JPH03115999A

JPH03115999A - インターナルポンプの異常監視方法

Info

Publication number: JPH03115999A
Application number: JP1254661A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Iwakawa; 光男岩川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-09-29
Filing date: 1989-09-29
Publication date: 1991-05-16

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器に複数配設さ
れたインターナルポンプの異常監視方法に関する。

（従来の技術）一般に、原子炉圧力容器内に設けられたシュラウドと原
子炉圧力容器の内周面とによって形成された環状間隙内
の底部に複数のインターナルポンプを設け、そのインタ
ーナルポンプによって炉内冷却材を炉心部に送り込むよ
うにした沸騰水型原子炉が知られている。

このような沸騰水型原子炉は圧力容器外部に再循環ポン
プを有する冷却材強制循環系の原子炉と比較して安全性
および信頼性に優れ、また原子炉の運転効率を向上させ
ることができる等種々の特色を有している。

第６図は原子炉圧力容器内にインターナルポンプを設け
た沸騰水型原子炉を示す縦断面図である。

第６図において、原子炉圧力容器１内にはそれと同心状
にシュラウド２が設けられており、このシュラウド２内
に炉心３が配設されている。上記シュラウドの頂部に形
成されたシュラウドヘッド４の上部には、気水分離器５
が配設され、さらにその上方には、分離された蒸気を乾
燥せしめる蒸気乾燥器６が設けられている。また原子炉
圧力容器１には上記気水分離器５よりやや一ド方位置に
給水スパージャ−７が設けられ、その上方位置に主蒸気
ノズル８が設けられている。

一方、原子炉圧力容器１の内周面とシュラウド２とによ
って形成された環状間隙９の底部には、電動機１０によ
って駆動される複数のインターナルポンプ１１が配設さ
れている。第７図はインターナルポンプ１１装着部の拡
大縦断面図であって、原子炉圧力容器１の内周面とシュ
ラウド２とによって形成された環状間隙９内の下端部に
は、インターナルポンプのデイフユーザ１２が装着され
ている。そして、このデイフユーザ１２内に形成された
ステーベーン１３の上方にポンプインペラ１４が回転自
在に配設されている。このポンプインペラ１４は、原子
炉圧力容器１の底壁を貫通して下方に延びるポンプ主軸
１５に装着されている。

また、このポンプ主軸１５は、原子炉圧力容器１の底壁
に吊設された電動機室１６内の電動機１〔］に連結され
、この電動機１０によって回転駆動されるようになって
いる。

このような構成からなる沸騰水型原子炉において、原子
炉圧力容器１内の炉水は、給水スパージャ−７から供給
される給水とともに、ポンプインペラ１４の回転によっ
て原子炉圧力容器１のド部に送られ、さらに炉心３にお
いて上方に送られる。

この間、炉水は炉心３を通過する際に加熱されて水と蒸
気の２相流となり、シュラウドヘッド４を経て気水分離
器５に送られ、ここで水と蒸気とに分離される。さらに
蒸気は蒸気乾燥器６で湿分を除去された後に主蒸気ノズ
ル８から主蒸気管（図示せず）を経てタービンへ送られ
る。

ところで、原子炉圧力容器１に設けられたインターナル
ポンプ１１は、原子炉圧力容器１内にポンプの回転部を
有し、特にその回転部のうち、比較的大きな慣性モーメ
ントを有するポンプインペラ１４は、比較的長いアーム
を有する片持梁の形態により支持されている。このよう
なポンプインペラ１４に対し、環状間隙９内を貫流する
比較的衝撃力が強い混入物等が衝突すると、軸受の動的
アンバランスにより異常振動が発生し、この異常振動に
よりポンプインペラ１４がデイフユーザ１２と接触する
ことがある。また、大きな衝撃が発生した場合には、ポ
ンプインペラ１４に損傷を与えることが考えられる。さ
らに、ポンプインペラ１４に損傷を与えない場合でも、
混入物が炉心３へ入り、炉心３に損傷を与えることが予
測される。

（発明が解決しようとする課題）上述のように環状間隙９内を貫流する混入物等がポンプ
インペラ１４に衝突すると、ポンプインペラ１４がデイ
フユーザ１２に接触したり、ポンプインペラ１４を損傷
させることがある。また、混入物等が炉心３へ入り、炉
心を損傷させる原子炉の運転に支障をきたすことが考え
られる。

このような場合、従来はポンプインペラ１４とデイフユ
ーザ１２との接触またはポンプインペラ１４の損傷等の
インターナルポンプの異常について有効な監視が行われ
なかったのが実情である。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、
このような異常を有効に監視して信頼性の高い原子炉の
運転を確保することができるインターナルポンプの異常
監視方法を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明は、原子炉圧力容器の底部であって前記原子炉圧
力容器とシュラウドとの間の環状間隙に複数配設された
インターナルポンプの異常監視方法において、各インタ
ーナルポンプの回転速度と軸入力、および平均ポンプ差
圧から各インターナルポンプのポンプ効率を検出すると
ともに、各ポンプのポンプ効率から全ポンプの平均ポン
プ効率を検出し、この平均ポンプ効率とポンプ特性から
定まる目標ポンプ効率とを比較判定することにより、前
記インターナルポンプの異常を監視することを特徴とす
るインターナルポンプの異常πｉ　ｍ　／Ｊ法である。

（作　用）本発明によれば、全ポンプの平均ポンプ効率を検出し、
この平均ポンプ効率とポンプ特性から定まる目標ポンプ
効率とを比較判定することにより、運転中のインターナ
ルポンプの接触または損傷等の異常を判定し監視するこ
とができる。

（実施例）以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する
。

第１図乃至第５図は本発明によるインターナルポンプの
異常監視方法の一実施例を示す図である。

なお、従来技術と同一部材には同一符号を付して詳細な
説明は省略する。

第１図および第２図において、原子炉圧力容器１内には
同心状にシュラウド２が設けられている。

また、原子炉圧力容器１の内周面とシュラウド２とによ
って形成された環状間隙９の底部には、電動機１０によ
って駆動される複数、例えば１０台のインターナルポン
プ１１が配設されている。

また、各インターナルポンプ］１の電動機１０には、ポ
ンプの軸入力を検出する軸入力検出器１７およびポンプ
の回転速度を検出する速度検出器１８がそれぞれ取付け
られている。さらに、全インターナルポンプのうち４台
のインターナルポンプ１１の上方近傍であって、シュラ
ウド２の内側と外側には、圧力センサ１９ａ、１９ｂが
それぞれ設けられている。このうち圧力センサ１９ａは
インターナルポンプ１１の吸込側の圧力を検知するもの
であり、圧力センサ１９ｂは吐出側の圧力を検知するも
のである。また、これら圧力センサ１９ａ、１９ｂはポ
ンプ差圧検出器１９に接続され、このポンプ差圧検出器
１つによってインターナルポンプ１１の吸込側と吐出側
との間のポンプ差圧△Ｈが検出されるようになっている
。なお、このポンプ差圧検出器１９は４台のインターナ
ルポンプ１１に対応して４台設けられている。

また、各インターナルポンプ１１の電動機１０の軸入力
検出器１７および速度検出器１８は演算装置２０に接続
され、また４台のポンプ差圧検出器１９も演算装置２０
に接続されている。さらに、演算装置２０は、システム
監視制御装置２１に接続されている。

次に、本実施例の作用について説明する。

まず、インターナルポンプ１１の通常の特性を第５図に
より説明する。

一般に、ポンプの回転速度Ｎ１流ｆｉｌＱ、ポンプ差圧
△Ｈ１ポンプ軸人力Ｐ１ポンプ効率η等のポンプ特性は
、模型試験等の結果から相似側により一義的に決定され
たＱ／Ｎを独立変数とした線図η−Ｑ／Ｎ、Ｈ／Ｎ２−
Ｑ／Ｎ、またはＰ／Ｎ５−Ｑ／Ｎで定められる。第５図
の曲線Ａはポンプ効率η−Ｑ／Ｈの関係を、ＢはＨ／Ｎ
２−Ｑ／Ｎの関係を、曲線ＣはＰ／Ｎ５−Ｑ／Ｎの関係
をそれぞれ表わしている。

次に、インターナルポンプの異常監視方法について第３
図により説明する。

まず、上述したポンプ特性から任意の設定回転速度Ｎ１
においてインターナルポンプ１１が目標とするポンプ効
率η１□を定め、このポンプ効率η１□を演算装置２０
に入力する。次に各インターナルポンプ１１を電動機に
よって回転駆動し、速度検出器１８でポンプの回転速度
を検出して演算装置２０に送るとともに、１０台のイン
ターナルポンプ１１を略同−の任意回転速度Ｎ１に設定
する。次に各々のポンプ軸人力Ｐを軸入力検出器１７に
よって検出して演算装置２０へ送り、同時に４台のポン
プ差圧検出器１９によって検出されたポンプ差圧ΔＨを
演算装置２０に送る。

次に、演算装置２０では、４台のポンプ差圧検出器１９
によって検出されたポンプ差圧の検出値の合計を配設個
数（本実施例では４個）で除してポンプ差圧平均値△Ｈ
１を算出する。続いてこの平均ポンプ差圧値ΔＨ１と、
ポンプ設定回転速度Ｎ１から前述のポンプ特性Ｈ／Ｎ２
〜Ｑ／Ｎの関係に従ってポンプ流量Ｑを算出する。続い
て、このポンプ流ＥＩＱ、平均ポンプ差圧値△Ｈ１、お
よび各インターナルポンプの軸入力Ｐにより、インター
ナルポンプ１０台それぞれのポンプ効率η１を算出し、
さらに１０台全台の平均ポンプ効率η　　を算出する。

すなわち、ｖＣ（１）　　１０台それぞれのポンプ効率ηｌ−Ｑ＊△Ｈ
１／Ｐ（１１）　　１０台全台の平均ポンプ効率として算出す
る。

但しく１）〜（１０）　：インターナルポンプ配設番号
である。

その後、演算袋ｆＩ１２０で、上記の平均ポンプ効率η
　　と目標ポンプ効率η１１との比較を行ないｖＣ１両方のポンプ効率が等しい場合は機械的な異常はないと
判定する。そして、この判定結果をシステム監視制御装
置２１へ送って以上と同様な演算を繰返す。しかしなが
ら、平均効率η　　が目標ボｖｅンプ効率η１、に対して差異がある場合、次のようにし
てインターナルポンプの異常を判断する。

まず、ポンプ効率の差異の原因としては、次の原因が想
定される。

（想定１）ある任意のインターナルポンプ運転号機のポンプ１４に
対して環状間隙９内を貫流する比較的衝撃力の強い混入
物等が衝突し、軸系の動的アンバランスにより異常振動
が発生して、ポンプインペラ１４がデイフユーザ１２、
またはステーベーン１３等と接触した場合。

（想定２）ある任意のインターナルポンプ運転号機に上述のような
、比較的衝撃力の強い混入物等の衝突、打撃によってよ
り大きな衝撃が発生し、ポンプインペラ１４の一部が損
傷・脱落した場合。

２ある任意の運転号機に上記した異常事象が発生した場合
のインターリールポンプの異常監？Ｍ　ｊＪ法について
第４図の相対特性比較図を参照して以下に説明する。

（想定１）の場合、第４ａ図に示すように異常となる任
意の運転号機および、その他健全機の全台に同様に負荷
されるポンプ軸出力（ΔＨ１＊Ｑ）については、増減は
ない。しかしながら、異常機と健全機の軸入力を比較し
た場合、健全機については軸入力の増減がないのでポン
プ特性に見合うポンプ効率η１を有するが、一方異常機
の場合、ポンプインペラ１４がデイフユーザ１２、また
はステーベーン１３と接触し、このことにより幀トルク
が増大してポンプ軸人力Ｐが増大する。このため異常機
のポンプ効率η　　が減少するので、ＣＣ算出される全台の平均ポンプ効率η　　は、１１標ｖｅポンプ効率η１１を下回る。異常機のポンプ効率η　　
は、当然平均ポンプ効率η　　を下回る。

ａｃｃ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　ＡＶｅ従って、演算装置２０において、目標ポ
ンプ効率η１．と全台の平均ポンプ効率ηａｖｅとの比
較を行ない、平気ポンプ効率η　　が目標ポンプ効率ｖ
ｅ η１□を下回った場合にポンプインペラの接触異常と判
定することができる。続いて、平均ポンプ効率η　　と
全台それぞれのポンプ効率η１を比較ｖＣすることにより、平均ポンプ効率η　　よりざらｖＣに下回る異常機を特定し、これらの判定結果をシステム
監視制御装置２１へ送る。このシステム監視装置２１は
これらの判定結果に基づいて主機の緊急停止、および異
常インターナルポンプの点検等、必要な対策を講する。

次に（想定２）の場合、第４ｂ図に示すように異常と目
されるある任意の運転号機、およびその他健全機の全台
に同様に負荷されるポンプ軸出力（△Ｈ１＊Ｑ）は、異
常機のポンプインペラ］４の損傷、脱落による本機の逆
流作用に起因して、ポンプ特性上の大流量へ移行し、そ
の値は減少する。一方、異常機と健全機の軸入力を比較
した場合、健全機については、上述した逆流作用により
、前記軸出力の減少に相反して増大するため、算出され
るポンプ効率η　は目標ポンプ効率η１□に幻して大差
はない。しかし、異常機については、軸トルクの減少に
伴う軸入力の減少の度合は軸出力の減少の度合いよりさ
らに大きくなるため、ポンプ効率η　　は目標ポンプ効
率ηＩＩを上回る。こＣＣのため算出される全台の平均ポンプ効率η　　はａνｅ目標ポンプ効率η１、を上回る。異常機のポンプ効率η
　　は、当然平均効率η　　を上回る。

ａｃｅ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ａＶ
ｅ従って、演算装置２０において目標ポンプ効率η１１
と全台の平均ポンプ効率η４．。との比較を行ない、平
均ポンプ効率η　　が目標ポンプ効率ｖｅ η１□を上回った場合、ポンプインペラの損傷・脱落異
常と判定することができる。続いて求めた・１乏均ポン
プ効率η　　と全台それぞれのポンプ効率ｖＣ ηＩを比較することにより、・１ろ均ポンプ効率よりさ
らに上回る異常機を特定し、これらの判定結果をシステ
ム監視制御装置２１へ送る。このシステム監視装置２１
はこれらの判定結果に基づいて主機の緊急停止、および
異常インターナルポンプの点検等必要な対策を講する。

このように、本実施例によれば、演算装置２０５において、目標ポンプ効率η１１と全台の平均ポンプ効
率ηａｖｅとの比較を行ない、さらに平均ポンプ効率η
ａｖｅと各々のインターナルポンプ効率η１との比較を
行なうことにより、運転中にインターナルポンプの接触
または損傷等の異常を判定し、さらに異常機の特定を行
なうことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、平均ポンプ効率
とポンプ特性がら定まる目標ポンプ効率とを比較判定す
ることにより、運転中のインターナルポンプの接触また
は損傷等の異常を判定し監視することができる。このよ
うにインターナルポンプの異常を確実に監視することに
より、信頼性の高い原子炉の運転を確保することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明によるインターナルポンプの
異常監視方法の一実施例を示す図であり、そのうち第１
図は原子炉圧力容器の部分側断面図、第２図は第１図ｆ
ｒ−Ｉｒ線断面図、第３図は異常監　６視力法を示すブロック図、第４ａ図およびｍ４ｂ図はイ
ンターナルポンプの異常事象を示す相対特性比較図、第
５図はインターナルポンプの通常の特性を示す図、第６
図は一般の沸騰水型原子炉を示す縦断面図、第７図は第
６図の部分拡大図である。１・・・原子炉圧力容器、２・・・シュラウド、９・・
・環状間隙、１０・・・電動機、１１・・・インターナ
ルポンプ、１７・・・軸入力検出器、１８・・・速度検
出器、１９・・・ポンプ差圧検出器、２ｏ・・・演算装
置、２１・・・システム監視制御装置。

Claims

【特許請求の範囲】

１、原子炉圧力容器の底部であって前記原子炉圧力容器
とシュラウドとの間の環状間隙に複数配設されたインタ
ーナルポンプの異常監視方法において、各インターナル
ポンプの回転速度と軸入力、および平均ポンプ差圧から
各インターナルポンプのポンプ効率を検出するとともに
、各ポンプのポンプ効率から全ポンプの平均ポンプ効率
を検出し、この平均ポンプ効率とポンプ特性から定まる
目標ポンプ効率とを比較判定することにより、前記イン
ターナルポンプの異常を監視することを特徴とするイン
ターナルポンプの異常監視方法。２、平均ポンプ効率と
目標ポンプ効率とを比較してインターナルポンプの異常
を検出した後、さらに平均ポンプ効率と各インターナル
ポンプのポンプ効率とを比較判定することにより、異常
なインターナルポンプを特定することを特徴とする請求
項１記載のインターナルポンプの異常監視方法。