(57)【要約】【課題】インターナルポンプの危険速度を高くすることができるインターナルポンプを提供する。【解決手段】インターナルポンプ４は、原子炉圧力容器の底部に取り付けられ、モータケーシング内にモータ及びシャフト７が配置される。原子炉圧力容器内に配置されたインペラがシャフト７の上端部に設置される。ストレッチチューブ１０がシャフト７を取り囲んで配置され、軸受部材１６が、ストレッチチューブ１０とシャフト７の間に配置され、ストレッチチューブ１０の上端部に設けられる。４つのポケット部１７が、軸受部材１６に内面に形成されて周方向に９０°置きに配置される。ストレッチチューブ１０及び軸受部材１６に貫通孔１５，１８が形成される。環状間隙２０内を上昇するパージ水が貫通孔１５，１８を通して各ポケット部１７に供給される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータケーシングと、前記モータケーシング内に設置されたモータと、前記モータケーシング内に配置され、前記モータによって回転されるシャフトと、前記モータケーシングの外で前記シャフトに取り付けられたインペラと、前記モータケーシングと前記シャフトの間に配置されて前記シャフトを取り囲む筒状のストレッチチューブとを備え、
前記ストレッチチューブの、前記インペラ側の端部に、インターナルポンプ内に供給されるパージ水が導かれ、前記シャフトを支持する水中軸受を設けたことを特徴とするインターナルポンプ。
【請求項２】
前記水中軸受が、前記ストレッチチューブの内面に形成されて周方向に配置され、前記シャフトの外面に向き合っている複数の窪み部、及び前記モータケーシングと前記ストレッチチューブの間に形成されて前記パージ水が流れる間隙と前記窪み部を連絡し、前記ストレッチチューブ内に形成されたパージ水供給通路を含んでいる請求項１に記載のインターナルポンプ。
【請求項３】
前記ストレッチチューブと前記シャフトの間に配置されて前記シャフトを取り囲み、前記ストレッチチューブの、前記インペラ側の端部に設けられた筒状の軸受部材を備え、
前記水中軸受が、前記軸受部材の内面に形成されて周方向に配置され、前記シャフトの外面に向き合っている複数の窪み部、及び前記モータケーシングと前記ストレッチチューブの間に形成されて前記パージ水が流れる間隙と前記窪み部を連絡し、前記ストレッチチューブ及び前記軸受部材内に形成されたパージ水供給通路を含んでいる請求項１に記載のインターナルポンプ。
【請求項４】
原子炉圧力容器と、前記原子炉圧力容器の底部に設けられたインターナルポンプと、前記原子炉圧力容器の底部に設けられた複数の制御棒駆動機構ハウジング内に設けられた制御棒駆動機構と、前記制御棒駆動機構ハウジングに連絡されて前記制御棒駆動機構ハウジング内に供給する冷却水を導く冷却水配管とを備え、
前記インターナルポンプが請求項１ないし３のいずれか１項に記載されたインターナルポンプであり、
前記冷却水配管に接続されて前記冷却水である前記パージ水を導くパージ水供給管を前記モータケーシングに接続したことを特徴とする沸騰水型原子炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インターナルポンプ及び沸騰水型原子炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
改良型沸騰水型原子炉（ＡＢＷＲ）では、複数のインターナルポンプが原子炉圧力容器の底部に設けられている。インターナルポンプのインペラが、原子炉圧力容器と原子炉圧力容器内に設置された炉心シュラウドの間に形成された環状のダウンカマ内に配置される。炉心シュラウドの内側に、複数の燃料集合体が装荷された炉心が配置されている。
【０００３】
インターナルポンプは、モータケーシング、モータ、シャフト及びインペラを有する（特開昭６４−１１８３７号公報参照）。モータケーシングが、原子炉圧力容器の底部に設けられ、下方に向って伸びている。モータがモータケーシング内に設置され、モータによって回転されるシャフトが上方に向って伸びて原子炉圧力容器内に達し、シャフトの上端部にインペラが取り付けられる。シャフトは、下部ラジアル軸受で下端部を支持され、上部ラジアル軸受で中央部を支持されている。これらの軸受は、回転時におけるシャフトの半径方向の振動を抑制している。
【０００４】
原子炉の運転中に、原子炉圧力容器内の高温の冷却水がモータケーシング内に流入することを防ぐために、パージ水を、モータの上端より上方でモータケーシングに接続されたパージ水供給管からモータケーシング内に供給している。このパージ水は、シャフトとシャフトの周囲を取り囲んでいるストレッチチューブの間に形成される環状通路を上昇して原子炉圧力容器内に導かれる。
【０００５】
ストレッチチューブの内面にはラビリンスが設けられている。このラビリンスは、パージ水の流れを遅くし、パージ水の温度を高める機能を有している。このため、温度が十分に上昇したパージ水が原子炉圧力容器内に導かれるので、インターナルポンプのシャフトの下部に接触しているパージ水の温度とそのシャフトの上部に接触しているパージ水の温度の温度勾配を緩やかにすることができる。これにより、シャフトの熱疲労を低減することができる。
【０００６】
パージ水の温度を上昇するために、ストレッチチューブの内面に螺旋溝を形成することが特開平１−２１０８９７号公報に提案されている。また、同じ目的で、シャフトの外面に螺旋溝を形成することが特開平１−１８２５９７号公報で提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６４−１１８３７号公報
【特許文献２】特開平１−２１０８９７号公報
【特許文献３】特開平１−１８２５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
インターナルポンプではシャフトの上部にラジアル軸受に設けていないので、インターナルポンプの回転体の上部がオーバーハングしやすい構造になっている。このため、回転体の危険速度を高くするために、インターナルポンプでは、回転体の下部の質量が大きくなる構造が採用されている。
【０００９】
このようなインターナルポンプでは、インターナルポンプの容量を増加させるためにインペラを大型化する場合には、回転体の下部の質量も併せて増加させる必要がある。このため、インターナルポンプ全体が大型化してしまう。
【００１０】
本発明の目的は、危険速度を高めることができるインターナルポンプ及び沸騰水型原子炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、モータケーシング内に設置されたモータと、モータケーシング内に配置され、モータによって回転されるシャフトと、モータケーシングの外でシャフトに取り付けられたインペラと、モータケーシングとシャフトの間に配置されてシャフトを取り囲む筒状のストレッチチューブとを備え、
ストレッチチューブの、インペラ側の端部に、インターナルポンプ内に供給されるパージ水が導かれ、シャフトを支持する水中軸受を設けたことにある。
【００１２】
ストレッチチューブの、インペラ側の端部に、インターナルポンプ内に供給されるパージ水が導かれる水中軸受を設けたことにより、シャフトが、ストレッチチューブのインペラ側の端部の位置で水中軸受で支持されるので、インペラ側の端部でのシャフトの偏心を抑制することができる。このため、インターナルポンプの危険速度を高くすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、インターナルポンプの危険速度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１のインターナルポンプの縦断面図である。
【図２】図１のII部の拡大図である。
【図３】図２のIII−III断面図である。
【図４】図１のIV−IV断面図である。
【図５】実施例１のインターナルポンプのシャフトが偏心した状態を示す説明図である。
【図６】本発明の他の実施例である実施例２におけるインターナルポンプのシャフト上端部付近の縦断面図である。
【図７】図６のVII−VII断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施例を以下に説明する。
【実施例１】
【００１６】
本発明の好適な一実施例であるインターナルポンプを、図１、図２、図３及び図４を用いて説明する。本実施例のインターナルポンプ４は、ＡＢＷＲに適用され、モータケーシング５、モータ６、シャフト７及びインペラ８を備えている。
【００１７】
モータケーシング５は、原子炉圧力容器１の底部にノズル１１を介して取り付けられ、原子炉圧力容器１から下方に向って伸びている。モータ６がモータケーシング５内に設置される。モータ６によって回転されるシャフト７が、上方に向って伸びており、原子炉圧力容器１の底部を貫通している。ディフューザ９が、原子炉圧力容器１と原子炉圧力容器１内に設置された炉心シュラウド２の間に形成された環状のダウンカマ３内に配置される。インペラ８は、ディフューザ９内に配置されてシャフト７の上端部に取り付けられる。ストレッチチューブ１０が、シャフト７を取り囲んでおり、シャフト７とモータケーシング５の間に配置される。ストレッチチューブ１０は、ディフューザ９を原子炉圧力容器１、直接的にはノズル１１に固定する機能を有する。
【００１８】
シャフト７は、下部ラジアル軸受１２で下端部を支持され、上部ラジアル軸受１３で中央部を支持されている。パージ水供給管１４が、上部ラジアル軸受１３の上方でモータケーシング５に接続される。
【００１９】
円筒状の軸受部材１６がストレッチチューブ１０の上端部とシャフト７の間に配置され、軸受部材１６の上端部がストレッチチューブ１０上に設置される。軸受部材１６はシャフト７を取り囲んでいる。水中軸受２５が、ストレッチチューブ１０のインペラ８側の端部に配置され、軸受部材１６に設けられる。軸受部材１６がストレッチチューブ１０に設けられているので、水中軸受２５はストレッチチューブ１０に設けられているとも言える。水中軸受２５は複数のポケット部１７及びそれぞれ複数の貫通孔１５，１８を有している。窪み部であるポケット部１７が、シャフト７の内面に向かい合っており、軸受部材１６の周方向で９０°置きに軸受部材１６の内面に４個形成されている。４個の貫通孔１８が半径方向において軸受部材１６に形成され、各貫通孔１８は各ポケット部１７に別々に連絡されている。４個の貫通孔１５が、ストレッチチューブ１０の周方向において９０°置きにストレッチチューブ１０に形成されている。それぞれの貫通孔１５が各貫通孔１８に別々に連絡される。パージ水供給管１４に連絡された環状間隙２０が、ノズル６及びモータケーシング５のそれぞれの内面とストレッチチューブ１０の外面の間に形成される。
【００２０】
ストレッチチューブ１０は上端部に段差部２２を形成している。このため、ストレッチチューブ１０及び軸受部材１６の内径を実質的に同じくすることができ、軸受部材１６をストレッチチューブ１０内に収納することができる。軸受部材１６の下端が段差部２２の上面に接触する。段差部２２より上方でのストレッチチューブ１０の肉厚は、段差部２２より下方でのその肉厚よりも厚くなっている。
【００２１】
環状間隙２１が、軸受部材１６及びストレッチチューブ１０のそれぞれの内面とシャフト７の外面の間に形成される。各ポケット部１７が環状間隙２１に開放されている。４本の溝１９が、シャフト７の周方向において、軸受部材１６及びストレッチチューブ１０のそれぞれの内面に形成され、シャフト７の軸方向に伸びている。これらの溝１９は、シャフト７の周方向において、ポケット部１７の間に配置される。溝１９及び環状間隙２１の上端は、原子炉圧力容器１内に連絡される。
【００２２】
ラビリンス部２３が、ストレッチチューブ１０の下端部でストレッチチューブ１０の内面に形成される（図４参照）。貫通孔２４が、ラビリンス部２３よりも下方でストレッチチューブ１０の周方向に、ストレッチチューブ１０に形成される。これらの貫通孔２４は、環状間隙２０と溝１９を連絡し、パージ水供給管１４に連絡される。パージ水供給管１４から供給されるパージ水の大部分が貫通孔２４を流れるように環状間隙２０の流路抵抗を高くするために、環状間隙２０が、貫通孔２４よりも上方において絞られている。パージ水供給管１４が環状間隙２０に連絡されている。
【００２３】
複数の制御棒駆動機構ハウジング（以下、ＣＲＤハウジングという）（図示せず）が、原子炉圧力容器１の底部を貫通し、原子炉圧力容器１に設置される。各ＣＲＤハウジング内に、制御棒駆動機構（以下、ＣＲＤという）（図示せず）が設置される。ＣＲＤは、原子炉圧力容器１内に配置されて原子炉出力を制御する制御棒（図示せず）に連結される。原子炉圧力容器１内の高温の冷却水がＣＲＤハウジング内に流入してＣＲＤと接触することを防ぐために、ＡＢＷＲは、ＣＲＤハウジング内にパージ水を供給するＣＲＤパージ水系（図示せず）を備えている。このＣＲＤパージ水系はそのパージ水を導くパージ水配管（図示せず）を有しており、このパージ水配管がＣＲＤハウジングに接続される。パージ水供給管１４がＣＲＤパージ水系のパージ水配管に接続されている。
【００２４】
ＡＢＷＲの運転中、インターナルポンプ４が駆動される。すなわち、モータ６が駆動されてシャフト７が回転し、インペラ８が回転する。ダウンカマ３内の冷却水が、インペラ８の回転によって昇圧されてディフューザ９から排出され、炉心シュラウド２内に導かれる。この冷却水は、炉心シュラウド２によって取り囲まれた、複数の燃料集合体が装荷された炉心に供給される。冷却水は、燃料集合体内に存在する核燃料物質の核分裂で発生する熱によって加熱され、一部が蒸気になる。炉心から排出された、この蒸気を含む気液二相流が原子炉圧力容器１内の気水分離器に導かれ、蒸気が分離される。分離された蒸気は原子炉圧力容器１から排気されてタービン（図示せず）に供給される。上記の気液二相流のうち、分離された冷却水が、原子炉圧力容器１に供給された給水と共にダウンカマ３を下降し、インターナルポンプ４によって昇圧される。
【００２５】
インターナルポンプ４の駆動中において、ＣＲＤハウジング内に供給されるパージ水が、ＣＲＤパージ水系のパージ水配管によってＣＲＤハウジング内に導かれる。ＣＲＤハウジング内に供給されたパージ水は原子炉圧力容器１内に排出されるため、このパージ水は、ＣＲＤパージ水系のパージ水配管に設けられたポンプ（図示せず）によって、原子炉圧力容器１内の冷却水の圧力よりも高い圧力に昇圧される。ＣＲＤパージ水系のパージ水配管内を流れるパージ水の一部が、インターナルポンプ４用のパージ水として、パージ水供給管１４から環状間隙２０内に供給される。このパージ水は、原子炉圧力容器の底部に設けられたＣＲＤハウジング（図示せず）内に供給されるパージ水の一部である。環状間隙２０内に供給されたパージ水の大部分は、貫通孔２４を通って溝１９内に導かれる。このパージ水は、各溝１９及び環状間隙２１を上昇して原子炉圧力容器１内に流入する。各溝１９及び環状間隙２１を上昇するパージ水の流速がラビリンス部２３において減速され、パージ水の上昇速度が低下する。パージ水は、ラビリンス部２３を通過する間に温度が上昇し、前述したように、シャフト７の熱疲労を低減することができる。各溝１９及び環状間隙２１を上昇するパージ水は、原子炉圧力容器１内の高温の冷却水がモータケーシング５内に流入するのを阻止するシール水としての機能している。
【００２６】
環状間隙２０内に供給されたパージ水の一部は、環状間隙２０内を上昇し、それぞれの貫通孔１５，１８を通って各ポケット部１７に導かれる。貫通孔１５，１８は、ポケット部１７にパージ水を供給するパージ水供給通路である。
【００２７】
シャフト７の軸心がストレッチチューブ１０及び軸受部材１６のそれぞれの軸心と一致している場合には、シャフト７の外面と軸受部材１６の内面の間に形成される環状間隙２１の、シャフト７の半径方向における幅は、シャフト７の周方向で同じ幅になっている。このため、シャフト７の周方向に存在する４個のポケット部１７に該当する貫通孔１５，１８から供給されるパージ水の流量、及び各ポケット部１７の圧力が等しくなる。
【００２８】
しかしながら、図５に示すように、回転しているシャフト７が矢印Ａの方向に偏心した場合には、シャフト７がポケット部１７ｂからポケット部１７ａの方向に移動する。ポケット部１７ａ側でのシャフト７の外面と軸受部材１６の内面の間の間隙の幅は、ポケット部１７ｂ側でのシャフト７の外面と軸受部材１６の内面の間の間隙の幅よりも狭くなる。このため、該当する貫通孔１５，１８からポケット部１７ａ内に供給されるパージ水の流量が減少してポケット部１７ａ内の圧力が上昇する。該当する貫通孔１５，１８からポケット部１７ｂ内に供給されるパージ水の流量が増加してポケット部１７ｂ内の圧力が低下する。ポケット部１７ａ内の圧力が高くなり、ポケット部１７ｂ内の圧力が低下することによって、ポケット部１７ａ内の圧力がポケット部１７ｂ内の圧力よりも高くなる。これらの圧力の差は、偏心しているシャフト７を、矢印Ａとは逆方向に、すなわち、圧力の低いポケット部１７ｂに向って移動させる。シャフト７の矢印Ａとは逆方向への移動は、ポケット部１７ａ内の圧力とポケット部１７ｂ内の圧力が等しくなる位置で停止する。
【００２９】
このように、シャフト７が偏心した場合には、シャフト７を挟んで対向する２つのポケット部１７のうちの一方のポケット部１７内の圧力が他方のポケット部１７の圧力よりも低下した場合には、シャフト７は圧力が低くなったポケット部１７に向って移動し、シャフト７の偏心が抑制される。シャフト７の、ストレッチチューブ１０の上端部の位置でシャフト７が水中軸受２５によって支持されるので、シャフト７の上端部での偏心を抑制できる。これにより、インターナルポンプ４の危険速度を高くすることができる。
【００３０】
本実施例は、４つのポケット部１７が周方向で内面に形成された軸受部材１６を、モータケーシング５が取り付けられたノズル１１付近に配置するので、シャフト７の上端部において半径方向での制振が行われる。このため、インターナルポンプ４は、回転体の下部の質量を増加させる必要がなく、小型化することができる。
【００３１】
本実施例において、シャフト７の上端部を支持する水中軸受２５は、複数のポケット部１７、及びこれらのポケット部１７に一部のパージ水を供給する貫通孔１５，１８によって構成される。複数のポケット部１７を有する軸受を構成することによって、シャフト７が、ストレッチチューブ１０及び軸受部材１６に接触しないため、これらの部材の、磨耗による交換頻度を低減することができる。
【００３２】
各ポケット部１７に供給されるパージ水は、前述したように、ＣＲＤハウジング内に供給されるパージ水である。このため、このパージ水が、ＣＲＤパージ系のパージ水配管に設けられたポンプによって、原子炉圧力容器１内の冷却水の圧力よりも高い圧力に昇圧される。このようなＣＲＤハウジング内に供給される高圧のパージ水の一部を、パージ水供給管１４及び環状間隙２０を通し、さらに、貫通孔１５，１８を経てポケット部１７に供給することができる。このような本実施例では、軸受部材１６に複数のポケット部１７及び複数の貫通孔１８を形成し、さらに、ストレッチチューブ１０に貫通孔１５を形成した単純な構成の、半径方向においてシャフト７の上端部を支持する水中軸受２５を設けることができる。そのような単純な構成の水中軸受２５をシャフト７の上端部付近でインターナルポンプ４に形成することができるので、インターナルポンプ４の上端部の構成を単純化することができる。
【００３３】
もし、パージ水をポケット部１７に供給するのではなく、インペラ８で昇圧された冷却水をそれぞれのポケット部１７に供給することも考えられる。この場合には、インペラ８で昇圧された冷却水をポケットに導く通路を、溝１９及び間隙２０，２１と交差することなく、インターナルポンプ４内に形成する必要がある。このような通路の形成は困難である。このような通路が形成できた場合には、インターナルポンプの上端部の形状が複雑化する。また、インペラ８で昇圧された冷却水の温度は、パージ水の温度よりも著しく高温であり、このような高温の冷却水をポケット部１７に供給してモータ６に接近させることは、モータ６への入熱量を増大させることになる。本実施例は、ＣＲＤハウジング内に供給されるパージ水の一部をポケットプ１７に供給しているので、このパージ水によるモータケーシング５内への原子炉圧力容器１内の冷却水の流入を防ぐことができると共に、モータ６への入熱量を著しく低減することができる。
【００３４】
また、シャフト７の下端部を支持するラジアル軸受によって、シャフト７の上端部を支持することも考えられる。水中軸受２５のポケット部１７等を形成する替りに、ポケット部１７が配置された位置にラジアル軸受を配置した場合には、以下のような問題が生じる。（１）ポケット部１７の形成位置が原子炉圧力容器１に近いため、（ａ）このラジアル軸受周辺の温度をラジアル軸受が耐えられる温度まで下げる必要がある、及び（ｂ）そのラジアル軸受周辺の温度を下げるためにシャフト７とストレッチチューブ１０の間に供給するパージ水の温度を下げた場合には、シャフト７の上部で急激な温度勾配が生じ、シャフト７の熱疲労のポテンシャルが増大する。（２）ラジアル軸受は定期的に交換するので、線量が高い原子炉圧力容器１の付近にラジアル軸受を設置することは好ましくない。これに対して、水中軸受２５は、交換する頻度は少なく、耐熱温度も高いので、水中軸受２５周辺の温度を下げる必要もない。
【実施例２】
【００３５】
本発明の他の実施例であるインターナルポンプを、図６及び図７を用いて説明する。本実施例のインターナルポンプ４Ａは、実施例１のインターナルポンプ４において軸受部材１６を削除してストレッチチューブ１０をストレッチチューブ１０Ａに替え、水中軸受２５を水中軸受２５Ａに替えた構成を有する。インターナルポンプ４Ａの他の構成はインターナルポンプ４と同じである。インターナルポンプ４ＡもＡＢＷＲに適用される。インターナルポンプ４Ａの、インターナルポンプ４と異なる部分、すなわち、水中軸受を中心に説明する。
【００３６】
水中軸受２５Ａはストレッチチューブ１０Ａに設けられる。水中軸受２５Ａは複数のポケット部１７及び複数の貫通孔１５を有する。４つのポケット部１７が、シャフト７の外面に向かい合っており、ストレッチチューブ１０Ａの内面に形成される。４つのポケット部１７は、実施例１と同様に、ストレッチチューブ１０Ａの周方向に９０°置きに配置される。それぞれのポケット部１７に別々に連絡された各貫通孔１５は環状間隙２０に連絡されている。本実施例では、ストレッチチューブ１０Ａが実施例１のインターナルポンプ４の軸受部材１６の機能も有している。
【００３７】
ＡＢＷＲの運転中に、インターナルポンプ４が駆動される。環状間隙２０内を上昇するパージ水が、各貫通孔１５を通ってそれぞれのポケット部１７内に供給される。本実施例においても、図５に示すようにシャフト７が偏心した場合には、ポケット部１７ａの圧力がポケット部１７ｂの圧力よりも高くなるので、実施例１と同様に、シャフト７の偏心を抑制することができる。
【００３８】
本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。さらに、本実施例は、軸受部材１６を設置する必要がないので、実施例１よりもインターナルポンプの構造を単純化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、沸騰水型原子炉に適用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１…原子炉圧力容器、４，４Ａ…インターナルポンプ、５…モータケーシング、６…モータ、７…シャフト、８…インペラ、１０…ストレッチチューブ、１５，１８，２４…貫通孔（パージ水供給通路）、１６…軸受部材、１７…ポケット部、２０，２１…環状間隙、２３…ラビリンス部、２５，２５Ａ…水中軸受。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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