KR0181290B1

KR0181290B1 - 원자로 냉각제 펌프용 이중 칼라 시일링 조립체

Info

Publication number: KR0181290B1
Application number: KR1019890011482A
Authority: KR
Inventors: 제프리 제이노코 데이비드
Original assignee: 고도던 에이치.템퍼; 웨스팅하우스 일렉트릭 코오포레이숀
Priority date: 1988-08-12
Filing date: 1989-08-11
Publication date: 1999-05-01
Also published as: DE68912446T2; ES2047617T3; EP0354470A3; EP0354470A2; DE68912446D1; KR900003908A; US4961678A; JPH0299799A; EP0354470B1; JP2828231B2

Abstract

내용 없음.

Description

원자로 냉각제 펌프용 이중 칼라 시일링 조립체

제1도는 폐유동회로에서 원자로심과 직렬로 연결된 원자로 냉각제 펌프와 증기발생기를 포함하는 통상 원자로 냉각제 시스템의 한 냉각루프의 개략도.

제2도는 시일하우징 내에 적소배치되며 펌프의 이러한 부분에서 펌프샤프트를 둘러싸고 있는 하부일차, 중간부이차, 상부삼차 조립체와 시일하우징을 단면으로 예시하는 통상원자로 냉각제 펌프의 샤프트 시일부의 일부절결 사시도.

제3도는 제2도의 원자로 냉각제 펌프의 시일링 조립체 및 시일하우징의 확대측면도.

제4도는 상부삼차 시일링 조립체를 예시하는, 제3도의 원자로 냉각제펌프에 대한 시일링 하우징의 상부부분의 확대부분축단면도.

제5도는 이중 칼라(collar) 또는 면을 구비하는 선행기술의 상부삼차 시일링 조립체의 비회전링의 확대부분 평면도.

제6도는 제5도의 선 6-6을 따라 취한 선행기술의 이중 칼라 시일링(double collar seal ring)의 축단면도.

제7도는 단일 칼라 또는 면을 구비하는 링을 내장하고 있는 종래 기술의 상부삼차 시일링 조립체의 비회전링에 대한 확대부분평면도.

제8도는 제7도의 선 8-8을 따라 취한 선행기술의 단일 댐 시일링의 축단면도.

제9도는 제4도보다 큰 스케일로 선행기술의 상부삼차 시일링 조립체의 비회전링과 회전런너링(runner ring)의 확대축단면도.

제10도는 제9도와 유사하나, 본 발명의 분사펌프기구의 한 실례를 통합한 런너 링을 구비하는 상부삼차 시일링 조립체의 비회전링 및 회전런너링를 예시하는 확대 축단면도.

제11도는 제10도와 삼차 시일링 조립체의 회전런너링에 대한 약간 작은 스케일의 평면도.

제12도는 제11도의 선 12-12을 따라 취한 런너 링의 축단면도.

제13도는 제12도의 선 13-13을 따라 취한 런너 링의 정면도.

제14도는 제10도와 유사하나, 상부삼차 시일링 조립체의 런너 링에 의해 통합된 본 발명의 분사펌프기구의 다른 실례를 도시하는 확대축단면도.

제15도는 제14도의 선 15-15을 따라 취한 런너 링의 부분도.

제16도는 제14도와 유사하나 런너 링에 의해 통합된 본 발명의 분사펌프기구의 하나의 다른 실례를 도시하는 확대축단면도.

제17도는 제16도의 선 17-17을 따라 취한 런너 링의 부분도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

14 : 원자로냉각제펌프 30 : 하우징

34 : 샤프트 42 : 시일링 조립체

48 : 런너 링 54 : 환상시일링

74,76 : 환상 칼라 80 : 시일환상통로

90 : 분사펌프기구 92,98 : 유동통로

94,100 : 통로출구 96,102 : 통로입구

104 : 관 106 : 공동

본 발명은 일반적으로 샤프트시일에 관한 것으로, 특히 자체분사펌프기구를 구비하는 원자로 냉각제 펌프용 이중 칼라 시일(double collar seal)에 관한 것이다.

가압수형 원자력 발전소에서, 원자로 냉각제 시스템은 증기를 산출하기 위해 원자로심에서 증기발생기로 열을 수송하는데 사용된다. 그 다음에 증기는 터빈발전기를 구동하는데 사용된다. 원자로 냉각제 시스템은 각각 원자로심에 연결되며 증기발생기와 원자로 냉각제 펌프를 포함하는 다수의 분리냉각 루프를 포함한다.

원자로 냉각제 펌프는 전형적으로 고온고압, 예를 들면 290℃ 및 160 bar에서 많은 양의 원자로 냉각제를 이동하도록 설계된 수직형 일단원심펌프이다. 펌프는 기본적으로 상부에서 하부에 이르기까지 세 가지의 통상적인 부분, 수압, 샤프트시일 및 모터부를 포함한다. 하부수압부는 각각의 루프에 대하여 원자로냉각제를 펌프하도록 펌프케이싱 내에서 작동가능한 펌프샤프트의 하단부에 장치된 임펠러를 포함한다. 상부모터부는 펌프샤프트를 구동하도록 연결된 모터를 포함한다. 중간샤프트 시일부는 세 개의 직렬식 시일링 조립체(sealing assembly), 하부일차, 중심부이차 및 상부삼차 시일링 조립체를 포함한다. 시일링 조립체는 펌프샤프트의 상단부에 인접하여 이와 동심을 갖고서 위치하고 있다. 이들의 결합목적은 정상작동 상태시 펌프샤프트를 따라 격납용기대기로의 누출로부터 원자로 냉각제 시스템의 고정압 냉각제를 역학적으로 포함하는 것이다. 선행기술에 공지되어 있는 펌프샤프트 시일링 조립체의 대표적인 예로는 맥크럼(제3,522,948호), 싱글레톤(제3,529,838호), 빌라소(제3,632,117호), 앤드류등(제3,720,222호) 및 보오스(제4,275,891호)의 미합중국 특허에 게재되어있으며, 모두 본 발명의 양수인과 동일한 양수인에게 양도되어 있다.

펌프의 주 시일인 하부일차 시일링 조립체(또는 No.1 시일)는 제어누출 필름 라이딩면 시일(controlled-leakage film-riding face seal)이다. 기본 부분품은 샤프트와 회전하는 런너 링(runner ring), 하부시일하우징에 부착되어 있는 비회전시일링(no-rotating seal ring)이다. No.1 시일은 표면을 가로질러 약 160 bar에서 2 bar로 냉각수의 압력강하를 일으키며 이것을 통해 약 8-12ℓ/min의 유동률을 허용한다. No.1 시일을 통해 누출하는 저압냉각수는 샤프트 환상 통로(shaft annular passage)위쪽 중간부이차시일링조립체 영역으로 유동한다.

중간부 이차 시일링 조립체(또는 No.2 시일)는 마찰면형 시일이다. 기본 부분품은 회전 런너 링(runner ring)과 비회전링이 있다. 정상작동시, 링과 런너 링은 마찰 시일을 제공한다. 그러나, 만일 No.1 시일이 파괴된다면, No.2 시일 런너 링에 대한 압력분포로 인해 런너 링은 스프링처럼 작용하여 필름 라이딩 면 시일을 제공하기 위해 그런 방식으로 편향한다. No.1 시일로부터 유출된 대부분의 냉각수는 No.1 시일리이크오프로 전환된다. 그러나, 물의 일부는 2에서 0.2-0.5 bar까지의 압력강하에서 약 8ℓ/h의 유동률로 누출하는 No.2 시일을 통과한다. No.2 시일을 통해 누출하는 더욱 낮은 압력냉각수는 또한 상부삼차 시일링 조립체 영역의 샤프트 환상통로 위쪽으로 유동한다.

상부삼차 시일링 조립체(또는 No.3 시일)는 또한 회전 런너 링과 비회전링을 기본 부품으로 하는 마찰면형 시일이다. No.2 시일로부터 누출하는 대부분의 유량은 No.2 시일리이크오프를 지나서 외부로 No.3 시일 가까이에 전환된다.

No.3 시일은 전형적으로 두 가지 형태중 한가지 형태를 구비한다: 마찰면형 시일은 두 개의 동심시일면을 갖는 이중 면 또는 칼라를 구비하거나 또는 단일면 또는 칼라를 구비한다. 이중 칼라 시일(double collar seal)의 경우에는, No.2 시일리이크오프(0.5 bar)에서의 정수(clean water)에 대하여 약간 고압(0.6-0.7 bar)의 정수는 버퍼유체로서 두 면 또는 칼라 사이의 환상 통로로 분사되어서 이 분사 유량의 일부가 시일면 또는 칼라의 외부 또는 상류측부를 지나서 외부를 향해 No.2 시일과 No.3 시일사이의 하우징 공동내로 되돌아온 다음 No.2 시일리이크오프로 유출되며, 이 분사유량의 다른 부분은 시일면 또는 칼라의 내부 또는 하류측부를 지나서 내부를 향해 결국 격납용기대기쪽의 No.3 시일리이크오프를 향해 반대방향으로 유출한다. 위와같은 정수분사로 인해 원자로 냉각수의 방사성 가스가 이중 칼라 사이 및 격납용기대기로 통과되는 것이 방지됨을 알 수 있다. 한편, 단일 칼라 시일의 경우에는, 정수는 분사되지 않는다. 그 대신에, 원자로 냉각수의 일부는 단일 칼라 시일을 지나 이로부터 격납용기대기로 누출된다.

이중 칼라 설계는 노우즈의 기하학과 분사버퍼 유체의 압력을 조절하므로써 시일 링에 작용하는 수압력의 설계조절을 가능케한다. 그럼으로써, 폐쇄력(closing force) 또는 노우즈 부하(nose load)는 런닝시일(running seal)의 마찰에 의해 발생된 열을 감소 시키고 누출량을 제어하도록 맞춰 조절될 수 있다. 단일 노우즈 설계에 있어서, 노우즈 부하 및 노우즈부하를 결정하는데 중요한 역할을 하는 링 조립체의 몸체 무게의 조절허용범위가 작다는 것이다. 단일 노우즈설계를 적용할 때 시일된 유체의 압력이 너무 낮아서 시일을 냉각시키기에 충분한 누출을 지지할 수 없다. 더 높은 압력에서 분사된 버퍼유체를 갖는 이중 칼라 시일은 충분한 누출과 냉각을 보장한다.

이중 칼라형 시일은 No.3 시일을 통해 격납용기 주위로의 유동으로부터 오염원자로 냉각수의 저지와 동시에 설계시 고도의 융통성을 위해서도 바람직하다. 그러나, 지금까지, 분사수는 외부 파이프 및 관과 내부유동통로로된 시스템에 의해 공급되어진 것으로 이해해왔다. 원래 이와같은 외부시스템의 설비를 갖추지 않은 원자로에서, 정수가 No.3 시일에서의 분사시 공급될 수 있도록 원자력 발전소를 개장하기를 시도하는 것이 경제상 실용적이지 못하다.

따라서, 외부공급시스템을 필요로하지 않는 이중 칼라 시일의 노우즈 사이에서 환상 통로를 가압하기 위해 대체 수단이 필요하다.

본 발명은 전술한 요구를 만족시키도록 설계된 자체 분사펌프기구를 구비하는 이중 칼라 면 시일을 제공한다. 이중 칼라 시일은 원자로 냉각수를 사용하여, 이중 칼라 시일의 환상 통로를 가압시키기에 적합한 본 발명의 여러 가지 분사펌프기구 변형중의 하나를 포함한다. 분사펌프기구는 시일에 의해 일체 완비되며, 시일의 구조에 의해 통합되며 외부공급시스템이 필요치않다.

한 실시예에서, 본 발명의 분사펌프 기구는 No.2 시일로부터의 냉각수유동과 연통하고 시일 환상 통로와 연통하는 통로출구의 회전반경보다 작은 회전반경에 위치하는 입구를 갖는 회전 런너 링에 통합된 유동통로에 관한 것이다. 통로 및 통로를 채우고 있는 물을 회전할 수 있게 이동시키는 시일 런너 링의 회전으로 통로 및 회전 런너 링을 원심펌프로 향하게하여, 원심 효과로 인해, 통로를 따라 압력차를 일으키며, 통로 출구를 거쳐 이중 칼라 시일 노우즈 사이의 환상 통로로 물을 공급하며, 통로입구 압력이상의 압력으로 물을 제공한다.

다른 실시예에서, 본 발명의 분사펌프기구는 통상 동일 회전반경으로 입구 및 출구를 구비하는 통로와 연통하며 이것에 대하여 임의의 각도로 런너 링에 규정된 리세스형 공동(recessed scoop) 또는 회전 런너 링으로부터 임의의 각도로 돌출하는 피토우관에 관한 것이다. 관 또는 공동은 또한 통상 동일 회전반경으로 존재하나, 회전 런너 링을 통해 통로입구의 상류로 뻗어있다. No.2 시일로부터의 인접유체를 통해 런너 링 및 샤프트와 함께 회전하는 관 또는 공동의 효과는 냉각수의 정압보다 높은 램 또는 펌프 압력을 발생시키기 위한 것이다. 위와같은 높은 압력은 번갈아 통로에 의해 이중 칼라 시일 환상 통로로 공급되는 것이다.

본 발명의 위와같은 특징과 다른 특징과 장점은 본 발명의 예시한 실시예에 도시되고 설명된 도면과 함께 이하의 상세한 설명을 통해 당업자에게 명백해질 것이다.

이하의 상세한 설명에서는, 첨부도면에 대한 설명이 이루어질 것이다.

이하 설명에서 동일한 참고부호는 여러도면을 통하여 동일 또는 상응부분을 나타낸다.

또한 이하 설명에서, 전방, 후방, 좌측, 우측, 상향, 하향등과 같은 용어는 편의한 단어로서 사용되며 한정용어로서 해석되지는 않는다.

도면 특허 제1도에 있어서는, 통상 원자로 냉각제 시스템의 다수의 냉각루프(10)중의 하나가 도시되어 있다. 냉각루프(10)는 폐냉각제 유동회로에서 원자로심(16)과 직렬로 연결된 원자로 냉각제펌프(14) 및 증기발생기(12)를 포함한다. 증기발생기(12)는 발생기의 입구 및 출구플리넘(20,22)과 연통하는 일차관(18)을 포함한다. 증기발생기(12)의 입구플리넘(20)은 폐유동 회로의 유동경로(24)를 따라 이로부터 고온냉각제를 수용하기 위하여 원자로심(16)의 출구와 유동연통관계로 연결된다. 증기발생기(12)의 출구플리넘(22)은 폐유동회로의 유동경로(26)를 따라 원자로 냉각제펌프(14)의 입구흡입측부와 유동연통관계로 연결되어 있다. 원자로냉각제 펌프(14)의 출구압력측부는 폐유동회로의 유동경로(28)를 따라 이것에 저온냉각제를 공급하기 위해 원자로심의 입구와 유동연통관계로 연결되어 있다.

간략하게, 냉각제펌프(14)는 폐유동회로에 대하여 고압하에서 냉각제를 펌프한다. 특히, 원자로심(16)으로부터 방사되는 고온냉각제는 증기발생기(12)의 입구플리넘(20)에 전도되어 이것과 연통하는 일차관(18)에 전도된다. 일차관(18)에 있는 동안, 고온냉각제는 통상수단(도시되지 않음)을 거쳐 증기발생기(12)로 공급된 저온급수와 열교환관계로 유동한다. 급수는 가열되어 이것의 일부가 터빈발전기(도시되지 않음)를 구동하는데 사용하기 위해 증기로 변화한다. 열교환에 의해 감소되어온 냉각제는 그다음에 냉각제펌프(14)를 거쳐 원자로심(16)으로 재순환된다.

원자로 냉각제 펌프(14)는 폐유동회로에 대하여 고온고압에서 원자로 냉각제의 큰 체적을 이동할 수 있어야 한다. 비록, 열교환후 증기발생기(12)에서 펌프(14)로 유동하는 냉각제의 온도가 열교환전 원자로심(16)에서 증기발생기(12)로 유동하는 냉각제 온도보다 사실상 그이하로 냉각되어왔지만, 온도는 전형적으로 약 290℃로서 여전히 비교적 높다. 이와같은 고온에서 냉각제를 액체상태로 유지시키기 위하여 시스템은 분사펌프(도시되지 않음)에 의해 가압되어 약 160 bar의 압력에서 작동시킨다.

제2도 및 3도에서 도시된 바와 같이, 선행기술의 원자로 냉각제 펌프(14)는 일반적으로 시일하우징(32)의 한 단부에서 종결되는 펌프하우징(30)을 포함한다. 펌프(14)는 또한 하우징(30)의 중심으로 뻗어 있으며 시일하우징(30)의 내에 시일링하게 회전가능하게 장치된 펌프샤프트(34)를 포함한다. 비록 도시되지는 않았지만, 펌프샤프트(34)의 하부는 임펠러에 연결되어 있는 반면에, 상부는 고마력 유도형 전기모터에 연결되어 있다. 모터가 샤프트(34)를 회전시킬 때, 하우징(30)의 내부(36)의 임펠러는 가압 원자로 냉각제를 원자로 냉각제 시스템을 통해 유동하게 한다. 위와같은 가압냉각제는 시일하우징(32)의 외측부가 외기로 둘러싸여 있기 때문에 샤프트(34)에 상향으로 편향된 정수압하중을 적용한다.

하우징내부(36)와 시일하우징(32)의 외부사이의 경계에 2550psi압력을 유지하는 동안 펌프샤프트(34)가 시일하우징(32)내에서 자유로이 회전하도록, 직렬배열된 하부일차, 중간부이차 및 상부삼차 시일링 조립체(38,40,42)는 펌프하우징(30) 내 및 펌프샤프트(34)에 대하여 제2 및 제3도에 예시된 위치에 제공된다. 대부분의 압력을 시일링(약158 bar)하는 하부일차 시일링 조립체(38)는 비접촉 정수압형인 반면에, 중간부 이차 및 상부삼차 시일링 조립체(40,42)는 접촉 또는 마찰 기계형이다.

펌프(14)의 시일링 조립체(30,40,42)의 각각은 일반적으로 샤프트와 함께 회전하기 위해 펌프샤프트(34)에 장치된 각각의 환상 런너 링(44,46,48)와 시일 하우징(32)내에 고정장치된 각각의 환상 시일 링(50,52,54)을 포함한다. 각각의 런너 링(44,46,48) 및 시일 링(50,52,54)은 서로대향하는 상단부 및 하단부면(56,58,60 및 62,64,66)을 구비한다. 하부일차 시일링 조립체(38)의 런너 링(44) 및 시일 링(50)의 접합면(56,62)은 통상적으로 서로 접촉하지 않는 대신에 유체막이 통상적으로 그것들 사이에 유동한다. 한편, 중간부 이차 및 상부삼차 시일링 조립체(40,42)의 런너 링(46,48) 및 시일 링(52,54)의 접합면(58,64 및 60,66)은 통상적으로 상호접촉 또는 마찰한다.

일차 시일링 조립체(38)는 통상적으로 필름라이딩 방식으로 작동하기 때문에, 시일하우징(32)과 이것에 회전 가능하게 장치된 샤프트(34)사이의 환상공간에 리이크오프되는 냉각제 유체를 처리하기 위한 어떤 설비가 마련되어야한다. 따라서, 시일하우징(32)은 일차 리이크오프 포트(68)를 포함하는데 반해, 이차 및 삼차 리이크오프포트(70,72)는 이차 및 삼차 시일링 조립체(40,42)로부터 냉각제 유체 리이크오프를 조절한다.

펌프의 주시일인 하부일차 시일링 조립체(38 또는 No.1 시일)는 표면을 가로질러 약 160 bar에서 2 bar까지의 냉각제유체 압력강하를 일으키며 약 8-12ℓ/min의 유동률을 허용한다. 하부일차 시일링 조립체(38)를 통해 누출하는 저압냉각제 유체는 중간부이차 시일링 조립체(40) 영역의 샤프트 환상 통로를 향해 유동한다. 이차 시일링 조립체(40 또는 No.1 시일)에서, 일차시일링 조립체(38)로부터 유출된 냉각제 유체 대부분은 일차리이크 오프포트(68)로 전환된다. 그러나, 일부분의 유체는 이차 시일링 조립체(40)를 통과하며, 2 bar에서 0.2-0.5 bar까지의 압력강하에서 약 8ℓ/h의 유동률로 누출한다. 이차 시일링 조립체(40)를 통해 누출하는 더욱 낮은 압력의 냉각제 유체는 상부삼차 시일링 조립체(42)의 영역의 샤프트 환상 통로를 향해 유동한다: 상부삼차 시일링 조립체(42 또는 No.3 시일)에서, 이차 시일링 조립체(40)로부터 누출하는 대부분의 유량은 이차시일 리이크오프포트(70)를 통해 외부로 삼차 시일링 조립체(42) 가까이에 전향된다.

이제 제4-9도를 참고로하면, 선행기술의 상부삼차 시일링 조립체(42)는 두가지 형태중 하나를 취할 수 있다는 것을 알게될 것이다: 두 개의 방사상으로 소정간격진 환상외부 및 내부 칼라(74,76)이거나 또는 런너 링(48)의 상부면(60)과 대향하는 시일링(54)의 하부면(66)상의 단일 환상 칼라(78), 한 쌍의 칼라(74,76)는 이들 사이에 환상 모양의 시일 환상 통로(80)를 규정한다. 두실시예에서, 제5,6 및 9도의 이중 칼라(74,76)와 단일 칼라(78)는 런너 링(48)의 상부면(60)과 접촉하는 노우즈상에 개개의 환상면(82,84,86)을 구비하며 런너 링(48)의 상부면(60)을 향해 돌출한다.

이중 칼라(74,76)를 구비하는 삼차시일링 조립체 링(54)의 경우에는, 이차시일 리이크 오프 포트(70, 0.5 bar)의 정수에 대하여 약간 고압(0.6-0.7 bar)의 정수는 버퍼유체로서 분사공급포트(88)를 거쳐 각각의 칼라(74,76)의 두면(82,84)사이의 환상 통로(80)로 분사된다. 위와같은 분사된 유량의 일부는 시일 칼라 면(82)의 외부 또는 상류측부를 지나 외부를 향해 이차 및 삼차 시일링 조립체(40,42) 사이의 하우징(32)의 내부(36)로 되돌아온 다음 이차시일 리이크오프포트(70)외부로 유출한다. 위와같은 분사된 유량의 다른 부분은 시일 칼라 면(84)의 내부 또는 하류측부를 지나 내부를 향해 결국 격납용기대기쪽의 삼차 시일리이크오프포트(72)로의 반대방향으로 유출한다. 따라서, 정수의 위와같은 분사로 인해 원자로냉각제 유체의 방사성 가스가 이중칼라(74,76)사이와 격납용기 대기로 통과하는 것을 방지하게 된다.

런너면(60)과 접촉하고 있는 시일 칼라 면(82,84,86)을 유지하기 위하여, 시일 칼라 면을 통해 작용하는 기계부하를 배제하는 링의 축방향으로 작용하는 수압력, 체적력, 마찰력 및 다른 기계력의 총합은 런너 링에 대하여 링을 밀어내도록 순부하를 산출해야 한다. 위와같은 순폐쇄 부하는 시일링 칼라 면을 거쳐 시일링 칼라 면에 작용하여 링기준선(ring zero)에 작용하는 총 모든 축방향력을 일으키게하는 동일한 대향반동력을 번갈아 제공하는 런너 링에 적용된다. 위와같은 폐쇄력은 시일의 조작에 있어서 상당히 중요하며, 마찰로 인해 발생된 열량과 누출율에 영향을 준다.

당해 기술분야 특히 시일기소에 작용하는 힘의 측정에 있어 익숙한 사람들은, 축방향으로 링에 작용하는 순수압 부하가 각각의 돌출영역에 대해 축방향 및 수직으로 작용하는 여러 가지 압력의 합이라는 것을 알고 있다. 이중대형 시일은 부가적인 설계 허용범위를 제공하는데, 그것은 분사된 유체의 압력이 수압력을 얻어 링 요소가 바람직한 폐쇄부하와 균형을 이루도록 시일칼라(74,76,78)의 위치, 시일칼라면(82,84,86)의 영역, 이중시일 환상 통로(80)의 영역이 변경될 수 있기 때문이다. 분사압력은 또한 시일면 사이의 누출율의 직접 효과에 대해 고려하여 변화되어 최적화될 수 있다.

반면에, 단일 칼라(78)의 경우에는, 정수분사가 이용되지 않는다. 대신에, 원자로 냉각제 유체의 일부는 단일칼라 시일을 지나 이로부터 격납용기대기로 누출한다. 단일 칼라 시일은 이중칼라형과 같은 설계융통성을 갖지 않으며 특정 응용시 최적성능을 위한 설계를 가능케하지 않을지도 모른다. 저압으로 조작하는 시일에서, 체적 및 기계력에 대해 반작용하도록 요구된 수압력을 얻어서 적당한 결합부하를 제공하기가 가능하지 않을지도 모른다. 노우즈에 작용하는 폐쇄부하는 과잉량의 열발생과 불충분한 누출 및 냉각을 일어나게 할 수 있다.

이중칼라형 시일은 삼차 시일링 조립체(42)를 통해 격납 용기 주위로의 유동으로부터 오염된 원자로냉각제유체를 저지하기 위해서 그리고 시일에 작용하는 힘을 균형을 맞춤에 있어서 보다 큰 설계융통성을 위해서 바람직하다. 그러나, 지금까지, 분사수는 외부파이프 및 관과 내부 유동통로로 된 시스템에 의해 공급되어 왔다. 원래 이와같은 외부시스템이 설비되지 않은 원자로에서, 삼차 시일에서의 분사시 정수가 공급될 수 있도록 원자로를 개장하는 것을 시도하는 것이 경제상 실용적이지 않았다. 따라서, 단일칼라형 삼차시일이 계속 사용되어져 왔다.

본 발명에 따라, 이중칼라형 시일은 이제부터 종래의 단일칼라형 시일대신 개장될 수 있다. 비록 정수분사를 이용하는 바와 같이 삼차 시일을 통해 오염된 유체의 누출량을 제거하지는 않지만, 분사펌프를 공급할 외부시스템을 갖지 않고도, 이중 칼라 설계가 본래 가지고 있는 수압부하를 최적화하므로 융통성 있는 설계를 제공할 것이다. 외부공급으로부터의 정수분사 대신으로, 본 발명은 삼차시일링 조립체(42)의 런너 링(48)에 의해 통합된 여러가지 다양한 분사펌프기구(90)중에서 선택할 수 있게 한다. 분사펌프기구(90)의 각각의 변형은 원자로 냉각제 유체일부의 분사를 일으키게 하므로, 외부공급 시스템을 필요로하지 않는다. 자체분사펌프기구(90)는 원자로 냉각수로써 삼차시일링 조립체(42)의 시일링(54)의 이중칼라(74,76) 사이의 환상 통로(80)를 가압하기에 적합하다.

제10-13도에 도시된 분사펌프기구(90)의 양호한 실시예 또는 변형은 삼차시일링 조립체(42)의 회전 런너 링(48)에 통합된 유동통로(92)이다. 두 개의 가지(92a,92b)로 구성된 유동통로(92)는 이중 칼라 시일 환상 통로(80)와 연통하는 한쪽단부의 출구(94)와 펌프(14)의 시일하우징(32)내에 원자로 냉각제 유동과 연통하는 반대쪽 단부에서 입구(96)를 구비한다. 통로입구(96)는 펌프샤프트(34, 제2도)의 회전축(A)에 대해 통로출구(94) 보다 작은 회전반경에 위치하고 있다. 입구(96) 및 출구(94) 위치 사이의 위와같은 관계 때문에, 통로를 회전할 수 있게 이동시키는 런너 링(48)의 회전으로 통로(92) 및 회전 런너 링(48)이 원심펌프로 향하게 된다. 원심효과로 인해 통로(92) 만을 따라 유동하는 냉각제유체에 압력차를 일으키게 된다. 따라서, 통로(92)의 출구(94)는 이중칼라(74,76)의 노우즈 사이에 환상 통로(80)를 유지하며, 통로(92)의 입구(96)의 압력이상인 압력으로 냉각제를 제공한다.

출구(94)의 방사상 위치가 두 칼라(74,76) 사이에 있어야 하는데 비해, 입구(96)의 위치는 시일 조립체의 기하학적 한계 내에서 변화될 수 있다. 입구위치가 변화함에 따라 압력 변화가 일어나게되므로 펌프가 특정시일 설계 또는 응용을 위해 요구되는 특정압력을 제공하도록 설계될 것이다.

상기 기술한 바와 같이 위와같은 설계는 환상 통로(80)에 고압을 제공하여 시일의 순 노우즈부하를 감소시키는데 사용되면서도, 또한 환상 통로압력을 시일된 유체의 압력이하의 압력으로 감소시켜서 노우즈부하를 증가시키는데 사용될 것이다. 이것은 환상 통로 반경보다 큰 반경에 유동통로의 입구를 위치하게 함으로써 달성될 수 있다. 이 경우에서 원심효과는 압력을 낮추는 환상 통로로부터 유체를 떨어지게 할 것이다.

제14 및 제15도와 제16 및 제17도에 각각 도시된 분사펌프기구(90)의 다른 실시예 또는 변형은 또한 통로(98)를 사용한다. 유동통로(98)는 런너 링(48)을 통해 규정되며 시일 환상 통로(80)와 유동 연통관계로 표면(60)에 배치된 출구(100) 및 다른 표면에 배치된 입구(102)를 구비한다. 그러나, 이 변형에서 입구(102)는 샤프트 회전축(A)에 관하여 통로출구(100)와 통상 동일한 회전반경에 배치된다. 따라서, 통로(98) 자체의 정위에 의해 창출된 펌프효과는 없다.

제14도 및 제15도의 변형에서, 분사펌프기구(90)의 펌프효과는 통로입구에 연결되어 통로입구(102)에서 런너 링(48)으로부터 임의의 각도로 돌출하는 관(104)의 배치에 의해 발생된다. 관(104)은 통로출구(100) 및 입구(102)와 유동연통관계로 배치되며 이들과 통상 동일 회전반경에 배치되지만 하우징(32)에 포함된 냉각제 유체와 유동연통관계로 입구(102)의 상류측부로 뻗어있는 피토우관이다. 유체를 통해 런너 링(48) 및 관(104)의 회전과 동시에, 관과 관(104)으로의 유체유동의 램 효과(ram effect)를 일으키는 주위 유체 사이의 상대운동으로 인해 관(104) 및 통로(98)를 따라 이 안의 유체 유동에서 압력차가 일어나며, 그 결과 통로 입구(102)를 둘러싸는 냉각제에 제공된 압력보다 시일 환상 통로(80)의 통로출구(100)의 유체 유동에 제공된 압력이 더 높게 된다.

제16 및 17도에서, 분사펌프 기구(90)의 다른 변형은 제14 및 15도의 변형의 피토우관(104)대신으로 런너 링(48)에서 어떤 각도로 규정된 리세스형 공동(106)의 사용을 예시하고 있다. 그렇지 않으면 두 변형은 기본적으로 유동통로(98)의 형태에 관해서는 동일하다는 것이다. 상기 기술된 바와같이, 이들 후자변형은 환상통로(80)에 보다 높은 압력을 제공하여 시일의 순 노우즈부하를 감소시키는데 사용된다. 또한 그와같은 효과를 원하는 위치에 노우즈부하를 증가시키도록 형태를 이루게 되어 사용될 수 있을 것이다. 위와같은 것은 저압영역, 즉 시일된 유체의 압력 이하의 압력을 생기게하여 탭하도록, 또는 램 효과와 상반되는 관 또는 공동 입구에서의 버튜우리효과(verturi effect)를 산출하도록 입구를 변경하여 환상 통로의 압력을 시일된 유체압력 이하의 압력으로 감소시킴으로써 달성된다.

본 발명과 본 발명의 많은 부수적인 장점은 전술한 설명으로부터 이해될 것이며, 양호한 실시예로서만 지금까지 기술된 형태, 이것의 구체적인 모든 장점과 본 발명의 의도를 살려서 부분들의 형태, 구조 및 배열에 다양한 변화를 가할 수 있을 것이다.

Claims

가압 유체가 있는 고정 하우징과 회전축이 있는 샤프트를 구비한 펌프에서의 사용을 위하여, 하우징에 관하여 축을 실링 가능하게 설치하기 위해 하우징내에 배치될 수 있는 실링 집합체에 있어서, (a) 회전 샤프트에 설치된 환상 런너 링과; (b) 하우징내에 회전가능하지 않도록 설치된 환상 시일 링과; (c) 상기 회전가능 런너 링 및 회전가능하지 않은 시일 링은 서로 면하는 개개의 표면을 구비하며, 상기 시일 링 및 런너 링 중 하나의 상기 표면은 그곳에 형성된 방사상으로 간격진 한 쌍의 환상 칼라(collar)을 구비하며, 상기 방사상으로 간격진 환상 칼라는 상기 시일 링 및 런너 링 중 다른 하나의 상기 표면을 향해 돌출하고 그곳에서 상기 시일 링 및 런너 링 중 다른 하나에서의 상기 면을 접촉할 수 있는 환상 면을 구비하며; (d) 방사상으로 간격진 한 쌍의 환상 칼라에 의해 한정되는 환상통로로 하우징으로부터 유체를 펌핑하기 위해 방사상으로 간격진 한쌍의 환상 칼라에 의해 한정되는 유체 통로와 하우징 내의 유체와 유체 유동 연통하는 상기 런너 링에 의해 통합된 원심 분사 펌프 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로 냉각제펌프용 이중 칼라 시일링 조립체(42).
제1항에 있어서, 상기 분사 펌프기구(90)는 상기 회전가능한 런너 링(48) 내에 규정되는 적어도 하나의 유동통로(92)를 포함하며, 상기 통로(92)는 상기 시일환상통로(80)와 유동연통하여 상기 런너 링(48)의 상기 표면(60)에 배치된 출구(94)와, 하우징(30) 내에 그리고 유체와 유동연통하여 상기 런너 링(48)의 다른 표면에 배치되며 샤프트회전축(A)에 관하여 상기 통로출구(94)가 배치되는 반경보다 작은 반경에 배치되는 입구(96)를 구비하며, 상기 런너 링(48)의 회전 및 런너 링과 함께 상기 통로(92)의 회전운동과 동시에 원심효과로 인해 상기 통로(92)를 따라 압력차가 유체유동에 발생되는 것을 특징으로 하는 원자로 냉각제펌프용 이중 칼라 시일링 조립체(42).
제2항에 있어서, 다수의 원주형으로 소정간격진 통로(92)가 상기 런너 링(48) 내에 규정되는 것을 특징으로 하는 원자로 냉각제펌프용 이중 칼라 시일링 조립체(42).
제1항에 있어서, 상기 분사펌프기구(90)는 상기 런너 링(48)를 통해 규정되며 상기 시일 환상통로(80)와 유동연통하여 상기 표면(60)에 배치된 출구(100)와, 다른 표면에 배치되며 샤프트회전축(A)에 관하여 상기 통로출구(100)와 통상 동일 반경에 배치된 입구(102)를 구비하는 적어도 하나의 통로(98)와; 상기 통로입구(102)에 연결되며 하우징(30)의 유체와 유동연통하여 상기 통로입구(102)에서 떨어져 뻗어있는 관(104)을 포함하며, 유체를 통해 상기 관(104)과 런너 링(48)과의 회전과 동시에 상기 관(104)으로의 유체유동효과 때문에 상기 관(104)과 통로(98)를 따라 유체유동에 압력차가 발생되는 것을 특징으로 하는 원자로 냉각재펌프용 이중 칼라 시일링 조립체(42).
제4항에 있어서, 상기관(104)은 상기 통로입구로부터 상기 런너 링의 회전방향으로 뻗어있는 것을 특징으로 하는 원자로 냉각재펌프용 이중 칼라 시일링 조립체(42).
제1항에 있어서, 상기 분사펌프기구(90)는 상기 런너 링(48)를 통해 규정되며 상기 시일환상통로(80)와 유동연통하며 상기 표면(60)에 배치된 출구(100)와, 다른 표면에 배치되며 샤프트회전축(A)에 관하여 상기 통로 출구(100)와 통상 동일반경에 배치된 입구(102)를 구비하는 적어도 하나의 통로(98)와; 상기 런너 링(48)내에 규정되며 상기 통로입구(102)와 유동연통하며 이것과 통상 동일 반경에 배치되며 그러나 상기 통로입구(102)에서 떨어져 뻗어있으며 하우징(30)의 유체와 유동연통하는 리세스형 공동(106)을 포함하며, 유체를 통해 상기 공동(106)과 상기 런너 링(48)과의 회전시, 상기 공동(106)으로의 유체유동의 램 효과(ram effect)로 인해 압력차가 상기 공동(106)과 통로(98)를 따라 유체유동에 발생되는 것을 특징으로 하는 원자로 냉각제 펌프용 이중 칼라 시일링 조립체(42).
제6항에 있어서, 상기 공동(106)은 상기 통로입구(102)로부터 상기 런너 링의 회전방향으로 뻗어있는 것을 특징으로 하는 원자로 냉각제 펌프용 이중 칼라 시일링 조립체(42).