JPH0226369A - 停止時用軸シール - Google Patents
停止時用軸シールInfo
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- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/08—Sealings
- F04D29/10—Shaft sealings
- F04D29/12—Shaft sealings using sealing-rings
-
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
- F16J15/164—Sealings between relatively-moving surfaces the sealing action depending on movements; pressure difference, temperature or presence of leaking fluid
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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- F04D29/08—Sealings
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- F04D29/126—Shaft sealings using sealing-rings especially adapted for liquid pumps
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
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- F16J15/002—Sealings comprising at least two sealings in succession
- F16J15/008—Sealings comprising at least two sealings in succession with provision to put out of action at least one sealing; One sealing sealing only on standstill; Emergency or servicing sealings
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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-
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- Y10S277/00—Seal for a joint or juncture
- Y10S277/931—Seal including temperature responsive feature
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Mechanical Sealing (AREA)
- Sealing Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は一般に軸シールに関し、より詳細には、形状記
憶金属を用いた原子炉冷却材ポンプ用軸シールに間する
ものである。
憶金属を用いた原子炉冷却材ポンプ用軸シールに間する
ものである。
Ｌ１１先立１」
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。そして、蒸気はタービン式発電
機を駆動するために用いられる。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。
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。そして、蒸気はタービン式発電
機を駆動するために用いられる。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１７６ｋｇ／ａｓ２
（２５００ｐｓｉ）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。該ポンプは
、基本的に、下部から上部にかけて３つの普遍的部分、
即ち、水圧部分と、軸シール部分と、モータ部分とを備
えている。下部の水圧部分は、ポンプ軸の下端に取り付
けられたインペラーを有しており、対応のループに原子
炉冷却材を圧送すべくポンプ軸はポンプハウジング内で
駆動される。上部のモータ部分は、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、直列に配置された３つの封止装置、即ち、下部
の第１封止装置、中間の第２封止装置及び上部の第３封
止装置を有している。これらの封止装置はポンプ軸の上
端の近傍に該ポンプ軸と同軸に配置されており、これら
を共働させる目的は、原子炉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
を最小とすることにある。従来から知られているポンプ
軸封止装置の代表的な例は、米国特許第３，５２２，９
４８号、同第３，５２９，８３８号、同第３，６３２，
１１７号、同第３，７２０，２２２号及び同第４，２７
５，８９１号明細書に開示されている。
ば約２８８℃（５５０”Ｆ） 、約１７６ｋｇ／ａｓ２
（２５００ｐｓｉ）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。該ポンプは
、基本的に、下部から上部にかけて３つの普遍的部分、
即ち、水圧部分と、軸シール部分と、モータ部分とを備
えている。下部の水圧部分は、ポンプ軸の下端に取り付
けられたインペラーを有しており、対応のループに原子
炉冷却材を圧送すべくポンプ軸はポンプハウジング内で
駆動される。上部のモータ部分は、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、直列に配置された３つの封止装置、即ち、下部
の第１封止装置、中間の第２封止装置及び上部の第３封
止装置を有している。これらの封止装置はポンプ軸の上
端の近傍に該ポンプ軸と同軸に配置されており、これら
を共働させる目的は、原子炉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
を最小とすることにある。従来から知られているポンプ
軸封止装置の代表的な例は、米国特許第３，５２２，９
４８号、同第３，５２９，８３８号、同第３，６３２，
１１７号、同第３，７２０，２２２号及び同第４，２７
５，８９１号明細書に開示されている。
静止ポンプ圧力バウンダリーと回転軸との間の境界面を
機械的に封止するポンプ軸封止装置は、過度の漏洩を生
ずることなく、約１５８ｋｇ／ｃ鴎２ （２２５０ｐｓ
ｉ）もの高い系統圧力を封することができなければなら
ない、直列に配置された３つの封止装置が段階的に圧力
を抑えるために用いられる。これらの３つの機械式ポン
プ封止装置は漏洩制御シールであり、作動において、各
段階で制御漏洩量を最小とすることができ、また、−次
冷却系統から対応のシールリークオフボート（ｓｅａｌ
１ｅａｋｏｆｆ ｐｏｒｔ）への原子炉冷却材の過度
の漏洩を防止する。
機械的に封止するポンプ軸封止装置は、過度の漏洩を生
ずることなく、約１５８ｋｇ／ｃ鴎２ （２２５０ｐｓ
ｉ）もの高い系統圧力を封することができなければなら
ない、直列に配置された３つの封止装置が段階的に圧力
を抑えるために用いられる。これらの３つの機械式ポン
プ封止装置は漏洩制御シールであり、作動において、各
段階で制御漏洩量を最小とすることができ、また、−次
冷却系統から対応のシールリークオフボート（ｓｅａｌ
１ｅａｋｏｆｆ ｐｏｒｔ）への原子炉冷却材の過度
の漏洩を防止する。
通常、ポンプ封止装置において冷却流体を注入すること
により、或は−次冷却材がポンプ封止装置に達する前に
その一次冷却材を冷却する熱交換器を使用することによ
り、ポンプ封止装置は一次冷却系統の温度よりも十分に
低い温度に維持される。これらの系統に理論上考えられ
る故障ないしは損傷が生じた場合、封止装置は高温にさ
らされ、封止装置を故障させる可能性がある。他の理由
で封止装置が故障すると、注入系統及び冷却系統の容量
を越える漏洩を起こす恐れがある。いずれの場合におい
ても、封止装置は高温にさらされる。
により、或は−次冷却材がポンプ封止装置に達する前に
その一次冷却材を冷却する熱交換器を使用することによ
り、ポンプ封止装置は一次冷却系統の温度よりも十分に
低い温度に維持される。これらの系統に理論上考えられ
る故障ないしは損傷が生じた場合、封止装置は高温にさ
らされ、封止装置を故障させる可能性がある。他の理由
で封止装置が故障すると、注入系統及び冷却系統の容量
を越える漏洩を起こす恐れがある。いずれの場合におい
ても、封止装置は高温にさらされる。
一方は封止装置の故障を生じ、他方は封止装置の故障か
ら起因する、という違いがあるだけである。
ら起因する、という違いがあるだけである。
万が一封止装置が全突発故障を生ずると、過度の漏れ率
となり、その極限においては、原子炉の炉心に原子炉冷
却材が行き渡らず、その後、炉心損傷を引き起こす恐れ
がある。
となり、その極限においては、原子炉の炉心に原子炉冷
却材が行き渡らず、その後、炉心損傷を引き起こす恐れ
がある。
従って、標準的な封止装置が故障した場合にそこからの
過度の漏洩を防止するために、該封止装置をバックアッ
プする効果的な手段が必要とされている。
過度の漏洩を防止するために、該封止装置をバックアッ
プする効果的な手段が必要とされている。
１胛ｍ
本発明は、前記必要性を満足するよう設計された原子炉
冷却材ポンプの軸シールを提供する０本発明による軸シ
ールは、標準的な封止装置が故障した場合にその封止装
置をバックアップするための補助安全シール、即ち停止
時用軸シールを提供する。形状記憶金属がバックアップ
用のシールを自動的に作動させるために用いられ、その
機構は本質的に極めて簡単なものとなっている。
冷却材ポンプの軸シールを提供する０本発明による軸シ
ールは、標準的な封止装置が故障した場合にその封止装
置をバックアップするための補助安全シール、即ち停止
時用軸シールを提供する。形状記憶金属がバックアップ
用のシールを自動的に作動させるために用いられ、その
機構は本質的に極めて簡単なものとなっている。
より詳細には、封止装置に故障が生じた際における過度
の漏洩を防止するために、本発明による手段は、封止装
置と共働する停止時用軸シールを更に組み込むこととし
ている。停止時用軸シールは、通常時は非封止状態ない
しは非係合状態にあるが、静止状態でポンプ軸と共働し
、通常の運転温度よりも高い温度にさらされることによ
り自動的に作動状態となる。この概念は、成る相転移温
度で著しい形状変化を受ける形状記憶金属を当該シール
若しくはシール作動機構に対して独特に適用することに
より、本質的に簡単で新規なものとなっている。
の漏洩を防止するために、本発明による手段は、封止装
置と共働する停止時用軸シールを更に組み込むこととし
ている。停止時用軸シールは、通常時は非封止状態ない
しは非係合状態にあるが、静止状態でポンプ軸と共働し
、通常の運転温度よりも高い温度にさらされることによ
り自動的に作動状態となる。この概念は、成る相転移温
度で著しい形状変化を受ける形状記憶金属を当該シール
若しくはシール作動機構に対して独特に適用することに
より、本質的に簡単で新規なものとなっている。
従って、本発明は、軸が貫通して延びている支持構造体
に対して流体がその軸に沿って流通するのを防止するた
めの停止時用軸シールに向けられている。停止時用軸シ
ールは、取付部分と封止部分とを有する環状部材から成
る。環状部材はその取付部分で支持構造体に取り付けら
れ、封止部分は軸の一部分（以下、ｒ軸部分」と称する
）の周囲に配置される。環状部材は温度応答可変形状材
料から作られ、所定温度以下では、停止時用軸シールの
非作動非封止状態を画成するよう、封止部分が軸部分か
ら離隔される拡張形状となる。他方、所定温度以上の場
合、環状部材は、停止時用軸シールの作動封止状態を画
成するように、封止部分が軸部分に接触する収縮形状と
なる。より詳細には、温度応答可変形状材料は形状記憶
金属材料である。更に、所定温度はその材料の転移温度
である。
に対して流体がその軸に沿って流通するのを防止するた
めの停止時用軸シールに向けられている。停止時用軸シ
ールは、取付部分と封止部分とを有する環状部材から成
る。環状部材はその取付部分で支持構造体に取り付けら
れ、封止部分は軸の一部分（以下、ｒ軸部分」と称する
）の周囲に配置される。環状部材は温度応答可変形状材
料から作られ、所定温度以下では、停止時用軸シールの
非作動非封止状態を画成するよう、封止部分が軸部分か
ら離隔される拡張形状となる。他方、所定温度以上の場
合、環状部材は、停止時用軸シールの作動封止状態を画
成するように、封止部分が軸部分に接触する収縮形状と
なる。より詳細には、温度応答可変形状材料は形状記憶
金属材料である。更に、所定温度はその材料の転移温度
である。
更に詳細に述べるならば、環状部材の取付部分は、軸の
縦軸線に対して放射方向外方に延びるフランジである。
縦軸線に対して放射方向外方に延びるフランジである。
環状部材の封止部分は、フランジに一体的に結合され該
フランジから軸の縦軸線に沿って延びるカラーである。
フランジから軸の縦軸線に沿って延びるカラーである。
環状部材が拡張形状となっている場合、カラーは軸の縦
軸線に対してほぼ平行に延び、軸部分の外径よりも大き
な内径を有する。また、環状部材が収縮形状となってい
る場合には、カラーは軸の縦軸線に対して概ね傾斜して
延びており、軸部分の外径よりも小さな内径を有する。
軸線に対してほぼ平行に延び、軸部分の外径よりも大き
な内径を有する。また、環状部材が収縮形状となってい
る場合には、カラーは軸の縦軸線に対して概ね傾斜して
延びており、軸部分の外径よりも小さな内径を有する。
一実施態様において、停止時用軸シールの環状部分は滑
り面接合型二次シールの静止部分を形成するようになっ
ており、支持構造体と機械的な二次シールの非回転要素
との間で軸方向に変位可能となる。他の実施態様におい
ては、停止時用軸シールの環状部分は、滑り面接合型二
次シールの静止部分に取付可能な中空シェルを形成する
ようになっている６ また、本発明は、軸と、流体を封する支持構造体たるハ
ウジングとを備えるポンプに前述の停止時用軸シールを
設けることを目的としている。ハウジングは開口を有し
、この開口を通って軸がハウジングに対して延びている
。
り面接合型二次シールの静止部分を形成するようになっ
ており、支持構造体と機械的な二次シールの非回転要素
との間で軸方向に変位可能となる。他の実施態様におい
ては、停止時用軸シールの環状部分は、滑り面接合型二
次シールの静止部分に取付可能な中空シェルを形成する
ようになっている６ また、本発明は、軸と、流体を封する支持構造体たるハ
ウジングとを備えるポンプに前述の停止時用軸シールを
設けることを目的としている。ハウジングは開口を有し
、この開口を通って軸がハウジングに対して延びている
。
本発明の上記及び他の特徴や効果は、本発明の実施例を
示す図面に沿っての以下の詳細な説明を読むことによっ
て、当業者にとり明らかとなろう。
示す図面に沿っての以下の詳細な説明を読むことによっ
て、当業者にとり明らかとなろう。
の− ｔ＝日
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−又は相当部分を示している。また、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。
て同−又は相当部分を示している。また、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。
の ンプ
図面、特に第１図を参照すると、従来の原子炉の冷却系
統における複数の冷却ループｌＯのうちの１つが概略的
に示されている。冷却ループ１０は、原子炉の炉心１６
に閉回路で直列に接続された蒸気発生器１２と、原子炉
冷却材ポンプ１４とを備えている。蒸気発生器１２は、
その入口プレナム２０と出口プレナム２２と連通ずる一
次系管１８を備えている。
統における複数の冷却ループｌＯのうちの１つが概略的
に示されている。冷却ループ１０は、原子炉の炉心１６
に閉回路で直列に接続された蒸気発生器１２と、原子炉
冷却材ポンプ１４とを備えている。蒸気発生器１２は、
その入口プレナム２０と出口プレナム２２と連通ずる一
次系管１８を備えている。
蒸気発生器１２の入口プレナム２０は、炉心１６の出口
と流通可能に連結されており、該出口から閉回路の流路
２４を経て高温の冷却材を受は入れるようになっている
。蒸気発生器１２の出口プレナム２２は、閉回路の流路
２６を介して原子炉冷却材ポンプ１４の入口吸込み側と
流通可能に連結されている。原子炉冷却材ポンプ１４の
出口圧力側は炉心１６の入口と流通可能に連結され、該
入口に閉回路の流路２８を通して低温の冷却材を供給す
るようになっている。
と流通可能に連結されており、該出口から閉回路の流路
２４を経て高温の冷却材を受は入れるようになっている
。蒸気発生器１２の出口プレナム２２は、閉回路の流路
２６を介して原子炉冷却材ポンプ１４の入口吸込み側と
流通可能に連結されている。原子炉冷却材ポンプ１４の
出口圧力側は炉心１６の入口と流通可能に連結され、該
入口に閉回路の流路２８を通して低温の冷却材を供給す
るようになっている。
簡単に述べるならば、原子炉冷却材ポンプ１４は、冷却
材を高圧で閉回路内を圧送する。詳細には、炉心１６か
ら流出する高温の冷却材は、蒸気発生器１２の入口２０
に導かれ、そこに連通している１次系管１８に導入され
る。高温の冷却材は、１次系管１８内において、公知手
段（図示しない）を経て蒸気発生器１２に供給される冷
却給水と熱交換関係で流れる。冷却給水は加熱され、そ
の一部がタービン発電８！（図示しない）を駆動する際
に用いるために蒸気に変換される。そして、熱交換によ
り温度が下がった冷却材は、原子炉冷却材ポンプ１４を
経て炉心１６に再循環される。
材を高圧で閉回路内を圧送する。詳細には、炉心１６か
ら流出する高温の冷却材は、蒸気発生器１２の入口２０
に導かれ、そこに連通している１次系管１８に導入され
る。高温の冷却材は、１次系管１８内において、公知手
段（図示しない）を経て蒸気発生器１２に供給される冷
却給水と熱交換関係で流れる。冷却給水は加熱され、そ
の一部がタービン発電８！（図示しない）を駆動する際
に用いるために蒸気に変換される。そして、熱交換によ
り温度が下がった冷却材は、原子炉冷却材ポンプ１４を
経て炉心１６に再循環される。
原子炉冷却材ポンプ１４は、多量の冷却材を、高温且つ
高圧で閉回路全体に流すことができなければならない、
熱交換後に蒸気発生器１２からポンプ１４に流れる冷却
材の温度は、熱交換前に炉心１６から蒸気発生器１２に
流れる冷却材の温度以下に実質的に冷却されるが、その
温度はまだ比較的に高く、一般的には約２８８℃（５５
０°Ｆ）である、このような相対温度で冷却材を液相で
維持するために、冷却系統は注入ポンプ（図示しない）
によって加圧され、約１５８に４／ｃ輪２（２２５０ｐ
ｓｉ ）の圧力で作動される。
高圧で閉回路全体に流すことができなければならない、
熱交換後に蒸気発生器１２からポンプ１４に流れる冷却
材の温度は、熱交換前に炉心１６から蒸気発生器１２に
流れる冷却材の温度以下に実質的に冷却されるが、その
温度はまだ比較的に高く、一般的には約２８８℃（５５
０°Ｆ）である、このような相対温度で冷却材を液相で
維持するために、冷却系統は注入ポンプ（図示しない）
によって加圧され、約１５８に４／ｃ輪２（２２５０ｐ
ｓｉ ）の圧力で作動される。
第２図及び第３図に示されるように、原子炉冷却材ポン
プ１４は、一般に、一端が封止ハウジング（支持構造体
）３２で終端しているポンプハウジング３０を有してい
る。また、ポンプ１４は軸（以下、「ポンプ軸」と称す
る）３４を有し、このポンプ軸３４は、ポンプハウジン
グ３０の中心で延びると共に、封止ハウジング３２内で
封止可能に且つ回転可能に取り付けられている。図示さ
れていないが、ポンプ軸３４の下部部分はインペラーに
連結され、上部部分は高馬力の誘導型モータに連結され
ている。
プ１４は、一般に、一端が封止ハウジング（支持構造体
）３２で終端しているポンプハウジング３０を有してい
る。また、ポンプ１４は軸（以下、「ポンプ軸」と称す
る）３４を有し、このポンプ軸３４は、ポンプハウジン
グ３０の中心で延びると共に、封止ハウジング３２内で
封止可能に且つ回転可能に取り付けられている。図示さ
れていないが、ポンプ軸３４の下部部分はインペラーに
連結され、上部部分は高馬力の誘導型モータに連結され
ている。
モータがポンプ軸３４を回転させると、ポンプハウジン
グ３０の内部３６のインペラーが、加圧された冷却材を
原子炉冷却系統を通して流通させる。封止ハウジング３
２の上部部分は周囲の雰囲気により囲まれているので、
この加圧された冷却材は、上向きの静圧荷重をポンプ軸
３４に及ぼす。
グ３０の内部３６のインペラーが、加圧された冷却材を
原子炉冷却系統を通して流通させる。封止ハウジング３
２の上部部分は周囲の雰囲気により囲まれているので、
この加圧された冷却材は、上向きの静圧荷重をポンプ軸
３４に及ぼす。
ポンプハウジング３０の内部３６と封止ハウジング３２
の外部との間に約１５８ｋｇ／ｃｆｉ２（２２５０ｐｓ
ｉ ）の圧力バウンダリーを維持しながら、ポンプ軸３
４が封止ハウジング３２内で自由に回転し得るように、
直列に配置された下部の第１封止装置３８、・中間の第
２封止装Ｗ４０及び上部の第３封止装置４２が、封止ハ
ウジング３２内に、ポンプ軸３４の回りの第２．３図に
示される部分に設けられている。圧力封止の大部分（約
１５５ｋｇ／ａｍ２（２２００ｐｓｉ））を行う下部の
第１封止装置３８は非接触静圧式であり、他方、第２及
び第３封止装置４０．４２は接触・摩擦機械式である。
の外部との間に約１５８ｋｇ／ｃｆｉ２（２２５０ｐｓ
ｉ ）の圧力バウンダリーを維持しながら、ポンプ軸３
４が封止ハウジング３２内で自由に回転し得るように、
直列に配置された下部の第１封止装置３８、・中間の第
２封止装Ｗ４０及び上部の第３封止装置４２が、封止ハ
ウジング３２内に、ポンプ軸３４の回りの第２．３図に
示される部分に設けられている。圧力封止の大部分（約
１５５ｋｇ／ａｍ２（２２００ｐｓｉ））を行う下部の
第１封止装置３８は非接触静圧式であり、他方、第２及
び第３封止装置４０．４２は接触・摩擦機械式である。
一般に、ポンプ１４における各封止装置３８．４０．４
２は、ポンプ軸３４にこれと共に回転するように取り付
けられた環状のランナ４４．４６．４８と、封止ハウジ
ング３２内に固定された環状の封止リング５０．５２．
５４をそれぞれ有している。対をなすランナ４４．４６
．４８と封止リング５０．５２．５４とは、それぞれ、
互いに対向している上向きの端面５６．５８．６０と、
下向きの端面６２．６４．６６とを有している。下部の
第１封止装置３８におけるランナ４４と封止リング５０
の対向面５２．６２は、通常、互いに接しておらず、一
般的には流体膜がその間を流れている。他方、中間の第
２封止装置のランナ４６と封止リング５２の対向面５８
．６４、及び上部の第３封止装置のランナ４８．５４の
対向面６０．６６は、互いに対して接触ないしは摩擦係
合しているのが一般的である。
２は、ポンプ軸３４にこれと共に回転するように取り付
けられた環状のランナ４４．４６．４８と、封止ハウジ
ング３２内に固定された環状の封止リング５０．５２．
５４をそれぞれ有している。対をなすランナ４４．４６
．４８と封止リング５０．５２．５４とは、それぞれ、
互いに対向している上向きの端面５６．５８．６０と、
下向きの端面６２．６４．６６とを有している。下部の
第１封止装置３８におけるランナ４４と封止リング５０
の対向面５２．６２は、通常、互いに接しておらず、一
般的には流体膜がその間を流れている。他方、中間の第
２封止装置のランナ４６と封止リング５２の対向面５８
．６４、及び上部の第３封止装置のランナ４８．５４の
対向面６０．６６は、互いに対して接触ないしは摩擦係
合しているのが一般的である。
第１封止装置３８は通常、膜・支持モードで作動するの
で、封止ハウジング３２と、該ハウジング３２に回転可
能に取り付けられたポンプ軸３４との間の環状スペース
に漏洩する冷却材を処理するために、何等かの措置を採
らなければならない、従って、封止ハウジング３２は第
１リークオフボート６８を備え、他方、リークオフボー
ト７０が第２及び第３封止装Ｗ４０．４２から漏洩する
冷却材を処理する。
で、封止ハウジング３２と、該ハウジング３２に回転可
能に取り付けられたポンプ軸３４との間の環状スペース
に漏洩する冷却材を処理するために、何等かの措置を採
らなければならない、従って、封止ハウジング３２は第
１リークオフボート６８を備え、他方、リークオフボー
ト７０が第２及び第３封止装Ｗ４０．４２から漏洩する
冷却材を処理する。
の シール
本発明によれば、封止が万が−損なわれた場合に原子炉
冷却材ポンプ１４の封止装置３８．４０．４２とポンプ
軸３４との間で当該ポンプ軸３４に沿って生ずる過度の
漏洩を防止するよう作動し得るバックアップ安全装置若
しくは停止時装置として、更に停止時用軸シール７２を
ポンプ１４に設けるのが有効である。第３図に示される
ように、従来の各封止装置３８．４０．４２は滑り面接
合型の二次シールフ４も備えている。第４図〜第７図及
び第８図〜第１０図にそれぞれ示す２つの型式の停止時
用軸シール７２．７２Ａは図示の如く二次シール７４に
組み込まれるが、これらの停止時用軸シール７２．７２
Ａのいずれかがポンプ軸３４に沿って封止装置３８．４
０．４２の上方又は下方に設けられても良い。
冷却材ポンプ１４の封止装置３８．４０．４２とポンプ
軸３４との間で当該ポンプ軸３４に沿って生ずる過度の
漏洩を防止するよう作動し得るバックアップ安全装置若
しくは停止時装置として、更に停止時用軸シール７２を
ポンプ１４に設けるのが有効である。第３図に示される
ように、従来の各封止装置３８．４０．４２は滑り面接
合型の二次シールフ４も備えている。第４図〜第７図及
び第８図〜第１０図にそれぞれ示す２つの型式の停止時
用軸シール７２．７２Ａは図示の如く二次シール７４に
組み込まれるが、これらの停止時用軸シール７２．７２
Ａのいずれかがポンプ軸３４に沿って封止装置３８．４
０．４２の上方又は下方に設けられても良い。
第４図及び第１０図の両実施例において、停止時用軸シ
ール７２．７２Ａが組み込まれた滑り面接合型の二次シ
ール７４は、従来の構成と同様に、静止した封止ハウジ
ング３２に取り付けられた環状のインサート７６と、ポ
ンプ軸３４に固定された環状の封止ランナ７８と、封止
ランナ７８により係合されると共に、ポンプ軸３４の軸
線方向の動きに応じてインサート７６に対して軸線方向
に移動できる環状の封止リング８０とを備えている。イ
ンサート７６には、０リング８４又は他の二次シールの
ための外部円筒形着座面８２が設けられている。インサ
ート７６の着座面８２は、封止ハウジング３２とインサ
ート７６に対してポンプ軸３４と共に封止リング８０が
移動するのを可能とする。
ール７２．７２Ａが組み込まれた滑り面接合型の二次シ
ール７４は、従来の構成と同様に、静止した封止ハウジ
ング３２に取り付けられた環状のインサート７６と、ポ
ンプ軸３４に固定された環状の封止ランナ７８と、封止
ランナ７８により係合されると共に、ポンプ軸３４の軸
線方向の動きに応じてインサート７６に対して軸線方向
に移動できる環状の封止リング８０とを備えている。イ
ンサート７６には、０リング８４又は他の二次シールの
ための外部円筒形着座面８２が設けられている。インサ
ート７６の着座面８２は、封止ハウジング３２とインサ
ート７６に対してポンプ軸３４と共に封止リング８０が
移動するのを可能とする。
環状インサート７６は、環状の取付フランジ（取付部分
）８６と、該フランジ８６に一体的に結合されそこから
ポンプ軸３４の縦軸線Ａに沿って軸線方向に延びる環状
の封止カラー（封止部分）８８とから構成されている。
）８６と、該フランジ８６に一体的に結合されそこから
ポンプ軸３４の縦軸線Ａに沿って軸線方向に延びる環状
の封止カラー（封止部分）８８とから構成されている。
取付フランジ８６は封止カラー８８から放射方向外方に
延び、ポンプ軸３４の縦軸線Ａにほぼ直角に延びている
。インサート７６はその取付フランジ８６で封止ハウジ
ング３２に取り付けられ、封止カラー８８をポンプ軸３
４の周囲に配置するようになっている。
延び、ポンプ軸３４の縦軸線Ａにほぼ直角に延びている
。インサート７６はその取付フランジ８６で封止ハウジ
ング３２に取り付けられ、封止カラー８８をポンプ軸３
４の周囲に配置するようになっている。
しかしながら、第４図〜第７図の実施例においては、環
状のインサート７６は従来のものと異なり、ポンプ軸３
４の軸線方向の一部分（軸部分）３４Ａに関連して封止
機能を果たすことのできる停止時用軸シール７２の環状
部材を構成するよう、形状記憶金属材料のような温度応
答可変形状材料から構成されている。形状記憶金属それ
自体は周知である。
状のインサート７６は従来のものと異なり、ポンプ軸３
４の軸線方向の一部分（軸部分）３４Ａに関連して封止
機能を果たすことのできる停止時用軸シール７２の環状
部材を構成するよう、形状記憶金属材料のような温度応
答可変形状材料から構成されている。形状記憶金属それ
自体は周知である。
このような材料の一般論については、サイエンチイフィ
ック・アメリカン（Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ａｍｅｒｉ
ｃａｎ）の１９７９年１１月号の記事“形状記憶合金”
（第２４１巻、７４〜８２頁）を参考にされたい。
ック・アメリカン（Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ａｍｅｒｉ
ｃａｎ）の１９７９年１１月号の記事“形状記憶合金”
（第２４１巻、７４〜８２頁）を参考にされたい。
第５図には、環状の形状記憶インサート７６が初期の収
縮形状で示されている。このような収縮形状を作るため
に、まず、インサートフロはその形状記憶金属の転移温
度以上に熱処理され、次いで、ポンプ軸３４の外径より
も小さな内径となるように封止カラー８８が前記高温下
で機械加工される。第６図には、環状インサート７６が
最終的な拡張形状で示されており、これは第４図にも示
されている。
縮形状で示されている。このような収縮形状を作るため
に、まず、インサートフロはその形状記憶金属の転移温
度以上に熱処理され、次いで、ポンプ軸３４の外径より
も小さな内径となるように封止カラー８８が前記高温下
で機械加工される。第６図には、環状インサート７６が
最終的な拡張形状で示されており、これは第４図にも示
されている。
このような拡張形状に形成するために、インサートフロ
はまず転移温度以下に冷却され、次にポンプ軸３４の外
径よりも大きな内径となるよう冷間加工される。このよ
うな環状の形状記憶インサート７６をポンプ１４に使用
している間、インサート７６の温度がその形状記憶金属
材料の転移温度以下である限り、該インサート７６は第
４図及び第６図の拡張形状を呈し、その場合、停止時用
軸シール７２の非作動非封止状態を画成すべく環状の封
止カラー８８はポンプ軸３４から離隔される。他方、形
状記憶金属材料の転移温度以上となると、環状のインサ
ート７６の封止カラー８８は第５図及び第７図の収縮形
状に戻る。カラー８８が収縮すると、該カラー８８はポ
ンプ軸３４の軸部分３４Ａの周囲と封止接触し、停止時
用軸シール７２の作動封止状態を画成するようになって
いる。更に、この封止はインサート７６の封止カラー８
８の外面に対する封止流体の圧力により助長される。
はまず転移温度以下に冷却され、次にポンプ軸３４の外
径よりも大きな内径となるよう冷間加工される。このよ
うな環状の形状記憶インサート７６をポンプ１４に使用
している間、インサート７６の温度がその形状記憶金属
材料の転移温度以下である限り、該インサート７６は第
４図及び第６図の拡張形状を呈し、その場合、停止時用
軸シール７２の非作動非封止状態を画成すべく環状の封
止カラー８８はポンプ軸３４から離隔される。他方、形
状記憶金属材料の転移温度以上となると、環状のインサ
ート７６の封止カラー８８は第５図及び第７図の収縮形
状に戻る。カラー８８が収縮すると、該カラー８８はポ
ンプ軸３４の軸部分３４Ａの周囲と封止接触し、停止時
用軸シール７２の作動封止状態を画成するようになって
いる。更に、この封止はインサート７６の封止カラー８
８の外面に対する封止流体の圧力により助長される。
第８図〜第１０図に示される他の実施例において、停止
時用軸シール７２Ａの環状部材は、環状のインサート７
６ではなく、インサート７６と同軸にその内側に取り付
けられた中空の薄肉のスリーブ若しくはシェル９０とな
っている。この実施例では、滑り面接合型二次シール７
４は従来と同様な全体構成を有している。しかしながら
、ここでは、形状記憶金属材料から作られたシェル９０
が軸部分３４Ａと共働して封止機能を果たす、停止時用
軸シール７２Ａのシェル９０は、前述の環状の形状記憶
インサート７６と形状が近似している取付フランジ（取
付部分）９２と、封止カラー（封止部分）９４とを有し
ている。取付フランジ９２は、封止ハウジング３２とイ
ンサート７６の取付フランジ８６との間に配置され、該
ハウジング３２に取り付けられる。封止カラー９４は軸
部分３４Ａの周囲に配置される。インサートに代えて封
止構成要素としてシェル９０を使用する利点は、温度が
転移温度を通過するのに応じてシェル９０の形状が変化
することによっては、滑り面接合型二次シールの構成要
素の封止関係が損なわれる危険性がない、という点にあ
る。
時用軸シール７２Ａの環状部材は、環状のインサート７
６ではなく、インサート７６と同軸にその内側に取り付
けられた中空の薄肉のスリーブ若しくはシェル９０とな
っている。この実施例では、滑り面接合型二次シール７
４は従来と同様な全体構成を有している。しかしながら
、ここでは、形状記憶金属材料から作られたシェル９０
が軸部分３４Ａと共働して封止機能を果たす、停止時用
軸シール７２Ａのシェル９０は、前述の環状の形状記憶
インサート７６と形状が近似している取付フランジ（取
付部分）９２と、封止カラー（封止部分）９４とを有し
ている。取付フランジ９２は、封止ハウジング３２とイ
ンサート７６の取付フランジ８６との間に配置され、該
ハウジング３２に取り付けられる。封止カラー９４は軸
部分３４Ａの周囲に配置される。インサートに代えて封
止構成要素としてシェル９０を使用する利点は、温度が
転移温度を通過するのに応じてシェル９０の形状が変化
することによっては、滑り面接合型二次シールの構成要
素の封止関係が損なわれる危険性がない、という点にあ
る。
第８図は、初期の収縮形状にある停止時用軸シール７２
Ａの形状記憶シェル９０を示している。このような収縮
形状に構成するためには、第５図のインサート７６に関
して前述したのと同様な方法でシェル９０を加工し、ポ
ンプ軸３４の外径に対するその内径の関係を前記インサ
ート７６の場合と同様にする。第９図は最終の拡張形状
にある形状記憶シェル９０を示している。このような拡
張形状を構成する場合も、第６図のインサート７６に関
して前述したのと同様な方法でシェル９０を加工し、ポ
ンプ軸３４の外径に対するその内径の関係を前記インサ
ート７６と同様にする。
Ａの形状記憶シェル９０を示している。このような収縮
形状に構成するためには、第５図のインサート７６に関
して前述したのと同様な方法でシェル９０を加工し、ポ
ンプ軸３４の外径に対するその内径の関係を前記インサ
ート７６の場合と同様にする。第９図は最終の拡張形状
にある形状記憶シェル９０を示している。このような拡
張形状を構成する場合も、第６図のインサート７６に関
して前述したのと同様な方法でシェル９０を加工し、ポ
ンプ軸３４の外径に対するその内径の関係を前記インサ
ート７６と同様にする。
第１０図はシェル９０が組み込まれた滑り面接合型二次
シール７４を示している。尚、軸部分３４Ａの左側には
、シェル９０がその最終の拡張形状、即ち停止時用軸シ
ールフ２Ａの非作動状態で示されている。他方、軸部分
３４Ａの右側には、シェル９０がその初期の収縮形状で
示され、この場合、停止時用軸シール７２Ａは作動状態
にある。
シール７４を示している。尚、軸部分３４Ａの左側には
、シェル９０がその最終の拡張形状、即ち停止時用軸シ
ールフ２Ａの非作動状態で示されている。他方、軸部分
３４Ａの右側には、シェル９０がその初期の収縮形状で
示され、この場合、停止時用軸シール７２Ａは作動状態
にある。
停止時用軸シール７２．７２Ａは通常時は非作動状態と
なっているが、ポンプ軸３４が静止、即ち回転していな
い場合に通常の運転温度よりも高い温度の流体にさらさ
れることにより概ね自動的に作動することは容易に理解
されよう、形状記！インサート７６又はシェル９０は成
る相転移温度で著しい形状変化を呈し、ポンプ軸３４と
共働して封止を行う。
なっているが、ポンプ軸３４が静止、即ち回転していな
い場合に通常の運転温度よりも高い温度の流体にさらさ
れることにより概ね自動的に作動することは容易に理解
されよう、形状記！インサート７６又はシェル９０は成
る相転移温度で著しい形状変化を呈し、ポンプ軸３４と
共働して封止を行う。
形状記憶効果を示す金属、例えばニッケル・チタン合金
又は銅合金等は、成る遷移温度以上に加熱されると、軟
質のマルテンサイト相から硬質のオーステナイト相に変
わる。マルテンサイト相にある間に最終形状に可塑的に
変形された場合、温度がその金属についての転移温度以
上に上昇すると、形状記憶金属はその初期形状若しくは
元の形状に戻る６合金の種類に応じて、転移温度以下に
冷却された場合に最終の変形形状に再び戻るよう変化す
る場合と、そのような変化を生じない場合とがある。
又は銅合金等は、成る遷移温度以上に加熱されると、軟
質のマルテンサイト相から硬質のオーステナイト相に変
わる。マルテンサイト相にある間に最終形状に可塑的に
変形された場合、温度がその金属についての転移温度以
上に上昇すると、形状記憶金属はその初期形状若しくは
元の形状に戻る６合金の種類に応じて、転移温度以下に
冷却された場合に最終の変形形状に再び戻るよう変化す
る場合と、そのような変化を生じない場合とがある。
本発明及びこれに付随する多くの利点は、上の説明から
理解されるであろう、また、本発明の精神及び範囲を逸
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、構成及び配列に関し、種々の変更が可能で
あることは明らかであり、よって、以上に述べた形態は
単に本発明の好適な実施例に過ぎない。
理解されるであろう、また、本発明の精神及び範囲を逸
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、構成及び配列に関し、種々の変更が可能で
あることは明らかであり、よって、以上に述べた形態は
単に本発明の好適な実施例に過ぎない。
第１図は、原子炉の炉心と閉回路で直列に接続された蒸
気発生器及び原子炉冷却材ポンプを具備する従来の原子
炉冷却系統における冷却ループの１つを示す概略説明図
、第２図は、従来の原子炉冷却材ポンプの軸シール部分
を示す一部切欠き斜視図であり、封止ハウ゛ジングと、
軸シール部分において該封止ハウジング内に配置されポ
ンプ軸を囲んでいる第１、第２及び第３の封止装置との
断面を示す図、第３図は、第２図に示された従来の原子
炉冷却材ポンプの封止ハウジングと封止装置の拡大断面
図、第４図は、第３図の各封止装置に組み込まれている
滑り面接合型二次シールの拡大概略断面図であり、ポン
プ軸と共働して停止時に封止を行う本発明による停止時
シールを構成する形状記憶金属製環状インサートを非作
動状態で示す図、第５図は、第４図に示された停止時用
軸シールの環状のインサートを、内径が軸の外径よりも
小さくなっている初期の機械加工・熱処理時の形状で示
す断面図、第６図は、内径が軸の外径よりも大きくなる
よう機械的に変形された最終形状にある環状のインサー
トを示す第５図と同様な断面図、第７図は、停止時用軸
シールが作動状態となり環状のインサートが第５図の初
期形状となっているところを示す断面概略図、第８図は
、インサート及びポンプ軸と共働して封止を行う本発明
の別の実施例による停止時用軸シールを構成する形状記
憶金属製の環状シェルの断面図であり、シェルの内径が
軸の外径よりも小さい初期の機械加工・熱処理時の初期
形状となっているところを示す図、第９図は、内径が軸
の外径よりも大きくなるよう機械的に変形された最終形
状にある環状のシェルを示す第８図と同様な断面図、第
１０図は、第８図及び第９図の環状のシェルを組み込む
ことにより変形された第４図の滑りリング型保持シール
を示す図であり、軸の左側において、シェルの最終形状
、即ち非作動状態の停止時用軸シールを示し、軸の右側
において、シェルの初期形状、即ち作動状態の停止時用
軸シールを示す図である。 図中、 １４・・・ポンプ（原子炉冷却材ポンプ）３２・・・封
止ハウジング（支持構造体）３４・・・ポンプ軸（軸）
３４Ａ・・・軸部分７２ 、７２ Ａ・・・停止時
用軸シール７６・・・インサート（環状部材） ８６．９２・・・取付フランジ（取付部分）８８．９４
・・・封止カラー（封止部分）ＦＩＧ、４ ＦＩＧ。 Ｆ Ｉ Ｇ。 ＦＩＧ、９ ＦＩＧ ○
気発生器及び原子炉冷却材ポンプを具備する従来の原子
炉冷却系統における冷却ループの１つを示す概略説明図
、第２図は、従来の原子炉冷却材ポンプの軸シール部分
を示す一部切欠き斜視図であり、封止ハウ゛ジングと、
軸シール部分において該封止ハウジング内に配置されポ
ンプ軸を囲んでいる第１、第２及び第３の封止装置との
断面を示す図、第３図は、第２図に示された従来の原子
炉冷却材ポンプの封止ハウジングと封止装置の拡大断面
図、第４図は、第３図の各封止装置に組み込まれている
滑り面接合型二次シールの拡大概略断面図であり、ポン
プ軸と共働して停止時に封止を行う本発明による停止時
シールを構成する形状記憶金属製環状インサートを非作
動状態で示す図、第５図は、第４図に示された停止時用
軸シールの環状のインサートを、内径が軸の外径よりも
小さくなっている初期の機械加工・熱処理時の形状で示
す断面図、第６図は、内径が軸の外径よりも大きくなる
よう機械的に変形された最終形状にある環状のインサー
トを示す第５図と同様な断面図、第７図は、停止時用軸
シールが作動状態となり環状のインサートが第５図の初
期形状となっているところを示す断面概略図、第８図は
、インサート及びポンプ軸と共働して封止を行う本発明
の別の実施例による停止時用軸シールを構成する形状記
憶金属製の環状シェルの断面図であり、シェルの内径が
軸の外径よりも小さい初期の機械加工・熱処理時の初期
形状となっているところを示す図、第９図は、内径が軸
の外径よりも大きくなるよう機械的に変形された最終形
状にある環状のシェルを示す第８図と同様な断面図、第
１０図は、第８図及び第９図の環状のシェルを組み込む
ことにより変形された第４図の滑りリング型保持シール
を示す図であり、軸の左側において、シェルの最終形状
、即ち非作動状態の停止時用軸シールを示し、軸の右側
において、シェルの初期形状、即ち作動状態の停止時用
軸シールを示す図である。 図中、 １４・・・ポンプ（原子炉冷却材ポンプ）３２・・・封
止ハウジング（支持構造体）３４・・・ポンプ軸（軸）
３４Ａ・・・軸部分７２ 、７２ Ａ・・・停止時
用軸シール７６・・・インサート（環状部材） ８６．９２・・・取付フランジ（取付部分）８８．９４
・・・封止カラー（封止部分）ＦＩＧ、４ ＦＩＧ。 Ｆ Ｉ Ｇ。 ＦＩＧ、９ ＦＩＧ ○
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 軸が貫通して延びている支持構造体に対して流体が該軸
に沿って流通するのを防止するための停止時用軸シール
であって、 （ａ）取付部分と封止部分とを有している環状部材であ
り、前記取付部分が前記支持構造体に取り付けられ、前
記封止部分が前記軸の一部分の周囲に配置される前記環
状部材から成り、 （ｂ）前記環状部材が温度応答可変形状材料から作られ
、所定の温度以下では前記停止時用軸シールの非作動非
封止状態を画成するように前記封止部分が前記軸の一部
分から離隔される拡張形状状態を呈し、所定の温度以上
では前記停止時用軸シールの作動封止状態を画成するよ
うに前記封止部分が前記軸の一部分に接触する収縮形状
状態を呈するようになっている停止時用軸シール。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/197,174 US5171024A (en) | 1988-05-23 | 1988-05-23 | Reactor coolant pump shaft seal utilizing shape memory metal |
| US197174 | 1988-05-23 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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