JPS589279B2 - 竪型ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は竪型ポンプ、特に逆止め弁を有する原子炉冷
却材用竪型ポンプに関するものである。

当該技術でよく知られた原子力蒸気供給系においては、
該燃料を有する燃料集合体が原子炉容器内に収納されて
いて普通に理解される方法で熱を発生する。

高速増殖炉の場合は液体ナトリウムである冷却材が燃料
集合体と熱伝達関係で原子炉容器中を循環して、燃料集
合体の熱が冷却材に伝えられる。

しかる後冷却材は配管により熱交換器へ導かれてから原
子炉容器へ戻り、一般に一次ループと呼ばれる通路を通
る。

一方、このような一次ループを貫流するこの冷却材は一
次冷却材又は一次流体と呼ばれている。

一次冷却材は熱交換器を通過しながら熱を二次冷却材又
は二次流体に伝達する。

次に二次冷却材は蒸気発生器に導かれ、当該技術に習熟
した者がよく知っている方法で蒸気を発生する。

かかる二次冷却材が通る通路は一般に二次ループと呼ば
れている。

普通に知られている原子力蒸気供給系の多くには原子炉
容器に関して対称的に配置された三つの一次ループがあ
る。

一次冷却材をこれ等のループに循環するため、各一次ル
ープに循環ポンプが備えられていて一次冷却材を各一次
ループを通るように圧送する。

原子炉運転中、三つの循環ポンプは一次冷却材を同時に
原子炉容器中へ圧送し、そこで三つの一次冷却材流は混
合してその中の燃料集合体と熱伝達関係で通過する。

一次冷却材はこの原子炉容器から出て三つの一次ループ
の残りの部分へ入る。

通常の原子炉状態下では三つの一次ループは協同的に作
用するが、異常状態下では一次ループの相互連結が系に
損傷を及ぼす結果になることがある。

系に損傷をもたらすことがあるかかる異常状態の一つは
、循環ポンプの一つが、他のポンプが運転を続けていて
も、故障することである。

このような場合、運転している循環ポンプによって一次
冷却材がその通常流の逆方向に非運転ポンプの一次ルー
プを通るように導かれ、非運転ポンプのロータを設計と
は反対の方向に回転させる。

循環ポンプロータのかかる逆転は同ポンプに当該技術で
よく知られたような重大な損傷を生じさせうる。

他のポンプが運転している時に非運転ポンプを通る逆流
の防止も重要であるが、それが唯一の考慮すべき問題で
はない。

別の重要な問題は、全ポンプがプラントの電力事故の際
のように同時に動かなくなる場合に、一次ループを通る
一次冷却材の自然循環を許容して原子炉容器中の炉心の
冷却を容易にするために、一次ループの通路を開いて置
かねばならないことである。

循環ポンプの一つが動かなくなった時に逆流を防止し且
つ全ての循環ポンプが動かなくなった時に自然循環を許
容するものとして知られている装置の一つは配管網に設
けられるスイング弁である．この種の装置即ちスイング
弁は、第６図に示すようにヒンジ装置１により配管２の
水平部分の内側に取り付ける実質的に円形の金属板３か
ら成っている。

該金属板３は、矢印４で示す方向に流れがある通常運転
時には、符号３ａで示す位置に回動ずるが、強い逆流（
矢印４とは逆の方向）の下ではヒンジ装置１を中心とし
てストツパ５に向かって枢回してヒンジ装置に関して鋭
角を形成する位置３ｂに至り、こうして流路を塞ぐよう
になっている。

しかし、全ての循環ポンプが作動していない時には、金
属板３は実線で示した垂直姿勢でヒンジ装置１から垂下
するので、冷却材が金属板３の下端とストツパ５との間
を矢印６で示すように流れて一次ループを通る自然循環
を許容する。

この理由は、自然循環流が金属板を強制して流れを遮断
するに必要な鋭角を形成するに足るほど強くないからで
ある。

この装置は逆流問題のあるものを解決するが、ヒンジ装
置と金属板の取付けのために摩耗表面及び高温冷却材の
状態下で自己溶接されやすい表面を生じ、これが頻繁な
保守サービスを必要とすると言う別の問題を生む。

一次冷却材が液体ナトリウムの場合、酸素に触れるよう
になることがあるこの装置中の液体ナトリウムの残りが
酸素に触れた時に激しく燃焼するであろうから、この装
置は、流れに関する諸問題を解決できるだけでなく、液
体ナトリウムの検査及び排除のために完全に排流できな
ければならない。

更に、この装置は一次ループの長さを実質的に増加する
ことなく、或は原子力蒸気供給系のコストを増大するこ
となくこの系におけるか酷な熱的過渡状態に耐えうるも
のでなければならない。

逆流を防止できる逆止め弁式のものは当該技術において
種々知られているが、これ等は原子力蒸気供給系におけ
る流れの諸問題をすっかり解決できるものではない。

適当な条件下で両方向への流れを許容する逆止め弁は多
数ある。

これ等の逆止め弁は一般にフロート部材から成っていて
、同フロート部材は弁座の形に一致するように造られた
第一端部と、弁座の反対側にある弁開口にかぶさりうる
翼付き外形に形成された第二の端部とを有して、弁開口
を通り翼付き外形との間を流れる流れを許容する。

常規的状態下では、翼付き外形を通過することにより流
体は弁を貫流できるが、ある圧力状態下ではフロート部
材の第一端部が弁座に押し付けられて弁を通る流れを防
止する。

これ等の弁は所要の作用を行なうが、最適の作動効率を
得るために特別な外形を必要とすると言う目的のために
は適切なものではない。

また、液体ナトリウムで冷却される原子炉用の竪型ポン
プにおいては、取り扱われる流体が液体ナトリウムであ
ることから、逆止め弁は高感度であり、そして、好まし
くはポンプを保繕作業のため取外す時に、修理を受ける
必要がある。

従って、この種の逆止め弁は取外し可能であることが要
求され、また、逆止め作用が確実に得られることが要求
される。

これ等の要求を満たすために、本発明の竪型ポンプは、
自由浮動式逆止め弁を有し底から吐き出す竪型ポンプに
おいて、このポンプの出口ノズル近くに配置されて該出
口ノズルに接続された実質的に垂直の吐出し通路と、前
記出口ノズル近くにある前記吐出し通路の出口から離隔
された吐出し通路への入口に形成された弁座と、前記吐
出し通路内に配置されてその中を通る冷却材の逆流状態
下で前記弁座に係合し前記ポンプ中の逆流を防止する中
空球の弁部材と、前記冷却材が通過できる開口を有して
、前記弁部材を吐出し通路の出口から離して支持するた
め前記弁部材の下側に取り付けられたかご状部材とを備
えており、このように前記かご状部材により弁部材を支
持することによって冷却材が前記かご状部材を経て前記
出口ノズルを通過できるようになっており、前記弁部材
及び前記かご状部材は前記ポンプと一緒に取外し可能な
ように前記吐出し通路に配設されている。

この発明は添付図面に一例としてだけ示した好適な実施
例についての以下の説明から一層容易に明らかとなろう
。

原子炉冷却材のポンプを原子炉運転の際に有効に使用す
るためには、同ポンプはある流量でそこを通る冷却材の
循環を許容する能力があると同時に、大流量でそこを通
る逆流を防止できることが必要である。

この発明はかかるポンプにこれ等の能力を付与するもの
である。

第１図を参照すると、ケーシング１０は冷却材ポンプの
内部構造を囲っている。

ケーシング１０の中間部分に配置されているのは入口ノ
ズル１２で、これは冷却材ポンプを原子炉容器（図示し
ない）に配管網（図示しない）により周知の方法で接続
する。

入口ノズル１２はケーシング１０の下方部分内に置かれ
た集合タンク１４と流体連通している。

集合タンク１４内に配置された入口室１６はその中に入
口空間１８を限定している。

同入口室１６は第一の入口管部分２０と、第二の入口管
部分２２と、皿形部分２４と、テーパ付き部分２６とを
備え、これ等の全ては一部品として製作するか、或は溶
接のような周知の手段で互いに取り付けることができる
。

第一の入口管部分２０及び第二の入口管部分２２は大体
１８０°離れて配置されていて、二つの管状入口で入口
空間１８を作っている。

皿形部分２４は第一の入口管部分２０及び第二の入口管
部分２２と共に入口空間１８の実質的に球形な底部を限
定しており、一方、テーパ付き部分２６は第一の入口管
部分２０及び第二の入口管部分２２と共に入口空間１８
からの出口を限定している。

入口室１６はその一端が入口フランジ２８により集合タ
ンク１４から支持されており、また、テーパ付き部分２
６の端近くにある封止リング３０に取り付けられている
。

この入口室１６は、入口ノズル１２に入った冷却材を集
合タンク１４から冷却材ポンプの加圧機構の中へ案内す
る働きをする。

羽根３４を有する羽根車３２は周知の方法でロータ３６
に装着されて、入口空間１８とその近くで連通ずるよう
封止リング３０で限定された円錐形空間内に置かれてい
る。

ロータ３６はモータ３８内に回転可能に装置されており
、しかも同モータ３８の一体部品であって、モータ３８
の駆動力で回転できるように軸受４０により支持されて
いる。

ロータ３６の回転により羽根車３２及び羽根３４が共に
回転して冷却材を入口空間１８から引張る。

羽根車３２の近くにはデイフユーザ４２が設けられてい
て、羽根車３２を通り過ぎる冷却材の速度並びに圧力を
増大するようになっている。

デイフユーザ４２の外側は入口フランジ２８及び入口室
１６の外側と共にデイフユーザ空間４４を限定しており
、デイフユーザ４２を出た冷却材をここに集めることが
できる。

第２図を参照すると、上部胴４８及び出口フランジ５０
を備える出口室４６が集合タンク１４内に配置されてい
る。

出口フランジ５０は当該技術に習熟した者がよく分かる
方法でその一端で出口ノズル５２近くのケーシング１０
に当接しており、他端でボルト５４により上部胴４８に
取り付けられており、こうして上部胴４８を支持する。

上部胴４８はその上端における入口室１６との接続部か
ら下方へ出口フランジ５０まで延び、その中の最小横断
面積の区域に第一の弁座５６を形成する。

同様に出口フランジ５０はその最小横断面積の区域に第
二の弁座５８を形成する。

上部胴４８は第一の弁座５６及び入口室１６の底部と共
に出口空間６０を限定する。

この出口空間はデイフユーザ空間４４と流体連通してい
て、同デイフユーザ空間４４を去る冷却材を出口ノズル
５２から吐出し可能に集める働きをする。

また、上部胴４８は出口フランジ５０と共に吐出し通路
６２を限定しており、同吐出し通路の中にフロート部材
６４が入っている。

再び第２図を参照すると、フロート部材６４は中空球又
は球殻状の弁部材即ち球形部材６６及びかご状部材６８
を備える。

球形部材６６は中空の不銹鋼球体でよく、これは溶接の
ような一般に知られている方法で同じく不銹鋼の半球形
かご状部材６８に取り付ける。

かご状部材６８は第４図及び第５図に示すように末端で
球形部材６６に溶接される不銹鋼の帯材で形成すること
ができる。

球形部材６６及びかご状部材６８の組合せ重量は、出口
ノズル５２を通る充分な逆流がある時にはフロート部材
６４が上昇して第一の弁座５６に係合するが（第３図に
示すように）、さもなければ第二の弁座５８上に乗るよ
うに選択してある。

かご状部材６８は、フロート部材６４が第二の弁座５８
上に着座している時に冷却材が球形部材６６の周りを流
れて、かご状部材６８を通り抜け、出口ノズル５２の外
に流れるように構成されている。

更に、かご状部材６８はその底部近くに取り付けられた
案内部材７０を有する。

この案内部材は実質的に円筒形の不銹鋼部材であって、
フロート部材６４の移動時に同フロート部材６４と出口
フランジ５０との間の整列を保持し、且つ、ポンプ運転
中の弁座の過剰な摩耗を防止する。

原子炉の通常運転中、冷却材ポンプを使用して液体ナト
リウムのような冷却材を原子炉系の一次ループに循環さ
せる。

冷却材は配管網から入口ノズル１２を通って冷却材ポン
プに入り、集合タンク１４中に集まる。

集合タンク１４から冷却材は、第一の入口管部分２０又
は第二の入口管部分２２のどちらか一方を通って入口空
間１８に入る。

しかる後、普通に知られている方法で羽根車３２及び羽
根３４がモータ３８のロータ３６を軸にして回転する時
、冷却材がこれ等の羽根車３２及び羽根３４の作用によ
って入口空間１８からデイフユーザ４２中へ導かれる。

冷却材はデイフユーザ４２からデイフユーザ空間４４を
経て、第一の入口管部分２０及び第二の入口管部分２２
の外側を回り、出口空間６０の中へ導かれる。

吐出し通路６２と流体連通している出口空間６０がこの
冷却材を吐出し通路６２中へ向け、冷却材は球形部材６
６を回り、かご状部材６８を通り抜けて、出口ノズル５
２から出る。

第一の弁座５６を通って吐出し通路６２に入る冷却材の
力によって、かご状部材６８は第二の弁座５８の上に乗
り、一方、案内部材７０は第２図に示すようにフロート
部材６４を第一の弁座５６との実質的な整列状態に保持
する。

冷却材ポンプのうちの一つが運転ができなくなり、他の
一次ループの他の冷却材ポンプが運転を続けている場合
、運転中の冷却材ポンプは冷却材を逆の路で非運転中の
冷却材ポンプ中に流す。

逆流冷却材が出口ノズル５２に入って吐出し通路６２に
流入し、そこで冷却材が球形部材６６の下側を押してフ
ロート部材６４両端間に圧力差を生じさせ、同圧力差に
よりフロート部材６４を上昇させ第一の弁座５６に第３
図に示すように係合させる。

球形部材６６が第一の弁座５６と係合した時には、逆流
冷却材が第一の弁座５６を通って流れることが防止され
るので、冷却材の逆流が止まり、羽根車３２の逆回によ
り起こっていたかも知れない冷却材ポンプの損傷を防止
する。

案内部材７０はフロート部材６４の上昇時に出口フラン
ジ５０の内側に沿って滑動し、フロート部材６４の垂直
方向整列を保つようになっているので、逆流が終わった
時に、かご状部材６８は重力又は冷却材ポンプを通る順
流のどちらか一方の作用で再び第二の弁座５８上に乗る
ようになる。

フロート部材６４の重量は、逆流がフロート部材６４両
端間に十分な圧力差を生じさせた時に、同フロート部材
６４が上昇するよう選択されている。

この逆流はポンプに自由回転を生じさせる流れより弱い
であろう。

しかし、フロート部材６４の重量はまた、全ての冷却材
ポンプが運転せず、自然循環の逆流ができた場合には、
フロート部材６４が上昇しないで一次ループ中の冷却材
のかかる順方向又は逆方向自然循環を許容するように選
択されている。

勿論、フロート部材６４の正確な重量及び諸元は個々の
ポンプの構造並びに流れ特性に依存している。

例えば、球形部材６６の外径が８８．９ｃｍ（３５ｉｎ
）であり、また、約１．８ｃｍ（ ０．７ ｉｎ）の肉
厚を有する３０４不銹鋼で製造した時には、同フロート
部材６４は約４ ００ｋｇ（ ８８ ０ ｌｂ）の重量
になることがある。

この場合には、４３．４℃（１１０下）でフロート部材
６４の両端間に約０．００７ｋｇ／ｃｍ’ （ ０．
１ ｐｓ ｉ ）の圧力差を生じる逆流がフロート部材
６４を上昇させるであろう。

通常、このような冷却材の自然循環は弱い流れであって
、これは一次ループの温度差により招来される損傷を冷
却材ポンプに生じさせるに足る力のものではない。

このような自然循環を許容する能力は、冷却材ポンプで
運転していなくても原子炉容器中の炉心を冷却できる安
全上の特徴となる。

この発明はまた、かかる安全上の特徴の他に、冷却材が
蓄まりうる区域がないために冷却材を容易に排流できる
能力を与える。

更に、摩耗して度々交換する必要がある枢着部材が何も
ない。

以上のように、本発明によれば、逆止め弁を構成する弁
部材とかご状部材とは、ポンプを取外す時にポンプと一
緒に取外し可能であるから、ポンプと共に修理を受ける
ことができる。

また、弁部材は中空球であるから、鉛直な吐出し通路と
の組合せにより、逆止め作用がより確実に得られる。

詳述すれば通常の吐出し流は、浮力の作用する弁部材を
押し下げて流出するのに対し、逆流は上向き流となり、
中空球の弁部材は逆流に浮力が加わってすみやかに上昇
して弁座に密着し、逆流を確実に阻止する。

【図面の簡単な説明】

第１図は底部に吐出し口を有する典型的な竪型ポンプの
部分断面図、第２図は同竪型ポンプの下方部分の断面図
、第３図はフロート部材が係合して逆流を遮断した状態
を示す竪型ポンプの下方部分の断面図、第４図はフロー
ト部材の部分断面図、第５図は第４図の線ｖ−■から見
た図、第６図は従来装置の一例を示す断面図である。 図中、５２は出口ノズル、５６は第一の弁座、５８は第
二の弁座、６２は吐出し通路、６６は中空球の弁部材、
６８はかご状部材である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 自由浮動式逆止め弁を有し底から吐き出す竪型ポン
   プにおいて、このポンプの出口ノズル近くに配置されて
   該出口ノズルに接続された実質的に垂直の吐出し通路と
   、前記出口ノズル近くにある前記吐出し通路の出口から
   離隔された吐出し通路への入口に形成された弁座と、前
   記吐出し通路内に配置されてその中を通る冷却材の逆流
   状態下で前記弁座に係合し前記ポンプ中の逆流を防止す
   る中空球の弁部材と、前記冷却材が通過できる開口を有
   して、前記弁部材を吐出し通路の出口から離して支持す
   るため前記弁部材の下側に取り付けられたかご状部材と
   を備えており、このように前記かご状部材により弁部材
   を支持することによって冷却材が前記かご状部材を経て
   前記出口ノズルを通過できるようになっており、前記弁
   部材及び前記かご状部材は前記ポンプと一緒に取外し可
   能なように前記吐出し通路に配設されている竪型ポンプ
   。