JP6587992B2

JP6587992B2 - 原子炉再循環ポンプ用プラグ

Info

Publication number: JP6587992B2
Application number: JP2016167465A
Authority: JP
Inventors: 昌利板垣
Original assignee: Hitachi-GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Vernova Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2016-08-30
Publication date: 2019-10-09
Anticipated expiration: 2036-08-30
Also published as: JP2018036079A

Description

本発明は、原子炉再循環ポンプ用プラグに関するものである。

先進型沸騰水原子炉プラント（以下、ＡＢＷＲという）では、複数の原子炉再循環ポンプ、例えば１０台が使用されている。原子炉再循環ポンプは、原子炉圧力容器の下部に設けられたケーシングの中に設置されている。原子炉再循環ポンプは、プラントの定期点検時に合わせて、点検のために取り外される。原子炉再循環ポンプの取り外しに際しては、原子炉圧力容器内の水がケーシングを通じて抜け出ることを防止するために、原子炉再循環ポンプ用プラグを暫定的に設置している。

日立評論１９８６年４月号：インターナルポンプシステムの開発

ところで、原子炉再循環ポンプ用プラグの設置は、原子炉再循環ポンプが配置される原子炉圧力容器内の水深約３０ｍという深い場所で行われる。そして、原子炉再循環ポンプ用プラグは、プラントの定期点検の間だけ原子炉再循環ポンプに対して設置されるものである。このため水深や設置期間を考慮して、原子炉再循環ポンプ用プラグのシール構造は、１重のＯリングを用いた簡易的なものでシール性を確保しているが、さらなるシール性の向上を図りたいという要請がある。

そこで本発明は、構造を複雑化することなくシール性の向上を図ることができる原子炉再循環ポンプ用プラグを提供することにある。

本発明の原子炉再循環ポンプ用プラグは、原子炉再循環ポンプの上部のディフューザ内に装着され、前記ディフューザ内に開口するストレッチチューブを閉塞するプラグ本体と、前記プラグ本体の上部に設けられた把持部と、を備えており、前記プラグ本体には、前記ディフューザの内面に当接する少なくとも２つの環状のシール部材が設けられており、前記プラグ本体は、シリンダケースと、前記シリンダケースの内部に配置され前記把持部が連結されたピストンと、を備え、前記各シール部材のうち、少なくとも一つは、前記シリンダケースの外面に周状に配置されており、前記シリンダケースの内部に収容される気体が導入されることで、径方向外側に膨出して前記ディフューザの対向する内周面に当接するように構成されており、前記ピストンは、前記プラグ本体が前記ディフューザ内に装着されると、自重により前記シリンダケース内で下降し、前記シリンダケースの内部に収容される気体を前記シール部材に向けて導出することを特徴とする。

本発明によれば、構造を複雑化することなくシール性の向上を図ることができる原子炉再循環ポンプ用プラグが得られる。

本発明の第一実施形態に係る原子炉再循環ポンプ用プラグが装着される原子炉再循環ポンプの構造を断面で示した概略図である。原子炉再循環ポンプの点検時にケーシングからインペラシャフトを取り外した状態を断面で示した概略図である。燃料取替機を用いて原子炉再循環ポンプ用プラグを吊り下げた状態を示す概略図である。インペラ収容室に原子炉再循環ポンプ用プラグを収容するときの様子を示した図であり、（ａ）は挿入時の様子を示した概略図、（ｂ）はインペラ収容室に装着された状態を示した概略図である。本発明の第二実施形態に係る原子炉再循環ポンプ用プラグが装着される原子炉再循環ポンプの点検時にケーシングからインペラシャフトを取り外した状態を断面で示した概略図である。インペラ収容室に原子炉再循環ポンプ用プラグを収容するときの様子を示した図であり、（ａ）は挿入時の様子を示した概略図、（ｂ）はインペラ収容室に装着された状態を示した概略図である。本発明の第三実施形態に係る原子炉再循環ポンプ用プラグを示した概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は底面図である。（ａ）（ｂ）は作用効果を示す説明図である。（ａ）（ｂ）は作用効果を示す説明図である。

以下、本発明に係る原子炉再循環ポンプ用プラグの実施形態について図面を参照して説明する。各実施形態において、同様の部分には同一の符号を付し重複する説明は省略する。

（第一実施形態）
初めに、原子炉再循環ポンプ用プラグ１０（図２，図３参照、以下、プラグ１０という）が装着される原子炉再循環ポンプ１について図１を参照して説明する。
原子炉再循環ポンプ１は、図１に示すように、原子炉圧力容器２の下部に設置されている。原子炉再循環ポンプ１は、原子炉圧力容器２の周方向に所定の間隔を空けて複数設置されている（不図示）。原子炉再循環ポンプ１によって原子炉圧力容器２の水が強制循環させられ、図示しない炉心が冷却される。

原子炉再循環ポンプ１は、ポンプ部１ａとモータ部１ｂとを備えている。ポンプ部１ａは、上部のディフューザ４内に配置されるインペラ３ａを備える。インペラ３ａは、インペラシャフト３ｃを介してモータ部１ｂにより駆動される。デフューザ４は、インペラ３ａを同心で包囲している。
ディフューザ４内には、図２に示すように、ストレッチチューブ５の開口部５ａが開口している。原子炉再循環ポンプ１の点検時には、後記するように、開口部５ａをプラグ１０で閉塞することにより、原子炉圧力容器２内の水が抜けるのを阻止している。

モータ部１ｂは、図１に示すように、モータケーシング６内に、図示しないロータと、ステータ６ａとが収容されて構成されている。モータケーシング６の上部６ｂは、原子炉圧力容器２に挿入されている。

次に、プラントの定期点検時の原子炉再循環ポンプ１およびプラグ１０の詳細について説明する。
定期点検時には、インペラシャフト３ｃ（図１参照、以下同じ）とモータ部１ｂの点検がなされるため、図２に示すように、インペラシャフト３ｃは取り外された状態にする。なお、インペラシャフト３ｃの取り外しは、図３に示すように、原子炉建屋５０のオペレーションフロア５１に設置される燃料取替機５２を用いて行われる（取り外しの様子は不図示）。なお、インペラシャフト３ｃを外しても、原子炉再循環ポンプ１の下端部は、図２に示すように、カバー部材６ｃで塞がれているため、水抜けを生じることがない。原子炉圧力容器２は、図３に示すように、原子炉建屋５０の構造体５４に支持されている。

インペラシャフト３ｃの取り外し後、原子炉再循環ポンプ１の上部のディフューザ４内に、プラグ１０を暫定的に装着する。プラグ１０は、図３に示すように、燃料取替機５２のホイストワイヤ５３に吊り下げて原子炉圧力容器２内に下降される。そして、約３０ｍ下に設置されている原子炉再循環ポンプ１のディフューザ４内（図２参照）に挿入される。ホイストワイヤ５３の下端には、把持装置５３ａが取り付けられている。把持装置５３ａのチャック部５３ｂでプラグ１０を把持している。

次に、プラグ１０の構成について、図４（ａ）（ｂ）を参照して説明する。プラグ１０は、プラグ本体１１と、把持部１２と、を備えている。プラグ本体１１は、略円柱状を呈しており、原子炉再循環ポンプ１の上部のディフューザ４内に挿入可能である。ディフューザ４内には、前記したように、ストレッチチューブ５の開口部５ａが開口しており、プラグ本体１１は、開口部５ａの開口周縁部４ａに着座可能である。プラグ本体１１の下面１１ａには、環状のシール部材として大小２つのＯリング１３，１４が同心円状に取り付けられている。Ｏリング１３，１４は、プラグ本体１１の下面１１ａに設けられた図示しない蟻溝等に嵌め込まれて位置決めされており、下面１１ａから脱落不能となっている。

図４（ｂ）に示すように、プラグ１０を装着することによって、２つのＯリング１３，１４が、開口周縁部４ａに当接する（圧着される）ようになっている。これにより、ストレッチチューブ５の開口部５ａが閉塞される。

２つのＯリング１３，１４は、同じ材料からなるものを採用してもよいし、異なる材料からなるものを採用してもよい。Ｏリング１３，１４は、例えば、エチレンプロピレンゴムやクロロプレンゴム等の材料からなるものを採用することができる。エチレンプロピレンゴムは、耐放射線性に優れている。また、クロロプレンゴムは、耐水性に優れている。
なお、Ｏリング１３，１４の断面形状は、円形のものに限られることはなく、シール性を維持できるものであれば、楕円形状、三角形状、多角形状等、種々の形状のものを採用することができる。

把持部１２は、図４（ａ）に示すように、把持装置５３ａ（図３参照）のチャック部５３ｂで把持される部分である。チャック部５３ｂで把持部１２を把持し、燃料取替機５２（図３参照）のホイストワイヤ５３（図３参照）を下降させることで、原子炉再循環ポンプ１にプラグ１０を装着することができる。また、原子炉再循環ポンプ１の点検後にホイストワイヤ５３を上昇させることで、原子炉再循環ポンプ１からプラグ１０を取り外すことができる。

以上説明した本実施形態のプラグ１０によれば、プラグ１０の装着によって、ディフューザ４の底面（開口周縁部４ａ）に対して２つのＯリング１３，１４が当接する構造（二重のシール構造）であるので、構造を複雑化することなくシール性の向上を図ることができる。

また、各Ｏリング１３，１４は、プラグ本体１１の下面１１ａに設けられており、ストレッチチューブ５の開口周縁となる開口周縁部４ａに当接するので、プラグ本体１１の自重を利用して開口部５ａを好適に閉塞することができる。したがって、構造を複雑化することなくシール性の向上を図ることができる。

また、各Ｏリング１３，１４を異なる材料で構成することにより、Ｏリング１３，１４による機能性の向上、例えば、材料の特性を利用して、耐放射線性の向上や耐水性の向上を図ることができる。
また、Ｏリング１３，１４の弾力性を相互に異ならせてもよい。

（第二実施形態）
図５，図６を参照して第二実施形態の原子炉再循環ポンプ用プラグについて説明する。本実施形態が前記第１実施形態と異なるところは、プラグ１０Ａのプラグ本体１１の下面１１ａに、下方へ向けて突出する突部１５を設けた点にある。

図５，図６（ａ）（ｂ）に示すように、本実施形態の原子炉再循環ポンプ１は、ストレッチチューブ５の開口部５ａが面取りされて傾斜面５ｅを備えたテーパ状に形成されている。
突部１５は、ストレッチチューブ５の傾斜面５ｅに対応する傾斜面１５ｅを備えたテーパ状に形成されている。これにより、突部１５は円錐台状を呈している。

プラグ本体１１の平らな下面１１ａには、図６（ａ）に示すように、大径のＯリング１３が配置されている。また、突部１５の傾斜面１５ｅには、小径のＯリング１４が配置されている。各Ｏリング１３，１４とも、図示しない蟻溝に嵌め入れられて位置決めされ、脱落不能となっている。

図６（ｂ）に示すように、プラグ１０Ａをディフューザ４内に装着すると、Ｏリング１３が開口部５ａの周縁部となる開口周縁部４ａに当接するとともに、Ｏリング１４が開口部５ａの傾斜面５ｅに当接する。つまり、プラグ１０Ａの装着によって、平らな開口周縁部４ａとこれに連続する傾斜面５ｅとの二箇所（二つの面）で２つのＯリング１３，１４が当接する構造（二重のシール構造）となっている。

以上説明した本実施形態のプラグ１０Ａによれば、プラグ１０Ａの装着によって、ディフューザ４の底面（開口周縁部４ａ）と開口部５ａの傾斜面５ｅとに対して２つのＯリング１３，１４が当接する構造（二重のシール構造）であるので、構造を複雑化することなくシール性の向上を図ることができる。
また、突部１５が開口部５ａの内側に挿入されて係合するので、ディフューザ４に対するプラグ１０Ａの径方向の収まりがよく、シール性を好適に維持することができる。

なお、Ｏリング１３，１４の両方を突部１５の傾斜面１５ｅに対して配置してもよいし、Ｏリング１３やＯリング１４の数を増やして、傾斜面１５ａや下面１１ａに配置してもよい。
また、下面１１ａと傾斜面１５ｅとの隅部（角部）にシール部材１３，１４を配置してもよい。

（第三実施形態）
図７，図８を参照して第三実施形態の原子炉再循環ポンプ用プラグについて説明する。本実施形態が前記第一，第二実施形態と異なるところは、プラグ１０Ｂの装着時に自動的に膨出してシール作用をなすシール部材１８を設けた点にある。

プラグ１０Ｂは、図７（ｂ）に示すように、プラグ本体１１Ｂと把持部１２とを備えている。プラグ本体１１Ｂは、有底筒状のシリンダケース１６と、シリンダケース１６の内部１６ａに軸方向摺動可能に配置されるピストン１７と、を備えている。

シリンダケース１６の外面には、シール部材１８が周状に配置されている。シール部材１８は、断面半円状を呈してシリンダケース１６の外面に取り付けられており、内側に気体としての空気が導入される空間部を有している。このシール部材１８の空間部は、シリンダケース１６の壁内に形成された導入孔１８ａを通じてシリンダケース１６の内部１６ａに連通している（図７（ａ）（ｂ）参照）。シール部材１８は、導入孔１８ａを通じて空間部に空気が導入されることで、径方向外側に膨出可能である。シール部材１８は、膨出した状態で、図９（ａ）に示すように、ディフューザ４の対向する内面４ｅに周状に当接するようになっている。

シリンダケース１６の内面には、図７（ｂ）に示すように、凹部１６ｂが形成されている。また、シリンダケース１６の上部には、貫通孔１６ｆが形成されている。貫通孔１６ｆには把持部１２の連結部１２ａが挿通されている。

シリンダケース１６の下面１６ｃは平らに形成されている。下面１６ｃには、第一実施形態と同様に、図示しない蟻溝にを介してＯリング１３，１４が位置決めされて脱落不能に取り付けられている（図７（ｃ）参照）。

ピストン１７は、円柱状を呈しており、Ｏリング１７ａを介してシリンダケース１６の内部１６ａに気密状態（液密状態）で収容されている。ピストン１７の外周部には、径方向外側に向けて付勢されたばね部材１７ｂが取り付けられている。ばね部材１７ｂは、シリンダケース１６の凹部１６ｂに付勢力をもって係合可能である。ばね部材１７ｂは、凹部１６ｂに係合することで、ピストン１７がこの位置よりも下方に自重によって下降しないように保持する役割をなす。

ピストン１７の上端部には、棒状の連結部１２ａを介して把持部１２が連結されている（図７（ａ）参照）。連結部１２ａは、シリンダケース１６の貫通孔１２ｆに対して若干の隙間を有して挿通されている。

次に、プラグ１０Ｂの作用について説明する。
図８（ａ）に示すように、前記実施形態と同様に、チャック部５３ｂで把持部１２を把持し、燃料取替機５２（図３参照）のホイストワイヤ５３（図３参照）を下降させることで、プラグ１０Ｂをディフューザ４内に挿入する。このとき、シリンダケース１６はピストン１７を介して吊り下げられるので、ピストン１７は、シリンダケース１６の内部１６ａにおいて上端部に位置している。

図８（ｂ）に示すように、ディフューザ４内にプラグ１０Ｂが装着されたら、チャック部５３ｂによるチャックを解除する。そうすると、図９（ａ）に示すように、ピストン１７が自重で下降する。この下降でピストン１７で仕切られるシリンダケース１６の内部１６ａの容積が減少し、内部１６ａの空気が導入孔１８ａを通じてシール部材１８の空間部に導入される。これにより、シール部材１８が径方向外側に向けて膨出し、ディフューザ４の内面４ｅに当接する。したがって、ディフューザ４とプラグ１０Ｂとの間が径方向にシールされる。

なお、プラグ１０Ｂを取り外す場合には、図９（ｂ）に示すように、把持部１２をチャック部５３ｂで把持して燃料取替機５２により上方へ持ち上げる。そうすると、ピストン１７が上昇してシール部材１８の空間部から導入孔１８ａを通じてシリンダケース１６内に空気が戻される。これにより、シール部材１８によるシールが解除され、プラグ１０Ｂが取り外される。

以上説明した本実施形態のプラグ１０Ｂによれば、プラグ１０Ｂの装着によって、ディフューザ４の底面（開口周縁部４ａ）に対して２つのＯリング１３，１４が当接するとともに、ディフューザ４の内面４ｅに対して、シール部材１８が当接する。したがって、三重のシール構造によりストレッチチューブ５の開口部５ａを閉塞することができる。したがって、例えば、燃料取替機５２（図３参照）から気体を導入してシール部材１８を膨出させるような構造とする場合に比べて、簡単な構造によりシール性の向上を図ることができる。

本実施形態においても、Ｏリング１３，１４の数は適宜設定することができる。また、Ｏリング１３，１４のいずれか一方と、シール部材１８とを
設ける構成としもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更が可能である。
例えば、前記した各実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、、前記第二実施形態の突部１５を第三実施形態のプラグ本体１１Ｂに対して設けてる等、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１原子炉再循環ポンプ
２原子炉圧力容器
４ディフューザ
５ストレッチチューブ
５ａ開口部
１０原子炉再循環ポンプ用プラグ（プラグ）
１０Ａプラグ
１０Ｂプラグ
１０Ｂプラグ
１１プラグ本体
１１Ｂプラグ本体
１１ａ下面
１２把持部
１３Ｏリング（シール部材）
１４Ｏリング（シール部材）
１５突部
１６シリンダケース
１７ピストン
１８シール部材

Claims

原子炉再循環ポンプの上部のディフューザ内に装着され、前記ディフューザ内に開口するストレッチチューブを閉塞するプラグ本体と、
前記プラグ本体の上部に設けられた把持部と、を備えており、
前記プラグ本体には、前記ディフューザの内面に当接する少なくとも２つの環状のシール部材が設けられており、
前記プラグ本体は、シリンダケースと、前記シリンダケースの内部に配置され前記把持部が連結されたピストンと、を備え、
前記各シール部材のうち、少なくとも一つは、前記シリンダケースの外面に周状に配置されており、前記シリンダケースの内部に収容される気体が導入されることで、径方向外側に膨出して前記ディフューザの対向する内周面に当接するように構成されており、
前記ピストンは、前記プラグ本体が前記ディフューザ内に装着されると、自重により前記シリンダケース内で下降し、前記シリンダケースの内部に収容される気体を前記シール部材に向けて導出することを特徴とする原子炉再循環ポンプ用プラグ。
前記各シール部材は、前記プラグ本体の下面に設けられており、前記ストレッチチューブの開口周縁部に当接することを特徴とする請求項１に記載の原子炉再循環ポンプ用プラグ。
前記ストレッチチューブの開口部は、テーパ状に形成されており、
前記プラグ本体の下面には、前記開口部に挿入されるテーパ状の突部が形成されており、
前記シール部材の少なくとも一つは、前記突部に配置されて前記開口部の傾斜面に当接することを特徴とする請求項１に記載の原子炉再循環ポンプ用プラグ。
前記各シール部材のうち、少なくとも一つは、他の前記シール部材と異なる材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の原子炉再循環ポンプ用プラグ。