JP5242453B2 - ポンプシステム及び立型ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、原子力プラント等に用いられるポンプシステム及び立型ポンプに関する。

一般に、水位低下時にポンプとしての機能を喪失しない立型ポンプとして、ある程度の時間ドライ運転が可能な軸受を使用した無注水型ポンプか、あるいは外部注水装置を取付けた潤滑水注水型ポンプが用いられている。

無注水型ポンプとしては、すべり軸受に樹脂系素材を用いて、ある程度の時間ドライ運転を可能とし、揚水時はポンプの揚水をそのまま軸受潤滑水として使用するものがある（特許文献１）。

また、潤滑水注水型ポンプとしては、ポンプ軸を保護管で覆い、清水を貯留した貯水タンクから潤滑水を保護管内に注水し循環させる形式（特許文献２）、又は揚水管内に循環水を貯留する循環パイプを設け、潤滑水を保護管内に注水し循環させる形式（特許文献３）が知られている。

特開２００６−２３３７８８号公報 特開平９−２８７５９０号公報 特開平９−２０３３９０号公報

上述した無注水型の立型ポンプは、長尺立型ポンプで見られるように軸の振れによりすべり軸受に軸が接触して発熱する条件下では、水位低下により揚水管内の水が落水してドライ運転を継続すると軸受が焼損する可能性がある。したがって、原子力発電所のような長尺の立型ポンプを用いる必要がある場合には、特許文献１に記載のような無注水型ポンプを適用することはできない。

一方、外部注水装置から注水するポンプでは、装置構成が複雑化し、非常時に注水システムが機能しない可能性が生じる。この場合、原子力発電所では、外部電源喪失のような重大事故が発生した条件下において、取水位低下が発生すると軸受用の潤滑水の供給が止まってしまい、その結果、軸受けが焼損し、ポンプが停止に至る恐れがあった。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、外部注水装置又は外部電源を使用することなく、単純な構成の循環水注水ラインを用いることにより、取水位低下時に軸受用の潤滑水を維持してポンプの継続的な運転を可能とするポンプシステム及び立型ポンプを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るポンプシステムは、ポンプ軸と、前記ポンプ軸を保護する軸保護管と、揚水管と、前記ポンプ軸の下端に設けられたインペラと、前記インペラとポンプ軸の間に設けられたバランスホールとを有する立型ポンプと、前記揚水管のポンプ吐出口近辺から揚水の一部を潤滑水として取出し前記保護管の上部に注水する潤滑水注水ラインと、からなるポンプシステムであって、前記循環水注水ラインに逆止弁を設けるとともに、前記ポンプ軸の上部に設けられた軸封装置に逆止弁を有するブリードオフラインを接続したことを特徴とする。

また、本発明に係るポンプシステムは、ポンプ軸と、前記ポンプ軸を保護する軸保護管と、揚水管と、前記ポンプ軸の下端に設けられたインペラ及び軸封装置とを有する立型ポンプと、前記揚水管のポンプ吐出口近辺から揚水の一部を潤滑水として取出し潤滑水通路をとおして前記保護管の下部に注水する潤滑水注水ラインと、前記保護管の上部に設けられ潤滑水を排出する潤滑水出口と、からなるポンプシステムであって、前記潤滑水注水ラインの最高点は、前記潤滑水出口の位置より上方にあることを特徴とする。

また、本発明に係るポンプシステムは、ポンプ軸と、前記ポンプ軸を保護する軸保護管と、揚水管と、前記ポンプ軸の下端に設けられたインペラ及び軸封装置とを有する立型ポンプと、前記揚水管のポンプ吐出口近辺から揚水の一部を潤滑水として取出し、前記保護管の上部に注水する潤滑水注水ラインと、前記保護管の下部から潤滑水通路をとおして潤滑水を排出する潤滑水出口ラインと、からなるポンプシステムであって、前記循環水出口ラインの最高点は前記保護管の上部よりも上方にあることを特徴とする。

本発明によれば、外部注水装置又は外部電源を使用することなく、単純な構成の循環水注水ラインを用いることにより、取水位低下時に潤滑水を維持してポンプの継続的な運転を可能とするポンプシステム及び立型ポンプを提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係るポンプシステムの全体構成図。 本発明の第２の実施形態に係るポンプシステムの全体構成図。 本発明の第３の実施形態に係るポンプシステムの全体構成図。 本発明の第４の実施形態に係るポンプシステムの全体構成図。

以下、本発明に係るポンプシステム及び立型ポンプの実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るポンプシステムを、図１を用いて説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るポンプシステムの全体構成図であり、立型ポンプ１と潤滑水注水ライン１４から構成されている。

立型ポンプ１は、揚水管２、下端にインペラ９を有する軸３、複数の軸受５、軸３及び軸受５を覆う軸保護管４、ベルマウス６、軸３の上端部に設けられた軸封装置７及び潤滑水の一部を下方に排出するバランスホール８から構成される。立型ポンプ１が駆動されると、海水（又は水）がインペラ９の回転により吸い上げられ、揚水管２を通って、吐出し配管２６へ排出される。

潤滑水注水ライン１４は、ポンプ吐出口２８近傍の揚水管の側部に設けられた潤滑水取出し口１６と軸保護管４の上部とを結ぶ配管からなり、その途中に潤滑水内の異物を除去するストレーナ１０、及び空気混入防止用の逆止弁１１が設けられている。また、この逆止弁１１は、軸保護管４の上部よりも高い位置に設けられている。

潤滑水は、潤滑水取出し口１６から採水され、潤滑水注水ライン１４を通って軸保護管４の上部へ注水され、軸３と軸受５の隙間を経て、軸下部のバランスホール８から下方へ流れ出ていく構造となっている。

軸３の上端部に設けられた軸封装置７は、揚水管２と軸３との隙間から潤滑水の漏洩を防ぐとともに、軸封装置７からの漏洩量を調整するために潤滑水を排出可能とするブリードオフライン１５が接続されている。このブリードオフライン１５には逆止弁１３が取付けられており、空気の混入を防いでいる。

このように構成されたポンプシステムにおいて、地震等の重大事故によって、取水位がレベルＡからベルマウス６下端を下回るレベルＢに低下した場合、ポンプの吐出圧力が無くなるため潤滑水ライン１４内の流れは止まるが、インペラ９の回転によって揚水管２内の内包水が持ち上げられているため、多少の空気は混入するものの立型ポンプ１内には水が満たされている。また、逆止弁１１により潤滑水ライン１４への空気の混入を防いでいるため、潤滑水ライン１４から軸保護管４内の水はサイホン効果により落水しない。

このように、本第１の実施形態では、外部の注水装置又は外部電源のような付加的な設備を用いることなく、単に、揚水管２に逆止弁１１を備えた潤滑水ライン１４を接続するという簡単かつ受動的な装置構成により、軸保護管４内の潤滑水の落水を防止することを可能とする。

なお、本ポンプシステムに小型の非常用電源が備えられている場合には、逆止弁１１の代わりに非常用電源によって作動する電磁弁等からなる閉止弁を用いてもよい。その場合、閉止弁は、例えば液面計、又は、揚水管に設けられた水圧計等により、取水位の低下を検出したときに作動される。

本第１の実施形態によれば、地震等によって取水位が低下しても、軸保護管内の潤滑水が落水しないため軸受の焼損を防ぎ、ポンプを継続的に運転することが可能となる。また、外部の注水装置及び外部電源を採用しない簡単かつ受動的なシステム構成であるため、地震又は電源喪失事故等の非常時でも軸受用の潤滑水を安定的に維持することが可能となる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るポンプシステムを、図２を用いて説明する。
本第２の実施形態に係るポンプシステムは、図１のバランスホール８の代わりに、ポンプ軸３の下部に潤滑水の漏洩を防ぐ軸封装置１７を設置している。また、潤滑水注水ライン１４は、一端がポンプ吐出口２８近傍の揚水管２の側面の潤滑水取出し口１６に接続され、中間に揚水管２の高さよりも高い位置の配管部を有し、他端が立型ポンプ１下部のケーシング２０を貫通する潤滑水通路１９に接続した構造となっている。

このように構成されたポンプシステムにおいて、ポンプ吐出圧によって潤滑水取出し口１６から取出された潤滑水は、潤滑水注水ライン１４から潤滑水通路１９をとおって、軸保護管４内を下から上へ流れ、軸保護管４上部の潤滑水出口２３から潤滑水出口ライン２４へと流れる。

ここで潤滑水通路１９から潤滑水注水ライン１４の最高点までの距離ｂは、潤滑水通路１９から潤滑水出口２３までの距離ａよりも高くなるように潤滑水ライン１４が構成されている。これにより、取水位低下時にポンプ揚水から潤滑水注水ライン１４への潤滑水の供給が途絶えた場合でも、潤滑水出口２３から潤滑水通路１９までの軸保護管４内の水頭よりも潤滑水注水ライン１４内の水頭の方が大きいため、軸保護管４内には上部の潤滑水出口２３まで潤滑水が保持される。

このように、本第２の実施形態では、単に、潤滑水通路１９から潤滑水注水ライン１４の最高点までの距離ｂを潤滑水出口２３までの距離ａよりも高くすることにより、軸保護管４内の潤滑水の落水を防止することができる。

本第２の実施形態によれば、地震等によって取水位が低下しても、軸保護管内の水が落水しないため軸受の焼損を防ぎ、ポンプを継続的に運転することが可能となる。また、外部の注水装置及び外部電源を採用しない簡単かつ受動的なシステム構成であるため、地震又は電源喪失事故等の非常時でも軸受用の潤滑水を安定的に維持することが可能となる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係るポンプシステムを、図３を用いて説明する。
本第３の実施形態に係るポンプシステムでは、軸受用の潤滑水は潤滑水取出し口１６から採水され、潤滑水注水ライン１４を介して軸保護管４へ注水され、軸３と軸受５の隙間を上から下へ流れ、潤滑水通路１９から潤滑水出口ライン２１に排出される構成となっている。そして、潤滑水通路１９から潤滑水出口ライン２１の最高点までの距離ｄは、潤滑水通路１９から潤滑水入口２５までの距離ｃよりも高くなるように設定されている。

このように構成されたポンプシステムにおいて、取水位低下時にポンプ揚水から潤滑水注水ライン１４への潤滑水の供給が途絶えた場合でも、潤滑水入口２５から潤滑水通路１９までの軸保護管４内の水頭よりも潤滑水出口ライン２１の最高点から最低点までの水頭の方が大きいため、軸保護管４内には上部の潤滑水入口２５まで潤滑水が保持される。

このように、本第３の実施形態では、単に、潤滑水通路１９から潤滑水出口ライン２１の最高点までの距離ｄを潤滑水入口２５までの距離ｃよりも高くすることにより、軸保護管４内の潤滑水の落水を防止することができる。

本第３の実施形態によれば、地震等によって取水位が低下しても、軸保護管内の水が落水しないため軸受の焼損を防ぎ、ポンプを継続的に運転することが可能となる。また、外部の注水装置及び外部電源を採用しない簡単かつ受動的なシステム構成であるため、地震又は電源喪失事故等の非常時でも軸受用の潤滑水を安定的に維持することが可能となる。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係るポンプシステムを、図４を用いて説明する。
本第４の実施形態に係るポンプシステムは、図１に示された第１の実施形態の立型ポンプ１から軸保護管４を取り除き、ポンプ吐出口２８に接続する吐出配管２６の一部を上方に向けて逆Ｕ形状とする。

このように構成されたポンプシステムにおいて、取水位低下時にポンプの吸込みが途絶えた場合に、インペラ９の回転により揚水管２内の水は持ち上げられた状態で維持されるが、インペラ９とライナリング２７との隙間やバランスホール８からの少量の落水がある。しかしながら、吐出配管２６の逆Ｕ形状配管の斜線部（図４）を占める配管内水２９が前記落水分を立型海水ポンプ１へ補充することにより潤滑水が維持され、ポンプを継続的に運転することが可能である。

なお、配管高さｅは、落水の速度と想定される水位低下継続時間より十分な水を保有できるよう適切な寸法に設定する。

このように、本第４の実施形態では、単に、吐出配管２６の一部を上方に向けて逆Ｕ形状とするという簡単かつ受動的なシステム構成により、揚水管２内の水の落水を防止することができる。

また、本第４の実施形態では、吐出配管２６の一部を上方に向けて逆Ｕ形状としたが、逆Ｕ形状とする代わりに、吐出配管２６の上部に吐出配管２６と連通する水貯留タンクを設けてもよい（図示せず）。

本第４の実施形態によれば、地震等によって取水位が低下しても、揚水管内の水が落水しないため軸受の焼損を防ぎ、ポンプを継続的に運転することが可能となる。また、外部の注水装置及び外部電源を採用しない簡単かつ受動的なシステム構成であるため、地震又は電源喪失事故等の非常時でも軸受用の潤滑水を安定的に維持することが可能となる。

また、第１乃至第４の実施形態に係る立型ポンプの軸受は６個配置されている、ポンプの長さに合わせてこれよりも多くなっても少なくなってもよい。また、第３及び第４の実施形態のストレーナの代わりにセパレータを用いてもよい。

また、第１乃至第４の実施形態に係るポンプシステムは、原子力発電所においては立型ポンプが用いられる海水ポンプに適用されるが、必ずしも海水ポンプに限定されず、真水等を吸い上げるポンプシステムにも適用できることはもちろんである。

１…立型ポンプ、２…揚水管、３…軸、４…軸保護管、５…軸受、６…ベルマウス、７…軸封装置、８…バランスホール、９…インペラ、１０…ストレーナ、１１…逆止弁、１４…潤滑水注水ライン、１６…潤滑水取出し口、１９…潤滑水通路、２４…潤滑水出口ライン、２５…潤滑水入口、２６…吐出配管、２８…ポンプ吐出口、２９…配管内水。

Claims (4)

1. ポンプ軸と、前記ポンプ軸を保護する軸保護管と、揚水管と、前記ポンプ軸の下端に設けられたインペラと、前記インペラとポンプ軸の間に設けられたバランスホールとを有する立型ポンプと、前記揚水管のポンプ吐出口近辺から揚水の一部を潤滑水として取出し前記保護管の上部に注水する潤滑水注水ラインと、からなるポンプシステムであって、
   前記循環水注水ラインに逆止弁を設けるとともに、前記ポンプ軸の上部に設けられた軸封装置に逆止弁を有するブリードオフラインを接続したことを特徴とするポンプシステム。
2. ポンプ軸と、前記ポンプ軸を保護する軸保護管と、揚水管と、前記ポンプ軸の下端に設けられたインペラ及び軸封装置とを有する立型ポンプと、前記揚水管のポンプ吐出口近辺から揚水の一部を潤滑水として取出し潤滑水通路をとおして前記保護管の下部に注水する潤滑水注水ラインと、前記保護管の上部に設けられ潤滑水を排出する潤滑水出口と、からなるポンプシステムであって、
   前記潤滑水注水ラインの最高点は、前記潤滑水出口の位置より上方にあることを特徴とするポンプシステム。
3. ポンプ軸と、前記ポンプ軸を保護する軸保護管と、揚水管と、前記ポンプ軸の下端に設けられたインペラ及び軸封装置とを有する立型ポンプと、前記揚水管のポンプ吐出口近辺から揚水の一部を潤滑水として取出し、前記保護管の上部に注水する潤滑水注水ラインと、前記保護管の下部から潤滑水通路をとおして潤滑水を排出する潤滑水出口ラインと、からなるポンプシステムであって、
   前記循環水出口ラインの最高点は前記保護管の上部よりも上方にあることを特徴とするポンプシステム。
4. 請求項１乃至３いずれか１項に記載の立型ポンプであって、前記ポンプシステムに用いられることを特徴とする立型ポンプ。

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