(57)【要約】原子力設備（例えば加圧水形原子炉１０）の少なくとも１個のすべり軸受で案内された竪軸を備えたポンプ装置（１６）において、軸受により誘起される軸振動を防止し、ポンプ装置の寿命を長くするために、少なくとも１個のすべり軸受がらせん溝付き軸受として形成されている。このポンプ装置（１６）の有利な用途は、例えば加圧水形原子炉の冷却材ポンプおよび沸騰水形原子炉の循環ポンプにある。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子力設備（１０）の少なくとも１個のすべり軸受で案内された竪軸を備えたポンプ装置（１６）において、
少なくとも１個のすべり軸受がらせん溝付き軸受として形成されていることを特徴とする原子力設備のポンプ装置。
【請求項２】
少なくとも１個のすべり軸受がジャーナル軸受であることを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。
【請求項３】
少なくとも１個のすべり軸受がスラスト軸受であることを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。
【請求項４】
ポンプ装置（１６）が加圧水形原子炉の冷却材ポンプであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のポンプ装置。
【請求項５】
ポンプ装置（１６）が沸騰水形原子炉の循環ポンプであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のポンプ装置。
【請求項６】
少なくとも１個のすべり軸受が軸方向に貫流されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載のポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は原子力設備のポンプ装置に関し、特に竪軸形ポンプ装置に関する。
【０００２】
原子力設備において、例えば加圧水形原子炉の冷却材ポンプや沸騰水形原子炉の循環ポンプのような種々のポンプ装置が必要とされる。かかるポンプ装置は一般に大形に設計され、竪軸を有し、もとより安全上の理由から出力容量および寿命について最高品質が要求されている。
【０００３】
すべり軸受で案内されている竪軸を備えた機械の場合、一般に軸流ポンプおよび斜流ポンプの場合に当てはまるように僅かな半径方向液圧力が存在し、通常、半周波数旋回（ω／２旋回とも呼ぶ）として知られている振動が生ずる。かかる周期的な励振は、ハウジング部分や支持構造物における近くの溶接継ぎ目にも不利に作用する非定常運動を生じさせる。
【０００４】
かかるポンプ装置の場合、潤滑膜破壊（ホィップ（軸の振れ回り）とも呼ぶ）の危険も常に存在する。これは、残留アンバランスが半径方向力と同じであるときに現れ、原理的には避けられない。潤滑膜破壊により、軸とブッシュとの材料間接触が生じ、その結果、すべり軸受が損傷してしまうことがある。個々の場合において、潤滑材による減衰のみが材料接触を緩和することができるが、振動挙動自体は抑えられない。
【０００５】
上述の問題は、基本的には、すべり軸受をいわゆる多面軸受として、多くさび潤滑膜形軸受として、多ポケットくさび潤滑膜形軸受として、あるいはティルティングパッド形すべり軸受として特別に形成することによって回避できる。しかしこれらの公知の形式の軸受は、非常に複雑に形成しなければならず、従って、非常に経費がかかる。このために実際には通常、かかる形式の軸受は利用されず、いわゆる軸軌道の監視により、すべり軸受の状態を管理することが試みられている。しかしこの処置では、上述の問題の解消は達成されない。
【０００６】
本発明の課題は、軸受における上述した半周波数旋回の発生問題が簡単に回避されるか少なくとも低減される、原子力設備の竪軸形ポンプ装置を提供することにある。
【０００７】
この課題は特許請求の範囲の請求項１に記載の特徴を有する原子力設備のポンプ装置によって解決される。本発明の有利な実施態様および発展形態は従属請求項に記載されている。
【０００８】
原子力設備の少なくとも１個のすべり軸受で案内された竪軸を備えたポンプ装置において、本発明に基づいて、少なくとも１個のすべり軸受がらせん溝付き軸受として形成されている。
【０００９】
従来では専ら小形軸受の特殊用途に採用されているらせん溝付き軸受は、種々の有利な特性を有する点で優れ、それらの特性をいまや本発明に基づいて、原子力設備における竪軸形の大形ポンプ装置にも利用しようとしている。らせん溝付き軸受の特性は特に、ポンプ軸が良好に心出しされ、ポンプ軸の半周波数渦流が回避され、ないしは少なくとも低減され、これにより、最終的に通常のポンプ装置の上述した材料接触も防止され、ポンプ装置の寿命が長くなる。
【００１０】
その場合、らせん溝付き軸受として形成されたすべり軸受は、ジャーナル軸受並びにスラスト軸受として採用される。
【００１１】
本発明に基づいて形成されたポンプ装置は、例えば加圧水形原子炉の冷却材ポンプとして、あるいは沸騰水形原子炉の循環ポンプとして有利に利用される。
【００１２】
本発明の上述の課題、他の課題、特徴および利点は、以下の図示した有利な実施例を参照しての説明から良好に理解できる。しかし本発明はこの実施例に限定されない。
【００１３】
加圧水形原子炉１０において、普通の「軽水」が減速材として並びに冷却材として利用されている。従って、この原子炉は軽水炉の範疇に入る。
【００１４】
加圧水形原子炉１０は２個の主冷却回路、即ち、一次冷却回路と二次冷却回路とを有する。一次冷却回路１４は、炉心を備えた原子炉圧力容器１２と、主冷却材ポンプ１６と、蒸気発生器１８と、それらの接続配管とから成っている。さらに公知のように、加圧器２０が設けられている。
【００１５】
主冷却材ポンプ１６は冷却材（約２９０℃の清浄水）を厚肉の鋼製原子炉圧力容器１２に搬送し、そこで冷却材はまず環状通路を下向きに流れる。その冷却材は圧力容器底で方向転換され、原子炉圧力容器１２内における燃料棒を下から上に洗流する。その際、冷却材は燃料棒を冷却し、これにより、冷却材は約３２５℃に加熱される。そのようにして吸収した熱は、続いて蒸気発生器１８において二次冷却回路２２に放出される。その冷却水は再び２９０℃に冷却され、主冷却ポンプ１６によって原子炉圧力容器１２に戻される。その場合、約１６０バールの高い運転圧力は、一次冷却回路１４内における水蒸気発生を防止する。
【００１６】
熱エネルギは蒸気発生器１８内において伝熱管を介して二次冷却回路２２に放出され、圧力が約７０バール、温度が２８０℃の高温蒸気を発生させる。その蒸気は熱エネルギをタービン２４に伝え、そこで、タービン２４に連結された発電機２６により、電気エネルギが発生される。そこで冷やされた蒸気は、続いて後続の復水器２８において約３０℃〜３５℃の水に凝縮され、その水は給水として蒸気発生器１８にポンプ搬送される。その凝縮熱は、通常、復水器冷却回路３０によって冷却塔を介して大気に放出される。
【００１７】
公知の他の形式の原子炉はいわゆる沸騰水形原子炉である。沸騰水形原子炉（図示せず）の場合、冷却材として利用される水は、原子炉圧力容器内における燃料集合体の燃料棒において既に沸騰し、これにより、タービン・発電機・設備に対する蒸気が既に原子炉内で生じ、別個の蒸気発生器は必要とされない。原子炉圧力容器に導入された水は、循環ポンプによって環状通路に送られ、原子炉圧力容器の下部に搬送される。その水はそこから炉心を上向きに貫流し、その際、熱を吸収し、蒸気・水混合体として原子炉圧力容器から出る。
【００１８】
原子力設備自体は本発明の対象ではないので、その構造および機能についての詳細説明は省略し、関連文献を参照されたい。
【００１９】
加圧水形原子炉の上述の主冷却材ポンプ並びに沸騰水形原子炉の循環ポンプは、他のポンプのように、すべり軸受（ジャーナル軸受および／又はスラスト軸受）で案内された竪軸を有している。それらのすべり軸受は、本発明に基づいて、いわゆるらせん溝付き軸受として形成されている。
【００２０】
ここで述べたらせん溝付き軸受は、流体（油、グリース、水）で完全に取り囲まれ、従って、いわゆる「露出表面」が存在しない。通常のすべり軸受けではくさび潤滑膜域が周方向では限定されているので、軸の部分円周にわたってしか圧力発生は生じないが、らせん溝付き軸受の場合には、全周にわたり分布された溝のために、全周にわたって圧力発生が存在する。これによって、回復力も全周にわたり十分に一様に分布して生ずる。全周にわたり一様に分布された回復力は、軸が良好に心出しされ、半周波数旋回が高い確率で抑制される働きをする。これにより、軸の定常回転が向上され、通常のすべり軸受の上述した振動挙動が完全に防止され、その結果、それぞれのポンプ装置の出力性能が向上され、材料負荷が減少され、そのようにして、ポンプ装置の寿命が長くなる。
【００２１】
また、らせん溝付き軸受のポンプ作用によって、混合域がすばやく通過されるので、ポンプ装置の始動性能が改善される。
【００２２】
好適には、それぞれのらせん溝付き軸受は水で潤滑され、これにより、表面の露出を特に十分に防止することができる。
【００２３】
他の利点は、らせん溝付き軸受が通常のすべり軸受の特性を無条件に有し、従って、潤滑材完全喪失時でも、通常のすべり軸受で考慮されている緊急運転特性が利用できる、ことにある。
【００２４】
さらに、らせん溝付き軸受の軸受金は、好適には、円筒状に設計され、従って、簡単に製造できる。これにより、らせん溝付き軸受を製造するために、特殊工具あるいは特殊機械は不要である。
【００２５】
らせん溝付き軸受はジャーナル軸受並びにスラスト軸受として採用できる。スラスト軸受の場合、通常利用されているミッチェル軸受に比べて、かなり大きな負荷容量を有するという利点がある。
【００２６】
らせん溝付き軸受は、確かに従来において知られているが、従来は専ら比較的小形に設計された精密軸受に対して採用されていた。例えばここでは、レーザプリンタにおけるスキャナーの多角ミラーの回転運動可能軸受が挙げられる（例えば独国特許第１９７１２４３２号明細書参照）。
【００２７】
原子力設備に使用する場合、らせん溝付き軸受を備えたポンプは、以下の特に良好な特長を有する。即ち、
−  それぞれの軸受は冷却・潤滑液で完全に取り囲まれる。
−  軸受（ジャーナル軸受あるいはスラスト軸受）の軸方向貫流が利用される。
−  潤滑材として水が利用される。
−  特に大形に設計された高速回転軸に対して利用される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明が利用されている加圧水形原子炉の構造の概略構成図。
【符号の説明】
【００２９】
１０    原子力設備
１２    原子炉圧力容器
１４    一次冷却回路
１６    主冷却材ポンプ
１８    蒸気発生器
２０    加圧器
２２    二次冷却回路
２４    タービン
２６    発電機
２８    復水器
３０    復水器冷却回路
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年5月12日(2008.5.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子力設備（１０）の少なくとも１個のすべり軸受で案内された竪軸を備えたポンプ装置（１６）において、
少なくとも１個のすべり軸受が、ジャーナル軸受であり、らせん溝付き軸受として形成されていることを特徴とする原子力設備のポンプ装置。
【請求項２】
ポンプ装置（１６）が加圧水形原子炉の冷却材ポンプであることを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。
【請求項３】
ポンプ装置（１６）が沸騰水形原子炉の循環ポンプであることを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。
【請求項４】
少なくとも１個のすべり軸受が軸方向に貫流されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のポンプ装置。
【国際調査報告】
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