KR970001416B1 - 원자로 냉각재 순환펌프 - Google Patents

원자로 냉각재 순환펌프

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KR970001416B1
KR970001416B1 KR1019860006170A KR860006170A KR970001416B1 KR 970001416 B1 KR970001416 B1 KR 970001416B1 KR 1019860006170 A KR1019860006170 A KR 1019860006170A KR 860006170 A KR860006170 A KR 860006170A KR 970001416 B1 KR970001416 B1 KR 970001416B1
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Abstract

내용 없음.

Description

원자로 냉각재 순환펌프
제1도는 냉각재 펌프를 가지고 있는 종래의 원자로 동력 공급장치의 개략도.
제2도는 종래의 원자로 냉각재 펌프를 절개한 우측면도.
제3도는 종래의 원자로 냉각재 펌프 임펠러/샤프트 조립체의 우측단면도.
제4도는 임펠러 너트에 형성된 통로와 임펠러 너트에 형성된 다수의 도관을 통과하는 냉각재의 흐름을 예시하며, 본 발명에 따른 원자로 냉각재 펌프 임펠러/샤프트 조립체의 우측단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
60 : 펌프 64 : 샤프트
66 : 임펠러 키이 68 : 임펠러 너트
70 : 로크보울트 72 : 임페러
73 : 허브(hub) 77 : 구멍
78,78',78 : 통로 80 : 제1도관
84 : 제2도관
본 발명은 펌프에 관한 것이며, 특히 열적으로 균형된 원자로 펌프 임페러/샤프트 조립체에 관한 것이다. 공유하고 있는 미합중국 특허 제4,427,620호 및 4,434,132호에 서술된 바와같이, 그리고 그 도면의 제1도에 간략하게 도시된 바와같이, 통상의 원자로 동력 공급장치(10)는 대체로 원자로(12)와 증기발생기(14,16)를 포함하고 있다. 장치(10)는 또한 원자로(12)에 냉각재를 공급하기 위해 별도의 루프(18,20)를 가지고 있다. 각 루프(18,20)는 대응하는 증기발생기(14,16)는 의 1차관(22)을 포함하고 있다. 또한 각 루프(18,20)는 열관(24)을 가지고 있으며, 이를 통해 원자로(12)에서 방출된 뜨거운 냉각재가 각 증기발생기(14,16)의 입구 플리넘(26)으로 전달된다. 1차관(22)에 있는 동안 가열된 냉가재는 각 증기발생기(14,16)에 공급된 급수와 열교환 관계를 갖는다. 각 루프(18,20)는 또한 냉관(28)을 가지고 있으며, 이를 통해 열교환에 의해 온도가 저하된 냉각재가 각 증기발생기(14,16)의 출구 플리넘(30)으로부터 원자로(12)에 복귀된다. 마지막으로 각 루프(18,20)는 냉각재를 통과 이동시키기 위한 냉각재 펌프를 가지고 있다.
냉각재 펌프(32)는 원자로(12)를 냉각시키는데 있어 중요한 역할을 하기 때문에, 냉각재 펌프(32)의 가장 효율적인 설계 및 무사고 작동은 대단히 소망스럽다.
제2도 및 제3도에 아주 상세히 도시된 바와같이, 일반적으로 종래의 냉각재 펌프(32)는 케이싱 또는 하우징(34)과 그 속에서 회전할 수 있도록 하우징(34)의 축방향으로 위치한 중실(속이 찬) 샤프트(36)를 포함하고 있다. 열 슬리이브(38)(제4도에서 생략됨)가 샤프트(36)를 포함하고 있다. 열 슬리이브(38)(제4도에서 생략됨)가 샤프트(36)의 일부를 둘러싸고 있다. 임펠러키이(40)는 샤프트(36)와 임펠러 또는 회전자(46)사이에 삽입되어 있다(제3도). 임펠러 키이(40)는 임페러(46)가 샤프트(36)로부터 이완되었을 때 임펠러 키이(40)는 샤프트(36)에 대해 임펠러(46)가 회전하는 것을 방지하도록 하는 보조대책으로서의 역할을 한다.
보다 상세하게는, 임펠러(46)는 냉각재 펌프(32)의 회전부재이고, 대체로 다수의 블레이드 또는 핀(fin:51)이 부착된 중앙 원통형 허브(49)를 가지고 있다(제2도). 임펠러(46)는 비교적 긴밀한 테이퍼 결합(상호 경사면으로 밀접하는 것)을 이루도록 하기 위해 샤프트(36)에 설치하는 동안 가열된다. 임펠러(46)와 샤프트(36) 사이의 테이퍼 결합 부분은 참고번호(47)로 표시되어 있다(제3도).
임펠러(446)가 샤프트(36)상에 설치된 후, 로크보울트(44)가 임펠러너트(42)에 형성된 중심구멍(45)을 통해 위치되어, 우측나선(52)을 통해 샤프트(36)속으로 나사 결합된다(제3도). 또한 임펠러 너트(42)는, 임펠러(46)가 샤프트(36)와의 테이퍼결합으로부터 느슨하게 될 경우, 보조대책으로서의 역할을 한다. 즉, 임펠러 너트(42)는 샤프트(36)에 대해 임펠러(46)가 갑자기 팽창하여 빠지는 것을 방지하기 위한 것이다. 로크보울트(44)와 임펠러 너트(42)는 서로 용접되어, 임펠러 너트(42)가 떨어져 나가지 않도록 하고, 또한 임펠러(46)가 샤프트(36)에 단단하게 부착되도록 한다.
물론 냉각재 펌프(32)는 또한 유체 입구(48)와 유채 출구(50)를 가지고 있다. 펌프(32)의 작동중 냉각재는 유체 입구(48)로 들어와 화살표A로 지시된 방향에 따라 임펠러(46)의 외부 표면을 가로질러 순환한 다음 유체 출구(50)를 통해 배출된다. 추가로 임펠러(46)에 형성된 도관(53)을 통해 화살표 B로 지시된 방향으로 보조 흐름이 형성된다(제3도).
냉각재 펌프(32)의 작동중 임펠러(46)에서의 온도는 약 288℃이다. 한편, 역시 냉각재 펌프(32)의 일부인 필요한 종래의 열 교환기(도시안됨)로 인해 열 슬리이브(38)에서의 온도는 약 50-66℃이다. 샤프트(36)도 비슷하게 임펠러(46)보다 훨씬 낮은 온도에 있다.
따라서, 작동중 임펠러(46)와 중실 샤프트(36) 사이에는 큰 열적 불균형이 일어난다. 상기 불균형은 임펠러(46)로 하여금 냉각 샤프트(36)에 관해 팽창되도록 하여 임펠러(46)와 샤프트(36) 사이의 경계 압력을 감소시킨다. 결과적으로 임펠러(46)는 샤프트(36)의 테이퍼 결합부에서 빠져 나온다. 이러한 상황이 발생하면 이미 부하를 받고 있던 이들 부품 사이의 마찰력은 상실되고, 임펠러 키이(40), 임펠러 너트(42) 그리고 로크보울트(44)상에는 원하지 않던 응력이 발생된다.
본 발명의 주목적은 샤프트에 관한 임펠러의 테이퍼 결합이 신뢰성 있게 유지될 수 있는, 임펠러/샤프트 조립체를 갖는 펌프를 제공하는 것이다.
이러한 목적에 따라 본 발명은 입구 및 출구를 갖는 케이싱내에서 회전할 수 있게 지지되는 샤프트와, 케이싱내에 설치되어 샤프트위에 장착된 임펠러와, 샤프트 내의 중앙 구멍속으로 나선 결합되는 임펠러 너트로 구성되는 원자로 냉각재 순환 펌프에 있어서, 상기 임페러 너트 및 샤프트는 샤프트의 온도를 실질적으로 임펠러의 온도로 유지되도록 하기 위해 샤프트를 통해 냉각재를 흐르도록 하는 통로를 가지고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 첨부도면을 기초로 한 하기 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.
상술한 종래의 원자로 냉각재 펌프 임펠러/샤프트 조립체와는 대조적으로, 제4도에 도시된 바와 같이 본 발명의 원자로 냉각재 펌프(60)는 대체로, 제2도에 도시된 종래 하우징(34)으로부터 변경되지 않은 하우징내에 회전을 위해 하우징의 축방향으로 위치된 샤프트(64)를 포함하고 있다. 샤프트(64)는 또한 본 발명의 설명을 명확히 하기 위해 제4도에서 생략된 열 슬리이브를 포함하고 있다. 임펠러 키이(66)는 샤프트(64)와 회전자 혹은 임페러(72) 사이에 삽입된다.
임펠러(72)는 대체로 다수의 블레이드 또는 핀(도시안됨)이 부착되어 있는 중앙의 원통형 허브(73)를 포함하고 있다. 임펠러(72)도 설치되는 동안에는 샤프트(64)상에 비교적 긴밀하게 테이퍼 결합되도록 하기 위해 가열된다. 임펠러(72)와 샤프트(64) 사이의 테이퍼 결합부위는 참고번호(75)로 표시되어 있다.
임펠러 너트(68)와 로크 보울트(70)는 임펠러(72)를 샤프트(64)에 확고히 부착하기 위해 사용된다. 특히 임펠러 너트(68)는 샤프트(64)에 형성된 좌측나선(71)과 결합될 좌측나선(69)을 가지고 있다. 로크보울트(70)는 임펠러 너트(68)의 중앙에 형성된 구멍(77)을 통해 삽입되며, 우측나선(79)을 경유하여 샤프트(64)에 고정된다. 로크보울트(70)와 임펠러 너트(68)는 상술한 바와 같이 임펠러 너트(68)와 임펠러(72)를 고정시키기 위해 조립된 후 함께 용접된다.
임펠러 너트(68)는 그 속에 형성된 최소한 하나의 통로(78)를 포함하고 있다. 바람직하게는, 최소한 하나의 통로(78)는 로크 보울트(70)와 임펠러 너트(68) 사이의 구멍(77)에 형성되어, 임펠러 너트(68)의 외부 부근에서 샤프트(64)의 외부와 접촉하도록 뻗어 있다. 상기한 최소한 하나의 통로(78)의 실제 적정한 수는 두 개이지만 본 발명에서 다른 개수의 통로(78)도 고려될 수 있다.
선택적으로는, 최소한 하나의 통로(78)의 일부는 제4도에서 참고번호(78')로 지시된 바와 같이 임펠러 너트(68)의 내측에 형성될 수 있다. 추가로 최소한 하나의 다른 통로(78)가 예를들어 통로(78')에 비스듬하게 형성될 수 있다.
다수의 제1도관(80)은 임펠러 너트(68)의 제1영역(82)에 형성되어 통로(78)의 단부와 유통상태에 있다. 다수의 제1도관(80)의 적정한 수는 여섯개이지만 본 발명은 어떠한 수의 실시 가능한 도관도 고려하고 있다. 다수의 제1도관에서 각 도관의 바람직한 직경은 약1.3cm이다.
또한 임펠러 너트(68)는 통로(78)의 다른 단부와 유체유통되도록 제2영역(86)에 형성된 다수의 제2도관 (84)을 포함하고 있다. 다수의 제2도관의 적정한 수는 4개이지만, 실시가능하다면 그 수에 무관하다. 다수의 제2도관에서 각 도관의 바람직한 직경은 1.9cm이다.
다수의 제1도관(80), 통로(78), 그리고 다수의 제2도관(84)은 이들과 물 사이의 마찰로 인한 흐름 저항을 극복할 수 있도록 충분한 크기를 가지고 있어야 한다. 상기 통로의 크기를 적절히 하면 충분한 흐름이 유지될 수 있어 물로부터 샤프트 내측까지의 열전달은 실제 아무런 외부 영향을 받지 않게 된다.
통로(78)의 위치와 수를 선택함에 있어 중요한 고려 사항은 샤프트(64)와 임펠러(72)의 회전중에 펌프(60)의 균형을 이루는 것이다.
따라서 임펠러 너트(68)에 대향 관계로 통로(78)들을 동일한 간격으로 형성하는 것이 바람직하다. 균형에 관한 상기 고려 사항은 임펠러 너트(68)에 다수의 제1 및 제2도관을 형성하는 것에도 꼭같이 적용된다.
물론 펌프(60)는 유체 입구(74) 및 유체 출구(76)를 가지고 있다. 냉각재는 유체 입구(74)로 유입되어 화살표C로 표시된 바와 같이 임펠러(72) 주위를 순환하게 된다. 추가로 화살표 D로 표시된 보조 흐름이 임펠러(72)를 통해 형성된다. 추가로,(1) 다수의 제1도관과 다수의 제2도관 사이의 도관의 직경과 갯수의 차이, (2) 펌프(60)는 연속적으로 공급되는 유체 냉각재를 함유하고 있다는, 즉 펌프(60)내에는 기포 혹은 공기 틈이 존재하지 않는다는 사실, 그리고 (3) 유체 냉각재가 통로(78,78',78)를 통해 주행해야될 거리가 비교적 멀다는 사실 등으로 인해, 펌핑 작용은 효과적으로 수행된다. 보다 상세하게는, 냉각재는 화살표 C로 표시된 냉가재의 주 흐름으로부터 다수의 제1도관(80)을 통해, 그리고 임펠러 너트(68)의 통로(78,78',78)내에 화살표 E로 표시된 유로를 통해 보다 큰 다수의 제2도관밖으로 효과적으로 펌핑된다.
도관(80,84) 및 통로(78,78',78)를 통해 냉각재를 이동시키는 상기 펌핑 작용은 임펠러(72)를 가로지르는 냉각재 펌프(60)의 종래(정상적) 펌핑 작용을 배제하지 않으며 그에 의해 영향을 받지 않는다는 것을 알아야 한다.
본 발명에 따른 냉각재 펌프(60)의 작동중 임펠러(72)의 온도는 상기한 바와 같이 약 288℃가 된다. 한편 임펠러 너트(68)에 형성된 통로(78,78',78)를 통해 또한 샤프트(64)와 접촉하여 냉각재가 펌핑되기 때문에 샤프트(64)의 온도는 임펠러(72)의 온도와 유사하거나 동일하게 된다. 따라서 임펠러(72)와 샤프트(64) 사이에는 아무런 열적 불균형이 존재하지 않는다. 따라서, 좀더 냉각된 샤프트(64)에 비해 임펠러(72)가 팽창될 잠재성과 샤프트(64)와의 결합으로부터 임펠러(72)가 이완될 가능성이 제거된다. 마지막으로 이완에 의해 야기되는 임펠러 키이, 임펠러 너트 및 로크 보울트상에 인가되는 종래와 같은 추가 응력이 없어지게 된다.
따라서 샤프트와 접촉하도록 유체 통로를 설치함에 의해, 임펠러/샤프트 조립체의 일치정합이 개선되어, 다음 표 1과 2에 나타난 바와 같이 21℃에 있어 동일한 토오크 능력의 경우 종래의 임펠러/중실 샤프트 조립체에 비해 열적차이(주로 임펠러/샤프트의 온도차)로 인해 임펠러/샤프트 경계압력에 미쳐지는 영향은 적어진다.
Figure kpo00001
* 38℃/시간·램프
Figure kpo00002
추가로, 임펠러의 허브(73)와 샤프트(64)상의 응력준위는 다음 표 3에 나타난 바와 같이 본 발명에 의할 때에는 감소된다.
Figure kpo00003
* 허브 보어의 표면에서
** 샤프트의 중심 또는 내경에서
본 발명은 또한 상당한 변경을 하지 않고도 현존하는 종래의 냉각재 펌프 임펠러/샤프트 조립체를 개량하는데 사용될 수도 있다. 즉 종래의 중실 샤프트(36)로부터 재료를 제거하고 본 발명에서 교시하는 바와 같이 새로운 임펠러 너트(68)와 로크보울트(70)를 설치할 수 있다. 그런뒤 임펠러/샤프트의 간섭(마찰) 결합력을 증가시키면 임펠러 허브 응력준위를 증가시키지 않고도 21℃의 토오크 능력을 최초의 값(변경되기 전)까지 증가시킬 수 있게 된다. 고온에서의 토오크능력도 크게 증가될 것이다.
상술한 것은 단지 본 발명의 원리를 예시한 것에 지나지 않는다. 다양한 수정과 변경이 이 분야의 숙련자들에 의해 용이하게 수행될 것이기 때문에, 본 발명을 상기 서술되고 도시된 것과 동일한 구조와 작동에 제한하는 것은 바람직하지 못하다. 따라서 모든 적절한 수정과 그것과 유사한 것은 본 발명의 범위, 첨부된 특허청구의 범위 및 그 대응물에 귀착되고 속할 것이다.

Claims (5)

  1. 입구 및 출구를 갖는 케이싱과, 케이싱내에서 회전할 수 있게 지지되는 샤프트(64)와, 케이싱내에 설치되어 샤프트(64)위에 장착된 임펠러(72)와, 샤프트(64)내의 중앙 구멍내로 나선 결합되는 임펠러 너트(68)로 구성되는 원자로 냉각재 순환 펌프에 있어서, 임펠러 너트(68) 및 샤프트(64)는 샤프트(64)의 온도를 실질적으로 임펠러 (72)의 온도로 유지되도록 하기 위해 샤프트(64)를 통해 냉각재를 흐르도록 하는 통로를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 원자로 냉각재 순환 펌프.
  2. 제1항에 있어서, 통로(78,80)의 일부는 샤프트 구멍의 내부면의 일부와 접촉하도록 임펠러 너트(68)의 외부면내로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 순환 펌프.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 임펠러 너트(68)는 냉각재를 통로(78)로 진행시키기 위해 그 중심부 근처에 입구 수단(제1도관)을 가지고 있으며, 임펠러 너트(68)는 통로(78)를 통해 냉각재를 펌핑하기에 적당한 방사상 출구(제2도관)를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 순환 펌프.
  4. 제3항에 있어서, 임펠러 너트(68)는 중앙의 구멍(77)을 가지고 있으며, 로킹 보울트는 구멍(77)의 벽과의 사이에 통로(78)를 형성하도록 구멍 (77)의 벽과 간격져 상기 구멍을 통해 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 순환 펌프.
  5. 제4항에 있어서, 샤프트(64)에 나선 결합되는 임펠러 너트와 로킹 보울트는, 반대형의 나선(하나는 좌측 다른 하나는 우측)을 가지고 있으며 샤프트(64)상에 확고히 장착된 후 함께 용접되는 것을 특징으로 하는 순환 펌프.
KR1019860006170A 1985-08-01 1986-07-28 원자로 냉각재 순환펌프 KR970001416B1 (ko)

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