JPH04161890A - 高温ポンプの熱疲労防止装置 - Google Patents
高温ポンプの熱疲労防止装置Info
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- JPH04161890A JPH04161890A JP2287286A JP28728690A JPH04161890A JP H04161890 A JPH04161890 A JP H04161890A JP 2287286 A JP2287286 A JP 2287286A JP 28728690 A JP28728690 A JP 28728690A JP H04161890 A JPH04161890 A JP H04161890A
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/04—Shafts or bearings, or assemblies thereof
- F04D29/046—Bearings
- F04D29/047—Bearings hydrostatic; hydrodynamic
-
- 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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- F04D29/04—Shafts or bearings, or assemblies thereof
- F04D29/043—Shafts
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D7/00—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts
- F04D7/02—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts of centrifugal type
- F04D7/06—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts of centrifugal type the fluids being hot or corrosive, e.g. liquid metals
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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】
［産業上の利用分野］
本発明は、例えば原子炉冷却材再循環ポンプ等の高温揚
液の扱い、軸風装置の冷却及び清浄化のため軸封室に低
温のシールパージ液を供給し、該シールパージ液の一部
が主軸の貫通部を経て高温のポンプケーシングに流入す
る高温ポンプの熱疲労防止装置に関する。
液の扱い、軸風装置の冷却及び清浄化のため軸封室に低
温のシールパージ液を供給し、該シールパージ液の一部
が主軸の貫通部を経て高温のポンプケーシングに流入す
る高温ポンプの熱疲労防止装置に関する。
［従来の技術］
例えば第１２図に示すポンプ装置のポンプケーシング１
と主軸４との軸貫通部１２には、通常、メカニカルシー
ル１４等の軸封機構が設けられ、その冷却と清浄化のた
め外部から適温（通常は常温程度）のシールパージ液Ａ
を軸封室６ａに注入している。
と主軸４との軸貫通部１２には、通常、メカニカルシー
ル１４等の軸封機構が設けられ、その冷却と清浄化のた
め外部から適温（通常は常温程度）のシールパージ液Ａ
を軸封室６ａに注入している。
［発明が解決しようとする課題］
ここで、ポンプ揚液Ｂが高温の場合には、シールパージ
液Ａにより低温に保持される軸封室６ａとポンプ揚液Ｂ
の循環するケーシング１の内部との間には、大きな温度
差が発生する。この温度境界は、軸封室６ａからケーシ
ングカバー２を介してポンプケーシング１の内部に流入
する低温のシールパージ液入が、高温のポンプ揚液Ｂと
混合する部位Ｃに生じるが低温液と高温液の不可逆的混
合過程においては、激しい温度変動現象が発生する。そ
のために付近の金属構造物には変動熱応力が生じ、これ
による疲労ため金属に割れが生じる場合がある。
液Ａにより低温に保持される軸封室６ａとポンプ揚液Ｂ
の循環するケーシング１の内部との間には、大きな温度
差が発生する。この温度境界は、軸封室６ａからケーシ
ングカバー２を介してポンプケーシング１の内部に流入
する低温のシールパージ液入が、高温のポンプ揚液Ｂと
混合する部位Ｃに生じるが低温液と高温液の不可逆的混
合過程においては、激しい温度変動現象が発生する。そ
のために付近の金属構造物には変動熱応力が生じ、これ
による疲労ため金属に割れが生じる場合がある。
これに対し従来は第１３図に示すように、両液ＡＳＢの
混合部位Ｃの金属部に、スリーブ１５ａ１１５ｂを設け
、例え熱疲労が生じてもスリーブ１５ａ、１５ｂを交換
することで対処理していた。
混合部位Ｃの金属部に、スリーブ１５ａ１１５ｂを設け
、例え熱疲労が生じてもスリーブ１５ａ、１５ｂを交換
することで対処理していた。
これはメインボルト１３（第１５図）を取り外す必要が
あって交換作業が面倒である。また、熱疲労の発生の有
無は、分解検査を必要とし、その分解検査は、原子炉冷
却材再循環ポンプのように放射線被曝においては、極め
て面倒である。
あって交換作業が面倒である。また、熱疲労の発生の有
無は、分解検査を必要とし、その分解検査は、原子炉冷
却材再循環ポンプのように放射線被曝においては、極め
て面倒である。
また、特公昭６４−４１６０号公報には第１４図に示す
ように、水中軸受１０のジャーナル１１（第１５図）の
内部に、熱障壁いわゆるサーマルバリア１６を設け、こ
のサーマルバリア１６によりシールパージ液Ａを昇温し
、シールパージ液Ａとポンプ揚液Ｂとの温度差を小さく
する技術が示されている。しかし、この公知技術では、
サーマルバリア１６により充分な昇温効果を得ることは
、実質的に不可能であり、これによる熱疲労の防止は困
難である。
ように、水中軸受１０のジャーナル１１（第１５図）の
内部に、熱障壁いわゆるサーマルバリア１６を設け、こ
のサーマルバリア１６によりシールパージ液Ａを昇温し
、シールパージ液Ａとポンプ揚液Ｂとの温度差を小さく
する技術が示されている。しかし、この公知技術では、
サーマルバリア１６により充分な昇温効果を得ることは
、実質的に不可能であり、これによる熱疲労の防止は困
難である。
第１５図には本発明が実施される高温水を扱う代表的な
ポンプである原子炉冷却材再循環ポンプか示されている
。図において、ポンプケーシング１内には、羽根車３が
水中軸受１０のジャーナル１１により回転自在に支持さ
れている。その羽根車３の主軸４は、ケーシングカバー
２の軸貫通部１２から突出され、ケーシング１にメイン
ボルト１３により取付けたモータ台８の内部において、
カップリング７を介して図示しないモータに連結されて
いる。その主軸４とケーシングカバー２との間には、メ
カニカルシール１４を備えた軸封装置６が設けられてい
る。この軸封装置６には、軸封室冷却器５が設けられ、
その冷却器５には、シールパージ液供給口５ａが設けら
れている。なお、図中の符号９はシールパージ液の循環
羽根である。
ポンプである原子炉冷却材再循環ポンプか示されている
。図において、ポンプケーシング１内には、羽根車３が
水中軸受１０のジャーナル１１により回転自在に支持さ
れている。その羽根車３の主軸４は、ケーシングカバー
２の軸貫通部１２から突出され、ケーシング１にメイン
ボルト１３により取付けたモータ台８の内部において、
カップリング７を介して図示しないモータに連結されて
いる。その主軸４とケーシングカバー２との間には、メ
カニカルシール１４を備えた軸封装置６が設けられてい
る。この軸封装置６には、軸封室冷却器５が設けられ、
その冷却器５には、シールパージ液供給口５ａが設けら
れている。なお、図中の符号９はシールパージ液の循環
羽根である。
このポンプにおいては、軸封装置６の軸封室６ａ（第１
２図）に例えば約５／／ｍｉｎ低温（例えば約４０℃）
のシールパージ液Ａが溢水される。
２図）に例えば約５／／ｍｉｎ低温（例えば約４０℃）
のシールパージ液Ａが溢水される。
そのうち、例えば約３１／ｍｉｎのシールパージ液はメ
カニカルシール１４を経てポンプ外に排出される。した
がって、残余の約２１’／ｍｉｎがケーシングカバー２
と主軸４との軸貫通部１２の環状隙間からポンプケーシ
ング１内に流入する。ポンプケーシング１内の揚液Ｂの
温度は、通常、約２８０℃であるため、温度差ΔＴは、
２８０〜４０＝２４０（’Ｃ）となり、この温度差ΔＴ
に相当する温度変動が軸貫通部１２の出口付近で発生す
る。その温度変動により金属表面に発生する最大熱応力
Δσは、 Δσ＝ＥβΔＴη／（１−ν） ここで、 金属材料表面温度変動／水温度変動くＩＥ：材料の縦弾
性係数 β：材料の線膨張係数 シ：材料のポアソン比 で表すことができ、材料をオーステナイトステンレス鋼
とした場合、材料の疲労限から許容される変動応力は、
Δσ／２≦９ｋｇ／−（片振幅）となり、これから許容
水温変動量ΔＴｍａｘは、せいぜい１００℃以下と推定
される。すなわち、低温のシールパージ液Ａは、高温の
ポンプ揚液Ｂと混合する前に、温度差１００℃以下とな
るように昇温される必要がある。上記ポンプの場合は、
約２１／ｍｉｎ、温度４０℃のシールパージ液ＡＡを、
１８０℃（＝２８０−１００）以上まで昇温するヒータ
が必要となる。これに対し、前記のサーマルバリア１６
等の構造では不充分で、何らかの強制加熱式ヒータが必
要となる。
カニカルシール１４を経てポンプ外に排出される。した
がって、残余の約２１’／ｍｉｎがケーシングカバー２
と主軸４との軸貫通部１２の環状隙間からポンプケーシ
ング１内に流入する。ポンプケーシング１内の揚液Ｂの
温度は、通常、約２８０℃であるため、温度差ΔＴは、
２８０〜４０＝２４０（’Ｃ）となり、この温度差ΔＴ
に相当する温度変動が軸貫通部１２の出口付近で発生す
る。その温度変動により金属表面に発生する最大熱応力
Δσは、 Δσ＝ＥβΔＴη／（１−ν） ここで、 金属材料表面温度変動／水温度変動くＩＥ：材料の縦弾
性係数 β：材料の線膨張係数 シ：材料のポアソン比 で表すことができ、材料をオーステナイトステンレス鋼
とした場合、材料の疲労限から許容される変動応力は、
Δσ／２≦９ｋｇ／−（片振幅）となり、これから許容
水温変動量ΔＴｍａｘは、せいぜい１００℃以下と推定
される。すなわち、低温のシールパージ液Ａは、高温の
ポンプ揚液Ｂと混合する前に、温度差１００℃以下とな
るように昇温される必要がある。上記ポンプの場合は、
約２１／ｍｉｎ、温度４０℃のシールパージ液ＡＡを、
１８０℃（＝２８０−１００）以上まで昇温するヒータ
が必要となる。これに対し、前記のサーマルバリア１６
等の構造では不充分で、何らかの強制加熱式ヒータが必
要となる。
本発明は、シールパージ液を適温に昇温して熱疲労を防
止する構造簡単で信頼性の高い高温ポンプの熱疲労防止
装置を提供することを目的としている。
止する構造簡単で信頼性の高い高温ポンプの熱疲労防止
装置を提供することを目的としている。
［課題を解決するための手段］
本発明によれば、高温揚液の扱い、軸風装置の冷却及び
清浄化のため軸封室に低温のシールパージ液を供給し、
該シールパージ液の一部が主軸の貫通部を経て高温のポ
ンプケーシングに流入する高温ポンプにおいて、高温の
ポンプ揚液を熱源として低温のシールパージ液を昇温す
るヒータを前記高温ポンプ内に設けている。
清浄化のため軸封室に低温のシールパージ液を供給し、
該シールパージ液の一部が主軸の貫通部を経て高温のポ
ンプケーシングに流入する高温ポンプにおいて、高温の
ポンプ揚液を熱源として低温のシールパージ液を昇温す
るヒータを前記高温ポンプ内に設けている。
前記ヒータのポンプ揚液の循環には、羽根車の回転力を
利用した静的差圧又は動的差圧を用いるのが好ましい。
利用した静的差圧又は動的差圧を用いるのが好ましい。
また、ヒータのポンプ揚液の通路は、強度に優れ加工の
容易なキリ穴で構成するのが好ましい。
容易なキリ穴で構成するのが好ましい。
また、ヒータの伝熱面積を増大するため、主軸と共に回
転する回転バッフルでヒータの内外周を覆い、シールパ
ージ流路を二重に形成するのが好ましい。
転する回転バッフルでヒータの内外周を覆い、シールパ
ージ流路を二重に形成するのが好ましい。
［作用］
上記のように構成された高温ポンプの熱疲労防止装置に
おいて、低温のシールパージ液は、ヒータ内を流れる高
温のポンプ揚液により強制的に昇温されてポンプケーシ
ングに流入する。したがって、シールパージ液とポンプ
揚液との混合部における両液の温度差がなくなり、温度
変動に起因する熱疲労の発生が防止される。
おいて、低温のシールパージ液は、ヒータ内を流れる高
温のポンプ揚液により強制的に昇温されてポンプケーシ
ングに流入する。したがって、シールパージ液とポンプ
揚液との混合部における両液の温度差がなくなり、温度
変動に起因する熱疲労の発生が防止される。
［実施例］
以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。
なお、これらの図面において第１５図に実質的に対応す
る部分については、同じ符号を付して重複説明を省略す
る。
る部分については、同じ符号を付して重複説明を省略す
る。
第１図ないし第３図において、全体を符号２０て示すヒ
ータは、シールパージ液Ａが流下する部分を覆う円筒形
の本体２１と、この本体２１をケーシングカバー２に取
付ける胴部２２とで形成されている。その本体２１には
、軸方向に多数のキリ穴で構成された通路２３が設けら
れている。その通路２３の熱水人口２４は、主軸４の水
中軸受１０の循環水すなわち高温のポンプ揚液Ｂの出口
付近に設けられ、熱水出口２５は、熱水人口２４より下
方の半径方向内方に設けられている。なお、図中の符号
２６は熱遮蔽板である。
ータは、シールパージ液Ａが流下する部分を覆う円筒形
の本体２１と、この本体２１をケーシングカバー２に取
付ける胴部２２とで形成されている。その本体２１には
、軸方向に多数のキリ穴で構成された通路２３が設けら
れている。その通路２３の熱水人口２４は、主軸４の水
中軸受１０の循環水すなわち高温のポンプ揚液Ｂの出口
付近に設けられ、熱水出口２５は、熱水人口２４より下
方の半径方向内方に設けられている。なお、図中の符号
２６は熱遮蔽板である。
したがって、第４図及び第５図に示すように、ヒータ２
０とジャーナル１１とで囲まれたシールパージ流路りは
、常時高温のポンプ揚液Ｂで満たされており、羽根車３
と共に回転するジャーナル１１の作用により、空間り内
の流体は周方向の速度成分Ｖθを有する。この周方向速
度成分Ｖθが存在することから、次式に基づいて、流体
には半径方向の静的差圧ΔＰｓが発生する。
０とジャーナル１１とで囲まれたシールパージ流路りは
、常時高温のポンプ揚液Ｂで満たされており、羽根車３
と共に回転するジャーナル１１の作用により、空間り内
の流体は周方向の速度成分Ｖθを有する。この周方向速
度成分Ｖθが存在することから、次式に基づいて、流体
には半径方向の静的差圧ΔＰｓが発生する。
ここで、ｒ、：本体２１の外径
ｒ２ ：胴部２２の段部の外径
ρ：流体の密度
したがって、通路２３にはこの差圧ΔＰｓによりポンプ
揚液Ｂが循環する。そして、通路２３には、低温のシー
ルパージ液Ａを必要な温度まで昇温させるに必要な伝熱
面積が確保されている。
揚液Ｂが循環する。そして、通路２３には、低温のシー
ルパージ液Ａを必要な温度まで昇温させるに必要な伝熱
面積が確保されている。
そのため、低温のシールパージ液Ａは、ヒータ２０の本
体２１と主軸４との隙間Ｅを流下する間に、ポンプ揚液
Ｂと熱交換が行われ昇温される。
体２１と主軸４との隙間Ｅを流下する間に、ポンプ揚液
Ｂと熱交換が行われ昇温される。
第６図ないし第８図は本発明の別の実施例を示し、ヒー
タ２０ａの通路２３．２３ａを二重に設けると共に、主
軸４に固設されヒータ２０ａの本体２１ａの内外周を覆
う回転バッフル２７を設け、両者２１ａ、２７の間にシ
ールパージ通路Ｅ１、Ｅ２を二重に形成した例である。
タ２０ａの通路２３．２３ａを二重に設けると共に、主
軸４に固設されヒータ２０ａの本体２１ａの内外周を覆
う回転バッフル２７を設け、両者２１ａ、２７の間にシ
ールパージ通路Ｅ１、Ｅ２を二重に形成した例である。
この実施例では、伝熱面積を増してヒータ２０ａの性能
を向上することができる。
を向上することができる。
第９図ないし第１１図は本発明の別の実施例を示し、ヒ
ータ２０ｂの熱水循環のための差圧力としてジャーナル
ｌｌａの回転力による動圧力を用いた例である。すなわ
ち、ジャーナルｌｌａの上端部に、流体の旋回力を増加
させるための多数の半円形切欠２８を形成すると共に、
ヒータ２０ｂの熱水人口２４の部分に、旋回する熱水の
せき止め用のくさび形切欠２９を設けている。この場合
のせき止め圧力ΔＰｄは、 ΔＰｄ＝にρｖθ２／２ ここで、■θ＝ジャーナル１１ａの旋回速度に＝係数（
〈１） ρ＝流体の密度 となり、通常、このせき止め圧力ΔＰｄは前述の静的差
圧ΔＰｓより大きくなる。したがって、この実施例では
、熱交換性能を向上することができる。
ータ２０ｂの熱水循環のための差圧力としてジャーナル
ｌｌａの回転力による動圧力を用いた例である。すなわ
ち、ジャーナルｌｌａの上端部に、流体の旋回力を増加
させるための多数の半円形切欠２８を形成すると共に、
ヒータ２０ｂの熱水人口２４の部分に、旋回する熱水の
せき止め用のくさび形切欠２９を設けている。この場合
のせき止め圧力ΔＰｄは、 ΔＰｄ＝にρｖθ２／２ ここで、■θ＝ジャーナル１１ａの旋回速度に＝係数（
〈１） ρ＝流体の密度 となり、通常、このせき止め圧力ΔＰｄは前述の静的差
圧ΔＰｓより大きくなる。したがって、この実施例では
、熱交換性能を向上することができる。
［考案の効果］
本発明は、以上説明したように構成されているので、シ
ールパージ液をヒータにより昇温し、ポンプ揚液との混
合部における温度変動に起因する熱疲労の発生を防止す
ることができる。
ールパージ液をヒータにより昇温し、ポンプ揚液との混
合部における温度変動に起因する熱疲労の発生を防止す
ることができる。
したがって、熱疲労の発生を確認する分解検査が不要に
なり、ポンプの信頼性を向上することができる。
なり、ポンプの信頼性を向上することができる。
第１図ないし第３図は本発明の第１実施例を示し、第１
図は側断面図、第２図は第１図の要部の拡大図、第３図
は第１図のＩ−Ｉ線矢視断面図、第４図は静的差圧を説
明する要部の側断面図、第５図は第４図の直交断面図、
第６図及び第７図は本発明の第２実施例を示す第１図及
び第２図に相当する図面、第８図は第７図のｎ−ｎ線矢
視断面図、第９図は本発明の第３実施例を示す第２図に
相当する図面、第１０図及び第１１図は第９図のｍ−ｍ
線矢視断面図及び■矢視展開図、第１２図は従来のポン
プ装置の軸封室を説明する側断面図、第１３図及び第１
４図は従来のそれぞれ異なる熱疲労防止装置を示す側断
面図、第１５図は本発明か実施される原子炉冷却材再循
環ポンプを示す側断面図である。 Ａ−・・シールパージ液 Ｂ・・・ポンプ揚液 １
・・・ケーシング ２・・・ケーシングカバー ３
・・・羽根車 ４・・・主軸６・・・軸封装置 １
２・・・軸貫通部２０．２０ａ１２０ｂ・・・ヒータ
２３・・・通路 ２７・・・回転バツフル 第３図 第４図 第８図 ２ｄ 第１０図 第１１図 第１２図 ２０ｂ Ｉｌａ
図は側断面図、第２図は第１図の要部の拡大図、第３図
は第１図のＩ−Ｉ線矢視断面図、第４図は静的差圧を説
明する要部の側断面図、第５図は第４図の直交断面図、
第６図及び第７図は本発明の第２実施例を示す第１図及
び第２図に相当する図面、第８図は第７図のｎ−ｎ線矢
視断面図、第９図は本発明の第３実施例を示す第２図に
相当する図面、第１０図及び第１１図は第９図のｍ−ｍ
線矢視断面図及び■矢視展開図、第１２図は従来のポン
プ装置の軸封室を説明する側断面図、第１３図及び第１
４図は従来のそれぞれ異なる熱疲労防止装置を示す側断
面図、第１５図は本発明か実施される原子炉冷却材再循
環ポンプを示す側断面図である。 Ａ−・・シールパージ液 Ｂ・・・ポンプ揚液 １
・・・ケーシング ２・・・ケーシングカバー ３
・・・羽根車 ４・・・主軸６・・・軸封装置 １
２・・・軸貫通部２０．２０ａ１２０ｂ・・・ヒータ
２３・・・通路 ２７・・・回転バツフル 第３図 第４図 第８図 ２ｄ 第１０図 第１１図 第１２図 ２０ｂ Ｉｌａ
Claims (1)
- 高温揚液の扱い、軸風装置の冷却及び清浄化のため軸封
室に低温のシールパージ液を供給し、該シールパージ液
の一部が主軸の貫通部を経て高温のポンプケーシングに
流入する高温ポンプにおいて、高温のポンプ揚液を熱源
として低温のシールパージ液を昇温するヒータを前記高
温ポンプ内に設けたことを特徴とする高温ポンプの熱疲
労防止装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2287286A JPH0664183B2 (ja) | 1990-10-26 | 1990-10-26 | 高温ポンプの熱疲労防止装置 |
| ES91118248T ES2090205T3 (es) | 1990-10-26 | 1991-10-25 | Dispositivo para prevenir la fatiga termica para una bomba de alta temperatura. |
| EP91118248A EP0484768B1 (en) | 1990-10-26 | 1991-10-25 | Thermal fatigue prevention apparatus for high temperature pump |
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