JPH08220277A - インターナルポンプ - Google Patents
インターナルポンプInfo
- Publication number
- JPH08220277A JPH08220277A JP7026434A JP2643495A JPH08220277A JP H08220277 A JPH08220277 A JP H08220277A JP 7026434 A JP7026434 A JP 7026434A JP 2643495 A JP2643495 A JP 2643495A JP H08220277 A JPH08220277 A JP H08220277A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pump
- reactor
- pressure vessel
- casing
- water
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】エアギャップ領域内のケーシング外面及びＲＰ
Ｖ内面の表面を粗面構造とすることにより、ギャップ内
を伝わるふく射伝熱量を増加し、ノズル部周りの温度分
布を平坦化するようにした。 【効果】両表面を粗面構造とすることにより、表面の放
射率が大きくなり、ＲＰＶからポンプシャフト側へ流入
するふく射伝熱量が増加し、これによりポンプシャフト
軸方向に沿った温度分布を平坦化することができる。そ
の結果、これに起因するインターナルポンプのノズル部
周りの熱応力を低減することができる。
Ｖ内面の表面を粗面構造とすることにより、ギャップ内
を伝わるふく射伝熱量を増加し、ノズル部周りの温度分
布を平坦化するようにした。 【効果】両表面を粗面構造とすることにより、表面の放
射率が大きくなり、ＲＰＶからポンプシャフト側へ流入
するふく射伝熱量が増加し、これによりポンプシャフト
軸方向に沿った温度分布を平坦化することができる。そ
の結果、これに起因するインターナルポンプのノズル部
周りの熱応力を低減することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はインターナルポンプに係
り、特に、原子炉圧力容器にポンプを設置するノズル部
周りの不均一温度分布に起因する熱応力の発生を抑制す
るのに好適なエアギャップ領域の表面機構に関する。
り、特に、原子炉圧力容器にポンプを設置するノズル部
周りの不均一温度分布に起因する熱応力の発生を抑制す
るのに好適なエアギャップ領域の表面機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のインターナルポンプを図７に示
す。本発明の一実施例である図１及び図２と比べると、
ポンプケーシング１２外面とノズル１３内面、すなわ
ち、原子炉圧力容器１及びスリーブ１ｂの両面は平滑
面、あるいは酸化面である。すなわち、本発明のように
両面を粗面構造にしないと、エアギャップ領域１４内を
伝わるふく射伝熱量ｑrad は小さく、その結果、ポンプ
ケーシング軸方向に対する温度分布が図５に示すような
急勾配状態を生じる。その結果、材料表面における熱応
力が発生し、インターナルポンプの信頼性，安全性など
の心配が考えられる。
す。本発明の一実施例である図１及び図２と比べると、
ポンプケーシング１２外面とノズル１３内面、すなわ
ち、原子炉圧力容器１及びスリーブ１ｂの両面は平滑
面、あるいは酸化面である。すなわち、本発明のように
両面を粗面構造にしないと、エアギャップ領域１４内を
伝わるふく射伝熱量ｑrad は小さく、その結果、ポンプ
ケーシング軸方向に対する温度分布が図５に示すような
急勾配状態を生じる。その結果、材料表面における熱応
力が発生し、インターナルポンプの信頼性，安全性など
の心配が考えられる。
【０００３】しかし、これら両者とも基本的にはエアギ
ャップ領域の存在が炉心内熱水からの流入熱に対して大
きな熱抵抗として作用し、その結果、ポンプノズル部，
ポンプケーシングの軸方向温度分布を急勾配としている
ことに起因している。そこで、以上のようなインターナ
ルポンプのノズル部周りの表面熱応力を低減するには、
技術課題としてエアギャップ領域におけるポンプのノズ
ル部周りへの流入熱量を調整し、インターナルポンプの
ノズル部周りの温度分布を緩和させ、極力均一な温度分
布とすることが望まれる。
ャップ領域の存在が炉心内熱水からの流入熱に対して大
きな熱抵抗として作用し、その結果、ポンプノズル部，
ポンプケーシングの軸方向温度分布を急勾配としている
ことに起因している。そこで、以上のようなインターナ
ルポンプのノズル部周りの表面熱応力を低減するには、
技術課題としてエアギャップ領域におけるポンプのノズ
ル部周りへの流入熱量を調整し、インターナルポンプの
ノズル部周りの温度分布を緩和させ、極力均一な温度分
布とすることが望まれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術はエアギ
ャップ領域内を伝わるふく射伝熱量とノズル部周りの温
度分布、あるいはポンプシャフト軸方向に沿った温度分
布の関係に対し、温度分布の改善の点について考慮され
ておらず、エアギャップ領域のギャップ寸法が大きいこ
とによる熱抵抗が大きいため、ノズル部の近くでの不均
一温度分布に伴う熱応力の発生に関する問題が考えられ
る。
ャップ領域内を伝わるふく射伝熱量とノズル部周りの温
度分布、あるいはポンプシャフト軸方向に沿った温度分
布の関係に対し、温度分布の改善の点について考慮され
ておらず、エアギャップ領域のギャップ寸法が大きいこ
とによる熱抵抗が大きいため、ノズル部の近くでの不均
一温度分布に伴う熱応力の発生に関する問題が考えられ
る。
【０００５】本発明の目的はケーシング外面とＲＰＶ内
面の両表面を粗面とすることにより、両面間を伝わるふ
く射伝熱量を増加させ、ノズル部近傍の温度分布を平坦
化し、熱応力を低減することにある。
面の両表面を粗面とすることにより、両面間を伝わるふ
く射伝熱量を増加させ、ノズル部近傍の温度分布を平坦
化し、熱応力を低減することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、エアギャップ領域のポンプケーシング外面とRPV内
面の少なくともどちらか一方の表面を粗面構造とするこ
とにより、両表面の放射率を大きくし、圧力容器からポ
ンプシャフト側へ流入するふく射伝熱量を増加させ、ポ
ンプシャフト軸方向に沿った温度分布を均一にし、ＲＩ
Ｐノズル部周りに発生する熱応力を低減するようにした
ものである。
に、エアギャップ領域のポンプケーシング外面とRPV内
面の少なくともどちらか一方の表面を粗面構造とするこ
とにより、両表面の放射率を大きくし、圧力容器からポ
ンプシャフト側へ流入するふく射伝熱量を増加させ、ポ
ンプシャフト軸方向に沿った温度分布を均一にし、ＲＩ
Ｐノズル部周りに発生する熱応力を低減するようにした
ものである。
【０００７】
【作用】ポンプケーシング外面とＲＰＶ内面の表面を粗
面構造にすると、このエアギャップ領域内を伝わるふく
射伝熱量が増加し、ポンプシャフト軸方向に沿った温度
分布が均一化され、ＲＩＰノズル部周りに発生する熱応
力は低減される。
面構造にすると、このエアギャップ領域内を伝わるふく
射伝熱量が増加し、ポンプシャフト軸方向に沿った温度
分布が均一化され、ＲＩＰノズル部周りに発生する熱応
力は低減される。
【０００８】以上の方式により、ポンプシャフト及びケ
ーシングの軸方向に沿ったノズル部周りの温度分布の不
均一化を防止できる。これらの作用により、ポンプシャ
フト及びケーシングを含むノズル部周りの温度分布が緩
和され、その結果、不均一温度分布に起因する熱応力を
低減することができる。
ーシングの軸方向に沿ったノズル部周りの温度分布の不
均一化を防止できる。これらの作用により、ポンプシャ
フト及びケーシングを含むノズル部周りの温度分布が緩
和され、その結果、不均一温度分布に起因する熱応力を
低減することができる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１から図７によ
り説明する。図１はインターナルポンプの縦断面図を示
す。まず、インターナルポンプの構成について説明す
る。ポンプシャフト１１はポンプケーシング１２及びポ
ンプノズル１３部内の中心部に設置され、シャフト１１
上部には原子炉圧力容器１の下部鏡板１ａとシュラウド
２に固定されたディフューザ１０内にポンプのインペラ
９が設置されている。又、インペラ９下部にはモータケ
ーシング１６が設置され、その内部にはモータステータ
１７とモータロータ１８が設置されている。なお、モー
タステータ１７とモータロータ１８を冷却するために、
インターナルポンプの近くに熱交換器１９を設置してい
る。また、ポンプケーシング１２とモータケーシング１
６の間には二次シール１５も設置されている。ここで、
二次シール１５の上部において、シールパージ水Ｄは純
水タンク２１から補助ポンプ２０によりシールパージ水
供給管からポンプシャフト１１とポンプケーシング１２
の間へ供給される。そして、原子炉圧力容器１のスリー
ブ１ｂとポンプケーシング１２の間は約十数mmの空間か
らなるエアギャプ領域１４である。図６に示すように、
インターナルポンプ５は原子炉圧力容器１内の下部鏡板
１ａに約１０台周方向に設置されている。次に、インタ
ーナルポンプの動作について説明する。まず、高温炉水
Ａはポンプインペラ９により原子炉圧力容器１内の下部
鏡板１ａに沿って吐出されて、原子炉本体へ送り込まれ
る。この時、炉水の吐出流Ａは炉本体内炉心３へ流入
し、ここで核反応により蒸気を発生する。そして、熱水
と蒸気は気水分離器６で二相分離され、蒸気乾燥器７で
湿り分が除去されて蒸気Ｂは主蒸気ノズル８から蒸気タ
ービンへ流出する。一方、気水分離器６で二相分離され
た熱水Ａは圧力容器１とシュラウド２内のダウンカマ部
を下降し、再びインターナルポンプ５で循環される。一
方、インターナルポンプ５において、ポンプシャフト１
１とポンプケーシング１２間のシール用、及び炉内を循
環する熱水中のコンタミネーションの流入防止のため、
約５０℃程度のシールパージ水Ｄがシャフト軸方向を上
部に向かってケーシング１２とポンプシャフト１１間の
約１mm程度の狭隙流路内へ押し込まれる。ここで、ポン
プシャフト１１は軸受特性から定まる偏心や振れ廻りを
生じる可能性がある。この時、二次シール１５に接する
シールパージ水温は当該シール材の耐熱温度以下である
必要がある。さらに、炉内圧力より高い圧力でシールパ
ージ水を供給するため、ポンプによる昇圧が必要であ
る。
り説明する。図１はインターナルポンプの縦断面図を示
す。まず、インターナルポンプの構成について説明す
る。ポンプシャフト１１はポンプケーシング１２及びポ
ンプノズル１３部内の中心部に設置され、シャフト１１
上部には原子炉圧力容器１の下部鏡板１ａとシュラウド
２に固定されたディフューザ１０内にポンプのインペラ
９が設置されている。又、インペラ９下部にはモータケ
ーシング１６が設置され、その内部にはモータステータ
１７とモータロータ１８が設置されている。なお、モー
タステータ１７とモータロータ１８を冷却するために、
インターナルポンプの近くに熱交換器１９を設置してい
る。また、ポンプケーシング１２とモータケーシング１
６の間には二次シール１５も設置されている。ここで、
二次シール１５の上部において、シールパージ水Ｄは純
水タンク２１から補助ポンプ２０によりシールパージ水
供給管からポンプシャフト１１とポンプケーシング１２
の間へ供給される。そして、原子炉圧力容器１のスリー
ブ１ｂとポンプケーシング１２の間は約十数mmの空間か
らなるエアギャプ領域１４である。図６に示すように、
インターナルポンプ５は原子炉圧力容器１内の下部鏡板
１ａに約１０台周方向に設置されている。次に、インタ
ーナルポンプの動作について説明する。まず、高温炉水
Ａはポンプインペラ９により原子炉圧力容器１内の下部
鏡板１ａに沿って吐出されて、原子炉本体へ送り込まれ
る。この時、炉水の吐出流Ａは炉本体内炉心３へ流入
し、ここで核反応により蒸気を発生する。そして、熱水
と蒸気は気水分離器６で二相分離され、蒸気乾燥器７で
湿り分が除去されて蒸気Ｂは主蒸気ノズル８から蒸気タ
ービンへ流出する。一方、気水分離器６で二相分離され
た熱水Ａは圧力容器１とシュラウド２内のダウンカマ部
を下降し、再びインターナルポンプ５で循環される。一
方、インターナルポンプ５において、ポンプシャフト１
１とポンプケーシング１２間のシール用、及び炉内を循
環する熱水中のコンタミネーションの流入防止のため、
約５０℃程度のシールパージ水Ｄがシャフト軸方向を上
部に向かってケーシング１２とポンプシャフト１１間の
約１mm程度の狭隙流路内へ押し込まれる。ここで、ポン
プシャフト１１は軸受特性から定まる偏心や振れ廻りを
生じる可能性がある。この時、二次シール１５に接する
シールパージ水温は当該シール材の耐熱温度以下である
必要がある。さらに、炉内圧力より高い圧力でシールパ
ージ水を供給するため、ポンプによる昇圧が必要であ
る。
【００１０】ここで、図２に示すように、原子炉圧力容
器１とスリーブ１ｂの表面、そしてポンプケーシング１
２表面の両方、またはどちらか一方を粗面構造にする
と、これら両面から構成されるエアギャップ領域内を外
周からポンプケーシング１２側へ半径方向に伝わるふく
射伝熱量ｑrad が増加し、これによりポンプケーシング
軸方向に沿った温度分布が均一化される。
器１とスリーブ１ｂの表面、そしてポンプケーシング１
２表面の両方、またはどちらか一方を粗面構造にする
と、これら両面から構成されるエアギャップ領域内を外
周からポンプケーシング１２側へ半径方向に伝わるふく
射伝熱量ｑrad が増加し、これによりポンプケーシング
軸方向に沿った温度分布が均一化される。
【００１１】そして、エアギャップ領域内では、ケーシ
ング内外面の温度差により自然対流が起こり、この時、
ふく射伝熱も考慮して対向する面間の接触熱抵抗を評価
する。つまり、エアギャップ領域は自然対流とふく射共
存の熱伝達境界と考える。ここで、壁面の温度分布とし
て、一般的な温度分布を考える。ここで、一般的にギャ
ップδの時の等価熱伝達率ｈeは次式で評価される。
ング内外面の温度差により自然対流が起こり、この時、
ふく射伝熱も考慮して対向する面間の接触熱抵抗を評価
する。つまり、エアギャップ領域は自然対流とふく射共
存の熱伝達境界と考える。ここで、壁面の温度分布とし
て、一般的な温度分布を考える。ここで、一般的にギャ
ップδの時の等価熱伝達率ｈeは次式で評価される。
【００１２】
【数１】 ｈe＝λ／δ …（数１）
【００１３】
【数２】 λ＝λa+４σＴm 3εmδ …（数２）
【００１４】
【数３】 εm＝１／(１／ε1＋１／ε2−１) …（数３） ここで、λaは空気の熱伝導率、σはステファン・ボル
ツマン定数、Ｔmは中間温度、εは面の放射率、δはギ
ャップである。ここで、固体表面の放射率εは表面温度
Ｔw 、粗さ，金属表面では酸化の程度により異なる。そ
こで、日本機械学会編の伝熱工学資料（第４版）によれ
ば、酸化金属面の放射率εは図３に示すように表面状態
により大きく異なる。そこで、両壁面の放射率ε1，ε2
をパラメータとし、軸方向に対する各部の等価熱伝達率
ｈe 分布を求めた。その結果を図４に示す。図４は、自
然対流とふく射共存の場合について、上式を用いて放射
率εをパラメータとした４ケースを示す。この結果、ふ
く射伝熱が支配的の場合、表面が研磨面状態では放射率
εは約０.１５、酸化面状態では放射率εは約０.８、粗
面状態では放射率εは約０.９５となる。
ツマン定数、Ｔmは中間温度、εは面の放射率、δはギ
ャップである。ここで、固体表面の放射率εは表面温度
Ｔw 、粗さ，金属表面では酸化の程度により異なる。そ
こで、日本機械学会編の伝熱工学資料（第４版）によれ
ば、酸化金属面の放射率εは図３に示すように表面状態
により大きく異なる。そこで、両壁面の放射率ε1，ε2
をパラメータとし、軸方向に対する各部の等価熱伝達率
ｈe 分布を求めた。その結果を図４に示す。図４は、自
然対流とふく射共存の場合について、上式を用いて放射
率εをパラメータとした４ケースを示す。この結果、ふ
く射伝熱が支配的の場合、表面が研磨面状態では放射率
εは約０.１５、酸化面状態では放射率εは約０.８、粗
面状態では放射率εは約０.９５となる。
【００１５】以上の結果より、本発明のノズル先端から
の軸方向温度分布は図５に示すようになる。すなわち、
炉水と接触するシールパージ水の温度が入口部から流入
すると、炉水からの熱量で加熱されて徐々に昇温し、軸
方向に沿った温度分布を形成する。また、本発明の場
合、エアギャップ領域の両表面が粗面構造となり、製作
時の研磨面状態や従来例の酸化面状態に比べて軸方向の
温度分布は平坦になり、温度勾配も極めてゆるやかにな
る。この結果、ポンプシャフト１１，ポンプケーシング
１２及びポンプノズル１３部での熱応力が低減される。
の軸方向温度分布は図５に示すようになる。すなわち、
炉水と接触するシールパージ水の温度が入口部から流入
すると、炉水からの熱量で加熱されて徐々に昇温し、軸
方向に沿った温度分布を形成する。また、本発明の場
合、エアギャップ領域の両表面が粗面構造となり、製作
時の研磨面状態や従来例の酸化面状態に比べて軸方向の
温度分布は平坦になり、温度勾配も極めてゆるやかにな
る。この結果、ポンプシャフト１１，ポンプケーシング
１２及びポンプノズル１３部での熱応力が低減される。
【００１６】従って、エアギャップ領域を構成する原子
炉圧力容器１とスリーブ１ｂ、そしてポンプケーシング
１２の両面を粗面構造にすれば、原子炉圧力容器１内の
熱水の加熱源から流入するふく射伝熱量が増加されてポ
ンプケーシング軸方向に沿った温度分布が平坦化され、
その結果、温度分布の勾配に起因した熱応力が低減され
る。それ故、インターナルポンプは信頼性，安全性の高
いものとなる。
炉圧力容器１とスリーブ１ｂ、そしてポンプケーシング
１２の両面を粗面構造にすれば、原子炉圧力容器１内の
熱水の加熱源から流入するふく射伝熱量が増加されてポ
ンプケーシング軸方向に沿った温度分布が平坦化され、
その結果、温度分布の勾配に起因した熱応力が低減され
る。それ故、インターナルポンプは信頼性，安全性の高
いものとなる。
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、ポンプケーシング外面
と圧力容器内面から構成されるエアギャップ領域におい
て、両者が粗面構造となり、両面の表面放射率が大きく
なり、ＲＰＶからポンプシャフト側へ流入するふく射伝
熱量が増加することにより、ポンプシャフト軸方向に沿
った温度分布が平坦化できるので、ＲＩＰノズル部周り
に生じる各部の温度差を小さくし、それに伴う熱応力を
低減できるので、安全性，信頼性の高いインターナルポ
ンプを提供できる。
と圧力容器内面から構成されるエアギャップ領域におい
て、両者が粗面構造となり、両面の表面放射率が大きく
なり、ＲＰＶからポンプシャフト側へ流入するふく射伝
熱量が増加することにより、ポンプシャフト軸方向に沿
った温度分布が平坦化できるので、ＲＩＰノズル部周り
に生じる各部の温度差を小さくし、それに伴う熱応力を
低減できるので、安全性，信頼性の高いインターナルポ
ンプを提供できる。
【図１】本発明の一実施例のインターナルポンプの縦断
面図。
面図。
【図２】エアギャップ領域の伝熱モデルの説明図。
【図３】表面温度と放射率の関係を示す説明図。
【図４】温度に対するエアギャップ領域内の等価熱伝達
率の関係の説明図。
率の関係の説明図。
【図５】ＲＩＰ軸方向に対する温度分布の関係の説明
図。
図。
【図６】原子炉圧力容器の縦断面図。
【図７】従来のインターナルポンプの縦断面図。
１ａ…下部鏡板、１ｂ…スリーブ、２…シュラウド、９
…ポンプインペラ、１０…ディフューザ、１０ａ…ディ
フューザ外筒、１１…ポンプシャフト、１２…ポンプケ
ーシング、１３…ポンプノズル、１４…エアギャップ領
域、１５…二次シール、１６…モータケーシング、１７
…モータステータ、１８…モータロータ、１９…熱交換
器、２０…補助ポンプ、２１…純水タンク。
…ポンプインペラ、１０…ディフューザ、１０ａ…ディ
フューザ外筒、１１…ポンプシャフト、１２…ポンプケ
ーシング、１３…ポンプノズル、１４…エアギャップ領
域、１５…二次シール、１６…モータケーシング、１７
…モータステータ、１８…モータロータ、１９…熱交換
器、２０…補助ポンプ、２１…純水タンク。
Claims (1)
- 【請求項１】改良式沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器の
下鏡部にインターナルポンプを設置するノズル部周りの
構造において、ポンプケーシング外面とＲＰＶ内面から
構成されるエアギャップ領域の熱抵抗を低減するため、
前記内外面の少なくとも一方を粗面構造とし、前記内外
面の放射率を大きくし、前記エアギャップ領域内で前記
原子炉圧力容器からポンプシャフト側へ流入するふく射
伝熱量を大きくして、ポンプ軸方向に沿った温度分布を
均一化することを特徴とするインターナルポンプ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7026434A JPH08220277A (ja) | 1995-02-15 | 1995-02-15 | インターナルポンプ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7026434A JPH08220277A (ja) | 1995-02-15 | 1995-02-15 | インターナルポンプ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08220277A true JPH08220277A (ja) | 1996-08-30 |
Family
ID=12193413
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7026434A Pending JPH08220277A (ja) | 1995-02-15 | 1995-02-15 | インターナルポンプ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08220277A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103440886A (zh) * | 2013-08-20 | 2013-12-11 | 上海核工程研究设计院 | 提高压力容器外壁面临界热流密度的装置 |
-
1995
- 1995-02-15 JP JP7026434A patent/JPH08220277A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103440886A (zh) * | 2013-08-20 | 2013-12-11 | 上海核工程研究设计院 | 提高压力容器外壁面临界热流密度的装置 |
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