JP3192797B2 - Internal pump discharge flow rate measuring device and internal pump - Google Patents
Internal pump discharge flow rate measuring device and internal pumpInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業状の利用分野】本発明は、原子炉圧力容器の底部
周縁に配置される再循環用インターナルポンプの吐出流
量を測定する装置及びインターナルポンプに関する。[Industrial shaped FIELD The present invention relates to an apparatus and the internal pump to measure the discharge flow rate of the internal pump recirculation which is located at the bottom periphery of the reactor pressure vessel.
【０００２】[0002]
【従来の技術】周知のように、沸騰水型原子炉では圧力
容器の底部周縁に再循環用インターナルポンプを設けて
いるものが多い。インターナルポンプは、通常、軸流型
に構成されている。そして、インペラを圧力容器の内側
に位置させ、このインペラを駆動するモータを圧力容器
の底部から吊り下げられたモータケース内に収納してい
る。2. Description of the Related Art As is well known, many boiling water reactors are provided with an internal pump for recirculation at the periphery of the bottom of a pressure vessel. The internal pump is usually configured as an axial flow type. Then, the impeller is positioned inside the pressure vessel, and a motor for driving the impeller is housed in a motor case suspended from the bottom of the pressure vessel.
【０００３】図１２にはインターナルポンプの構成例が
示されている。すなわち、図中１は沸騰水型原子炉の圧
力容器を示している。この圧力容器１の底部周縁からモ
ータケース２が吊り下げられている。このモータケース
２内には、ロータ３とステータ４とからなるモータ５が
組込まれており、ロータ３の内側にはポンプ軸６が一体
的に固着されている。ロータ３の下端および上端と静止
部との間にはそれぞれジャーナル軸受７，８が組込まれ
ており、これらによってロータ３が回転自在に支持され
ている。ポンプ軸６の上端部はモータケース２から圧力
容器１の内側へと突出しており、この突出部の先端部に
インペラ９が固着されている。このインペラ９の周囲お
よび下流側にはディフューザ１０が配置されている。FIG. 12 shows a configuration example of an internal pump. That is, in the drawing, reference numeral 1 denotes a pressure vessel of a boiling water reactor. A motor case 2 is hung from the bottom peripheral edge of the pressure vessel 1. A motor 5 including a rotor 3 and a stator 4 is incorporated in the motor case 2, and a pump shaft 6 is integrally fixed inside the rotor 3. Journal bearings 7 and 8 are incorporated between the lower and upper ends of the rotor 3 and the stationary portion, respectively, and the rotor 3 is rotatably supported by these. The upper end of the pump shaft 6 protrudes from the motor case 2 to the inside of the pressure vessel 1, and an impeller 9 is fixed to the tip of the protruding portion. A diffuser 10 is arranged around and downstream of the impeller 9.
【０００４】沸騰水型原子炉には、図１３に示すよう
に、上記構造のインターナルポンプが通常１０台前後取
付けられており、これらで炉心に冷却水を送込むように
している。この図は圧力容器１内の冷却水の循環を縦断
面図と横断面図とを使って模式的に示したもので、図中
１１はシュラウドを示し、１２は炉心支持板部を示し、
実線矢印１３は冷却水の流れを示している。As shown in FIG. 13, a boiling water reactor is usually equipped with about ten internal pumps having the above structure, and these are used to feed cooling water to the reactor core. This figure schematically shows the circulation of the cooling water in the pressure vessel 1 using a longitudinal sectional view and a transverse sectional view, in which 11 shows a shroud, 12 shows a core support plate portion,
Solid arrows 13 indicate the flow of cooling water.
【０００５】モータ５によって回転駆動されたインペラ
９の駆動力でインターナルポンプから吐出された冷却水
は、圧力容器１の底壁内面に沿って流れて炉心部下方で
合流する。原子炉の運転に必要な炉心流量の計測は炉心
支持板部１２に設けられた差圧計によって行われる。The cooling water discharged from the internal pump by the driving force of the impeller 9 rotated and driven by the motor 5 flows along the inner surface of the bottom wall of the pressure vessel 1 and joins below the core. The measurement of the core flow rate necessary for the operation of the nuclear reactor is performed by a differential pressure gauge provided on the core support plate 12.
【０００６】一方、各インターナルポンプの運転状態を
知るために必要なインターナルポンプ個々の吐出流量
は、インターナルポンプの上流・下流の圧力差（ポンプ
デック差圧）を計測する方法や、インターナルポンプの
上流部あるいは下流部の冷却水流路にフローノズルやベ
ンチュリ管のような流量測定素子を設けるなどの方法で
計測される。On the other hand, the discharge flow rate of each of the internal pumps required to know the operation state of each internal pump is determined by measuring the pressure difference between upstream and downstream of the internal pump (pump differential pressure), It is measured by a method such as providing a flow rate measuring element such as a flow nozzle or a venturi tube in a cooling water flow path at an upstream portion or a downstream portion of the null pump.
【０００７】しかしながら、ポンプデック差圧を計測す
る方法では、複数台のインターナルポンプ間で回転数に
ばらつきのある場合には測定精度が落ちる問題があっ
た。また、冷却水流路に直接、流量測定素子を設ける方
式では、圧力容器内部の構造が複雑になり、インターナ
ルポンプの分解点検等の保守作業を難しくする欠点があ
った。However, in the method of measuring the pump deck differential pressure, there is a problem that the measurement accuracy is reduced when the rotational speed varies among a plurality of internal pumps. Further, in the method in which the flow rate measuring element is provided directly in the cooling water flow path, the internal structure of the pressure vessel is complicated, and there is a disadvantage that maintenance work such as disassembly and inspection of the internal pump becomes difficult.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の測
定手法では、各インターナルポンプの回転数にばらつき
のある場合に測定精度が落ちたり、あるいは保守性を悪
化させたりする問題があった。As described above, in the conventional measuring method, there is a problem that the measuring accuracy is lowered or the maintainability is deteriorated when the rotation speeds of the internal pumps vary. .
【０００９】そこで本発明は、上述した不具合を解消で
き、保守点検が容易で、個々のインターナルポンプ吐出
流量を精度良く測定できるインターナルポンプの吐出流
量測定装置及びインターナルポンプを提供することを目
的にしている。Accordingly, the present invention provides an internal pump discharge flow rate measuring device and an internal pump which can solve the above-mentioned problems, can easily perform maintenance and inspection, and can accurately measure the internal pump discharge flow rate. I am aiming.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するために、本発明では、インターナルポンプのインペ
ラの回転による駆動力でポンプ吐出流量が発生する際
に、吐出冷却水からの反力でインペラに流体力が加わ
り、さらにこの流体力の方向・大きさがポンプ回転数と
吐出流量に依存することに着目している。In order to achieve the above object, according to the present invention, when a pump discharge flow rate is generated by a driving force due to rotation of an impeller of an internal pump, a reaction force from discharge cooling water is generated. Pays attention to the fact that a fluid force is applied to the impeller and the direction and magnitude of the fluid force depend on the pump rotation speed and the discharge flow rate.
【００１１】すなわち、本発明に係る吐出流量測定装置
は、インターナルポンプにおけるポンプ軸の変位を計測
する変位計と、インターナルポンプの回転数を計測する
回転計と、この回転計の出力と変位計の出力とを導入
し、この両値が関与する関係に予め求められている吐出
流量データを参照して吐出流量値を出力する吐出流量較
正手段とを備えている。That is, a discharge flow rate measuring device according to the present invention comprises a displacement meter for measuring a displacement of a pump shaft in an internal pump, a tachometer for measuring a rotation speed of the internal pump, and an output and displacement of the tachometer. And a discharge flow rate calibrating means for outputting a discharge flow rate value by referring to discharge flow rate data obtained in advance in a relationship between the two values.
【００１２】[0012]
【作用】インペラに加わる流体力の方向・大きさがポン
プ回転数と吐出流量に依存することに着目して構成され
ているので、ポンプデック差圧を計測する方式や冷却水
流路にフローノズルやベンチュリ管を設ける方式に較べ
て構成の複雑化を招くことなく、しかも精度の高い測定
が可能となる。[Function] Since the configuration is based on the fact that the direction and magnitude of the fluid force applied to the impeller depend on the pump rotation speed and the discharge flow rate, a method for measuring the pump deck differential pressure and a flow nozzle or a flow nozzle in the cooling water flow path are used. Compared to the method in which a Venturi tube is provided, measurement can be performed with high accuracy without complicating the configuration.
【００１３】[0013]
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。まず、具体的な実施例を説明する前に、本発明装置
の測定原理を説明する。Embodiments will be described below with reference to the drawings. First, before describing a specific embodiment, the measurement principle of the apparatus of the present invention will be described.
【００１４】今、図２(a) に示すように、１つのインタ
ーナルポンプのインペラ９に着目してみると、このイン
ターナルポンプの吐出流量とインペラ９に加わる水平方
向の流体力Ｆｅとの間には、図２(b),(c) に示すよう
に、吐出流量の変化に応じて流体力Ｆｅの大きさおよび
方向が変化し、流量の多いときには流体力Ｆｅの大きさ
が増大し、その方向が圧力容器１の中心に向かう関係が
ある。Attention is now directed to the impeller 9 of one internal pump, as shown in FIG. 2 (a), and the relationship between the discharge flow rate of this internal pump and the horizontal fluid force Fe applied to the impeller 9 will be described. In the meantime, as shown in FIGS. 2B and 2C, the magnitude and direction of the fluid force Fe change in accordance with the change in the discharge flow rate, and when the flow rate is large, the magnitude of the fluid force Fe increases. , And its direction is directed toward the center of the pressure vessel 1.
【００１５】これは、図３(a),(b) に示すように、イン
ペラ９より下流の曲り流路の影響を受け、吐出流量の多
い場合には圧力容器壁の内面により近い部分を多くが流
れ、その反力としての流体力Ｆｅが圧力容器１の中心に
向かう力としてインペラ９に加わるためである。また、
吐出流量の少ないときは、圧力容器壁の内面より離れた
シュラウド１１に近い部分を多くが流れるため、その反
力としての流体力Ｆｅが圧力容器壁側に向かう力として
インペラ９に加わる。As shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), this is affected by the curved flow path downstream of the impeller 9, and when the discharge flow rate is large, a portion closer to the inner surface of the pressure vessel wall is increased. Flow, and the fluid force Fe as a reaction force is applied to the impeller 9 as a force toward the center of the pressure vessel 1. Also,
When the discharge flow rate is small, a large part flows near the shroud 11 distant from the inner surface of the pressure vessel wall, so that a fluid force Fe as a reaction force is applied to the impeller 9 as a force directed toward the pressure vessel wall.
【００１６】インターナルポンプの回転数が変化する
と、インペラ９に加わる水平方向の流体力Ｆｅと吐出流
量との関係も変化する。したがって、流体力Ｆｅと吐出
流量との関係を論じるときには、ポンプの回転数毎に流
体力Ｆｅと吐出流量との関係を求めておく必要がある。
流体力Ｆｅの大きさは概ねポンプ回転数の二乗〜三乗に
比例する。When the rotation speed of the internal pump changes, the relationship between the horizontal fluid force Fe applied to the impeller 9 and the discharge flow rate also changes. Therefore, when discussing the relationship between the fluid force Fe and the discharge flow rate, it is necessary to find the relationship between the fluid force Fe and the discharge flow rate for each rotation of the pump.
The magnitude of the fluid force Fe is approximately proportional to the square to the cube of the pump rotation speed.
【００１７】上記説明から明らかなように、インペラ９
に加わる水平方向の流体力Ｆｅとポンプ吐出流量および
ポンプ回転数との間の関数関係は、インターナルポンプ
吐出部の流路形状が同じであれば一意的に決定される。
このようにインターナルポンプ吐出流量および回転数と
インペラ９に加わる水平方向の流体力Ｆｅとの間には一
意的な関係があるので、予め原子炉圧力容器下部の流路
を模擬した較正用の試験流路を用いて吐出流量，回転数
と流体力Ｆｅとの関係を求めておき、このデータと実運
転時に測定された水平方向の流体力Ｆｅ，回転数とを比
較することによって実運転時のポンプ吐出流量を測定で
きることになる。本発明に係る測定装置は上記の考えに
立脚している。As is apparent from the above description, the impeller 9
The functional relationship between the fluid force Fe in the horizontal direction and the pump discharge flow rate and the pump rotation speed is uniquely determined if the internal pump discharge section has the same flow path shape.
As described above, there is a unique relationship between the internal pump discharge flow rate and the number of revolutions and the horizontal fluid force Fe applied to the impeller 9, and therefore, a calibration flow simulating the flow path under the reactor pressure vessel in advance is used. The relationship between the discharge flow rate, the number of revolutions, and the fluid force Fe is determined using the test flow path, and the data is compared with the horizontal fluid force Fe, the number of revolutions measured during the actual operation to determine the actual operation time. Can be measured. The measuring device according to the invention is based on the above idea.
【００１８】なお、上記手法でインターナルポンプの吐
出流量を測定するには、インペラ９に加わる水平方向の
流体力Ｆｅを何等かの手段で計測する必要がある。この
計測は次のような方法で簡単に実現できる。In order to measure the discharge flow rate of the internal pump by the above method, it is necessary to measure the horizontal fluid force Fe applied to the impeller 9 by some means. This measurement can be easily realized by the following method.
【００１９】インペラ９に加わる水平方向の流体力Ｆｅ
は、図４に示すように、ロータの上部・下部に設けられ
た２個のジャーナル軸受の軸受力Ｆ1 ，Ｆ2 と、ロータ
・ステータ間の電磁吸引力Ｆm と、インペラ・ディフュ
ーザ間の軸受効果力ＦD とによって釣り合うモデルで近
似される。すなわち、インペラ９に加わる流体力Ｆｅ
は、力とモーメントのバランスにより、 Ｆｅ＋ＦD ＋Ｆ1 ＋Ｆm ＋Ｆ2 ＝０ …（力のバランス） Ｆ1 ＊Ｌ1 ＋Ｆm ＊Ｌm ＋Ｆ2 ＊Ｌ2 ＝０ …（モーメントのバランス） で表すことができる。Horizontal fluid force Fe applied to impeller 9
4, as shown in FIG. 4, the bearing forces F 1 and F 2 of two journal bearings provided on the upper and lower portions of the rotor, the electromagnetic attraction force F m between the rotor and the stator, and the force between the impeller and the diffuser. It is approximated by the model balanced by a bearing effect force F D. That is, the fluid force Fe applied to the impeller 9
Is the balance of forces and moments, expressed by Fe + F D + F 1 + F m + F 2 = 0 ... ( balance of forces) F 1 * L 1 + F m * L m + F 2 * L 2 = 0 ... ( balance moment) be able to.
【００２０】ここで、Ｌ1 ，Ｌm ，Ｌ2 はそれぞれイン
ペラから上部ジャーナル軸受，モータ部，下部ジャーナ
ル軸受までの代表的な距離である。また、軸受力Ｆ1 ，
Ｆ2およびインペラ・ディフューザ間の軸受効果力ＦD
は、図５(a),(b),(c) に示すように、軸受中心あるいは
ディフューザ中心からの回転軸の変位量（以下、偏心量
と呼ぶ）ｘ1 ，ｘ2 ，ｘD の関数である。具体的には、
ポンプ回転数毎に係数の決まるレイノルズ方程式を解く
ことによって求められる。偏心量と軸受力Ｆ1，Ｆ2 と
の関係の例を図６に示す。同図において、実線矢印１５
は回転軸の回転方向を示し、×印１６は上部および下部
ジャーナル軸受７（８）の軸受中心を示し、・印１７は
回転軸の偏心位置（偏心量）を示し、実線矢印１８は軸
受力Ｆ1（Ｆ2 ）の方向と大きさとを示している。ロー
タ・ステータ間の電磁吸引力Ｆmはロータ・ステータ間
の偏心量ｘm に比例するので、ｘ1 ，ｘ2 ，ｘD および
ｘm の各偏心量とポンプ回転数とから知ることができ
る。したがって、前記力のバランスよりインペラ９に加
わる水平方向流体力Ｆｅを求めることができる。Here, L 1 , L m , and L 2 are representative distances from the impeller to the upper journal bearing, the motor section, and the lower journal bearing, respectively. Also, the bearing force F 1 ,
F 2 and bearing effect force F D between impeller and diffuser
As shown in FIG. 5 (a), (b) , (c), the displacement of the rotating shaft from the bearing center or a diffuser center (hereinafter, referred to as eccentricity) x 1, x 2, x D functions It is. In particular,
It is obtained by solving a Reynolds equation whose coefficient is determined for each pump speed. FIG. 6 shows an example of the relationship between the amount of eccentricity and the bearing forces F 1 and F 2 . In FIG.
Indicates the rotation direction of the rotating shaft, x indicates the center of the upper and lower journal bearings 7 (8), mark 17 indicates the eccentric position (amount of eccentricity) of the rotating shaft, and solid arrow 18 indicates the bearing force. The direction and size of F 1 (F 2 ) are shown. Electromagnetic attracting force F m between the rotor-stator is proportional to the eccentricity amount x m between the rotor-stator can be known from the x 1, x 2, the eccentric amount of x D and x m and pump speed . Therefore, the horizontal fluid force Fe applied to the impeller 9 can be obtained from the balance of the forces.
【００２１】実用上は、図７に示すように、ポンプ軸６
が剛体であると仮定して、ポンプ軸６あるいはロータ３
の軸方向の任意の位置での周方向２箇所の変位を計測
し、ポンプ軸６の傾きαを決定すればよい。すなわち、
ポンプ軸６が直線上にあると仮定すると、ポンプ軸６の
軸方向における任意の２箇所の偏心量を計測することに
より、ｘ1 ，ｘ2 ，ｘD およびｘm の各偏心量を全て求
めることができる。In practice, as shown in FIG.
Is assumed to be rigid, the pump shaft 6 or the rotor 3
It is sufficient to measure displacements at two locations in the circumferential direction at arbitrary positions in the axial direction, and determine the inclination α of the pump shaft 6. That is,
Assuming that the pump shaft 6 is on a straight line, all the eccentric amounts of x 1 , x 2 , x D and x m are obtained by measuring the eccentric amounts at two arbitrary positions in the axial direction of the pump shaft 6. be able to.
【００２２】図８には本発明装置の機能ブロックが示さ
れている。すなわち、本発明装置では、ポンプ軸の任意
の個所での周方向２箇所の変位を測定して、ジャーナル
軸受部，インペラ・ディフューザ間，ロータ・ステータ
間での各回転軸の偏心量と方向を検出し、ポンプ回転数
の測定値を用いて軸受力と電磁力とを算出する。このと
き、軸受力あるいは電磁力のどれか１つはモーメントの
バランスからも求められる。次に力のバランスから流体
力Ｆｅの大きさと方向を算出し、予め較正された流体力
Ｆｅと吐出流量との関係を参照してインターナルポンプ
吐出流量を求めるようにしているのである。次に、図１
を参照しながら一実施例を説明する。FIG. 8 shows functional blocks of the apparatus of the present invention. That is, in the device of the present invention, displacements at two locations in the circumferential direction at arbitrary points on the pump shaft are measured, and the eccentricity and direction of each rotary shaft between the journal bearing, the impeller diffuser, and the rotor / stator are determined. Then, the bearing force and the electromagnetic force are calculated using the measured value of the pump rotation speed. At this time, one of the bearing force and the electromagnetic force is also obtained from the balance of the moment. Next, the magnitude and direction of the fluid force Fe are calculated from the balance of the forces, and the internal pump discharge flow rate is determined with reference to the previously calibrated relationship between the fluid force Fe and the discharge flow rate. Next, FIG.
An embodiment will be described with reference to FIG.
【００２３】図中１は原子炉の圧力容器を示し、２はモ
ータケースを示し、３はインターナルポンプのロータ
（ポンプ軸）を示し、９はインターナルポンプのインペ
ラを示している。これらは図１２と同様に構成され、圧
力容器１に対して同様に配置されている。In the figure, 1 indicates a pressure vessel of a nuclear reactor, 2 indicates a motor case, 3 indicates a rotor (pump shaft) of an internal pump, and 9 indicates an impeller of the internal pump. These components are configured in the same manner as in FIG.
【００２４】モータケース２内にはロータ（ポンプ軸）
３の変位を計測するための変位計２１，２２，２３，２
４が配置されている。変位計２１と２２とは対をなし、
上部ジャーナル軸受の近傍の変位を互いに周方向に９０
度離れて計測している。同様に、変位計２３と２４とが
対をなし、下部ジャーナル軸受の近傍の変位を互いに周
方向に９０度離れて計測している。A rotor (pump shaft) is provided in the motor case 2.
Displacement meters 21, 22, 23, 2 for measuring the displacement of No. 3
4 are arranged. Displacement meters 21 and 22 form a pair,
The displacement near the upper journal bearing is 90
It is measuring away. Similarly, the displacement gauges 23 and 24 form a pair, and measure the displacement near the lower journal bearing 90 degrees apart from each other in the circumferential direction.
【００２５】各変位計２１〜２４の出力信号は、モータ
ケース２の外部へ導かれ、平均回路２５に導入されて時
間平均値信号に変換される。そして、平均回路２５の出
力は、この出力から前述した上部・下部ジャーナル軸受
の偏心量ｘ1 ・ｘ2 およびインペラ・ディフューザ間の
偏心量ｘD およびロータ・ステータ間の偏心量ｘm を算
出する偏心量演算器２６に導入される。The output signals of the displacement meters 21 to 24 are guided to the outside of the motor case 2 and introduced into an averaging circuit 25, where they are converted into time average signals. The output of the averaging circuit 25 calculates the eccentricity x m of eccentricity amount x D and rotor-stator eccentricity amount x 1, x 2 and the impeller diffuser upper and lower journal bearings described above from the output The eccentricity calculator 26 is introduced.
【００２６】一方、ロータ３の回転数を計測する回転計
２７が設けてあり、この回転計２７の出力と偏心量演算
器２６の出力とは軸受力演算器２８に導入される。この
軸受力演算器２８は、回転計２７の出力と偏心量演算器
２６の出力とを使って軸受での偏心量と軸受力との関係
を表形式で記憶している記憶装置２９をアクセスし、記
憶装置２９に記憶されているデータを参照して前述した
上部ジャーナル軸受での軸受力Ｆ1 ，下部ジャーナル軸
受での軸受力Ｆ2 ，インペラ・ディフューザ間軸受効果
力ＦD および電磁吸引力Ｆm を算出する。On the other hand, a tachometer 27 for measuring the number of revolutions of the rotor 3 is provided, and the output of the tachometer 27 and the output of the eccentricity calculator 26 are introduced into a bearing force calculator 28. The bearing force calculator 28 uses the output of the tachometer 27 and the output of the eccentricity calculator 26 to access a storage device 29 that stores the relationship between the eccentricity of the bearing and the bearing force in a table format. bearing force F 1, the bearing force F 2, the impeller diffuser between the bearing effective force F D and the electromagnetic attraction force F of the lower journal bearing in the upper journal bearing described above with reference to data stored in the storage device 29 Calculate m .
【００２７】算出された上記各値は流体力演算器３０に
導入される。この流体力演算器３０は入力された各値に
基き、インペラ９とポンプ軸に加わる外力のバランス式
からインペラ９に加わる前述した水平方向流体力Ｆｅを
算出する。そして、流体力演算器３０の出力Ｆｅと回転
計２７の出力とは吐出流量演算器３１に導入される。吐
出流量演算器３１は、出力Ｆｅと回転計２７の出力とを
使ってＦｅとポンプ吐出流量との関係を較正した結果を
記憶している記憶装置３２をアクセスし、記憶装置３２
に記憶されている較正値を参照してポンプ吐出流量を算
出し、算出された流量信号を出力する。出力された流量
信号は、ＣＲＴなどの適当な表示器やプロセスコンピュ
ータ等の他の制御器に与えられる。The above calculated values are introduced into the fluid force calculator 30. The fluid force calculator 30 calculates the above-described horizontal fluid force Fe applied to the impeller 9 from the balance formula of the external force applied to the impeller 9 and the pump shaft based on the input values. Then, the output Fe of the fluid force calculator 30 and the output of the tachometer 27 are introduced into the discharge flow rate calculator 31. The discharge flow rate calculator 31 accesses the storage device 32 storing the result of calibrating the relationship between Fe and the pump discharge flow rate using the output Fe and the output of the tachometer 27, and
Calculates the pump discharge flow rate with reference to the calibration value stored in the storage section, and outputs the calculated flow rate signal. The output flow signal is provided to an appropriate display such as a CRT or another controller such as a process computer.
【００２８】記憶装置２９は、ポンプの各回転数毎に偏
心量と軸受力との関係を表形式で記憶している。そし
て、軸受力演算器２８は回転数と偏心量の値とから記憶
装置２９に記憶されているデータを内挿補間して軸受力
を算出している。同様に、記憶装置３２は、ポンプの各
回転数毎に流体力Ｆｅとポンプ吐出流量との関係を較正
した結果を表形式で記憶している。そして、吐出流量演
算器３１は回転数と流体力Ｆｅとから記憶装置３２に記
憶されているデータを内挿補間して吐出流量を算出して
いる。また、変位計２１〜２４の出力を平均回路２５に
通して偏心量演算器２６に入力しているのは、流体力以
外の原因に起因してポンプ軸が振れ回ることの影響を除
去するためである。The storage device 29 stores the relationship between the amount of eccentricity and the bearing force for each rotation of the pump in the form of a table. The bearing force calculator 28 calculates the bearing force by interpolating the data stored in the storage device 29 from the rotational speed and the value of the eccentricity. Similarly, the storage device 32 stores the results of calibrating the relationship between the fluid force Fe and the pump discharge flow rate for each rotation speed of the pump in a table format. The discharge flow rate calculator 31 calculates the discharge flow rate by interpolating the data stored in the storage device 32 from the rotation speed and the fluid force Fe. The outputs of the displacement meters 21 to 24 are input to the eccentricity calculator 26 through the averaging circuit 25 in order to eliminate the effect of the pump shaft oscillating due to causes other than the fluid force. It is.
【００２９】ところで、記憶装置３２に記憶される較正
データは、たとえば図９に示すような較正試験装置を用
いて予め取得されたものである。すなわち、圧力容器の
下部に設けられるインターナルポンプ１台分のポンプ吐
出部流路を模擬した較正用流路４０を用意し、この較正
用流路４０の出口に、たとえばタービン式流量計４１を
設ける。この較正用流路４０を使い、図１と同様に変位
計２１〜２４と回転計２７とを用いてロータ３の変位と
ポンプ回転数とを計測し、このときに偏心量演算器２６
と記憶装置２９と軸受力演算器２８と流体力演算器３０
とを使って流体力Ｆｅを算出し、算出されたＦｅと流量
計４１の出力Ｒとを各回転数Ｎ毎に取得する。そして、
取得データを記憶装置３２に記憶させている。なお、図
中４２は圧力容器の下部中心部を模擬したタンクを示し
ている。また、較正用データを得るときに用いる流量計
４１として容積式流量計を使用することもできる。By the way, the calibration data stored in the storage device 32 is obtained in advance by using a calibration test device as shown in FIG. 9, for example. That is, a calibration flow path 40 simulating a pump discharge section flow path for one internal pump provided at the lower part of the pressure vessel is prepared, and for example, a turbine flow meter 41 is provided at an outlet of the calibration flow path 40. Provide. 1, the displacement of the rotor 3 and the pump rotation speed are measured using the displacement meters 21 to 24 and the tachometer 27 in the same manner as in FIG.
, Storage device 29, bearing force calculator 28, and fluid force calculator 30
Is used to calculate the fluid force Fe, and the calculated Fe and the output R of the flow meter 41 are obtained for each rotation speed N. And
The acquired data is stored in the storage device 32. In the drawing, reference numeral 42 denotes a tank simulating the lower central portion of the pressure vessel. Further, a positive displacement type flow meter can be used as the flow meter 41 used when obtaining the calibration data.
【００３０】このように構成されたインターナルポンプ
の吐出流量測定装置では、実際に内部に設置する計測器
は、ポンプ軸（ロータ）の変位を計測する小型の変位計
２１〜２４と回転計２７とだけでよい。したがって、保
守，点検の容易な流量測定装置を実現できる。また、各
インターナルポンプ毎に独立して流量を測定できるの
で、各インターナルポンプの回転数が異なる場合でも、
その影響を受けることなく、対象とするポンプの吐出流
量を測定できる。図１０には本発明の別の実施例に係る
吐出流量測定装置が示されている。この図では図１およ
び図１２と同一部分が同一符号で示されている。したが
って、重複する部分の詳しい説明は省略する。In the internal flow rate measuring device for an internal pump constructed as above, the measuring instruments actually installed therein are small displacement gauges 21 to 24 for measuring the displacement of the pump shaft (rotor) and the tachometer 27. And just need. Therefore, a flow rate measuring device that is easy to maintain and inspect can be realized. In addition, since the flow rate can be measured independently for each internal pump, even when the rotation speed of each internal pump is different,
The discharge flow rate of the target pump can be measured without being affected by the influence. FIG. 10 shows a discharge flow rate measuring apparatus according to another embodiment of the present invention. In this figure, the same parts as those in FIGS. 1 and 12 are indicated by the same reference numerals. Therefore, a detailed description of the overlapping part will be omitted.
【００３１】この実施例に係る吐出流量測定装置は、図
７を用いて説明した手法を採用したもので、下部ジャー
ナル軸受８の近傍に２つの変位計２３，２４を周方向に
９０度ずらして設け、これらでロータ（ポンプ軸）３の
変位を計測している。そして、変位計２３，２４の出力
を平均回路２５ａに導入して時間平均値を算出させ、こ
の時間平均値信号を偏心量演算器２６ａに導入してロー
タ３の偏心量を算出させている。算出された偏芯量値と
回転計２７の出力とを吐出流量演算器３１ａに導入して
いる。吐出流量演算器３１ａは、偏芯量信号と回転計２
７の出力とを使って吐出流量とロータの偏心量との関係
を記憶している記憶装置３２ａをアクセスし、記憶装置
３２ａに記憶されている較正値を参照してポンプ吐出流
量を算出し、算出された流量信号を出力する。出力され
た流量信号は、ＣＲＴなどの適当な表示器やプロセスコ
ンピュター等の他の制御器に与えられる。The discharge flow rate measuring apparatus according to this embodiment employs the method described with reference to FIG. 7, in which two displacement gauges 23 and 24 are shifted by 90 degrees in the circumferential direction near the lower journal bearing 8. These are used to measure the displacement of the rotor (pump shaft) 3. The outputs of the displacement meters 23 and 24 are introduced into an averaging circuit 25a to calculate a time average value, and the time average value signal is introduced into an eccentricity calculator 26a to calculate the eccentricity of the rotor 3. The calculated eccentricity value and the output of the tachometer 27 are introduced into the discharge flow rate calculator 31a. The discharge flow rate calculator 31a calculates the eccentricity amount signal and the tachometer 2
7, the storage device 32a storing the relationship between the discharge flow rate and the eccentric amount of the rotor is accessed, and the pump discharge flow rate is calculated with reference to the calibration value stored in the storage device 32a. Output the calculated flow signal. The output flow signal is provided to an appropriate display such as a CRT or another controller such as a process computer.
【００３２】なお、ロータ偏心量とポンプ吐出流量との
関係を較正した結果を記憶している記憶装置３２ａは、
ポンプの回転数毎に表形式でデータを記憶し、吐出流量
演算器３１ａでは回転数とロータ偏心量とから記憶装置
３２ａのデータを内挿補間して吐出流量を算出してい
る。The storage device 32a storing the result of calibrating the relationship between the rotor eccentricity and the pump discharge flow rate is
Data is stored in the form of a table for each rotation speed of the pump, and the discharge flow rate calculator 31a calculates the discharge flow rate by interpolating the data in the storage device 32a from the rotation speed and the rotor eccentricity.
【００３３】記憶装置３２に記憶される吐出流量とロー
タ偏心量との較正データは、図１１に示す較正装置によ
って取得されたものである。すなわち、図９に示した場
合と同様に、圧力容器の下部に設けられるインターナル
ポンプ１台分のポンプ吐出部流路を模擬した較正用流路
４０を用意し、この較正用流路４０の出口に、たとえば
タービン式流量計４１を設ける。そして、実機のインタ
ーナルポンプと全く同じ軸受７，８を持つ同一のポンプ
に対して、高さ方向および水平方向の位置，方向が実機
と同じ関係となるように変位計２３，２４を設置する。The calibration data of the discharge flow rate and the rotor eccentricity stored in the storage device 32 is obtained by the calibration device shown in FIG. That is, similarly to the case shown in FIG. 9, a calibration flow channel 40 simulating a pump discharge portion flow channel of one internal pump provided at the lower part of the pressure vessel is prepared. At the outlet, for example, a turbine type flow meter 41 is provided. Then, for the same pump having the same bearings 7 and 8 as the internal pump of the actual machine, the displacement meters 23 and 24 are installed so that the position and the direction in the height direction and the horizontal direction have the same relation as the actual machine. .
【００３４】較正用流路４０を使い、図１０と同様に変
位計２３，２４と回転計２７とを用いてロータ３の変位
とポンプ回転数とを計測し、このときの偏心量演算器２
６ａの出力Ｓと流量計４１の出力Ｒとを各回転数Ｎ毎に
取得する。このようにして取得されたデータが記憶装置
３２ａに記憶されている。The displacement of the rotor 3 and the pump rotation speed are measured by using the displacement meters 23 and 24 and the tachometer 27 in the same manner as in FIG.
The output S 6a and the output R of the flow meter 41 are obtained for each rotation speed N. The data obtained in this way is stored in the storage device 32a.
【００３５】このように、較正装置と実機が同じポンプ
で、ロータ変位計も同等であると、軸受力および流体力
の算出過程も同等となり、吐出流量とロータ偏心量とを
直接、関係づけることができる。As described above, if the calibration device and the actual machine are the same pump and the rotor displacement gauges are equivalent, the calculation processes of the bearing force and the fluid force are also equivalent, and the discharge flow rate and the rotor eccentricity are directly related. Can be.
【００３６】したがって、図１０に示される吐出流量測
定装置でも図１に示される装置と同等の測定性能を発揮
させることができる。そして、この場合には、変位計を
２個に減らすことができるばかりか、軸受力演算器およ
び流体力演算器を不要化できる。通常、実機に多くの変
位計を装備することはコスト的にも保守の面からも好ま
しくはない。したがって、この実施例のように変位計の
個数を減らせることは大きなメリットとなる。Accordingly, the discharge flow rate measuring device shown in FIG. 10 can exhibit the same measurement performance as the device shown in FIG. In this case, not only the number of displacement meters can be reduced to two, but also the bearing force calculator and the fluid force calculator can be eliminated. Usually, it is not preferable to equip an actual machine with many displacement meters from the viewpoint of cost and maintenance. Therefore, it is a great merit that the number of displacement meters can be reduced as in this embodiment.
【００３７】このように、本発明装置は、従来の測定装
置とは全く異なる測定原理を採用したもので、吐出流量
の変化でインペラに加わる水平方向流体力にも変化が生
じることを利用し、ロータ（ポンプ軸）の変位を測定す
ることによりインペラに加わる水平方向流体力の変化を
検出し、間接的にインターナルポンプ吐出流量を測定し
ている。したがって、保守点検の容易化は勿論のこと、
各インターナルポンプの吐出流量を精度よく測定でき
る。As described above, the apparatus of the present invention employs a completely different measuring principle from the conventional measuring apparatus, and utilizes the fact that a change in the discharge flow rate also causes a change in the horizontal fluid force applied to the impeller. By measuring the displacement of the rotor (pump shaft), the change in the horizontal fluid force applied to the impeller is detected, and the discharge flow rate of the internal pump is indirectly measured. Therefore, of course, maintenance and inspection are easy,
The discharge flow rate of each internal pump can be accurately measured.
【００３８】なお、上述した各実施例では、ポンプ軸を
支えるジャーナル軸受の個数が上部と下部との２個であ
るが、ジャーナル軸受の個数が１個もしくは３個以上で
あっても原理的には同じで、本発明を適用できることは
勿論である。In each of the embodiments described above, the number of journal bearings supporting the pump shaft is two, that is, the upper part and the lower part. However, even if the number of journal bearings is one or three or more, it is theoretically possible. Is the same, and it goes without saying that the present invention can be applied.
【００３９】[0039]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
保守点検が容易で、個々のインターナルポンプ吐出流量
を精度良く測定できる。As described above, according to the present invention,
Maintenance and inspection are easy, and the discharge flow rate of each internal pump can be measured accurately.
【図１】本発明の一実施例に係るインターナルポンプの
吐出流量測定装置のブロック構成図FIG. 1 is a block diagram of an internal pump discharge flow rate measuring device according to an embodiment of the present invention.
【図２】同装置の測定原理を説明するための図FIG. 2 is a diagram for explaining a measurement principle of the apparatus.
【図３】同装置の測定原理を説明するための図FIG. 3 is a view for explaining a measurement principle of the apparatus.
【図４】同装置の測定原理を説明するための図FIG. 4 is a diagram for explaining a measurement principle of the apparatus.
【図５】同装置の測定原理を説明するための図FIG. 5 is a view for explaining a measurement principle of the apparatus.
【図６】同装置の測定原理を説明するための図FIG. 6 is a diagram for explaining a measurement principle of the apparatus.
【図７】同装置の測定原理を説明するための図FIG. 7 is a view for explaining a measurement principle of the apparatus.
【図８】同装置の機能ブロック図FIG. 8 is a functional block diagram of the apparatus.
【図９】同装置を較正する較正装置の概略図FIG. 9 is a schematic diagram of a calibration device for calibrating the device.
【図１０】本発明の別の実施例に係るインターナルポン
プの吐出流量測定装置のブロック構成図FIG. 10 is a block diagram of an internal pump discharge flow rate measuring device according to another embodiment of the present invention.
【図１１】同装置を較正する較正装置の概略図FIG. 11 is a schematic diagram of a calibration device for calibrating the same device.
【図１２】原子炉用インターナルポンプの縦断面図FIG. 12 is a longitudinal sectional view of an internal pump for a nuclear reactor.
【図１３】圧力容器内の冷却水の循環を説明するための
図FIG. 13 is a view for explaining circulation of cooling water in the pressure vessel.
１…原子炉の圧力容器 ２…モータケー
ス ３…ロータ ４…ステータ ５…モータ ６…ポンプ軸 ７…上部ジャーナル軸受 ８…下部ジャー
ナル軸受 ９…インペラ １０…ディフュ
ーザ １１…シュラウド １２…炉心支持
板部 ２１〜２４…変位計 ２５，２５ａ…
平均回路 ２６，２６ａ…偏芯量演算器 ２７…回転計 ２８…軸受力演算器 ２９…記憶装置 ３０…流体力演算器 ３１，３１ａ…
吐出流量演算器 ３２，３２ａ…記憶装置DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Reactor pressure vessel 2 ... Motor case 3 ... Rotor 4 ... Stator 5 ... Motor 6 ... Pump shaft 7 ... Upper journal bearing 8 ... Lower journal bearing 9 ... Impeller 10 ... Diffuser 11 ... Shroud 12 ... Core support plate 21 ~ 24 ... displacement meter 25, 25a ...
Average circuit 26, 26a Eccentricity calculator 27 Tachometer 28 Bearing force calculator 29 Storage device 30 Fluid force calculator 31, 31a
Discharge flow rate calculator 32, 32a ... storage device
Claims (2)
却水の再循環用インターナルポンプの吐出流量を測定す
るためのものであって、 前記インターナルポンプにおけるポンプ軸の変位を計測
する変位計と、 前記インターナルポンプにおけるポンプ軸の回転数を計
測する回転計と、前記変位計で計測した変位と前記回転計で計測した回転
数を用いて、前記インターナルポンプのインペラに加わ
る流体力を算出する流体力算出手段と、 前記流体力算出手段で算出された流体力の値と前記回転
計で計測した回転数を用いて、予め求められている前記
ポンプ軸の回転数毎の流体力と冷却水の吐出流量の関係
データを参照して、吐出流量の値を出力する手段を備え
る インターナルポンプの吐出流量測定装置。1. A cold reactor disposed at a periphery of a bottom of a reactor pressure vessel.
A displacement meter for measuring a discharge flow rate of an internal pump for recirculating water, which measures a displacement of a pump shaft in the internal pump, and a rotational speed of a pump shaft in the internal pump . Tachometer, the displacement measured by the displacement meter and the rotation measured by the tachometer
Using the number, add to the impeller of the internal pump
A fluid force calculating means for calculating the fluid force, and a value of the fluid force calculated by the fluid force calculating means and the rotation
Using the rotation speed measured by the meter,
Relationship between fluid force and cooling water discharge flow rate for each rotation of pump shaft
Equipped with means to output the value of discharge flow rate by referring to data
That of the internal pump discharge flow rate measuring device.
却水の再循環用インターナルポンプであって、 前記冷却水を吐出させるインペラと、 前記インペラを回転駆動するポンプ軸と、 前記ポンプ軸の変位を計測する変位計と、 前記ポンプ軸の回転数を計測する回転計と、 前記変位計で計測した変位と前記回転計で計測した回転
数を用いて、前記インペラに加わる流体力を算出する流
体力算出手段と、 前記流体力算出手段で算出された流体力の値と前記回転
計で計測した回転数を用いて、予め求められている前記
ポンプ軸の回転数毎の流体力と冷却水の吐出流量の関係
データを参照して、吐出流量の値を出力する手段を備え
るインターナルポンプ 。2. A cooling system disposed at a periphery of a bottom of a reactor pressure vessel.
An internal pump for recirculating water, an impeller for discharging the cooling water, a pump shaft for rotating the impeller, a displacement meter for measuring a displacement of the pump shaft, and a rotation speed of the pump shaft. a tachometer for measuring the rotation measured by the displacement and the tachometer measured by the displacement meter
The flow for calculating the fluid force applied to the impeller using numbers
Physical strength calculating means, and the value of the fluid force calculated by the fluid force calculating means and the rotation
Using the rotation speed measured by the meter,
Relationship between fluid force and cooling water discharge flow rate for each rotation of pump shaft
Equipped with means to output the value of discharge flow rate by referring to data
Internal pump .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01901893A JP3192797B2 (en) | 1993-02-05 | 1993-02-05 | Internal pump discharge flow rate measuring device and internal pump |
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Publications (2)
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