シールアセンブリ内を流れる高温流体を検出した際には、前記誘導駆動部分（５２）が、前記シールリング（５１）を移動させ、これにより、前記原子炉冷却材ポンプの前記ポンプシャフト（１）が緊密に閉塞されるとともにその閉塞状態に維持され、さらに、前記第１シールアセンブリと前記原子炉冷却材ポンプの前記ポンプシャフト（１）との間のギャップが、閉塞され、これにより、前記ポンプシャフトに沿っての前記原子炉冷却材のリークが防止される、
ことを特徴とするシャフトシールアセンブリ。
請求項１記載のシャフトシールアセンブリにおいて、
前記誘導駆動部分（５２）が、融解可能な支持リング（５２１）と、弾性押圧リング（５２２）と、を備え、
前記融解可能な支持リング（５２１）が、その融解温度が前記高温流体の温度よりも低い融解材料から形成され、
通常の動作状況下においては、前記融解可能な支持リング（５２１）が、前記弾性押圧リング（５２２）が前記シールリング（５１）に対して径方向圧力を印加することを阻止し、
電源喪失状況下においては、前記高温流体によって前記融解可能な支持リング（５２１）が融解され、前記弾性押圧リング（５２２）が、前記シールリング（５１）に対して径方向圧力を印加し、これにより、前記シールリング（５１）を閉塞する、
ことを特徴とするシャフトシールアセンブリ。
請求項２記載のシャフトシールアセンブリにおいて、
前記第１シールアセンブリが、水力部材とモータとの間において順次的に配置された、第１シール部材と、第１シールインサートと、第１シールインサート支持体と、を備え、
前記受動的なストップシール部材（５）が、前記第１シールインサート支持体の一端部に隣接して前記第１シールインサート内に配置されている、
ことを特徴とするシャフトシールアセンブリ。
請求項３記載のシャフトシールアセンブリにおいて、
前記誘導駆動部分（５２）が、さらに、前記シールリング（５１）の周縁まわりに配置されたピストン駆動リング（５２３）を備え、
前記融解可能な支持リング（５２１）の一端部が、前記第１シールインサート支持体に対して当接し、
前記融解可能な支持リング（５２１）の他端部が、前記ピストン駆動リング（５２３）に対して当接し、
前記弾性押圧リング（５２２）が、前記ピストン駆動リング（５２３）のうちの、前記融解可能な支持リング（５２１）とは反対側の側部上に、配置され、
前記シールリング（５１）の第１傾斜部分が、前記ピストン駆動リング（５２３）に対向し、
前記ピストン駆動リング（５２３）のうちの、前記シールリング（５１）に対向した部分が、前記第１傾斜部分に対して接線方向をなす第２傾斜部分とされ、
前記ピストン駆動リング（５２３）の直径が、前記弾性押圧リング（５２２）から前記融解可能な支持リング（５２１）へと向かう向きにおいて、徐々に低減しており、
通常の動作状況下においては、前記融解可能な支持リング（５２１）が、この融解可能な支持リング（５２１）と前記第１シールインサート支持体との間の摩擦力、および、この融解可能な支持リング（５２１）と前記ピストン駆動リング（５２３）との間の摩擦力を使用することにより、前記弾性押圧リング（５２２）の径方向圧力をオフセットし、
電源喪失状況下においては、前記融解可能な支持リング（５２１）が、前記高温流体によって融解され、前記弾性押圧リング（５２２）が、前記ピストン駆動リングに対して径方向圧力を印加し、これにより、前記ピストン駆動リング（５２３）を前記第１シールインサート支持体に向けて移動させることができ、前記シールリングの開口を閉塞する、
ことを特徴とするシャフトシールアセンブリ。
請求項３記載のシャフトシールアセンブリにおいて、
前記誘導駆動部分（５２）が、さらに、前記シールリング（５１）の周縁まわりに配置されたピストン駆動リング（５２３）を備え、
前記弾性押圧リング（５２２）が、前記ピストン駆動リング（５２３）のうちの、前記融解可能な支持リング（５２１）とは反対側の側部上に、配置され、
前記シールリング（５１）の第１傾斜部分が、前記ピストン駆動リング（５２３）に対向し、
前記ピストン駆動リング（５２３）のうちの、前記シールリング（５１）に対向した部分が、前記第１傾斜部分に対して接線方向をなす第２傾斜部分とされ、
前記ピストン駆動リング（５２３）の直径が、前記弾性押圧リング（５２２）から前記融解可能な支持リング（５２１）へと向かう向きにおいて、徐々に低減しており、
通常の動作状況下においては、前記融解可能な支持リング（５２１）の一端部が、前記第１シールインサート支持体（４）に対して当接し、前記融解可能な支持リング（５２１）の他端部が、前記ピストン駆動リング（５２３）に対して当接し、
電源喪失状況下においては、前記融解可能な支持リング（５２１）が、前記高温流体によって融解され、前記ピストン駆動リング（５２３）が、前記弾性押圧リング（５２２）の押圧力の作用によって、前記シールリング（５１）を上向きに押し上げ、これにより、前記シールリング（５１）を内向きに移動させ、その結果、前記シールリング（５１）が、前記ポンプシャフト（１）を緊密に保持し、これにより、シール機能を得る、
ことを特徴とするシャフトシールアセンブリ。
請求項４または５記載のシャフトシールアセンブリにおいて、
前記受動的なストップシール部材（５）が、さらに、融解可能な制限リング（５２４）を有し、
この融解可能な制限リング（５２４）が、通常の動作状況下においては、前記ピストン駆動リング（５２３）から離間する向きにおける前記シールリング（５１）の移動を、制限し、
前記融解可能な制限リング（５２４）が、その融解温度が前記高温流体の温度よりも低温であるような融解可能材料から形成される、
ことを特徴とするシャフトシールアセンブリ。
請求項６記載のシャフトシールアセンブリにおいて、
前記融解可能な制限リング（５２４）が、前記融解可能な支持リング（５２１）と一体的に形成される、
ことを特徴とするシャフトシールアセンブリ。
請求項４または５記載のシャフトシールアセンブリにおいて、
前記弾性押圧リング（５２２）が、傾斜スプリングである、
ことを特徴とするシャフトシールアセンブリ。
請求項４または５記載のシャフトシールアセンブリにおいて、
前記シールリング（５１）の前記開口の一端部には、円弧状の挿入部分が設けられ、
前記シールリング（５１）の前記開口の他端部には、その挿入部分を受領するための挿入スロットが設けられ、
通常の動作状況下においては、前記挿入部分が、前記挿入スロット内へと部分的に挿入され、
電源喪失状況下においては、前記挿入部分が、前記挿入スロット内へと完全に挿入され、前記シールリング（５１）の全体が、前記ポンプシャフト（１）を完全に緊密に保持する、
ことを特徴とするシャフトシールアセンブリ。
原子炉冷却材ポンプの緊急的なシャフトシールを行うための方法であって、
受動的なストップシール部材（５）を、第１シールアセンブリ内に配置し、
前記受動的なストップシール部材（５）のシールリング（５１）が、通常の動作状況下においては、開口を形成しており、これにより、原子炉冷却材がポンプシャフト（１）に沿ってリークすることを防止するために流体静水圧によって形成された液体フィルムを使用している前記第１シールアセンブリに対して悪影響を及ぼすことがなく、
電源喪失状況下においては、前記第１シールアセンブリ内へと高温流体が流入したことを検出した際に、前記受動的なストップシール部材（５）の誘導駆動部分（５２）が、前記シールリング（５１）を移動させ、これにより、前記原子炉冷却材ポンプの前記ポンプシャフト（１）を緊密に閉塞するとともにその閉塞状態を維持し、さらに、前記第１シールアセンブリと前記原子炉冷却材ポンプの前記ポンプシャフト（１）との間のギャップを、閉塞し、これにより、前記ポンプシャフトに沿っての前記原子炉冷却材のリークを防止する、
ことを特徴とする原子炉冷却材ポンプの緊急的なシャフトシールを行うための方法。
請求項１０記載の原子炉冷却材ポンプの緊急的なシャフトシールを行うための方法において、
前記誘導駆動部分（５２）を、融解可能な支持リング（５２１）と、弾性押圧リング（５２２）と、を備えたものとし、
前記融解可能な支持リング（５２１）を、その融解温度が前記高温流体の温度よりも低い融解材料から形成し、
通常の動作状況下においては、前記融解可能な支持リング（５２１）が、前記弾性押圧リング（５２２）が前記シールリング（５１）に対して径方向圧力を印加することを阻止し、
電源喪失状況下においては、前記高温流体が前記融解可能な支持リング（５２１）を融解し、前記弾性押圧リング（５２２）が、前記シールリング（５１）に対して径方向圧力を印加し、これにより、前記シールリング（５１）を閉塞する、
ことを特徴とする原子炉冷却材ポンプの緊急的なシャフトシールを行うための方法。
請求項１１記載の原子炉冷却材ポンプの緊急的なシャフトシールを行うための方法において、
前記第１シールアセンブリを、水力部材とモータとの間において順次的に配置された、第１シール部材と、第１シールインサートと、第１シールインサート支持体と、を備えたものとし、
前記受動的なストップシール部材（５）を前記第１シールアセンブリ内に配置するに際しては、前記受動的なストップシール部材（５）を、前記第１シールインサート支持体の一端部に隣接して前記第１シールインサート内に配置する、
ことを特徴とする原子炉冷却材ポンプの緊急的なシャフトシールを行うための方法。
請求項１２記載の原子炉冷却材ポンプの緊急的なシャフトシールを行うための方法において、
前記誘導駆動部分（５２）を、さらに、前記シールリング（５１）の周縁まわりに配置されたピストン駆動リング（５２３）を備えたものとし、
前記融解可能な支持リング（５２１）の一端部を、前記第１シールインサート支持体に対して当接させ、
前記融解可能な支持リング（５２１）の他端部を、前記ピストン駆動リング（５２３）に対して当接させ、
前記弾性押圧リング（５２２）を、前記ピストン駆動リング（５２３）のうちの、前記融解可能な支持リング（５２１）とは反対側の側部上に、配置し、
前記シールリング（５１）の第１傾斜部分を、前記ピストン駆動リング（５２３）に対向させ、
前記ピストン駆動リング（５２３）のうちの、前記シールリング（５１）に対向した部分を、前記第１傾斜部分に対して接線方向をなす第２傾斜部分とし、
前記ピストン駆動リング（５２３）の直径を、前記弾性押圧リング（５２２）から前記融解可能な支持リング（５２１）へと向かう向きにおいて、徐々に低減するものとし、
通常の動作状況下においては、前記融解可能な支持リング（５２１）が、この融解可能な支持リング（５２１）と前記第１シールインサート支持体との間の摩擦力、および、この融解可能な支持リング（５２１）と前記ピストン駆動リング（５２３）との間の摩擦力を使用することにより、前記弾性押圧リング（５２２）の径方向圧力をオフセットし、
電源喪失状況下においては、前記融解可能な支持リング（５２１）が、前記高温流体によって融解され、前記弾性押圧リング（５２２）が、前記ピストン駆動リングに対して径方向圧力を印加し、これにより、前記ピストン駆動リング（５２３）を前記第１シールインサート支持体に向けて移動させることができ、前記シールリングの開口を閉塞する、
ことを特徴とする原子炉冷却材ポンプの緊急的なシャフトシールを行うための方法。
請求項１２記載の原子炉冷却材ポンプの緊急的なシャフトシールを行うための方法において、
前記誘導駆動部分（５２）を、さらに、前記シールリング（５１）の周縁まわりに配置されたピストン駆動リング（５２３）を備えたものとし、
前記弾性押圧リング（５２２）を、前記ピストン駆動リング（５２３）のうちの、前記融解可能な支持リング（５２１）とは反対側の側部上に、配置し、
前記シールリング（５１）の第１傾斜部分を、前記ピストン駆動リング（５２３）に対向させ、
前記ピストン駆動リング（５２３）のうちの、前記シールリング（５１）に対向した部分を、前記第１傾斜部分に対して接線方向をなす第２傾斜部分とし、
前記ピストン駆動リング（５２３）の直径を、前記弾性押圧リング（５２２）から前記融解可能な支持リング（５２１）へと向かう向きにおいて、徐々に低減するものとし、
通常の動作状況下においては、前記融解可能な支持リング（５２１）の一端部を、前記第１シールインサート支持体（４）に対して当接させ、前記融解可能な支持リング（５２１）の他端部を、前記ピストン駆動リング（５２３）に対して当接させ、
電源喪失状況下においては、前記融解可能な支持リング（５２１）が、前記高温流体によって融解され、前記ピストン駆動リング（５２３）が、前記弾性押圧リング（５２２）の押圧力の作用によって、前記シールリング（５１）を上向きに押し上げ、これにより、前記シールリング（５１）を内向きに移動させ、その結果、前記シールリング（５１）を、前記ポンプシャフト（１）を緊密に保持し、これにより、シール機能を得る、
ことを特徴とする原子炉冷却材ポンプの緊急的なシャフトシールを行うための方法。
請求項１３または１４記載の原子炉冷却材ポンプの緊急的なシャフトシールを行うための方法において、
前記受動的なストップシール部材（５）を、さらに、融解可能な制限リング（５２４）を有したものとしたものとし、
この融解可能な制限リング（５２４）を、その融解温度が前記高温流体の温度よりも低温であるような融解可能材料から形成し、
通常の動作状況下においては、前記融解可能な制限リング（５２４）が、前記ピストン駆動リング（５２３）から離間する向きにおける前記シールリング（５１）の移動を、制限する、
ことを特徴とする原子炉冷却材ポンプの緊急的なシャフトシールを行うための方法。