JPH0452431B2 - - Google Patents
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- JPH0452431B2 JPH0452431B2 JP58041388A JP4138883A JPH0452431B2 JP H0452431 B2 JPH0452431 B2 JP H0452431B2 JP 58041388 A JP58041388 A JP 58041388A JP 4138883 A JP4138883 A JP 4138883A JP H0452431 B2 JPH0452431 B2 JP H0452431B2
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
- Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
- Electromagnets (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、原子炉の一次冷却水を炉外へ導き出
すことなく循環させるための炉内ポンプの改良に
関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to an improvement in an in-core pump for circulating primary cooling water in a nuclear reactor without leading it out of the reactor.
一般に、沸騰水型原子力発電プラントでは、原
子炉を熱効率を高めるために原子炉の一次冷却材
(純水)を原子炉で強制的に循環させている。こ
の方法には、一次冷却材の一部を一旦炉外へ導い
てポンプによつて圧力を高め、再び炉内へ導き炉
内に設置されているジエツトポンプを駆動し、炉
内の一次冷却材を循環させる方法と、原子炉内に
炉内ポンプを設置し、これを原子炉圧力容器の外
部から直接モータで駆動することにより、一次冷
却材を炉外へ導く出すことなく循環させる方法が
ある。
Generally, in boiling water nuclear power plants, the primary coolant (pure water) of the reactor is forced to circulate in the reactor in order to increase the thermal efficiency of the reactor. This method involves first guiding a portion of the primary coolant out of the furnace, increasing the pressure with a pump, and then guiding it back into the furnace to drive the jet pump installed inside the furnace. One method is to circulate the primary coolant, and the other is to install an in-core pump inside the reactor and drive it directly with a motor from outside the reactor pressure vessel, thereby circulating the primary coolant without leading it outside the reactor.
後者の方法においては炉内ポンプにより一次冷
却水を循環させているが、この炉内ポンプにおい
ては、冷却水がポンプケーシングおよびポンプシ
ヤフト間の間隙に流れ込むことを封じるためにパ
ージ水を流している。 In the latter method, the primary cooling water is circulated by an in-furnace pump, but in this in-furnace pump, purge water is passed in order to prevent the cooling water from flowing into the gap between the pump casing and the pump shaft. .
ところが、冷却水およびパージ水には温度差が
あるため、この温度差により炉内ポンプの構成部
材に熱応力が発生し、ポンプの信頼性が低下する
おそれがある。 However, since there is a temperature difference between the cooling water and the purge water, this temperature difference may generate thermal stress in the constituent members of the in-furnace pump, reducing the reliability of the pump.
本発明は、このような点に鑑み、冷却水および
パージ水の温度差により発生する熱応力を小さく
抑えて信頼性を向上させるようにした炉内ポンプ
を提供することを目的とする。
In view of these points, it is an object of the present invention to provide an in-furnace pump that improves reliability by suppressing thermal stress caused by the temperature difference between cooling water and purge water.
前述した目的を達成するために、本発明に係る
炉内ポンプは、ポンプケーシング内を挿通するポ
ンプシヤフトの上端に一次冷却水循環用のポンプ
インペラを突設し、このインペラを外筒および内
筒からなるデイフユーザ内に収容し、上記ポンプ
ケーシングおよびポンプシヤフト間にパージ水を
流通するようにしたものにおいて、前記パージ水
の温度を所定温度例えば60℃以上に設定したもの
である。
In order to achieve the above-mentioned object, the in-furnace pump according to the present invention has a pump impeller for primary cooling water circulation protruding from the upper end of a pump shaft inserted into a pump casing, and this impeller is inserted from an outer cylinder and an inner cylinder. The pump is housed in a diff user and allows purge water to flow between the pump casing and the pump shaft, and the temperature of the purge water is set to a predetermined temperature, for example, 60° C. or higher.
以下、本発明を図面に示す実施例により説明す
る。
The present invention will be explained below with reference to embodiments shown in the drawings.
第1図は本発明に係る炉内ポンプを示すもので
あり、原子炉圧力容器1には上下方向に延びるポ
ンプノズル2が形成されており、このポンプノズ
ル2の上端部には上側が小径となるテーパ部3が
形成されている。このポンプノズル2のテーパ部
3の内周面にはモータケーシング4の上端部が取
付けられており、このモータケーシング4はポン
プノズル2内を下方に延在し、下端の大径部5は
原子炉圧力容器1の外部に臨んでいる。前記モー
タケーシング4の大径部5内にはステータ6が固
定配置されており、このステータ6の中心部には
ロータ7が対向配置され、炉内ポンプのモータ部
が形成される。上記ロータ7の上端には前記モー
タケーシング4を挿通して原子炉圧力容器1内に
到達するポンプシヤフト8が突設されている。こ
のポンプシヤフト8の上端にはポンプインペラ9
が突設されており、このインペラ9の外周にはデ
イフユーザ10の外筒11が臨んで、炉内ポンプ
のポンプ部が構成される。この外筒11に連設さ
れたデイフユーザ10の内筒12は前記ポンプノ
ズル2のテーパ部3上に着座しており、このデイ
フユーザ10はストレツチチユーブ13により固
定されている。すなわち、ポンプノズル2および
ポンプシヤフト8間に介装されているストレツチ
チユーブ13の上下端にはそれぞれフランジ1
4,15が周設されており、各フランジ14,1
5が前記内筒12およびポンプケーシング5に形
成された段部16,17に係合して密封的に保持
されている。 FIG. 1 shows an in-reactor pump according to the present invention, in which a pump nozzle 2 extending vertically is formed in a reactor pressure vessel 1, and the upper end of the pump nozzle 2 has a small diameter on the upper side. A tapered portion 3 is formed. The upper end of a motor casing 4 is attached to the inner circumferential surface of the tapered part 3 of this pump nozzle 2. This motor casing 4 extends downward inside the pump nozzle 2, and the large diameter part 5 at the lower end is It faces the outside of the reactor pressure vessel 1. A stator 6 is fixedly disposed within the large diameter portion 5 of the motor casing 4, and a rotor 7 is disposed opposite to the center of the stator 6, forming a motor section of the in-furnace pump. A pump shaft 8 is protruded from the upper end of the rotor 7 and extends through the motor casing 4 to reach the inside of the reactor pressure vessel 1 . At the upper end of this pump shaft 8 is a pump impeller 9.
is provided protrudingly, and an outer cylinder 11 of a diff user 10 faces the outer periphery of this impeller 9, forming a pump section of an in-furnace pump. An inner cylinder 12 of a diff user 10 connected to the outer cylinder 11 is seated on the tapered portion 3 of the pump nozzle 2, and the diff user 10 is fixed by a stretch tube 13. That is, the stretch tube 13 interposed between the pump nozzle 2 and the pump shaft 8 has flanges 1 at its upper and lower ends, respectively.
4, 15 are provided around each flange 14, 1.
5 is engaged with stepped portions 16 and 17 formed on the inner cylinder 12 and the pump casing 5, and is held hermetically.
前記ポンプインペラ9およびデイフユーザ10
の内筒12間からポンプシヤフト8および内筒1
2間に一次冷却水たる炉水が浸入するのを防止す
るためのポンプケージング5にはパージ水導入管
18接続されており、パージ水がポンプケーシン
グ5およびストレツチチユーブ13間に導入され
るようになつている。なお、前記デイフユーザ1
0の外筒11の近傍には炉内構造物19が臨んで
いる。 The pump impeller 9 and the differential user 10
from between the inner cylinder 12 of the pump shaft 8 and the inner cylinder 1
A purge water introduction pipe 18 is connected to the pump casing 5 to prevent reactor water, which is primary cooling water, from entering between the pump casing 5 and the stretch tube 13, so that the purge water is introduced between the pump casing 5 and the stretch tube 13. It's getting old. Note that the differential user 1
A reactor internal structure 19 faces near the outer cylinder 11 of No. 0.
前述した構成によればポンプシヤフト8の回転
によりポンプインペラ9が回転し、炉水は矢部A
で示すように、ポンプインペラ9の上方から導入
されて下方に吐出され、炉内構造物19の下方を
迂回して炉心部に循環される。このとき、前記炉
水の一部はポンプインペラ9および内筒12間か
らポンプシヤフト8および内筒12内に浸入しよ
うとするが、炉水の水圧より若干高い水圧のパー
ジ水(矢印B)がパージ水導入管18からポンプ
ケーシング5内に定量供給されてポンプケーシン
グ5およびストレツチチユーブ13間を上昇し、
炉水を内筒12内から押出すようにしてこの炉水
と合流する。そして、炉水温度雰囲気にあるポン
プシヤフト8の上端部、ポンプインペラ9および
デイフユーザ10の表面に沿うように炉水より低
温のパージ水が流れるためこれらの表面はパージ
水により瞬間的に冷却され温度変動が生じる。ま
た、炉水圧力の変動や炉内ポンプの振動などによ
り前記ポンプシヤフト8、ポンプインペラ9、デ
イフユーザ10の表面の温度変動が周期的に発生
することも十分予想される。 According to the above-described configuration, the pump impeller 9 rotates as the pump shaft 8 rotates, and the reactor water flows through the arrow A.
As shown, the fuel is introduced from above the pump impeller 9, discharged downward, detoured below the reactor internals 19, and circulated to the reactor core. At this time, part of the reactor water tries to enter the pump shaft 8 and inner cylinder 12 from between the pump impeller 9 and the inner cylinder 12, but purge water (arrow B) with a water pressure slightly higher than that of the reactor water A fixed amount of purge water is supplied into the pump casing 5 from the purge water introduction pipe 18 and rises between the pump casing 5 and the stretch tube 13,
Reactor water is pushed out from inside the inner cylinder 12 and merges with this reactor water. Since the purge water, which is lower temperature than the reactor water, flows along the upper end of the pump shaft 8, the pump impeller 9, and the diffuser 10 surfaces, which are in the reactor water temperature atmosphere, these surfaces are instantly cooled by the purge water and the temperature is lowered. Fluctuations occur. Furthermore, it is fully expected that temperature fluctuations on the surfaces of the pump shaft 8, pump impeller 9, and diff user 10 will occur periodically due to fluctuations in reactor water pressure, vibrations of the in-reactor pump, and the like.
ところで、高温に保たれた材料の上に低温の液
体などが触れると、その箇所が収縮しようとし、
一方それを取り巻く他の部分にその部分の変形が
拘束されるために、その箇所に引張りの熱応力が
発生する。もしこの現象が繰返して発生するなら
ば、発生箇所は熱応力の繰返しを受け、その箇所
の材料は疲労損傷を受け、亀裂が発生する可能性
がある。ここにおいて、材料の表面に発生する熱
応力の振幅Δσは、材料表面の温度変動の振幅を
ΔT(℃)、線膨張係数をα(11.2×10-6m/m℃)、
縦弾性係数をE(2.0×104Kg/mm2)、ポアソン比を
ν(0.3)とすれば
Δσ=1EαΔT/2(1−ν)
と表わせる。 By the way, when a low-temperature liquid comes into contact with a material that has been kept at a high temperature, that area tends to contract.
On the other hand, since the deformation of that part is restrained by other surrounding parts, tensile thermal stress is generated at that part. If this phenomenon occurs repeatedly, the location will be subjected to repeated thermal stress, the material at that location will suffer fatigue damage, and cracks may occur. Here, the amplitude Δσ of the thermal stress generated on the surface of the material is the amplitude of temperature fluctuation on the material surface ΔT (℃), the coefficient of linear expansion α (11.2×10 -6 m/m℃),
If the longitudinal elastic modulus is E (2.0×10 4 Kg/mm 2 ) and Poisson's ratio is ν (0.3), it can be expressed as Δσ=1EαΔT/2(1−ν).
発生する熱応力の大きさは炉水とパージ水の温
度差に比例して大きくなる。炉水とパージ水の温
度差はそれらと材料表面との間での熱伝達を行な
うため、炉水およびパージ水と材料表面の間の熱
伝達の割合に影響される。また、炉水およびパー
ジ水が材料表面に交番して接する繰返し周波数に
も依存する。すなわち、材料表面の温度変動は繰
返し周波数に反比例して小さくなる。上記2つの
作用を考慮すれば材料表面の温度変動ΔTは炉水
とパージ水との温度差の50%程度と考えてよい。
したがつて、材料表面に発生する熱応力の振幅
Δσは0.08ΔTとなる。 The magnitude of the generated thermal stress increases in proportion to the temperature difference between reactor water and purge water. The temperature difference between the reactor water and purge water is affected by the rate of heat transfer between the reactor water and purge water and the material surface because heat transfer occurs between them and the material surface. It also depends on the repetition frequency at which reactor water and purge water alternately contact the material surface. That is, the temperature fluctuation on the material surface becomes smaller in inverse proportion to the repetition frequency. Considering the above two effects, the temperature fluctuation ΔT on the material surface can be considered to be about 50% of the temperature difference between reactor water and purge water.
Therefore, the amplitude Δσ of thermal stress generated on the material surface is 0.08ΔT.
一方、炉内ポンプの回転速度は一定なので、炉
水の流速も一定となる。他方、パージ水の流量も
一定であるので、パージ水の温度を前述した3箇
所で、熱応力ができるだけ少なくなるように、か
つ、パージ水によるポンプシヤフト8の冷却効果
が有利である範囲に設定すればポンプの信頼性を
向上させることができる。 On the other hand, since the rotational speed of the in-reactor pump is constant, the flow rate of reactor water is also constant. On the other hand, since the flow rate of the purge water is also constant, the temperature of the purge water is set at the three points mentioned above so that the thermal stress is as low as possible and the cooling effect of the pump shaft 8 by the purge water is advantageous. This will improve the reliability of the pump.
炉内ポンプはできるだけ長時間、たとえば40年
間、取替え、又は補修等をしないことが望まれ
る。パージ水温度を変化させた場合に発生する熱
応力振幅Δσの変化と、ポンプシヤフト8、イン
ペラ9およびデイフユーザ10に用いられている
材料の熱応力振幅Δσの繰返しによる割れ発生ま
での回数を求めることにより、目的とする耐用年
数に対するパージ水温度の下限が定められる。 It is desirable that the in-furnace pump not be replaced or repaired for as long as possible, for example 40 years. To determine the change in the thermal stress amplitude Δσ that occurs when the purge water temperature is changed and the number of times until cracking occurs due to repetition of the thermal stress amplitude Δσ of the materials used in the pump shaft 8, impeller 9, and diff user 10. This determines the lower limit of the purge water temperature for the intended service life.
炉水温度を例えば288℃とした場合についての
パージ水の設定温度について以下にその範囲を示
す。 The range of the set temperature of the purge water when the reactor water temperature is, for example, 288°C is shown below.
第2図はパージ水温度を変化させた場合のポン
プシヤフト8の上端部、ポンプインペラ9および
デイフユーザ10の材料表面の温度変動に伴い発
生する熱応力の大きさをパージ水温度に対して示
したものである。すなわぢ、パージ水の温度が高
くなればなるほど熱応力の大きさは小さくなる。 Figure 2 shows the magnitude of thermal stress that occurs due to temperature fluctuations on the material surfaces of the upper end of the pump shaft 8, the pump impeller 9, and the diffuser 10 as the purge water temperature changes. It is something. In other words, the higher the temperature of the purge water, the smaller the magnitude of thermal stress.
一方、第3図は、ポンプシヤフト8の上端部、
ポンプインペラ9およびデイフユーザ10に用い
られるステンレス鋼について、繰返し負荷される
応力σと破壊までの繰返し数Nfとの関係を雰囲
気環境下において得た実験値の下限値を示したも
のである。この図によれば、繰返し応力Δσが19
Kg/mm2以下では繰返し数に依存しない疲労限度と
なる。さらに、ポンプシヤフト8の上端部、イン
ペラ9およびデイフユーザ10のそれぞれの一部
の表面における温度変動の周期は0.1Hz程度のオ
ーダーと考えられる。したがつて前記3か所には
熱応力の繰返しは40年で1.26×108回程度加わる
と考えられる。この点から第3図に示すように亀
裂発生を防止するためには熱応力19Kg/mm2以下に
抑制することが必要である。熱応力の低減はパー
ジ水温度と炉水温度との差を小さくすることによ
り実現できるが、第2図に示す熱応力とパージ水
温度との関係から、パージ水温度を所定温度、例
えば60℃以上にすれば、プラントの設計寿命の40
年以上にわたり炉内ポンプの当該箇所に割れの発
生はなく、借用期間中の補修または、取替えなど
の作業の必要がなく、高い信頼性を保持できる。 On the other hand, FIG. 3 shows the upper end of the pump shaft 8,
The lower limit of the experimental value obtained in an atmospheric environment is shown for the relationship between the repeatedly applied stress σ and the number of repetitions until failure N f for stainless steel used in the pump impeller 9 and the differential user 10. According to this figure, the repeated stress Δσ is 19
Below Kg/ mm2 , the fatigue limit does not depend on the number of repetitions. Furthermore, the cycle of temperature fluctuations on the upper end of the pump shaft 8, the surfaces of the impeller 9, and the differential user 10 is considered to be on the order of about 0.1 Hz. Therefore, it is thought that thermal stress will be repeatedly applied to the above three locations approximately 1.26×10 8 times in 40 years. From this point of view, as shown in FIG. 3, in order to prevent the occurrence of cracks, it is necessary to suppress the thermal stress to 19 kg/mm 2 or less. Thermal stress can be reduced by reducing the difference between the purge water temperature and the reactor water temperature, but from the relationship between the thermal stress and the purge water temperature shown in Figure 2, it is possible to reduce the purge water temperature to a predetermined temperature, for example 60°C. If above, the design life of the plant is 40
There has been no cracking in the relevant part of the in-furnace pump for over 20 years, and there is no need for repair or replacement work during the loan period, ensuring high reliability.
以上説明したように、本発明に係る炉内ポンプ
は、パージ水の温度を所定温度、例えば60℃以上
としたので、一次冷却水とパージ水との温度差が
小さくなり、したがつて、パージ水により温度変
動を受ける部材の熱応力が小さくなり、高い信頼
性を保持できる。
As explained above, since the in-furnace pump according to the present invention sets the temperature of the purge water to a predetermined temperature, for example, 60°C or higher, the temperature difference between the primary cooling water and the purge water becomes small, and therefore the purge water Thermal stress on components that are subject to temperature fluctuations due to water is reduced, and high reliability can be maintained.
第1図は本発明に係る炉内ポンプの一実施例を
示す縦断面図、第2図はパージ水温度と熱応力と
の関係を示すグラフ、第3図は亀裂発生までの熱
応力とその繰返し数との関係を示すグラフであ
る。
1……原子炉圧力容器、2……ポンプノズル、
4……ポンプケーシング、8……ポンプシヤフ
ト、9……ポンプインペラ、10……デイフユー
ザ、13……ストレツチチユーブ。
Fig. 1 is a longitudinal cross-sectional view showing an embodiment of the in-furnace pump according to the present invention, Fig. 2 is a graph showing the relationship between purge water temperature and thermal stress, and Fig. 3 is a graph showing the thermal stress up to crack initiation and its It is a graph showing the relationship with the number of repetitions. 1...Reactor pressure vessel, 2...Pump nozzle,
4...Pump casing, 8...Pump shaft, 9...Pump impeller, 10...Diff user, 13...Stretch tube.
Claims (1)
トの上端に一次冷却水循環用のポンプインペラを
突設し、このインペラを外筒および内筒からなる
デイフユーザ内に収容し、前記ポンプケーシング
およびポンプシヤフト間にパージ水を流すように
した炉内ポンプにおいて、上記パージ水の温度を
60℃以上に設定したことを特徴とする炉内ポン
プ。1. A pump impeller for primary cooling water circulation is protruded from the upper end of the pump shaft inserted into the pump casing, and this impeller is housed in a differential user consisting of an outer cylinder and an inner cylinder, and purge water is passed between the pump casing and the pump shaft. In the in-furnace pump, which is designed to flow purge water, the temperature of the purge water is
An in-furnace pump characterized by being set at a temperature of 60℃ or higher.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58041388A JPS59168393A (en) | 1983-03-15 | 1983-03-15 | Pump in core |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58041388A JPS59168393A (en) | 1983-03-15 | 1983-03-15 | Pump in core |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59168393A JPS59168393A (en) | 1984-09-22 |
| JPH0452431B2 true JPH0452431B2 (en) | 1992-08-21 |
Family
ID=12606994
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58041388A Granted JPS59168393A (en) | 1983-03-15 | 1983-03-15 | Pump in core |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59168393A (en) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57122398A (en) * | 1981-01-23 | 1982-07-30 | Hitachi Ltd | Seal liquid feeding device for recirculation pump |
-
1983
- 1983-03-15 JP JP58041388A patent/JPS59168393A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59168393A (en) | 1984-09-22 |
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