JPS5977011A - 軸密閉装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は概ね軸密閉装置に関し、より具体的には、夫々
に分離されるべき流体を含む２つの区域の間に延びる１
本の軸の新規な密閉装置に関するものである。

米国特許第３．８８７．１９７号において、回転軸を延
ばして異なる流体を含む２つの区域を分離する密閉シス
テムが開示されている。記載されている分離器は、循環
装置が原子炉冷却材から分離されなければならない蒸気
とか水といった流体により駆動するタービンの軸によっ
て起動する原子炉の一次格納容器中の流体循環室のヘリ
ウムとか二酸化炭のような原子炉冷却材を分離するもの
である。

かＮる流体循環装置の例は米国特許第３．５２０．６４
０に図示、説明されている。

米国特許第３．８８７．１９７号の密閉システムでは、
段付Ω円筒回転軸が延び、かつ該軸に面する環状ランド
と環状ラビリンスとを形成し、その各々が軸と共に流体
密閉円環または空間を作る密閉ハウジングが設けられて
いる。密閉ハウジング内の収集空腔は２つの密閉空間に
通じるので分離されるべきそれぞれの流体区域に適合す
る水とヘリウムガスのような流体は環状密閉空間から収
集空腔へ流れ、そこからガスと水の該流体は分離器へ送
られて密閉する目的で再循環される。開示された密閉シ
ステムでは、循環装置のガス原子炉冷却材はガス清浄器
へ送られ、そこから該ガスが圧カポンブでラビリンスの
密閉空間へ導入され、液体または液体で湿ったガスの流
が循環室へ入るのを防ぐ分離した流体シールを作る。ラ
ビリンスの密閉円環に密封剤のガスを送るポンプが機能
不全またはその他一時的に不能となった場合には液体で
湿ったガス循環室に流入し不利な結果となることは明ら
かである。

本発明の第一の目的は回転軸がその間に延びる、異なる
流体を有する区域を分離するのに使用するだめの新規な
軸密閉システムを提供することであって、か〜る分離が
、各区域への不適合な流体の進入を防ぐ方法で流体媒質
夫々に適合する流体を軸の周囲の環状密閉空間へ導入す
ることにより行なわれ、かつ該システムは先行技術で使
用されているような流体圧力ポンプとは独立に作動でき
る。

本発明のより具体的な目的は、その間に回転軸が延びる
、異なる流体媒質を有する区域を分離するために使用さ
れる新規な軸密閉システムであって、分離した区域の夫
々に適合する水と浄化されたガス状ヘリウムのような流
体が軸の周囲の環状の液体とガスとの密閉空間に導入さ
れ、収集空腔へ送られ、そこから流体が再循環のために
分離器へ移される軸密閉システムを提供することであっ
て、本発明の密閉システムが分離器からガスを除去し、
それを乾燥後、−次ガス清浄化とは独立に対応する区域
の分離を維持する方法でガス密閉する環状空間に送る手
段を含む。

以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。

一般的に、本発明の密閉システムは第一流体が存在する
第一区域１２と第二流体が存在する第二区域１３との間
に延びる軸１１から成る。該シールは環状ランド１５と
環状ラビリンス１６を形成する密閉ハウジングを含み、
その両者が軸に面している。ランド１５は第一区域に対
し軸方向ヘラビリンス１６がら間隔を置いて形成する。

密閉ハウジングは、更に、ランドと軸との間の環状空間
およびラビリンスと軸との間の環状空間に連がる流体収
集空腔１７を形成する。手段１８は第一流体に適合する
流体をランドと軸との間の環状空間に導入するために設
けられている。手段１９は第二流体に適合する流体をラ
ビリンスと軸との間の環状空間に導入するために設けら
れ、手段２０は収集空腔から流体を除去するために設け
られている０ より詳細には、軸１１は一次冷却材がヘリウムであるガ
ス冷却原子炉に使用するヘリウム循環装置の段付円筒駆
動軸を含む。ヘリウム冷却材のガスが区域１３に存在し
、軸１１が該冷却材を循環させるための、図示されてい
ない、区域１３に適当なヘリウム循環装置を駆動させる
。

軸１１は図示されていない蒸気タービンによって駆動し
、公知方法で、図示されていない高圧水油滑ベアリング
によって支持されている。該水ベアリングも蒸気タービ
ン内の蒸気から区域１２を分離している。このように、
区域１２には水が存在する。軸１１と密閉ハウジング１
４は原子炉の、図示されていない一次エンクロジュア内
に位置する図示されていない循環ハウジング内に適当に
囲ぎようされてもよい。環状ランド１５は区域１２と収
集空腔１７との間に環状シールを提供する。

密閉ハウジング１４は区域１２と１３との間の軸を取り
囲み、流体が十分な圧力下で導入される場合に流体障壁
を維持できる大きさの狭い環状区域または空間をランド
と軸との間に設けるためにある直径をもって形成された
ランド１５を有する。

この流体障壁は軸１１が回転する場合および停止する場
合のいずれの場合にも存在する。このように十分な圧力
下でランド１５と軸１１との間の円環に導入される水は
必要な流体障壁を作る。

段付の軸１１は公知技術によって形成される環状ラビリ
ンスより小さい直径を有し、ラビリンスの空間を通る流
体の通路を限定するために該軸の表面に緊密に隣接して
該軸に沿って延びる切れ目のない環状溝２１を沢山備え
ている。

環状凹所２２はハウジング１４内のラビリンス１６の先
端の中間に形成されている。流体入射通路２３は環状凹
所２２と連結する関係でノ・ウジング内に形成され、圧
力下で凹所２２に導入されるべき区域１３の流体とある
流体を適合させるために設けられている。この流体は環
状凹所２２へ、矢印で示されているようにラビリンス１
６に沿って縦長の反対方向に流れる。ヘリウム冷却原子
炉の場合、通路２３に導入される流体はヘリウムであり
、ラビリンス１６から区域１３に入る流体は循環装置区
域内に存在する冷却材と完全に適合する０ 収集空腔１７は軸１１の周囲に広がり、かつランド１５
とラビリンス１６との間の区域内の軸に通じるようにハ
ウジング１４の中に環状空腔として形成される。このよ
うに、軸１１とランド１５との間および該軸とラビリン
ス１６との間にそれぞれ形成された環状密閉空間に導入
される流体はそれぞれ該軸に沿って軸方向へ流れ、次で
収集空腔１７へ流れる。記載した態様では水とヘリウム
との混合液は収集空腔１７に存在する。密閉システムの
正常運転の間の空腔１７中の水位は２４で示され、ノズ
ル２５と除去手段を形成する通路２７と２８の形のジェ
ットポンプの作動により予め定めた水位に維持される。

より詳細には、ノズル２５と通路２７および２８は通路
１５を経て空腔１７に流れるよりも一段と多量の水を吸
いあげるようにデザインされたジェットポンプを構成す
る。従って、水位２４が通路２７０入ロ開口に達する、
あるいはわずかにあふれるやいなや水は通路１５に流れ
る速度よりも早い速度で空腔１７から押し出される。水
位２４が通路の入口開口またはオリフィス２７以下に落
ちるやいなやヘリウムガスと水との混合液がジェットポ
ンプにより吸い上げられる。この作動は、通路２７０入
口の開口の垂直の位地によって定めた大体一定の水準に
水位２４を維持する。ラビリンス通路２１を経て空腔１
７に流れるヘリウムガスはラビリンス通路２１を流れる
流速より低いまたは高い速度でジェットポンプ（２５，
２７，２８）Ｋよって吸い上げられる。ジェットポンプ
が収集空腔１７へ流れる流速よりも高い速度で作働する
場合には圧力平衡線３１がジェットポンプで吸い上げら
れるヘリウム流の過剰分を分離器３０がら空腔１７へ逆
流させる。ジェットポンプがラビリンス２１を流れるよ
りも少ない流量を吸い上げる場合は過剰のヘリウムは線
３１を経て従来の分離器３０へ流れる。

ジェットポンプのノズル２５は空腔１７の上方に向いて
突出し、液体の正常な水位より下で終るようにハウジン
グ内に形成される。通路２６は密封ハウジング１４の外
側からノズル２５に通じる。

通路２７はノズル２５と垂直で一直線に収集空腔１７の
下方に向って延びる混合のとを形成する。

のど２７の下部末端は収集空腔内の流体の略所望の水位
に位置するように形成されている。混合のと２７の内側
は広がった拡散器の区域２８の中で終るように形成され
る。ノズル２５と混合のど２７は一諸になって、以下に
説明するごとく、空腔１７から流体を除去する手段２０
を構成する。

拡散器２８は適当な導管２９を介して分離システム３０
に連結される。圧力平衡線３１は分離器３０の上方部で
収集空腔１７と連結する。分離器３０はヘリウムガスと
混合している水からヘリウムガスを分離するため公知方
法で作動し、導管３２は該流水をベアリング潤滑システ
ム３３に戻す作用をする。システム３３は公知のデザイ
ンであって、圧力下でシャフト１１の図示されていない
ベアリングおよびランド１５と軸１１との間の環状密閉
空間または円環に水を供給する。ベアリング潤滑システ
ム３３はこのように流体をランド１５と軸１１との間の
密閉円環に導入するための手段１８を形成する。環状ラ
ビリンス通路１６に導入される流体の一部は原子炉の循
環空腔１３に下方に向って流れるので通路２３から環状
室２２に導入される゛流体は循環装置室または区域１３
の中でヘリウムのような流体冷却材と適合する純粋なも
のであることが望ましい。図示した態様ではラビリンス
密閉空間１６に導入される流体ガスの適合性は循環空腔
または区域１３から冷却材ガスを捨てて、捨てたガスを
導管３５から公知設計のガス清浄システム３６に送り、
そこから清浄化したガスを、圧力下で導管３８から通路
２３へ導入する働らきなするガスポンプ３７へ送ること
によって確保される。

すでに記載したように、この軸密閉システムは前記米国
特許第３．８８７．１９７号に開示された密封システム
と大体像ている。しかし、米国特許第３．８８７．１９
７号の密封システムは、分離器のガスと循環装置区域１
３から放出される冷却材ガスとを混合または化合した後
に分離器３０からガス乾燥機へガスを送る通路を設けた
本発明の軸密閉システムとは異なる。

上記した軸密閉システムおよび米国特許第１、３８８．
１９７号に記載の密封システムの両者の正常な作働中に
清浄化された緩衝ガス、即ち、ヘリウムは圧力下で通路
２３と環状凹所２２へ導入され、その上で緩衝または密
閉ガスの一部はラビリンス１６の上部に沿って収集空腔
１７へ上流する。

ランド１５と軸１１の間に形成された液体シールから下
方へ流れる水の如き竿塔μ゛滑剤もまた収集空腔１７へ
流れ、そこで緩衝ガスと混合する。ラビリンス１６のち
ょうど上にある軸１１の直径に段をつけることによって
、ランド１５と軸１１０間の環状空間に導入される液体
によるラビリンス空間１６上への直接の流体衝突は避け
られる。収集空腔１７が全体的に液体で満される場合で
あっても液体がラビリンス１６から下へ流れるのを防ぐ
遠心分離作用を利用するシールを形成するために軸１１
０回りの段付けした直径の位置に複数の放射状の割れ目
３９が形成されている。

正常な作動条件下で、ランド１５により形成される環状
密閉空間を通って下に流れる流体潤滑剤とラビリンスの
シール１６から収集室１７へ上方へ流れるガスは収集空
腔から分離タンク３０へ、収集空腔の液体の表面水位２
４を制御する前記のジェットポンプ２０によって排除さ
れる。このような密閉システムと同様に密閉システムの
作動能率はガス清浄システム３６とガスポンプ３７に大
きく依存している。ガスポンプの機能不全またはその他
が一時的に作働しなくなった場合、乾燥ガスはラビリン
ス１６から収集室へ上流しなくなり、収集空腔１７から
循環空腔１３へ下向する湿ったガスの流れを防止できな
いという危険性が生じる。

本発明の１つの特徴によれば、この危険性は、乾燥ガス
がラビリンス空間１６から収集空腔へ上流し続けること
によって、ポンプ３４が機能しなくなった場合でも湿っ
たガスの循環室への進入を防止するような、分離器３０
かも環状ラビリンス１６へ乾燥流体ガスを直接逆流させ
る手段を設けることによって防止される。

本発明を実施するには環状ラビリンスのシールから収集
空腔１７に入る流体ガスを前記した線２９と３１から分
離タンク３０へ送る。分離タンクが固定した自家容積を
有するので分離器のガスが分離タンクから導管４１へ押
し出され、従来の設計になっているガス乾燥器へ送られ
る。乾燥されたガスはガス乾燥器から適当な導管４３を
通って、密閉ハウジング１４内に形成され、かつ密閉ノ
・ウジングの中の軸１１の狭くなった直径部分の周囲で
ラビリンス１６の端の中間、好ましくは環状室２２とラ
ビリンスの下端との間に形成された環状室４５に通じる
通路４４へ流れる。環状室４５からのガス流は、通常、
＼室２２からラビリンス１６へ下流するガスと一諸にな
って空腔１３へ放出される。

軸１１０回転中、放射状の割れ目３９は、通常、ガスポ
ンプ３４の働らきを補うポンプ作用を行なう。割れ目３
９のポンプ作用は環状室４５から乾燥ガスを連続して吸
い上げ、ガスポンプ３４が作動せず、またはその他の理
由でポンプの働きが止る場合でも、それを収集空腔１７
へ放出するためにラビリンス１６：を介して上方へ吸い
上げるのに十分である。割れ目３９による圧力の上昇は
環状ラビリンス１６と環状室４５から収集空腔１７へ流
れたガスを強制的に線３１、ジェットポンプ２゜および
導管２９を介して分離タンク３０へ流れるようにする。

そこで、ガスポンプ３７が作動せず、そのため密閉ガス
が環状室２２に導入されない場合は環状室４５に再循環
されるガス流全体がラビリンス密閉領域１６を介して収
集空腔１７へ上流し、それにより湿ったガス流が収集空
腔から循環空腔１３へ降下するのを防ぐ。このようにし
て、本発明は受動手段、例えば該軸に設置した別れ目３
９を使用する軸密閉システムを提供して、−次密閉ガス
ポンプの作動が中断する場合にも湿気の進入から循環空
腔１３の連続した分離を確保し、先行密封システムの如
くガス清浄システムの供給に依存しない。

本発明による軸密閉システムの大きな利点は仮に循環空
腔が減圧を受けても湿気の進入がありえないということ
である。より具体的には循環空腔１３の減圧中は分離タ
ンク３０の中の圧力が線４１、ガス乾燥器４２、通路４
４および軸１１とラビリンス１６の下端との間の環状空
間を経る循環空腔内の圧力と等しい。分離器から出るガ
スの湿気はドライヤー４２で除去される。

本発明の好ましい態様はすでに説明したように本発明を
拡張しない範囲の変更を含む。

【図面の簡単な説明】

図面は組合せた断片の縦断面図であり、本発明により構
成される軸密閉システムの概要図である。 １１：軸　　１２：第一区域　１３：第二区域１４：密
閉ハウジング　　１５：環状ランド１６：環状ラビリン
ス　　１７：流体収集空腔２３：流体入射流路　　　２
４：水位 ２５ニジエツトポンプ　　３０：分離タンク特許出願人
　　ジーエイ・チクノロシーズ・インコーホレーテッド
（外４名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、間に１本の軸が延びる、異なる流体媒質を有する２
   つの区域を分離するための軸密閉装置において、該軸に
   面する環状ランドと環状ラビリンスとを形成する密閉ハ
   ウジングを含み、該ランドが該区域の選択された一方の
   側の軸方向に該ラビリンスから間隔を置いて設けられて
   おり、該密閉ハウジングが更に該ランドと該軸間の空間
   および該ラビリンスと該軸間の空間に通じる流体収集空
   腔、該区域の選択された１つの中の流体と適合する第一
   流体を、該ランドと該シャフト間の空間へ、そこに流体
   シールを形成して該第−流体の収集空腔への進入を有効
   にするような方法で導入する第一手段、該区域の他方に
   ある流体と適合する第２流体を、通常はそこに流体シー
   ルを形成しかつ該第二流体の該収集空腔への進入を有効
   にし、更に該第−流体の該ラビリンスと該軸間の空間か
   ら該他方の区域への進入を防止する方法で、該ラビリン
   スと該軸間の空間へ導入する第二手段、該収集空腔から
   流体を除去する手段、および該収集空腔から除去された
   流体を受けるための受は手段を形成し、これらの組合せ
   が第二流体を除去し、除去された第二流体を、第二流体
   の導入手段が機能しなくなる場合でも第一流体の他の区
   域への進入を防止する方法で、該ラビリンスと該軸間の
   空間へ送る該流体受は手段と機能的に関連する手段を含
   む軸密閉装置。 ２、上記の第二導入手段が上記ラビリンスの端の中間地
   域で上記第二流体を導入する働きをする特許請求の範囲
   第１項に記載の軸密閉装置。 ３、上記の除去手段が上記除去されたガスの上記ラビリ
   ンスと上記軸間の空間から上記収集空腔への通過を有効
   にするための該軸ど関連する受動手段を含む特許請求の
   範囲第１項に記載の軸密閉装置。 ４、上記の受動手段が上記軸上の周囲に間隔を置いて設
   置された複数の割れ目を特徴する特許の範囲第１項に記
   載の軸密閉装置。 ５．上記の第一流体が上記２つの区域の選択された一方
   の流体と同一であり、上記の第二流体が該区域の他方の
   流体と実質的に同一である特許請求の範囲第１項に記載
   の軸密閉装置。 ６、上記の受は手段が上記収集空腔からの流体を受けと
   めかつ受けとめた流体を上記第一および第二流体に分離
   する分離器を含み、該流体受は手段から該第二流体を除
   去する上記手段が上記ラビリンスと軸間の空間へ通じる
   通路の前に該第二流体から蒸気を除去する働らきをする
   乾燥器を含む特許請求の範囲第５項に記載の軸密閉装置
   。 ７、上記の流体受は手段から上記第二流体を除去して該
   除去した流体を上記ラビリンスと上記軸間の上記空間へ
   導入する上記手段が該除去された流体を該ラビリンスの
   端の中間へ導入する働きをする特許請求の範囲第６項に
   記載の軸密閉装置。