JPH0240094A

JPH0240094A - ポンプ

Info

Publication number: JPH0240094A
Application number: JP1061082A
Authority: JP
Inventors: Luciano Veronesi; ルチアノ・ヴェロネシ; Albert A Raimondi; アルバート・アンソニー・レイモンディ
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1988-07-18
Filing date: 1989-03-15
Publication date: 1990-02-08
Also published as: EP0351488B1; US4886430A; EP0351488A2; EP0351488A3; DE68908803D1; KR900001986A

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。

Description

【発明の詳細な説明】九班左宜１本発明は、好適な形態においてはポンプに関し、具体的
には、大きな慣性のフライホイールを有するキャン１〜
　ポンプに関するものである。

フライホイールを有する遠心ポンプは良く知られており
、同フライポイールは、ポンプの作動中に位置エネルギ
を機械的に蓄えるように組み込まれている。蓄えられた
位置エネルギは、電力の喪失のように動力が無くなった
場合、ポンプの回転を維持するために使用しうる。原子
炉においては、原子炉の停止もしくは１へリップ後、最
初の数分間は核燃料が相当な量の熱を放出し続（つるし
、また、強制的な流れにより冷却か促進されるのて、上
述のようにポンプの回転を維持する技術は、冷却材ポン
プの停止後にお（つる原子炉炉心の冷却材循環の維持を
助成する上で非常に重要である。一般に、フライホイー
ルは、比較的に大きな重量を右する金属ディスつてあり
、モータ軸と一緒に回転するように該モータ軸に正確に
取り付けられ装着され、その慣性力によりモータの減勢
後にモータ軸を回転状態に保持する。

加圧水型原子炉（ＰＷＲ）の冷却材ポンプは、複雑な軸
封装置により分離されたポンプ及びモータを有するのか
普通であり、同軸封装置は原子炉冷却相系の圧力境界の
一部として使用されている。軸封装置は、原子炉冷却材
系及び格納容器雰囲気間の約１７５．８Ｋｇ／ｃｍ２（
２５００ｐｓｉ）の差圧を一般に受ける。

また、軸封装置は破損し易いし、非常に少量から相当に
多量に亙る単独て取り出すことのできない一次冷却材の
漏洩を生じさせることある。このような訳なので、軸封
装置の事故は、原子炉炉心の損傷を防止したり軽減した
りするために原子力発電プラン１へに設けられている冗
長安全系に対する挑戦になる。

キャンド　ポンプは、原子力発電プラントにおいてしは
らく使用されてきたし、また、軸受及びロータを含むポ
ンプ全体か圧送流体中に浸かっているのて、上述した軸
封装置の問題を回避している。従って、このキャン１ヘ
　ポンプの使用により、少量の冷却材喪失事故（ＬＯＣ
Ａ）の可能性か明らかに低減する。キャンド　モータ　
ポンプの例は米国特許第３，４５０，０５６号、第３，
４７５，６３１号各明細書に記載されている。沸騰水型
原子炉においては、電力喪失の際のポンプの回転継続は
、フライホイールを内蔵した一般的にはモータ　発電機
セットの形態の電気機械装置により行なわれる。モータ
　発電機セットは、一般に、アクセスを可能にするため
に原子炉格納容器の外側に配設されており、電気は、発
電機からポンプ・モータへ原子炉格納容器の壁体を貫通
して供給される。モータ・発電機セラ１〜への電力喪失
の場合、フライホイールかしばらくの開発電機の回転を
維持し、ポンプ　モータへ電力を供給し続ける。しかし
、ポンプ自体が機械的慣性を失うことにより、ポンプ又
はその制御装置の局所的な故障がポンプの惰性回転の長
期化を妨害することかある。また、特別な設備か必要な
ため、資本コストや運転保守コストか明らかに増大する
ことになる。

キャントもしくは浸水巻線（ｕ＋ｅｔ　　田ｉ　ｎ　ｄ
　ｉ　ｎ　ｇ　）ポンプ内にフライホイールが使用され
てきた。しかしながら、ポンプケーシング内の流体によ
る大重量のフライホイールの回転に起因する動力損失は
相当なものである。フライホイールの外表面は周囲の流
体を摩擦により圧送しようとし、一方、フライポイール
を囲むポンプケーシングは、流体の流れを阻止する。従
って、乱れた渦流の形により流体の速度に非常な歪みも
しくは乱れが生し、これか゛フライホイールに相当な抗
力をかけることになる。この抗力は、フライホイールの
表面の速度及び面積の関数てあり、速度及び面積は、フ
ライホイールの半径が大きくなれは増大するので、抗力
は、直径の約５乗及び角速度の約３乗で増大することに
なると一般的に考えられる。このような動力の損失を超
克する装置の一例としては、米国特許第４，０８４，９
２４号明細書に開示されたものがある。

この米国特許は、フライホイールと、軸及び前記フライ
ホイールに関して回転可能なフリーホイール式の側板と
を有する浸水巻線ポンプについて記載している。側板は
、フライホイールを取り囲んでいるが同フライホイール
から離間しており、また、フライホイール及び側板間の
スペースに流体を出し入れするための通路を含んている
。該米国特許の狙いは、側板をゼロとフライホイール速
度との間のある角速度て回転さぜることにより、２つの
流体層、即ちフライホイールにより圧送される（フライ
ホイールと側板との間の）流体層と、側板により圧送さ
れる（側板外側の）流体層とを形成することにある。従
って、回転表面間のより小さな相対角速度のなめ全抗力
がより小さくなる。

従って、本発明の主な目的は、フライホイールに関連し
た動力損失を可及的に低減させる、キャンドもしくは浸
水巻線（ｕ＋ｅｌＩＩＩｉｎｄｉｎｇ）ポンプのための
大きな慣性のフライホイールを提供することである。

驚朋ａｍ要本発明によるポンプは、軸と、流体を圧送すべく前記軸
に装着された羽根車と、該羽根車を回転させるため前記
軸に結合された駆動装置と、第１の端面、第２の端面、
及び外周面を有する、前記軸に装着されたフライホイー
ルと、前記外周面に実質的に係合するラジアル軸受装置
とを備える。

また、このポンプは、フライホイールの一方の端面もし
くは両方の端面と実質的に係合するスラス１〜軸受装置
を倫えることが好ましい。フライポイ−ルは、好ましく
は、重量のある金属ティスフと、該ティスフの腐食を防
ぐため同テイスクを取り囲む外殻とからなる。

仔適な実但例の説明以下の説明において、全図面を通し同一参照数字は同一
部分もしくは対応部分を指すものとし、そして「前方」
、「後方」、「左方」、「右方」、「上方向もしくは」
二向き」、「下方向もしくは下向き」その他の同様の術
語は、説明の便宜」二の表現として用いたまでてあって
、制限的な意味に解釈されてはならない。

図面、特に先ず第１図を参照すると、改良型加圧水型原
子炉の一次冷却系１０が示されている。この−次冷却系
１０は、原子炉容器１２と、加圧器１４と、１つけ」二
の蒸気発生器１６と、１つ以」二の原子炉冷却材遠心キ
ャント　ポンプ２０とを含んでいる。ポンプ２０により
、通常は水である冷却材流体は、コールＩ・レッグ２２
を介して原子炉容器１２に圧送され、原子炉炉心（図示
せず）を収容した同原子炉容器１２の内部を通り、ボッ
１〜レツク２４を経由して蒸気発生器１６に送られ、該
蒸気発生器１６のＵ形熱交換器管（図示せず）を貫流す
るように循環される。

第２図を参照すると、本発明の実施例が組み入れられた
単段の原子炉冷却材遠心キャンド・ポンプ２０が図示さ
れている。このポンプ２０は、吸込ノズル３２及び吐出
ノズル３４を画成すると共に、遠心力により冷却材流体
を圧送する羽根車３６を有するポンプハウジング３０を
含んており、冷却材流体は、羽根車３６により引き込ま
れ、ティフユーザ３７から放出され、ハウシング３０の
側方にる接線方向の吐出口ノズル３４から外部へ放出さ
れる。ポンプ２０は、漏洩を防くため交換可能なガスケ
ラ１〜４４が間に挿入された複数のボルト４０及びナツ
ト４２によりポンプハウジング３０に除去可能に装着さ
れた気密なケーシング３８を備えている。また、ポンプ
２０は、ポンプ中心軸線４９の回りに回転可能な軸４８
を介して羽根車３６を駆動するためのモータ（駆動装置
）４６と、同モータ４６が減勢された場合に軸４８の回
転継続に使用される位置エネルギを機械的に蓄えるため
に同モータ４６及び羽根車３６の間て軸４８に装着され
た高慣性のフライホイール組立体くフライホイール）５
０とを含んでいる。

モータ４６は、軸４８に装着されたロータ組立体５１と
、ステータ組立体５２と、耐食性ステータ・キャン５４
とを有し、同ステータ・キャン５４がステータ組立体５
２をロータ組立体５１から分離して、ポンプ２０内に流
体圧力境界を画成すると共に、ロータ組立体５１の回転
からくる流体摩擦損失を最少にするため、ステータ　キ
ャン５４とロータ組立体５１との間に流体の薄い境界層
を画成する。電気的接続は、端子箱５６内において、端
子アセンフリ５８を介してケーシング３８を貫きステー
タ組立体５２に接続することにより行なわれる。また、
ポンプ２０内て摩擦や電気的損失により発生した熱を除
去するために、熱交換器６０を含んでいる。この熱交換
器６０は、内部に冷却コイル６４が巻着されている水ジ
ャケット６２を備えており、該水ジャケット６２は、ポ
ンプ２０の内部温度を約６５°Ｃ（１５０°Ｆ）に保持
するために原子力発電プラントの機器冷却水系（図示せ
ず）のような外部の水源から冷却水流を受ζフ入れる。

毎分約２５０グラムの全流量の流体は、水ジャケット６
２から導管６５ａを通ってモータ４６の下端６６へと流
れ、次いて、軸４８に結合された小型の補助遠心ポンプ
の羽根車（当業者にとり容易に理解しうるのて詳細な説
明は省略することができ、図示しない）により循環され
て、ロータ組立体５１及びステータキャン５４に流れ、
以下に説明するようにフライホイール組立体５０を通過
した後、第２の導管６５ｂを経由して冷却コイル６４に
戻る。ステータ組立体５２は、ステータ　キャン５４の
外側且つケーシング３８の内側にあり、この領域は通常
乾燥している。しかし、ケーシング３８、キャン５４の
傷によりポンプケーシング３８からの流体の喪失もしく
は漏洩か生しないように設計されている。別に実施する
とすれば浸水巻線（ｕ＋ｃｔ　ｕ＋ｉｎｄｉｎｇ）ポン
プ（図示ぜず）であり、そのステータ組立体５２も流体
中に浸積されており、巻線絶縁体を完全にシールする必
要がある。

第３図を参照すると、フライホイール組立体５０が詳細
に示されている。フライホイール組立体５０は、ウラン
、タンクステン、金、プラチナ或はそれ等の元素の１つ
の合金のように、所望の慣性を生ずるように選択された
、非常に密度及び比重が高い重金属から製作するのか好
ましいディスク６７を備えている。選択された金属は、
４２，１８０Ｋｇ／ｃ＋ｎ２（６０，０ＯＯｐｓｉ）以
上の高い降伏強さを有すると共に、非脆性であるから、
回転により強い力がディスク６７に加わっても同ティス
ク６７の破損もしくは過度の変形は生しない。１つの好
適な態様は鋳造、２重量％のモリブデンか添加された熱
処理ウラン、最小的４７，０００Ｋｇ／ｃｍ２（６５，
０ＯＯｐｓｉ）の降伏強さを有すると共に約２２％の伸
び率を有する高密度合金である。この明細書に記載した
実施例においては、ウラン合金製のディスク６７は、約
６６ｃ＋ｎ（２６ｉｎ）の外径、約２．３ｃｍ（９ｉｎ
）の内径、約３６．８ｃｍ（１４，５ｉｎ）の長さを有
し、回転時に約４０００１！ｂ−ｆＬ−β１〕の慣性を
生ずるか、本発明はとんな大きさのフライホイールにも
適用しうろことを理解されたい。重金属ディスク６７は
、４つの部材、即ら軸４８と絹み合うように約１９．７
ｃｍ（７，７５ｉｎ）の内径を有して軸４８の回りに配
設された内径環状板７０と、第１の端板く端面）７２と
、第２の端板（端面）７４と、外周板（外周面）７６と
からなるステンレス鋼製の外殻６８内に収容されている
。４枚の板７０．７２．７４及び７６は互いに溶接され
てディスク６７を封止状態で収り囲み、重金属の腐食も
しくは侵食を防止している。この内径環状板７０は、軸
４８に係合すると共に、フライホイールを軸に結合する
ために当該技術で良く知られているように、また、第４
図に最も良く示すように、軸４８に対し１つもしくはそ
れ以上のキー７１によりキー止めされている。また、内
径環状板７０に（」、同内径環状板７０を貫通ずるよう
に複数の流路７８か形成もしくは穿孔されていて、熱交
換器６０からの冷却流体がフライホイール組立体５０の
周囲を流れ同フライホイール組立体５０を冷却しうるよ
うになっている。各流路７８は、冷却流体を軸４８から
部れる外側の方向へ指向させるために半径方向に延ひる
端部７９を含むことか好ましく、同端部７９か冷却流体
を遠心力により圧送して冷却流体の量を増すと共に摩擦
損失に超克するようになっている。

１］第１の端板７２及び第２の端板７４は、軸４８に対して
ほぼ垂直に配設されており、それ等の表面は軸方向のラ
ンナー（羽根車）として利用しうる。そのため、端板７
２及び７４と実質的に組み合うようにスラスト軸受装置
８０かケーシング３８内に装着されている。同スラスト
軸受装置８０は、この実施例においてはフライホイール
組立体５０の各側に、析出硬化ステンレス鋼製スラスｌ
−リンク８４及びスラス１〜・シュー保持装置８５によ
りケーシング３８に装着された複数のスラス１へ軸受シ
ュー８２を有する。スラスト　リンク８４は、スラスト
・シュー８２に対して自己レベリンク及び負荷均等性を
与えるために一次リンク及び二次リンクを含むのが一般
的であり、これは、当該技術において普通のことである
から、本発明の完全な理解のために詳細に説明する必要
はない。スラス１へ軸受装置８０は、ポンプの縦方向の
軸線４９に沿って生しる力を吸収すると共に、この軸線
４９に沿った運動及び振動を最小にする。ポンプ構造の
流体力学的解析により、ポンプのロータ組立体５１の角
速度が小さい始動状態のためにはランナーである端板７
２の下方にあるスラスＩ〜軸受装置８０か必要であり、
ロータ組立体５１が定常状態て上向きのスラストを生じ
る通常の運転状態のためにはランナーである端板７４の
上方にあるスラスＩ〜軸受装置８０が必要であることが
分がっな。

外周板７６は、半径方向のジャーナルとして使用される
と共に、ラジアル軸受装置８６に実質的に係合する。ラ
ジアル軸受装置８６は、第４図に最も良く示すように、
フライホイール組立体５０の周囲に配設された複数（こ
の実施例では７個）のラジアル軸受部分８７からなり、
各軸受部分８７は、析出硬化ステンレス鋼製のラジアル
　ピボットピン８８によリケーシング３８に装着されて
いる。ピン８８は、軸受部分８７及び゛外周板７６の間
の整列と流体力学的層の形成のために、垂直方向及び円
周方向の傾斜能力を与える。本発明て使用されている軸
受装置８０及び８６は、当該技術分野で周知のようなキ
ンクスハリ−（Ｋ　ｉ　ｎ　ｇ　Ｓ　＋］　１１　ｒ　
ｙ　）式のものとすることができる。

計算によると、ラジアル軸受装置８６及びスラスト軸受
装置８０に関連した損失は、これから説明するように、
フライホイール組立体５０の外周板７６及び端板゛７２
．７４か流体中て自由に旋回するようになっている場合
よりも小さ・くなることか分かった。従って、軸受面で
の表面速度を滅しるようにてきるな（つ小さい半径を有
する位置で軸にラジアル軸受を設けることは当該技術分
野において普通のことてはあるか、この実施例は、ラジ
アル軸受部分８７をフライホイール組立体５０の周囲の
回りに配設することに関連した比較的に大きい軸受動力
損失を容認し、ている。

第５図に最も良く示すように、各スラスト軸受シュー８
２及び各ラジアル軸受部分８７は、研磨されて仕上けら
れ水潤滑のための表面及び外形を呈するカーホンクラフ
ァイ１へ製の挿入体９０を有することが好ましい。また
、端板７２．７４及び外周板７６は、スラスＩ〜シュー
８２及びラジアル軸受部分８７とそれぞれ係合するよう
に適当に仕上けられた、スプライ１〜のような硬化仕上
（す材９２を備えている。

ロータ組立体５１及びフライホイール組立体５０の全体
か原子炉冷却系の圧力で原子炉冷却材中に浸かっており
、定常状態の運転中には、原子炉冷却材系とケーシング
３８との間に流体の移送はない。

上述のように、ポンプの熱交換器６０は、摩擦及び電気
的損失によりポンプ２０内に発生し／ご熱を除去する。

水は軸受装置８０．８６から熱を除去するため同軸受装
置８０．８６を流れ、そして、重要なことには、軸受挿
入体９０とフライホイールの硬化仕」二は材９２との間
を流れ、それに」：り軸受及びフライホイールの表面で
ある挿入体９０、硬化仕上は材９２に低摩擦を与えて損
傷を防止する上で重要な薄い流体層を維持する。上述し
たように、また、第３図、第４図及び第５図に示すよう
に、フライホイール組立体５０の頂部側にあるスラスト
軸受装置８０への流量を増すなめに、この実施例では、
内径板７０に６つの流孔７８．７９を貫通状態で穿孔せ
しめており、これ等の流孔は毎分約５０クラムを軸受装
置に通過さぜる。毎分２５０クラムの全冷却材流量のう
ちの残部は下側のスラスト軸受装置８０を通過し、その
後ラジアル軸受装置８６を通って戻りの導管６５１〕に
流れる。

上述したのと同し慣性を有するが水中で旋回するフライ
ホイールの損失は、約３６６馬力であると計算された。

−１１述の実施例における動力損失は約２０７馬力であ
ると計算された。これは、フライホイール表面の仕１０
！材９２と軸受挿入体９０との間にある複数の小さな隙
間の結果である。ラジアル軸受部分８７による隙間は約
０．］、２７ｍ＋＋（５ミル）であることが望まれ、ま
た、スラスト軸受シュー８２による隙間は約０．０２５
４〜０．０５０８ｍｍ（１〜２ミル）であることが望ま
れる。これ等の隙間はフライホイール組立体５０の摩擦
損失を低減させる。フライホイール組立体の回りに軸受
装置を組み込んだことにより、ポンプの通常のスラスト
及びラジアル軸受装置に取って替わる利点かある。第２
図に戻って見ると、そこに図示された実施例においては
、必要なその他の主な軸受はモータ４６の前にあるラジ
アル軸受９４のみである。

また、この実施例は、高温の羽根車３６と原子炉冷却材
系の配管とを軸受装置８０．８６の回りのケーシング３
８から遮断もしくは分離する手段を含んている。第３図
に示すように、グーシンク３８内には挿入体９６か設け
られていて、両者の間に室９８を画成している。同室の
停滞空気かケーシング３８を絶縁して圧送流体及び高温
羽根車３６からの熱伝達を防止する。また、挿入体９６
及びケーシング３８の間には冷却コイル１００が設けら
れていて、外部の水源から入口配管１０２を介して冷却
流体を受（）取り、同冷却流体を出口配管１０４を介し
て戻す。

フライホイール組立体及び軸受装置に関連した動力損失
を最小にすると共に慣性を最大にすることにより実施例
の諸変数を最適にするようなことは本発明の範囲内に入
る。フライホイール組立体の慣性はフライホイールの半
径の約４乗に正比例して変化し、半径か増大する時のフ
ライホイール組立体の外面の大きな速度」１昇による動
力損失は直径の約５乗で正比例するのて、慣性及び動力
損失を規定する幾つかの方程式を解くことによって、フ
ライホイール組立体の好ましい寸法を得ることができる
。

」−述の記載に鑑みて、多くの改変及び変形か可能であ
り、例えはフライホイール組立体５０はモータ４６の後
に装着してもよい。従って、特許請求の範囲の範囲内て
、本発明は実施例以外に種々の形態で実施しうろことを
理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、原子炉冷却材用のキャント　ポンプを有する
新型原子炉冷却系を簡略化して示す斜視図、第２図は、
フライホイール組立体が内蔵されたキャンド・ポンプを
一部切り欠いて示す断面図、第３図は、第２図に示した
フライホイール組立体の詳細断面図、第４図は、第３図
のＩＶ−ＩＶ線に沿うフライホイール組立体及び軸受装
置の断面図、第５図は、組み合う表面の詳細を示すフラ
イホイール組立体及び軸受シューの横断面図である。２０・ポンプ　　　　　　３６・・・羽根車４６・・・
駆動装置（モータ）４８・・軸５０・フライホイール組
立体（フライホイール）７２・第１の端面（第１の端板
）７４・・・第２の端面（第２の端板）７６・・・外周面（外周板）８０　　スラス１−軸受装置８６・・ラジアル軸受装置ウエスヂンクハウスエレク

Claims

【特許請求の範囲】ポンプであつて、ａ、軸と、ｂ、流体を圧送すべく前記軸に装着された羽根車と、ｃ、該羽根車を回転させるため前記軸に結合された駆動
装置と、ｄ、第１の端面と、第２の端面と、外周面とを有する、
前記軸に装着されたフライホィールと、ｅ、前記外周面
に実質的に係合するラジアル軸受装置と、を備えたポンプ。