JPS6136604A - ポンプ及びポンプ・モ−タを保護する方法と装置 - 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】 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りのに
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房す。

リガ型的には、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
づ゛る給水の流山の増加を指示する傾向を持つ。同様に
、給水の流ｍが蒸気の流ｍ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ｍ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、給水を流山制御弁に通し
、水位制御装置の指令に従って弁を位置きめして、流れ
に対する抵抗を増減することにより、給水の流ｍを制御
することが出来る。成るハ；之子ツノ発電所では、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ｍ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づる。

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
開くと流儀が増加し、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
て人口圧力が低下づる。給水の流出が増加する。

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８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、ポンプを損傷する慣れがある。

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ど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（５ｕｂｃｏｏｌ　ｉｎｇ　
）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、餞型的には、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Ｅツノの種
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１］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
かのスクラムをＭｌプる為に、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１ｌｖＲ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慣れがある。

原子炉の運転経歴から、ポンプ装置に於けるキャごチー
ジョン及びポンプ・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ず様な、給
水の流量をυｊ’ｌ０−７ｊる装置を提供することであ
る。

この発明の別の目的は、動ツノ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ｄ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儀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凸
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　　　　　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ｍ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
応答して位置きめ信号を増強する積分手段と、位置きめ
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
す弁位置きめ信号を給水流［Ｉ　ｆｔ、ＩＩ　ｔｉｅ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、３−６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
度レベルが成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Ｎ］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で示しである。

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）から冷却材が炉心１１
の中を上向きに強制的に通される。

冷却水の一部分が然気に変換され、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゛１７１８
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ｉ１！！
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（゛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。

蒸気流用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、給水流色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ｍセンサ２９．３２からの信号が給水制御装［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ｍと流入量が同じであるこ
とを表わし、水位は一定にとずまる。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
］・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を調節づる。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ずる上側水位圧力タップ３
７及び下側水位圧力タップ３８を設りることＣ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の位置を表わす出ノ〕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でる為に用い
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ｖ制御づる。（図面を児易くする為に示
してないが、普通の装置ａは２［１又は更に多くの組の
ポンプ２３．３Ｏ１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でき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ＯＬｚ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ＯＬｈ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木へのマニホルド
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どして送出され、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木から２木へのマニホルド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（６）ｉＩＩＩｊＩ
Ｉｌ弁２４を設ける弁口４後、２本から１木へのマニホ
ルド１５２が給水を原子炉容器に送出す。

前に述べた様に、９１１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丁高い温
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７００　ｐｓｔｏ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１０７５ｐｓｉ（＋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である。

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、各々の流層制御弁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。

流用制御弁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下であるが
、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７０
０　ｐｓｉｇ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
生ずる。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
持つイ３号の値が得られる。この相関性を持つ信号が加
９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Ｃ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１σを
、その温度で給水ポンプのキャビテーシ」ンを防止する
為に必要な未飽和度の所要の予定舶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Ｊ、って１４７１！れる。代表的な
一組の舶が第５図のグラフに示されている。この回路は
較正演みの定電流源と加紳ノードとを用いて実現づるこ
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、その温度に対する成る最低圧力を意味づる。所要
の未飽和度に比例する信号が加粋器６２の反転入力端子
に送られる。加Ｒ２！ｉ６２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とを発−１−する。負
の信号は負の余裕を表わし、その結果キヤごチージョン
が起る可能性があることを表わず。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が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８ｏ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ｆｆｉ　ｌ１１ｍ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、（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し含んでおり、雷力消￥ｌｆｆ
１が予定の限界を越えで上昇した場合、このスイッチが
モータを給電線から遮１９ｉりる１、モータの電ツノ消
′１ｒＩ（１）は次の式で表わされる。

Ｐ　＝　Ｊ　３　ｃｏｓφＶｎｌｂ こ・でＣＯＳφは電流の同相分（力率）、Ｖｕは線路間
型圧、Ｉ、は枝路の電流である。

モータの動作範囲では、力率ＣＯＳφは、こ）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
路間型圧も一定と仮定する。従って、Ｉｂ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ＲＷ力の表
示どして監視される。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、電力を計算づ′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、これがミノ〕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２ＩＩ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１ＡＩ５１３４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でる。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
によって構成づることが出来る。積分器８２が発生する
出力信号は、オア・ゲー１−８０から出力信号を受取っ
ている限り、時間と共に増加づる。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締
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ｍ＋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（プたのは、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１１３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−１０ＢＴＵ／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
イクロプロセツサを持っている。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−２０８ＴＬＩ／ｌ−ＢＭ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−３０８ＴＵ／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’Ｊ　Ｉ）の
レベルがら−３０ＢＴＵ／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−５ＢＴＵ／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、圧力センサー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人力の関数発生器で
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
に等しいが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人力の発生
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１６
２の負の端子に送られる。

差色８の値が関数発生器１６４からのイ＾号より低くな
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１
６２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ずる。

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を通る流のの制御が、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に送込む蒸気岱を制御Ｉ−Ｊ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
出寸配管に流量制御弁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づ−る。発
生された信号が加算器１３８を介して弁位Ｕコン１−ロ
ーラ１３６に送られ、これが水位制御Ｉ装置及びポンプ
保′ｍ装置の要求に従って、流ｍ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、給水の流量を増加づ°る要求がある
と、蒸気流儀制御弁１２４が開く。ポンプのキャビテー
ションの慣れがある様な取消し信号は、蒸気流ｍ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
ョンが起る慣れが小さくなる。

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、加募器１３８に対り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ｉ・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りことが出
来ない。この為、ターご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［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［１ブロセツリをベ
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７０
０　ｐｓｉｇに昇圧する。給水ポンプ２３がこれを更に
約１０７５１）ｓｉ（Ｉ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　８ＴＵ／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
き始める様にりる指令を発生する。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ｍが増加するにつれて、ポンプ２３を駆動
する七−夕５２の負荷が増加する。この為、駆動モータ
５２の通ＩＩ流が増加づる。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９まる）未飽和度が
減少する。「最低」と記した点と交差づると、給水ポン
プ装同保護装向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をその閑位１δ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Ｃ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ｍ５
１１ｗからの信号より優位になる様に積分器８２が保：
ｉＦりる。

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
ポンプの入口圧ノ〕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　８ＴＩＪ／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７０ＢＴＵ／ＬＢＭ
である。従来の圧力トリガが、約１５５　　ＢＴＵ／Ｌ
ＢＭ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レごチージョンの惧
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、動作状態にとずまる。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ｉＱ換え又は変更することが出来る。

この発明の成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４１′７ｉ＋’ｌ　ｍ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ｌ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 ２４二流済制御弁 ２６：給水配管 ３４：水位制御Ｉ装置 ５２：モータ ５６：温度センサ ５８二圧カセンサ 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：Ｊア・ゲート ８４：弁イＱ＠制御信号発生器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）流体を充填した容器、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ポンプ、該ポンプを駆動するモータ
   、該ポンプより下流側で前記流入配管に沿って設けられ
   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の極性の信号を発生して前
   記流量制御手段を開くと共に第２の極性の信号を発生し
   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システム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未飽和度を決定する手段と、前記
   入口に於ける前記液体の未飽和度を前記所要の未飽和度
   と比較して、前記液体の未飽和度が所要の未飽和度を越
   えない時に、それを表わす第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
   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）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）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）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）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）特許請求の範囲５）に記載したポンプ及びポンプ・
   モータ保護装置に於て、前記ポンプが遠心ポンプである
   ポンプ及びポンプ・モータ保護装置。 ７）特許請求の範囲６）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。 ８）特許請求の範囲７）に記載したポンプ及びポンプ・
   モータ保護装置に於て、前記流体を充填した容器が原子
   炉の炉心を収容しているポンプ及びポンプ・モータ保護
   装置。 ９）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
   を持つシステムで、下記の工程を含む、前記ポンプを保
   護する方法； （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
   未飽和度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）前記未飽和度と相関性を持つ表示信号を前記比較
   信号と比較し、 （ｆ）前記比較する工程（ｅ）で判定して、未飽和度が
   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。 １０）特許請求の範囲９）に記載した方法に於て、前記
   未飽和度と相関性を持つ表示信号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。 １１）特許請求の範囲１０）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。 １２）特許請求の範囲９）に記載した方法に於て、前記
   ポンプを駆動する手段が電気モータで構成され、更に、
   該モータの電力消費率を監視し、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、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方法。 １３）特許請求の範囲１０）に記載した方法に於て、更
   に、未飽和度の安全余裕を越えない事態の持続時間を計
   時し、何れか１つの前記事態の持続時間が予定の最短時
   限を越えた場合、前記流量制御手段を完全に締切る工程
   を含む方法。 １４）特許請求の範囲１０）に記載した方法に於て、前
   記未飽和度と相関性を持つ表示信号を少なくとも定期的
   に決定する工程が、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、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、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。 １５）特許請求の範囲１３）に記載した方法に於て、比
   較信号を供給する工程が、前記温度を表わす信号から所
   要の未飽和度の表示信号を発生することを含む方法。