JP2694030B2 - 枢動パッド軸受組立体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 本発明は、一般に軸受に関し、より詳細には、原子炉
冷却材ポンプ用の枢動パッド動圧軸受組立体に関するも
のである。

先行技術の説明 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、原子炉冷
却系統が使用されている。この蒸気はタービン式発電機
を駆動するために用いられる。当該原子炉冷却系統は、
複数の独立した冷却ループを有しており、各冷却ループ
は、炉心に接続され、また、蒸気発生器と原子炉冷却材
ポンプとを含んでいる。

原子炉冷却材ポンプは、一般に、高温且つ高圧で、例
えば約288℃（550゜F）、約158kg/cm²（2250psi）で大
量の原子炉冷却材を移動させるよう設計された竪型単段
遠心ポンプである。このポンプは、基本的に、下部から
上部にかけて３つの普遍的部分、即ち、モータ部分、軸
シール部分及び水圧部分を備えている。上部のモータ部
分は、竪型ポンプ軸を駆動するために連結されたモータ
を備えている。中間の軸シール部分は、ポンプ軸と同軸
に、このポンプ軸の上端部付近に直列に配置された３つ
の封止装置を有している。これらを共働させる目的は、
原子炉冷却系統の高い正圧の冷却材が通常の運転状態時
にポンプ軸を伝って原子炉格納容器雰囲気に漏洩するの
を機械的に抑えることにある。

下部の水圧部分は、ポンプ軸の下端部に取り付けられ
たインペラを有しており、対応のループに原子炉冷却材
を圧送すべく、ポンプ軸がポンプケース内で駆動できる
ようになっている。また、この水圧部分は、インペラの
上方でポンプ軸に直列関係で取り付けられた下部ラジア
ルジャーナル軸受組立体と熱交換器とを備えている。熱
交換器は、原子炉冷却材からポンプ軸受領域及びシール
領域への熱の流れの速度を低下させるように機能する。
ジャーナル軸受組立体は、水平に２片に割れる割りハウ
ジングと、軸受カートリッジと、ジャーナルとを有して
いる。ハウジングの内径面は球面状に形成されており、
軸受カートリッジの球状外径面と合致して軸受組立体が
自己整列するようになっている。軸受カートリッジは、
ポンプ軸に収縮嵌着されたジャーナルに接して作動す
る。この軸受組立体は、シール部分から熱交換器の熱遮
蔽領域にかけて下方に向かう噴射封水により潤滑効果が
与えられ、冷却される。

前記構成の下部ラジアル軸受組立体は、長時間の作動
に耐え、総体的にその機能を充分に果たしている。しか
しながら、このラジアル軸受組立体は旋回（振れ回り）
を起こしやすく、この旋回のために望ましくない振動が
生ずる傾向があるという重大な欠点がある。これは、ラ
ジアル軸受荷重を減少させるので（ループの温度を高く
するので）、或る種のポンプ構造において特に重大な欠
点となる。また、振動の駆動速度成分の全て或は大部分
を除去するポンプのバランシングに過度に留意すること
は、軸受旋回周波数で振動の非線形的な増加につながる
可能性がある。

従って、新たな問題点を生ずることなく上記問題点を
解決するという目的を達成する別の軸受構造が必要とさ
れている。

発明の概要 本発明は、上記必要性を満たすべく設計された枢動パ
ッド式の動圧軸受組立体を提供する。本発明の軸受組立
体は、枢動可能な円弧形軸受セグメントを複数使用して
いる。これらの軸受セグメントは半径方向（回転軸の軸
線に対して直角の方向）に位置調節可能に且つ枢動自在
に取り付けられ、そのマシニングセンタから偏倚できる
ようになっており、ポンプ軸の予荷重を与えることがで
きる。この予荷重は、荷重が低い場合に、半径方向軸受
支持剛性を増して軸の触れ回りを抑制し、また、パッド
の振動を防止する。この枢動セグメントは、軸の偏倚や
ずれを調整することができ、従って、ジャーナル軸受よ
り比較的大きな荷重に耐え得る。他の利点は、潤滑効果
による振れ回りや跳ね上がり等の不安定状態がないこと
である。このため、原子炉冷却材ポンプの場合と同様
に、竪型案内軸受や軽荷重軸受のような用途にも枢動セ
グメントは適している。更に、本発明の枢動パッド軸受
組立体は、原子炉冷却材ポンプを改良しなくとも、ジャ
ーナル軸受組立体に代えて使用できるという利点もあ
る。

従って、本発明は、ハウジングを貫いて延びる軸を回
転可能に支持するための枢動パッド軸受組立体に向けら
れている。この枢動パッド軸受組立体は、（ａ）ハウジ
ングに固着可能な環状部材と、（ｂ）軸を取り囲んで該
軸と支持接触するように、互いに周方向に間隔を置き端
部同士を突き合わせて配置される複数の円弧形軸受セグ
メントと、（ｃ）前記環状部材と前記各軸受セグメント
との間で、それぞれ半径方向に延びる複数のピボットピ
ンと、（ｄ）前記各ピボットピンの内側端部を対応の前
記軸受セグメントに枢動自在に取り付けるための手段
と、（ｅ）前記各ピボットピンの外側端部を前記環状部
材に取り付けるための手段であって、前記環状部材に対
する前記ピボットピンの半径方向位置、ひいては前記軸
に対する前記軸受セグメントの半径方向位置を変えるよ
う調節可能となっている手段と、から構成されている。

更に詳細に述べると、ピボットピン内側端部を取り付
ける手段はカップ要素を備え、このカップ要素は穴部内
面を有し、各軸受セグメントの外面に形成された凹部に
配置される。また、この取付手段は、各ピボットピンの
内側端部上の接触外面を有している。カップ要素の穴部
内面又はピボットピン内側端部の接触面のいずれか一方
は、環状の円筒形をしているが、他方は環状の球面状と
なっており、これらの接触面間で互いに枢動自在となっ
ている。

更に、ピボットピン外側端部を取り付ける手段は、対
応のピボットピンを受け入れるために環状部材を貫通し
て半径方向に延び互いに周方向に離隔された複数の開口
部を画成する手段と、各ピボットピンの外側端部に形成
されたおねじ部分と、ピボットピン外側端部の前記おね
じ部分が螺合されるめねじ部分が形成されている複数の
調節要素とを備えており、各ピボットピンと対応の調節
要素とを相対的に回転させることにより、環状部材に対
してピボットピンの半径方向位置を変更できるようにな
っている。

また、軸受組立体は、環状部材に対してピボットピン
を所望の調整位置に固定するよう各ピボットピンを環状
部材に固定連結する手段を備えている。特に、この固定
連結手段は、環状部材の各開口部の内周面に、該開口部
から放射方向に延びる少なくとも１つの凹部を画成する
手段と、各調節要素の周縁部に、対応の前記開口部に向
かって放射方向に延びる少なくとも１つの切欠きを画成
する手段と、各ピボットピンの外側端部に、対応の開口
部に向かって放射方向に延びると共に軸線方向に延びる
少なくとも１つのスロットを画成する手段と、対応の開
口部にそれぞれ配置される複数の緩止めカップとを備え
ている。各カップには少なくとも１つの突出部分があ
り、これがスロット内に延びて、カップを対応のピボッ
トピンにに対して非回転関係に保持することができる。
また、各カップは、環状部材の凹部及び調節要素の切欠
きに変形嵌合される部分を有する円筒形側壁を備えてお
り、これによって、カップを環状部材及び調節要素に対
して回らないように保持する。

各ピボットピンの内側端部を対応の円弧形軸受セグメ
ントに枢動自在に取り付ける手段は、当該ピボットピン
をその内側端部で取外し可能に取り付ける。また、この
軸受組立体は、軸に取り付けられる前に円弧形軸受セグ
メントからピボットピンの内側端部が偶発的に外れるの
を防ぐために、枢動軸受セグメントを環状部材に保持す
るための手段を有している。

本発明の上記及び他の特徴や利点は、図面に沿って以
下の本発明の実施例の詳細な説明を読むことにより、当
業者にとって明らかになるであろう。

発明の詳細な説明 以下の説明において、同一の参照符号は、全図面を通
して同一又は相当部分を示している。又、以下の説明に
おいて、「前方」、「後方」、「左方」、「右方」、
「上方」、「下方」等の語は、便宜上の言葉であり、限
定的な語として理解されるべきものではない。

従来の原子炉冷却材ポンプ 図面、特に第１図と第２図を参照すると、加圧水型原
子力プラントの原子炉冷却系統で使用される原子炉冷却
材ポンプが、符号10で総括的に示されている。この原子
炉冷却材ポンプ10は、竪型単段遠心ポンプであり、例え
ば約288℃（550゜F）、約158kg/cm²（2250psi）のよう
な高温且つ高圧で、多量の原子炉冷却材を移送するよう
に設計されている。このポンプ10は、基本的に、上部か
ら下部にかけて３つの普遍的部分、即ち、モータ部分12
と、軸シール部14と、水圧部分16とを備えている。上部
のモータ部分12にはモータ（図示しない）があり、この
モータはモータ支持台18で支持され、スプール20により
連結されて垂直のポンプ軸22を駆動する。中間の軸シー
ル部分14は、軸線方向に間隔をおいて直列に配置された
３つの封止装置、即ち、第１封止装置24と、第２封止装
置26及び第３封止装置28を備えており、これらは、ポン
プ軸22の上端部付近でポンプ軸22と同軸に配置されてい
る。これらを共働させる目的は、原子炉冷却系統の高い
正圧の冷却材が、通常の運転状態時にポンプ軸22を伝っ
て原子炉格納容器雰囲気に漏洩するのを機械的に抑える
ことにある。

下部の水圧部分16は、ポンプ軸22の下端部に取り付け
られたインペラ30を備えており、このインペラ30はポン
プケース32内で作動され、各ループに原子炉冷却材を圧
送するようになっている。この水圧部分16はまた、熱交
換器34と、下部ラジアルジャーナル軸受組立体36とを備
えており、これらはインペラ30の上方でポンプ軸22に直
列配列で取り付けられている。熱交換器34は、原子炉冷
却材から当該ポンプの軸受領域及びシール領域への熱の
流れの速度を低下させるよう機能する。

水圧部分16のジャーナル軸受組立体36（第２図に明示
する）は、水平方向に２片に分割できる環状の割りハウ
ジング38と、環状軸受カートリッジ40と、環状ジャーナ
ル42とを備えている。ハウジング38の内径面38Aは球面
状に形成されており、軸受カートリッジ40の球状外径面
40Aと合致して軸受組立体36がおのずから整合するよう
にしている。この軸受カートリッジ40は、外側のステン
レス鋼製スリーブ44と、内側のグラファイト製ブシュ46
とを有し、このブシュ46は、ポンプ軸22に収縮嵌着され
たステライト製ブシュの形をとるジャーナル42に接して
作動する。従来のジャーナル軸受組立体36は、軸シール
部分14から水圧部分16の熱交換器34の熱遮蔽領域にかけ
て下方に流れる噴出封水流によって潤滑効果が与えら
れ、且つ冷却される。

枢動パッド動圧軸受組立体 第３図〜第10図を参照すると、本発明の枢動パッド動
圧軸受組立体が符号48で総括的に示されている。この動
圧軸受組立体48は、従来のジャーナル軸受組立体36を改
良したものであり、ポンプ軸の偏倚やずれの調整が可能
であり、また、ポンプ軸の旋回やぐらつきを抑制し、特
に「水による振れ回り」を抑えることができる。この枢
動パッド軸受組立体48は、その基本的な構成要素とし
て、環状部材50と、複数の円弧形の軸受セグメント52
と、複数のピボットピン54とを備えている。各ピボット
ピン54は、環状部材50と対応の軸受セグメント52と間で
半径方向に延びている。この実施例において、軸受セグ
メント52とピボットピン54は４対あるが、他の個数とし
ても良い。

更に詳細に述べると、第５図、第６図及び第８図に明
示するように、環状部材50は、下部構成部分50A及び上
部構成部分50Bを有する割りリングの形態をとり、この
下部及び上部構成部分50A、50Bは締結具56、58によって
互いに結合されると共に、締結具58のみによりポンプケ
ース（ハウジング）32に取り付けられている、第４図、
第７図及び第９図に明示するように、円弧形の軸受セグ
メント52は、周方向離隔関係で、端部同士を突き合わせ
て取り付けられており、ポンプ軸22を取り囲むと共に、
ポンプ軸22と支持接触する一定間隔の円弧形部分を形成
する。各軸受セグメント52は円弧形のパッドホルダー60
を有し、このパッドホルダー60には、周方向に離隔され
ている１対の端部60Aと、前記両端部60A間で延び半径方
向に離隔された円弧形内側面60B及び円弧形外側面60Cが
ある（第７図参照）。また、円弧形の軸受要素62には、
周方向に離隔された１対の端部62Aと、これらの端部62A
間で延び半径方向に離隔された円弧形内側面62B及び円
弧形外側面62Cがある。各軸受要素62の内側面62Bはポン
プ軸22と支持接触する。更に、各軸受セグメント52は１
対のクランプ板64を有しており、このクランプ板64はね
じ66によって対応のパッドホルダー60の各端部60Aに固
定されると共に、対応の軸受要素62の各端部62Aと係合
される。これは、クランプ板64間で軸受要素62を挟み、
軸受要素62の外側面62Cがパッドホルダー60の内側面60B
に隣接した状態でこれを保持するためである。

また、第８図に明示する如く、軸受組立体48は、取付
手段68及び保持手段70を備えている。取付手段68は、各
ピボットピン54の内側端部54Aを対応の軸受セグメント5
2に取り外しできるよう枢動自在に取り付けるためのも
のである。また、保持手段70は、各軸受セグメント52を
環状部材50に対して保持するためのもので、軸受組立体
48がポンプ軸22の周囲に取り付けられる前に、ピボット
ピン54の内側端部54Aが軸受セグメント52から偶発的に
離脱するのを防止する。

更に詳しく述べると、第３図〜第５図及び第７図に明
示するように、取付手段68は複数のカップ要素72を有し
ており、各カップ要素72は軸受セグメント52の対応のパ
ッドホルダー60に組み込まれている。各カップ要素72は
穴部内面72Aを有し、対応のパッドホルダー60の外面60C
に形成された円筒形凹部74内に取り付けられている。ま
た、この取付手段68は、パッドホルダー60と関連される
対応のピボットピン54の内側端部54A上に画成された接
触外表面76を備えている。この実施例では、このカップ
要素の穴部内面72Aは環状の円筒形状であり、他方、ピ
ボットピン54の内側端部54A上の接触外表面76は環状の
球面形状であるため、両者間は枢動自在となっている。
尚、それぞれの面形状を交換することもできる。

また、第３図、第５図及び第８図に明示するように、
軸受組立体48の保持手段70は、軸受組立体48をポンプ軸
22に取り付ける前にパッドホルダー60からピボットピン
54が偶発的に離脱するのを防止するためのものである
が、この手段70は第１組のフランジ78及び第２組のフラ
ンジ80から成っている。第１組のフランジ78は、環状部
材50の内側の軸線方向に離隔された１対の端部50Cから
それぞれ互いに向かって突出している。第２組のフラン
ジ80は、各パッドホルダー60の外側、即ち外側面60Cの
軸線方向に離隔された１対の端部60Aからそれぞれ軸線
方向に沿って相反するように突出している。この軸線方
向の突出部と、第１組及び第２組のフランジ78、80間の
各間隙とによって、各組のフランジが互いにかみ合っ
て、各軸受セグメント52を環状部材50に緩く保持するよ
うになっている。また、円弧形の基準リム82が、各軸受
セグメント52のパッドホルダー60の外側面60Cにおける
一方の端部60Aに固設され且つそこから外方に突出して
いる（他方の端部60Aには設けられていない）。この基
準リム82によって、作業員は、軸受組立体48を組み立て
る際に、環状部材50に各軸受セグメント52を正しい向き
に取り付けているか否かを確認できる。

更に、軸受組立体48は、環状部材50に各ピボットピン
54をその外側端部54Bで取り付けるための取付手段84を
有しており、この手段84は、環状部材50に対してピボッ
トピン54の半径方向位置を変え、従ってポンプ軸22に対
する軸受セグメント52の半径方向位置を変えよう調節可
能となっている。ピボットピン54の外側端部54Bには受
け口85が設けられており、これと一致する形状の工具
（図示しない）を受けて、ピボットピン54を回すことが
できるようになっている。また、軸受組立体48は、環状
部材50に対して所望の調節位置にピボットピン54を固定
するため、環状部材50に各ピボットピン54を固定連結す
る固定連結手段86を有している。

更に詳細に述べると、第３図、第５図、第７図及び第
10図、特に第８図に示すように、ピボットピン54の外側
端部54Bを取り付ける取付手段84は、環状部材50を貫い
て形成された複数の開口部88を有しており、この開口部
88は、周方向に間隔をおいて配置され半径方向に延びて
おり、対応のピボットピン54を受けるようになってい
る。また、おねじ部分90が各ピボットピン54の外側端部
54B上に形成されている。更に、調節ナット92が設けら
れている。各調節ナット92にはめねじ部分94が形成され
ており、ピボットピン54の外側端部54B上のおねじ部分
と螺合する。従って、各ピボットピン54とその対応の調
節ナット92とを相対的に回転させることによって、環状
部材50に対するピボットピン54の半径方向位置が調節さ
れる。第10図から分かるように、各調節ナット92は、円
筒形の外面92Aと、該ナット92の上端に形成された複数
の放射方向に延びる切欠き98とを有しており、この切欠
き98は、これに合致する形状の工具（図示しない）を受
けてナット92を回転させるものである。

また、第３図、第５図、第７図、第８図及び第10図に
示すように、前記固定連結手段86（第10図に明示する）
は１対の凹部96を備えており、これらの凹部96は、環状
部材50における各開口部88Aの内周面の対向する位置に
形成され、そこから放射方向に延びている。また、固定
連結手段86は、１対の放射方向に延びる切欠き98と、１
対の縦方向に延びるスロット100を利用している。切欠
き98は、各調節ナット92の外周縁又は外面92Aの対向位
置に形成されており、対応の開口部88Aの内周面に向か
って放射方向に延びている。スロット100は、各ピボッ
トピン54の外側端部54Bに形成され、対応の開口部88Aの
内周面に向かって放射方向に延びている。

固定連結手段86は、更に、底部に開口を有する複数の
緩止めカップ102を備えている。各緩止めカップ102は対
応の調節ナット92と共に開口部88の拡径部分88A内に配
置され、且つ調節ナット92と開口部88の内周面との間に
配置されている。また、各カップ102には、その底縁部1
02Aの対向位置から互いに向かって内方に突出する１対
のタブ104がある。この突出タブ104は、ピボットピン54
の外側端部54Bの対応のスロット100内に延びており、そ
のピボットピン54に対して非回転関係でカップ102を保
持するようになっている。各カップ102はまた、環状部
材50の凹部96内と調整ナット92の切欠き98内とに変形嵌
合される部分を有する変形可能な円筒状の側壁102Bを有
しており、カップ102を環状部材50及び調節ナット92に
対して回転しないように保持するようになっている。こ
のように、カップ102は、ピボットピン54と調節ナット9
2とを環状部材50に対して回転しないよう該環状部材50
に固定する構造となっている。

本発明と本発明に付随する多くの利点は、上記説明か
ら理解されることと思われる。また、本発明の精神や範
囲を逸脱することなく、或はその実質的な利点を犠牲に
することなく、形態、構造及び配列に関し、種々の変更
が可能であり、よって、前述した形態は単に本発明の好
適な実施例に過ぎないことは明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の原子炉冷却材ポンプの軸線方向に沿って
の縦断面図、第２図は第１図の原子炉冷却材ポンプに使
用される従来のラジアル軸受組立体の軸線方向に沿って
の拡大断面部分図、第３図は本発明に従った枢動パッド
軸受組立体の軸線方向に沿っての断面部分図、第４図は
枢動パッド軸受組立体を一部断面で示す平面図、第５図
は第４図の５−５線に沿っての断面図、第６図は第４図
の６−６線に沿っての断面部分図、第７図は第４図に示
した枢動パッド軸受組立体の断面部分を拡大して示す断
面部分図、第８図は第７図の８−８線に沿っての断面
図、第９図は第７図の９−９線に沿って見た場合の枢動
パッド軸受組立体におけるクランプ板の正面図、第10図
は第７図の10−10線に沿って見た場合の枢動パッド軸受
組立体のピボットピン固定構造を示す拡大部分図であ
る。図中、 10……原子炉冷却材ポンプ 22……ポンプ軸 32……ポンプケース（ハウジング） 48……枢動パッド軸受組立体 50……環状部材、52……軸受セグメント 54……ピボットピン、68……取付手段 70……保持手段、86……固定連結手段

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−249720（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−248915（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−194123（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ハウジングを貫いて延びる軸を回転可能に
   支持するための枢動パッド軸受組立体であって、 （ａ）前記ハウジングに固着可能な環状部材と、 （ｂ）前記軸を取り囲んで該軸と支持接触するように、
   互いに周方向に間隔を置き、端部同士を向き合わせて配
   置される複数の円弧形軸受セグメントと、 （ｃ）前記環状部材と前記各軸受セグメントとの間で、
   それぞれ半径方向に延びる複数のピボットピンと、 （ｄ）前記各ピボットピンの内側端部を対応の前記軸受
   セグメントに離脱自在に且つ全方向に枢動自在に取り付
   けるための手段と、 （ｅ）前記各ピボットピンの外側端部を前記環状部材に
   取り付けるための手段と、 （ｆ）前記軸受セグメントを前記軸の周囲に取り付ける
   前に前記ピボットピンが内側端部で前記軸受セグメント
   から偶発的に離脱するのを防止するように該軸受セグメ
   ントを前記環状部材に保持する手段と、 を備えている枢動パッド軸受組立体。