KR880001267B1 - 고압유체펌프의 구동축용 시일링장치 - Google Patents

Abstract

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Description

고압유체펌프의 구동축용 시일링장치

제1도는 종래 기술에 따른 일차펌프의 확대사시도.

제2도는 본발명에 따른 시일링 장치에 대한 개략도.

제3도는 본 발명에 따른 시일링 장치와 함께 원자로용 일차펌프의 상부부분에 대해 수직 대칭 평면으로 절취한 반 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

27 : 구동축 28 : 열장벽

30 : 환형공간 33,34,35 : 시일

45 : 보조시일 46 : 챔버(chamber)

49 : 클랙(clack)밸브

본 발명은 고압유체 펌프의 구동축용 시일링 장치에 관한 것이다.

가압수로형 원자로에 있어서, 원자로 노심 냉각회로 또는 일차회로는 각각 증기발생기 및 일차 펌프를 포함하는 적어도 두개의 냉각 루우프(loop)를 구비한다.

일차펌프는 모터에 연결된 구동축의 하류 단부에 단단하게 고정된 날개가 달린 휠이 내부에서 회전하는 벌루트로 구성되어 있다.

구동축의 내누설은 구동모터와 벌류트의 외부로 통과하는 점으로부터 이축을 둘러싸는 케이싱과 축 사이에 놓여있는 환형 공간내에 배열된 시일링 시스템에 의해 달성된다.

일차펌프 구동축용 시일링 장치는 일반적으로 케이스에 죄어진 고정부분 및 축에 죄어진 가동부분을 포함하는 세개의 시일로 구성된다.

이러한 시일 요소의 대향면은 기계적인 형태의 시일의 경우에는 마찰 접촉을 하거나, 유체정역학적 형태의 시일의 경우에서는 시일의 표면사이에 순환하는 유막에 의해 분리된다.

기계형 시일은 일반적으로 압력이 서로 별로 다르지 않는 두 영역들 사이에서 누설이 생기지 않게 하는데 사용되는 반면, 유체정역학형 시일은 시일의 두면사이의 압력이 크게 다른 경우에 사용될 수 있다.

일차 펌프의 경우에 있어서, 펌프에 의해 순환된 용수는 150바아(bar) 정도의 매우 높은 압력상태에 있다. 구동축상의 최상류 위치 즉, 펌프의 반쪽부분에 가장 가까운 위치에 배치된 시일은 그것의 상류측과 하류측 사이의 실질적인 압력을 강하시키는 유체정역학형 시일이며, 반면에 하류에 배치된 시일은 일반적으로, 기계형 시일이다.

고압하에서 냉수를 공급하는 회로는 유체정역학형 시일의 케이싱, 상류부에 의해 제한되지 않는 환형 공간안으로 도입될 수 있고, 이 용수는 한 부분이 펌프 볼루트를 향해 공급되고 다른 부분은 유체정역학형 시일의 누설류에 공급된다. 유체정역학형 시일을 통과한 후 이 용수는 또한 기계형 시일을 냉각하는데 사용된다.

일차펌프에서 상류 시일로서 사용된 종류의 유체정역학형 시일을 예를들면, 프랑스공화국 특허출원 제1435568 및 2049690호에 설명되어 있다.

이러한 종류의 유체정역학형 시일이 정확히 제기능을 하려면 즉, 서로 반대로 배치되어 누설을 제한하는 소자들을 접촉시키지 않고, △P가 이러한 유체정역학형 시일 양단의 압력강하가 일정한 제한치보다 더 높아야 할 필요가 있다.

현재 사용되는 일차펌프의 경우에 있어서 이 압력 제한은 14바아 정도이다.

원자로가 정상적으로 동작하고 있을때 냉각수는 150바아 정도의 압력상태에 있으며 유체정역학형 시일의 상류에 분사된 냉각수는 약간 더 높은 압력상태이므로, 유체정역학형 시일 양단의 압력강하는 150바아에 가까울 정도로 매우 높다. 그런데 이때 유체정역학형 시일의 양호한 기능이 보장된다. 이것은 일차회로의 압력이 떨어질때 예를들면 원자로가 중단될 때 일차회로 압력이 떨어질때 냉각수 분사 압력이 감소되어야 하기 때문에 더이상 그렇게 되지 않는다. 벌루트 및 시일로 분사된 유량은 실제로 균형이 이루어져야 하는데, 이러한 유량은 일차회로의 압력에 좌우된다.

일차회로에서의 압력이 어떤값 이하일 경우에 유체정역학 시일의 상류 분사 압력은 △P가 14바아보다 더 크게하는 데에 충분치 못하며, 이제 이 유체정역학형 시일은 정확한 기능을 할 수 없게된다.

현재 사용되고 있는 가압 수로형 원자로에 사용된 일차펌프의 경우에 있어서, 유체정역학형 시일이 그 이하에서는 이제 동작될 수 없는 최소 일차 유체 압력은 26바아 정도인 것으로 생각된다.

가압 수로형 원자로의 중단시에, 일차 유체를 순환시키고 양호한 냉각을 보장하도록 적어도 하나의 일차펌프를 동작상태에 있게하는 것이 필요하다.

냉각이 끝날 무렵에, 용수의 압력은 26바아이고 그 온도는 70℃이다. 이 온도에서는 원자로에서의 액체/기체 평형을 이용하므로써 26바아의 압력을 더이상 유지할 수 없으며, 압력을 유지하기 위해서는 보조 회로의 로딩(loading)펌프를 사용하는 것이 필요하다.

그러므로 본 발명의 목적은 고압유체 펌프의 구동축용 시일링 장치를 제공하는 것인데, 이 장치는 이축을 따라서 설치된 시일 시스템으로 구성되고 상기 시스템에 있어서 적어도 하나는 누설을 제한하는 두 소자들 사이에서 액체가 누설되는 유체정역학형 시일이며, 이것중 하나는 축에 연결되는 반면 다른것은 축을 둘러싸고 축 주위에서 환형공간을 형성하는 케이싱에 연결된다. 이 시일은 최상류 위치에 즉, 펌프의 안쪽을 향한 위치에 배치되며, 시일의 상류에 있는 환형공간사이의 충분한 압력차가 동작에 필요하며, 펌프의 안쪽과 소통되는 챔버(chamber)를 형성한다. 그리고 이러한 환형공간은 시일의 하류에 있으며, 상기 챔버는 공급회로에 의한 고 압력하에서 유체가 공급되는 반면, 시일링 장치는 펌프되고 있는 유체의 압력이 낮은값 예를들면, 26바아보다 낮은 값에 도달한다 할지라도 펌프를 동작상태로 유지할 수 있게 하여야 한다.

이러한 목적을 위하여, 본 발명에 따른 시일링 장치는 마찰 접촉면에 상호 대향하는 부분중의 하나가 축에 연합되고 다른 것은 케이싱에 연합된다 .그리고 그것은 가압유체 입구의 상류에 있는 챔버에 배치되며 따라서 이 챔버는 상류부와 하류부를 분활되는 기계형 보조시일과, 챔버의 상류부와 하류부사이에 배치되며, 밸브가 챔버의 두부를 격리시킬 수 있거나 파이프상에 제공되어 소통될 수 있게한 도관을 구비한다.

본 발명을 명확히 이해하기 위해서 비제한적인 예를 통해 그리고 첨부된 도면을 참조하여 가압 수로형 원자로용 일차펌프에 대해서 설명하기로 한다. 여기서 일차펌프에는 본 발명에 따른 시일링장치가 갖추어져 있다.

제1도에는 흡입구멍(2) 및 공급구멍(3)을 갖는 펌프 몸체 또는 벌루트(1)로 구성된 펌프가 도시되어 있다.

이 벌루트 안쪽에는 디퓨저(4)(diffuser)가 배열되어 있고 안쪽에서 펌프 구동모터(도시되지 않음)에 연결된 구동축(7)에 고정되는 날개달린 휠(5)을 회전시킨다.

펌프 몸체의 상부에는 그것의 모터 유니트에 펌프를 결합시킬 수 있는 결합 플랜지(8)가 구비되어 있다.

축(7)은 그것 주위에서 환형공간(10)을 형성하는 케이싱(9)으로 둘러싸인다.

상부에서 케이싱(9)에는 펌프 구동모텨에 연결시키기 위한 플랜지(12)가 구비되어 있다.

축(7)을 따라 누설이 일어나지 않게하는 시일(14)은 환상공간(10)내에 배열되어 있다.

축(7)은 벌르투 내로 관통하는 그것의 단부에 날개가 달린 휠(5)을 운반하며, 이것은 냉각코일이 통하여 통과하는 열장벽(17)이 배열된 위치에서 시일(16)을 통하여 벌루트를 통과한다. 그 다음에 축(7)은 그것을 지지하고 안내하는 베어링(15)내로 통과한다.

최상류 위치 즉, 펌프의 안쪽을 향하여 배열되고 따라서 베어링(15)에 가장 가까이 배열된 시일(14)은 유체정역학형 시일이며, 펌프내의 수압보다 약간 더 높은 압력하의 냉수가 분사파이프(19)를 통해 시일이 배치된 환형공간(10)내로 분사된다.

제2도는 제1도에 도시된 펌프와 동일한 형태의 일차펌프와 관련된 시일링장치에 대하여 개략적으로 도시한 것이다.

흡입구멍(22) 및 공급구멍(23)을 갖는 이 펌프의 벌류트(21)의 안쪽에는, 축(27)의 단부에 고정된 날개가 달린 휠(25)이 이 축에 의해 회전된다. 벌루트를 떠나자마자 축은 두개의 시일(26)을 포함하는 배열체내로 통과되는데, 이것은 차례로 열 장벽(28)으로 둘러싸며, 이 열장벽을 통하여 냉각수가 공급되는 코일(29)이 통과한다.

축(27)은 다음에 전 길이에 걸쳐 축 주위에 배열되는 케이싱에 의해서 구동모터(31)의 연결부까지 한정되는 환형공간(30)을 통과한다.

축을 안내하는 베어링(32) 및 시일(33, 34, 35)은 이 환형공간 안쪽에 배치된다.

상류에 배열된 제1시일(33)은 축(27)에 연합된 회전부분과 케이싱에 연합된 고정부분 사이에서 유체가 누설되는 유체정역학형 시일이다.

기계형 시일인 시일(34,35)은 마찰 접촉되는 두부분으로 구성되고 하나의 부분은 축에 고정되고 다른 하나의 부분은 케이싱에 고정된다.

가압 냉수 공급회로(36)는, 펌프에 의해 순환되는 용수의 압력보다 약간 더 높은 압력으로 냉수를 시일(33)의 상류에 있는 환형공간(30)내로 도입될 수 있게 한다.

이 냉수의 압력을 측로밸브(38) 및 회로(36)의 주선상에서 측로에 연결된 로딩펌프(40)의 도움으로 조절된다. 압력게이지(39)는 회로(36)에서의 압력을 검사할 수 있게한다. 파이프(41,42,43)는 시일(33)의 하류에서 복귀되는 용수가 공급회로(36)에 대하여 재순환 될 수 있게 한다.

본 발명에 따른 시일링 장치는 시일(26)에 의해 벌루트(21)의 안쪽과 연통되는 챔버(46)를 구성하는 환형 공간(30)의 그 부분에서 유체정역학형 시일(33)의 상류에 배열된 보조시일(45)을 포함한다.

보조시일(45)은 마찰 접촉면을 갖는 기계적 시일인데, 이것은 챔버(46)를 두 부분 즉, 시일(45)의 상류에 위치한 부분(46a) 및 시일(45)의 하류 및 시일(33)의 상류에 위치한 부분(46b)으로 분할되어 있다.

파이프(47)는 챔버(46)의 두부분(46a,46b)이 연결될 수 있게한다. 파이프(47)에 배열된 밸브(48)는 챔버(46)의 두 부분이 격리되거나 연통될 수 있게 한다.

클럭밸브(49)(clack valve)는 밸브(48)에 대해 측로에 연결된다.

제3도를 참조하면, 동일부품은 제2도에 도시된 것과 동일 도면부호가 주어지는데, 일차펌프는 제1도에 도시된 펌프와 동일한 형이다.

그러나 제3도에서, 회로(36)는 도면의 복잡성을 회피하기 위하여 생략하였다.

보조시일(45)은 케이싱(29)에 죄어지는 고정부 및 축(27)에 죄어지는 가동부(51)로 구성되며, 이 부분의 대향면 이 부분의 대향표면은 마찰 접촉하고 있다.

유체정역학형 시일(33)은 부동 패킹 및 회전 패킹으로 구성되는데, 이 패킹들은 제어된 누설수막에 의해 분리된다. 수막 회로(36)에 의해 시일(33)의 상류에서 챔버(46b)내로 분사되는 여과된 용수의 두께는 챔버(46b)에서의 압력에 관계없이 동작부의 구조적 윤곽에 의해 조절된다. 이 시일(33)로 부터 누설하는 용수는 부분적으로 시일(34)을 통해 부분적으로 배출되고 그 나머지는 파이프(41)(제2도)를 거쳐 회로(36)를 통과한다.

이제 제2도 및 제3도를 참조하여 본 발명에 따른 시일링 장치의 작동에 대하여 설명하기로 한다.

사용중인 원자로와 함께 펌프가 정상 동작하는 동안에, 펌프는 일차회로의 물을 순환시키는데, 이 물의 압력은 150바아 정도이고 온도가 300℃보다 고온이다. 밸브(48)는 파이프(47)상에 배열되고 챔버(46)의 두부분을 열어 연통되게 한다. 냉수는 일차회로의 압력보다 약간 더 높은 압력에서 회로(36)에 의해 챔버의 부분(46b)내로 공급된다. 파이프(47)를 거쳐 챔버(46)의 두 부분(46a,46b) 사이에서 연통되는 것은 챔버의 이 두부분 사이에서 압력 평형을 야기시키므로, 보조시일(45) 양단의 압력차는 무시될 수 있다. 따라서 마찰 접촉은 낮은 적용압력으로 시일(45)의 상호 대향면 사이에 구비되어 있어서, 이 시일의 내구성은 매우 제한된다. 더우기, 시일(45)은 회로(36)로 부터의 용수에 의해 냉각되고 적당한 온도에서 작용한다.

시일링 장치는 종래 기술의 장치들과 같은 기능을 하며, 유체정역학형 시일(33)의 양단의 압력차는 실질적으로 일차회로의 과도 압력(Over pressure)과 실제적으로 동일하다.

원자로의 정지시 일차회로의 압력은 낮은 값 예컨대, 26바아보다 더 낮은 값으로 감소될 수도 있다. 펌프를 작동상태로 유지하기 위해서는, 이때 밸브(48)를 닫고 유체정역학시일(33) 및 보조시일(45)에 의해 한정되는 챔버(46b)에서 적당한 압력을 유지하는 그러한 방식으로 밸브(38) 및 펌프(39)에 대해 작동하므로써, 회로(36)를 통해 분사되는 냉수의 유량 및 압력을 조절한다. 이 압력은 시일(33)의 동작을 가능케하는 △P의 최소 임계값 이상이 되도록 26바아로 선택하는 것이 좋을 것이다.

이러한 상태하에서, 26바아에 근사한 압력을 받게되는 챔버(46b)와 일차회로의 압력에 근사한 압력을 받게되는 챔버(46a) 사이의 압력차는 기껏해야 26바아이므로 시일(45)의 한면으로부터 다른면으로의 압력강하는 기껏해야 그 값에 일치하게 된다.

이것을 양호한 상태하에서 시일(45)의 동작에 적합하다.

모든 경우에 제2도 및 제3도에 도시된 시일링 장치의 마찰 표면 시일은 양호한 상태하에서 동작하는데, 그 이유는 이들 시일의 한면으로부터 다른면으로의 압력강하가 낮고 또 이들 시일과 접촉하는 용수의 순환이 마찰표면의 윤활을 가능하게 한다. 시일(45)은 회로(36)에 의해 분사된 용수에 의해 냉각되고 윤활되는 한편, 시일(34,35)은 시일(33)을 통과하는 용수로서 냉각되고 윤활된다. 냉각 및 윤활을 가능케하는 이 용수는 결국 파이프(41,42,43)를 통해 재순환된다.

밸브(48)에 대해 측로로 연결된 클랙밸브(49)는 챔버(46a)와 압력이 챔버(46b)의 압력에 비해 더 낮은 동안에는 닫혀진 상태를 유지하도록 설계된다. 이 클랙밸브는 챔버(46a)의 압력이 챔버(46b)의 압력보다 더 높은 경우에만 열린다. 그러므로 원자로의 정상동작 동안, 이 클랙밸브는 회로(36)가 일차회로 용수의 압력보다 약간 더 높은 압력의 용수를 이입시키기 때문에 닫힌 상태를 유지한다.

원자로의 정지시, 압력은 일차회로에서 더 낮은 값으로 되며 챔버(46a)의 압력이 챔버(46)의 압력보다 더 높아지는 공급회로(36)에서 손상이 생긴다면 밸브(48)가 닫혀지고 이것은 더이상 공급되지 않고 클랙밸브(49)가 열리므로, 열장벽(28)에 의해 냉각된 일차회로 용수가 챔버(46b)를 관통할 수 있으며 회로(36)에 의해 분사된 냉수 대신에 마찰표면 시일을 냉각하고 윤활시키는 기능을 맡는다.

그러므로 본 발명에 따른 시일링 장치의 한가지 장점은 저압력에서 원자로 1차펌프를 작동케하는 점임을 알 수 있다. 원자로의 정지 상태동안 26바아 이상의 압력을 유지하도록 보조수단이 필요없이 일차회로의 용수를 연속 순환할 수 있게된다.

더우기, 원자로의 냉(cold) 정지 상태 도중에 일차회로의 온도 및 압력을 낮출 수 있게하는 원자로 냉각회로가 26바아보다 더 낮은 압력에서 사용될 수 있는데, 이것은 이전에 일차용수의 순환이 정지 상태동안 유지되어야 하기 때문에 불가능하였다.

이 냉각회로는 원자로의 냉정지의 마지막 국면까지 사용될 수 있다.

그러나, 본 발명은 상기에 설명된 실시예에 제한되지 않고 본 발명의 여러가지 변경을 포함한다. 그러므로 어떤 형태의 시일은 시일링 장치의 상류에 배열된 유체정역학형 시일과 연합될 수도 있고 이들 시일의 갯수도 제한되지 않는다.

본 발명의 시일링 장치는 가압수로형 원자로내의 물을 순환하기 위한 1차회로로부터 다른 형식의 고압유체용 펌프의 경우에 사용되는 것이 가능하다.

Claims (2)

1. 벌루트(21)와 상기 벌루트에 설치된 날개달린 휠(25)과 한쪽 단부는 상기 휠에 연결되고 다른쪽 단부는 상기 벌루트 외부의 구동모터(31)에 연결된 축(2)과 상기 축의 통과를 위해 상기 벌루트에 있는 구멍 둘레에서 상기 벌루트에 고정된 케이싱(29)과 상기 벌루트와 상기 구동모터까지 상기 축을 둘러싸게 연장된 상기 케이싱과 상기 축의 내표면사이에 구비된 환형공간(30)과 상기 축을 따라 차례로 상기 환형공간 내에 배열된 한세트의 시일(33 내지 35)과 상기 한세트의 시일중의 시일(33)은 상기 벌루트의 내부에 인접 즉 최상류에 배열되고 유체정역학형 시일로 그들사이에 작은 공간을 유지하고 상기 케이싱과 상기 축에 각각 연결된 두개의 시일링 요소를 구비하고 상기 유체정역학형 시일은 상기 벌루트의 내부와 연통하는 챔버(46)를 구성하는 상기 환형공간(30)부분의 시일요소의 상류를 제한하고 상기 펌프에 의해 순환되는 유체의 압력보다 높은 압력에서 유체가 상기 챔버에 공급되는 공급점에서 상기 챔버(46)에 연결된 공급회로(47)를 구비한 펌프에 있어서, (a) 상기 공급점의 상류의 상기 챔버(46)내의 상기 케이싱(29)과 상기 축(27)에 각각 연결되고 마찰 접촉하는 두개의 시일요소를 구비하여 상기 챔버(46)를 상류부분(46a)과 하류부분(47b)으로 분할되며 상기 세트의 시일에 부가하여 구비된 기계적 형태의 보조시일(45)과, (b) 상기 부분(46a, 46b)을 선택적으로 차단 및 연통하기 위한 밸브가 구비되어 있고 상기 챔버의 상기 상류부분과 하류부분 사이에서 연장된 파이프(47)와, (c) 상기 상류 챔버부분(46a)의 압력이 상기 하류 챔버부분(46b)의 압력을 능가할 때 개방되도록 채용되고 상기 밸브의 측로에 연결된 클랙밸브(49)를 구비하는 것을 특징으로 하는 펌프.
2. 제1항에 있어서, 상기 세트의 시일은 상기 유체정역학형 시일과 제1 및 제2기계형 시일을 포함하며, 상기 기계형 보조시일(45)은 상기 환형공간(30)에서 열장벽(28)과 베어링(32) 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 펌프.

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