JPH0524359B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、沸騰水型原子力発電プラントの原子
炉冷却材再循環ポンプ、原子炉冷却材浄化系循環
ポンプや、加圧水型原子力発電プラントの一次冷
却材循環ポンプ等の原子力発電プラントの原子炉
用ポンプの軸封機構に関する。

〔発明の背景〕

高温・高圧のポンプ揚液の軸部からの漏洩を制
限する為に、グランドパツキンに代わり、メカニ
カルシールが使用されてきている。メカニカルシ
ールは、第６図に示すように、ポンプの軸１１と
共に回転する回転環６と、フランジ１等に減圧装
置２を介して固定された静止環５とが、軸と垂直
な端面で液膜を介して互いに押し合いながら摺動
することで、シールする機構となつている。ここ
で、摺動面の押しつけ力は、シール室内の流体圧
及び回転リング本体７、Ｕカツプ押え９およびば
ね１０を通して回転環６に働くばね力である。摺
動面は、安定に摺動するように極めて平滑で、光
たく仕上げがされているが、ごみ等の異物が侵入
したり、圧力や温度等で変形したりすると密封機
構に変化が生じて、シール室内流体の漏洩量にも
変化が生じる可能性がある。特に、沸騰水型原子
力発電プラントの原子炉冷却材再循環ポンプ、原
子炉冷却材浄化系循環ポンプや、加圧水型原子力
発電プラントの一次冷却材循環ポンプ等の原子力
発電プラントの原子炉用のポンプは、ポンプ液が
放射能水である為、シール室からの漏洩は可能な
限り抑制する必要がある。ところが、押しつけ力
を強くして漏洩を押えようとすると、摺動面が焼
きついたり損傷したり、又摩耗が進みメカニカル
シールの寿命が短くなる。一方、摺動面の面圧が
小さいとシール室からの漏洩が増加する。

即ち、メカニカルシールにより軸シールを行う
際は、摺動面の円滑なあたりが長期間安定に維持
されるように、 (1) 異物等の混入で摺動面を損傷しないようにす
ること、 (2) 圧力変化や、温度変化で摺動面が変形するこ
とのないようにすること、 が非常に重要である。

しかしながら、従来のメカニカルシールによる
原子炉冷却材再循環ポンプ等の軸封装置は、上記
(1)に述べたように異物の混入を防止するために、
メカニカルシールパージ水系を、通常設置し、軸
封部の冷却系として冷却用熱交換器を設置してい
るが、シール室の基準温度に対し、温度変動幅を
少なくする温度制御機構を有していない。従つ
て、シール室の温度変動により、メカニカルシー
ルの摺動面のシール性能が変り、漏洩量が増加す
る惧れがある。

第７図および第８図には、実機と同一の、沸騰
水型原子力発電所で使用される原子炉冷却材再循
環ポンプの試験結果を示す。第７図で示したの
は、外気温度の変化により軸シール室温度が変動
し、その結果、ポンプの軸封部からのシール水の
漏洩が増減したと考えられるものである。このよ
うな軸シール室の漏洩れを静定するには、軸シー
ル室の温度変動幅をできるだけ少なくすること
が、有効であると思われる。一方、第８図は、軸
シール室の温度が高い状態から、降下する際に、
軸封部からの（メカニカルシール摺動面からの）
漏洩が増大した例である。この漏洩量の増加も、
シール室温度の変化に伴い、メカニカルシールの
摺動面が変形した結果であると考えられる。従つ
て漏洩のより少ない軸封機構とする為には、シー
ル室の温度変動の少い軸シール室が有効である。

又、第９図、第１０図で示すのは、温度変化の
結果生ずるものと予想されるメカニカルシール摺
動面の変形形状である。いずれの場合も、摺動面
の変形により平滑な面接触から、シール外周部、
あるいは内周部の線接触に移行し、その結果接触
部の摩耗が進展し、摺動面の状態が変化する事も
考えられる。即ち、摺動面の変形は摩耗の問題と
関連して寿命を短くすることも考えられる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、メカニカルシールパージ水を
冷却する熱交換器を備えた原子力発電プラントの
原子炉用ポンプの軸封機構において、メカニカル
シール部分からのメカニカルシールパージ水の漏
水を効果的に防止できる原子力発電プラントの原
子炉用ポンプの軸封機構を提供することにある。

〔発明の概要〕

前記した第７図及び第８図の現象を踏まえる
と、メカニカルシールの摺動面を安定に摺動さ
せ、摺動面からの漏洩を抑制し、長期にわたり信
頼性のある軸封機構を達成するためには、メカニ
カルシールの構成部品である静止環（通常、カー
ボン材料）、及び軸と共に回転する回転環（通常、
超硬合金）の摺動面が、流体圧等による圧力変形
や温度変化による熱変形をきたさないようにする
ことが必要である。特に、軸シール室の流体圧は
通常大きな変動が無いため、軸シール室の温度条
件を安定化させることが重要となる。したがつ
て、本発明は、軸シール室の基準温度からの温度
変動幅を可能な限り小さくすることで、摺動面の
変形を少なくするものである。一般に、メカニカ
ルシールからの漏洩は、静止環と回転環の摺動部
の隙間がミクロンオーダー（1μ＝10^-6m）で変化
した際も、その変化量の影響を受け増減するとい
われている。従つて、軸封部の温度制御も基準温
度に対して数℃（±１℃前後）の変動幅におさえ
ることが必要である。軸シール室の基準温度は、
軸封部に注入される高圧清浄水注入系（メカニカ
ルシールパージ水系）の温度、及び摺動発熱、ポ
ンプケーシング等からの入熱、軸封部冷却用熱交
換器による除熱が平衝に達する温度（約40℃前
後）を用いれば良い。

実機において、軸シールの温度が変化する主な
原因は、下記のような項目が考えられる。

(1) 軸封部には、高温・高圧のポンプ揚液の軸シ
ール室への侵入を防止し、摺動面に清浄水を供
給し異物等による摺動面の損傷を防止するメカ
ニカルシールパージ水系が設置されている。軸
シール室の温度は、このメカニカルシールパー
ジ水の温度に支配されるため、メカニカルシー
ルパージ水の流体温度の変動が、軸シール室の
温度に影響を与える。

(2) メカニカルシールの摺動部分からは、静止環
と回転環との摺動により摩擦熱が発生する。こ
の摺動発熱は、軸の回転数により異なる。従つ
て、軸の回転数変化が、軸シール室温度に影響
を与える。

即ち、軸シール室の温度制御を行う方法に
は、上記(1)，(2)の原因を考慮すると、以下の方
法が有効と考えられる。

(1) 前記した、メカニカルシールパージ水系を
利用し、軸シール室の温度制御を行う。その具
体案としては、 (a) パージ水の温度を制御する。

(b) パージ水流量を制御し、軸シール室温度を
一定にするの２案がある。

(3) 軸封部には、主にメカニカルシールの構成部
品にＯ−リング、Ｖカツプなどの合成ゴム製品
が使用されていることから、軸シール室の温度
が過度の温度上昇を生じないように、軸封部の
冷却系統が設置されている。この軸封部の冷却
用熱交換器の二次側冷却水量を制御すること
で、軸シール室の温度制御を行う。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図ないし第２図に
より説明する。第１図は、本発明によるメカニカ
ルシールを備えた軸封機構の一実施例であり、沸
騰水型原子力プラントで使用される原子炉冷却材
再循環ポンプの軸封部を示す。この軸封部は、下
部シール室１３、上部シール室１２に分かれ、コ
ントロールブリードオフライン２１により一定量
のシール水を系外へ排出することで前記上部シー
ル室１２の圧力が下部シール室の約１／２となる
ように設計されている。前記下部シール室１３の
圧力は、ポンプ内部２６の圧力約70Kg／cm²と同等
に保たれ、したがつて上部シール室１２の圧力は
約35Kg／cm²となつている。このため、上部・下部
シール室に各々設置されているメカニカルシール
である静止環５、回転環６は、通常約35Kg／cm²の
差圧を受けもつことになる。下部シール室１３に
は、ポンプ内部２６との間のラビリンス２４を通
つて炉水が侵入するのを防止するため、また、メ
カニカルシールの摺動面を清浄とするために、メ
カニカルシールパージ水１６が注入されるように
なつている。かかるメカニカルシールパージ水は
メカニカルシールパージ水注入口１６から注入さ
れ、下部シール室１３に入る。軸１１の回転と共
に回転する補助インペラー１４があり、この補助
インペラー１４により、下部シール室１３のメカ
ニカルシールパージ水の一部は熱交換器１５内の
蛇管状に巻いた伝熱管２５内に送りこまれ、メカ
ニカルクーラ冷却水注入口１７から熱交換器１５
に注入されるメカニカルクーラ冷却水との間で熱
交換を行つて冷却され、第１図中Ａの個所でメカ
ニカルシールパージ水注入口１６から新たに注入
されてくるメカニカルシールパージ水と合流し再
び下部シール室１３に戻る。一方、上述のとおり
下部シール室１３と上部シール室１２との圧力差
により、下部シール室１３のメカニカルシールパ
ージ水の一部は上部シール室１２に流入し、コン
トロールブリードオフライン２１により一定量は
系外に排出される。以上のようにして静止環５と
回転環６との周囲にはメカニカルシールパージ水
が流れ、静止環５と回転環６との摺動部分に異物
が混入することを防止している。なお、メカニカ
ルクーラ冷却水は上記の熱交換後、取り出し口１
８より系外へ排出される。通常この冷却水は原子
炉補機冷却系により供給されているものである。
なお、従来通りジヤケツト冷却水をジヤケツト冷
却水注入口１９から注入し、ジヤケツト冷却水排
出口２０から排出することにより、ポンプケーシ
ング１、ラビリンス２４を冷却している。

下部シール室１３の温度は、メカニカルシール
パージ水の温度に支配されやすい。

したがつて、第２図に示すように、制御棒駆動
水圧系ポンプを駆動源とするパージ水系統に熱交
換器２８が設けられている。メカニカルシールパ
ージ水は、沸騰水型原子力発電プラントの場合、
清浄でかつ高圧であることを満足することにより
一般に制御棒駆動水圧系の水が用いられこのこと
に鑑み、前記パージ水系に熱交換器２８が設けら
れるものである。一方、原子炉冷却材再循環ポン
プの軸封部には、軸シール室の温度を監視するた
めの温度検出器２３が設置されている。この温度
検出器２３による軸シール室の温度信号は温度調
節器３２に通され、熱交換器２８の二次側系統２
９に設けられた流量調整弁３０へ導かれ、この流
量調整弁３０の弁開度により冷却水量が調節され
ることで前記パージ水温度が変化し軸シール室の
温度が制御されるようになつている。

なお、前記パージ水系は、図示するように、熱
交換器２８が取り付けられているほか、従来と同
様の構成を採り、制御棒駆動水系ポンプ２７、か
ら順次温度検出器３１、流量制御器３３、逆止弁
３４、および原子炉格納容器３６内にて、逆止弁
３４′グローブ弁３５が備えられ、原子炉冷却材
再循環ポンプの軸封部に導びかれるようになつて
いる。

また、パージ水の温度制御方法としては、パー
ジ水系統に電気加熱器を設け、軸シール室の温度
信号を、電気加熱器の入力制御信号に応じてパー
ジ水温度を制御するようにしてもよい。

次に、第３図には、熱交換器の一次側流量を調
節することで、温度制御する実施例を示してい
る。

同図において、第２図と同符号のものは同材料
を示している。第２図と異なる構成は、パージ水
系統１６に設置し熱交換器２８の廻りに、バイパ
スライン３７が設けられている。そして、流量調
節弁３０が熱交換器２８の後部のパージ水系の前
記バイパスライン３７との交部に設置されてい
る。前記温度検出器２３からの軸シール室の温度
信号を、前記流量調整弁３０に与え、熱交換器の
一次側流量を調節することで、軸シール室の温度
を制御するようになつている。

また、第４図には、メカニカルシールパージ水
流量を制御する実施例を示す。同図において、軸
シール室の温度信号を、パージ水系統３９に設置
した流量調節弁３０に与え、パージ水流量を変化
させるとで軸シール室の温度を制御するようにな
つている。

さらに、第５図には、熱交換器１５を利用して
温度制御を行う実施例を示す。熱交換器１５の構
成は前述のとおりであるが、かかる熱交換器１５
は、万一、メカニカルシールパージ水系３９から
の高圧水の供給が絶たれ、炉水がラビリンス２４
を通して侵入してくる際も、シール室内の異常温
度上昇を防ぐ役割を果たすものである。

このような熱交換器１５を有する軸封部におい
て、温度検出器２３からの信号を、前記熱交換器
１５の冷却水側流量調節弁３０に伝え、メカニカ
ルシールクーラ冷却水量を変えることで、軸シー
ル室の温度を制御するようにしたものであある。
この場合にあつても、軸シール室の温度を直接検
出することで、基準温度（設定温度）との比較を
行い、軸封部の熱交換器１５のメカニカルシール
クーラ冷却水の流量調節にもとづいて軸シール室
の温度制御がなされる。

以上説明したような実施例により、メカニカル
シールパージ水を冷却する熱交換器１５を備えた
原子力発電プラントの原子炉用ポンプの軸封機構
において、メカニカルシール部分からのメカニカ
ルシールパージ水の漏水を効果的に防止できる原
子力発電プラントの原子炉用ポンプの軸封機構を
提供することができる。また、以下のような効果
も得られる。

(1) メカニカルシールの摺動面の変形が抑えられ
るため、円滑な摺動が期待できシール寿命が延
びる。

(2) メカニカルシールの寿命が延びると、現在一
年毎の定期検査のたびに交換しているメカニカ
ルシールの交換が不必要となり、原子炉冷却材
再循環ポンプ等の無保守の連続運転ができ、定
期検査から定期検査までの期間を延長すること
ができる。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明によれば、メカニカルシー
ルパージ水を冷却する熱交換器１５を備えた原子
力発電プラントの原子炉用ポンプの軸封機構にお
いて、温度検出器２３の検知信号を受けてメカニ
カルシールパージ水流路に流れるメカニカルシー
ルパージ水の温度変動を抑制する温度変動抑制手
段を設けたから、熱交換器１５を備えた原子力発
電プラントの原子炉用ポンプの軸封機構におけ
る、メカニカルシール部分からのメカニカルシー
ルパージ水の漏水を効果的に防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明によるメカニカル
シールを備えた軸封機構の一実施例である原子炉
冷却材再循環ポンプの軸封部を構成図、第３図な
いし第５図はそれぞれ本発明によるメカニカルシ
ールを備えた軸封機構の他の実施例を示す構成
図、第６図はメカニカルシールを備えた軸封機構
の概略図、第７図および第８図は従来のメカニカ
ルシールを備えた軸封機構の欠点が生じる理由を
示す説明図、第９図および第１０図は従来のメカ
ニカルシールを備えた軸封機構の欠点を示す説明
図である。 １…ポンプカバーフランジ、２…減圧装置、３
…Ｏリング、４…バツクアツプリング、５…静止
環、６…回転環、７…回転還本体（リテーナ）、
８…Ｖカツプ、９…Ｖカツプ押え、１０…スプリ
ング、１１…軸、１２…上部シール室、１３…下
部シール室、１４…循環羽根、１５…熱交換器、
１６…メカニカルシールパージ水系統、１７…メ
カニカルシールクーラ冷却水注入口、１８…メカ
ニカルシールクーラ冷却水排出口、１９…ジヤケ
ツト冷却水注入口、２０…ジヤケツト冷却水排出
口、２１…コントロール・ブリードオフライン、
２２…下部シール室温度検出器、２３…温度検出
器、２４…ラビリンス、２５…伝熱管、２６…ポ
ンプ内部、２７…制御棒駆動水系ポンプ、２８…
熱交換器、２９…熱交換器二次側系統、３０…流
量調整弁、３１…温度検出器、３２…温度制御
器、３３…流量制御器、３４…逆止弁、３５…グ
ローブ弁、３６…原子炉格納容器、３７…熱交換
器バイパスライン、３８…メカニカルシールクー
ラ冷却水系統、３９…メカニカルシールパージ水
系統。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 静止環５と回転環６とが摺動することで原子
   炉冷却材循環ポンプのポンプ水の前記ポンプ外へ
   の漏洩を抑制するメカニカルシールと、前記摺動
   部分への異物の混入を防止するメカニカルシール
   パージ水を前記静止環５と回転環６との周囲に流
   すメカニカルシールパージ水流路と、該流路を流
   れる前記メカニカルシールパージ水とメカニカル
   シールクーラ冷却水との間で熱交換を行つて前記
   メカニカルシールパージ水を冷却する熱交換器１
   ５と、前記メカニカルシールパージ水流路を流れ
   る前記メカニカルシールパージ水の温度を検知す
   る温度検出器２３と、該温度検出器２３の検知信
   号を受けて前記メカニカルシールパージ水流路流
   れるメカニカルシールパージ水の温度変動を抑制
   する温度変動抑制手段とを備えた原子力発電プラ
   ントの原子炉用ポンプの軸封機構。