KR101424038B1

KR101424038B1 - 원자로 냉각재 펌프의 냉각재 회수 장치

Info

Publication number: KR101424038B1
Application number: KR1020120153528A
Authority: KR
Inventors: 박화규; 방상윤; 오명진
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2014-07-28
Anticipated expiration: 2032-12-26
Also published as: KR20130079247A

Abstract

본 발명은 원자로 냉각재 펌프의 냉각재 회수 장치에 관한 것이다. 본 발명은 펌프 케이싱과 실 하우징 중에서 적어도 어느 한 쪽에는 상기 펌프 케이싱과 실 하우징 사이로 누설되는 냉각수를 배수탱크로 모으기 위한 배수유로를 형성함으로써, 펌프 케이싱과 실 하우징 사이에 설치되는 가스켓이 손상되더라도 냉각재가 배수유로를 통해 원자로 배수탱크로 모을 수 있고 이를 통해 냉각재가 냉각재 펌프의 외부로 누설되어 노출되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

Description

원자로 냉각재 펌프의 냉각재 회수 장치{RECOVERY SYSTEM FOR COOLING WATER REAKAGE OF COOLANT PUMP}

본 발명은 원자로에 냉각재를 공급하는 원자로 냉각재 펌프에서 냉각재가 펌프 외부로 누설되는 것을 방지하는 원자로 냉각재 펌프의 냉각재 회수 장치에 관한 것이다.

일반적으로 원자력 발전은 원자로에서 발생된 에너지로 물을 가열하고 이 때 발생되는 증기를 이용하여 터빈 발전기를 가동시키는 원리이다. 이를 위해, 원자력 발전기는 크게 에너지를 발생시키는 원자로, 물을 순환시키는 펌프, 물을 증기로 변환시키는 증기발생기 및 원자로 냉각재 계통의 압력과 체적 제어를 위한 가압기로 구성되어 있다. 원자로 냉각재 계통에는 냉각재를 순환시키기 위한 원자로 냉각재 펌프가 구비되어 있다.

원자로 냉각재 펌프는 약 150ton 이상의 무거운 중량체이다. 원자로 냉각재 펌프는 상측에는 구동원인 모터유닛이 설치되고, 하측에는 모터유닛에 의해 작동하면서 냉각재를 펌핑하여 순환시키기 위한 펌핑유닛이 설치되어 있다. 그리고 모터유닛의 축(이하, 모터축)과 펌핑유닛의 축(이하, 펌프축)은 커플링으로 연결되어 동시 회전하도록 이루어져 있다.

여기서, 펌핑유닛은 높은 온도와 압력, 예를 들면 290.6℃(555℉)와 15.306㎫(2200psi)에서 많은 양의 원자로 냉각재를 이동시킬수 있도록 통상 하단에 임펠러(impeller)를 가지는 수직형 원심펌프로 이루어져 있다.

상기와 같은 원자로 냉각재 펌프의 펌핑유닛은 정상운전시 화학 및 체적제어 계통의 충전펌프로부터 3단 실(seal)의 각 단으로 밀봉수가 공급되고, 이 중 1단 실로 주입되는 밀봉수 중의 일부는 하부 베어링을 냉각 윤활하게 되며, 임펠러와 그 임펠러에 대향되는 디퓨져(diffusor), 그리고 서비스 실(service seal) 사이의 간극(gap)을 통해 펌핑유닛의 펌프 케이싱 안으로 밀봉수를 회수하고 있다.

이때, 밀봉수의 공급 기능이 상실되는 경우에는 재순환 실 주입 라인(recirculation seal injection line)을 개방하여 펌프 케이싱 내의 원자로 냉각수가 재순환되어 밀봉수로 공급되도록 하고 있다.

그러나, 상기와 같은 종래 냉각재 펌프의 펌핑유닛에 있어서는, 펌프 케이싱과 그 펌프 케이싱의 상면에 실링 접촉되는 실 하우징(seal housing) 사이의 접촉면에는 가스켓이 설치되어 있으나, 가스켓이 손상되거나 접촉면이 손상되면 펌프 케이싱의 내부공간으로 펌핑되는 냉각재가 펌프 케이싱과 실 하우징 사이의 접촉면을 통해 누설되어 외부로 노출될 우려가 있었다.

선행기술 문헌: 공개특허공보 10-1991-0014959호.

본 발명의 목적은, 펌프 케이싱과 실 하우징 사이의 접촉면 사이로 냉각재가 누설되는 것을 방지할 수 있는 원자로 냉각재 펌프의 냉각재 회수 장치를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 모터축에 결합되는 펌프축과, 상기 펌프축에 결합되어 회전하면서 냉각재를 펌핑하도록 임펠러가 구비되는 펌핑유닛; 및 상기 펌프축과 그 펌프축을 지지하는 축수부 사이에 밀봉수를 공급하는 실링유닛;을 포함하고, 상기 펌핑유닛을 이루는 펌프 케이싱과 상기 실링유닛을 이루는 실 하우징이 서로 축방향으로 대향되도록 설치되며, 상기 실 하우징 또는 펌프 케이싱 중에서 적어도 어느 한 쪽에는 상기 펌프 케이싱과 실 하우징 사이의 접촉면으로 연통되어 그 접촉면의 냉각재를 배수시키기 위한 배수유로(drain path)가 형성되는 것을 특징으로 하는 원자로 냉각재 펌프의 냉각재 회수 장치가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 펌프 케이싱과 실 하우징 사이의 접촉면에는 적어도 한 개 이상의 가스켓이 설치되고, 상기 배수유로보다 바깥쪽에 적어도 한 개 이상의 가스켓이 배치될 수 있다.

그리고, 상기 가스켓은 두 개가 평면 상에서 소정의 간격을 두고 설치되며, 상기 배수유로는 상기 두 개의 가스켓 사이에 형성되는 공간에 연통되도록 형성될 수 있다.

그리고, 상기 배수유로의 끝단이 대응되는 면에는 냉각재가 담길 수 있도록 배수홈이 형성될 수 있다.

그리고 상기 배수유로는 배수라인을 통해 상기 실링유닛의 입구측에 연결될 수 있다.

본 발명에 의한 원자로 냉각재 펌프의 냉각재 회수 장치는, 펌프 케이싱과 실 하우징 중에서 적어도 어느 한 쪽에는 그 펌프 케이싱과 실 하우징 사이로 누설되는 냉각수를 배수탱크로 모으기 위한 배수유로를 형성함으로써, 펌프 케이싱과 실 하우징 사이에 설치되는 가스켓이 손상되더라도 냉각재가 배수유로를 통해 원자로 배수탱크로 모을 수 있고 이를 통해 냉각재가 냉각재 펌프의 외부로 누설되어 노출되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 원자로 냉각재 펌프에서 밀봉수가 순환 공급되는 구성을 개략적으로 보인 계통도,
도 2는 도 1에 따른 원자로 냉각재 펌프의 일부를 보인 종단면도,
도 3 및 도 4는 도 2의 'A'부를 확대하여 보인 종단면도로서, 도 3은 가스켓이 복수 개인 경우이고 도 4는 가스켓이 한 개인 경우를 보인 도면.

이하, 본 발명에 의한 원자로 냉각재 펌프의 냉각재 회수 장치를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 원자로 냉각재 펌프에서 밀봉수가 순환 공급되는 구성을 개략적으로 보인 계통도이고, 도 2는 도 1에 따른 원자로 냉각재 펌프의 일부를 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 실시예에 의한 원자로 냉각재 펌프(1)는, 모터축(미도시)에 결합되는 펌프축(11)이 구비되어 냉각재를 펌핑하는 펌핑유닛(10)과, 펌프축(11)과 그 펌프축(11)을 지지하는 축수부(미부호) 사이에 밀봉수를 공급하는 실링유닛을 포함한다.

펌핑유닛(10)은 도 2 및 도 3에서와 같이, 펌프 케이싱(12)의 내부에 임펠러(13)가 회전 가능하게 설치되고, 임펠러(13)의 토출측에는 그 임펠러(13)를 통해 펌핑되는 냉각재의 압력을 높이도록 디퓨져(14)가 설치될 수 있다.

임펠러(13)는 펌프축(11)에 임펠러 스터드 볼트(15)에 의해 일체로 결합되고, 펌프축(11)의 하단부위에는 축수부를 이루는 하부베어링(16)이 설치되며, 하부베어링(16)과 임펠러(13)의 사이에는 펌프 케이싱(12)의 내부공간에 담긴 원자로 냉각재가 하부베어링 방향으로 역류하는 것을 방지하기 위한 서비스 실(service seal)(17)이 고정 설치될 수 있다. 서비스 실(17)은 그 저면이 임펠러(13)의 상면과 소정의 간극(gap)만큼 이격되도록 설치될 수 있다.

펌프 케이싱(12)은 소정의 체적을 갖는 내부공간(121)이 형성되고, 펌프 케이싱(12)의 하단에는 흡입구(122)가 형성되며, 펌프 케이싱(12)의 측면에는 원자로의 냉각재 입구와 연통되도록 토출구(123)가 형성될 수 있다. 그리고 펌프 케이싱(12)의 내부공간(121)은 후술할 실링유닛의 재순환 실 주입 라인(257)이 연결될 수 있다.

실링유닛은 도 1 및 도 2에서와 같이 펌핑유닛(10)의 펌프 케이싱(12)에 접촉되도록 설치되고 펌프축(11)의 하단부를 감싸는 실 하우징(seal housing)(21)과, 실 하우징(21)에 관통 결합되어 펌프축(11)의 외주면에 밀봉수를 공급하는 밀봉수 공급부(25)로 이루어질 수 있다. 밀봉수 공급부(25)는 펌프축(11)의 축방향을 따라 복수 단(도면에선, 3단의 예가 개시됨)으로 이루어질 수 있다.

밀봉수 공급부(25)는 충전펌프(미도시)와 연결되는 인젝션 라인(251)과, 인젝션 라인(251)의 중간에 설치되어 밀봉수를 냉각하는 쿨러(252)와, 쿨러(252)의 출구측에서 펌프축(11)을 향해 복수 단으로 분관되어 연통되는 회수형 실링 라인(253)(254)과, 펌프축(11)의 상단부에서 폐루프를 이루며 밀봉수가 순환 공급되는 순환형 실링 라인(255)으로 이루어질 수 있다.

회수형 실링 라인(253)(254)은 펌핑유닛(10)을 기준으로 그 펌핑유닛(10)에 가까운 1단 실링 라인(253)과 2단 실링 라인(254)이 포함되고, 순환형 실링 라인(255)은 펌핑유닛(10)으로부터 가장 멀고 모터에 가장 가까운 3단 실링 라인(255)이 포함될 수 있다. 이 중에서 2단 실링 라인(254)은 3단 실링 라인(255)과 함께 합관되어 배수라인(256)을 형성할 수 있다.

한편, 펌핑유닛(10)의 펌프 케이싱(12)과 인젝션 라인(251)은 도 1에서와 같이 재순환 실 주입 라인(257)으로 연결되고, 재순환 실 주입 라인(257)의 중간에는 그 재순환 실 주입 라인을 선택적으로 개폐하는 재순환 밸브(258)가 설치될 수 있다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 원자로 냉각재 펌프는 다음과 같은 작용 효과가 있다.

즉, 인젝션 라인(251)을 통해 공급되는 밀봉수는 회수형 실링 라인인 1단 실링 라인(253)과 2단 실링 라인(254)을 통해 펌프축(11)과 그 펌프축(11)을 지지하는 축수부 사이로 공급되어 그 펌프축(11)의 외주면과 축수부의 내주면 사이로 펌프 케이싱(12)의 냉각재가 누설되는 것을 방지하는 동시에, 펌프축(11)이 원활하게 회전을 할 수 있도록 윤활 작용을 하게 된다.

여기서, 인젝션 라인(251)을 포함한 인젝션 공급 유로에서 고장이 발생하면 인젝션 라인(251)을 통한 밀봉수의 공급이 중단되는 동시에, 재순환 밸브(258)가 열리면서 펌프 케이싱(12)의 내부공간(121)에 담긴 원자로 냉각수가 재순환 실 주입 라인(257)을 통해 각 실링라인(253)(254)(255)으로 공급된다.

이때, 펌핑유닛(10)의 펌프 케이싱(12)과 실링유닛의 실 하우징(21) 사이에는 가스켓이 설치되지만, 이 가스켓이 손상될 경우에는 펌프 케이싱(12)과 실 하우징(21)의 사이로 냉각재가 누설되어 외부로 노출될 수 있다.

이를 감안하여, 본 실시예에서는 도 3에서와 같이, 실 하우징(21)을 관통하여 양쪽 가스켓(26)(27)들 사이의 공간으로 연통되도록 배수유로(drain path)(211)를 형성하여 펌프 케이싱(12)과 실 하우징(21) 사이로 누설되려는 냉각재를 충전펌프로 회수함으로써 펌프 케이싱(12)과 실 하우징(21) 사이에 설치되는 가스켓이 노후되거나 손상되더라도 그 펌프 케이싱(12)과 실 하우징(21) 사이로 냉각재가 누설되는 미연에 방지할 수 있다.

배수유로(211)는 실 하우징(21)의 반경방향으로 관통되고 그 타단이 배수라인(212)을 통해 원자로 배수탱크(미부호)에 연결되는 제1 배수구멍(211a)과, 제1 배수구멍(211a)의 타단에서 실 하우징(21)의 저면으로 관통되는 제2 배수구멍(211b)으로 이루어질 수 있다. 이로써, 펌프 케이싱과 실 하우징 사이로 누설되려는 냉각재가 제2 배수구멍과 제1 배수구멍을 통해 배수라인(212)으로 회수되고, 이 냉각수는 인젝션 라인(251)을 통해 충전펌프로 회수될 수 있다.

그리고, 실 하우징(21)과 대응되는 펌프 케이싱(12)의 접촉면에는 가스켓(26)(27)들이 각각 삽입되어 고정될 수 있도록 가스켓 삽입홈(121)이 형성될 수 있다. 가스켓 삽입홈(121)은 펌프 케이싱(12)의 평면상에서 반경방향으로 소정의 간격을 두고 형성될 수 있다. 그리고 펌프 케이싱(12)의 접촉면에서 가스켓 삽입홈들 사이의 공간에는 외부로 누설되려는 냉각재가 채워질 수 있도록 소정의 깊이를 갖는 배수홈(122)이 형성될 수 있다. 배수홈(122)은 제2 배수구멍(211b)의 끝단이 대응되게 형성될 수 있다.

여기서, 제2 배수구멍(211b)의 끝단은 가스켓(26)(27)이 복수 개인 경우에는 양쪽 가스켓(26)(27) 사이의 공간으로 연통되도록 형성되는 반면, 도 4에서와 같이 가스켓이 한 개인 경우에는 그 가스켓(27)보다 안쪽에서 펌프 케이싱(12)과 실 하우징(21) 사이로 연통되도록 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

한편, 배수라인(212)의 중간에는 배수유로(211)를 통해 냉각재를 흡입할 수 있도록 배수펌프(213)가 설치되는 것이 바람직할 수 있다.

이렇게 하여, 상기 펌프 케이싱과 실 하우징 사이에 설치되는 가스켓이 손상되더라도 상기 펌프 케이싱과 실 하우징 사이의 접촉면으로 연통되는 배수유로에 의해 냉각재를 충전펌프로 배수시킴에 따라 냉각재가 냉각재 펌프의 외부로 누설되어 노출되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

12 : 펌프 케이싱 121 : 가스켓 삽입홈
122 : 배수홈 13 : 임펠러
21 : 실 하우징 211 : 배수유로
211a : 제1 배수구멍 211b : 제2 배수구멍
26,27 : 가스켓

Claims

모터축에 결합되는 펌프축과, 상기 펌프축에 결합되어 회전하면서 냉각재를 펌핑하도록 임펠러가 구비되는 펌핑유닛; 및
상기 펌프축과 그 펌프축을 지지하는 축수부 사이에 밀봉수를 공급하는 실링유닛;을 포함하고,
상기 펌핑유닛을 이루는 펌프 케이싱과 상기 실링유닛을 이루는 실 하우징이 서로 축방향으로 대향되도록 설치되며,
상기 실 하우징 또는 펌프 케이싱 중에서 적어도 어느 한 쪽에는 상기 펌프 케이싱과 실 하우징 사이의 접촉면으로 연통되어 그 접촉면의 냉각재를 배수시키기 위한 배수유로(drain path)가 형성되는 것을 특징으로 하는 원자로 냉각재 펌프의 냉각재 회수 장치.
제1항에 있어서,
상기 펌프 케이싱과 실 하우징 사이의 접촉면에는 적어도 한 개 이상의 가스켓이 설치되고,
상기 배수유로보다 바깥쪽에 적어도 한 개 이상의 가스켓이 배치되는 것을 특징으로 하는 원자로 냉각재 펌프의 냉각재 회수 장치.
제2항에 있어서,
상기 가스켓은 두 개가 평면 상에서 소정의 간격을 두고 설치되며, 상기 배수유로는 상기 두 개의 가스켓 사이에 형성되는 공간에 연통되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 원자로 냉각재 펌프의 냉각재 회수 장치.
제3항에 있어서,
상기 배수유로의 끝단이 대응되는 면에는 냉각재가 담길 수 있도록 배수홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 원자로 냉각재 펌프의 냉각재 회수 장치.
제1항 내지 제4항의 어느 한 항에 있어서,
상기 배수유로는 배수라인을 통해 상기 실링유닛의 입구측에 연결되는 것을 특징으로 하는 원자로 냉각재 펌프의 냉각재 회수 장치.