JPH0799248B2 - ポンプ及びポンプ・モ−タを保護する方法と装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はポンプ及びポンプ原動機を保護する方法と装
置に関する。この発明の用途は数多くあるが、その中に
は、原子炉に使われる様な蒸気発生器に復水を戻すのに
使われるポンプ装置の保護が含まれる。

発明の背景 周知の商業的な発電用沸騰水形原子炉では、作業流体並
びに中性子減速材の両方として作用する軽水の様な液体
の中に浸漬した燃料物質の炉心を圧力容器が収容してい
る。

水が炉心の中を循環することにより、その一部分が蒸気
に変換される。蒸気を圧力容器から取出して、発電機を
駆動するタービンの様な原動機に加える。タービンの排
出蒸気を凝縮させ、所要の補給用の水があれば、それと
共に復水送出し装置によって圧力容器に戻す。

典型的には、原子炉は、容器内の水位、容器から流出す
る蒸気、及び容器に流込む給水を監視する水位制御装置
を備えている。水位制御装置が復水送出し装置の動作を
操作して、原子炉容器内の水位を制御する。蒸気の流出
が給水の流入を越える場合、水位制御装置は容器に対す
る給水の流量の増加を指示する傾向を持つ。同様に、給
水の流量が蒸気の流量を越える場合、液位制御装置が容
器に対する給水の流量の減少を指示する傾向を持つ。然
し、容器内の水位の不平衡の表示が、蒸気及び給水の流
量の不平衡によって発生される信号を左右する。水位が
高いという表示により、給水の流量を減少する指令が出
る。水位が低いという表示により、給水の流量を増加す
る指令が出る。米国特許第4,302,288号には、原子炉水
位制御装置の例が記載されている。

復水送出し装置にある給水ポンプは典型的には２つの手
段の内の一方によって駆動される。給水ポンプが電気モ
ータによって駆動される場合、給水を流量制御弁に通
し、水位制御装置の指令に従って弁を位置ぎめして、流
れに対する抵抗を増減することにより、給水の流量を制
御することが出来る。或る原子力発電所では、原子炉容
器からの蒸気を利用するタービンによって、給水ポンプ
が駆動される。この場合、こういうタービンに送出され
る蒸気量を変えることにより、給水の流量を制御するこ
とが出来る。蒸気送出し配管に入れた流量制御弁がこう
いう制御を出来る様にする。

給水ポンプを通る給水の流量に影響を与える調節が、ポ
ンプの出口と入口の両方に於ける水圧にも影響する。例
として云うと、給水配管で流量制御の為に使われる弁を
開くと流量が増加し、それに見合ってポンプを駆動する
モータの負荷が増加する。ポンプの入口の圧力が下が
る。別の例として、ポンプを駆動するタービンに送出さ
れる蒸気量が増加すると、ポンプが加速され、それに伴
って入口圧力が低下する。給水の流量が増加する。

典型的な復水送出し装置は、複数個の遠心ポンプで構成
される。給水ポンプは、給水の水圧を原子炉容器の内部
の圧力レベルまで高めるポンプである。給水は高温であ
るが典型的である。ポンプの運転中、遠心ポンプの内部
の種々の点で水圧が変化する。水がポンプに入り込む
と、平均水圧は高くなるが、ポンプ内の局部的な圧力
は、乱流並びにその他の原因により、ポンプの入口圧力
よりかなり下がることがある。局部的な圧力が十分下が
ると、水のフラッシュ沸騰が起り、それに伴ってポンプ
のキャビテーションが起り得る。これはポンプの効率に
悪影響を与え、ポンプを損傷する惧れがある。

沸騰は局部的な圧力に於ける水の飽和によって起る。即
ち、熱を更に追加するか、或いは局部的な圧力の低下に
より、若干の水が蒸気に変化する時、水は飽和してい
る。ポンプの入口の水のエンタルピとポンプ内の局部的
な圧力を持つ水の飽和時のエンタルピの間に十分な差を
保てば、沸騰を防げる。入口からポンプの内部までのこ
のエンタルピの差が未飽和度（subcooling）と呼ばれ、
エンタルピの単位、例えばBTU/LBMで表わされる。任意
の所定のポンプで必要な未飽和度は水温と共に変化す
る。遠心ポンプのこういう特性は前から知られており、
そのデータは一般的にポンプの製造業者から入手し得
る。従来、ポンプのキャビテーションを防止する為の保
護措置は、典型的には、ポンプの入口圧力が予定値より
下がった時、何時でもポンプの原動機の運転を停止する
為の圧力トリガを用いていた。この圧力トリガが、全て
の水温に対して選ばれた予定値で動作する。圧力トリガ
から成る保護措置が原子力発電所で利用されて来た。

所定のポンプに必要な未飽和度は、温度及び圧力の種々
の組合せに対して増減することがあるが、水温が下がる
時、一層低いポンプの入口圧力で、所定のポンプに対す
る適切な未飽和度を達成することが出来る。この為、単
純な圧力トリガを用いた場合、保護工程の不要なトリガ
作用が起り得る。原子力発電所では、圧力トリガによる
給水ポンプの運転停止によって、原子炉に対する水流が
部分的に打切られると、原子炉のスクラムを必要とする
ことがあるので、望ましくない。この様なポンプ装置の
運転停止は、原子炉のスクラムを避ける為に、容器に対
して給水の最大流量を保つことが特に重要である時に、
尚更起り易い。こういう場合の１例は、原子炉の水位が
低く、給水レベル制御装置が給水の流量を増加しようと
している時である。

現存の装置に伴う別の問題は、流量を増加するという指
令によって、圧力が低下するだけでなく、モータを使っ
ている場合、ポンプ・モータに対する負荷が増加するこ
とである。負荷の増加によってモータが通常の動作速度
から減速するにつれて、より多くの電力を消費し、より
多くの電流を通す。特に大きな負荷の指令に対しては、
過大な電流が通ることにより、リレーをトリガし、それ
がモータの運転を停止し、やはり原子炉のスクラムを招
く惧れがある。

原子炉の運転経歴から、ポンプ装置に於けるキャビテー
ション及びポンプ・モータの過負荷は、復水ポンプ装置
よりも給水ポンプ装置で、ずっと頻繁に起ることが判っ
ている。この為、給水ポンプに用いた場合のこの発明の
いろいろな実施例を説明する。

従って、この発明の目的は、復水送出し装置で支えるこ
とが出来ない給水の流量に対する指令を取消す様な、給
水の流量を制御する装置を提供することである。

この発明の別の目的は、動力ポンプに液体を導入する前
に、液体の未飽和度を監視し、この未飽和度を液体に要
求される未飽和度と比較して、ポンプのキャビテーショ
ンを防止することである。

この発明の別の目的は、ポンプの原動機が消費する動力
を表わすパラメータを監視し、動力の消費が過大になっ
た時、ポンプの負荷を変更して、原動機の動力消費を減
少することである。

この発明の目的は、装置の不利な動作条件の下でも、復
水送出し装置が最大の給水流量を達成することが出来る
様にすることである。

この発明の別の目的は、液体流れ配管内の状態を最も直
接的に表わす装置のパラメータを監視して、それに基づ
いて保護装置を作動することである。

この発明の別の目的は、原子炉の不要なスクラムを招く
様な、装置の縦続的な運転停止を防止することである。

発明の要約 この発明の１面では、上記並びにその他の目的が、少な
くとも１つの給水ポンプを含む給水流れ配管の中に、該
ポンプより下流側で流れ配管に設けられていて、配管を
通る流量を制御する手段と、給水ポンプに対する原動機
と、ポンプの入口にあって、給水の圧力及び温度を表わ
す信号を発生するセンサと、ポンプの入口に於ける液体
の未飽和度を計算すると共に、それに比例する信号を発
生する手段と、液体の測定温度に於けるポンプの予定の
所要の未飽和度に比例する信号を供給する手段と、未飽
和度が所要の未飽和度より小さい場合、第１の制御信号
を発生する第１の比較回路と、ポンプの原動機の動力消
費に関係するパラメータを監視して、それに比例する信
号を発生する手段と、最大許容動力消費量を表わす信号
を発生する手段と、動力消費が予定の限界を越えた場
合、第２の制御信号を発生する第２の比較回路と、何れ
かの比較回路が制御信号を発生したことに応答して、位
置ぎめ信号を伝達する論理オア回路と、信号の持続時間
に応答して位置ぎめ信号を増強する積分手段と、位置ぎ
め信号を弁位置ぎめ手段に伝達して、流れ配管を通る流
量を漸進的に減少する様に弁を位置ぎめする手段とを設
けることによって達成される。

上に述べた装置は、現存の原子炉水位制御装置及びポン
プ装置保護装置の改良である。過大な動力使用並びに／
又はポンプのキャビテーションを招きそうな状態を表わ
す弁位置ぎめ信号を給水流量制御弁に供給することによ
り、流量が漸進的に減少させられ、限界外の状態が持続
する限り、流れに対する流れ配管装置の抵抗を漸進的に
増加する。２つの重要なパラメータを制御する弁の直ぐ
上流側のポンプ装置の圧力が高くなる。この圧力上昇
は、任意の所定の温度に対する水の未飽和度を改善す
る。第２に、流量を減少し、こうしてポンプの原動機に
対する負荷を減少する。

この発明をタービンによって駆動される給水ポンプに用
いた第２の好ましい実施例も説明する。第２の実施例で
は、所要の未飽和度と相関性を持つ圧力差信号を発生す
る。何れの実施例も、電気モータ又は蒸気によって駆動
されるタービンによって駆動される給水ポンプに使うこ
とが出来る。

各々の実施例は、過大な動力の使用又は低下した未飽和
度レベルが或る時限を越えて持続する場合、原動機の運
転停止をトリガする為に使われる随意選択の遅延線を用
いている。

この為、この発明がポンプ効率を保つのを助けると共
に、水位制御装置と組合さって、ポンプの損傷又は原子
炉の不要なスクラムを避けながら、流れ配管に最大の持
続し得る流れを維持することが理解されよう。

詳しい説明 この発明を、沸騰水形の水冷式減速形原子炉に用いる場
合を説明する。この原子炉の１例が、第１図に略図で示
されている。こういう原子炉装置では、圧力容器10が、
軽水の様な冷却材−減速材の中に浸漬した核燃料炉心11
を収容している。普通の水位を12で示してある。

シュラウド13が炉心11を取巻き、冷却材循環ポンプ14が
下側室16を加圧し、こゝから冷却材が炉心11の中を上向
きに強制的に通される。冷却水の一部分が蒸気に変換さ
れ、この蒸気がドライヤ密封裾部９の内側にある分離器
17、ドライヤ18及び蒸気配管19を介してタービン21の様
な利用装置に送られる。蒸気の一部分がタービン21から
給水流れ配管26に入っている予熱器92、93に方向転換さ
れる。復水器22に出来た復水が、所要の補給用の水と共
に、復水ポンプ30、後続の給水ポンプ23、及び給水配管
26に入っている制御弁24を介して、容器10に戻される。

中性子吸収材料を持つ複数個の制御棒27が設けられてい
て、発電レベルを制御すると共に、必要な時に原子炉の
運転停止をする。この様な制御棒27は、制御棒制御装置
28の制御の下に、炉心の燃料集成体の中に選択的に挿入
することが出来る。

原子炉の適正な運転には、容器10の水位を予定の上限及
び下限の範囲内に保つことが必要である。この様な水位
制御の一般的な方式を次に説明する。この制御の第１の
面は、容器からの蒸気の流出と給水の流入との比較であ
る。

蒸気流量に比例する信号が蒸気流量センサ29によって発
生される。これは、蒸気配管19に配置された流量測定装
置31内の相隔たる１対の圧力タップから差圧を感知する
差圧発信器であってよい。

同様に、給水流量に比例する信号がセンサ32によって発
生される。このセンサは、給水配管26に配置した流量測
定装置33に接続される差圧発信器の形にすることが出来
る。

流量センサ29、32からの信号が給水制御装置34に送ら
れ、そこで一方を他方から減算する。差がゼロであるこ
とは、流出量と流入量が同じであることを表わし、水位
は一定にとゞまる。差がゼロ以外であれば、その差と符
号が対応し且つ振幅がその差に比例する信号が、弁コン
トローラ36に印加され、この弁コントローラが蒸気の流
出量と給水の流入量とを平衡させる様な形で弁24を調節
する。この構成により迅速に是正作用が行なわれ、通常
は容器の水位が比較的狭い不感帯の限界内に保たれる。
然し、これは容器内の水位の位置は感知又は制御しな
い。

この為、水位制御の第２の面は、水位の位置を判定する
ことが出来る様な信号を発生する上側水位圧力タップ37
及び下側水位圧力タップ38を設けることである。圧力タ
ップ37、38が容器10の内部と連通していて、差圧発信器
39に接続され、この発信器がタップ37、38の圧力差を、
水位12の位置を表わす出力信号に変換する。この信号が
給水制御装置34に印加され、その内部で弁コントローラ
36に対する制御信号を修正する為に用いられる。こうす
ることにより、弁24は給水流量を調節して、水位12を所
定の通常の動作の上限及び下限の範囲内に保つ様に制御
する。（図面を見易くする為に示してないが、普通の装
置は２組又は更に多くの組のポンプ23、30、弁24、及び
コントローラ36を並列接続して用いている。第２図参
照。） 部品の故障の様な何等かの理由で、水位制御装置34が水
位を正常の限界内に保つことが出来ない場合、水位が低
くなりすぎたり高くなりすぎたりすることがある。水位
検出器40を設けて低すぎる限界外の水位を検出し、信号
OL_lを発生する。同様に、水位検出器41を設けて、高す
ぎる水位を検出し、信号OL_hを発生する。これらの信号
が原子炉保護装置42に入る。原子炉保護装置は限界外の
状態に応答して、制御棒を挿入して原子炉のスクラムを
行なう様に、制御棒制御装置28に知らせる。

この発明に有利に用いることが出来る上記並びにその他
の水位制御装置が米国特許第4,302,288号に詳しく記載
されている。

第２図には、典型的な復水送出し装置の全体図が示され
ている。給水の温度又は圧力を積極的に制御する為に使
われる要素が図式的に示されている。

復水器22が動力タービン並びに予熱器92、93からの復水
を収集する。復水が１本から３本へのマニホルド150を
介して３つの復水ポンプ30に送出される。復水が復水ポ
ンプの中を給水として送出され、予熱器92を通過するこ
とによって、その温度が高くなる。予熱器は動力タービ
ンから抽出した蒸気を利用する。この後給水が３本から
２本へのマニホルド151に入り、２つの給水ポンプ23に
送出される。給水ポンプの出力の後に予熱器93が設けら
れている。復水送出し装置がモータによって駆動される
給水ポンプを用いる場合、最後の予熱段の直後で、各々
の流れ配管に流量制御弁24を設ける。この後、２本から
１本へのマニホルド152が給水を原子炉容器に送出す。

前に述べた様に、典型的な復水送出し装置は復数個の遠
心ポンプで構成されている。並列に接続されたポンプ群
を使うことにより、１台のポンプが故障した場合の冗長
性の利点が得られる。多相電気モータ並びに／又は蒸気
駆動のタービンが種々のポンプに動力を供給する為に用
いられる。タービンを使う場合、これらのタービンに対
して送出される蒸気に対する流量制御手段は、給水流れ
配管にある流量制御手段24の代りにすることが出来る。

典型的には復水は周囲温度よりも10乃至20゜F高い温度で
あり、水銀柱20乃至25吋の圧力である。復水ポンプが給
水圧力を約700psigに昇圧する。予熱器92が水温を約375
゜Fに高める。この後給水ポンプが水圧を約1075psigに昇
圧する。上に述べた全ての数字は普通の動作に対するも
のであって、ある状態では変化することが予想される。

第３図にこの発明の好ましい実施例を示す。復水送出し
装置は、見易くする為に、２つのインライン・ポンプだ
けを持つものとして示してある。マニホルド150、151、
152の位置が示されている。復水送出し装置内の各々の
給水ポンプはポンプ装置保護装置を持っている。この
為、各々の流量制御弁24が独立に制御される。給水流れ
配管26は、復水器22を原子炉容器10に接続する為の種々
のポンプ、配管及び弁を有する。復水器22が復水ポンプ
30に直結になっている。復水ポンプが給水ポンプ23に通
じている。給水ポンプ23が流量制御弁24を介して圧力容
器10と連絡する。ポンプ23、30は典型的には遠心ポンプ
である。

駆動モータ50、52が夫々復水及び給水ポンプを駆動す
る。一般的に、３相非同期誘導形モータが使われる。

流量制御弁24が弁コントローラ36によって選択的に位置
ぎめされる様になっている。

予熱器92、93が、タービン21から転換した蒸気を使っ
て、原子炉容器に送込まれる給水の温度を高める。予熱
器92が復水ポンプ30と給水ポンプ23の間の給水配管26を
流れる水を加熱する。予熱器93が給水ポンプから受取っ
た水を加熱する。

給水ポンプ23の取入れ口54に温度センサ56及び圧力セン
サ58を設ける。各々のセンサが測定している物理的な状
態の値に比例する電気信号を発生する。即ち、温度信号
がポンプの取入れ口に於ける給水温度に比例する。圧力
信号がポンプの取入れ口に於ける水圧に比例する。通常
の運転中の水温は典型的には375゜Fであるが、原子炉装
置が一杯の出力で運転されていない時は、これより低い
ことがある。取入れ口の普通の水圧は約700psigであ
る。

温度信号及び圧力信号が未飽和度処理装置60にある適当
な回路によって処理される。未飽和度処理装置は、テー
ブル・ルックアップ動作を行なう様にしたマイクロプロ
セッサを持っていてよい。温度信号及び圧力信号が個別
のアナログ・ディジタル変換によって処理される。離散
的な圧力及び温度の行列に対する未飽和度の値がメモリ
に用意されている。マイクロプロセッサは温度及び圧力
表示から、メモリの適当なアドレスを決定し、こうして
未飽和度レベルの表示を発生する。ディジタル・アナロ
グ変換器が、呼出されたメモリ・レジスタからの未飽和
度の表示を処理する。こうしてポンプの取入れ口に於け
る水の未飽和度と相関性を持つ信号の値が得られる。こ
の相関性を持つ信号が加算器62の非反転端子に送られ
る。未飽和度関数は非解析形であり、第５図のグラフに
示されている。

限界信号発生器64が給水ポンプの取入れ口からの温度信
号を受取る。限界信号発生器は、測定された温度を、そ
の温度で給水ポンプのキャビテーションを防止する為に
必要な未飽和度の所要の予定値と釣合せる関数発生器で
ある。こういう未飽和度の値は、製造業者から提供され
る試験データによって得せれる。代表的な一組の値が第
５図のグラフに示されている。この回路は較正済みの定
電流源と加算ノードとを用いて実現することが出来る。
所定の温度で必要な特定の大きさの未飽和度は、その温
度に対する或る最低圧力を意味する。所要の未飽和度に
比例する信号が加算器62の反転入力端子に送られる。加
算器62が給水ポンプ23に入る給水の未飽和度の余裕に比
例する信号を発生する。負の信号は負の余裕を表わし、
その結果キャビテーションが起る可能性があることを表
わす。この信号が未飽和度限界トリガ98に送られる。

未飽和度限界トリガ98が、未飽和度処理装置60によって
決定された未飽和度が所要の最低値より小さい場合、即
ち、加算器62からの信号が大地基準に対して負である場
合、一定値の正の「オン」信号を発生する。こういうこ
とが起るのは、未飽和度処理装置60が、未飽和度発生器
64からの所要の未飽和度を表わす信号より小さな信号を
発生した時である。限界トリガは、シュミット・トリガ
に続くインバータを用いて実現することが出来る。限界
トリガ98によって発生された信号は、オア・ゲート80の
第１の入力端子に送られる。オア・ゲート80からの出力
信号が、流量制御弁24を制御する為に、弁位置制御信号
発生器84に印加されるが、これは後で説明する。

前に述べた様に、３相誘導モータを用いて、給水流れ配
管にあるポンプに対する動力を供給することが出来る。
こういうモータは一定の電圧及び周波数の電流を通し、
モータに加わる負荷に応答して、それを機械的な動力及
びトルクに変換する。こういうモータが次第に大きな電
流を通して、その有効な動作範囲全体にわたって、次第
に増加する機械的な動力及びトルクを発生する様になっ
ている。こういうモータは電力制限スイッチをも含んで
おり、電力消費量が予定の限界を越えて上昇した場合、
このスイッチがモータを給電線から遮断する。モータの
電力消費量は次の式で表わされる。

こゝでcosφは電流の同相分（力率）、V₁₁は線路間電
圧、Ι_bは枝路の電流である。

モータの動作範囲では、力率cosφは、こゝで関心のあ
る動作値に対して、一定として扱うことが出来る。線路
間電圧も一定と仮定する。従って、Ι_bが消費電力に殆
んど直接的に伴って変化し、これがモータによって駆動
される負荷と相関性を持つ。通電電流が消費電力の表示
として監視される。例えばモータの回転速度の様な他の
状態をこの表示として監視してもよいし、或いは上に述
べた値及び上に挙げた式を用いて、電力を計算すること
が出来る。然し、電流モニタは信頼性があって、分解が
容易で、比較的低廉な表示器になる。この為、駆動モー
タ52の３本の電力入力線68の内の１本に変流器66を用い
る。対称形モータの３本の線路のどれか１本に流れる時
間平均の電流は、他の任意の線に流れる電流と等しいか
ら、これが電力全体に比例する。通電電流に比例する信
号が変流器に誘起され、電流倍率器61に送られる。この
倍率器が、後続の限界トリガ70に適した倍率の信号にす
る。倍率を加えた電流が、トリガ70の反転端子に導入さ
れる。較正した電流源からの定常電流限界信号が第２の
信号として、電流限界発生器65から限界トリガ70の非反
転端子に供給される。電流倍率器61からの信号が電流限
界信号を越えた場合、限界トリガ70が一定の正の値の出
力信号を発生する。この信号がオア・ゲート80の第２の
入力端子に送られる。

オア・ゲート80は普通の様に動作し、何れかの表示信号
に応答して、弁位置制御信号発生器84にある積分器82に
この信号を伝達する弁位置制御信号発生器84が、前に述
べた様な現存の水位制御装置34とポンプ装置保護装置と
の両方からの入力信号を受取って加算する。水位制御装
置34からの信号が、信号リミッタ88を介して弁位置制御
信号発生器84に導入される。このリミッタは、正の表示
（即ち、流量制御弁を開き始めるという表示）を予定の
最大値に制限する。このリミッタは演算増幅器に抵抗負
帰還ループを設けることによって構成することが出来
る。積分器82が発生する出力信号は、オア・ゲート80か
ら出力信号を受取っている限り、時間と共に増加する。
積分器82は演算増幅器に容量帰還を設けることによって
実現することが出来る。

信号リミッタ88及び積分器82からの出力信号が加算増幅
器90の正及び負の端子に夫々導入される。加算器90が実
際の弁位置制御信号を発生し、これが弁コントローラ36
に印加される。積分器82及びリミッタ88を設けたのは、
夫々の装置、即ち、ポンプ装置保護装置と水位制御装置
とが相反する指令を出した時、ポンプ装置保護装置が最
終的に優位になる様にする為である。この構成により、
給水の流量に対して強い要求があった場合、ポンプが動
作状態に保たれる。

上に述べたポンプ装置保護装置には、支援運転停止装置
として時間遅延運転停止トリガを取入れることが出来
る。加算器62によって発生された未飽和度余裕信号がア
ナログ・ディジタル変換器113に送られる。A/D変換器11
3がこのデータ入力を時間遅延計算器105に供給する。計
算器105はリレー104に対して引外し信号を送る様になっ
ている。後で説明する状態で、このリレーが駆動モータ
52に対する電力を遮断することが出来る。計算器105
は、未飽和度の余裕が負になり、第１の最小値、例えば
−10 BTU/LBMより下がった場合、計時機構をトリガする
様にプログラムされたマイクロプロセッサを持ってい
る。未飽和度が初めて第１の最低値より下がった時、タ
イマが30秒の計数を開始し、それが完了した場合、リレ
ー104に引外し信号を伝達する。メモリに一連の２次最
低値が用意されていて、これを通過すると、前述のタイ
マから定められた長さの時間が差し引かれる様になって
いる。例えば未飽和度の余裕が−20 BTU/LBMより下がる
と、進行しているタイマから10秒が差し引かれる。未飽
和度の余裕が−30 BTU/LBMに下がると、更に15秒がタイ
マから差し引かれる。未飽和度が安全な正のレベルから
−30 BTU/LBMに突然に低下した時、ポンプ保護装置は満
足し得る動作余裕を回復する為に最大５秒が許される。
未飽和度の余裕が予定の最低値、例えば−5 BTU/LBMに
回復した場合、タイマを停止してリセットする。

次に第４図についてこの発明の第２の好ましい実施例を
説明する。

図示のこの発明の実施例は主にアナログ形で構成した場
合を示す。前と同じく、圧力センサ58及び温度センサ56
を給水ポンプ23の入口に設ける。温度センサによって発
生された信号を飽和圧力関数発生器161に送る。飽和圧
力関数発生器161は１入力の関数発生器であって、その
温度で水が飽和している場合に圧力センサ58が発生する
様な値に比例する信号を発生する。関数発生器161は較
正した電流源と加算ノードとによって構成される。この
為、関数発生器161によって発生された信号は、圧力セ
ンサ58によって発生された信号に等しいか又はそれより
小さい。飽和圧力信号が実際の圧力から加算器160で減
算される。この結果得られる圧力差信号が、ポンプの入
口の未飽和度と相関性を持つ圧力余裕である。

接続点160からの圧力差信号が加算器162の正の端子に入
る。関数発生器164が、各々の動作温度で適切な未飽和
度と相関性を持つ、温度依存性を持つ所要の圧力差信号
を発生する。関数発生器164は１入力の発生器であっ
て、較正した電流源と加算ノードとを用いて構成するこ
とが出来る。

関数発生器164によって発生された信号が加算器162の負
の端子に送られる。

差信号の値が関数発生器164からの信号により低くなる
と、加算器162からの信号は負になる。

この場合も未飽和度限界トリガ98を設けて、加算器162
が負の値の信号を発生して、適切な未飽和度の余裕を保
証する為に必要な圧力余裕が不適切であることを表わす
場合、一定の正の値の制御信号を発生する。

図示の復水送出し装置が給水ポンプ23を駆動する、蒸気
によって駆動されるタービン132を用いている。流れ配
管26を通る流量の制御が、タービン132を駆動する動力
の制御によって行なわれる。この制御は、タービン132
に送込む蒸気量を制御することによって行なわれる。こ
の目的の為、タービンに対する蒸気を送出す配管に流量
制御弁124が入っている。

弁コントローラ84は、第４図の実施例でも、第３図の実
施図について前に説明したのと同じ作用をする。発生さ
れた信号が加算器138を介して弁位置コントローラ136に
送られ、これが水位制御装置及びポンプ保護装置の要求
に従って、流量制御弁124を位置ぎめすることにより、
タービン132に対する蒸気流量を制御する。従って、給
水の流量を増加する要求があると、蒸気流量制御弁124
が開く。ポンプのキャビテーションの惧れがある様な取
消し信号は、蒸気流量を減らす為に、弁124の位置を漸
進的に決め直す。蒸気流量のこの変化により、タービン
の付勢が制御され、従ってポンプ23を通る給水の流量が
制御される。ポンプを通る流量が減少すると、復水ポン
プがポンプの入口の圧力を回復することが出来、ポンプ
にキャビテーションが起る惧れが小さくなる。

第３図の実施例の場合と同じく、第４図の実施例でも、
時間遅延運転停止トリガを支援運転停止装置として設け
ることが出来る。アナログ・ディジタル変換器が加算器
162からの圧力余裕信号を時間遅延計算器105に対するデ
ィジタル入力に変換する。この計算器は第３図の計算器
105と同じである。然し、タイマに対する最低トリガ・
レベルとして、未飽和度の余裕の代りに圧力余裕レベル
を用いていることに注意されたい。引外し発生器204が
計算器105からの引外し信号を受取る様に接続されてい
る。引外し信号を受取ると、引外し発生器204が、加算
器138に対する他の全ての入力より優位にたつ様な大き
さを持つ弁位置信号を発生する。この結果加算器138か
ら出る信号が、弁位置コントローラ136に送られ、流量
制御弁124を閉じる。

タービンは電気モータと同様にエネルギを通すことが出
来ない。この為、タービンが消費する動力を監視する必
要はない。第２の実施例では、この発明のエネルギを監
視する面は利用しない。

今述べたアナログ形の実施例をモータによって駆動され
る給水ポンプについて述べたマイクロプロセッサをベー
スとする実施例の代りに用いることが出来ることが理解
されよう。同様に、マイクロプロセッサをベースにした
実施例をタービンによって駆動されるポンプ装置に用い
ることが出来る。

次にこの発明の動作を第１図乃至第５図の内の適当な図
面に関連して説明する。

例１ 第１の好ましい実施例を考える。復水が大体大気圧で復
水器22で収集される。復水ポンプ30が圧力を約700psig
に昇圧する。給水ポンプ23がこれを更に約1075psigに昇
圧して、圧力容器に再び導入する。給水ポンプの入口に
於ける水温が375゜Fであると仮定する。流量が前述の流
量制御弁24によって制御される。これが普通の動作であ
る。所要の未飽和度は約75 BTU/LBMである。

水位制御装置が蒸気流量が給水の流量を大幅に越えてい
ることを検出したと仮定する。この状態は、例えば給水
流量測定装置33の上流側で給水配管に漏れがある結果で
あることがある。これに応答しないと、これは原子炉容
器内の水位が下がる前兆である。従って、水位制御装置
が弁位置制御信号発生器に信号を送り、これが弁位置コ
ントローラに対し、給水の流量を増加する為に弁を開き
始める様にする指令を発生する。流量の増加に伴って、
給水ポンプの入口の圧力が低下する。装置の動作状態
は、第５図の「余裕」と記した曲線上で下に向って移動
し始める。流量が増加するにつれて、ポンプ23を駆動す
るモータ52の負荷が増加する。この為、駆動モータ52の
通電電流が増加する。第５図から判る様に、圧力が下が
るにつれて（水温は一定にとゞまる）未飽和度が減少す
る。「最低」と記した点と交差すると、給水ポンプ装置
保護装置から制御信号発生器84を介して弁コントローラ
36に対して、弁24をその閉位置に向って移動する様にす
る信号が発生され、こうしてポンプのキャビテーション
を防止するのに必要な最低の未飽和度を保つ様にする。
同様に、モータ52の通電電流が過大になると、弁24を閉
じて流量を減らし、こうして負荷を減少する信号が発生
される。これらの信号が水位制御装置からの信号より優
位になる様に積分器82が保証する。

例２ 上と同じプラントで、部分的な出力の場合の動作を考え
る。第５図で、部分的な出力の動作点の例が記入されて
いる。復水送出し装置が正常に動作している場合、給水
ポンプの入口圧力は全出力の動作点と変わらない。然
し、ポンプの入口温度が実質的に下がる。

装置は約225 BTU/LBMの未飽和度で運転されている。所
要の最低未飽和度は約70 BTU/LBMである。従来の圧力ト
リガが、約155 BTU/LBMの未飽和度になる様な圧力で、
モータの運転停止をトリガする。

種々の原因により、給水ポンプの入口ゲージ圧力は、圧
力トリガが作動すると設定した375psigのレベルより急
速に低下することがある。復水ポンプの故障により、前
に用いた圧力トリガのレベルよりも圧力が下がることが
あるが、ポンプには実際にキャビテーションの惧れはな
い。復水送出し装置は、１台の復水ポンプの故障があっ
ても差支えなく、動作状態にとゞまる。原子炉の不要な
スクラムが避けられる。

第４図及び第５図に示し、上に説明したこの発明の実施
例では、この発明を発電用原子炉の復水送出し装置に用
いた場合を示した。この発明がこの場合に制限されず、
種々の設定、例えば流体回路に使われるポンプを保護す
る為の信頼性のある方法及び装置として利用し得ること
は容易に明らかであろう。使われる種々の部品もいろい
ろ置き換え又は変更することが出来る。

この発明の或る実施例を説明したが、当業者にはこの発
明の範囲内で種々の修正、変更、置き換え、入れ換え及
び全面的或いは部分的な均等物を用いることが考えられ
よう。従って、この発明は特許請求の範囲の記載のみに
よって限定されることを承知されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は原子炉及び関連した水位制御装置の略図、第２
図は典型的な復水送出し装置のポンプ装置の略図、第３
図はモータによって駆動される給水ポンプを用いた復水
送出し装置に適用した給水ポンプ装置保護装置の略図、
第４図はタービンによって駆動される給水ポンプを持つ
復水送出し装置に用いたこの発明の第２の好ましい実施
例の略図、第５図は入口ゲージ圧力及び温度の関数とし
て給水の未飽和度を示すグラフである。 主な符号の説明 10:圧力容器 19:蒸気配管 23:給水ポンプ 24:流量制御弁 26:給水配管 34:水位制御装置 52:モータ 56:温度センサ 58:圧力センサ 60:未飽和度処理装置 62、92:加算点 64:未飽和度発生器 66:変流器 70:比較器 80:オア・ゲート 84:弁位置制御信号発生器

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体を充填した原子炉容器、該容器から蒸
   気を取出す為の蒸気流出配管及び前記容器に液体を注入
   する液体流入手段を持っていて、該流入手段が、流入配
   管、該流入配管に沿って配置され入口と出口を有する遠
   心ポンプ、該ポンプを駆動する誘導モータ、該ポンプよ
   り下流側で前記流入配管に沿って該ポンプと前記容器と
   の間に設けられた流量制御手段、及び前記容器内の液位
   並びに前記容器に対する正味の蒸気の流出対液体の流入
   に応答して第１の制御信号を発生する手段を持ってお
   り、該第１の制御信号を発生する手段は、第１の信号を
   発生して前記流量制御手段を開くと共に第２の信号を発
   生して前記流量制御手段を閉じて、前記容器内の液位を
   予定の限界内に保つ様にした原子力発電所に用いるポン
   プ及びポンプ・モータ保護装置に於て、前記ポンプの入
   口に於ける前記液体の圧力を測定する手段と、前記ポン
   プの入口に於ける前記液体の温度を測定する手段と、前
   記ポンプの入口に於ける前記液体の瞬時温度に於ける前
   記ポンプの所要の未飽和度を決定する手段と、前記液体
   の圧力及び温度から前記ポンプの入口に於ける前記液体
   のエンタルピーを決定する手段と、前記入口に於ける前
   記液体のエンタルピーを前記所要の未飽和度と比較し
   て、前記液体のエンタルピーが所要の未飽和度を越えな
   い時に、それを表わし、従って前記ポンプ内のキャビテ
   ーションの惧れを示す第１の信号を発生する手段と、前
   記モータが消費する瞬時電力を表わす信号を発生する手
   段と、前記モータの電力消費レベルを予定の最大電力と
   比較して、電力の限界を越えた場合に、それを表わし、
   従ってポンプ・モータの過負荷の惧れを示す第２の信号
   を発生する手段と、前記第１及び第２の信号を受取り、
   第１又は第２の信号の何れかに応答して単一極性の第２
   の制御信号を発生するオア・ゲートと、前記第２の制御
   信号を前記第１の制御信号と代数加算して、前記流量制
   御手段の位置ぎめを制御する弁位置信号を発生する制御
   信号加算手段とを有し、この為、モータの過負荷又は前
   記ポンプに於けるキャビテーションの惧れの表示に応答
   して前記流量制御手段が閉位置に向って動かされる様に
   したポンプ及びポンプ・モータ保護装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲１）に記載したポンプ及び
   ポンプ・モータ保護装置に於て、前記第１の信号を発生
   する手段が、前記第１の信号として、一定電位の出力信
   号を発生する様に作用する限界トリガ手段を含んでいる
   ポンプ及びポンプ・モータ保護装置。
3. 【請求項３】特許請求の範囲２）に記載したポンプ及び
   ポンプ・モータ保護装置に於て、前記第１の制御信号が
   前記第１の極性である時、該第１の制御信号を最大値に
   制限する信号制限手段を有するポンプ及びポンプ・モー
   タ保護装置。
4. 【請求項４】特許請求の範囲３）に記載したポンプ及び
   ポンプ・モータ保護装置に於て、前記第２の制御信号が
   前記第１の制御信号を左右することを保証する様に、前
   記加算回路に導入する前に、前記第２の制御信号を時間
   と共に増加する様に構成された信号積分手段を有するポ
   ンプ及びポンプ・モータ保護装置。
5. 【請求項５】特許請求の範囲４）に記載したポンプ及び
   ポンプ・モータ保護装置に於て、前記未飽和度を決定す
   る手段が、メモリを含むディジタル電子回路手段を含ん
   でおり、この為未飽和度の表示を発生する為に、前記メ
   モリ内の適当なレジスタをアドレスし易くする様に、前
   記圧力及び温度の表示を処理することが出来る様にした
   ポンプ及びポンプ・モータ保護装置。
6. 【請求項６】液体を輸送する流れ配管、該流れ配管に設
   けられていて入口及び出口を持つポンプ、該ポンプを駆
   動する手段、及び前記ポンプを通る流量を制御する流量
   制御手段を持つシステムに於て、 （ａ）前記ポンプに流込む前記液体の圧力を測定して、
   それに応じて圧力を表わす信号を発生し、 （ｂ）前記ポンプに流込む前記液体の温度を測定して、
   それに応じて温度を表わす信号を発生し、 （ｃ）前記温度から前記ポンプの所要の未飽和度に関連
   する比較信号を供給し、 （ｄ）前記温度及び圧力を表わす信号から、前記液体の
   エンタルピーと相関性を持つ表示信号を少なくとも周期
   的に発生し、 （ｅ）前記所要の未飽和度信号を前記エンタルピー信号
   と比較し、そして （ｆ）前記比較する工程（ｅ）で判定して、前記エンタ
   ルピーが所要の未飽和度を越えない限り、前記流量制御
   手段を作動して前記流れ配管を通る液体の流量を定常的
   に減少せしめる工程、 並びに 前記ポンプを駆動する手段が誘導電気モータで構成さ
   れ、更に、 （ｇ）該モータの電力消費率を監視し、 （ｈ）該電力消費率を予定の最大許容電力消費率と絶え
   ず比較し、そして （ｉ）前記電力消費率が前記許容最大電力消費率を越え
   ている限り、前記流量制御手段を作動して前記流れ配管
   を通る液体の流量を定常的に減少する工程を含む、 ポンプ及びポンプ・モータを保護する方法。
7. 【請求項７】特許請求の範囲６）に記載した方法に於
   て、前記エンタルピー表示を少なくとも周期的に決定す
   る工程が、（イ）前記ポンプの入口に於ける水温の関数
   として飽和圧力の表示信号を発生し、 （ロ）前記圧力信号から前記飽和圧力の表示信号を減算
   することを含む方法。
8. 【請求項８】特許請求の範囲７）に記載した方法に於
   て、前記比較信号を供給する工程が前記温度を表わす信
   号から、ポンプの実際の入口圧力及びその時の温度に於
   ける飽和圧力の間の所要の最小圧力差に関係する信号を
   発生することによって行なわれる方法。
9. 【請求項９】特許請求の範囲７）に記載した方法に於
   て、前記エンタルピー表示を少なくとも定期的に決定す
   る工程が、（ｉ）メモリを持つマイクロプロセッサを用
   意し、該メモリは水温及び水圧の別々の組合せに対する
   未飽和度の表示を供給する様になっており、（ii）前記
   温度及び圧力を表わす信号を前記マイクロプロセッサに
   導入することにより、該マイクロプロセッサが別々の未
   飽和度の表示信号に対し、周期的にテーブル・ルックア
   ップ動作を行なう様に付能され、そして（iii）前記未
   飽和度の表示を未飽和度のアナログ表示に変換する手段
   を設けることによって行なわれる方法。
10. 【請求項１０】流体を充填した原子炉容器、該容器から
    蒸気を取出す為の蒸気流出配管及び前記容器に液体を注
    入する液体流入手段を持っていて、該流入手段が、流入
    配管、該流入配管に沿って配置された遠心ポンプ、該ポ
    ンプを駆動する制御可能な原動機及び前記容器内の液位
    並びに前記容器に対する正味の蒸気の流出対液体の流入
    に応答して第１の制御信号を発生する手段を持つ原子力
    発電所システムに用いるポンプ及びポンプ原動機系統保
    護装置に於て、 前記ポンプの入口に於ける前記液体の圧力を測定する手
    段、 前記ポンプの入口に於ける前記液体の温度を測定する手
    段、 前記液体の測定温度に於いて前記ポンプに流入する液体
    の所要の未飽和度を表示する手段、 前記液体の測定圧力及び測定温度から前記ポンプの入口
    に於ける前記液体のエンタルピーを決定する手段、 前記入口に於ける前記液体のエンタルピーを所要の未飽
    和度と比較し、そして前記液体のエンタルピーが前記所
    要の未飽和度を越えない時に第２の制御信号を発生する
    手段、および 前記第２の制御信号を前記第１の制御信号から代数減算
    し前記原動機の付勢を制御する原動機制御信号を発生す
    る制御信号加算手段 を含み、これによって前記原動機を前記ポンプ内のキャ
    ビテーションを防止するようなレベルで付勢するととも
    に、前記第１の制御信号が前記原動機の付勢を増大する
    需要を示すときに、前記第１の制御信号を最大値に制限
    する信号制御手段を有するポンプ及びポンプ原動機系統
    保護装置。
11. 【請求項１１】特許請求の範囲10）に記載した装置に於
    て、前記第２の制御信号を発生する手段が前記第２の制
    御信号として、一定の値の出力信号を発生する様に作用
    するトリガ信号発生器を含んでいるポンプ及びポンプ原
    動機系統保護装置。
12. 【請求項１２】特許請求の範囲11）に記載の装置に於
    て、前記第１及び第２の制御信号の両者が存在する場合
    に、前記第２の制御信号が前記第１の制御信号を左右す
    ることを保証する様に、前記加算回路に導入する前に、
    前記第２の制御信号を時間と共に増加する様に構成され
    た信号積分手段を有するポンプ及びポンプ原動機系統保
    護装置。
13. 【請求項１３】特許請求の範囲１）に記載したポンプ及
    びポンプ・モータ保護装置に於て、作業媒質が水である
    ポンプ及びポンプ・モータ保護装置。