JPH0742687A

JPH0742687A - インターナルポンプの逆転防止装置

Info

Publication number: JPH0742687A
Application number: JP5190238A
Authority: JP
Inventors: Yasutane Amasaka; 康種天坂
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-07-30
Filing date: 1993-07-30
Publication date: 1995-02-10
Anticipated expiration: 2015-04-04
Also published as: JP3028901B2

Abstract

(57)【要約】【目的】カムの摩耗を減らして寿命を延ばし、定期点検
のときの摩耗の測定も容易にする。【構成】カム26の内輪との接触面にＴｉＮ又はＴｉＣの
イオンプレーティング被膜を厚さ３〜７μｍの厚さに形
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子炉圧力容器に取り
付けられてこの原子炉圧力容器の内部の炉水を強制循環
させるインターナルポンプに係り、特に、このインター
ナルポンプの下部に設けられた逆転防止装置を改良した
インターナルポンプの逆転防止装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４（ａ）は、複数のインターナルポン
プが原子炉圧力容器１に取り付けられた状態を示す斜視
図、図４（ｂ）は、インターナルポンプの作用を示すた
めの部分破断説明図、図４（ｃ）は、インターナルポン
プの縦断面拡大詳細図である。

【０００３】図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すよう
に、インターナルポンプ２は、原子炉圧力容器１の下部
に等間隔に縦に貫設されている。このインターナルポン
プ２は、図４（ｂ）に示すように、上方から炉水を矢印
３で示すように図４（ｃ）で後述する主インペラで吸い
込み、この炉水を図４（ｂ）の矢印４で示すように下側
に吐き出し、この吸い込みと吐き出しによって、炉心５
の内部で炉水を上方に貫流させて炉心５を冷却してい
る。

【０００４】このインターナルポンプ２が複数個設けら
れている理由は、たとえ、１台ないし２台のインターナ
ルポンプが故障しても、残りのインターナルポンプで炉
心５を十分冷却して原子炉を安全に運転するためであ
る。しかし、もし、１台のインターナルポンプが故障し
てそのインターナルポンプが停まると、その故障したイ
ンターナルポンプの上方からこのインターナルポンプの
上端の主インペラに図４（ｂ）の矢印３で示すように流
入する炉水によって、そのインターナルポンプが逆転す
る。すると、このインターナルポンプに組み込まれてい
る一方向回転用のジャーナル軸受（ラジアル軸受）によ
って、このインターナルポンプの回転軸が振動するの
で、炉水の流れが乱れるだけでなく、発電効率が低下す
る。そのため、各インターナルポンプ２の内部には、図
１（ｃ）で詳細後述するような本発明の対象となる運転
防止装置が設けられている。

【０００５】図４（ｃ）において、インターナルポンプ
２は、上端の主インペラ部６と、この主インペラ部６の
下部の原子炉圧力容器１から下方に突き出たケース内に
組み込まれた水中モータ部７と、この水中モータ部７の
下端に設けられた逆転防止装置８で大略構成されてい
る。

【０００６】このうち、上端の主インペラ部６は、水中
モータ部７の軸心から上方に突き出てポンプ軸９の原子
炉圧力容器１の内部に取り付けられた主インペラ10と、
この主インペラ10と同軸にこの主インペラ10の外側に遊
嵌され上端外周と下端内周が原子炉圧力容器１に固定さ
れた案内羽根11で構成されている。

【０００７】一方、水中モータ部７は、外部から破線で
示すように供給されるパージ水12によって、原子炉圧力
容器１の内部の炉水とは完全に分離されている。この水
中モータ部７は、前述したポンプ軸９の下端に図４
（ｃ）において下方から圧入されたポンプ軸９と一体と
なった管状のモータ軸13と、このモータ軸13の外周に挿
入され固定された回転子14と、モータケーシング15の内
周に挿着された筒状の固定子16と、モータ軸13の下端に
一体に形成された冷却水循環用の補助インペラ17で大略
構成されている。

【０００８】このうち、モータ軸13の上端は、モータケ
ーシング15の上端の小径部の内周に挿着された上ラジア
ル軸受18によって、上端のラジアル荷重が支承され、モ
ータ軸13の下端は、同じくモータケーシング15の下部の
小径部の内周に挿着された下ラジアル軸受19によって、
下部のラジアル荷重が支えられている。

【０００９】さらに、補助インペラ17の上面には、上ス
ラスト軸受20が設けられ、補助インペラ17の外周下端の
下部には、モータケーシング15の下端に設けられた下カ
バー23の上面に下スラスト軸受21が載置され、ポンプ軸
９及びモータ軸13のスラスト荷重が支えられている。

【００１０】また、逆転防止装置８は、図４（ｃ）の部
分拡大図を示す図５及びこの図５のＢ−Ｂ断面図（但
し、スペース上90°角度を変えて示してある）を示す図
６のように、補助インペラ17の下端に固定された環状の
外輪22と、この外輪22の中心部に設けられ、下カバー23
の中心部に下から挿着されたキャップ23ａの上端に固定
された断面Ｕ字状の内輪24と、外輪22の内周の上下に相
対向して遊嵌された環状のリテーナリング25Ａ，25Ｂ
と、これらのリテーナリング25Ａ，25Ｂの間に等間隔に
設けられ上下に突き出た軸部26ａが、上下のリテーナリ
ング25Ａ，25Ｂを貫通した複数のカム26と、これらのカ
ム26の外輪22と対向する側の上下に形成された段付部の
外側に巻装された一対のコイルばね33で構成されてい
る。

【００１１】このうち、カム26は、横断面が略菱形の角
柱状で、外輪22及び内輪24と対向する面は弧状に形成さ
れ、材料には、耐食性と耐摩耗性を考慮して、マルテン
サイト系ステンレス鋼（SUS431）が使用され、応力腐食
割れが発生しない最高の硬度（ HrC30程度）に熱処理し
てある。内輪24も同様の材料が使われ同様に熱処理され
ている。

【００１２】このように構成された逆転防止装置８で
は、インターナルポンプの停止中は、一対のコイルばね
33によってカム26は約１kgf の力で内輪24の外周に押圧
されている。しかし、インターナルポンプが起動されて
加速されるに従い、カム26及びコイルばね33に加わる遠
心力によって図６で示すようにＦｃのモーメントが上下
の軸を支点として外側に働き、回転数が 300r.p.m.を超
えると、コイルばね33による押圧力Ｆｓを超えて、各カ
ム26は時計方向に上下に突き出た軸を支点として揺動す
る。すると、各カム26の内輪24側は、図７に示すように
内輪24の外周面と間隙ｓだけ離れ、外輪22との間の摩擦
力によってインターナルポンプの回転数に近づいてい
く。

【００１３】逆に、図７の状態から、インターナルポン
プの停止に伴い、このインターナルポンプの回転数が 3
00r.p.m.以下になると、コイルばね33の押圧力Ｆｓが遠
心力によるモーメントＦｃよりも大きくなって、図８に
示すように各カム26の内輪24側の弧状面の一部が内輪24
の外周に押圧される。この結果、１回の起動停止でカム
26の内輪24側が内輪24の外周を摺動する距離は約８ｍと
なる。なお、上記逆転防止作用は、一般に一方向クラッ
チとして市販されているものと同一である。

【００１４】一方、インターナルポンプ２を駆動する水
中モータ部７は、前述したように炉水と完全に分離した
純水で以下述べるように冷却されている。すなわち、図
４（ｃ）において、ポンプ軸９の回転で補助インペラ17
が回転すると、この補助インペラ17の下部の補助インペ
ラ吸込口31に後述するように吸入された冷却水は、補助
インペラ17に形成された図５で示すポンプ穴17ａから吐
出され、上スラスト軸受20，下ラジアル軸受19を経て回
転子14と固定子15の間を上昇して、これらを冷却すると
ともに、上ラジアル軸受18を経てモータ上部室27に流入
する。すると、この冷却水は、破線で示す配管28を経て
熱交換器29に流入し、この熱交換器29で冷却された後、
同じく破線30で示す配管30を経て補助インペラ吸込口31
に環流する。以下、同様に循環して、水中モータ部７の
回転子14及び固定子15を冷却する。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
構成されたインターナルポンプの逆転防止装置において
は、所定の回転数に達するまでは、カム26は内輪24の外
周に接触した状態で摺動しながら回転するので、始動回
数が増えると、カム26と内輪24の摺動面が摩耗する。特
に、本逆転防止装置は、水中で使用されるので、通常の
油中での使用に比べて摩耗量が増える。すると、横断面
が略菱形に形成されたカム26による楔作用、すなわち、
インターナルポンプの逆転防止機能が損われる。

【００１６】したがって、５年毎に行う定期点検のとき
に逆転防止装置の異常の有無を点検しているが、カム26
の形状が前述したように菱形で且つ弧状部が形成されて
おり、ノギスやマイクロメータ等による測定では、弧状
部の位置で測定値が異なるので、摩耗の検査が正確にで
きないおそれがある。すると、三次元測定器等の特殊な
測定器を必要とするだけでなく、たとえ、この三次元測
定器で測定するにしても、１台あたりのカムの数が多
く、各カムを測定器に装着する段取り時間もかかるの
で、測定に時間がかかり、定められた点検期間内に終え
ることができなくなるおそれもある。

【００１７】そこで、本発明の目的は、カムの摩耗を減
らして寿命を延ばし、短時間且つ正確に点検することの
できるインターナルポンプの逆転防止装置を提供するこ
とである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、回転軸とともに回転する外輪とこの外輪の内側に設
けられた内輪の間に、複数のカムが遊嵌されたインター
ナルポンプの逆転防止装置において、カムの少なくとも
内輪との接触面に、イオンプレーティング被膜を形成し
たことを特徴とする。

【００１９】

【作用】イオンプレーティング被膜は、緻密で、硬度が
高く、したがって、カムの耐摩耗性を飛躍的に向上させ
ることができる。

【００２０】また、被膜の厚さは３〜７μｍ程度におい
て、被膜の密着力が高いことが実験的に判明している。

【００２１】一方、従来のカムの摩耗を測定するときに
は、10〜30μｍ程度の摩耗厚さを測定する必要があった
が、イオンプレーティングの被膜が金属の地肌の色と大
きく異なるため、摩耗によって露出した下地の幅を測定
することで、容易且つ正確に摩耗量を推定でき、逆転防
止装置の交換時期を短時間で判定できる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明のインターナルポンプの逆転防
止装置の一実施例を図面を参照して説明する。図１は、
本発明の要部を示す図で、従来の技術で示した図６に対
応する図である。

【００２３】本発明のインターナルポンプの逆転防止装
置では、図１に示すように、カム26の外周に対して、Ｔ
ｉＮ又はＴｉＣのイオンプレーティングによる、厚さ３
〜７μｍ（平均厚さ５μｍ）の被膜を形成する。なお、
内輪の外面にも施してもよい。

【００２４】この場合、カム26に対しては、内輪24との
摺動面だけに施してもよいが、すると、マスキングが必
要となるので、発明者は、マスキングなしで内輪を含め
て全面に施し、後述するように従来のステンレス鋼（SU
S431）の素材だけのカムとの比較試験を行った。

【００２５】図３は、その試験結果を示すグラフであ
る。この試験は、内輪の外側にカム１個を１kgf の押付
力（一定）で取り付け、内輪を回転させた。実機と同様
の水中で行い、その他の試験条件は、グラフに示してい
るとおりである。

【００２６】図３に示すように、従来のカムと内輪の組
み合せでは、第１回目が 518mg、第２回目が 434mg、第
３回目が 381mgであったのに対し、ＴｉＮ又はＴｉＣの
イオンプレーティング被膜を施したものは、カムの被膜
がＴｉＮ、内輪の被膜が TiCのときが最小で、0.01mgか
ら0.02mg、カムの被膜がＴｉＣ、内輪の被膜がＴｉＮの
ときが最大で、0.08mgから0.11mgまでであった。

【００２７】なお、内輪の摩耗量は測定しなかったが、
カムは、摩耗部分が内輪と摺動している部分で決ってい
るのに対し、内輪側は、接触部分が常に変化しているの
で、摩耗の厚さは少ない。

【００２８】このように構成されたインターナルポンプ
の逆転防止装置においては、カムの被膜の厚さを組み込
む前にあらかじめ正確に記録しておくことによって、図
１のＡ矢視拡大図を示す図２（ａ）及びこの図２（ａ）
の横断面を示す図２（ｂ）に示すように、被膜の摩耗に
よって現れた被膜の色と異なる地肌（SUS431）の幅
（Ｗ）を測定することで、カムの摩耗部分の厚さを容易
に測定することができる。

【００２９】

【表１】

【００３０】表１は、カムの内輪との接触部の曲率から
計算した地肌の幅（Ｗ）とカムの地肌の摩耗量（ｈ）
（半径方向の減少度）を示す。なお、この値は、カムの
被膜の厚さが５μｍのときである。また、話は前後する
が、カムの摩耗量の許容値は、内輪の摩耗を零としたと
き設計上50μｍに製作されている。また、図３で示した
試験条件３kmは、インターナルポンプを 375回起動停止
したときの摺動距離に相当する。

【００３１】したがって、このように構成されたインタ
ーナルポンプの逆転防止装置においては、定期点検（５
年毎）のときに、目視やノギス或いは物差しで図２で示
したカムの摩耗幅Ｗを測定することによって、残存寿命
を容易に知ることができる。また、実際には、図３の試
験結果で示すように、従来のインターナルポンプの起動
回数では、原子炉の寿命とされている40年間においての
交換の必要はないのであるが、工場における出荷前の試
験を含め何らかの条件で起動回数が増えてカムの摩耗が
増えたときでも、交換の時機を予測することもできき
る。

【００３２】なお、上記実施例では、イオンプレーティ
ング被膜としてＴｉＮやＴｉＣのときで説明したが、Ｓ
ｉＣ，Ａｌ₂Ｏ₃やＰａＣのイオンプレーティング被膜
を形成してもよい。

【００３３】また、上記実施例では、被膜はカムと内輪
の双方に形成した例で説明したが、内輪側は省いても勿
論よく、さらに、被膜の厚さは、平均５μｍのときで説
明したが、更に薄くても厚くてもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上、請求項１に記載の発明によれば、
回転軸とともに回転する外輪とこの外輪の内側に設けら
れた内輪の間に、複数のカムが遊嵌されたインターナル
ポンプの逆転防止装置において、カムの少なくとも内輪
との接触面に、イオンプレーティング被膜を形成するこ
とで、カムの内輪との接触面の耐摩耗性を上げるととも
に、定期点検のときの摩耗の進行度の測定を容易にした
ので、寿命を延ばし、短時間に容易に点検することので
きるインターナルポンプの逆転防止装置を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインターナルポンプの逆転防止装置の
一実施例を示す部分断面図。

【図２】（ａ）は、図１のＡ矢視拡大図。（ｂ）は、
（ａ）の横断面図。

【図３】本発明のインターナルポンプの逆転防止装置の
作用を示すグラフ図。

【図４】（ａ）は、従来のインターナルポンプが原子炉
圧力容器に取り付けられた状態を示す斜視図。（ｂ）
は、従来インターナルポンプによる原子炉圧力容器内の
冷却水の流れを示す部分破断説明図。（ｃ）は、従来の
インターナルポンプの縦断面拡大詳細図。

【図５】従来のインターナルポンプに取り付けられた逆
転防止装置を示す縦断面図。

【図６】図５のＢ−Ｂ断面図。

【図７】従来のインターナルポンプの逆転防止装置の作
用を示す部分断面図。

【図８】従来のインターナルポンプの逆転防止装置の図
７と異なる作用を示す部分断面図。

【符号の説明】

１…原子炉圧力容器、２…インターナルポンプ、５…炉
心、６…主インペラ部、７…水中モータ部、８…逆転防
止装置、17…補助インペラ、22…外輪、24…内輪、25
Ａ，25Ｂ…リテーナリング、26…カム、Ｗ…地肌の幅。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転軸とともに回転する外輪とこの外輪
の内側に設けられた内輪の間に、複数のカムが遊嵌され
たインターナルポンプの逆転防止装置において、前記カ
ムの少なくとも前記内輪との接触面に、イオンプレーテ
ィング被膜を形成したことを特徴とするインターナルポ
ンプの逆転防止装置。