JPH1089260A

JPH1089260A - 回転機械のクラック検出方法及びクラック検出装置

Info

Publication number: JPH1089260A
Application number: JP8239544A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Ichimonji; 正幸一文字
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-09-10
Filing date: 1996-09-10
Publication date: 1998-04-07

Abstract

(57)【要約】【課題】立型の循環水ポンプ装置の回転軸にクラック
が発生したことを確実に検出することができる技術を提
供する。【解決手段】クラック２０が発生してクラック２０が
中心孔９ａまで達すると、中心孔９ａの内部に冷却水が
漏水したり、中心孔９ａが気密破壊するなどの原因で中
心孔９ａ内の湿度や圧力などに変化が生じる。この変化
を湿度計１６で検出して、スリップリング１７を介して
回転軸１１の外部に取り出すことにより、回転軸１１に
クラック２０が発生したことを早期に検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子炉に使用する
循環水ポンプ等の回転機械のクラック検出方法及びクラ
ック検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】沸騰水型原子炉は原子炉を冷却するため
に循環水ポンプで冷媒の軽水を循環する必要があり、循
環水ポンプは原子炉の機能と安全性を維持する上で最も
重要な設備の一つである。

【０００３】図１３は従来の沸騰水型原子炉の循環水ポ
ンプ１００を示している。循環水ポンプ１００は電動機
１０１と、立型の遠心ポンプ１０５とからなり、原子炉
の冷却水配管に接続されている。電動機１０１は駆動軸
１０２を備え、駆動軸１０２は軸受１０３，１０３によ
って回動可能に支承されている。駆動軸１０２の軸幅に
は遠心ポンプ１０５のポンプ軸１０６がカップリング１
０７を介して連結されている（以下、駆動軸１０２とポ
ンプ軸１０６とを連結した軸を回転軸１０８という）。
ポンプ軸１０６は軸受１０９によって回動自在に支承さ
れている。この遠心ポンプ１０５のポンプ軸１０６の先
端にはインペラー１１０が設けられ、インペラー１１０
の周囲にケーシング１１１が設けられている。原子炉を
冷却した熱水はケーシング１１１内を循環するので、イ
ンペラー１１０は高温にさせる。

【０００４】この原子炉循環水ポンプは、駆動軸１０２
が常温に保たれるのに対してインペラー１１０は高温の
原子炉冷却水に接触して高温になるので、インペラー１
１０と駆動軸１０２とを連結するポンプ軸１０６には変
化の大きい温度勾配が存在することになる。このため、
非常に高い熱ひずみが発生してポンプ軸１０６とインペ
ラー１１０との連結部に熱疲労によるクラック１１２が
発生する恐れがある。

【０００５】このように、ポンプ軸１０６とインペラー
１１０との連結部にクラック１１２が発生すると、回転
軸１０８の折損という最悪の事態に直結する可能性があ
り、クラック１１２の早期発見は循環水ポンプの予防保
全の観点から重要である。ところで、タービン発電機の
ような横軸回転機械においては、プラントの予防保全の
見地から回転軸のクラックを早期に検知するものとして
クラック監視装置が開発されている。このクラック監視
装置は、一例として回転軸の振動を監視して振動の周波
数特性からクラックの発生を検知するものである。

【０００６】以下、このクラック監視装置について説明
する。この横軸回転機械のクラック装置は、自重により
常に回転軸に対して直角に自重がかかるので、回転軸に
クラックが発生すると、クラックが発生した回転軸に横
荷重が作用して、曲げモーメントの作用で回転軸の回転
に伴ってクラックの開閉挙動を顕著に繰り返す。そし
て、クラックが開くと回転軸の有効断面積が小さくなっ
て、回転軸の断面二次モーメントが減少して曲げ剛性が
低下する。一方、反対にクラックが閉じると回転軸の有
効断面積は大きくなって、回転軸の断面二次モーメント
が増加して曲げ剛性が高くなる。したがって、回転軸の
回転により回転軸の曲げ剛性が周期的に変化することに
なる。

【０００７】回転軸の曲げ剛性が回転に同期して周期的
に変化する場合、回転軸の回転周波数の整数倍の振動が
回転軸に発生することが解明されている。特に、回転周
波数の２倍の周波数成分が高くなるので、クラック監視
装置はこの周波数に着目して、２倍周波数成分を健全状
態（クラック未発生状態）の大きさと比較してクラック
発生の有無を判定する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このク
ラック監視装置は、タービン発電機のような横軸回転機
械には好適であるが、沸騰水型原子炉の循環水ポンプの
ような立軸の回転機械には好適でない。その理由は、立
軸回転機械は回転軸の自重が軸方向に作用しており、さ
らに、ポンプのインペラーなどでは横荷重の発生は期待
できないからである。

【０００９】ところで、図１３でポンプ軸１０６の軸受
１０９の中心を駆動軸１０２の軸受１０３の中心から微
少量ずらすことにより、ポンプ軸１０６にモーメントを
発生させることができる。しかしながら、この場合には
当然のことながら各軸受１０９，１０３における荷重が
著しく増加するので、機械の運転上からは軸受１０９，
１０３の寿命を短くして装置の信頼性を損なうことにな
り、採用できる技法ではない。

【００１０】したがって、従来のクラック監視装置を沸
騰水型原子炉の循環水ポンプのような立軸回転機械に適
用しても、回転軸に対する横荷重の不足によりクラック
の検出が遅れる恐れがある。さらに、従来のクラック監
視装置では、クラックの形態として曲げ疲労により軸の
外周の１か所から亀裂が内部に進行するもの（曲げ疲労
性クラック）を想定しており、軸中心に対して非対称な
形状を仮定している。このようなクラック形状なので回
転軸に直行する２方向で軸の曲げ剛性が異なり、上述の
ように回転軸の回転周波数の２倍の周波数成分が卓越す
る原因となっている。

【００１１】ところが、熱ひずみによって生じるクラッ
クの場合には、熱ひずみ分布が回転軸の断面において全
周に均等であるから、クラックの進行も回転軸の全周に
わたり均一となるものと考えられる。このように回転軸
に全周に均一に発生するクラックの場合、クラックによ
る軸剛性の異方性はわずかであるから、回転周波数の２
倍周波数成分は非常に小さくなる。このため、従来のク
ラック監視装置では、熱ひずみによるクラックの検出が
遅れる恐れがある。従って、本発明の目的は上記従来技
術が有する問題を解消し、立軸回転機械の回転軸のクラ
ック発生を早期に検出する技術を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、原子炉に使用する循環水
ポンプ等で回転軸を備えた回転機械において、前記回転
軸に中心孔を備え、中心孔の内部の湿度や圧力などを検
出する検出部と、前記検出部によって検出した情報を回
転軸の外部に伝える伝達部とを備えたことを特徴とす
る。クラックが発生してクラックが中心孔まで達する
と、中心孔の内部に冷却水が漏水したり、中心孔が機密
破壊するなどの原因で中心孔内の湿度や圧力などに変化
が生じる。この変化を検出部で検出して、伝達手段を介
して回転軸の外部に取り出すことにより、回転軸にクラ
ックが発生したことを早期に検出することができる。

【００１３】請求項２に記載の発明は、原子炉に使用す
る循環水ポンプ等で回転軸を備えた回転機械において、
この回転軸に中心孔を備え、中心孔の内部の湿度や圧力
等を検出する検出部と、検出部によって検出した値と予
め設定した判定値と比較して異常を判定する演算部と、
演算部によって得られた判定結果を回転軸の外部に伝え
る伝達部とを備えたことを特徴とする。中心孔内の湿度
や圧力などの変化を検出し、この情報に基づいて演算部
がクラックの発生を判定し、この判定結果を伝達手段を
介して回転軸の外部に取り出すことにより、回転軸にク
ラックが発生したことを早期に検出することができる。

【００１４】請求項３に記載の発明は、中心孔の内壁に
溝を設けたことを特徴とする。回転機械の回転軸の中心
孔の内壁に溝を設けることにより、クラックの中心孔へ
の到達時間短縮させ、早期にクラックの発生を検知する
ことができる。

【００１５】請求項４に記載の発明は、中心孔に連通し
た小孔を前記回転軸に設けたことを特徴とする。回転機
械の回転軸の中心孔と連通した探査孔を回転軸に設ける
ことにより、クラックの中心孔への到達時間短縮させ、
早期にクラックの発生を検知することができる。

【００１６】請求項５に記載の発明は、中心孔を複数の
気室に分割し、各気室の内部の湿度や圧力等を検出する
検出部を設けたことを特徴とする。回転機械の回転軸の
中心孔を隔壁で分割して複数個の気室形成し、各気室の
湿度や圧力などの変化からクラックの発生を個別に判定
する。したがって、クラックの発生とクラックの発生箇
所を早期に検知することができる。

【００１７】請求項６に記載の発明は、伝達部がスリッ
プリングを介して回転軸の外部に情報や判定結果を取り
出すことを特徴とする。回転機械の回転軸の中心孔内で
検知した湿度や圧力などの情報や情報の判定結果をスリ
ップリングを介して外部に伝えることができる。これに
より、回転軸の外部からクラック発生を早期に検知する
ことができる。

【００１８】請求項７に記載の発明は、伝達部がテレメ
トリー部を介して回転軸の外部に情報や判定結果を取り
出すことを特徴とする。回転機械の回転軸の中心孔内で
検知した湿度や圧力などの情報や情報の判定結果をテレ
メトリー装置を介して外部に伝えることができる。これ
により、回転軸の外部からクラック発生を早期に検知す
ることができる。

【００１９】請求項８に記載の発明は、回転軸に中心孔
と連結した点検孔を設け、この点検孔から中心孔の内部
の湿度や圧力等を検出可能としたことを特徴とする。回
転機械の回転軸の中心孔内を点検する点検口を備えたの
で、回転機械を定期的に停止させて点検口から湿度や中
心孔の底部の水の深度の情報を得ることにより、回転軸
の外部からクラック発生を早期に検知することができ
る。

【００２０】請求項９に記載の発明は、回転軸に中心孔
の内部の圧力が予め設定した値に達した場合に回転軸か
ら突出あるいは凹むスイッチを設け、このスイッチの突
出と凹みを検出する手段を備えたことを特徴とする。回
転機械の回転軸の中心孔内で検知した湿度や圧力などの
情報に基づいて変位する変位部を備えたスイッチで、回
転軸の外部からクラック発生を早期に検知することがで
きる。

【００２１】請求項１０に記載の発明は、原子炉に使用
する循環水ポンプ等で回転軸を備えた回転機械におい
て、前記回転軸に設けた中心孔の内部に回転軸外部に存
在する流体と異なる気体を予め封入し、回転軸における
クラックの発生により回転軸中心孔内部に流体が漏出し
たことを回転軸中心孔内で検知してクラック発生を検知
することを特徴とする。

【００２２】クラックの発生によって回転機械の回転軸
の中心孔内に漏出する流体の密度を検知してクラック発
生を早期に検知することができる。請求項１１に記載の
発明は、流体が漏出したことを、湿度の増加から検出し
てクラック発生を検知することを特徴とする。回転機械
の回転軸の中心孔内の湿度を検知してクラック発生を早
期に検知することができる。

【００２３】請求項１２に記載の発明は、流体が漏出し
たことを、回転軸中心孔内部における水位増加から検知
してクラック発生を検知することを特徴とする。回転機
械の回転軸の中心孔内の水位を検知してクラック発生を
早期に検知することができる。

【００２４】請求項１３に記載の発明は、流体が漏出し
たことを、回転軸中心孔内部における放射線量の増加か
ら検出してクラック発生を検知することを特徴とする。
回転機械の回転軸の中心孔内の放射線量を検知してクラ
ック発生を早期に検知することができる。

【００２５】請求項１４に記載の発明は、原子炉に使用
する循環水ポンプ等で回転軸を備えた回転機械におい
て、前記回転軸の中心孔内部の圧力変化を検知して健全
時における値と比較することによってクラック発生を検
知することを特徴とする。回転機械の回転軸の中心孔内
の圧力を検知してクラック発生を早期に検知することが
できる。

【００２６】請求項１５に記載の発明は、回転軸の中心
孔内部の圧力を、圧力が所定値を越えると突出する圧力
スイッチで検出することを特徴とする。回転機械の回転
軸の中心孔内の圧力の変化で変位する圧力スイッチで、
回転軸の外部からクラック発生を早期に検知することが
できる。

【００２７】請求項１６に記載の発明は、回転軸の中心
孔内部の圧力をあらかじめ減圧しておき、回転軸におけ
るクラック発生時の中心孔内部の圧力上昇を顕著ならし
めたことを特徴とする。回転機械の回転軸の中心孔内の
圧力を予め減圧しておいて、圧力の増加を検知するの
で、クラック発生を早期に確実に検知することができ
る。

【００２８】請求項１７に記載の発明は、回転軸の中心
孔内部に流体と反応して気体を発生する薬品を予め封入
し、前記回転軸のクラック発生時に前記中心孔内部の圧
力上昇を顕著ならしめたことを特徴とする。回転機械の
回転軸の中心孔内に流体と反応して圧力増加を可能にす
る薬品を予め収納したので、圧力の増加を確実に検知し
てクラック発生を早期に確実に検知することができる。

【００２９】請求項１８に記載の発明は、回転軸の中心
孔内部の圧力を回転軸外部より予め高めておき、前記回
転軸のクラック発生時の前記中心孔内部の圧力低下を顕
著ならしめたことを特徴とする。回転機械の回転軸の中
心孔の内圧を外圧より高く設定することにより、クラッ
クが発生して内圧が低下した場合、内圧の低下を検知し
てクラック発生を早期に確実に検知することができる。

【００３０】請求項１９に記載の発明は、回転軸の中心
孔内部の圧力を、圧力が所定値より低下すると突出また
は落ち込む圧力スイッチで検出することを特徴とする。
回転機械の回転軸の中心孔の内圧を外圧より高く設定す
ることにより、クラックが発生して内圧が低下した場
合、内圧の低下をスイッチの変位部の変位から検知して
クラック発生を早期に確実に回転部の外部から検知する
ことができる。

【００３１】請求項２０に記載の発明は、原子炉に使用
する循環水ポンプ等で回転軸を備えた回転機械におい
て、前記回転軸の中心孔を複数の気室に分割し、複数の
気室の湿度や圧力などの変化を検知して、湿度や圧力な
どが変化した気室の位置からクラックの発生箇所を特定
することを特徴とする。回転機械の回転軸の中心孔を隔
壁で分割して複数個の気室形成し、各気室の湿度や圧力
などの変化からクラックの発生を個別に判定する。した
がって、湿度や圧力などが変化した気室の数からクラッ
クの発生箇所を早期に検知することができる。

【００３２】請求項２１に記載の発明は、原子炉に使用
する循環水ポンプ等で回転軸を備えた回転機械におい
て、前記回転軸の中心孔を複数の気室に分割し、複数の
気室の湿度や圧力などの変化を検知して、湿度や圧力な
どが変化した気室の位置からクラックの大きさを特定す
ることを特徴とする。回転機械の回転軸の中心孔を隔壁
で分割して複数個の気室形成し、各気室の湿度や圧力な
どの変化からクラックの発生を個別に判定する。したが
って、湿度や圧力などが変化した気室の数からクラック
の大きさを早期に検知することができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下本発明による回転機械のクラ
ック検出方法及びクラック検出装置の一実施例を図を参
照の上詳細に説明する。

【００３４】図１は本発明（第１実施の態様）による循
環水ポンプ装置の側面図である。循環水ポンプ１は電動
機２と、立型の遠心ポンプ８と、クラック検出手段１５
とからなり、原子炉に接続した冷却水配管に連通したも
のである。電動機２は電動機軸３を備え、電動機軸３は
軸受４，５で電動機２に回動自在に支持されている。電
動機軸３は中心孔３ａを備えて筒状に形成され、先端部
に遠心ポンプ８のポンプ軸９がカップリング１０ａ，１
０ｂを介して連結されている（以下、電動機軸３とポン
プ軸９とを連結した軸を回転軸１１という）。なお、カ
ップリング１０ａ，１０ｂ間にはシール材１０ｃが挟持
されている。これにより、カップリング１０ａ，１０ｂ
間がシール材１０ｃで密封される。

【００３５】ポンプ軸９は中心孔９ａを備えて筒状に形
成され、軸受１２ａでケーシング１２に回動自在に支持
されている。ポンプ軸９は先端にインペラー１３を設
け、インペラー１３はケーシング１２内に回動自在に収
納されている。そして、原子炉を冷却した熱水はケーシ
ング１２内を循環してインペラー１３を高温に加熱す
る。

【００３６】クラック検出手段１５は湿度計１６と、ス
リップリング１７と、記録部１８とからなる。湿度計１
６はポンプ軸９の中心孔９ａ内に備え、スリップリング
１７を介して記録部１８に電気的に接続されている。記
録部１８は湿度計１６が計測した湿度を湿度計１６から
の出力電気信号を受信して、中心孔内部の湿度を記録す
る。

【００３７】前記の如く構成された本発明の作用を説明
する。先ず、回転軸１１にクラックが発生する前は、ポ
ンプ軸９の中心孔９ａが密閉されているので、中心孔９
ａの内部湿度が一定に保たれている。次に、ポンプ軸９
とインペラー１３との接続部の近傍にクラック２０が発
生すると、クラック２０は応力の高い回転軸１１の外周
部から内部に向かって比較的長い時間をかけて進展して
いく。そして、クラック２０が中心孔９ａの内壁まで到
達すると、ポンプ軸９の外周部と中心孔９ａの内部は、
クラック２０で発生した隙間で連結される。

【００３８】ここで、ポンプ軸９とインペラー１３との
接続部はケーシング１２内で高温の原子炉冷却水に浸漬
されているので、クラック２０の隙間を介して中心孔９
ａの内部に高温の冷却水が漏れ出してくる。したがっ
て、中心孔９ａの内部の湿度が健全時に比較して上昇す
るので、湿度計１６の計測値を記録部１８で記録するこ
とによりクラック２０の発生を早期に検出することがで
きる。

【００３９】図２は本発明（第２実施の態様）による循
環水ポンプ装置の側面図である。クラック検出手段２５
は湿度計１６と、演算部２７と、テレメトリー装置２８
とからなる。湿度計１６は第１実施の態様と同様にポン
プ軸９の中心孔９ａ内に設置され、演算部２７は中心孔
９ａの中央に設置する。演算部２７は湿度計１６が計測
した湿度を湿度計１６から電気信号で受信し、受信した
測定値と予め設定された基準値とを比較してクラック２
０の発生を判定する。

【００４０】テレメトリー装置２８は発信部２８ａと受
信部２８ｂとからなり、発信部２８ａはポンプ軸９の中
心孔９ａ内の上部に備え、演算部２７が判定した判定結
果を受信部２８ｂに送信する。また、受信部２８ｂは循
環水ポンプ装置１の外部に備え、発信部２８ａからの判
定信号を受信する。これにより、受信部２８ｂが受信し
た判定結果からクラックの発生を検出する。

【００４１】図３は本発明（第３実施の態様）による循
環水ポンプ装置のポンプ軸の断面図である。ポンプ軸３
０は、第１、第２実施の態様と同様に中心孔３０ａを同
軸上に備え、筒状に形成されている。さらに、中心孔３
０ａを形成する内周には溝３０ｂ…が一定の間隔で形成
されている。したがって、ポンプ軸３０にクラック３１
が発生した場合、溝３０ｂ…がない第１、第２実施の態
様のときは、クラック３１が破線で示す大きさにならな
いと中心孔３０ａ内に高温の冷却水が漏れ出さないが、
溝３０ｂ…を備えるとクラック３１が/ / / で示す大き
さで中心孔３０ａ内に高温の冷却水が漏れ出す。このた
め、クラック３１を第１、第２実施の態様より早期に検
出することができる。

【００４２】図４は本発明（第４実施の態様）による循
環水ポンプ装置のポンプ軸の断面図である。ポンプ軸３
５は、第１、第２実施の態様と同様に中心孔３５ａを同
軸上に備え、筒状に形成されている。さらに、ポンプ軸
３５の中心孔３５ａの外側には探査孔３６…が軸方向に
開口され、探査孔３６…は半径方向に延長する連通孔３
７…を介して中心孔３５ａに連通している。したがっ
て、ポンプ軸３５にクラック３８が発生した場合、探査
孔３６…がない第１、第２実施の態様ときは、クラック
３１が破線で示す大きさにならないと中心孔３０ａ内に
高温の冷却水が漏れ出さないが、探査孔３６…を備える
とクラック３１が/ / / で示す大きさで中心孔３０ａ内
に高温の冷却水が漏れ出す。このため、クラック３１を
第１、第２実施の態様より早期に検出することができ
る。

【００４３】図５は本発明（第５実施の態様）による循
環水ポンプ装置の側面図である。第５実施の態様は第１
実施の態様の電動機軸３の頂部に点検孔３ｂを開口し、
点検孔３ｂを中心孔３ａに連通させたものである。この
ように、点検孔３ｂを開口することにより、点検孔３ｂ
からポンプ軸９の中心孔９ａ内を検査することができ
る。前記のように構成された本発明の作用を説明する。
ポンプ軸９に発生したクラック２０は比較的長い時間を
かけてポンプ軸９の中心孔９ａまで到達するので、比較
的短時間に点検孔３ｂを介してポンプ軸９の中心孔９ａ
内に水が侵入しているか否かを定期的に検査することに
より、クラック２０の発生を早期に検出することが可能
である。

【００４４】また、クラック２０の発生から比較的長時
間経過すれば、中心孔９ａ内に漏れ出した冷却水が中心
孔９ａ内に溜まり冷却水面が上昇する。したがって、中
心孔９ａ内に溜まった冷却水の水位高さを定期的に測定
することによりクラック２０の発生を検出することがで
きる。さらに、原子炉冷却水循環ポンプの場合、冷却水
が放射線をおびているので、ポンプ軸９にクラック２０
が発生してポンプ軸９の中心孔９ａ内に冷却水が侵入す
ると中心孔９ａ内の放射線量が増加する。したがって、
定期的に中心孔９ａの放射線量を点検孔３ｂを介して計
測することにより、ポンプ軸９にクラック２０が発生し
たことを早期に検出することができる。

【００４５】図６は本発明（第６実施の態様）による循
環水ポンプ装置の側面図である。クラック検出手段４０
は圧力計４１と、演算部４２と、電磁スイッチ４３と、
変位計４７とからなる。圧力計４１はポンプ軸９の中心
孔９ａ内に備え、演算部４２は中心孔９ａの中央に備え
る。演算部４２は圧力計４１が計測した圧力を圧力計４
１から電気信号で受信し、受信した信号を測定値と予め
設定された基準値とを比較して測定値が判定値を越えた
とき電磁スイッチ４３に起動信号を送る。

【００４６】図７は本発明による電磁スイッチの構成を
示す説明図である。電磁スイッチ４３はソレノイド４４
と、ばね４５に取り付けた移動子４６とからなる。ソレ
ノイド４４は通常非通電状態にあり、これにより移動子
４６はばね４５の付勢力で電動機軸３の上端部から突出
した位置にある。この位置の移動子４６からｘ上方に変
位計４７を備える。変位計４７は移動子４６までの距離
ｘを検出する。

【００４７】前記のように構成された本発明の作用を説
明する。先ず、回転軸１１にクラックが発生する前は、
ポンプ軸９の中心孔９ａが密閉されているので、中心孔
９ａ内の圧力が外部圧と同一に保たれている。次に、ポ
ンプ軸９とインペラー１３との接続部の近傍にクラック
２０が発生すると、クラック２０は応力の高い回転軸１
１の外周部から内部に向かって比較的長い時間をかけて
進展していく。そして、クラック２０が中心孔９ａの内
壁まで到達すると、ポンプ軸９の外周部と中心孔９ａの
内部は、クラック２０で発生した隙間で連結される。

【００４８】ここで、ポンプ軸９とインペラー１３との
接続部はケーシング１２内の圧力が外部より高圧に設定
されているので、中心孔９ａ内の圧力が健全時に比較し
て高くなる。そして、演算部４２は圧力計４１が計測し
た圧力を圧力計４１から電気信号で受信し、受信した測
定値と予め設定された基準値とを比較して測定値が判定
値を越えたとき電磁スイッチ４３に起動信号を送る。電
磁スイッチ４３に起動信号が送られると、ソレノイド４
４が通電状態になりばね４５の付勢力に抗して移動子４
６を下方に引き下げる。これにより、変位計４７の測定
値がｘより大きくなるので、クラック２０の発生を早期
に検出することができる。なお、ソレノイド４４を通常
通電状態にセットし、クラック２０の発生でソレノイド
４４を非通電状態にしても同様の効果を得ることができ
る。

【００４９】また、予めポンプ軸９の中心孔９ａ内を減
圧しておくと、クラック２０の検出感度をより向上する
ことができる。さらに、予めポンプ軸９の中心孔９ａ内
に、水分と反応して気体を発生する発泡剤を封入してお
けば、クラック２０の発生時の圧力上昇を増進する効果
があり、クラック２０の検出感度をより向上することが
できる。

【００５０】図８は本発明（第７実施の態様）による循
環水ポンプ装置の側面図である。クラック検出手段５０
は圧力スイッチ５１と、変位計５２とからなる。圧力ス
イッチ５１は電動機軸３の中心孔３ａ内の上端部に備え
る。図９は本発明による圧力スイッチの構成を示す説明
図である。圧力スイッチ５１は、中心孔３ａ内の圧力が
高い場合に実線で示すように凸状に中心孔３ａから突出
して、中心孔３ａ内の圧力が限界値を下回ると破線で示
すように中心孔３ａ内に凹状に引っ込む。変位計５２は
圧力スイッチ５１の上方に配置され、圧力スイッチ５１
の位置を検出する。

【００５１】前記のように構成された本発明の作用を説
明する。先ず、電動機軸３の中心孔３ａ内及びポンプ軸
９の中心孔９ａ内に気体を封入して中心孔３ａ，９ａの
内圧を予め限界値より高く設定する。これにより、圧力
スイッチ５１は図９の実線で示すように凸状に中心孔３
ａから突出して、変位計５２が圧力スイッチ５１までの
距離ｘを検出する。

【００５２】この状態で、ポンプ軸９とインペラー１３
との接続部の近傍にクラック２０が発生すると、クラッ
ク２０は応力の高い回転軸１１の外周部から内部に向か
って比較的長い時間をかけて進展していく。そして、ク
ラック２０が中心孔９ａの内壁まで到達すると、中心孔
３ａ，９ａ内に封入した気体が外部に放出されて内圧が
限界値を下回る。これにより、圧力スイッチ５２は図９
の破線で示すように中心孔３ａ内に凹状に引っ込むの
で、変位計５２と圧力スイッチ５１との間隔がｘより大
きくなる。したがって、クラック２０の発生を早期に検
出することができる。

【００５３】図１０は本発明（第８実施の態様）による
循環水ポンプ装置の側面図である。クラック検出手段５
５は圧力計５６ａ，５６ｂ…と、演算部５９と、テレメ
トリー装置６０とからなる。

【００５４】図１１は図１０の１１−１１線に沿った断
面を示す断面図である。ポンプ軸９の中心孔９ａの先端
部を遮蔽板５７…で複数の気室５８ａ，５８ｂ…に分割
する。気室５８ａ，５８ｂ…は各内圧が等しく、かつケ
ーシング１２の内圧より低く設定されている。気室５８
ａ，５８ｂ…内には、それぞれ圧力計５６ａ，５６ｂ…
が備えられている。圧力計５６ａ，５６ｂ…はそれぞれ
気室５８ａ，５８ｂ…の内圧を測定する。

【００５５】演算部５９は、中心孔９ａの中央に備え、
圧力計５６ａ，５６ｂ…が計測した各圧力を圧力計５６
ａ，５６ｂ…から電気信号で受信し、受信した各測定値
と予め設定された基準値とを比較してクラック２０の発
生を判定する。テレメトリー装置６０は発信部６０ａと
受信部６０ｂとからなり、発信部６０ａはポンプ軸９の
中心孔９ａ内の上部に備え、演算部５９が判定した判定
結果を受信部６０ｂに送信する。また、受信部６０ｂは
循環水ポンプ装置１の外部に備え、発信部６０ａからの
判定信号を受信する。これにより、受信部６０ｂが受信
した判定結果からクラックの発生を検出する。

【００５６】このように、遮蔽板５７…で複数の気室５
８ａ，５８ｂ…に分割することにより、クラック２０が
/ / / で示す大きさのとき圧力計５６ａで気室５８ａの
圧力上昇を検出し、クラック２０が破線で示す大きさの
とき圧力計５６ａ，５６ｂ，５６ｌで気室５８ａ，５８
ｂ，５８ｌの圧力上昇を検出する。したがって、クラッ
ク２０の発生箇所、クラック２０の大きさ、クラック２
０の大きさの変化を検出することができる。

【００５７】また、気室をポンプ軸９の軸方向に複数に
分割することにより、クラック２０の発生箇所をポンプ
軸９の軸方向においても特定することが可能である。

【００５８】図１２は図１１の変形例を示す断面図であ
る。ポンプ軸９の軸線方向に複数の探査孔６２ａ，６２
ｂ…を開口して、探査孔６２ａ，６２ｂ…内にそれぞれ
圧力計５６ａ，５６ｂ…を備えることにより同様の効果
を得ることができる。

【００５９】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１に記載の発
明によれば、クラックが発生してクラックが中心孔まで
達すると、中心孔の内部に冷却水が漏水したり、中心孔
が機密破壊するなどの原因で中心孔内の湿度や圧力など
に変化が生じる。この変化を検出部で検出して、伝達手
段を介して回転軸の外部に取り出すことにより、回転軸
にクラックが発生したことを早期に検出することができ
る。したがって、クラック発生による振動特性の変化か
らクラックの発生を検出する従来の方法と比較して、立
型の回転機械の場合でも回転軸にクラックが発生したこ
とを確実に検出することができる。

【００６０】請求項２に記載の発明によれば、中心孔内
の湿度や圧力などの変化を検出し、この情報に基づいて
演算部がクラックの発生を判定し、この判定結果を伝達
手段を介して回転軸の外部に取り出すことにより、回転
軸にクラックが発生したことを早期に検出することがで
きる。したがって、クラック発生による振動特性の変化
からクラックの発生を検出する従来の方法と比較して、
立型の回転機械の場合でも回転軸にクラックが発生した
ことを確実に検出することができる。

【００６１】請求項３に記載の発明によれば、回転機械
の回転軸の中心孔の内壁に溝を設けることにより、クラ
ックの中心孔への到達時間短縮させ、早期にクラックの
発生を検知することができる。

【００６２】請求項４に記載の発明によれば、回転機械
の回転軸の中心孔と連通した探査孔を回転軸に設けるこ
とにより、クラックの中心孔への到達時間短縮させ、早
期にクラックの発生を検知することができる。

【００６３】請求項５に記載の発明によれば、回転機械
の回転軸の中心孔を隔壁で分割して複数個の気室形成
し、各気室の湿度や圧力などの変化からクラックの発生
を個別に判定する。したがって、クラックの発生とクラ
ックの発生箇所を早期に検知することができる。

【００６４】請求項６に記載の発明によれば、回転機械
の回転軸の中心孔内で検知した湿度や圧力などの情報や
情報の判定結果をスリップリングを介して外部に伝える
ことができる。これにより、回転軸の外部からクラック
発生を早期に検知することができる。

【００６５】請求項７に記載の発明によれば、回転機械
の回転軸の中心孔内で検知した湿度や圧力などの情報や
情報の判定結果をテレメトリー装置を介して外部に伝え
ることができる。これにより、回転軸の外部からクラッ
ク発生を早期に検知することができる。

【００６６】請求項８に記載の発明によれば、回転機械
の回転軸の中心孔内を点検する点検口を備えたので、回
転機械を定期的に停止させて点検口から湿度や中心孔の
底部の水の深度の情報を得ることにより、回転軸の外部
からクラック発生を早期に検知することができる。

【００６７】請求項９に記載の発明によれば、回転機械
の回転軸の中心孔内で検知した湿度や圧力などの情報に
基づいて変位する変位部を備えたスイッチで、回転軸の
外部からクラック発生を早期に検知することができる。

【００６８】請求項１０に記載の発明によれば、クラッ
クの発生によって回転機械の回転軸の中心孔内に漏出す
る流体の密度を検知してクラック発生を早期に検知する
ことができる。

【００６９】請求項１１に記載の発明によれば、回転機
械の回転軸の中心孔内の湿度を検知してクラック発生を
早期に検知することができる。

【００７０】請求項１２に記載の発明によれば、回転機
械の回転軸の中心孔内の水位を検知してクラック発生を
早期に検知することができる。

【００７１】請求項１３に記載の発明によれば、回転機
械の回転軸の中心孔内の放射線量を検知してクラック発
生を早期に検知することができる。

【００７２】請求項１４に記載の発明によれば、回転機
械の回転軸の中心孔内の圧力を検知してクラック発生を
早期に検知することができる。

【００７３】請求項１５に記載の発明によれば、回転機
械の回転軸の中心孔内の圧力の変化で変位する圧力スイ
ッチで、回転軸の外部からクラック発生を早期に検知す
ることができる。

【００７４】請求項１６に記載の発明によれば、回転機
械の回転軸の中心孔内の圧力を予め減圧しておいて、圧
力の増加を検知するので、クラック発生を早期に確実に
検知することができる。

【００７５】請求項１７に記載の発明によれば、回転機
械の回転軸の中心孔内に流体と反応して圧力増加を可能
にする薬品を予め収納したので、圧力の増加を確実に検
知してクラック発生を早期に確実に検知することができ
る。

【００７６】請求項１８に記載の発明によれば、回転機
械の回転軸の中心孔の内圧を外圧より高く設定すること
により、クラックが発生して内圧が低下した場合、内圧
の低下を検知してクラック発生を早期に確実に検知する
ことができる。

【００７７】請求項１９に記載の発明によれば、回転機
械の回転軸の中心孔の内圧を外圧より高く設定すること
により、クラックが発生して内圧が低下した場合、内圧
の低下をスイッチの変位部の変位から検知してクラック
発生を早期に確実に回転部の外部から検知することがで
きる。

【００７８】請求項２０に記載の発明によれば、回転機
械の回転軸の中心孔を隔壁で分割して複数個の気室形成
し、各気室の湿度や圧力などの変化からクラックの発生
を個別に判定する。したがって、湿度や圧力などが変化
した気室の数からクラックの発生箇所を早期に検知する
ことができる。

【００７９】請求項２１に記載の発明によれば、回転機
械の回転軸の中心孔を隔壁で分割して複数個の気室形成
し、各気室の湿度や圧力などの変化からクラックの発生
を個別に判定する。したがって、湿度や圧力などが変化
した気室の数からクラックの大きさを早期に検知するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による沸騰水型原子炉の循環水ポンプ
（第１実施の態様）の側面図である。

【図２】本発明による沸騰水型原子炉の循環水ポンプ
（第２実施の態様）の側面図である。

【図３】本発明による循環水ポンプ（第３実施の態様）
のポンプ軸の断面図である。

【図４】本発明による循環水ポンプ（第４実施の態様）
のポンプ軸の断面図である。

【図５】本発明による沸騰水型原子炉の循環水ポンプ
（第５実施の態様）の側面図である。

【図６】本発明による沸騰水型原子炉の循環水ポンプ
（第６実施の態様）の側面図である。

【図７】本発明による電磁スイッチの構成を示す説明図
である。

【図８】本発明による沸騰水型原子炉の循環水ポンプ
（第７実施の態様）の側面図である。

【図９】本発明による圧力スイッチの構成を示す説明図
である。

【図１０】本発明による沸騰水型原子炉の循環水ポンプ
（第８実施の態様）の側面図である。

【図１１】図１０の１１−１１線に沿った断面を示す断
面図である。

【図１２】図１１の変形例を示す断面図である。

【図１３】従来の沸騰水型原子炉の循環水ポンプの側面
図である。

【符号の説明】１循環水ポンプ装置３ｂ点検孔９ａ，３０ａ，３５ａ中心孔９，３０，３５ポンプ軸１１回転軸１５クラック検出手段１６湿度計（検出部）１７スリップリング（伝達部）１８記録部２０，３１クラック２７演算部２８，６０テレメトリー装置３０ｂ溝３６，６２ａ探査孔４１圧力計４２，５９演算部４３電磁スイッチ４５移動子５１圧力スイッチ５２変位計５６ａ，５６ｂ圧力計５８ａ，５８ｂ気室

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原子炉に使用する循環水ポンプ等で回転軸
を備えた回転機械において、前記回転軸に中心孔を設
け、中心孔の内部の湿度や圧力などを検出する検出部
と、前記検出部によって検出した情報を回転軸の外部に
伝える伝達部とを備えたことを特徴とする回転機械のク
ラック検出装置。
【請求項２】原子炉に使用する循環水ポンプ等で回転軸
を備えた回転機械において、この回転軸に中心孔を設
け、中心孔の内部の湿度や圧力等を検出する検出部と、
検出部によって検出した値と予め設定した判定値と比較
して異常を判定する演算部と、演算部によって得られた
判定結果を回転軸の外部に伝える伝達部とを備えたこと
を特徴とする回転機械のクラック検出装置。
【請求項３】前記中心孔の内壁に溝を設けたことを特徴
とする請求項１または請求項２記載の回転機械。
【請求項４】前記中心孔に連通した小孔を前記回転軸に
設けたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の
回転機械のクラック検出装置。
【請求項５】前記中心孔を複数の気室に分割し、各気室
の内部の湿度や圧力等を検出する検出部を設けたことを
特徴とする請求項１〜４の１項に記載の回転機械のクラ
ック検出装置。
【請求項６】前記伝達部はスリップリングを介して回転
軸の外部に情報や判定結果を取り出すことを特徴とする
請求項１〜５の１項に記載の回転機械のクラック検出装
置。
【請求項７】前記伝達部はテレメトリー部を介して回転
軸の外部に情報や判定結果を取り出すことを特徴とする
請求項１〜５の１項に記載の回転機械のクラック検出装
置。
【請求項８】前記回転軸に中心孔と連結した点検孔を設
け、この点検孔から中心孔の内部の湿度や圧力等を検出
可能としたことを特徴とする請求項１〜５の１項に記載
の回転機械のクラック検出装置。
【請求項９】前記回転軸に中心孔の内部の圧力が予め設
定した値に達した場合に回転軸から突出あるいは凹むス
イッチを設け、このスイッチの突出と凹みを検出する手
段を備えたことを特徴とする請求項１〜５の１項に記載
の回転機械のクラック検出装置のクラック検出装置。
【請求項１０】原子炉に使用する循環水ポンプ等で回転
軸を備えた回転機械において、前記回転軸に設けた中心
孔の内部に回転軸外部に存在する流体と異なる気体を予
め封入し、回転軸におけるクラックの発生により回転軸
中心孔内部に流体が漏出したことを回転軸中心孔内で検
知してクラック発生を検知することを特徴とする回転機
械のクラック検出方法。
【請求項１１】前記流体が漏出したことを、湿度の増加
から検出してクラック発生を検知することを特徴とする
請求項１０記載の回転機械のクラック検出方法。
【請求項１２】前記流体が漏出したことを、回転軸中心
孔内部における水位増加から検知してクラック発生を検
知することを特徴とする請求項１０記載の回転機械のク
ラック検出方法。
【請求項１３】前記流体が漏出したことを、回転軸中心
孔内部における放射線量の増加から検出してクラック発
生を検知することを特徴とする請求項１０記載の回転機
械のクラック検出方法。
【請求項１４】原子炉に使用する循環水ポンプ等で回転
軸を備えた回転機械において、前記回転軸の中心孔内部
の圧力変化を検知して健全時における値と比較すること
によってクラック発生を検知することを特徴とする回転
機械のクラック検出方法。
【請求項１５】前記回転軸の中心孔内部の圧力を、圧力
が所定値を越えると突出する圧力スイッチで検出するこ
とを特徴とする請求項１４記載の回転機械のクラック検
出方法。
【請求項１６】前記回転軸の中心孔内部の圧力をあらか
じめ減圧しておき、回転軸におけるクラック発生時の中
心孔内部の圧力上昇を顕著ならしめたことを特徴とする
請求項１４または請求項１５に記載の回転機械のクラッ
ク検出方法。
【請求項１７】前記回転軸の中心孔内部に流体と反応し
て気体を発生する薬品を予め封入し、前記回転軸のクラ
ック発生時に前記中心孔内部の圧力上昇を顕著ならしめ
たことを特徴とする請求項１４乃至第１６項のいずれか
に記載の回転機械のクラック検出方法。
【請求項１８】前記回転軸の中心孔内部の圧力を回転軸
外部より予め高めておき、前記回転軸のクラック発生時
の前記中心孔内部の圧力低下を顕著ならしめたことを特
徴とする請求項１４または請求項１５に記載の回転機械
のクラック検出方法。
【請求項１９】前記回転軸の中心孔内部の圧力を、圧力
が所定値より低下すると突出または落ち込む圧力スイッ
チで検出することを特徴とする請求項１８記載の回転機
械のクラック検出方法。
【請求項２０】原子炉に使用する循環水ポンプ等で回転
軸を備えた回転機械において、前記回転軸の中心孔を複
数の気室に分割し、複数の気室の湿度や圧力などの変化
を検知して、湿度や圧力などが変化した気室の位置から
クラックの発生箇所を特定することを特徴とする回転機
械のクラック検出方法。
【請求項２１】原子炉に使用する循環水ポンプ等で回転
軸を備えた回転機械において、前記回転軸の中心孔を複
数の気室に分割し、複数の気室の湿度や圧力などの変化
を検知して、湿度や圧力などが変化した気室の位置から
クラックの大きさを特定することを特徴とする回転機械
のクラック検出方法。