JP5675501B2 - インターナルポンプにおける磁気制振装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁気制振装置に係り、特に沸騰水型原子炉に適用するのに最適なインターナルポンプ用磁気制振装置の制御方法およびこれを用いたインターナルポンプの運転制御方法に関するものである。

改良沸騰水型原子炉（以下、ＡＢＷＲという）は、原子炉圧力容器の底部に複数のインターナルポンプを備えており、原子炉の運転中にインターナルポンプの回転速度を変えることによって原子炉出力を制御する。このため、インターナルポンプは、原子炉の起動時、運転停止時及び運転時に、共振周波数での運転を経験する。すなわち、回転速度の増加または減少に伴ってインターナルポンプの回転速度とポンプケーシングの共振周波数が接近する際、両者の共振によって振動が増大しインターナルポンプの構造の健全性に影響を与える可能性がある。

特許文献１には、インターナルポンプの共振による過大な振動を抑制する制振装置として、インターナルポンプ下部に取り付けられる磁気制振装置が記載されている。

また、特許文献２には板ばね振動型の磁気制振装置が記載されている。この磁気制振装置は、支持枠周囲に４つの吸振要素を設け、各吸振要素は支持枠のフランジ支持天板に取り付けられた固定片、一対の板ばね、慣性部材および一対の磁石板を有し、対向する一対の板ばねの上端部を固定片に取り付け下端部を慣性部材に取り付けている。一対の磁石板が向き合って慣性部材に設けられ、一対の磁石板の間に配置された導体板が支持枠の固定板に設けられている。吸振要素の固有振動数は板ばねの長さを変更することによって調節され、板ばねの長さの変更は固定片の支持枠に対する固定位置を変更することによって行なわれる。

特許文献３に記載された制振装置では、可動支持部を固定する支持用ボルトを緩めスクリュー軸を回転させて可動支持部を移動させ、可動支持部が所定の位置に移動した後に支持用ボルトを締め付け可動支持部を固定している。板ばねは、可動支持部の外側支持板に設けられた突起と内支持材に接触して挟持され、可動支持部材を移動させることによって板ばねのばね定数を調節している。

特許文献４に記載された制振装置では、スライド部材の下部を回転させてスライド部材を上下方向に移動させ、スライド部材と板ばねの係合位置を変更することによって、板ばねのばね定数を変更している。

以上の特許文献は、いずれも制振装置の構造について記載されているのみであり、実際の制振装置の制御方法については記載されていない。

特開平６−２４１２７４号公報 特開平９−１１２６３１号公報 特開２００２−１８８６８３号公報 特開２００５−６９４０９号公報

ＡＢＷＲの起動時および運転停止時におけるインターナルポンプの昇速時および降速時には、インターナルポンプの回転速度がその共振周波数を通過する際に過大な振動が生じることにより、インターナルポンプの構造の健全性に影響を与える可能性がある。

そこで、この共振周波数での過大な振動レベルを抑制するため、他の制振装置と比較してエネルギー消散性能が良くダンピング効果が大きい磁気制振装置を用いる。この場合には、磁気制振装置とインターナルポンプの共振周波数を同調させる必要があり、磁気制振装置の共振周波数は補助質量及び板ばねのばね定数に依存する。またその減衰効果は、導体板の固有抵抗、及び磁石板の磁束密度に依存し、磁気制振装置の部品を交換せずに磁気制振装置の共振周波数をインターナルポンプの共振周波数に同調させる方法としては、板ばねのばね定数を変更する方法が用いられている。

しかしながら、磁気制振装置のインターナルポンプへの取り付け方法は、インターナルポンプ下部にのみ吊り下げ、他の構造部分には支持させない構成となっているため、インターナルポンプに重量が付加されインターナルポンプ全体としての共振周波数が低下する。このため、インターナルポンプの共振周波数が既知であっても新たにインターナルポンプの磁気制振装置による重量付加分を考慮して磁気制振装置を同調させる制御方法が必要である。

本発明では、インターナルポンプへの重量付加分を考慮した新規な磁気制振装置の制御方法を提供することを目的とする。また、磁気制振装置をインターナルポンプ下部に取り付ける場合に、振動低減を最も効果的に得られるような磁気制振装置の制御方法を提供する。さらに、これを用いたインターナルポンプの運転制御方法を提供する。

本発明は、原子炉用インターナルポンプの共振周波数と磁気制振装置の共振周波数を同調させるため、磁気制振装置のインターナルポンプへの取り付け時に、磁気制振装置を作動させない重量付加状態においてインターナルポンプを昇速および降速させ、磁気制振装置の重量付加分を考慮したインターナルポンプの共振周波数を検出することにより、インターナルポンプ共振時の振動レベルを最も効果的に抑制することができる磁気制振装置の共振周波数を検出し、これを磁気制振装置の同調周波数として制振に用いる。

また、原子炉のインターナルポンプ下部に取り付けられ、インターナルポンプの制振に用いられる磁気制振装置の制御方法において、インターナルポンプへの磁気制振装置取り付け時において、磁気制振装置を作動させない重量付加状態にし、インターナルポンプの回転速度を変化させて磁気制振装置を取り付けた状態でのインターナルポンプの共振周波数を測定することを特徴とする。

また、インターナルポンプにおける磁気制振装置の制御方法において、磁気制振装置のインターナルポンプへの重量付加状態におけるインターナルポンプの共振周波数に合わせて磁気制振装置の同調周波数を設定することを特徴とする。

また、インターナルポンプにおける磁気制振装置の制御方法において、インターナルポンプの共振周波数の測定は、インターナルポンプのポンプケーシング外周に設けた振動検出器により行うことを特徴とする。

また、インターナルポンプにおける磁気制振装置の制御方法において、インターナルポンプに取り付けた磁気制振装置の同調周波数の設定は、磁気制振装置の板ばね部材のばね定数の変更により行うことを特徴とする。

さらに、インターナルポンプにおける磁気制振装置の制御方法を用いてインターナルポンプの運転制御を行うことを特徴とする。

さらに、インターナルポンプにおける磁気制振装置の制御方法を用いてインターナルポンプの運転制御を行うインターナルポンプの運転制御方法において、インターナルポンプの重量付加による共振周波数の低下によって、インターナルポンプの振動レベルを低減させることを特徴とする。

本発明は、原子炉のインターナルポンプ下部に取り付けられ、インターナルポンプの制振に用いられるインターナルポンプにおける磁気制振装置の制御方法において、インターナルポンプへの磁気制振装置取り付け時において、磁気制振装置を作動させない重量付加状態にし、インターナルポンプの回転速度を変化させて磁気制振装置を取り付けた状態でのインターナルポンプの共振周波数を測定することにより、制振装置の重量付加分を考慮したインターナルポンプの共振周波数を検出して、インターナルポンプ共振時の振動レベルを最も効果的に抑制する磁気制振装置の同調制御方法を提供することができる。

本発明実施例の磁気制振装置を設置したインターナルポンプの縦断面図。 本発明実施例の磁気制振装置の詳細を示す縦断面図。 本発明実施例の振動検出系及び制御系の概略を示すブロック図。 本発明実施例の磁気制振装置を設置したインターナルポンプの固有振動数を検出する構成を示す縦断面図。 本発明の磁気制振装置による振動低減効果を示すグラフ。

本発明の実施の形態を、以下に実施例と図面について説明する。

図１は本発明実施例のインターナルポンプの縦断面図を示す。図１において、ＡＢＷＲの運転が開始されると、モータ４４が駆動され、インペラ４２が回転する。ダウンカマ５２内の冷却水がインペラ４２によって昇圧され、炉心シュラウド５１内の炉心に供給される。炉心に供給される冷却水流量（炉心流量）が所定値に保持され、炉心内から制御棒が引抜かれ、原子炉出力が上昇される。原子炉出力が所定の原子炉出力になったとき、制御棒の引抜が停止されて炉心流量が定格流量まで上昇され、原子炉出力が定格出力まで上昇される。インターナルポンプ４０が駆動されて炉心流量が定格流量になるまでの期間において、インターナルポンプ４０の回転速度が増大される。インターナルポンプ４０下部には、接続部材４９を介して上部架台２と下部架台４の間に設けられた磁気ダンパ６を持つ磁気制振装置１が設けられている。３３は磁気制振装置１の制御装置である。

図１において、４４はポンプ駆動用のモータ、４５はアマチュア、４６はステータ、４７はモータシャフト、４８はモータカバーである。

インターナルポンプ４０の振動は、インペラシャフト４３の回転によって引き起こされる。このときのインペラシャフト４３の回転速度に対応した周波数が、インターナルポンプ４０の振動の支配的な成分となる。この周波数成分がポンプケーシング４１の共振周波数と一致したとき、インターナルポンプ４０に共振現象が生じる。

インターナルポンプ４０の駆動後、インターナルポンプ４０の回転速度が炉心流量が定格流量になるときの回転速度まで増加する過程において、インターナルポンプ４０が共振を起こす。このときには、磁気ダンパ６の共振周波数を制御してインターナルポンプ４０の共振周波数に同調させ、インターナルポンプ４０の振動を減衰させる。

図２は磁気制振装置１の詳細構造を示す。図２において、ＡＢＷＲの運転時に、インターナルポンプ４０の回転速度の変化によってポンプケーシング４１が振動する際、板ばね部材１０の下端に設けられた錘１１がポンプケーシング４１の振動により振動する。各導体板１４がポンプケーシング４１にモータカバー４８と接続部材４９を介して取り付けられる上部架台２に設置されているので、錘１１の振動に伴う揺れにより、錘１１に設置されて導体板１４に対向している各永久磁石１３と導体板１４間の相対運動によって生じる電磁誘導現象が導体板１４の各側面に渦電流による電磁力を励起し、各永久磁石１３と導体板１４の相対運動を妨げる方向に減衰力が生じ、ポンプケーシング４１の振動を抑制する。この減衰力は各磁気ダンパ６で発生する。

５は磁気制振装置１の仕切壁、７、８はフレーム、１２は錘１１に設けられた溝であり、導体板１４を間隔を置いて収容する。

ポンプケーシング４０の回転速度の変化により振動が生じた際には、磁気制振装置１が、以上のように、ポンプケーシング４１の振動を減衰させることができる。特に、磁気制振装置１の同調周波数をポンプケーシング４１の共振時振動を効果的に低減させるように設定した場合には、磁気制振装置の設定周波数付近で錘１１が大きく振動することにより、過大な振動を相殺吸収して確実に低減させることができる。

インターナルポンプ４０の駆動停止時にインターナルポンプ４０の回転速度が減少する場合でも、磁気ダンパ装置１により、ポンプケーシング４１の共振による過大な振動を抑制することができる。

次に、磁気制振装置１の板ばね部材１０の弾性変形長さの調節によって、インターナルポンプ４０の共振時振動を効果的に制振させる構成について説明する。板ばね部材１０は、上部をロック装置１８で支持され、ロック装置１８と錘１１間の距離Ｌで弾性変形して錘１１を振動させる。ロック装置１８はアクチュエータ１６、モータ２２によって上下移動自在にフレーム８に支持され、磁気ダンパ６の固有振動数を可変としている。

図３は実施例の振動検出系及び制御系の概略を示す。図３において、一対の振動検出器３４はインターナルポンプ４０のポンプケーシング４１の外面に設置されている。これらの振動検出器３４は、ポンプケーシング４１の外面周方向において９０°ずれた位置にそれぞれ設置される。各振動検出器３４は、振動演算装置３５及び周波数分析装置３６を有する振動検出装置３８に接続される。振動演算装置３５及び周波数分析装置３６は、表示装置３７および制御装置３３に接続される。制御装置３３、振動演算装置３５、周波数分析装置３６及び表示装置３７は、例えば、ＡＢＷＲの中央制御室内に設置される。

ポンプケーシング４１に設けられた各振動検出器３４が、９０°ずれた位置でポンプケーシング４１の振動をそれぞれ検出する。各振動検出器３４で検出された振動検出信号が振動演算装置３５及び周波数分析装置３６にそれぞれ入力される。振動演算装置３５は、入力した各振動検出信号に基づいて、振動検出器３４が設置されたそれぞれの位置でのポンプケーシング４１に生じている振動の振動振幅値を求め、表示装置３７により求められた振動振幅値が表示される。制御装置３３は検出されたポンプケーシング４１の振動周波数に応じて磁気制振装置１の同調周波数を制御する。

次に、図４について、磁気制振装置１を取り付けた状態におけるインターナルポンプの共振周波数を検出する方法を説明する。磁気制振装置１は、所定の同調周波数に事前に設定される。これは、上記したロック装置１８により、板ばね部材１０の弾性変形長さＬを調整することにより行う。

図４に示す様に、インターナルポンプ４０の下部に磁気制振装置１を取り付けた際、磁気ダンパ６の下部に錘ストッパー１５を取り付け、磁気制振装置１を不作動状態にしてインターナルポンプ４０の回転速度を変化させ、磁気制振装置１を取り付けた状態におけるインターナルポンプ４０の最大振動を生じる共振周波数を検出する。これによって、磁気制振装置１の同調周波数を検出した共振周波数に合わせ、同調制御方法を決定することができる。

図５において、インターナルポンプ４０の単体運転状態において表示装置３７に表示された振動波形を波形１２０とすると、Ｓ１はインターナルポンプ４０単体の共振周波数、Ｅ１はその振動数を示す。磁気制振装置１の不作動状態でのインターナルポンプ４０への取り付け時における振動波形は波形１２１となる。またＳ２はインターナルポンプ４０の共振周波数、Ｅ２はその振動数を示す。

波形１２０と比較すると、波形１２１の共振周波数および振動レベルが低下していることが分かる。１２２は磁気制振装置１を取り付けてこれを作動させたときのインターナルポンプ４０の振動波形を示す。このように、磁気制振装置を取り付けた状態でのインターナルポンプ共振周波数を検出し、これに基づいて磁気制振装置１を制御することによって、従来よりさらに正確で効果的な制振制御を行う事ができる。

ここで、共振周波数の低下は、磁気制振装置１による重量付加効果によるものであり、振動レベルの低下は、重量付加効果に伴う加振力の低下である。したがって、本実施例ではインターナルポンプ４０の振動を最も低減させる条件で設定しない場合であっても、磁気制振装置１による重量付加効果によって一定の振動低減効果を得ることが可能である。

また、インターナルポンプ４０の運転領域の振動周波数がインターナルポンプ４０の共振周波数と重なっている場合には、重量付加効果によって運転領域周波数帯と共振周波数を通常よりも隔離することができ、安全な周波数帯で共振周波数を通過させ、インターナルポンプ４０を運転することができる。

本発明は、ＡＢＷＲに用いられる各種のインターナルポンプに適用することができる。

１…磁気制振装置
６…磁気ダンパ
１０…板ばね部材
１１…錘
１３…永久磁石
１４…導体板
１５…錘ストッパー
１６…アクチュエータ
１８…ロック装置
３４…振動検出器
３５…振動演算装置
３６…周波数分析装置
４０…インターナルポンプ
４１…ポンプケーシング

Claims (6)

1. 原子炉のインターナルポンプ下部に取り付けられ、該インターナルポンプの制振に用いられる板バネ部材を有する磁気ダンパを備えた磁気制振装置の制御方法において、
   前記磁気ダンパを前記磁気制震装置に固定する固定部材を設け、前記インターナルポンプへの前記磁気制振装置取り付け時において、前記磁気制振装置の前記磁気ダンパを前記固定部材により不作動状態にし、前記インターナルポンプの回転速度を変化させて前記磁気制振装置を取り付けた状態での前記インターナルポンプの共振周波数を測定することを特徴とするインターナルポンプにおける磁気制振装置の制御方法。
2. 請求項１に記載のインターナルポンプにおける磁気制振装置の制御方法において、
   前記磁気制振装置の前記インターナルポンプへの取り付け状態におけるインターナルポンプの共振周波数に合わせて前記磁気制振装置の前記磁気ダンパの振動抑制時の振動数である同調周波数を設定することを特徴とするインターナルポンプにおける磁気制振装置の制御方法。
3. 請求項１または２に記載のインターナルポンプにおける磁気制振装置の制御方法において、前記インターナルポンプの共振周波数の測定は、前記インターナルポンプのポンプケーシング外周に設けた振動検出器により行うことを特徴とするインターナルポンプにおける磁気制振装置の制御方法。
4. 請求項１または２に記載のインターナルポンプにおける磁気制振装置の制御方法において、前記インターナルポンプに取り付けた前記磁気制振装置の同調周波数の設定は、前記磁気制振装置の板ばね部材のばね定数の変更により行うことを特徴とするインターナルポンプにおける磁気制振装置の制御方法。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載のインターナルポンプにおける磁気制振装置の制御方
   法を用いて前記インターナルポンプの運転制御を行うことを特徴とするインターナルポンプの運転制御方法。
6. 請求項１乃至４のいずれかに記載のインターナルポンプにおける磁気制振装置の制御方法を用いて前記インターナルポンプの運転制御を行うインターナルポンプの運転制御方法において、
   前記インターナルポンプの重量付加による共振周波数の低下によって、インターナルポンプの振動レベルを低減させることを特徴とするインターナルポンプの運転制御方法。

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