JP6240094B2 - 原子炉冷却材ポンプユニットの軸封止システムのための受動停止封止装置 - Google Patents

Description

本発明の技術分野は、加圧水型原子炉（ＰＷＮＲ）の原子炉冷却材ポンプユニットである。

本発明はさらに、原子炉冷却材ポンプユニットに存在する封止システムの故障によって生じる一次冷却材のリークを制御するための受動停止封止装置（ＳＳＤ）に関する。

停止封止装置（ＳＳＤ）は、ＳＢＯ（全交流電源喪失(Station Black Out)）と呼ばれる事故状態の結果としての冷却材ポンプユニットの封止システムの故障に対処する新しい世代の加圧水型原子炉に開発されてきている。

従って、停止封止装置は、その事故状態において冷却材ポンプの停止後に、原子炉冷却材ポンプユニットの封止システムの故障によって生じる一次冷却材のリークを制御し、止めることができなければならない。

従来、このタイプの装置は、（例えば加圧窒素回路（pressurised nitrogen circuit）のような）補助源によって起動されており、原子炉冷却材ポンプユニットの冷却電源の喪失の場合には、トリガは原子炉制御によってもたらされる情報によって駆動される。

起動源の使用の手間を省くために、補助起動システムも原子炉制御におけるトリガ情報を構成することも、必要としない受動停止封止装置が開発されている。そのような受動停止封止装置は、国際公開公報第２０１０／０６８６１５号に記載されている。

この状況において、本発明は、事故状態の際に封止装置の起動およびその良好な正常運転を確保するために、そのような封止装置の改善を提案することを目的とする。

その目的のために、本発明は以下を含んでいる、原子炉冷却材ポンプユニットの軸封止システムのための受動停止封止装置を提供する。
− リーク流が許容されている非起動位置を有する分割されたシールリングであって、前記リングは前記リーク流を止める起動位置を有する分割されたシールリングと、
− 前記分割されたシールリングをその起動位置に位置させるように設計されている少なくとも１つのピストンと、
− ロック／アンロック手段の温度がしきい値温度より低いときには前記少なくとも１つのピストンをその非起動位置にロックするように設計されており、前記ロック／アンロック手段の温度が前記しきい値温度を超えるときには前記少なくとも１つのピストンを解放するように設計されているロック／アンロック手段と、
− 前記シールリングをその起動位置に位置させるために、後者（ピストン）が解放されたときに前記少なくとも１つのピストンを動かすように設計されている弾性手段と、
を含んでいる。

本発明によれば、原子炉冷却材ポンプユニットの封止システムの故障によって生じる一次冷却材のリークを補助起動源なしに止めることができる。

本発明による装置のデザインによれば、すでに稼働中の原子炉冷却材ポンプユニットの構成に対して簡単に取り付けることが可能になる。

本発明による装置によれば、装置の自動起動温度、より正確には可溶性要素の組成を調整することによって、装置をそれぞれのタイプの原子炉の動作要求に適合させることもできる。

本発明による受動停止封止装置は、また個別に、またはそれらの技術的に可能な組み合わせによる、以下の１または複数の特徴を有することができる。
− 前記装置は、稼働中の原子炉冷却材ポンプユニットの軸封止システムに組み込まれるように設計されている。
− 前記リングは、前記少なくとも１つのピストンの面取りをした側壁と協働するように設計されている面取りをした側壁を含む。
− 前記ロック／アンロック手段は、しきい値温度８０℃から２００℃の間、好ましくは１５０℃に等しいしきい値温度で、機械的に劣化するように設計されている。
− 前記シールリングは、３００℃を超す温度に耐えるポリマー材料から作られている。
− 前記シールリングは、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）から作られている。
− 前記シールリングは、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）母材およびガラスまたは炭素強化繊維からなる複合材料から作られている。
− 前記シールリングは、金属材料から作られている。
− 前記シールリングは、金属核および前記金属核より展性のある材料でコーティングされている複合材料である。
− 前記金属核より展性のある前記材料は、ポリマーまたはニッケルまたは銀である。
− 前記弾性手段は、圧縮コイルばね、または波形ばね、またはばね座金である。
− 前記装置は、前記リングの周りに分布している複数のピストンおよび複数のロック／アンロック手段を有し、前記ピストンおよび前記ロック／アンロック手段は、それぞれから一定の角を有している。
− 前記装置は、３つのピストンと３つのロック／アンロック手段とを備える。
− 前記装置は、前記シールリングに一体化される分割環（split collar）を含み、前記リングの劣化の場合には前記装置の封止を確保するように設計されている。

本発明の１つの目的は、以下を含む原子炉冷却材ポンプユニットを提供することである。
− 原子炉冷却材ポンプユニットのポンプ軸に沿って配置されたリーク経路に沿って生じるリークを制御するように設計されている封止システムと、
− 前記封止システムが壊れ、前記シールリングが起動されるときに、リークを制御するように、前記封止システムの前記リーク経路を少なくとも部分的に封止するように設計されている本発明による受動停止封止装置と、を含む。

本発明の更なる特徴および利点は、添付図面を参照して、示唆の目的でおよび限定する目的なく、以下に与えられた説明からより明らかになるであろう。

原子炉冷却材ポンプユニットの封止システムの部分断面図である。 原子炉冷却材ポンプユニットの封止システムに組み込まれており、その休止位置にある、本発明による受動停止封止装置を説明する図である。 図２に示されている本発明による受動停止封止装置であって、その起動位置にあるものを説明する図である。

明瞭にするために、全ての図において同一または類似の要素は、同一の参照符号を付している。

加圧水型原子炉の冷却材ポンプは、垂直方向に搭載された遠心型である。軸出口１０（図１）での運動用シールは、３段階から構成されるシールシステムによって保証されている。

第１段階は、ナンバーワン・シールと呼ばれている。ナンバーワン・シールは、Ｊ１として示すが、静水圧封止でリークを制御している。正常な運転においては、矢印Ｆ１によって示されるリーク流は軸１０に沿って生じる。

事故状況においては、ナンバーワン・シールの入口で流体の温度は、一次回路のバルブ閉鎖温度、すなわち約２８０℃に到達する急速な温度上昇を受ける。この温度において、ナンバーワン・シールの性能は劣化し、毎時１０ｍ³を超えるリーク流量という非常に大きなリークの増加を引き起こす。受動停止封止装置（ＳＳＤ）は、この事故状況においてナンバーワン・シールの下流側でリーク路Ｆ１を塞ぐ（ブロックする）ように作られている。

図１は、ナンバーワン・シールとナンバーワン・シールの上流に位置するナンバーツー・シール（図示せず）の間の軸１０に沿ったリーク経路Ｆ１をより詳細に表す。

好ましくは、本発明による停止封止装置２０は、事故状況において、軸１０に沿ったリーク流の流れを塞ぐことができるように、リーク経路Ｆ１に位置している。

図２は、原子炉冷却材ポンプユニットの正常な動作状態の際の、すなわち、リーク流の温度がしきい値よりも低いときの、封止装置２０をより詳細に表す。

図３は、原子炉冷却材ポンプユニットの事故動作状態の際の、すなわち、リーク流の温度がしきい値を超えるときの、封止装置をより詳細に表す。

本発明による停止封止装置２０は、以下を含む。
− 原子炉冷却材ポンプユニットのポンプ軸１０の周囲に同心円状に位置付けられている、分割されたシールリング２３と、
− リーク流路が塞がれていないところのその動作位置に相当するそれ（動作位置）よりもより近づいた位置で、分割されたシールリング２３を拘束するように設計されたピストンタイプの手段２２と、
− リーク流の温度が予め設定されたしきい値よりも低いときは、ピストン２２の位置を休止位置（または非起動位置）と呼ばれる位置にロックするための、および、
リーク流の温度が予め設定されたしきい値と同等以上のときは、ピストン２２の位置をそれらの休止位置から起動位置と呼ばれる位置に到達させるためにアンロックするための、可溶性リングによって形成されたロック／アンロック手段２５と、
− 軸１０の回りに前記分割されたシールリング２３を軸方向に拘束するために、装置２０の異なるピストン２２を軸方向に動かすように設計された、例えば圧縮ばねのような弾性手段２４と、を含む。

ピストン２２は、シールリング２３の周辺の周囲に配置されている。

シールリング２３は、ピストン２２の下部における面取りをした壁３２と協働するように設計された第１の面取りされた側壁３３を有する。

ピストン２２と分割されたシールリング２３との間の接触、より詳細には、ピストンの面取りした壁３２とシールリング２３の面取りした壁３３との間の接触は、複数の弾性手段２４によって確保されている。複数の弾性手段は、例えば、シールリング２３の周辺の周囲に配置されてピストン２２に圧力（strain）を及ぼす、圧縮コイルばね、波形ばね、ばね座金がある。

図２および図３に示された実施形態によれば、ピストン２２は、弾性手段２４に部分的にまたは全体的に適合するように設計された穴３４を含む。

ロック／アンロック手段２５は、所定の温度しきい値からの劣化温度および機械的特性の喪失に基づいて選択された可溶性のポリマー材料から構成されたリングによって形成されている。

本発明の優先的な形態によれば、装置は、原子炉冷却材ポンプユニットのポンプ軸１０の周囲に１２０度で配置された３つのピストン２２および３つの弾性手段２４を含む。

正常な動作状態（図２）下では、シールリング２３はリーク経路Ｆ１から離して置かれたままである。シールリング２３は、ピストン２２が可溶性のリング２５によってそれらの休止位置に保持されるように、ばね復帰によっておよびピストン２２の面取りした壁３２に押し付けることによってこのピストンにロックされている。

事故状態下（図３）では、リーク流の温度の増加は、停止装置２０の近傍の温度、特に可溶性リング２５の温度の増加をもたらす。リーク流の温度が、可溶性リング２５の種類に基づいて定められたしきい値に到達したときに可溶性リングは劣化される。結果的に、可溶性リング２５は、複数の弾性手段２４によって生じる圧力に抗するに十分な機械的強度をもはや確保することが出来ない。温度の増加による可溶性リング２５の溶解は、従ってピストン２２をアンロックすることによって装置２０が起動されることを可能にする。

ピストン２２は、もはやそれらの休止位置に保持されていないので、弾性手段２４によって及ぼされる圧力が、図３に示されたピストンの起動位置までピストンを軸方向に動かす。

ピストン２２の軸方向の動きは、シールリング２３の面取りした壁３３にスライドしながら協働して、ピストン２２の面取りした壁３２を介してシールリング２３に半径方向の圧力を生み出す。

ピストン２２の動きによる半径方向の応力は、分割されたシールリング２３がローター１０の軸に逆らって押し込まれるようにして、分割されたシールリング２３の直径の減少を生じさせる。

従って、ピストンの起動位置において、シールリング２３は、弾性手段２４によって及ぼされる圧力、およびその後、起動位置における封止装置２０の上流における圧力の増加によって引き起こされる高圧蒸気効果によって、リーク経路Ｆ１を塞ぐことを確保する。

本発明の非限定的実施形態によれば、シールリング２３は、その第２の側壁３４に、反突出し環と呼ばれる分割環２６と一体化するように設計された肩部を有する。分割環２６は、シールリング２３の機械的な性質が劣化するような温度となる例外的な状況の際に、特に停止装置の封止を最適に確保するように設計されている。

温度しきい値になるまでは弾性手段２４によって及ぼされる圧力に抵抗することができるように可溶性リング２５のポリマーの選択が行われている。温度しきい値は、８０℃から２００℃の間であり、好ましくは１５０℃に等しい。

停止装置２０のシールリング２３は、例えば、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）または、ガラスまたは炭素繊維で充填されたＰＥＥＫ複合材料などのように、高温（例えば、３００℃を超える）に耐えるポリマー材料から作られることができる。このような材料の使用は、シールリングを高温で弾性のある状態で得ることを可能にし、その（シールリングの）周囲の幾何学的形状に完全に適合するようにシールリングが変形することを許容し、従って、より良い封止品質を保証する。

装置２０の分割されたシールリング２３は、また、金属材料から作られることができる。この場合、残りのリーク流が、シールリング２３とそれらに接触している部分との間のクリアランスの存在により想定される。しかしながら、特に、シールリングがポンプ軸の回転の完全な停止の前に前記装置の起動が確保されている場合に、金属材料の使用により、装置を保持することができる。

分割されたシールリング２３は、また、金属核よりもより展性がある材料、例えば、ポリマー、ニッケル、または銀のような材料によってコーティングされた金属核から形成された複合材料から作ることができる。金属核よりも展性のある主要な材料は、表面層を変形ことにより充填することで、異なる部分の間に存在するクリアランスを許容する。軸の回転によって引き起こされる表面層の摩耗の場合には、密度の高い金属核によって、リーク流の制限を確保することができる。

ピストン２２および反突出し分割環２６は、好ましくは、ステンレスタイプの金属材料から作られている。

Claims (15)

1. リーク流が許容されている非起動位置、および前記リーク流を止める起動位置を有する分割されたシールリング（２３）と、
   前記分割されたシールリング（２３）をその起動位置に位置させるように設計されている少なくとも１つのピストン（２２）と、
   自身の温度がしきい値温度より低いときには前記少なくとも１つのピストン（２２）をその非起動位置にロックするように設計されており、自身の温度が前記しきい値温度を超えるときには前記少なくとも１つのピストン（２２）を解放するように設計されているロック／アンロック手段（２５）と、
   前記分割されたシールリング（２３）をその起動位置に位置させるために、前記ピストンが解放されたときに前記少なくとも１つのピストン（２２）を動かすように設計されている弾性手段（２４）と、
   を含むことを特徴とする原子炉冷却材ポンプユニットの軸封止システムのための受動停止封止装置（２０）。
2. 稼働中の原子炉冷却材ポンプユニットの軸封止システムに組み込まれるように設計されていることを特徴とする請求項１に記載の原子炉冷却材ポンプユニットの軸封止システムのための受動停止封止装置（２０）。
3. 前記分割されたシールリング（２３）は、前記少なくとも１つのピストン（２２）の面取りをした側壁と協働するように設計されている面取りをした側壁を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の原子炉冷却材ポンプユニットの軸封止システムのための受動停止封止装置（２０）。
4. 前記ロック／アンロック手段（２５）は、しきい値温度８０℃から２００℃の間、好ましくは１５０℃に等しいしきい値温度で、機械的に劣化するように設計されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の原子炉冷却材ポンプユニットの軸封止システムのための受動停止封止装置（２０）。
5. 前記分割されたシールリング（２３）は、３００℃を超す温度に耐えるポリマー材料から作られていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の原子炉冷却材ポンプユニットの軸封止システムのための受動停止封止装置（２０）。
6. 前記分割されたシールリング（２３）は、ＰＥＥＫから作られていることを特徴とする請求項５に記載の原子炉冷却材ポンプユニットの軸封止システムのための受動停止封止装置（２０）。
7. 前記分割されたシールリングは、ＰＥＥＫ母材およびガラスまたは炭素強化繊維からなる複合材料から作られていることを特徴とする請求項５または６に記載の原子炉冷却材ポンプユニットの軸封止システムのための受動停止封止装置（２０）。
8. 前記分割されたシールリング（２３）は、金属材料から作られていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の原子炉冷却材ポンプユニットの軸封止システムのための受動停止封止装置（２０）。
9. 前記分割されたシールリング（２３）は、金属核より展性がある材料によってコーティングされた前記金属核から形成された複合材料であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の原子炉冷却材ポンプユニットの軸封止システムのための受動停止封止装置（２０）。
10. 前記金属核より展性がある前記材料は、ポリマーまたはニッケルまたは銀であることを特徴とする請求項９に記載の原子炉冷却材ポンプユニットの軸封止システムのための受動停止封止装置（２０）。
11. 前記弾性手段（２４）は、圧縮コイルばね、または波形ばね、またはばね座金であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の原子炉冷却材ポンプユニットの軸封止システムのための受動停止封止装置（２０）。
12. 前記リング（２３）の周りに分布している複数のピストン（２２）および複数のロック／アンロック手段（２５）を含み、前記複数のピストン（２２）のそれぞれのピストン（２２）は前記複数のロック／アンロック手段（２５）の１つのロック／アンロック手段（２５）と協調動作し、ピストン（２２）とロック／アンロック手段（２５）とのそれぞれの結合は、ピストン（２２）とロック／アンロック手段（２５）との他の結合と一定角度で空間的に離れていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の原子炉冷却材ポンプユニットの軸封止システムのための受動停止封止装置（２０）。
13. 前記装置は、３つのピストン（２２）と３つのロック／アンロック手段（２５）とを備えることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の原子炉冷却材ポンプユニットの軸封止システムのための受動停止封止装置（２０）。
14. 前記装置は、前記分割されたシールリングに一体化される分割環（２６）を含み、前記リング（２３）の劣化の場合には前記装置（２０）の封止を確保するように設計されていることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の原子炉冷却材ポンプユニットの軸封止システムのための受動停止封止装置（２０）。
15. 原子炉冷却材ポンプユニットのポンプ軸に沿って配置されたリーク経路に沿って生じるリークを制御するように設計されている封止システムと、
    前記封止システムが壊れ、前記分割されたシールリングが起動されるときに、リークを制御するように、前記封止システムの前記リーク経路を少なくとも部分的に封止するように設計されている請求項１から１４に記載の受動停止封止装置と、
    を含むことを特徴とする原子炉冷却材ポンプユニット。

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