JPS60230600A

JPS60230600A - 原子力発電プラントの原子炉用ポンプの軸封機構

Info

Publication number: JPS60230600A
Application number: JP59088096A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Takahara; 高原　好則; Akio Tsuji; 辻　昭夫
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-05-01
Filing date: 1984-05-01
Publication date: 1985-11-16
Also published as: JPH0524359B2

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】〔発明の利用分野〕本発明はメカニカルシールを備えた軸封機構に関する。

〔発明の背景〕

高温・高圧のポンプ揚液の軸部からの漏洩を制限する為
に、グランドパツキンに代わり、メカニカルシールが使
用されてきている。メカニカルシールに、第６図に示す
ように、ポンプの軸１１と共に回転する回転環６と、フ
ランジ１等に減圧装置２を介して固定された静止環５と
が、軸と垂直な端面で液膜を介して互いに押し合いなが
ら摺動することで、シールする機構となっている。ここ
で、摺動面の押しつけ力は、シール室内の流体圧及び回
転リング本体７、υカップ押え９およびばね１０を通し
て回転環６に慟くばね力である。摺動面は、安定に摺動
するように極めて平滑で、光たく仕上げがされているが
、ごみ等の異物が侵入したり、圧力や温度等で変形した
りすると密封機構に変化が生じて、シール室内流体の漏
洩量にも変化が生じる可能性がある。特に、沸騰水型原
子力発電プラントの原子炉冷却材再循環ポンプ、原子炉
冷却材浄化系循環ポンプや、加圧水型原子力発電プラン
トの一次冷却材循環ポンプ等は、ポンプ液が放射能水で
ある為、シール室からの漏洩は可能な限り抑制する必要
がある。ところが、押しつけ力を強くして漏洩を押えよ
うとすると、摺動面が焼きついたり損傷したり、又摩耗
が進みメカニカルシールの寿命が短くなる。一方、摺動
面の面圧が小さいとシール室からの漏洩が増加する。

即チ、メカニカルシールによシ軸シールを行う際は、摺
動面の円滑なめたシが長期間安定に維持されるように、（１）異物等の混入で摺動面を損傷しないようにするこ
と、（２）圧力変化や、温度変化で摺動面が変形することの
ないようにすること、が非常に重要である。

しかしながら、従来のメカニカルシールによる原子炉冷
組材再循環ポンプ等の軸封装置は、上記（１）に述べた
ように異物の混入を防止するために、メカニカルシール
パージ水系を、通常設置し、軸封部の冷却系として冷却
用熱交換器を設置しているが、シール室の基準温度に対
し、温度変動幅を少なくする温度制＃機構を有していな
い。従って、シール室の温度変動により、メカニカルシ
ールの摺動面のシール性能が変り、漏洩量が増加する惧
れがある。

第７図および第８図には、実機と同一の、沸騰水屋原子
力発電所で使用される原子炉冷却材再循環ポンプめ試験
結果を示す。第７図で示したのは、外気温度や変化によ
シ軸シール室温度が変動し、その結果−ｊポンプの軸封
部からのシール水の漏洩が増減したと考えられるもので
ある。このような軸シール室からの漏洩れを静定するに
は、軸シール室の温度変動幅をできるだけ少なくするこ
とが、有効であると思われる。一方、ｇ８図は、軸シー
ル室の温度が高い状態から、降下する際に、軸封部から
の（メカニカルシール慴動面からの）漏洩が増大した例
である。この漏洩量の増加も、シール室温度の変化に伴
い、メカニカルシールの摺動面が変形した結果であると
考えられる。従って漏洩のよシ少ない軸封機構とする為
には、シール室温度変動の少い軸シール室が有効でおる
。

又、第９図、第１０図で示すのは、温度変化の結果生ず
るものと予想されるメカニカルシール摺動面の変形形状
である。いずれの場合も、摺動面の変形によシ平滑な面
接触から、シール外周部、あるいは内周部の線接触に移
行し、その結果接触部の摩耗が進展し、摺動面の状態が
変化する事も考えられる。即ち、摺動面の変形は摩耗の
問題とも関連して寿命を短くすることも考えられる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、メカニカルシール摺動面からのシール
液の漏洩を抑制し、信頼性の高いメカニカルシールを備
えた軸封機構を提供することにある。

〔発明の概要〕

前記した第７図及び第８図の現象を踏まえると、メカニ
カルシールの摺動面を安定に摺動させ、摺動面からの漏
洩を抑制し、長期にわたり信頼性のある軸封機構を達成
するためには、メカニカルシールの構成部品である静止
環（通常、カーボン材料）、及び軸と共に回転する回転
環（通常、超硬合金）の摺動面が、流体圧等による圧力
変形や温度変化による熱変形をきたさないようにするこ
とが必要である。特に、軸シール室の流体圧は通常大き
な変動が無いため、軸シール室の温度条件を安定化させ
ることが重要となる。したがって、本発明は、軸シール
室の基準温度からの温度変動幅を可能な限シ小さくする
ことで、摺動面の変形を少なくするものである。一般に
、メカニカルシールからの漏洩は、静止環と回転環の摺
動部の隙間がミクロンオーダー（１μ＝ｌＱ−’ｍ）で
変化した際も、その変化量の影響を受け増減するといわ
れている。従って、軸封部の温度制御も基準温度に対し
て数Ｃ（±ＩＣ前後）の変動幅におさえることが必要で
ある。軸シール室の基準温度は、軸封部に注入される高
圧清浄水注入系（メカニカル　□シールパージ水系）の
温度、及び摺動発熱、ポンプケーシング等からの入熱、
軸封部冷却用熱交換器による除熱が平衝に達する温度（
約４０ｃ前後）を用いれば良い。

実機において、軸シールの温度が変化する主な原因は、
下記のような項目が考えられる。

（１）軸封部には、高温・高圧のポンプ揚液の軸シール
室への侵入を防止し、摺動面に清浄水を供給し異物等に
よる摺動面の損湯を防止するメカニカルシールパージ水
系が設置されている。軸シール室の温度は、このメカニ
カルシールパージ水の温度に支配されるため、メカニカ
ルシールパージ水の流体温度の変動が、軸シール室の温
度に影響を与える。

（２）　メカニカルシールの摺動部分からは、静止環と
回転環との摺動により摩擦熱が発生する。この摺動発熱
は、軸の回転数によシ異なる。従って、軸の回転数変化
が、軸シール室温度に影響を与える。

即ち、軸シール室の温度制御を行う方法には、上記（１
）、（２）の原因を考慮すると、以下の方法が有効と考
えられる。

（１）前記した、メカニカルシールパージ水系を利用し
、軸シール室の温度制御を行う。その具体案としては、（ａ）パージ水の温度を制御する。

（ｂ）　パージ水流量を制御し、軸シール室温度を一定
にするの２案がある。

（３）軸封部には、主にメカニカルシールの構成部品に
Ｏ−リング、■カップなどの合成ゴム製品が使用されて
いることから、軸シール室の温度が過度の温度上昇を生
じないように、軸封部の冷却系統が設置されている。こ
の軸封部の冷却用熱交換器の二次側冷却水量を制御する
ことで、軸シール室の温度制御を行う。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図ないし第２図によシ説明
する。第１図は、本発明によるメカニカルシールを備え
た軸封機構の一実施例であシ、沸騰水型原子カプラント
で使用される原子炉冷却材再循環ポンプの軸封部を示す
。この軸封部は、下部シール室１３、上部シール室１２
に゛分かれ、コントロールブリードオフライン２１によ
シ一定量のシール水を系外へ排出することで前記上部シ
ール室１２の圧力が下部シール室の約１／２となるよう
に設計されている。前記下部シール室１３の圧力は、ポ
ンプ内部２６の圧力約７０Ｋｑ／ｃｔｔｉと同等に保た
れ、したがって上部シール室１３の圧力は約３５〜／−
となっている。このため、上部・下部シール室に各々設
置されているメカニカルシールである静止環５、回転環
６は、通常的３５〜／　ｃｒ／ｌの差圧を受けもつこと
になる。下部シール室１３には、ポンプ内部２６との間
のラビリンス２４を通って炉水が侵入するのを防止する
ため、また、メカニカルシールの摺動面を清浄とするた
めに、メカニカルシールパージ水１６が注入されるよう
になっている。この下部シール室１３の温度は、このパ
ージ水１６の温度に支配されやすい。

したがって、第２図に示すように、制御棒駆動水圧系ポ
ンプを駆動源とするパージ水系統に熱交換器２８が設け
られている。メカニカルシールパージ水は、沸騰水屋原
子力発電プラントの場合、清浄でかつ高圧であることを
満足することにより一般に制御棒駆動水圧系の水が用い
られこのことに鑑み、前記パージ水系に熱交換器２８が
設けられるものでるる。一方、原子炉冷却材再循環ポン
プの軸封部には、軸シール室の温度を監視するための温
度検出器２３が設置されている。この温度検出器２３に
よる軸シール室の温度佃°号は温度調節器３２に通され
、熱交換器２８の二次側系統２９に設けられた流量調整
弁３０へ導かれ、この流量調整弁３０の弁開度によシ冷
却水量が調節されることで前記く−ジ水温度が変化し軸
シール室の温度が制御されるようになっている。

なお、前記パージ水系は、・図示するように、熱交換器
２８が取シ付けられているほか、従来と同様の構成を採
り、制御棒駆動水系ポンプ２７、から順次温度検出器３
１、流量制御器３３、逆止弁３４、および原子炉格納容
器３６内にて、逆止弁３４′グローブ弁３５が備えられ
、原子炉冷却材再循環ポンプの軸封部に導びかれるよう
になっている。

また、パージ水の温度制御方法としては、パージ水系統
に電気加熱器を設け、軸シール室の温度信号を、電気加
熱器の入力制御信号に応じてパージ水温度を制御するよ
うにしてもよい。

次に、第３図には、熱交換器の一次側流量を調節するこ
とで、温度制御する実施例を示している。

同図において、第２図と同符号のものは同材料を示して
いる。第２図と異なる構成は、パージ水系統１６に設置
した熱交換器２８の廻シに、バイパスライン３７が設け
られている。そして、流量調節弁３０が熱交換器２８の
後部のパージ水系の前記バイパスライン３７との文部に
設置されている。前記温度調節器２３からの軸シール室
の温度信号を、前記流量調整弁３０に与え、熱交換器の
一次側流量を調節することで、軸シール室の温度を制御
するようになっている。

また、第４図には、メカニカルシールパージ水流量を制
御する実施例を示す。同図において、軸シール室の温度
信号を、パージ水系統１６に設置した流量調節弁３０に
与え、パージ水流量を変化させることで軸シール室の温
度を制御するようになっている。

ざらに、第５図Ｋｒｌ：、軸封部の冷却用熱交換器を利
用して温度制岬行なう実適例を示す。まず前記の第１図
を用いて、軸封部の冷却用熱交換器の構造について概説
すると、軸封部には、シール室内で発生する摺動熱やポ
ンプケーシング１等を通してシール室へ侵入する熱量を
除熱するために側面に熱交換器１５が設置されている。

これは、万一、メカニカルシールパージ水系からの高圧
水の供給が断たれ、炉水がラビリンス２４を通して侵入
してくる際も、シール室内の異常温度上昇を防ぐ役割を
も負するものである。下部シール室１３内には、軸１１
の回転と共に回転する補助インペラー１４があり、この
補助インペラー１４によシ、シール室内の流体を熱交換
器内に蛇管状に巻いた伝熱管２５内に送シ込み、冷却を
行なった後、図中人の個所でパージ水１６と合流させ再
びシール室へ戻す機構となっている。　。

一方、冷却水側となる二次側は、冷却水注入口１７より
注入され、前記伝熱管を外部から冷却した後、取出口１
８より系外へ流出する。通常、この冷却水は原子炉補機
冷却系により供給されているものでおる。

このような熱交換器を有する軸封部において、温度検出
器２３からの信号を、前記熱又換器の冷却水側流量調整
バルブ３０に伝え、二次側冷却水量を変えることで、軸
シール室の温度を制御するようにしたものである。この
場合にあっても、軸シール室の温度を直接検出すること
で、基準温度（設定温度）との比較を行い、軸封部の冷
却用熱変換器の冷却水１に＠整に基づいて軸シール室の
温度制御がなされる。

以上説明したような実施例により、軸シール室の温度制
御を行うことが可能であり、メカニカルシール摺動部の
熱変形を抑えることができる。従って、本発明の目的で
あるメカニカルシール摺動面の漏洩を抑制すると共に、
以下のような効果も達成できる。

（１）　メカニカルシールの摺動面の変形が抑えられる
ため、円滑な摺動が期待できシール寿命が延びる。

（２）　メカニカルシールの寿命が延びると、現在−年
毎の定期検査のたびに交換しているメカニカルシールの
交換が不必要となり、原子炉冷却材再循環ポンプ等の無
保守の連続運転ができ、定期検査から定期検葺までの期
間を延長することができる。

〔発明の効果〕

以上、説明したことから明らかなように、本発明による
メカニカルシールを備えた軸封機構によれば、メカニカ
ル摺動面からのシール液の漏洩を抑制することができる
ようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明によるメカニカル　′シー
ルを備えた軸封機構の一実施例である原子炉冷却材再循
環ポンプの軸封部を構成図、第３図ないし第５図はそれ
ぞれ本発明によるメカニカルシールを備え九軸封機構の
他の実施例を示す構成図、！６図はメカニカルシールを
備えた軸封機構の概略図、第７図および第８図は従来の
メカニカルシールを備えた軸封機構の欠点が生じる理由
を示す説明図、第９図および第１０図は従来のメカニカ
ルシールを備えた軸封機構の欠点を示す説明図である。１・・・ポンプカバーフランジ、２・・・減圧装置、３
・・・０リング、４・・・バックアップリング、５・・
・静止環、６・・・回転環、７・・・回転速本体（リテ
ーナ）、８・・・Ｖカップ、９・・・Ｖカップ押え、１
０・・・スプリング、１１・・・軸、１２・・・上部シ
ール室、１３・・・下部シール室、１４・・・循環羽根
、１５・・・軸封部冷却用熱交換！、１６・・・メカニ
カルシールパージ水系統、１７・・・軸封部冷却用熱交
換器冷却水注入口、１８・・・軸封部冷却用熱交換器冷
却水排出口、１９・・・ジャケット冷却水注入口、２０
・・・ジャケット冷却水排出口、２１・・・コントロー
ル・ブリードオフライン、２２・・・下部シール室＠度
検出器、２３・・・上部シール室温度検出器、２４・・
・ラビリンス、２５・・・伝熱管、２６・・・ポンプ内
部、２７・・・制御棒駆動水系ポンプ、２８・・・熱交
換器、２９・・・熱交換器二次側系統、３０・・・流量
調整弁、３１・・・温度演出器、３２・・・温度制御器
、３３・・・流量制御器、３４・・・逆止弁、３５・・
・グローブ弁、３６・・・原子炉格納容器、３７・・・
熱交換器バイパスライン、３８・・・軸封部冷却用熱交
換器冷却水系統。代理人　弁理士　鵜沼辰之第１目第　３　町早　４　い２７第　６　會第　７　口第　８７時　ｖｌ（刑

Claims

【特許請求の範囲】

１、回転軸とともに回転する可動シールと、この可動シ
ールと当接し軸受に固定される固定シールとを備え、前
記可動シールと固定シールとの当接面への異物混入を防
止する流体を流入させるメカニカルシールを備えた軸封
機構において、前記流体の温度変動を抑制する手段を備
えたことを特徴とするメカニカルシールを備えた軸封機
構。