JPH03282073A

JPH03282073A - ポンプ用軸封装置

Info

Publication number: JPH03282073A
Application number: JP2078841A
Authority: JP
Inventors: Takenori Ishiyama; 石山　武則; Kazuyuki Kobashi; 一之小橋; Hiroshi Miyano; 宮野　廣; Sunao Narabayashi; 直奈良林; Tetsuzo Yamamoto; 哲三山本; Nobuhiko Tanaka; 信彦田中
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-03-29
Filing date: 1990-03-29
Publication date: 1991-12-12

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）本発明はたとえば軽水型原子炉の一次冷却水を効率良く
循環させる原子炉再循環ポンプのポンプ軸の熱応力を緩
和させるためのポンプ用軸封装置に関する。

（従来の技術）たとえば軽水型原子炉に使用されている原子炉再循環ポ
ンプは高温高圧の純水を取り扱う大容量ポンプで、所要
流量と水頭に加え、配置上の要求から単段の竪形うず巻
きポンプとなっている。

以下、第７図を参照しながら従来のポンプ用軸封装置を
組込んだ原子炉再循環ポンプについて説明する。

第７図中、符号１は上部ケーシングを示しており、この
上部ケーシング１内にはポンプ軸２を軸封するシール室
３が設けられている。このシール室３内にはポンプ軸２
の側面を包囲してメカニカルシール４が設けられている
。シール室３の上部には軸封水注入管５が設けられてお
り、シール室３の外周囲には熱交換器６が配設されてい
る。ポンプ軸２の上端はたわみ継手７を介してモータ軸
８に接続されている。ポンプ軸２の下方側面には環状溝
が多数軸方向に積層するように構成したラビリンス部９
が形成されており、その下方には羽根車１０が取着され
ている。羽根車ｌＯはポンプ室を構成する下部ケーシン
グ１１内に配置されている。

下部ケーシング１１は上部ケーシング１の下端部に接続
されたベース１２にボルト１３で締め付けられて接続さ
れている。ベース１２と下部ケーシング１１との間には
ケーシングカバー１４が介在されている。

ケーシングカバー１４の下端面には水中軸受１５が取着
されており、水中軸受１５は羽根車１０の軸部を軸支す
る。下部ケーシング１１には原子炉−次冷却水つまりポ
ンプ水（熱水）を流入する吸込口１６と、この吸込口１
６から羽根車１０で吸込まれた一次冷却水を吐出する吐
出口１７が下方に形成されている。

また、ポンプ軸２には前記ラビリンス部９の上方に位置
して循環羽根１８が取着されており、この循環羽根１８
でシール室３内の軸封水を循環させる。

図中１９は上部ケーシング１のフランジである。

このように、従来のポンプ軸２の周囲はメカニカルシー
ル４と、ケーシングカバー１４の内面に囲まれてポンプ
の役割をしてポンプ水を吸込み、吐出する羽根車１０と
、この羽根車１０を回転するポンプ軸２に取着された羽
根車１０の軸部を軸支する水中軸受１５と、この水中軸
受１５を取着し上部ケーシング１と下部ケーシング１１
とを区画するケーシングカバー１４とからなっている。

また、メカニカルシール４を内蔵しているシール室３内
の軸封水っまり冷水部分と、羽根車１０および水中軸受
などを内蔵してポンプ水が充満しているポンプ室内の熱
水部分はポンプ軸２に取着された循環羽根１８およびラ
ビリンス部９で区分されている。熱交換器６は軸封水が
注入を停止した場合に備えてメカニカルシール４の昇温
破損を防止するための軸封水を冷却するためのものであ
る。軸封水はメカニカルシール４にポンプ水が流れ込ま
ないようにシールするためのものである。

（発明が解決しようとする課題）第７図に示した従来の原子炉再循環ポンプ用軸封装置に
おけるポンプ軸２に形成したラビリンス部９とケーシン
グカバー１４の内面との間には円筒状の狭い流路を形成
している。たとえば沸騰水型原子炉の場合、原子炉再循
環水つまりポンプ水の温度はかなり高温度の熱水であり
、シール室３内は軸封水が循環する冷水であるため、シ
ール室３とポンプ室内との間にはかなり大きな温度差が
ある。シール室３内の温度を低温状態に保ち、かつメカ
ニカルシール４内にポンプ水が流入しないようにするた
め低温の軸封水（パージ水とも云う）を外部から軸封水
流人管５を通して注入している。

しかしながら、このようなポンプ用軸封装置では下部の
ポンプ室内が熱水、上部のシール室３内が冷水で大きな
温度差、つまり大きな密度差が生じる。したがって、密
度差に伴なう重力によって上記冷水と熱水との冷・熱界
面は不安定となり、密度の小さいポンプ水（熱水）が下
部ケーシング１１内のポンプ室からラビリンス部９へ上
昇し、上部のシール室３から注入しいる軸封水（冷水）
がラビリンス部９を下降する。このため、冷・熱界面は
波立ち、ポンプ軸２およびケーシングカバー１４のラビ
リンス部の温度はこの熱水と冷水の温度差を最大振幅と
する大きな温度変動を生じてポンプ軸２に熱応力が発生
し、熱疲労を引き起す課題がある。

また、軸封水の流量が変化すると冷・熱界面は上下（軸
方向）にも移動する。このため、冷・熱境界部であるラ
ビリンス部９のポンプ軸２およびケーシングカバー１４
の金属部分に大きな熱応力が発生し易くなる。熱応力が
多数回、長年にわたり繰り返されると、ラビリンス部９
に熱疲労による亀裂を生じる可能性がある。

したがって、軸封水の流量およびポンプの回転数が多少
変化しても大きな温度変動を生じないポンプ軸の軸封装
置が要望される。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、冷
・熱境界部の温度変動を緩和して熱疲労を防止し、構造
強度上の信頼性を大幅に向上させることができるポンプ
用軸封装置を提供することにある。

［発明の構成コ（課題を解決するための手段）本発明は上部ケーシング内に配設されたポンプ軸と、こ
のポンプ軸を軸封するシール室内に設けられたメカニカ
ルシールと、前記シール室内に軸封水を循環する循環機
構と、前記上部ケーシングの下端に連接する下部ケーシ
ングとを区分するラビリンス部と、前記上部ケーシング
と下部ケーシングとの間に設けられたケーシングカバー
と、前記下部ケーシング内の前記ポンプ軸に取着された
羽根車とを有するポンプ用軸封装置において、前記ラビ
リンス部の下流側に位置する前記ポンプ軸に前記軸封水
と下部ケーシング内のポンプ水を強制的に混合するため
の混合機構を設けてなることを特徴とする。

（作　用）軸封水（冷水）とポンプ水（熱水）の温度境界がラビリ
ンス部の下部周辺に形成され、温度変動が生じる起因に
なっている。これに対して、ポンプ軸に取着した混合羽
根の回転によって前記温度境界をかき乱し、温度差を小
さくする。この攪拌作用によって、ラビリンス部に発生
する熱応力は緩和され、熱疲労の発生を防止する。

（実施例）第１図および第２図を参照しながら本発明に係るポンプ
用軸封装置の第１の実施例を説明する。

第１図において、上部ケーシング１内にはポンプ軸２を
軸封する軸封カバーで形成されたシール室３が設けられ
ている。このシール室３内にはポンプ軸２の側面を包囲
してメカニカルシール４が設けられている。シール室３
の上部には軸封水管５が設けられており、シール室３の
外周囲には熱交換器６が配設されている。ポンプ軸２の
上端はたわみ継手７を介してモータ軸８に接続されてい
る。上部ケーシング１の下端には下部ケーシング１１が
連接され、これらを区分する部位に位置したポンプ軸２
の側面にはラビリンス部９が形成されており、さらにポ
ンプ軸２の下部には羽根車１０が取着されている。羽根
車１０は下部ケーシング１１内に配置されており、下部
ケーシング！１は上部ケーシング１の下端部に接続され
たベース！２にボルト１３で締め付けられて接続されて
いる。ベース１２と下部ケーシング１１との間にはケー
シングカバー１４が介在されている。ケーシングカバー
１４の下端面には水中軸受１５が取着されており、この
水中軸受１５で羽根車１０の軸部を軸支する。下部ケー
シング１１には原子炉−次冷却水つまりポンプ水（熱水
）を流入する吸込口１６と、この吸込口１６から羽根車
１０で吸込まれた一次冷却水を吐出する吐出口１７が形
成されている。また、ポンプ軸２には循環羽根１８が取
着されており、この循環羽根１８でシール室３の軸封水
を循環させる。なお、図中符号１９は上部ケーシング１
のフランジである。

ポンプ軸２にはラビリンス部９の下方に位置して軸封水
とポンプ水との混合機構としての混合羽根２０が取着さ
れている。すなわち、第２図（ａ）に部分的に拡大して
示したようにケーシングカバー１４の内面に形成された
ラビリンス部９に対向してポンプ軸２にもラビリンス部
９が形成されている。このラビリンス部９の下流側に位
置してポンプ軸２に混合羽根２０が取着されている。

この混合羽根２０の回転によって軸封水（冷水）２１と
下部ケーシング１１内からのポンプ水（熱水）２２とが
攪拌されて第２図（ｂ）に示したような温度境界がかき
乱され、ラビリンス部９における温度差を小さくするこ
とができる。

なお、第２図（ｂ）は第２図（ａ）に対応した軸方向の
温度分布を示している。この実施例によレバラビリンス
Ｎ９での温度変動を緩和させることができる。

第３図から第６図は上記混合機構の他の例を示したもの
である。

すなわち、第３図の例はポンプ軸２に縦長の溝２３を複
数条設けて、第２図に示した混合羽根２ｏと同様の効果
をもたせたものである。

第４図の例は第２図に示した混合羽根２（ｌと同様の形
状であるがラビリンス部９の下部まで伸ばした長尺羽根
２４をポンプ軸２に取着して軸封水とポンプ水との混合
領域をより大きくして混合領域の拡大をはかったことに
ある。

第５図の例は第２図における混合羽根を軸方向に分割し
た短尺羽根２５をポンプ軸２に取着するとともに方向の
異なった羽根２６を取着して、軸封水とポンプ水との攪
拌効果の増大をはかったことにある。

第６図の例はポンプ軸２に方向の異なる羽根２７を交互
に取着して攪拌効果をはかったことにある。

上述した第３図から第６図までの例においても第１の実
施例と同様の作用効果を奏することは云うまでもないこ
とである。

［発明の効果］本発明によればポンプ軸の軸封部位における軸封水（冷
水）とポンプ水（熱水）との混合部の温度変動を緩和す
ることができ、もって構造強度上の信頼性が向上し、安
全性向上に寄与することが大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るポンプ用軸封装置を組込んだ原子
炉再循環ポンプを示す縦断面図、第２図（ａ）は本発明
に係るポンプ用軸封装置の第１の実施例の要部を示す側
面図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）におけるポンプ軸と
温度との関係を示す特性図、第３図から第６図までは第
２図（ａ）におけるポンプ軸に取着した混合羽根の他の
例をそれぞれ示す側面図、第７図は従来のポンプ用軸封
装置を組込んだ原子炉再循環ポンプを示す縦断面図であ
る。 ■・・・上部ケーシング２・・・ポンプ軸３・・・シール室４・・・メカニカルシール５・・・軸封水注入管６・・・熱交換器７・・・たわみ継手８・・・モータ軸９・・・ラビリンス部０・・・羽根車１・・・下部ケーシング２・・・ベース３・・・ボルト４・・・ケーシングカバー５・・・水中軸受６・・・吸込口ア・・・吐出口訃・・循環羽根９・・・上部フランジ２０・・・混合羽根２１・・・軸封水２２・・・ポンプ水２３・・・縦長の溝２４・・・長尺羽根２５・・・短尺羽根２６・２７・・・方向の異なる羽根（８７３３）代理人　弁理士　猪　股　祥　晃（ほか　
１名）第３回第国箒肥芽乙図

Claims

【特許請求の範囲】

上部ケーシング内に配設されたポンプ軸と、このポンプ
軸を軸封するシール室内に設けられたメカニカルシール
と、前記シール室内に軸封水を循環する循環機構と、前
記上部ケーシングの下端に連接する下部ケーシング内と
を区分するラビリンス部と、前記上部ケーシングと下部
ケーシングとの間に設けられたケーシングカバーと、前
記下部ケーシング内の前記ポンプ軸に取着された羽根車
とを有するポンプ用軸封装置において、前記ラビリンス
部の下流側に位置する前記ポンプ軸に前記軸封水と下部
ケーシング内のポンプ水を強制的に混合するための混合
機構を設けてなることを特徴とするポンプ用軸封装置。