JP2019044685A - ポンプ用シール装置及び一次冷却材ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＢＯ発生後、高温高圧流体が到達したときでもポンプシャフト周囲のシール機能を保持可能にする。【解決手段】幾つかの実施形態に係るポンプ用シール装置は、第１部材と、前記第１部材に対向して配置され、リング溝を有する第２部材と、前記リング溝に設けられるリング部材と、前記リング部材に対して低圧側にて前記リング溝に設けられ、前記第２部材より熱膨張係数が大きい材料で構成されたバックアップリングと、を備え、前記バックアップリングと前記リング溝の底面との間の隙間よりも、前記バックアップリングと前記第１部材との間の隙間の方が大きく形成される。【選択図】図１

Description

本開示は、ポンプ用シール装置及び該ポンプ用シール装置を備える一次冷却材ポンプに関する。

原子力発電所では、原子炉と蒸気発生器との間に一次冷却材を循環させるために一次冷却材ポンプが設けられる。一次冷却材ポンプには、一次冷却材の漏洩を防止するためシール装置が設置されている。
特許文献１には、ポンプシャフトに設けられるシール装置が開示されている。このシール装置は、一次冷却材の流路に近い側から順にポンプシャフトの周囲に配置されるＮｏ．１シール部、Ｎｏ．２シール部及びＮｏ．３シール部で構成され、Ｎｏ．１シール部は限定漏洩式の非接触シールが用いられ、Ｎｏ．２シール部及びＮｏ．３シール部はメカニカルシールが用いられている。

上記一次冷却材ポンプにおいて、全交流電源喪失（Ｓｔａｔｉｏｎ Ｂｌａｃｋ Ｏｕｔ）（以下「ＳＢＯ」とも言う。）が起きた場合、シール部に約３００℃で、且つ、約１５ＭＰａの一次冷却材が到達するため、一次冷却材ポンプのシール装置から、この一次冷却材漏洩を防止する必要がある。

実開昭６３−０２２３９７号公報

ＳＢＯ発生後、高温高圧の一次冷却材がシール部に到達した時、ＲＣＰのシール装置はその漏洩を防止できるように設計されているが、一次冷却材の漏洩防止対策に対し、更なる安全性の向上が求められている。

一実施形態は、ＳＢＯ発生後、高温高圧流体が到達したときでも、ポンプシャフト周囲のシール機能を保持可能にすることを目的とする。

（１）一実施形態に係るポンプ用シール装置は、
第１部材と、
前記第１部材に対向して配置され、リング溝を有する第２部材と、
前記リング溝に設けられるリング部材と、
前記リング部材に対して低圧側にて前記リング溝に設けられ、前記第２部材より熱膨張係数が大きい材料で構成されたバックアップリングと、を備え、
前記バックアップリングと前記リング溝の底面との間の隙間よりも、前記バックアップリングと前記第１部材との間の隙間の方が大きい。

上記（１）の構成によれば、通常運転時にはバックアップリングの内周側に隙間を確保する一方、ＳＢＯ時の高温高圧環境下において、バックアップリングのリング溝の底面側への変形は制限されるため、上記バックアップリングは熱膨張して上記第１部材側へ変形し、リング部材のはみ出し隙間を狭めることができる。これによって、高温高圧流体によるリング部材の損傷を抑制でき、リング部材のシール機能を保持できる。
なお、高温下でバックアップリングが変形することを利用しているため、通常運転時にはバックアップリングと第１部材との間に隙間を確保し、ポンプ動作に影響を及ぼすことはない。

（２）一実施形態では、前記（１）の構成において、
前記リング部材がＯリングで構成される。
上記（２）の構成によれば、Ｏリングが有する大径の断面形状によってＯリングが第１部材との間の隙間からはみ出すのを抑制できる。

（３）一実施形態では、前記（１）又は（２）の構成において、
前記バックアップリングは、前記リング溝の底面に接触するように前記リング溝に設けられる。
上記（３）の構成によれば、バックアップリングはリング溝の底面に接触しているので、第１部材側への伸び代しかなく、そのため、第１部材との間の隙間を狭めることができる。

（４）一実施形態では、前記（１）〜（３）の何れかの構成において、
前記バックアップリングの全体が、前記リング溝内に設けられる。
上記（４）の構成によれば、通常運転時において、バックアップリングはリング溝内に収容されるので、第１部材と第２部材との間に相対移動があっても、バックアップリングは該相対移動を阻害しない。

（５）一実施形態では、前記（１）〜（４）の何れかの構成において、
前記バックアップリングは、周方向に延在する前記リング溝に設けられ、
前記バックアップリングは、
第１分割セクションと、
周方向において前記第１分割セクションの隣に設けられる第２分割セクションと、
を含み、
前記第１分割セクションおよび前記第２分割セクションは、前記周方向における互いの重なり長が可変となるように、互いの周方向端部が係合可能に構成される。

上記（５）の構成によれば、バックアップリングを構成する上記第１分割セクション及び上記第２分割セクションの周方向における互いの重なり長を調整することで、内径を可変とすることができる。これによって、第１部材及び第２部材間にあるリング溝への装着が容易である。

（６）一実施形態では、前記（１）〜（５）の何れかの構成において、
前記バックアップリングは、周方向に延在する前記リング溝に設けられ、
前記リング溝の前記底面に対向する前記バックアップリングの周面に複数の切欠きが設けられる。
上記（６）の構成によれば、バックアップリングは上記複数の切欠きを有するため、ＳＢＯ発生後、高温高圧流体がシール部に到達し、シール部の周囲が高温高圧になると、熱膨張係数が大きいバックアップリングが熱膨張して上記切欠きを狭める方向の力が発生する。この力は切欠き部に内側向きの応力を発生させる。この応力とバックアップリングの熱膨張とによってバックアップリングが内側へせり出し、はみ出し隙間を部分的にでも小さくし、リング部材の該隙間からのはみ出しを抑制できる。

（７）一実施形態では、前記（６）の構成において、
前記切欠きは、前記リング溝の前記底面から離れるにつれて前記周方向における切欠き幅が徐々に小さくなる形状を有する。
上記（７）の構成によれば、上記切欠きが上記形状を有することで、バックアップリングの熱延びによる周方向の力を内側へ向かう押付力に効率良く変換できる。

（８）一実施形態では、前記（１）〜（７）の何れかの構成において、
前記バックアップリングは、周方向に延在する前記リング溝に設けられ、
前記バックアップリングの径方向断面は、波状、または、前記リング部材に向かって高圧側に凸湾曲状に構成される。
上記（８）の構成によれば、高温高圧下でバックアップリングが膨張し、高温高圧流体の圧力がリング部材を介してバックアップリングに付加されたとき、バックアップリングの径方向断面は、波状、又は前記リング部材に向かって高圧側に凸湾曲状に構成されるため、第１部材側への伸び代を大きくできる。これによって、リング部材のはみ出し隙間を小さくできる。

（９）一実施形態では、前記（１）〜（８）の何れかの構成において、
前記バックアップリングは、周方向に延在する前記リング溝に設けられ、
前記バックアップリングの径方向断面は、前記第１部材に向かって軸方向厚さが減少する。
上記（９）の構成によれば、バックアップリングは第１部材に向かって軸方向厚さが減少し、第１部材に近い領域は熱容量が小さく昇温しやすい。従って、第１部材に向かう熱膨張量が増加するため、第１部材側へのはみ出し量を増加できる。これによって、第１部材との隙間を狭め、リング部材の該隙間からのはみ出しを抑制できる。

（１０）一実施形態では、前記（１）〜（９）の何れかの構成において、
前記バックアップリングは樹脂製であり、ガラス転移温度が２００℃以下である。
上記（９）の構成によれば、バックアップリングが２００℃以下の温度で軟化するため、高温高圧流体がリング溝に到達したとき、バックアップリングが軟化し変形するため、第１部材との隙間を狭め、リング部材の該隙間からのはみ出しを抑制できる。

（１１）一実施形態に係る一次冷却材ポンプは、
ポンプシャフトと、
前記ポンプシャフトの外周側に設けられる前記（１）〜（１０）の何れかの構成を有するシール装置と、
を備える。
上記（１１）の構成によれば、ポンプシャフトの外周側に上記構成のシール装置を備えることで、ＳＢＯ発生後、高温高圧流体がリング溝に到達したとき、バックアップリングが熱膨張して第１部材側へ変形することで、リング部材のはみ出し隙間を低減でき、リング部材のシール機能を保持できる。
なお、高温高圧条件下でバックアップリングが変形することを利用しているため、通常運転時にはバックアップリングと第１部材との間に隙間を確保し、ポンプ動作に影響を及ぼすことはない。

（１２）一実施形態では、前記（１１）の構成において、
前記リング部材は、前記第１部材および前記第２部材の間の軸方向隙間をシールするように構成される。
上記（１２）の構成によれば、通常運転時においてはリング部材によって第１部材と第２部材との隙間のシール機能をもたせることができ、ＳＢＯ発生後、高温高圧流体が到達したときは、バックアップリングが該隙間を狭めることによってリング部材の第１部材との隙間からのはみ出しを抑制できる。

（１３）一実施形態では、前記（１２）の構成において、
前記第１部材および前記第２部材の軸方向における相対的な動きが許容されるように構成される。
上記（１３）の構成によれば、通常運転時においては、バックアップリングと第１部材との間に隙間が形成されるので、バックアップリングは第１部材及び第２部材間の相対的な動きを阻害せずに、リング部材によるシール機能を保持できる。

（１４）一実施形態では、前記（１１）〜（１３）の何れかの構成において、
Ｎｏ．２シールリングと、
前記Ｎｏ．２シールリングに対向配置され、前記ポンプシャフトとともに回転するように構成されたＮｏ．２シールランナと、
前記Ｎｏ．２シールリングを支持するためのＮｏ．２インサートと、
前記ポンプシャフトの外周側に設けられるスリーブと、を備え、
前記シール装置の前記リング部材は、前記ポンプシャフトと前記スリーブとの間、前記スリーブと前記Ｎｏ．２シールランナとの間、または、前記Ｎｏ．２シールリングと前記Ｎｏ．２インサートとの間の軸方向隙間をシールするように構成される。

上記（１４）の構成によれば、ＳＢＯ発生後、高温高圧流体がＮｏ．２シール部に到達しても、上記シール装置とＮｏ．２シール部との組合せで、高温高圧流体がＮｏ．２シール部より下流側へ漏洩するのを抑制できる。

一実施形態によれば、高温高圧流体が到達したときでもポンプシャフト周囲に設けられたリング部材のはみ出し隙間を小さくすることでリング部材の損傷を抑制でき、これによって、リング部材のシール機能を保持できる。

一実施形態に係るシール装置の縦断面図である。 （Ａ）は一実施形態に係るバックアップリングの断面図であり、（Ｂ）は該バックアップリングの平面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は幾つかの実施形態に係るバックアップリングの重なり部の正面図（図２（Ｂ）のＡ矢視図）である。 （Ａ）は一実施形態に係るバックアップリングの斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ部の拡大図である。 一実施形態に係るバックアップリングの斜視図である。 一実施形態に係るバックアップリングの斜視図である。 一実施形態に係るバックアップリングの斜視図である。 一実施形態に係る一次冷却材ポンプのシール部の縦断面図である。 一実施形態に係る一次冷却材ポンプのシール部の一部の縦断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、一実施形態に係るポンプ用シール装置１０を示す。
図１において、第１部材１２に対向して配置される第２部材１４にリング溝１６が形成され、リング溝１６にリング部材１８が設けられる。ＳＢＯ発生後、シール部に高温高圧流体が到達した時、高温高圧流体Ｆｈがリング溝１６に到達するおそれがある。リング部材１８に対して低圧側（高温高圧流体Ｆｈの流入側と反対側）のリング溝１６にバックアップリング２０が設けられる。バックアップリング２０は、熱膨張係数が第２部材１４より大きい材料で構成され、かつバックアップリング２０と第１部材１２との間の隙間がバックアップリング２０とＯリング溝１６の底面１６ａとの間の隙間より大きくなるように配置される。

上記構成によれば、ポンプの通常運転時にはバックアップリング２０の内周側（第１部材１２との間）に隙間を確保しているため、第１部材１２及び第２部材１４間の矢印ａ方向の相対移動を許容できる。一方、高温高圧流体Ｆｈがリング溝１６に流入し、リング溝１６が高温高圧環境になったとき、バックアップリング２０のリング溝の底面側への変形は制限されるため、バックアップリング２０は熱膨張して第１部材側へ変形し、リング部材１８のはみ出し隙間を狭めることができる。これによって、リング部材１８の損傷を抑制でき、リング部材１８のシール機能を保持できる。

このように、高温下でバックアップリングが熱膨張して変形することを利用しているため、通常運転時にはバックアップリング２０と第１部材１２との間に隙間を確保できる。これによって、第１部材１２と第２部材１４との相対移動が許容され、ポンプ動作に影響を及ぼすことはない。また、バックアップリング２０とリング溝１６の底面１６ａとの間の隙間を小さくしているため、高温高圧下でバックアップリング２０の第１部材側へのはみ出し量を確保できる。

一実施形態では、リング部材１８としてＯリングを用いることができる。これによって、Ｏリングが有する大径の断面形状によってＯリングが第１部材１２との間の隙間からはみ出すのを抑制できる。
一実施形態では、リング部材１８として、Ｄリング、Ｔリング、Ｘリング等のスクウィーズパッキンを用いることができる。

一実施形態では、後述するように、第１部材１２はポンプシャフト又はポンプシャフトの外周側に設けられ、ポンプシャフトと共に回転するスリーブであり、あるいはこれら回転部材の外周面に設けられる静止部材である。また、第２部材１４は、ポンプシャフトと共に回転する回転部材又はこれら回転部材の外周側に設けられる静止部材である。

一実施形態では、バックアップリング２０は、Ｏリング溝１６の底面１６ａに接触するように設けられる。
この実施形態によれば、バックアップリング２０はＯリング溝の底面１６ａに接触しているので、第１部材側への伸び代しかなく、そのため、高温高圧環境下で第１部材１２との間の隙間を狭めることができる。

一実施形態では、バックアップリング２０の全体が、Ｏリング溝１６の内部に設けられる。
この実施形態によれば、通常運転時において、バックアップリング２０はＯリング溝内に収容されるので、第１部材１２と第２部材１４との間に相対移動があっても、該相対移動を阻害しない。

図２は一実施形態に係るバックアップリング２０（２０ａ）を示し、図３は、バックアップリング２０（２０ａ）を図２（Ｂ）中の矢印Ａ方向から視た図である。
一実施形態では、図２に示すように、バックアップリング２０（２０ａ）はリング形状を有し、周方向に延在するリング溝１６に設けられる。図２に示すように、上面２１ａがＳＢＯ時において高温高圧流体Ｆｈが流入する側に面し、下面２１ｂは高温高圧流体Ｆｈが流入する側と反対側の低圧側に面する。

図２及び図３に示すように、バックアップリング２０（２０ａ）は、第１分割セクション２２と、周方向において第１分割セクション２２の隣に設けられる第２分割セクション２４と、を有する。第１分割セクション２２及び第２分割セクション２４は、周方向において互いに重なる重なり部２６（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ）を有する。重なり部２６は第１分割セクション２２及び第２分割セクション２４の重なり長が可変となるように、かつ互いの周方向端部が係合可能に構成される。

この実施形態によれば、第１分割セクション２２及び第２分割セクション２４の周方向における互いの重なり長を調整することで、内径を可変とすることができる。これによって、第１部材１２及び第２部材１４間にあるリング溝１６への装着が容易である。

一実施形態では、図３（Ａ）に示すように、重なり部２６（２６ａ）は、上面２１ａ及び下面２１ｂに平行で互いに対面しかつ摺動可能な平面２８ａ及び２８ｂと、平面２８ａ及び２８ｂの両端に連なり上面２１ａ及び下面２１ｂにほぼ直交する面３０ａ、３０ｂ及び３２ａ、３２ｂを有する。
一実施形態では、図３（Ｂ）に示すように、重なり部２６（２６ｂ）は、互いに対面し上面２１ａ及び下面２１ｂに対して傾斜した面３４ａ及び３４ｂを有する。

一実施形態では、図３（Ｃ）に示すように、重なり部２６（２６ｃ）は、互いに遊嵌する四角断面の凹部３６ａ及び凸部３６ｂを有する。
一実施形態では、図３（Ｄ）に示すように、重なり部２６（２６ｄ）は、互いに遊嵌する三角断面の凹部３８ａ及び凸部３８ｂを有する。
これらの実施形態によれば、重なり部２６の重なり長が調整可能であり、重なり長を調整することで内径を可変とすることで、リング溝１６への装着が容易になる。また、重なり部２６を有することで、高温高圧流体Ｆｈの漏れを抑制できる。

一実施形態では、図４に示すように、バックアップリング２０（２０ｂ）はリング形状を有し、第１部材１２（例えばポンプシャフトなどの回転部材）の周方向に延在するリング溝１６に設けられる。バックアップリング２０（２０ｂ）はリング溝１６の底面１６ａに対向するバックアップリング２０（２０ｂ）の外周面に複数の切欠き３９が設けられる。

この実施形態によれば、バックアップリング２０（２０ｂ）は複数の切欠き３９を有するため、ＳＢＯ発生後、高温高圧流体Ｆｈがリング溝１６に到達し、リング部材１８の周囲が高温高圧になると、熱膨張率が大きいバックアップリング２０（２０ｂ）が周方向へ熱膨張する。
これによって、図４（Ｂ）に示すように、切欠き３９を狭める方向の力ｆ_１及びｆ_２が発生する。力ｆ_１及びｆ_２は切欠き部に内側向きの応力ｆ_３を発生させる。この応力ｆ_３とバックアップリング２０（２０ｂ）の熱膨張及び高温高圧下におけるバックアップリング２０（２０ｂ）の軟化とによって、バックアップリング２０（２０ｂ）が内側へせり出し、第１部材１２と第２部材１４との間に形成されるはみ出し隙間を部分的にでも小さくできる。

一実施形態では、図４（Ｂ）に示すように、切欠き３９は、リング溝１６の底面１６ａから離れるにつれて周方向における切欠き幅が徐々に小さくなる形状を有する。
この実施形態によれば、切欠き３９が上記形状を有することで、バックアップリング２０（２０ｂ）の熱延びによる周方向の力ｆ_１及びｆ_２を内側へ向かう押付力（応力ｆ_３）に効率良く変換できる。

一実施形態では、図４（Ｂ）に示すように、切欠き３９は、頂点ｔを頂点とする三角形状を有する。これによって、周方向の力ｆ_１及びｆ_２は、バックアップリング２０（２０ｂ）の熱延びが進むにつれて内径側領域から順々に効率良く内側向きの応力ｆ_３に変換される。

一実施形態では、図５に示すように、バックアップリング２０（２０ｃ）は、リング形状を有して周方向に延在するリング溝１６に設けられ、かつ径方向断面が波状に構成される。
この実施形態によれば、高温高圧下でバックアップリング２０（２０ｃ）が軟化し、かつリング部材１８がバックアップリング２０（２０ｃ）を高圧の力ｆ_０で押し付けたとき、二点鎖線で示すように平坦な径方向断面に変形する。バックアップリング２０（２０ｃ）は、リング溝の底面１６ａ側への伸びは制限されるため、第１部材１２側（矢印ｂ方向）への伸び代が大きくなる。これによって、リング部材１８のはみ出し隙間を小さくでき、高温高圧流体Ｆｈによるリング部材１８の破損を抑制できる。

一実施形態では、図６に示すように、バックアップリング２０（２０ｄ）は、リング形状を有して周方向に延在するリング溝１６に設けられ、かつ径方向断面がリング部材１８に向かって高圧側に凸湾曲状に構成される。
この実施形態によれば、高温高圧下でバックアップリング２０（２０ｄ）が軟化し、かつリング部材１８がバックアップリング２０（２０ｄ）を高圧の力ｆ_０で押し付けたとき、二点鎖線で示すように平坦な径方向断面に変形する。バックアップリング２０（２０ｄ）は、リング溝の底面１６ａ側への伸びは制限されるため、第１部材１２側（矢印ｂ方向）への伸び代が大きくなる。これによって、リング部材１８のはみ出し隙間を小さくでき、リング部材１８の破損を抑制できる。

一実施形態では、図７に示すように、バックアップリング２０（２０ｅ）は、リング形状を有して周方向に延在するリング溝１６に設けられ、かつ径方向断面が第１部材１２に向かって軸方向厚さが減少するように構成される。
この実施形態によれば、バックアップリング２０（２０ｅ）は第１部材１２に向かって軸方向厚さが減少し、第１部材１２に近い領域は熱容量が小さく昇温しやすい。従って、高温高圧下でバックアップリング２０（２０ｅ）が軟化し、かつリング部材１８がバックアップリング２０（２０ｅ）を高圧の力ｆ_０で押し付けたとき、第１部材１２に近い領域で熱により軟化しやすいため、第１部材側へのはみ出し量を増加できる。これによって、第１部材１２との隙間を狭め、リング部材１８の該隙間からのはみ出しを抑制できる。

なお、図５に示すバックアップリング２０（２０ｃ）又は図６に示すバックアップリング２０（２０ｄ）を、図７に示すように、第１部材１２に向かって軸方向厚さが減少するように構成してもよい。これによって、第１部材側へのはみ出し量を増加できる。

一実施形態では、バックアップリング２０は樹脂製で構成され、かつガラス転移温度が２００℃以下である。
この実施形態によれば、バックアップリング２０が２００℃以下の温度で軟化するため、高温高圧流体Ｆｈがリング溝１６に到達したとき、バックアップリング２０が熱膨張すると共に、軟化し変形するため、第１部材１２との隙間を狭め、リング部材１８の該隙間へのはみ出しを抑制できる。

一実施形態では、バックアップリング２０はＰＥＥＫ材で構成される。ＰＥＥＫ材のガラス転移温度は１４３℃であり、１４３℃を超えたところで変位が増加する。従って、高温高圧流体Ｆｈがリング溝１６に到達したとき、高温高圧流体Ｆｈの高温高圧によりバックアップリング２０が上記ガラス転移点以上に昇温して軟化し変形するので、第１部材１２側へのはみ出しが可能になる。

図８は、原子炉に設けられる一実施形態に係る一次冷却材ポンプ４０のシール部を示し、図９は、該シール部の一部を示す。
図９に示すように、一次冷却材ポンプ４０は、ポンプシャフト４２と、ポンプシャフト４２の外周側に設けられる上記何れかの構成を有するシール装置１０（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ）と、を備える。

上記構成によれば、ポンプシャフト４２の外周側にシール装置１０を備えることで、ＳＢＯ発生後、高温高圧流体Ｆｈがリング溝１６に到達したとき、バックアップリング２０が軟化して第１部材１２へ変形することで、リング部材１８のはみ出し隙間を低減でき、リング部材１８のシール機能を保持できる。
なお、高温下でバックアップリング２０が変形することを利用しているため、通常運転時にはバックアップリング２０と第１部材１２との間に隙間を確保し、ポンプ動作に影響を及ぼすことはない。

一実施形態では、図８に示すように、一次冷却材ポンプ４０はポンプシャフト４２が鉛直方向に沿って配置された縦型のポンプであり、シール部は、高温高圧流体Ｆｈの流路に近いほうから順にポンプシャフト４２又はポンプシャフト４２の外周側に設けられるスリーブを含む回転部材に沿ってＮｏ．１シール部４４、Ｎｏ．２シール部４６及びＮｏ．３シール部４８を備える。

一実施形態では、第１部材１２及び第２部材１４の間でポンプシャフト４２に沿う軸方向隙間が形成され、リング部材１８はこの軸方向隙間をシールするように構成される。
この実施形態によれば、ポンプの通常運転時においては、リング部材１８によって第１部材１２と第２部材１４との隙間のシール機能をもたせることができ、ＳＢＯ発生後高温高圧流体Ｆｈが到達したときは、バックアップリング２０がこの軸方向隙間を狭めることによってリング部材１８のはみ出しを抑制できる。

一実施形態では、第１部材１２及び第２部材１４の間でポンプシャフト４２の軸方向に沿った相対移動が発生する場合、この相対的な動きが許容されるように構成される。
この実施形態によれば、通常運転時においては、バックアップリング２０と第１部材１２との間に隙間が形成されるので、バックアップリング２０は第１部材１２及び第２部材１４間の相対的な動きを阻害せずに、リング部材１８によるシール機能を保持できる。

一実施形態では、図８及び図９に示すように、一次冷却材ポンプ４０は、静止部材側に固定されたＮｏ．２シールリング５８と、Ｎｏ．２シールリング５８に対向配置され、ポンプシャフト４２と共に回転するＮｏ．２シールランナ５６と、を有する。さらに、静止部材側にＮｏ．２シールリング５８を支持するためのＮｏ．２インサート８０と、を備える。ポンプシャフト４２の外周側にスリーブ８２が設けられ、スリーブ８２はポンプシャフト４２と共に回転する。

シール装置１０（１０Ａ）のリング部材１８は、第１部材１２としてのポンプシャフト４２と第１部材１２としてのスリーブ８２との間に形成された軸方向隙間をシールするために該軸方向隙間に形成されたリング溝１６に設けられる。
また、シール装置１０（１０Ｂ）のリング部材１８は、第１部材１２としてのスリーブ８２と第１部材１２としてのＮｏ．２シールランナ５６との間に形成された軸方向隙間をシールするために該軸方向隙間に形成されたリング溝１６に設けられる。
また、シール装置１０（１０Ｃ）のリング部材１８は、第１部材１２としてのＮｏ．２インサート８０と第２部材１４としてのＮｏ．２シールリング５８との間の軸方向隙間をシールするために該軸方向隙間に形成されたリング溝１６に設けられる。

この実施形態によれば、ＳＢＯ発生後、高温高圧流体がＮｏ．２シール部４６に到達しても、シール装置１０とＮｏ．２シール部４６との組合せで、高温高圧流体ＦｈがＮｏ．２シール部４６より下流側へ漏洩するのを抑制できる。また、通常運転時、バックアップリング２０はリング溝１６に収容され、軸方向隙間にせり出さないので、第１部材１２と第２部材１４との軸方向の相対移動を許容し、ポンプ動作に影響を及ぼさない。

一実施形態では、Ｎｏ．１シール部４４において、回転部側に固定されたＮｏ．１シールランナ５０と、ハウジング４３側にＮｏ．１シールリング５２を有し、Ｎｏ．１シールランナ５０とＮｏ．１シールリング５２との間は非接触式のシール部を構成する。
一実施形態では、Ｎｏ．２シール部４６は、回転部側に固定されたＮｏ．２シールランナ５６、及びハウジング４３側にＮｏ．２シールリング５８を有し、Ｎｏ．２シールランナ５６とＮｏ．２シールリング５８との間は接触式のメカニカルシールを構成する。
Ｎｏ．３シール部４８は、回転部側に固定されたＮｏ．３シールランナ６２、及びハウジング４３側にＮｏ．３シールリング６４を有し、Ｎｏ．３シールランナ６２とＮｏ．３シールリング６４との間は接触式のメカニカルシールを構成する。

一実施形態では、また、Ｎｏ．１シール部４４より下流側の流体リーク経路６７にシール水リークオフライン７２が設けられ、Ｎｏ．２シール部４６より下流側の流体リーク経路６７にシール水リークオフライン７４が設けられ、Ｎｏ．３シール部４８より下流側の流体リーク経路６７にシール水リークオフライン７６が設けられる。

幾つかの実施形態によれば、ＳＢＯ発生後、高温高圧流体が到達したときでも、リング部材のはみ出し隙間を狭めることができ、これによって、高温高圧流体によるリング部材の損傷を抑制し、ポンプシャフト周囲のシール機能を保持することができる。

１０（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ） シール装置
１２ 第１部材
１４ 第２部材
１６ Ｏリング溝
１６ａ 底面
１８ Ｏリング
２０（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ） バックアップリング
２１ａ 上面
２１ｂ 下面
２２ 第１分割セクション
２４ 第２分割セクション
２６（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ） 重なり部
２８ａ、２８ｂ 平面
３６ａ、３８ａ 凹部
３６ｂ、３８ｂ 凸部
３９ 切欠き
４０ 一次冷却材ポンプ
４１、６７ 流体リーク経路
４２ ポンプシャフト
４３ ハウジング
４４ Ｎｏ．１シール部
４６ Ｎｏ．２シール部
４８ Ｎｏ．３シール部
５０ Ｎｏ．１シールランナ
５２ Ｎｏ．１シールリング
５４ Ｎｏ．１シールリング用フランジ
５６ Ｎｏ．２シールランナ
５８ Ｎｏ．２シールリング

６２ Ｎｏ．３シールランナ
６４ Ｎｏ．３シールリング

７２、７４、７６ シール水リークオフライン
８０ Ｎｏ．２インサート
８２ スリーブ
Ｆｈ 高温高圧流体
ｆ_３ 応力
ｔ 頂点

Claims (14)

1. 第１部材と、
   前記第１部材に対向して配置され、リング溝を有する第２部材と、
   前記リング溝に設けられるリング部材と、
   前記リング部材に対して低圧側にて前記リング溝に設けられ、前記第２部材より熱膨張係数が大きい材料で構成されたバックアップリングと、を備え、
   前記バックアップリングと前記リング溝の底面との間の隙間よりも、前記バックアップリングと前記第１部材との間の隙間の方が大きい
   ことを特徴とするポンプ用シール装置。
2. 前記リング部材はＯリングで構成される
   ことを特徴とする請求項１に記載のポンプ用シール装置。
3. 前記バックアップリングは、前記リング溝の底面に接触するように前記リング溝に設けられた
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のポンプ用シール装置。
4. 前記バックアップリングの全体が、前記リング溝内に設けられた
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のポンプ用シール装置。
5. 前記バックアップリングは、周方向に延在する前記リング溝に設けられ、
   前記バックアップリングは、
   第１分割セクションと、
   周方向において前記第１分割セクションの隣に設けられる第２分割セクションと、
   を含み、
   前記第１分割セクションおよび前記第２分割セクションは、前記周方向における互いの重なり長が可変となるように、互いの周方向端部が係合可能に構成された
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のポンプ用シール装置。
6. 前記バックアップリングは、周方向に延在する前記リング溝に設けられ、
   前記リング溝の前記底面に対向する前記バックアップリングの周面に複数の切欠きが設けられた
   ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のポンプ用シール装置。
7. 前記切欠きは、前記リング溝の前記底面から離れるにつれて前記周方向における切欠き幅が徐々に小さくなる形状を有する
   ことを特徴とする請求項６に記載のポンプ用シール装置。
8. 前記バックアップリングは、周方向に延在する前記リング溝に設けられ、
   前記バックアップリングの径方向断面は、波状、または、前記リング部材に向かって高圧側に凸湾曲状である
   ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載のポンプ用シール装置。
9. 前記バックアップリングは、周方向に延在する前記リング溝に設けられ、
   前記バックアップリングの径方向断面は、前記第１部材に向かって軸方向厚さが減少する
   ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載のポンプ用シール装置。
10. 前記バックアップリングは樹脂製であり、ガラス転移温度が２００℃以下である
    ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載のポンプ用シール装置。
11. ポンプシャフトと、
    前記ポンプシャフトの外周側に設けられる請求項１乃至１０の何れか一項に記載のシール装置と、
    を備える一次冷却材ポンプ。
12. 前記リング部材は、前記第１部材および前記第２部材の間の軸方向隙間をシールするように構成された
    ことを特徴とする請求項１１に記載の一次冷却材ポンプ。
13. 前記第１部材および前記第２部材の軸方向における相対的な動きが許容されるように構成された
    ことを特徴とする請求項１２に記載の一次冷却材ポンプ。
14. Ｎｏ．２シールリングと、
    前記Ｎｏ．２シールリングに対向配置され、前記ポンプシャフトとともに回転するように構成されたＮｏ．２シールランナと、
    前記Ｎｏ．２シールリングを支持するためのＮｏ．２インサートと、
    前記ポンプシャフトの外周側に設けられるスリーブと、を備え、
    前記シール装置の前記リング部材は、前記ポンプシャフトと前記スリーブとの間、前記スリーブと前記Ｎｏ．２シールランナとの間、または、前記Ｎｏ．２シールリングと前記Ｎｏ．２インサートとの間の軸方向隙間をシールするように構成された
    ことを特徴とする請求項１１乃至１３の何れか一項に記載の一次冷却材ポンプ。

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