JP2931700B2 - インターナルポンプの回転数検出システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は原子炉冷却材を原子炉内
で強制循環させるインターナルポンプに係り、特にポン
プ停止時のインターナルポンプの回転数の変化を計測す
ることができるインターナルポンプの回転数検出システ
ムに関する。

【０００２】

【従来の技術】軽水炉としての沸騰水型原子炉は、図７
に示すように原子炉圧力容器１の底部に原子炉内再循環
ポンプとしてのインターナルポンプ２が取り付けられ
る。インターナルポンプ２は原子炉圧力容器１の底部周
辺に周方向に沿って複数台設置され、そのポンプ駆動に
より炉心３上方の冷却材（炉水）は、図８に矢印ａで示
すようにダウンカマ部４を通って吸い込まれて炉心下部
に吐出され、炉心３に案内されるようになっている。

【０００３】インターナルポンプ２はポンプモータ部５
の回転駆動力をポンプシャフトを介してポンプインペラ
６に伝達し、このポンプインペラ６を回転駆動させるこ
とにより、原子炉圧力容器１内で炉水を強制循環させて
いる。

【０００４】そして、このインターナルポンプ２は、電
源が停止してフリーランになった際、原子炉燃料棒の健
全性を確保するため、ポンプ回転数を緩かに減少させ、
循環させる炉水の減少率を小さくする必要がある。この
ため、ポンプインペラ６とポンプシャフトとを組み合せ
たポンプ回転系の慣性量が大きくなるように設計されて
いる。

【０００５】一方、原子炉炉心の健全性を確保するため
には、この慣性量を確認しておく必要がある。この慣性
量は炉心の安全解析上、慣性定数で定義されている。慣
性定数とは、インターナルポンプ停止前のポンプ回転数
が半分になるまでの時間であり、このインターナルポン
プ停止後のポンプ回転数の時間変化を測定する必要があ
る。その時間変化はインターナルポンプ２が停止する前
の原子炉の状態、つまり冷却材の流体慣性とポンプ停止
前の回転数に依存する。特に、流体慣性の影響は工場試
験等では模擬試験ができないため、実際の原子炉発電プ
ラントに組み込んだ状態で測定する必要がある。

【０００６】また、原子炉発電プラントに組み込まれた
インターナルポンプ２のポンプシャフトの回転数は、ポ
ンプインペラ６部を駆動するポンプモータ５の回転を計
測する回転計により測定され、この回転計によりポンプ
モータ５の１回転当たり１パルスのパルス発生を計測し
てインターナルポンプ２の回転数を検出していた。

【０００７】しかしながら、回転計の計測によるポンプ
回転数の検出では、ポンプ回転数が短時間で減衰するポ
ンプ停止時の回転数の変化を精度よく検出することがで
きない。ポンプ停止時のポンプシャフト回転数の変化を
検出するためには、ポンプケーシング内にポンプシャフ
トの回転数を検出する回転検出器を設け、この回転検出
器からの出力を取り出すための貫通孔をポンプケーシン
グに穿設する必要がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ポンプ
ケーシングに貫通孔を穿設すると、原子炉圧力容器１の
密封性を損うおそれがあり、原子炉圧力容器１の信頼性
を低下させるおそれがある。

【０００９】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、ポンプ回転数を計測するための回転検出器を設
けることなく、ポンプ回転数を高精度に計測することが
でき、原子炉圧力容器の信頼性を充分に確保可能なイン
ターナルポンプの回転数検出システムを提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係るインターナ
ルポンプの回転数検出システムは、上述した課題を解決
するために、原子炉圧力容器の底部に設けられたポンプ
ケーシングと、このポンプケーシング内に収容されたポ
ンプモータと、このポンプモータによって回転駆動され
るポンプインペラとを有し、ポンプインペラの駆動によ
り原子炉圧力容器内で炉水を強制循環させるインターナ
ルポンプにおいて、前記ポンプモータの電源遮断後の磁
界の減衰特性を予め計測する磁界減衰特性計測手段と、
上記電源遮断後の残留電圧を計測する残留電圧計測手段
とを備え、上記残留電圧計測手段により計測された残留
電圧を前記磁界減衰特性で補正して誘導起電圧を計測
し、この誘導起電圧の変化により電源遮断後のポンプ回
転数の変化を検出するようにしたものである。

【００１１】

【作用】インターナルポンプを駆動するポンプモータの
電源を遮断させて、磁界減衰特性計測手段によりこのポ
ンプモータの磁界の減衰特性を予め計測するとともに、
残留電圧計測手段により上記ポンプモータの電源遮断後
の残留電圧を計測し、上記残留電圧計測手段により計測
された残留電圧を、上記磁界減衰特性計測手段により計
測された磁界の減衰特性で補正して、上記ポンプモータ
の電源遮断後の誘導起電圧を計測し、この誘導起電圧の
変化によりポンプモータの電源遮断後のポンプ回転数を
検出するため、原子炉圧力容器にポンプ回転数を検出す
るための孔を穿設する必要がなく、その密封性を保持
し、ポンプモータの残留電圧計測するだけでインターナ
ルポンプの回転数を精度よく計測することができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例について図１ないし図
６を参照して説明する。

【００１３】図１は、本発明の一実施例に係るインター
ナルポンプの回転数検出システムの一実施例を模式的に
示すシステム図、図２は図１はのインターナルポンプの
内部構成を示す縦断面図、図３はインターナルポンプの
磁界の減衰特性を予め計測する磁界減衰特性計測手段を
示す説明図である。

【００１４】軽水炉としての沸騰水型原子炉は、原子炉
圧力容器１０内に炉心部１１が収容され、炉心部１１を
画成する炉心シュラウド１２と原子炉圧力容器１０の内
周壁との間に環状のダウンカマ部１３が形成される。こ
のダウンカマ部１３の下部に複数台のインターナルポン
プ１５が原子炉内再循環ポンプとして周方向に間隔をお
いて配置される。

【００１５】インターナルポンプ１５は、図２に示すよ
うに原子炉圧力容器１０の内部に配置されるポンプ部１
６とその外部に配置されるポンプモータ部１７と、ポン
プモータ部１７の下端に設けられた逆転防止装置１８と
を備えている。このうち、ポンプモータ部１７は、原子
炉圧力容器１０底部のポンプノズル部１９に液密に垂設
されたポンプケーシング２０内に収容される。

【００１６】ポンプケーシング２０は固定子２１を内部
に収容したモータケーシング２２を収容しており、上記
固定子２１内に設けられる回転子２３がモータ軸２４に
取り付けられる。モータ軸２４はポンプシャフト２５の
下部に外嵌されてポンプシャフト２５と一体に結合され
る一方、モータ軸２４は上ラジアル軸受２６および下ラ
ジアル軸受２７により支持される。モータ軸２４の下端
部に補助インペラ２８が設けられ、この補助インペラ２
８もその上下部が上スラスト軸受２９および下スラスト
軸受３０により支持される。ポンプケーシング２０の下
端には下カバー３１が取り付けられてポンプケーシング
２０内を密封している。

【００１７】ポンプシャフト２５はポンプケーシング２
０内を上方に延び、ポンプノズル部１９を貫通して原子
炉圧力容器１０内に入り、シャフト上端にはポンプ部１
６を構成するポンプインペラ３３が装着される。ポンプ
インペラ３３はダウンカマ部１３でポンプノズル部１９
上に着座されたディフューザ３４内に収容される。

【００１８】また、ポンプモータ部１７の上方には、パ
ージ水装置３６が設けられ、このパージ水装置３６の供
給管３７により供給されるパージ水によりポンプモータ
部１７は原子炉圧力容器１０内の炉水から完全に分離さ
れ、供給管３７から供給されたパージ水は排水管３８に
より排水される。

【００１９】ポンプモータ部１７には、このポンプモー
タ部１７を冷却する熱交換器４０が併設されており、こ
の熱交換器４０で冷却された冷却水はポンプモータ部１
７に案内され、ポンプモータ部１７のコイルを有効的に
冷却し、温度上昇を防止している。

【００２０】また、ポンプモータ部１７は図１に示すよ
うに、モータ駆動電源４４に電線（電源ケーブル）４５
を介して接続されており、このモータ駆動電源４４から
供給される駆動電圧によりインターナルポンプ１５がポ
ンプ駆動される。インターナルポンプ１５のポンプモー
タ部１７に通電されると、ポンプモータ部１７が駆動し
てポンプシャフト３５が回転駆動せしめられる。このポ
ンプシャフト２５の回転によりポンプ部１６のポンプイ
ンペラ３３が回転駆動される。このインペラ３３の回転
駆動により、原子炉圧力容器１０内の炉水は上部からダ
ウンカマ部１３を通って吸込口１６ａから吸い込まれ、
下部の吐出口１６ｂから炉心部１１の下方に吐出され
る。吐出された炉水は続いて炉心部１１に案内され、原
子炉圧力容器１０内を強制循環せしめられるようになっ
ている。

【００２１】ところで、このインターナルポンプ１５の
回転数検出システムにおいては、モータ駆動電源４４か
らインターナルポンプ１５に延びる電線（電源ケーブ
ル）４５にポンプ回転数検出装置４６が設けられる。こ
の回転数検出装置４６は電線４５の途中から分岐された
計測電線４７を備え、この計測電線４７の他端側はアッ
テネータ４８に接続される。アッテネータ４８は高電圧
を記録計４９に入力可能な電圧に低下させるようになっ
ている。

【００２２】アッテネータ４８は電圧波形を記録する記
録計４９に信号線５０を介して接続され、この記録計４
９に電圧値（電圧波形）の時間変化が記録されるように
なっている。このアッテネータ４８と記録計４９から残
留電圧計測手段５１が構成され、この残留電圧計測手段
５１で、インターナルポンプ１５への電源遮断後のポン
プモータ部１７の残留電圧を計測するようになってい
る。

【００２３】ところで、インターナルポンプ１５の運転
中にポンプモータ部１７のモータ駆動電源４４が突然遮
断されると、モータ回転系は大きな慣性力を有するため
に、モータシャフト２５は回転数が徐々に低下してい
き、やがて停止する。

【００２４】このモータシャフト２５が電源遮断後から
完全に停止するまでの時間、このモータシャフト２５と
一体回転するロータ（回転子）２３側に残留する電流で
ポンプモータ部１７に磁界が発生し、この磁界がステー
タ（固定子）２１に作用して発電が行なわれる。このと
き、インターナルポンプ１５のポンプモータ部１７は発
電機として機能する。このため、モータ駆動電源４４に
接続された電線４５に電圧が発生する。電源遮断後発生
するこの起電圧は、磁界の強さとモータシャフト２５お
よびロータ２３の回転速度に比例する。

【００２５】ところが、ロータ２３の残留磁界が一定で
あれば、電源遮断後のピーク電圧がロータ２３の回転数
と一致する（図６参照）が、ポンプ回転系の慣性により
回転するロータ２３内の磁界は短時間で減衰してしま
う。このため、磁界の減衰が電源遮断後発生する電圧値
の減衰に影響を与えることになる。したがって、この電
源遮断後のポンプモータ部１７は磁界の減衰特性を考慮
してポンプモータ部１７の残留電圧値を補正し、ロータ
２３の回転数に一致するポンプモータ部１７の誘導起電
圧の変化を求めれば、ロータ２３、すなわちモータシャ
フト２４やポンプシャフト２５の精密な回転数の変化を
求めることができる。

【００２６】この磁界の減衰特性は、ポンプモータ部１
７の電気的な特性により決定されるため、予めポンプモ
ータ部１７の磁界減衰特性を単体試験により求めておく
ことができる。

【００２７】インターナルポンプ１５のポンプモータ部
１７の磁界減衰特性を計測する磁界減衰特性計測手段５
２は図３に示すように構成されている。

【００２８】インターナルポンプ１５のポンプモータ部
１７のモータ特性は、単体試験によりチェックが行なわ
れるが、このポンプモータ部１７は原子炉圧力容器１０
に取り付ける前のものであっても、このポンプモータ部
１７と同一の電気的特性を有するものであってもよい。

【００２９】このポンプモータ部１７は、モータ駆動電
源５４（この電源５４は図１に示すモータ駆動電源４４
であってもよい。）に電気的に接続される一方、電源５
５に接続された外部モータ５６に着脱可能に連結され
る。そして、モータ駆動電源５４からポンプモータ部１
７に接続される電線５７には、ポンプモータ部１７の電
源遮断後の起電圧の変化を計測する起電圧計測装置５８
が接続される。

【００３０】しかして、磁界減衰特性計測手段５２によ
るポンプモータ部１７の磁界減衰特性の計測は、次のよ
うに行なわれる。

【００３１】初めに、ポンプモータ部１７と外部モータ
５６とを連結（カップリング）し、両モータ１７，５６
をそれぞれ各電源５４，５５により駆動させて、ポンプ
モータ部１７と外部モータ５６とを同一の回転数で回転
駆動させる。

【００３２】次に、ポンプモータ部１７の電源５４を遮
断し、外部モータ５６をポンプモータ部１７の電源遮断
前の回転数で回転させる。このときのポンプモータ部１
７の起電圧を起電圧計測装置５８により計測し、ポンプ
モータ部１７の起電圧の変化を測定する。つまり、電源
遮断後のポンプモータ部１７の回転数を一定に保持した
状態で、電源遮断後のポンプモータ部１７の起電圧の変
化を起電圧計測装置５８により測定する。

【００３３】このときの起電圧の変化は、ポンプモータ
部１７の回転数が一定なので、ポンプモータ部１７の回
転数変化を考慮しないで電源遮断後のポンプモータ部１
７に発生する磁界の減衰に応じた起電圧の変化となる。
したがって、起電圧計測装置５８によりポンプモータ部
１７の回転数変化を除いた、磁界の減衰特性に応じた起
電圧の変化のみを計測することができるので、逆に起電
圧の変化から、ポンプモータ部１７の磁界減衰特性を求
めることができる。

【００３４】次に、インターナルポンプの回転数検出シ
ステムの作用を説明する。

【００３５】原子炉圧力容器１０に取り付けられるイン
ターナルポンプ１５は、インターナルポンプ１５の運転
前にインターナルポンプ１５のポンプモータ部１７の単
体試験を、図３に示すように行なって、ポンプモータ部
１７の磁界減衰特性を予め求める。この単体試験時に
は、ポンプモータ部１７に外部モータ５６を連結し、同
じ回転数でポンプモータ部１７と外部モータ５６を回転
させる。その後、ポンプモータ部１７への通電を断って
磁界減衰特性手段５２としての起電圧計測装置５８によ
りポンプモータ部１７の起電圧の変化を測定し、この起
電圧変化によりポンプモータ部１７の磁界減衰特性を予
め求める。

【００３６】次に、原子炉圧力容器１０にインターナル
ポンプ１５を取り付け、所要の運転を行ない、原子炉圧
力容器１０内で炉水を強制再循環させる。

【００３７】そして、原子炉圧力容器１０に取り付けら
れたインターナルポンプ１５のポンプモータ部１７のポ
ンプ駆動電源４４が、何らかの原因により遮断される
と、ポンプモータ部１７に残留する残留電圧がアッテネ
ータ４８を介して記録計４９に計測され、記録される。
図４は、このときのポンプモータ部１７のピーク電圧Ｐ
とこのピーク電圧Ｐの近似曲線で示される残留電圧Ｖ₁
を示している。そして、ポンプモータ部１７における残
留電圧の減衰は、ポンプ回転数の減衰と磁界の減衰との
組合せにより決定される。

【００３８】したがって、ポンプモータ部１７の電源遮
断後、記録計４９により計測されるポンプモータ部１７
の残留電圧を、予め求められたポンプモータ部１７の磁
界減衰特性で除算すると、ポンプ回転数の減衰のみによ
る誘導起電圧の変化を求めることができ、この誘導起電
圧の変化からポンプモータ部１７の回転数の変化を求め
ることができる。

【００３９】図５はポンプモータ部１７の残留電圧Ｖ₁
をポンプモータ部１７の磁界減衰特性（磁界の減衰Ｍ）
で補正したポンプモータ部１７の誘導起電圧Ｖ₂ を示す
グラフで、この誘導起電圧Ｖ₂ はポンプ回転数に比例
し、例えば、ポンプモータ部１７のロータ２３の１回転
が４つのピーク電圧Ｐ分に相当している。

【００４０】このため、ポンプモータ部１７の磁界の減
衰比をＲ_P 、ポンプ回転数の変化をＲとすると以下の関
係式が成立する。

【００４１】

【数１】

【００４２】

【数２】

【００４３】このように、インターナルポンプ１５のポ
ンプモータ部１７の電源が遮断されると、残留電圧計測
手段５１の記録計４９によりポンプモータ部１７の残留
電圧を計測し、この測定された残留電圧を磁界減衰特性
計測手段５２で予め計測された磁界減衰特性で補正し、
ポンプモータ部１７の誘導起電圧を計測する。この計測
された誘導起電圧によりインターナルポンプ１５のポン
プシャフト２５の回転数の変化を検出することができ
る。

【００４４】本実施例によれば、インターナルポンプ１
５のポンプモータ部１７とこのポンプモータ部１７に接
続されたモータ駆動電源４４との間に、アッテネータ４
８を介してポンプモータ部１７の残留電圧を計測する記
録計４９を設けるだけで、電源遮断後のインターナルポ
ンプ１５のポンプシャフト２５の回転数を容易にかつ高
精度に検出することができる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、ポンプモ
ータの電源遮断後の磁界の減衰特性を予め計測する磁界
減衰特性計測手段と、このポンプモータの電源遮断後の
残留電圧を計測する残留電圧計測手段とを備え、この残
留電圧計測手段により計測された残留電圧を上記磁界減
衰特性で補正して、ポンプモータの電源遮断後の誘導起
電圧を計測し、この誘導起電圧により上記ポンプモータ
の電源遮断後の回転数を検出するようにしたので、原子
炉圧力容器の信頼性を損うことなく、電源遮断後のイン
ターナルポンプの回転数を高精度に計測することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るインターナルポンプの
回転数検出システムの一部を模式的に示すシステム図。

【図２】図１のインターナルポンプの内部構成を示す縦
断面図。

【図３】インターナルポンプの磁界減衰特性を予め計測
する磁界減衰特性計測手段を示す説明図。

【図４】インターナルポンプのモータ部の電源遮断後の
残留電圧を示すグラフ。

【図５】図４の残留電圧を磁界減衰特性で補正した誘導
起電圧を示すグラフ。

【図６】ポンプ回転数と誘導起電圧の関係を示す図。

【図７】従来の原子炉圧力容器を示す一部破断斜視図。

【図８】従来の原子炉圧力容器を示す縦断面図。

【符号の説明】

１０ 原子炉圧力容器 １１ 炉心 １２ 炉心シュラウド １３ ダウンカマ部 １５ インターナルポンプ １６ ポンプ部 １７ ポンプモータ部 ２０ ポンプケーシング ２１ ステータ ２３ ロータ ２５ ポンプシャフト ４４，５４ モータ駆動電源 ４５ 電線 ４６ ポンプ回転数検出装置 ４７ 計測電線 ４８ アッテネータ ４９ 記録計 ５０ 信号線 ５１ 残留電圧計測手段 ５２ 磁界減衰特性計測手段 ５５ 電源 ５６ 外部モータ ５８ 起電圧計測装置

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原子炉圧力容器の底部に設けられたポン
   プケーシングと、このポンプケーシング内に収容された
   ポンプモータと、このポンプモータによって回転駆動さ
   れるポンプインペラとを有し、ポンプインペラの駆動に
   より原子炉圧力容器内で炉水を強制循環させるインター
   ナルポンプにおいて、前記ポンプモータの電源遮断後の
   磁界の減衰特性を予め計測する磁界減衰特性計測手段
   と、上記電源遮断後の残留電圧を計測する残留電圧計測
   手段とを備え、上記残留電圧計測手段により計測された
   残留電圧を前記磁界減衰特性で補正して誘導起電圧を計
   測し、この誘導起電圧の変化により電源遮断後のポンプ
   回転数の変化を検出するようにしたことを特徴とするイ
   ンターナルポンプの回転数検出システム。