JP4491432B2 - 原子炉冷却材再循環ポンプの軸傾き情報取得方法及び軸振動抑制方法 - Google Patents

Description

本発明は、原子炉冷却材再循環ポンプの軸振動測定及び軸振動抑制に関する技術分野に属する。

原子力発電所における原子炉冷却材再循環ポンプは渦巻型ケーシングを持つ縦型ポンプであり、インペラとそれに接続されているポンプ軸、それを内包するケーシング及びケーシングカバーで構成されている。

また、ケーシングカバーの外部からは炉水をパージするためのパージ水が、通常原子炉圧力よりも高い圧力でパージ水注水系統の配管を経由して注水可能とされている。

原子炉冷却材再循環ポンプの駆動モータのモータ軸はポンプ軸にトルクを伝えるためにカップリングにより接続されている。そのカップリングは水力部が接続しているポンプ軸７と駆動部であるモータ軸１を接続するために設置されているものである。

ポンプを構成する回転側部品と静止側部品の接触防止を監視するため、変位計測手段として渦電流型の変位計である軸振動計がスペーサカップリングの側面下部に向かい合わせてケーシングカバーに固定設置されており、ポンプ運転中は軸振動計にて軸変位量を測定している。

また、同様な位置にはポンプ軸の回転角度を測定するための回転角計測手段としてパルス検出型の位相角計がスペーサカップリングの側面下部に向かい合わせてケーシングカバーに固定設置されている。

軸振動計で測定される軸変位量はポンプの回転側部品と静止側部品の接触防止のために運転中は規定値以下とすることで管理しており、もし運転時に規定値を超えた場合はバランス調整等を行い、是正処置を行うこととしている。また、一般の点検時においても、軸変位量を規定値以下に抑えるための点検及び調整を実施している。

特開昭６４−５３１２７号公報に記載のポンプ組立時の各種測定によりバランス調整を行う方法があるが、本カップリング構造は、ポンプ軸とモータ軸が半径方向と軸方向に隙間を持つことから、特開２００３−１２０５８４号公報に記載されている通り、原子炉の圧力や原子炉再循環ポンプの運転速度によるスラスト荷重方向の変化により、モータ軸とスペーサプラグの接触状態が変わり、接触状態が変化することで、ポンプ軸とモータ軸の軸線が傾く等があることから、点検時であるポンプ停止状態時において、通常運転時のポンプ軸とモータ軸の軸線の変化を予測することは困難である。

また、特開２００５−３３７３８５号公報に記載の方法のように、ポンプ運転停止時の手回し時にモータ軸とポンプ軸の軸線を計測することや、仮設の昇降装置を用いてモータ軸とポンプ軸の部品の接触状態から、軸線の傾きを予測し調整する方法もあるが、この方法では特に通常運転時の原子炉圧力の影響であるモータ軸とポンプ軸を接触させるスラスト荷重による接触部の変形を発生させる可能性があり、ポンプ軸及びモータ軸の全ての部品に対する変形を伴う可能性を模擬することが出来ず、通常運転時のモータ軸及びポンプ軸の軸線の傾きを予測することは困難である。

特開２００３−１２０５８４号公報のように、カップリング構造自体を変更することも考えられるが、一般的に本変更はモータ側，ポンプ側とも大幅な改造が必要となる。

一方、これまでは、このようなポンプ軸とモータ軸の軸線の変化を測定するために、これまで特開平５−２８４６８９号公報，特開２００５−３３７３８５号公報のように、モータ軸，ポンプ軸及びカップリング部にセンサを取付け、軸変位量及び振動ベクトルを測定する方法があるが、モータ軸及びポンプ軸の調整後に通常運転時のポンプ軸及びモータ軸の軸線の変化を予測するには、原子炉圧力を変化させる必要があり、これらの準備には大変な労力が伴う。

また、一般的に用いられているモータ手回し用の治具については、原子炉圧力が無い状態での使用を検討していることから、スラスト荷重がかかった状態において、従来のモータ手回し用治具を用いて回転させることが出来ない。更にもしモータ軸並びにポンプ軸の軸線の関係が良好でなく、軸振動が高くなった場合は、カップリング部の調整を行う必要があり、この調整効果を確かめるためには、再度原子炉の圧力を変化させる必要があることから、調整時間並びにその労力は多大なものであった。

特開昭６４−５３１２７号公報 特開２００３−１２０５８４号公報 特開２００５−３３７３８５号公報 特開平５−２８４６８９号公報

上述の理由からモータ軸とポンプ軸とのカップリング構造を変えずに、更に調整結果を原子炉の炉圧を上昇させずに、簡単に通常運転時のモータ軸及びポンプ軸の軸線の関係情報を取得することが要請されている。

また、その関係情報を踏まえて、モータ軸とポンプ軸の調整を行い、軸振動を低減することを実現することが要請されている。

したがって、本発明の目的は、原子炉再循環ポンプのモータ軸及びポンプ軸の軸線の関係情報を簡単に取得することである。

他の目的は、その取得したモータ軸及びポンプ軸の軸線の関係情報を参照して軸振動を低減する調整を実現することである。

本発明における課題を解決するための第１手段は、原子炉冷却材再循環ポンプのポンプ軸又は前記ポンプ軸と前記原子炉冷却材再循環ポンプのモータ軸とを接続するカップリングの回転時の変位を変位計測手段で測定し、前記ポンプ軸又はカップリングの回転時の回転角度を回転角計測手段で測定し、前記各測定結果に基づいて前記ポンプ軸とモータ軸との相対的な傾きに関する情報を取得する方法において、前記原子炉冷却材再循環ポンプの吸込側と吐出側の流路を閉鎖し、次に、前記原子炉冷却材再循環ポンプのケーシングとケーシングカバー内に加圧された水を注入し、その後に、前記各測定を実施することを特徴とする原子炉冷却材再循環ポンプの軸傾き情報取得方法である。

また、第２手段は、原子炉冷却材再循環ポンプのポンプ軸とモータ軸との回転時における相対的傾きを、前記ポンプ軸と前記モータ軸を接続状態にしているカップリングを一旦前記ポンプ軸又は前記モータ軸から接続解除し、その後に前記カップリングの回転方向の位置を前記相対的傾きを軽減できる位置に変更して再度前記接続状態に復元する前記原子炉冷却材再循環ポンプの軸振動抑制方法において、前記カップリングを一旦前記ポンプ軸又は前記モータ軸から接続解除する前に、前記第１手段の原子炉冷却材再循環ポンプの軸傾き情報取得方法を実施し、しかる後に、前記カップリングの回転方向の位置を前記相対的傾きを軽減できる位置に変更することを特徴とする原子炉冷却材再循環ポンプの軸振動抑制方法である。

上記第１手段によれば、原子炉炉圧及び原子炉冷却材再循環ポンプの運転を実施せずに、通常運転時のポンプ軸とモータ軸の軸線の関係情報を知ることが出来る。

また、上記第２手段によれば、原子炉炉圧及び原子炉冷却材再循環ポンプの運転を実施せずに、通常運転時のポンプ軸とモータ軸の軸線の関係情報を知って、通常運転時の原子炉冷却材再循環ポンプの軸振動を抑制することが出来る。

本発明の実施例は、原子力発電所の原子炉冷却材再循環ポンプを停止して、そのポンプ停止時の原子炉冷却材再循環ポンプの点検時において、ポンプの手入れが終了し、ポンプ軸とモータ軸が接続された状態で、ポンプの吸込側及び吐出側を隔離弁にて隔離した上で、パージ水をポンプケーシングやケーシングカバー内に注入してポンプケーシングやケーシングカバー内を原子炉運転時に相当する圧力にまで加圧し、その加圧によってスラスト荷重をポンプケーシングやケーシングカバー内のポンプ軸等の機器に与えて原子炉運転時を模擬した状態とし、ポンプ及びモータ軸をスラスト荷重がかかっても回転させることが出来る専用のモータ回転治具を用いて回転させ、軸変位を変位計側手段で測定する。その測定に必要なセンサーとしては、ポンプ軸の変位を測定することが出来る軸振動計とポンプ軸の回転角度を検出する位相角計を採用している。

この測定で、もしスラスト荷重でモータ軸とポンプ軸の軸線が傾くようであれば、測定終了後にポンプ軸及びモータ軸の軸線の変化方向と逆方向になるようにカップリングを付け替えるように調整する。その付け替え後における再度確認する際にも、ポンプの吸込側及び吐出側を弁にて隔離及び加圧し、モータやポンプ軸を回転させて確認することで可能であり、これにより実際の原子炉の炉圧変化で軸振動が上昇することを低減できる。

このように、原子炉の炉圧及びポンプの運転状態を変化させずに、ポンプ軸の下端から可変のスラスト荷重を与え、スラスト荷重に対するポンプ軸とモータ軸に関する軸線の傾きの変化方向を確認することが出来、軸振動も抑制できる。

以下に本発明の実施例を具体的に説明する。即ち、図１は原子力発電所における原子炉冷却材再循環ポンプ及びモータとそれに接続されている系統の概要を示したものである。原子炉冷却材再循環ポンプは渦巻型ケーシングを持つ縦型ポンプであり、原子炉水を循環させる目的を持ち、インペラ１３とそれに接続されているポンプ軸７、それを内包するケーシング１４及びケーシングカバー１５で構成されており、ケーシングカバー１５には原子炉水を外に漏らさないためのメカニカルシールが設置されている。

また、ケーシングカバー１５の外部からは炉水をパージするためのパージ水が、通常原子炉圧力よりも高い圧力でパージ水注水系統の配管を経由して注水されている。ケーシング１４には、原子炉から水を引き込み加圧し、原子炉に戻すための主循環配管が、ポンプの吸込み側にケーシング１４の下方から接続され、吐出側にもケーシング１４の側方から接続されている。

また、主循環配管の上流，下流側には、主循環配管の流れや圧力の漏洩が無いように遮断する隔離弁１６，１７が設置されている。原子炉冷却材再循環ポンプは、通常の発電時での運転では、隔離弁１６，１７が開かれていて、通常原子炉圧がケーシングにかかっている状態となるが、点検時で必要以外においては、隔離弁１６，１７を閉じて原子炉圧力はかけない。

一方で、隔離弁１６，１７を閉めてからパージ水を注水することでケーシング１４に原子炉圧力に匹敵する圧力をかけることが可能である。原子炉冷却材再循環ポンプの上方には、ポンプを駆動させるためのモータが設置されており、モータは固定部１８であるステータ部と回転部であるモータ軸１を含むローテータ部で構成されている。モータ軸１はポンプ軸７にトルクを伝えるためにカップリング２１により接続されている。

図２は原子炉冷却材再循環ポンプのカップリング２１の構造を断面で示しており、図２中のポンプ軸７とモータ軸１と振動計１１と位相角計１２を除いたその他の部分がカップリング２１の構成部品である。カップリングは水力部が接続しているポンプ軸７と駆動部であるモータ軸１を接続するために設置されているもので、モータ側はモータ軸１とモータカップリング２、それらのトルク伝達のためのモータキー３及びスペーサリング４，スプリットリング５にて構成されている。

ポンプ側は、ポンプ軸７及びスペーサカップリング６及びそれらを接続するボルト８並びに通常運転時におけるモータ軸１にスラスト荷重を伝達するための部品であるスペーサプラグ９で構成されており、モータ側のモータカップリング２とポンプ側のスペーサカップリング６とはカップリングボルト１０で接続されている。

回転側部品と静止側部品の接触防止を監視するため、変位計測手段として渦電流型の変位計である軸振動計１１がスペーサカップリング６の側面下部に向かい合わせてケーシングカバー１５に固定設置されており、ポンプ運転中は軸振動計１１にて軸変位量を測定している。また、同様な位置にはポンプ軸の回転角度を測定するための回転角計測手段としてパルス検出型の位相角計１２がスペーサカップリング６の側面下部に向かい合わせてケーシングカバー１５に固定設置されている。

軸振動計で測定される軸変位量はポンプの回転側部品と静止側部品の接触防止のために運転中は規定値以下とすることで管理しており、もし運転時に規定値を超えた場合はバランス調整等を行い、是正処置を行うこととしている。また、一般の点検時においても、軸変位量を規定値以下に抑えるための点検及び調整を実施している。

図３は、本発明の原子炉冷却材再循環ポンプの軸傾き情報取得方法を実施するための第一の実施例を示す概念図である。図１の原子炉冷却材再循環ポンプのシステムに、原子炉冷却材再循環ポンプの上部にモータ回転装置２２を設置する。また、カップリング２１の軸振動計設置位置付近に仮設の振動検出器３１を変位計側手段としてケーシングカバー
１５に固定設置する。外部に振動検出器３１の信号を増幅する増幅器３２並びに増幅された信号を処理する計算機３３を設置する。計算機３３としては表示装置つきのコンピュータが採用できる。

位相角計１２は、既存のものをそのまま利用するが、外部に位相角計１２の信号を増幅する増幅器３４を設置し、その増幅器３４の増幅後の出力信号は計算機３３に入力されていて、その出力信号を計算機３３が処理できるようにされている。

図４にモータ軸及びポンプ軸の廻りの機器についての説明図を示す。モータ軸１及びポンプ軸７及びカップリング部２１に対し、モータ軸を回転させるための装置であるモータ回転装置２２は、図５に示す通りモータ軸，ポンプ軸並びにカップリングの吊り下げた重量に耐えるための下向用スラスト軸受４２とポンプ軸の下側から突き上げる方向となる軸スラストに耐える上向用スラスト軸受４１が設置されており、どのようなスラスト力が発生してもモータ軸を回転させることが出来る構造となっている。

また、モータ軸を回転させた際に軸が半径方向にぶれないように、モータ軸下端においては、軸受２３で軸の半径方向を固定しかつモータ軸の回転を許す構造となっている。また従来軸振動計が設置してあるカップリングの下側に同様に軸振動計２５及び軸の回転方向の相対的な位置を確認するための位相角計２４を設置してある。

軸振動の測定は、図３においてポンプの吸込側並びに吐出側の隔離弁１６，１７を閉め、パージ水より加圧しながらモータ回転装置２２によりモータ軸とポンプ軸を回転させ、ポンプ軸の軸変位量を振動検出器３１で測定する。

もし、その測定結果が計算機３３の信号処理によって図６のような結果に表示された場合には、モータ軸が固定されていることから、モータ軸とポンプ軸の接触面が傾いて接続されていることになると考えられるため、最も軸線が傾いている方向を算出し、その方向において、図７のようにカップリングを１８０°方向反転させ接続調整することで、軸の傾きを抑えることができる。

具体的には図８のように軸振動検出器３１及び位相角計１２の信号を計算機３３で処理して一般的な振動ベクトル表記で表示装置に表示する。もし、図９のようにケーシング内部圧力を上げるにつれて振動（変位）が大きくなった場合は、カップリング２１の接続を軸ベクトルが反転する方向に調整することで、圧力が上がることによる軸変位量の増加を抑えることができる。

なお調整の実施後、再度ポンプの吸込側並びに吐出側の隔離弁１６，１７を閉にし、パージ水注水系統により加圧し、同様の測定を行うことで、その調整の実施後の効果を表示装置に表れた振動ベクトル表記で確認することが出来る。

本発明の第二の実施例としては、第一の実施例にある振動検出器３１の代わりに既設の実際に用いられている軸振動計１１と、位相角計１２を用い、その他の内容は先の実施例位置と同様としたものである。これによれば、軸振動計や位相角計の現在の既存設備を利用して第一の実施例と同様な測定が出来る。

図１０は本発明の第三の実施例を示す概念図であり、ポンプ軸７又はカップリング２１の廻りにモータ軸１の中心軸船の延長線を中心として回転する変位測定器５１および位相角計５３を装備し、さらには、モータ軸１の上部を固定するための軸受５２を下部を固定する軸受２３の他に新設設置する。

変位測定器５１および位相角計５３を回転移動するためのガイドレールはケーシングカバー上に設置して、ガイドレールに沿って回転移動させる。

モータ軸１やポンプ軸７やカップリング２１は、静止させ、変位測定器５１および位相角計５３をモータ軸１の中心軸線延長線を中心として公転させて、相対的にモータ軸１やポンプ軸７やカップリング２１が回転したと同様な測定条件を模擬して計算機３３で測定結果を得る。測定中においては他の実施例と同様にパージ水でケーシング内やケーシングカバー内を原子炉運転時の原子炉圧にまで上昇させておく。又、その炉圧上昇過程で測定を行ってもよい。

その他の内容については、第一の実施例と同様である。このような第三の実施例でも、第一の実施例と同様に最も軸線が傾いている方向を計算機３３で算出して表示できる。その表示の内容を見て、カップリング２１の回転方向取付け位置を軸振動がすくなる方向へ変更して再取付けする。

いずれの実施例でも、原子炉炉圧及びポンプ運転を実施せずに通常運転時のポンプ軸とモータ軸の軸線の変位量を測定することができる。

また、原子炉炉圧及びポンプ運転を実施せずに、通常運転時のポンプの軸変位量を抑制することが出来る。

本発明は、原子炉冷却材再循環ポンプのポンプ軸の変位測定及びポンプ軸の振動抑制対策に利用される。

原子炉冷却材再循環ポンプ廻りのシステムの概念図である。 原子炉冷却材再循環ポンプのカップリング部の拡大縦断面図である。 本発明の第一の実施例及び第二実施例における原子炉冷却材再循環ポンプ廻りのシステムの概念図である。 本発明の第一の実施例及び第二実施例における回転体部分に関する概念図である。 本発明の第一の実施例及び第二実施例におけるモータ回転装置の概念図である。 本発明の全ての実施例における、ポンプの吸込側並びに吐出側を隔離弁を閉め、パージ注水系統により加圧した際の軸変位量が大きくなった場合の軸変位値と圧力を示すグラフ図である。 本発明の全ての実施例における圧力変化による軸変位量が大きくなった場合の対処方法に関する概念図である。 本発明の第一及び第二の実施例における軸振動計と位相角計の測定方法並びに、その出力の処理方法について説明した図である。 本発明の第一及び第二の実施例におけるカップリング調整を行う方向とその期待される効果について説明した図である。 本発明の第三の実施例における概念図である。

符号の説明

１…モータ軸、２…モータカップリング、３…モータキー、６…スペーサカップリング、７…ポンプ軸、９…スペーサプラグ、１１…振動計、１２，２４…位相角計、１３…インペラ、１４…ケーシング、１５…ケーシングカバー、１６，１７…隔離弁、２１…カップリング部、２２…モータ軸回転装置、２３…モータ軸固定用軸受、２５…軸振動計、
３１…振動検出器、３２…増幅器、３３…計算機、４１…上向用スラスト軸受、４２…下向用スラスト軸受、５１…変位測定器、５２…モータ軸固定用軸受。

Claims (6)

1. 原子炉冷却材再循環ポンプのポンプ軸又は前記ポンプ軸と前記原子炉冷却材再循環ポンプのモータ軸とを接続するカップリングの回転時の変位を変位計測手段で測定し、前記ポンプ軸又はカップリングの回転時の回転角度を回転角計測手段で測定し、前記各測定結果に基づいて前記ポンプ軸とモータ軸との相対的な傾きに関する情報を取得する方法において、
   前記原子炉冷却材再循環ポンプの吸込側と吐出側の流路を閉鎖し、
   次に、前記原子炉冷却材再循環ポンプのケーシングとケーシングカバー内に加圧された水を注入し、
   その後に、前記各測定を実施することを特徴とする原子炉冷却材再循環ポンプの軸傾き情報取得方法。
2. 原子炉冷却材再循環ポンプの吸込側と吐出側を閉鎖し、
   次に、前記原子炉冷却材再循環ポンプのケーシングとケーシングカバー内に加圧された水を注入し、
   次に、原子炉冷却材再循環ポンプのポンプ軸とモータ軸とを接続するカップリングと、前記カップリングの周囲に配置した変位計測手段と回転角計測手段との間で相対的に回転を与えて、前記変位計測手段と回転角計測手段とで前記カップリングに対する変位と回転角を測定することを特徴とする原子炉冷却材再循環ポンプの軸傾き情報取得方法。
3. 請求項１又は請求項２において、前記原子炉冷却材再循環ポンプの吸込側に接続された配管に装備された隔離弁、及び前記原子炉冷却材再循環ポンプの吐出側に接続された配管に装備された隔離弁との両弁を閉じ、前記加圧された水を前記原子炉冷却材再循環ポンプのパージ水注水系統から前記ケーシングとケーシングカバー内に注水することを特徴とする原子炉冷却材再循環ポンプの軸傾き情報取得方法。
4. 請求項１又は請求項２又は請求項３において、前記変位計測手段は前記原子炉冷却材再循環ポンプに常設されている渦電流型の変位計であり、前記回転角計測手段は前記原子炉冷却材再循環ポンプに常設されているパルス検出型の位相角計であることを特徴とする原子炉冷却材再循環ポンプの軸傾き情報取得方法。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項において、前記各測定結果に基づいて振動ベクトル表記を行うことを特徴とする原子炉冷却材再循環ポンプの軸傾き情報取得方法。
6. 原子炉冷却材再循環ポンプのポンプ軸とモータ軸との回転時における相対的傾きを、前記ポンプ軸と前記モータ軸を接続状態にしているカップリングを一旦前記ポンプ軸又は前記モータ軸から接続解除し、その後に前記カップリングの回転方向の位置を前記相対的傾きを軽減できる位置に変更して再度前記接続状態に復元する前記原子炉冷却材再循環ポンプの軸振動抑制方法において、
   前記カップリングを一旦前記ポンプ軸又は前記モータ軸から接続解除する前に、前記請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の原子炉冷却材再循環ポンプの軸傾き情報取得方法を実施し、しかる後に、前記カップリングの回転方向の位置を前記相対的傾きを軽減できる位置に変更することを特徴とする原子炉冷却材再循環ポンプの軸振動抑制方法。

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