JPH07151893A

JPH07151893A - 原子力プラント用軸振動検出装置

Info

Publication number: JPH07151893A
Application number: JP5299399A
Authority: JP
Inventors: Tomohiko Yabu; 智彦藪; Katsunori Ide; 勝記井手; Fukuzo Shimizu; 福三清水
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-11-30
Filing date: 1993-11-30
Publication date: 1995-06-16

Abstract

(57)【要約】【目的】高放射線環境下や狭い箇所に設置でき、小型軽
量な装置を提供する。【構成】回転軸６にセンサ部18を設け、このセンサ部18
をケーブル19を介して変換器20に接続し、変換器20にモ
ニタ部22と電源装置21を接続する。センサ部18はホルダ
27内にセンサコイル29が合成樹脂層30により固定され、
センサコイル29にコネクタ33からケーブル19が接続した
もので、変換器20は発振回路23、検波回路24および線形
化回路25が順次接続したものからなっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子力施設内の回転機
器、例えばインターナルポンプの軸振動を非接触式に検
出する原子力プラント用軸振動検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】軽水炉型原子力発電所、高速炉型原子力
発電所、高温ガス炉等の原子炉施設、あるいは使用済燃
料の再処理施設、放射性廃棄物の処理施設等の原子力施
設には液体を輸送するためのポンプ、気体を輸送するた
めのブロワーあるいは圧縮機、分離を行うための遠心分
離装置等数多くの回転機器が使用される。

【０００３】これら原子力施設で用いられる回転機器は
通常の一般産業用機器に比べ、極めて高い信頼性を要求
されるものが多く、厳しい品質管理のもとで設計・製作
・施工を行うのは勿論である。

【０００４】また、重要な機器に対しては、振動検出装
置を取付けて常時監視し、万一異常のある場合は、イン
ターロックシステムにより速やかに自動的に停止する等
の安全対策を講じて万全を図っている。

【０００５】振動検出器としては、変位を計測するも
の、速度を計測するもの、加速度を計測するものが利用
されており、用途に応じ使い分けされるが、回転機器の
健全性を評価する上で最も確実なのは、軸の振動を直接
計測することである。

【０００６】軸振動を直接計測する検出器としては直接
軸に検出用の棒を押しあて、その振動加速度を検知する
方法、レーザー変位計などの光学的変位測定又は渦電流
式変位計などの非接触式センサを用いて検知する方法が
知られている。

【０００７】しかしながら、これらの従来の検知装置を
原子力プラント内の回転機器に適用する場合次の様な問
題があった。

【０００８】直接接触式による場合には、検出用の棒及
びその接触面の摩耗がさけられず、交換、分解点検が必
要となる。しかし、原子力プラント内は放射線管理区域
として一般に作業者の立入り、作業を厳しく管理されて
おり、その保守・交換作業は容易ではなく、放射線量の
高い場合は作業者の被ばく防止・低減の観点からも困難
であった。

【０００９】一方、光学式渦電流式の非接触センサを用
いる場合、摩耗の問題はなくなり、測定精度も向上す
る。しかし、検出装置として半導体素子を用いることか
ら、耐放射線性の点で問題があり、運転中の原子炉本体
の近傍等放射線量の高い区域に設置される機器では使用
できない。

【００１０】例えばレーザー変位計を用いる場合には、
通常半導体レーザーを光源として使用するため、放射線
照射により劣化、測定精度低下をまねく。また、渦電流
変位計の場合、磁界を形成するための変換器内に、トラ
ンジスター等の半導体を使用しており、同様に高放射線
下では使用できない。

【００１１】従って、高放射線下では、軸振動を直接計
測することができず、確実・信頼性の高い異常検知とい
う点で改善が望まれていた。

【００１２】原子力プラント用軸振動検出装置を使用す
る一例として沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器に取着さ
れているインターナルポンプについて述べる。

【００１３】例えば図７に示すように、インターナルポ
ンプ１は、原子炉圧力容器２の炉壁２ａ外面側に設けた
密閉型のポンプケーシング３内に電動部４を有し、原子
炉圧力容器２内にインペラ部５を有し、これら電動部４
とインペラ部５とを有し、これら電動部４とインペラ部
５とを回転軸６で連結した構造になっている。回転軸６
はジャーナル軸受７、スラスト軸受８等によって支持さ
れており、インペラ部の５の周囲部にはディフューザ９
が設けられている。

【００１４】従来、このような原子炉内再循環ポンプ１
の回転軸６の軸振動を監視する手段としては、例えば図
７に示すように、ポンプケーシング３の下部外面に振動
加速度計10が設置され、その信号ケーブル11が原子炉格
納容器12の外部に導かれて振動監視計13に接続されたも
のが適用されている。すなわち、振動加速度計10で検出
されるポンプケーシング３の振動に基づいて回転軸６の
振動が振動監視計13で推察されるようになっている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の手段で
監視できるものは、回転軸６の振動によって引き起こさ
れる２次的現象としてのポンプケーシング３の振動であ
り、ポンプ運転中に回転軸６に実際に生じる振動現象を
詳細に計測することは困難であった。

【００１６】そこで、回転軸６の振動を直接計測する手
段として、ポンプケーシング３内の回転軸６に特別の振
動検出器を設置することが考えられる。しかし、インタ
ーナルポンプ１では一般に原子炉炉心の直下に設置され
るため、運転中の放射線量は極めて高いものとなる。こ
のような放射線環境下で使用できる軸振動検出器が存在
しないため、改善が望まれていた。

【００１７】そこで、第８図に示したようにポンプケー
シング３に渦電流式変位計14を取着し、センサケーブル
15を介して変換器16に接続し、この変換器16の出力側を
信号ケーブル11により振動監視計に接続している。符号
17はシールド箱である。このように耐放射線性に弱い変
換器16部分のみを独立させ、放射線量の低い場所に設置
する方法が考えられる。

【００１８】しかし、この場合、渦電流式変位計14と、
変換器16とを結ぶセンサケーブル１５の長さに制約があ
り、通常５ｍ〜10ｍが最長である。従って原子炉格納容
器12の外部の放射線量の低い区域まで延長できず、図８
で示すように鉛等の遮蔽材で形成した放射線シールド箱
17を設けこの中に変換器16を設置せざるを得ない。

【００１９】また、原子炉圧力容器２の下部にはインタ
ーナルポンプ１以外にも、原子炉の出力を制御する制御
棒駆動装置、およびその駆動装置を万一の場合に緊急に
作動させるためのスクラム配管、原子炉内の温度，圧
力，中性子量を測定するための炉内計装機器が、極めて
限られたスペースに多数設置されており、放射線シール
ド箱１７を新規に設置することは困難となる課題があ
る。放射線シールド箱17は、鉛で形成されているために
重量物であり、この点についても改良が要望されるとこ
ろである。

【００２０】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、原子力プラント内の高放射線環境下に設けた
回転機器の軸振動をより詳細に監視でき、小型・軽量を
図ることができる原子力プラント用軸振動検出装置を提
供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は軸の振動を検知
するセンサ部と、このセンサ部に接続するケーブルと、
このケーブルの他端に接続する変換器と、この変換器に
電力を供給する電源部と、前記変換器の信号をモニタす
るモニタ部とを具備し、前記センサ部はホルダ内にセン
サコイルが配設され、このセンサコイルを覆って前記ホ
ルダの一端にキャップが被着され、前記センサコイルは
前記キャップ内で合成樹脂層により固定され、前記セン
サコイルには信号を伝送するリード線が接続されてな
り、前記変換器は前記センサコイルに高周波電流を供給
する発振回路、検波回路および線形化回路が接続されて
なることを特徴とする。

【００２２】

【作用】このような構成によれば、渦電流型変位計の発
信周波数を回転体振動に支障のない程度にまで低くし
て、ケーブルのキャパシタンスの影響を受け難くなり、
ケーブルを従来より大幅に延長できる。したがって、従
来測定できなかった高放射線下でもセンサ本体部分のみ
を機器に取り付け、変換器を離れた放射線量の低い場所
に設置することにより、軸振動の測定が可能となる。

【００２３】ケーブル長の規制が少ないため、放射線シ
ールド箱を被測定機器の近傍に設置する必要がなくな
り、これまでスペース・重量の制約から測定できなかっ
た機器についても検出可能となる。

【００２４】また、回転体をターゲットとして軸振動を
検出するようにしたので、対軸非接触式ではあるが、従
来のケーシング外部で検出するものと比べて、より直接
的に軸振動検出が行えるようになる。

【００２５】したがって、本発明によれば高放射環境下
で、スペース，重量に制約のある場合でも、回転軸の振
動検出が高精度で行えるので、原子力プラント内回転機
器の異常の早期発見が可能となり、また小型軽量化とと
もに信頼性向上が図れるようになる。

【００２６】

【実施例】図１から図３を参照して本発明に係る原子力
プラント用軸振動検出装置の一実施例を説明する。図１
は本実施例に係る装置を系統図で示し、図２は図１にお
けるセンサ部を断面で示し、図３は図１の原理を説明す
るための模式図である。

【００２７】図１中、符号18は回転軸６の振動を検知す
るためのセンサ部で、このセンサ部18はケーブル19を介
して変換器20に接続され、変換器20には電力を供給する
電源部21と、変換器20で変換された信号を伝送するケー
ブル26を介して、モニタ部22が接続されている。変換器
20は発信回路23、検波回路24および線形化回路25が順次
接続されたものからなっている。

【００２８】センサ部18はホルダ27の先端部にキャップ
28がねじ込まれ、このキャップ28内にはセンサコイル29
が合成樹脂層30でモールド固定されている。センサコイ
ル29はリード線31を介してホルダ27の蓋に取着したコネ
クタ33に接続されている。コネクタ33にはケーブル19が
接続し、ケーブル19の表面は金属製フレキシブルアーマ
54で覆われている。

【００２９】センサ部18と変換器20とを接続するケーブ
ル19はポリイミド樹脂で被覆された同軸シールドケーブ
ルからなり、センサコイル29は銅線をポリイミド樹脂で
被覆したポリイミド被覆銅線を根回したものからなり、
合成樹脂層30はエポキシ樹脂からなっている。

【００３０】キャップ28はアルミナセラミックスまたは
耐熱耐食性ニッケル基合金（NCF718）で形成される。回
転軸６に対してキャップ28を対向させギャップδを有し
てセンサ部18を配設する。発信器回路23により発生した
高周波電圧をセンサコイル29に供給する。

【００３１】図３は渦電流変位計の検出原理を示してい
る。センサコイル29に高周波電流を供給し、磁束を回転
軸６の外周であるターゲット面に鎖交させると、図３に
示すように、ターゲット面６ａに磁束を打ち消すような
渦電流が発生し、センサコイル29のインピーダンスがタ
ーゲット面６ａとの距離δの関数として変化する。

【００３２】回転軸６が振動すると、距離δが変わるた
め、インピーダンスが変化し、軸振動が検出される。し
たがって、センサコイル29の持つインピーダンスを検出
することによって軸振動の測定が行える。

【００３３】検出されたインピーダンスは、検波回路24
により復調され、線形化回路25により距離に比例した電
圧信号に換算の上、ケーブル26に出力される。この信号
をモニタ部22で監視することにより回転軸の以上を検知
できる。

【００３４】従来、発振器の発信周波数は、１ＭＨｚ程
度の非常に高い高周波が使用されていたため、ケーブル
19のキャパシタンスの影響を強く受け、ケーブル19の長
さは約10ｍ程度が限界であった、本発明の実施例では発
信周波数を20ＫＨｚから 100ＫＨｚの間に選択すること
により、ケーブル19の長さのキャパシタンスの影響を最
小限に抑え、ケーブル19の長さを延長できるようにし
た。

【００３５】発信周波数を低下させると、振動測定可能
周波数範囲が狭くなるが、原子力プラントの回転機器の
回転数は、ウラン遠心分離器のような極く一部の例を除
き、せいぜい3000〜6000ｒｐｍが上限であること、また
これら回転機の軸振動は、危険速度およびアンバランス
に伴う回転同期振動が主な監視項目であることから、回
転速度の十倍程度の範囲すなわち１ＫＨｚ程度間で測定
できれば十分である。

【００３６】そこで、本発明の実施例では振動検出に支
障なく、かつケーブル19のキャパシタンスを最小にでき
る発振周波数として20ＫＨｚ〜 100ｋＫＨｚの範囲に選
ぶことが最適であることを見出した。

【００３７】このようにすることにより、ケーブル19の
長さを50ｍまで延長でき、電子部品を含む変換器23を放
射線の低いところに設置できるため、高放射線下の回転
軸の振動を直接測定でき、機器の異常を速やかに発見で
きるようになる。

【００３８】つぎに上記実施例による軸振動検出器をイ
ンターナルポンプに使用例を図４により説明する。ポン
プ１は図４に示すように、原子炉圧力容器２の炉壁２ａ
外面側に設けた密閉型のポンプケーシング３内に電動部
４を有し、原子炉圧力容器２内にインペラ部５を有し、
これら電動部４とインペラ部５とを有し、これら電動部
４とインペラ部５と回転軸６で連結した構造とされてい
る。

【００３９】なお、回転軸６はジャーナル軸受７、スラ
スト軸受８等によって支持されている。また、インペラ
部５の周囲部にはディフューザ９が設けられている。さ
らに、回転軸６の電動部４側の軸端には逆転防止装置34
が設けられている。

【００４０】この逆転防止装置34は、回転軸６と一体回
転可能な筒状の金属製の回転体35と、図示しない逆止機
構とによって構成されており、回転体35の回壁には図５
に示す透明孔36が穿設されている。

【００４１】本実施例の軸振動検出器は、この回転体35
をターゲットとして回転軸６の軸振動を検出する構成と
されている。

【００４２】すなわち、図４および図５に示すように、
軸振動検出器は、回転体６の外周面に対向する配置でポ
ンプケーシング３に穿設した貫通取付孔37に挿入固定さ
れた全体として棒状をなす渦電流型変圧計38とされてい
る。

【００４３】なお、39，40はホルダ41に設けたＯリング
およびメタルガスケット、42はポンプケーシング３への
固定用ブッシュである。これらにより、水密にポンプケ
ーシング３に取付けられる。

【００４４】そして、渦電流型変位計38はリード線31、
コネクタ33およびケーブル19を介して、原子炉格納容器
12の外部に設けられた変換器20に接続され、変換器20は
さらに延長ケーブル26を介しパワーサプライ43および振
動監視計13に接続されている。

【００４５】しかして、渦電流型変位計38の感度面44は
ポンプケーシング３の内面と略同一面となる配置とさ
れ、逆転防止装置34の回転体35の透孔36に対面してい
る。検出時においては、モニタ部22に示すようにセンサ
コイル29による検出波形が軸振動と回転パルスとを同時
に検出し、振動監視計13で振動成分と回転パルスの成分
とに分離し、その後、振動成分と回転パルスとを使って
軸６の振動ベクトル変化の解析および回転速度と軸振動
との関係等を解析し、軸振動監視が行うことができる。

【００４６】本使用例によれば、変換器20を原子炉格納
容器12の外側に設置でき、従来必要であった放射線シー
ルド箱17が不要となる。従って従来設置スペースの都合
上軸振動を測定できず、やむを得ずケーシング23の加速
度計10の値で代用していたものについても、本実施例の
渦電流型変位計38によれば、回転軸６の振動を直接測定
でき、万一、インターナルポンプに異常が発生した場
合、それを速やかに検知することができ、インターナル
ポンプの信頼性を向上することができる。

【００４７】つぎに図６により原子力プラント用回転機
の軸振動を検出する場合の使用例に付いて説明する。こ
の使用例は、例えば使用済燃料の再処理施設内の遠心抽
出器、遠心分離器等にも応用できるものである。

【００４８】本使用例では、放射性物質を扱う回転体45
をシャフト46の下端に接続し、シャフト46を上部軸受4
7、下部軸受48により支持し、これら軸受け47，48の外
周をフレーム49により剛に支持している。

【００４９】フレーム49の上部には駆動用のモータ50が
設置され、フレキシブルカップリング51を介してシャフ
ト46を回転させる。回転体45とフレーム49の間には遮蔽
床52が設けられ放射線を遮蔽するとともに、全体を支持
している。

【００５０】回転体外周面に対向して、本発明による軸
振動検出器のセンサ部18が設置され、ケーブル19を介
し、ペネレーション53を貫通し遮蔽床52の上方に引き出
され、変換器20に接続される。

【００５１】この例のような使用済燃料を扱う回転機の
場合、通常放射線量が10³〜10⁴Ｒａｄ／ｈの極めて強
い放射線環境となるため、一般の軸振動検出器では数時
間から数ケ月間で劣化し、機能しなくなるため使用でき
ない。

【００５２】これに対して、本発明によれば、ケーブル
およびコイル被覆に、耐放射線性の優れたポリイミドを
使用したこと、および充填材としてエポキシ系樹脂を使
用したことにより、回転体45の近傍に軸振動検出器のセ
ンサ部18を設置できる。また、ケーブル19を延長し、変
換器20を遮蔽床52の上方の低放射線レベルに設置でき
る。よって、従来測定できなかった回転体45の振動を直
接測定でき、万一の異常監視を行えることとなり、信頼
性が大幅に向上する。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、原子力プラント内の高
放射線環境下に設置された回転機器の軸振動を直接測定
でき、万一回転機器に異常が発生した場合でも、それを
速やかに検知できるため、安全性、信頼性の大幅な向上
を図ることができる。

【００５４】また、変換器を回転機器から離して設置で
きるため、放射線シールド箱が不要となり、設置箇所の
狭いところにも適用可能となり、小型軽量化を図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る原子力プラント用軸振動検出装置
の一実施例を示す系統図。

【図２】図１におけるセンサ部を拡大して示す縦断面
図。

【図３】図２におけるセンサ部の作動原理を説明するた
めの模式図。

【図４】本発明に係る原子力プラント用軸振動検出装置
をインターナルポンプに使用した例を一部ブロック図で
示す縦断面図。

【図５】図５におけるセンサ取付部を拡大し一部ブロッ
クで示す縦断面図。

【図６】本発明に係る原子力プラント用軸振動検出装置
を再処理プラントの回転体に使用した例を一部ブロック
で示す縦断面図。

【図７】従来の原子力プラント用軸振動検出装置をイン
ターナルポンプに使用した第１の例を一部ブロックで示
す縦断面図。

【図８】図７における第２の例を一部ブロックで示す縦
断面図。

【符号の説明】

１…インターナルポンプ、２…原子炉圧力容器、２ａ…
炉壁、３…ポンプケーシング、４…電動部、５…インペ
ラ部、６…回転軸、６ａ…ターゲット面、７…ジャーナ
ル面、８…スラスト軸受、９…ディフューザ、10…加速
度計、11…信号ケーブル、12…原子炉格納容器、13…振
動監視計、14…センサ本体、15…センサケーブル、16…
変換器、17…シールド箱、18…センサ部、19…ケーブ
ル、20…変換器、21…電源部、22…モニタ部、23…発振
回路、24…検波回路、25…線形化回路、26…延長ケーブ
ル、27…ホルダ、28…キャップ、29…センサコイル、30
…合成樹脂層、31…リード線、32…蓋、33…コネクタ、
34…逆転防止装置、35…回転体、36…透孔、37…取付
孔、38…渦電流型変位計、39…Ｏリング、40…メタルガ
スケット、41…ホルダ、42…固定用ブッシュ、43…パワ
ーサプライ、44…感度面、45…回転体、46…シャフト、
47…上部軸受、48…下部軸受、49…フレーム、50…モー
タ、51…カップリング、52…遮蔽床、53…ペネトレーシ
ョン、54…フレキイブルアーマ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸の振動を検知するセンサ部と、このセ
ンサ部に接続するケーブルと、このケーブルの他端に接
続する変換器と、この変換器に電力を供給する電源部
と、前記変換器の信号をモニタするモニタ部とを具備
し、前記センサ部はホルダ内にセンサコイルが配設さ
れ、このセンサコイルを覆って前記ホルダの一端にキャ
ップが被着され、前記センサコイルは前記キャップ内で
合成樹脂層により固定され、前記センサコイルには信号
を伝送するリード線が接続され、前記変換器は前記セン
サコイルに高周波電流を供給する発振回路、検波回路お
よび線形化回路が接続されてなることを特徴とする原子
力プラント用軸振動検出装置。
【請求項２】前記発振回路の周波数は20ＫＨｚから 1
00ＫＨｚに選らばれてなることを特徴とする請求項１記
載の原子力プラント用軸振動検出装置。
【請求項３】前記センサ部と前記変換器とを接続する
前記ケーブルはポリイミド樹脂で、被覆された同軸シー
ルドケーブルからなり、前記センサコイルはポリイミド
被覆銅線を根回したものからなり、前記コイルセンサを
固定する前記合成樹脂層はエポキシ樹脂からなることを
特徴とする請求項１記載の原子力プラント用軸振動検出
装置。
【請求項４】前記キャップはアルミナセラミックスま
たは耐熱耐食性ニッケル基合金からなることを特徴とす
る請求項１記載の原子力プラント用軸振動検出装置。