シール能力判定方法及び装置
【課題】軸封部におけるシール能力の健全性を評価することができ、更に、シール能力の低下を早期段階で検知できることは、メカニカルシールが多段に分かれているポンプの効率的な運用及び保守に密接に繋がる。
【解決手段】メカニカルシールが多段に分かれているポンプ（第１ポンプ１５ａ、第２ポンプ１５ｂ）の軸封部（第１軸封部１６ａ、第２軸封部１６ｂ）に設置されたメカニカルシール２６に関して、軸封部のシール圧力信号中に含まれる微少な揺らぎ成分をＡＰＳＤを用いて評価する。その評価結果からＡＰＳＤの上昇が認められた場合、シール能力低下の徴候として判定する。
【解決手段】メカニカルシールが多段に分かれているポンプ（第１ポンプ１５ａ、第２ポンプ１５ｂ）の軸封部（第１軸封部１６ａ、第２軸封部１６ｂ）に設置されたメカニカルシール２６に関して、軸封部のシール圧力信号中に含まれる微少な揺らぎ成分をＡＰＳＤを用いて評価する。その評価結果からＡＰＳＤの上昇が認められた場合、シール能力低下の徴候として判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、シール能力判定方法及び装置に関し、特に、メカニカルシールが多段に分かれているポンプにおけるシール能力を判定するシール能力判定方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
メカニカルシールが多段に分かれているポンプとして、例えば、原子力発電に用いられる沸騰水型原子炉（Ｂｏｉｌｉｎｇ Ｗａｔｅｒ Ｒｅａｃｔｏｒ：ＢＷＲ）の原子炉格納容器内には、冷却水を強制循環させるための、再循環（Ｐｒｉｍａｌｙ Ｌｏｏｐ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：ＰＬＲ）ポンプがある（例えば、特許文献１参照）。
そこで、メカニカルシールが多段に分かれているポンプとして、ＰＬＲポンプを例に挙げて、以下に説明する。
【０００３】
ＰＬＲポンプは、原子炉圧力容器に設置された２系統の再循環路のそれぞれの途中に配置され、駆動用電動機（モータ）により駆動されて作動する。このＰＬＲポンプとモータの間には、再循環路を流れる原子炉内の冷却水が、ＰＬＲポンプとモータを連結する回転軸を伝ってモータ側へ流れ出てしまわないようにするために、第１段軸封部及び第２段軸封部からなる二段構成の軸封部が設けられている。
第１段軸封部と第２段軸封部及び第２段軸封部と軸封部外部は、軸封部構造体に固定設置された静止リング（シートリング）と、静止リングに摺動しながら接触して回転軸と一体的に回転する回転リングにより構成された、メカニカルシールにより隔離されている。
【０００４】
ＰＬＲポンプのように、軸封部が二つのメカニカルシールにより二段構えの構成となっている場合、第一段のシール能力が低下すると、第一段側から第二段側へと移動するシール水が多くなり、第二段側の圧力や温度が上昇する。また、第二段のシール能力が低下すると、シール水の流出水量の増加として検知される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２８１２７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来、シール能力の低下を、シール水の流出水量の増加、或いは軸封部の圧力や温度の変化として検知することができるのは、シール面の磨耗がかなり進んで、既に、本来のシール能力が失われつつある状況になってからであることから、これらの指標による検知では、検知してから当該機器或いは原子力発電プラントを停止等するまでに時間的余裕が少なかった。
【０００７】
このため、検知が直ぐに修理交換に繋がることなく、検知してから当該機器或いは原子力発電プラントを停止等するまでに十分な余裕が得られるように改善することが望まれていた。
また、従来の指標による検知では、各シールにおける、本来のシール能力を備えていることを示すシール能力の健全性についての評価ができないため、各シールについての使用寿命を判断することもできなかった。
【０００８】
つまり、軸封部におけるシール能力の健全性を評価することができ、更に、シール能力の低下を早期段階で検知できることは、メカニカルシールが多段に分かれているポンプの効率的な運用及び保守に密接に繋がる重要な課題である。
この発明の目的は、メカニカルシールが多段に分かれているポンプにおけるシール能力の健全性を評価することができると共に、シール能力の低下を早期段階で検知することができるシール能力判定方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、この発明に係るシール能力判定方法は、メカニカルシールが多段に分かれているポンプの軸封部に設置されたメカニカルシールに関して、軸封部のシール圧力信号中に含まれる微少な揺らぎ成分をオートパワースペクトル密度（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ：以下、ＡＰＳＤと略称する）を用いて評価し、その評価結果から前記ＡＰＳＤの上昇が認められた場合、シール能力低下の徴候として判定する。
【００１０】
また、上記目的を達成するため、この発明に係るシール能力判定装置は、メカニカルシールが多段に分かれているポンプの軸封部に設置されたメカニカルシールのシール圧力信号に基づき、ＡＰＳＤを算出するＡＰＳＤ演算手段と、前記ＡＰＳＤ演算手段により算出されたＡＰＳＤを、基準値のＡＰＳＤと比較するＡＰＳＤ比較手段と、前記ＡＰＳＤ比較手段における比較結果に基づき、検出された前記シール圧力を有する軸封部についてのシール能力の低下を判定するシール能力判定手段とを有している。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、メカニカルシールが多段に分かれているポンプの軸封部に設置されたメカニカルシールに関して、軸封部のシール圧力信号中に含まれる微少な揺らぎ成分をＡＰＳＤを用いて評価する。その評価結果からＡＰＳＤの上昇が認められた場合、シール能力低下の徴候として判定する。これにより、軸封部におけるシール能力の健全性を評価することができると共に、シール能力の低下を早期段階で検知することができる。
また、この発明に係るシール能力判定装置により、上記シール能力判定方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の一実施の形態に係るシール能力判定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の原子炉格納容器の構造を模式的に示す説明図である。
【図３】ＰＬＲポンプの構成を概略的に示す説明図である。
【図４】図３の第１軸封部の内部構造を模式的に示す一部断面した説明図である。
【図５】各軸封部におけるシール圧力信号の変化を時系列で表した時系列データをグラフで示す説明図である。
【図６】各軸封部におけるシール圧力信号の変化をＡＰＳＤで表したＡＰＳＤレベルデータをグラフで示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
図１は、この発明の一実施の形態に係るシール能力判定装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、シール能力判定装置１０は、ＡＰＳＤ演算部（ＡＰＳＤ演算手段）１１、ＡＰＳＤ比較部（ＡＰＳＤ比較手段）１２、及びシール能力判定部（シール能力判定手段）１３を有している。
【００１４】
このシール能力判定装置１０は、メカニカルシールが多段に分かれているポンプにおけるシール能力が低下した徴候があるか否かを判定するものであり、以下、このようなメカニカルシールが多段に分かれているポンプの代表例として、原子力発電に用いられるＢＷＲの原子炉格納容器１４に備えられた、２個のＰＬＲポンプ（第１ポンプ１５ａ、第２ポンプ１５ｂ、図１参照）を例に挙げて、説明する。
メカニカルシールは、２個のポンプ（第１ポンプ１５ａ、第２ポンプ１５ｂ）のそれぞれの軸封部（第１軸封部１６ａ、第２軸封部１６ｂ）に設けられている。
【００１５】
第１ポンプ１５ａには、第１ポンプ第１段シール圧力検出部（シール圧力検出手段）１７ａ及び第１ポンプ第２段シール圧力検出部（シール圧力検出手段）１７ｂが据え付けられており、第２ポンプ１５ｂには、第２ポンプ第１段シール圧力検出部（シール圧力検出手段）１７ｃ及び第２ポンプ第２段シール圧力検出部（シール圧力検出手段）１７ｄが据え付けられている。各シール圧力検出部１７ａ〜１７ｄは、各軸封部（第１軸封部１６ａ、第２軸封部１６ｂ）に設けられたメカニカルシールのシール圧力を検出し、検出結果であるシール圧力信号を、ＡＰＳＤ演算部１１に出力する（図１参照）。
【００１６】
図２は、原子炉格納容器の構造を模式的に示す説明図である。図２に示すように、原子炉格納容器１４の内部に備えられた、原子炉圧力容器１８は、冷却材（例えば、水）Ｃを収納するカプセル状に形成されており、核分裂により作り出された蒸気を排出する排出路１９ａ、冷却材Ｃを供給する供給路１９ｂ、更に、２系統の再循環路２０ａ，２０ｂを有している。
【００１７】
２系統の再循環路（２０ａ，２０ｂ）の途中には、それぞれポンプ（第１ポンプ１５ａ、第２ポンプ１５ｂ）が配置されており、各ポンプ（１５ａ，１５ｂ）の作動により、原子炉圧力容器１８内の冷却材Ｃが各再循環路（２０ａ，２０ｂ）に取り出され、各再循環路（２０ａ，２０ｂ）を経て再び原子炉圧力容器１８内へと送り込まれる。つまり、原子炉圧力容器１８内の冷却材Ｃは、２系統の再循環路（２０ａ，２０ｂ）を介して再循環することになる。
【００１８】
原子炉格納容器１４内には、ポンプ１５ａ，１５ｂの下方に位置して、例えば、後述するシール水Ｗｓ等、各軸封部（第１軸封部１６ａ、第２軸封部１６ｂ）から流れ出る流出物を受け止めるタンク２１ａ，２１ｂが設置されている。
図３は、ＰＬＲポンプの構成を概略的に示す説明図である。
なお、軸封部は、２個のポンプ（１５ａ，１５ｂ）のそれぞれに設けられているが、両軸封部（第１軸封部１６ａ、第２軸封部１６ｂ）は同一の構成及び作用を有するので、以下の説明においては、一方（第１ポンプ１５ａの第１軸封部１６ａ）のみについて説明し、他方（第２ポンプ１５ｂの第２軸封部１６ｂ）の説明を省略する。
【００１９】
図３に示すように、第１ポンプ１５ａは、ポンプ本体２２、及びポンプ本体２２を駆動する駆動用電動機（モータ）２３と共に、モータ２３の回転駆動力を伝達する回転軸２４に装着された第１軸封部１６ａを有している。回転軸２４は、一端がモータ２３の出力軸に連結されると共に、他端がポンプ本体２２内の冷却材流路２２ａに位置しており、この他端には羽根車２２ｂが取り付けられている。冷却材流路２２ａは、冷却材入口と冷却材出口を介して再循環路２０ａに連通しており、冷却材Ｃが循環する再循環路２０ａの一部を構成している。
【００２０】
モータ２３の回転駆動力が回転軸２４に伝達されて羽根車２２ｂが回転することにより、再循環路２０ａを流れる冷却材Ｃは、冷却材入口から冷却材流路２２ａに引き込まれ冷却材出口から再循環路２０ａへと送り出される。
第１軸封部１６ａは、冷却材流路２２ａを流れる冷却材Ｃが、羽根車２２ｂが取り付けられた回転軸２４を伝ってモータ２３側へ流れ出てしまわないように封止（シール）している。
【００２１】
図４は、図３の第１軸封部の内部構造を模式的に示す一部断面した説明図である。図４に示すように、第１軸封部１６ａの第１段軸封部２５ａと第２段軸封部２５ｂは、回転軸２４方向に沿って重ねて配置された、二段構成を有している。第１段軸封部２５ａ及び第２段軸封部２５ｂと回転軸２４は、それぞれメカニカルシール２６により封止されており、第１段軸封部２５ａと第２段軸封部２５ｂは、メカニカルシール２６により区画されている。
メカニカルシール２６は、軸封部構造体２７に固定設置された静止リング（シートリング）２６ａと、静止リング２６ａに摺動自在に接触して回転軸２４と一体的に回転する回転リング２６ｂにより構成されている。
【００２２】
第１段軸封部２５ａは、シール水Ｗｓを取り込む取込口２８、第１段軸封部２５ａの内部圧力を検出するための第１圧力検出口２９、及び第２段軸封部２５ｂと連通するオリフィス３０を有しており、第２段軸封部２５ｂは、第２段軸封部２５ｂの内部圧力を検出するための第２圧力検出口３１、及び第２段軸封部２５ｂの外部と連通するオリフィス３２を有している。第１圧力検出口２９は、シール能力判定装置１０の第１ポンプ第１段シール圧力検出部１７ａ（図１参照）に、第２圧力検出口３１は、第１ポンプ第２段シール圧力検出部１７ｂ（図１参照）に、それぞれ連通している。
【００２３】
シール水Ｗｓは、原子炉圧力容器１８の内部圧力より高い圧力（シール水圧＞圧力容器内水圧）に保持されて、原子炉内の冷却材Ｃが第１軸封部１６ａから炉外に出てしまわないようにシールする機能を有している。取込口２８から第１段軸封部２５ａに取り込まれたシール水Ｗｓは、オリフィス３０を経て第２段軸封部２５ｂに送り出され、第２段軸封部２５ｂからオリフィス３２を経て、第１軸封部１６ａの外部へと流出し、第１軸封部１６ａの外に設置されたタンク２１ａに貯められる。
【００２４】
なお、第１段軸封部２５ａに取り込まれたシール水Ｗｓの一部は、メカニカルシール２６が装着されていない第１段軸封部２５ａと回転軸２４の間隙を通って、第１軸封部１６ａの外部へと流出し、第１軸封部１６ａの外に設置されたタンク２１ａに貯められる。
このように、回転軸２４に第１軸封部１６ａを装着することで、第１軸封部１６ａにより、原子炉内の冷却材Ｃが、回転軸２４を伝ってモータ２３側へ流れ出て原子炉外へと漏出してしまわないように封止している。
【００２５】
ところで、第１軸封部１６ａに設置されたメカニカルシール２６のシール能力が低下する原因としては、シール面における異物の噛み込みやシール面の経年劣化による磨耗等が考えられる。このような状況では、シール圧力信号の揺らぎ成分が、正常時と比べると幾分大きくなっていると推定することができる。なお、このことは、第１軸封部１６ａに限らず、第２軸封部１６ｂについても同様に適用することができるが、以下の説明においては、第１軸封部１６ａについてのみ説明して、第２軸封部１６ｂについては説明を省略する。
【００２６】
従って、このシール圧力信号の揺らぎ成分を監視することにより、シール面の劣化によるシール能力低下を早期に検知することができると考えられる。
一般に、プラント正常作動時における第２段軸封部２５ｂの圧力は、非常に安定しており、殆ど揺らぎ成分を持たずに略一定の値を示す。そこで、シール圧力信号の揺らぎ成分の変動が非常に僅かであったとしても、第２段軸封部２５ｂのシール圧力信号上のノイズとして観測される可能性があることに、着目した。
【００２７】
但し、このシール圧力信号上のノイズは微少なものであるため、時系列データ（Ｔｉｍｅ Ｓｅｒｉｅｓ Ｄａｔａ）や統計量としては観測が困難であると予測される。
図５は、各軸封部におけるシール圧力信号の変化を時系列で表した時系列データをグラフで示す説明図である。図５に示すように、各軸封部（第１軸封部１６ａ、第２軸封部１６ｂ）におけるシール圧力信号、即ち、第１ポンプ第１段シール圧力信号ａ、第１ポンプ第２段シール圧力信号ｂ、第２ポンプ第１段シール圧力信号ｃ、第２ポンプ第２段シール圧力信号ｄについて、経過時間に対する変化を表した時系列データ上では、シール面劣化の徴候を検知するのは困難である。
【００２８】
つまり、時系列データ上では、略一致した値を示す第１ポンプ第１段シール圧力信号ａと第２ポンプ第１段シール圧力信号ｃ、近傍の値を示す第１ポンプ第２段シール圧力信号ｂと第２ポンプ第２段シール圧力信号ｄの何れにおいても、略一定値を示し経過時間に対する変化は見られない。
【００２９】
そこで、シール圧力信号中に含まれる微少な揺らぎ成分を評価するために、ＡＰＳＤを用いることにした。また、プラント正常作動状態の基準値（リファレンス）として、冗長機器（この例では、２個ある第１ポンプ１５ａと第２ポンプ１５ｂ）のＡＰＳＤをお互いに比較する。なお、比較に際しては、「冗長関係にある両機器について、シール面が正常、且つ、第１段軸封部２５ａの圧力のＡＰＳＤが同一レベルならば、第２段軸封部２５ｂの圧力のＡＰＳＤも同一レベルを示す」ものと仮定する。
【００３０】
これにより、第１段軸封部２５ａと第２段軸封部２５ｂの何れかのシール面が劣化しシール圧力信号の揺らぎ成分が増加した段階で、第２段軸封部２５ｂの圧力のＡＰＳＤレベルが正常側機器と比べて上昇することに基づいて、シール面に劣化の徴候が表れた段階での検知が可能になる。
つまり、原子炉圧力容器１８に備えられたポンプ（第１ポンプ１５ａ、第２ポンプ１５ｂ）の軸封部（第１軸封部１６ａ、第２軸封部１６ｂ）に設置されたメカニカルシール２６において発生するシール圧力信号の揺らぎ成分について、軸封部のシール圧力信号中に含まれる微少な揺らぎ成分をＡＰＳＤを用いて評価し、評価結果からＡＰＳＤの上昇が認められた場合、シール能力低下の徴候が表れたことを検知している。
【００３１】
このシール面に劣化の徴候が表れた段階での検知を、この発明に係るシール能力判定装置１０により行うことができる。
図１に示す、第１ポンプ１５ａのシール圧力を検出する、第１ポンプ第１段シール圧力検出部１７ａは、例えば圧力センサを備えており、この圧力センサにより、第１段軸封部２５ａの第１圧力検出口２９を介して、第１段軸封部２５ａの内部（シール）圧力を検出する。第１ポンプ第２段シール圧力検出部１７ｂは、例えば圧力センサを備えており、この圧力センサにより、第２段軸封部２５ｂの第２圧力検出口３１を介して、第２段軸封部２５ｂの内部（シール）圧力を検出する。
【００３２】
同様に、第２ポンプ１５ｂのシール圧力を検出する、第２ポンプ第１段シール圧力検出部１７ｃは、例えば圧力センサを備えており、この圧力センサにより、第１段軸封部の第１圧力検出口２９を介して、第１段軸封部の内部（シール）圧力を検出し、第２ポンプ第２段シール圧力検出部１７ｄは、例えば圧力センサを備えており、この圧力センサにより、第２段軸封部の第２圧力検出口３１を介して、第２段軸封部の内部（シール）圧力を検出する。
【００３３】
即ち、第１ポンプ第１段シール圧力検出部１７ａ、第１ポンプ第２段シール圧力検出部１７ｂ、第２ポンプ第１段シール圧力検出部１７ｃ、第２ポンプ第２段シール圧力検出部１７ｄは、原子炉圧力容器１８に備えられたポンプ（第１ポンプ１５ａ、第２ポンプ１５ｂ）のシール圧力を検出する。
ＡＰＳＤ演算部１１は、揺らぎ信号における周波数成分ｆの強度として、ＡＰＳＤという指標が、自己共分散関数のフーリエ変換として定義されていることから、高速フーリエ変換（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ＦＦＴ）アルゴリズムを用いて自己共分散関数を演算し、その演算結果から、ＡＰＳＤを算出する。
【００３４】
即ち、ＡＰＳＤ演算部１１は、第１ポンプ第１段シール圧力検出部１７ａ、第１ポンプ第２段シール圧力検出部１７ｂ、第２ポンプ第１段シール圧力検出部１７ｃ、第２ポンプ第２段シール圧力検出部１７ｄにより検出された、シール圧力に基づき、ＡＰＳＤを算出する。
【００３５】
ＡＰＳＤ比較部１２は、ＡＰＳＤ演算部１１において算出したＡＰＳＤを基に、第１ポンプ１５ａと第２ポンプ１５ｂのお互いのＡＰＳＤを比較、つまり、第１ポンプ１５ａのＡＰＳＤを冗長構成における基準値となるＡＰＳＤと比較する。シール能力判定部１３は、ＡＰＳＤ比較部１２における比較結果に基づき、各シール圧力検出部（１７ａ〜１７ｄ）で検出したシール圧力を有する各軸封部１６ａ，１６ｂの各段軸封部（２５ａ，２５ｂ，図示せず）についてのシール能力、即ち、シール能力の低下を判定する。
このシール能力の低下となるシール面劣化の徴候の有無の判定は、以下に示すように行われる。
【００３６】
先ず、プラント正常作動時に採取した複数データから得られるＡＰＳＤの平均値・標準偏差を求める。
次に、求めたＡＰＳＤの平均値・標準偏差を用いて、以下の式により求めた値を上限閾値とする。
上限閾値＝平均値＋標準偏差×係数（α）
ここで、係数（α）は、信頼度により異なるものであり、例えば、α＝２．５８の場合、正規分布における信頼度約９９％を意味する。
【００３７】
続いて、任意のデータから得られるＡＰＳＤレベルが、求めた上限閾値を越えた場合、メカニカルシール２６におけるシール面劣化の可能性がある、つまり、シール面劣化の徴候が認められると判定する。
図６は、各軸封部におけるシール圧力信号の変化をＡＰＳＤで表したＡＰＳＤレベルデータをグラフで示す説明図である。図６に示すように、各軸封部（第１軸封部１６ａ、第２軸封部１６ｂ）におけるシール圧力信号、即ち、第１ポンプ第１段シール圧力信号ａ、第１ポンプ第２段シール圧力信号ｂ、第２ポンプ第１段シール圧力信号ｃ、第２ポンプ第２段シール圧力信号ｄについて、周波数に対する変化を表したＡＰＳＤレベルデータ上では、ＡＰＳＤレベルの上昇としてシール面劣化の徴候を検知することができる。
【００３８】
つまり、第１ポンプ１５ａと第２ポンプ１５ｂの間で、それぞれの第２段軸封部におけるシール圧力信号ｂ，ｄを比較した場合、第２ポンプ１５ｂ側のシール圧力信号ｄのＡＰＳＤレベルに比べ、第１ポンプ１５ａ側のシール圧力信号ｂのＡＰＳＤレベルの方が上昇している（図中、白抜き矢印参照）。よって、シール面が劣化しシール圧力信号の揺らぎ成分が増加したことにより、ＡＰＳＤレベルが正常側機器の値（リファレンス）に比べ上昇することに基づき、シール面の劣化によるシール能力低下の徴候が表れた段階での検知が可能になる。
【００３９】
なお、ここでは、ＡＰＳＤレベルの比較を、冗長構成（２個ある第１ポンプ１５ａと第２ポンプ１５ｂ）における正常側機器の値に対して行ったが、冗長構成を有する場合に限らず、例えば、蓄積したデータに基づいて設定した基準値（リファレンス）に対して行っても良い。
【００４０】
このように、シール能力判定装置１０は、原子炉格納容器１４内のＰＬＲポンプ（第１ポンプ１５ａ、第２ポンプ１５ｂ）のそれぞれに設けられた各軸封部（第１軸封部１６ａ、第２軸封部１６ｂ）に設置されたメカニカルシール２６のシール能力の低下を、早期段階、即ち、シール面に劣化の徴候が表れた段階で検知することができ、加えて、メカニカルシール２６のシール能力の健全性についての評価が可能になる。このため、シール能力低下時のシール修理の準備や、運転停止時期の選定、更にメカニカルシール２６の複数年使用への利用等、プラント設備のより効率的な運用に寄与することができる。
【００４１】
このシール面劣化の徴候を検知するための各シール圧力信号ａ〜ｄに関するデータは、プラント運転中に採取することができる。
なお、上述したように、この発明に係るシール能力判定方法及びシール能力判定装置１０は、原子炉圧力容器１８に備えられたポンプ（第１ポンプ１５ａ、第２ポンプ１５ｂ）の軸封部（１６ａ，１６ｂ）に用いられるメカニカルシール２６において、そのシール能力を判定しているが、シール能力判定の対象となるのは、原子炉圧力容器１８におけるシール部材に限るものではなく、メカニカルシールが多段に分かれているポンプにおけるシール部材のシール能力を判定する場合にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
この発明によれば、メカニカルシールが多段に分かれているポンプの軸封部に設置されたメカニカルシールに関して、軸封部のシール圧力信号中に含まれる微少な揺らぎ成分をＡＰＳＤを用いて評価し、評価結果からＡＰＳＤの上昇が認められた場合、シール能力低下の徴候として判定することにより、軸封部におけるシール能力の健全性を評価することができると共に、シール能力の低下を早期段階で検知することができるので、メカニカルシールが多段に分かれているポンプにおけるシール部材のシール能力判定方法及び装置として最適である。
【符号の説明】
【００４３】
１０ シール能力判定装置
１１ ＡＰＳＤ演算部
１２ ＡＰＳＤ比較部
１３ シール能力判定部
１４ 原子炉格納容器
１５ａ 第１ポンプ
１５ｂ 第２ポンプ
１６ａ 第１軸封部
１６ｂ 第２軸封部
１７ａ 第１ポンプ第１段シール圧力検出部
１７ｂ 第１ポンプ第２段シール圧力検出部
１７ｃ 第２ポンプ第１段シール圧力検出部
１７ｄ 第２ポンプ第２段シール圧力検出部
１８ 原子炉圧力容器
１９ａ 排出路
１９ｂ 供給路
２０ａ，２０ｂ 循環路
２１ａ，２１ｂ タンク
２２ ポンプ本体
２２ａ 冷却材流路
２２ｂ 羽根車
２３ モータ
２４ 回転軸
２５ａ 第１段軸封部
２５ｂ 第２段軸封部
２６ メカニカルシール
２６ａ 静止リング
２６ｂ 回転リング
２７ 軸封部構造体
２８ 取込口
２９ 第１圧力検出口
３０，３２ オリフィス
３１ 第２圧力検出口
Ｃ 冷却材
Ｗ 水
Ｗｓ シール水
ａ 第１ポンプ第１段シール圧力信号
ｂ 第１ポンプ第２段シール圧力信号
ｃ 第２ポンプ第１段シール圧力信号
ｄ 第２ポンプ第２段シール圧力信号
【技術分野】
【０００１】
この発明は、シール能力判定方法及び装置に関し、特に、メカニカルシールが多段に分かれているポンプにおけるシール能力を判定するシール能力判定方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
メカニカルシールが多段に分かれているポンプとして、例えば、原子力発電に用いられる沸騰水型原子炉（Ｂｏｉｌｉｎｇ Ｗａｔｅｒ Ｒｅａｃｔｏｒ：ＢＷＲ）の原子炉格納容器内には、冷却水を強制循環させるための、再循環（Ｐｒｉｍａｌｙ Ｌｏｏｐ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：ＰＬＲ）ポンプがある（例えば、特許文献１参照）。
そこで、メカニカルシールが多段に分かれているポンプとして、ＰＬＲポンプを例に挙げて、以下に説明する。
【０００３】
ＰＬＲポンプは、原子炉圧力容器に設置された２系統の再循環路のそれぞれの途中に配置され、駆動用電動機（モータ）により駆動されて作動する。このＰＬＲポンプとモータの間には、再循環路を流れる原子炉内の冷却水が、ＰＬＲポンプとモータを連結する回転軸を伝ってモータ側へ流れ出てしまわないようにするために、第１段軸封部及び第２段軸封部からなる二段構成の軸封部が設けられている。
第１段軸封部と第２段軸封部及び第２段軸封部と軸封部外部は、軸封部構造体に固定設置された静止リング（シートリング）と、静止リングに摺動しながら接触して回転軸と一体的に回転する回転リングにより構成された、メカニカルシールにより隔離されている。
【０００４】
ＰＬＲポンプのように、軸封部が二つのメカニカルシールにより二段構えの構成となっている場合、第一段のシール能力が低下すると、第一段側から第二段側へと移動するシール水が多くなり、第二段側の圧力や温度が上昇する。また、第二段のシール能力が低下すると、シール水の流出水量の増加として検知される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２８１２７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来、シール能力の低下を、シール水の流出水量の増加、或いは軸封部の圧力や温度の変化として検知することができるのは、シール面の磨耗がかなり進んで、既に、本来のシール能力が失われつつある状況になってからであることから、これらの指標による検知では、検知してから当該機器或いは原子力発電プラントを停止等するまでに時間的余裕が少なかった。
【０００７】
このため、検知が直ぐに修理交換に繋がることなく、検知してから当該機器或いは原子力発電プラントを停止等するまでに十分な余裕が得られるように改善することが望まれていた。
また、従来の指標による検知では、各シールにおける、本来のシール能力を備えていることを示すシール能力の健全性についての評価ができないため、各シールについての使用寿命を判断することもできなかった。
【０００８】
つまり、軸封部におけるシール能力の健全性を評価することができ、更に、シール能力の低下を早期段階で検知できることは、メカニカルシールが多段に分かれているポンプの効率的な運用及び保守に密接に繋がる重要な課題である。
この発明の目的は、メカニカルシールが多段に分かれているポンプにおけるシール能力の健全性を評価することができると共に、シール能力の低下を早期段階で検知することができるシール能力判定方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、この発明に係るシール能力判定方法は、メカニカルシールが多段に分かれているポンプの軸封部に設置されたメカニカルシールに関して、軸封部のシール圧力信号中に含まれる微少な揺らぎ成分をオートパワースペクトル密度（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ：以下、ＡＰＳＤと略称する）を用いて評価し、その評価結果から前記ＡＰＳＤの上昇が認められた場合、シール能力低下の徴候として判定する。
【００１０】
また、上記目的を達成するため、この発明に係るシール能力判定装置は、メカニカルシールが多段に分かれているポンプの軸封部に設置されたメカニカルシールのシール圧力信号に基づき、ＡＰＳＤを算出するＡＰＳＤ演算手段と、前記ＡＰＳＤ演算手段により算出されたＡＰＳＤを、基準値のＡＰＳＤと比較するＡＰＳＤ比較手段と、前記ＡＰＳＤ比較手段における比較結果に基づき、検出された前記シール圧力を有する軸封部についてのシール能力の低下を判定するシール能力判定手段とを有している。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、メカニカルシールが多段に分かれているポンプの軸封部に設置されたメカニカルシールに関して、軸封部のシール圧力信号中に含まれる微少な揺らぎ成分をＡＰＳＤを用いて評価する。その評価結果からＡＰＳＤの上昇が認められた場合、シール能力低下の徴候として判定する。これにより、軸封部におけるシール能力の健全性を評価することができると共に、シール能力の低下を早期段階で検知することができる。
また、この発明に係るシール能力判定装置により、上記シール能力判定方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の一実施の形態に係るシール能力判定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の原子炉格納容器の構造を模式的に示す説明図である。
【図３】ＰＬＲポンプの構成を概略的に示す説明図である。
【図４】図３の第１軸封部の内部構造を模式的に示す一部断面した説明図である。
【図５】各軸封部におけるシール圧力信号の変化を時系列で表した時系列データをグラフで示す説明図である。
【図６】各軸封部におけるシール圧力信号の変化をＡＰＳＤで表したＡＰＳＤレベルデータをグラフで示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
図１は、この発明の一実施の形態に係るシール能力判定装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、シール能力判定装置１０は、ＡＰＳＤ演算部（ＡＰＳＤ演算手段）１１、ＡＰＳＤ比較部（ＡＰＳＤ比較手段）１２、及びシール能力判定部（シール能力判定手段）１３を有している。
【００１４】
このシール能力判定装置１０は、メカニカルシールが多段に分かれているポンプにおけるシール能力が低下した徴候があるか否かを判定するものであり、以下、このようなメカニカルシールが多段に分かれているポンプの代表例として、原子力発電に用いられるＢＷＲの原子炉格納容器１４に備えられた、２個のＰＬＲポンプ（第１ポンプ１５ａ、第２ポンプ１５ｂ、図１参照）を例に挙げて、説明する。
メカニカルシールは、２個のポンプ（第１ポンプ１５ａ、第２ポンプ１５ｂ）のそれぞれの軸封部（第１軸封部１６ａ、第２軸封部１６ｂ）に設けられている。
【００１５】
第１ポンプ１５ａには、第１ポンプ第１段シール圧力検出部（シール圧力検出手段）１７ａ及び第１ポンプ第２段シール圧力検出部（シール圧力検出手段）１７ｂが据え付けられており、第２ポンプ１５ｂには、第２ポンプ第１段シール圧力検出部（シール圧力検出手段）１７ｃ及び第２ポンプ第２段シール圧力検出部（シール圧力検出手段）１７ｄが据え付けられている。各シール圧力検出部１７ａ〜１７ｄは、各軸封部（第１軸封部１６ａ、第２軸封部１６ｂ）に設けられたメカニカルシールのシール圧力を検出し、検出結果であるシール圧力信号を、ＡＰＳＤ演算部１１に出力する（図１参照）。
【００１６】
図２は、原子炉格納容器の構造を模式的に示す説明図である。図２に示すように、原子炉格納容器１４の内部に備えられた、原子炉圧力容器１８は、冷却材（例えば、水）Ｃを収納するカプセル状に形成されており、核分裂により作り出された蒸気を排出する排出路１９ａ、冷却材Ｃを供給する供給路１９ｂ、更に、２系統の再循環路２０ａ，２０ｂを有している。
【００１７】
２系統の再循環路（２０ａ，２０ｂ）の途中には、それぞれポンプ（第１ポンプ１５ａ、第２ポンプ１５ｂ）が配置されており、各ポンプ（１５ａ，１５ｂ）の作動により、原子炉圧力容器１８内の冷却材Ｃが各再循環路（２０ａ，２０ｂ）に取り出され、各再循環路（２０ａ，２０ｂ）を経て再び原子炉圧力容器１８内へと送り込まれる。つまり、原子炉圧力容器１８内の冷却材Ｃは、２系統の再循環路（２０ａ，２０ｂ）を介して再循環することになる。
【００１８】
原子炉格納容器１４内には、ポンプ１５ａ，１５ｂの下方に位置して、例えば、後述するシール水Ｗｓ等、各軸封部（第１軸封部１６ａ、第２軸封部１６ｂ）から流れ出る流出物を受け止めるタンク２１ａ，２１ｂが設置されている。
図３は、ＰＬＲポンプの構成を概略的に示す説明図である。
なお、軸封部は、２個のポンプ（１５ａ，１５ｂ）のそれぞれに設けられているが、両軸封部（第１軸封部１６ａ、第２軸封部１６ｂ）は同一の構成及び作用を有するので、以下の説明においては、一方（第１ポンプ１５ａの第１軸封部１６ａ）のみについて説明し、他方（第２ポンプ１５ｂの第２軸封部１６ｂ）の説明を省略する。
【００１９】
図３に示すように、第１ポンプ１５ａは、ポンプ本体２２、及びポンプ本体２２を駆動する駆動用電動機（モータ）２３と共に、モータ２３の回転駆動力を伝達する回転軸２４に装着された第１軸封部１６ａを有している。回転軸２４は、一端がモータ２３の出力軸に連結されると共に、他端がポンプ本体２２内の冷却材流路２２ａに位置しており、この他端には羽根車２２ｂが取り付けられている。冷却材流路２２ａは、冷却材入口と冷却材出口を介して再循環路２０ａに連通しており、冷却材Ｃが循環する再循環路２０ａの一部を構成している。
【００２０】
モータ２３の回転駆動力が回転軸２４に伝達されて羽根車２２ｂが回転することにより、再循環路２０ａを流れる冷却材Ｃは、冷却材入口から冷却材流路２２ａに引き込まれ冷却材出口から再循環路２０ａへと送り出される。
第１軸封部１６ａは、冷却材流路２２ａを流れる冷却材Ｃが、羽根車２２ｂが取り付けられた回転軸２４を伝ってモータ２３側へ流れ出てしまわないように封止（シール）している。
【００２１】
図４は、図３の第１軸封部の内部構造を模式的に示す一部断面した説明図である。図４に示すように、第１軸封部１６ａの第１段軸封部２５ａと第２段軸封部２５ｂは、回転軸２４方向に沿って重ねて配置された、二段構成を有している。第１段軸封部２５ａ及び第２段軸封部２５ｂと回転軸２４は、それぞれメカニカルシール２６により封止されており、第１段軸封部２５ａと第２段軸封部２５ｂは、メカニカルシール２６により区画されている。
メカニカルシール２６は、軸封部構造体２７に固定設置された静止リング（シートリング）２６ａと、静止リング２６ａに摺動自在に接触して回転軸２４と一体的に回転する回転リング２６ｂにより構成されている。
【００２２】
第１段軸封部２５ａは、シール水Ｗｓを取り込む取込口２８、第１段軸封部２５ａの内部圧力を検出するための第１圧力検出口２９、及び第２段軸封部２５ｂと連通するオリフィス３０を有しており、第２段軸封部２５ｂは、第２段軸封部２５ｂの内部圧力を検出するための第２圧力検出口３１、及び第２段軸封部２５ｂの外部と連通するオリフィス３２を有している。第１圧力検出口２９は、シール能力判定装置１０の第１ポンプ第１段シール圧力検出部１７ａ（図１参照）に、第２圧力検出口３１は、第１ポンプ第２段シール圧力検出部１７ｂ（図１参照）に、それぞれ連通している。
【００２３】
シール水Ｗｓは、原子炉圧力容器１８の内部圧力より高い圧力（シール水圧＞圧力容器内水圧）に保持されて、原子炉内の冷却材Ｃが第１軸封部１６ａから炉外に出てしまわないようにシールする機能を有している。取込口２８から第１段軸封部２５ａに取り込まれたシール水Ｗｓは、オリフィス３０を経て第２段軸封部２５ｂに送り出され、第２段軸封部２５ｂからオリフィス３２を経て、第１軸封部１６ａの外部へと流出し、第１軸封部１６ａの外に設置されたタンク２１ａに貯められる。
【００２４】
なお、第１段軸封部２５ａに取り込まれたシール水Ｗｓの一部は、メカニカルシール２６が装着されていない第１段軸封部２５ａと回転軸２４の間隙を通って、第１軸封部１６ａの外部へと流出し、第１軸封部１６ａの外に設置されたタンク２１ａに貯められる。
このように、回転軸２４に第１軸封部１６ａを装着することで、第１軸封部１６ａにより、原子炉内の冷却材Ｃが、回転軸２４を伝ってモータ２３側へ流れ出て原子炉外へと漏出してしまわないように封止している。
【００２５】
ところで、第１軸封部１６ａに設置されたメカニカルシール２６のシール能力が低下する原因としては、シール面における異物の噛み込みやシール面の経年劣化による磨耗等が考えられる。このような状況では、シール圧力信号の揺らぎ成分が、正常時と比べると幾分大きくなっていると推定することができる。なお、このことは、第１軸封部１６ａに限らず、第２軸封部１６ｂについても同様に適用することができるが、以下の説明においては、第１軸封部１６ａについてのみ説明して、第２軸封部１６ｂについては説明を省略する。
【００２６】
従って、このシール圧力信号の揺らぎ成分を監視することにより、シール面の劣化によるシール能力低下を早期に検知することができると考えられる。
一般に、プラント正常作動時における第２段軸封部２５ｂの圧力は、非常に安定しており、殆ど揺らぎ成分を持たずに略一定の値を示す。そこで、シール圧力信号の揺らぎ成分の変動が非常に僅かであったとしても、第２段軸封部２５ｂのシール圧力信号上のノイズとして観測される可能性があることに、着目した。
【００２７】
但し、このシール圧力信号上のノイズは微少なものであるため、時系列データ（Ｔｉｍｅ Ｓｅｒｉｅｓ Ｄａｔａ）や統計量としては観測が困難であると予測される。
図５は、各軸封部におけるシール圧力信号の変化を時系列で表した時系列データをグラフで示す説明図である。図５に示すように、各軸封部（第１軸封部１６ａ、第２軸封部１６ｂ）におけるシール圧力信号、即ち、第１ポンプ第１段シール圧力信号ａ、第１ポンプ第２段シール圧力信号ｂ、第２ポンプ第１段シール圧力信号ｃ、第２ポンプ第２段シール圧力信号ｄについて、経過時間に対する変化を表した時系列データ上では、シール面劣化の徴候を検知するのは困難である。
【００２８】
つまり、時系列データ上では、略一致した値を示す第１ポンプ第１段シール圧力信号ａと第２ポンプ第１段シール圧力信号ｃ、近傍の値を示す第１ポンプ第２段シール圧力信号ｂと第２ポンプ第２段シール圧力信号ｄの何れにおいても、略一定値を示し経過時間に対する変化は見られない。
【００２９】
そこで、シール圧力信号中に含まれる微少な揺らぎ成分を評価するために、ＡＰＳＤを用いることにした。また、プラント正常作動状態の基準値（リファレンス）として、冗長機器（この例では、２個ある第１ポンプ１５ａと第２ポンプ１５ｂ）のＡＰＳＤをお互いに比較する。なお、比較に際しては、「冗長関係にある両機器について、シール面が正常、且つ、第１段軸封部２５ａの圧力のＡＰＳＤが同一レベルならば、第２段軸封部２５ｂの圧力のＡＰＳＤも同一レベルを示す」ものと仮定する。
【００３０】
これにより、第１段軸封部２５ａと第２段軸封部２５ｂの何れかのシール面が劣化しシール圧力信号の揺らぎ成分が増加した段階で、第２段軸封部２５ｂの圧力のＡＰＳＤレベルが正常側機器と比べて上昇することに基づいて、シール面に劣化の徴候が表れた段階での検知が可能になる。
つまり、原子炉圧力容器１８に備えられたポンプ（第１ポンプ１５ａ、第２ポンプ１５ｂ）の軸封部（第１軸封部１６ａ、第２軸封部１６ｂ）に設置されたメカニカルシール２６において発生するシール圧力信号の揺らぎ成分について、軸封部のシール圧力信号中に含まれる微少な揺らぎ成分をＡＰＳＤを用いて評価し、評価結果からＡＰＳＤの上昇が認められた場合、シール能力低下の徴候が表れたことを検知している。
【００３１】
このシール面に劣化の徴候が表れた段階での検知を、この発明に係るシール能力判定装置１０により行うことができる。
図１に示す、第１ポンプ１５ａのシール圧力を検出する、第１ポンプ第１段シール圧力検出部１７ａは、例えば圧力センサを備えており、この圧力センサにより、第１段軸封部２５ａの第１圧力検出口２９を介して、第１段軸封部２５ａの内部（シール）圧力を検出する。第１ポンプ第２段シール圧力検出部１７ｂは、例えば圧力センサを備えており、この圧力センサにより、第２段軸封部２５ｂの第２圧力検出口３１を介して、第２段軸封部２５ｂの内部（シール）圧力を検出する。
【００３２】
同様に、第２ポンプ１５ｂのシール圧力を検出する、第２ポンプ第１段シール圧力検出部１７ｃは、例えば圧力センサを備えており、この圧力センサにより、第１段軸封部の第１圧力検出口２９を介して、第１段軸封部の内部（シール）圧力を検出し、第２ポンプ第２段シール圧力検出部１７ｄは、例えば圧力センサを備えており、この圧力センサにより、第２段軸封部の第２圧力検出口３１を介して、第２段軸封部の内部（シール）圧力を検出する。
【００３３】
即ち、第１ポンプ第１段シール圧力検出部１７ａ、第１ポンプ第２段シール圧力検出部１７ｂ、第２ポンプ第１段シール圧力検出部１７ｃ、第２ポンプ第２段シール圧力検出部１７ｄは、原子炉圧力容器１８に備えられたポンプ（第１ポンプ１５ａ、第２ポンプ１５ｂ）のシール圧力を検出する。
ＡＰＳＤ演算部１１は、揺らぎ信号における周波数成分ｆの強度として、ＡＰＳＤという指標が、自己共分散関数のフーリエ変換として定義されていることから、高速フーリエ変換（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ＦＦＴ）アルゴリズムを用いて自己共分散関数を演算し、その演算結果から、ＡＰＳＤを算出する。
【００３４】
即ち、ＡＰＳＤ演算部１１は、第１ポンプ第１段シール圧力検出部１７ａ、第１ポンプ第２段シール圧力検出部１７ｂ、第２ポンプ第１段シール圧力検出部１７ｃ、第２ポンプ第２段シール圧力検出部１７ｄにより検出された、シール圧力に基づき、ＡＰＳＤを算出する。
【００３５】
ＡＰＳＤ比較部１２は、ＡＰＳＤ演算部１１において算出したＡＰＳＤを基に、第１ポンプ１５ａと第２ポンプ１５ｂのお互いのＡＰＳＤを比較、つまり、第１ポンプ１５ａのＡＰＳＤを冗長構成における基準値となるＡＰＳＤと比較する。シール能力判定部１３は、ＡＰＳＤ比較部１２における比較結果に基づき、各シール圧力検出部（１７ａ〜１７ｄ）で検出したシール圧力を有する各軸封部１６ａ，１６ｂの各段軸封部（２５ａ，２５ｂ，図示せず）についてのシール能力、即ち、シール能力の低下を判定する。
このシール能力の低下となるシール面劣化の徴候の有無の判定は、以下に示すように行われる。
【００３６】
先ず、プラント正常作動時に採取した複数データから得られるＡＰＳＤの平均値・標準偏差を求める。
次に、求めたＡＰＳＤの平均値・標準偏差を用いて、以下の式により求めた値を上限閾値とする。
上限閾値＝平均値＋標準偏差×係数（α）
ここで、係数（α）は、信頼度により異なるものであり、例えば、α＝２．５８の場合、正規分布における信頼度約９９％を意味する。
【００３７】
続いて、任意のデータから得られるＡＰＳＤレベルが、求めた上限閾値を越えた場合、メカニカルシール２６におけるシール面劣化の可能性がある、つまり、シール面劣化の徴候が認められると判定する。
図６は、各軸封部におけるシール圧力信号の変化をＡＰＳＤで表したＡＰＳＤレベルデータをグラフで示す説明図である。図６に示すように、各軸封部（第１軸封部１６ａ、第２軸封部１６ｂ）におけるシール圧力信号、即ち、第１ポンプ第１段シール圧力信号ａ、第１ポンプ第２段シール圧力信号ｂ、第２ポンプ第１段シール圧力信号ｃ、第２ポンプ第２段シール圧力信号ｄについて、周波数に対する変化を表したＡＰＳＤレベルデータ上では、ＡＰＳＤレベルの上昇としてシール面劣化の徴候を検知することができる。
【００３８】
つまり、第１ポンプ１５ａと第２ポンプ１５ｂの間で、それぞれの第２段軸封部におけるシール圧力信号ｂ，ｄを比較した場合、第２ポンプ１５ｂ側のシール圧力信号ｄのＡＰＳＤレベルに比べ、第１ポンプ１５ａ側のシール圧力信号ｂのＡＰＳＤレベルの方が上昇している（図中、白抜き矢印参照）。よって、シール面が劣化しシール圧力信号の揺らぎ成分が増加したことにより、ＡＰＳＤレベルが正常側機器の値（リファレンス）に比べ上昇することに基づき、シール面の劣化によるシール能力低下の徴候が表れた段階での検知が可能になる。
【００３９】
なお、ここでは、ＡＰＳＤレベルの比較を、冗長構成（２個ある第１ポンプ１５ａと第２ポンプ１５ｂ）における正常側機器の値に対して行ったが、冗長構成を有する場合に限らず、例えば、蓄積したデータに基づいて設定した基準値（リファレンス）に対して行っても良い。
【００４０】
このように、シール能力判定装置１０は、原子炉格納容器１４内のＰＬＲポンプ（第１ポンプ１５ａ、第２ポンプ１５ｂ）のそれぞれに設けられた各軸封部（第１軸封部１６ａ、第２軸封部１６ｂ）に設置されたメカニカルシール２６のシール能力の低下を、早期段階、即ち、シール面に劣化の徴候が表れた段階で検知することができ、加えて、メカニカルシール２６のシール能力の健全性についての評価が可能になる。このため、シール能力低下時のシール修理の準備や、運転停止時期の選定、更にメカニカルシール２６の複数年使用への利用等、プラント設備のより効率的な運用に寄与することができる。
【００４１】
このシール面劣化の徴候を検知するための各シール圧力信号ａ〜ｄに関するデータは、プラント運転中に採取することができる。
なお、上述したように、この発明に係るシール能力判定方法及びシール能力判定装置１０は、原子炉圧力容器１８に備えられたポンプ（第１ポンプ１５ａ、第２ポンプ１５ｂ）の軸封部（１６ａ，１６ｂ）に用いられるメカニカルシール２６において、そのシール能力を判定しているが、シール能力判定の対象となるのは、原子炉圧力容器１８におけるシール部材に限るものではなく、メカニカルシールが多段に分かれているポンプにおけるシール部材のシール能力を判定する場合にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
この発明によれば、メカニカルシールが多段に分かれているポンプの軸封部に設置されたメカニカルシールに関して、軸封部のシール圧力信号中に含まれる微少な揺らぎ成分をＡＰＳＤを用いて評価し、評価結果からＡＰＳＤの上昇が認められた場合、シール能力低下の徴候として判定することにより、軸封部におけるシール能力の健全性を評価することができると共に、シール能力の低下を早期段階で検知することができるので、メカニカルシールが多段に分かれているポンプにおけるシール部材のシール能力判定方法及び装置として最適である。
【符号の説明】
【００４３】
１０ シール能力判定装置
１１ ＡＰＳＤ演算部
１２ ＡＰＳＤ比較部
１３ シール能力判定部
１４ 原子炉格納容器
１５ａ 第１ポンプ
１５ｂ 第２ポンプ
１６ａ 第１軸封部
１６ｂ 第２軸封部
１７ａ 第１ポンプ第１段シール圧力検出部
１７ｂ 第１ポンプ第２段シール圧力検出部
１７ｃ 第２ポンプ第１段シール圧力検出部
１７ｄ 第２ポンプ第２段シール圧力検出部
１８ 原子炉圧力容器
１９ａ 排出路
１９ｂ 供給路
２０ａ，２０ｂ 循環路
２１ａ，２１ｂ タンク
２２ ポンプ本体
２２ａ 冷却材流路
２２ｂ 羽根車
２３ モータ
２４ 回転軸
２５ａ 第１段軸封部
２５ｂ 第２段軸封部
２６ メカニカルシール
２６ａ 静止リング
２６ｂ 回転リング
２７ 軸封部構造体
２８ 取込口
２９ 第１圧力検出口
３０，３２ オリフィス
３１ 第２圧力検出口
Ｃ 冷却材
Ｗ 水
Ｗｓ シール水
ａ 第１ポンプ第１段シール圧力信号
ｂ 第１ポンプ第２段シール圧力信号
ｃ 第２ポンプ第１段シール圧力信号
ｄ 第２ポンプ第２段シール圧力信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メカニカルシールが多段に分かれているポンプの軸封部に設置されたメカニカルシールに関して、軸封部のシール圧力信号中に含まれる微少な揺らぎ成分をオートパワースペクトル密度（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ：ＡＰＳＤ）を用いて評価し、
その評価結果から前記ＡＰＳＤの上昇が認められた場合、シール能力低下の徴候として判定するシール能力判定方法。
【請求項２】
前記軸封部の圧力のＡＰＳＤレベルが、冗長構成の正常側機器の値に比べ上昇することに基づき、前記ＡＰＳＤが上昇したと認める請求項１に記載のシール能力判定方法。
【請求項３】
メカニカルシールが多段に分かれているポンプの軸封部に設置されたメカニカルシールのシール圧力を示すシール圧力信号に基づき、オートパワースペクトル密度（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ：ＡＰＳＤ）を算出するＡＰＳＤ演算手段と、
前記ＡＰＳＤ演算手段により算出されたＡＰＳＤを、基準値のＡＰＳＤと比較するＡＰＳＤ比較手段と、
前記ＡＰＳＤ比較手段における比較結果に基づき、検出された前記シール圧力を有する軸封部についてのシール能力の低下を判定するシール能力判定手段と
を有するシール能力判定装置。
【請求項４】
前記シール能力判定手段は、
前記軸封部の圧力のＡＰＳＤレベルが、冗長構成の正常側機器の値に比べ上昇することに基づき、シール能力が低下したと判定する請求項３に記載のシール能力判定装置。
【請求項５】
前記シール圧力信号は、前記ポンプに備えられた、前記メカニカルシールのシール圧力を検出するシール圧力検出手段からの出力信号である請求項３または４に記載のシール能力判定装置。
【請求項１】
メカニカルシールが多段に分かれているポンプの軸封部に設置されたメカニカルシールに関して、軸封部のシール圧力信号中に含まれる微少な揺らぎ成分をオートパワースペクトル密度（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ：ＡＰＳＤ）を用いて評価し、
その評価結果から前記ＡＰＳＤの上昇が認められた場合、シール能力低下の徴候として判定するシール能力判定方法。
【請求項２】
前記軸封部の圧力のＡＰＳＤレベルが、冗長構成の正常側機器の値に比べ上昇することに基づき、前記ＡＰＳＤが上昇したと認める請求項１に記載のシール能力判定方法。
【請求項３】
メカニカルシールが多段に分かれているポンプの軸封部に設置されたメカニカルシールのシール圧力を示すシール圧力信号に基づき、オートパワースペクトル密度（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ：ＡＰＳＤ）を算出するＡＰＳＤ演算手段と、
前記ＡＰＳＤ演算手段により算出されたＡＰＳＤを、基準値のＡＰＳＤと比較するＡＰＳＤ比較手段と、
前記ＡＰＳＤ比較手段における比較結果に基づき、検出された前記シール圧力を有する軸封部についてのシール能力の低下を判定するシール能力判定手段と
を有するシール能力判定装置。
【請求項４】
前記シール能力判定手段は、
前記軸封部の圧力のＡＰＳＤレベルが、冗長構成の正常側機器の値に比べ上昇することに基づき、シール能力が低下したと判定する請求項３に記載のシール能力判定装置。
【請求項５】
前記シール圧力信号は、前記ポンプに備えられた、前記メカニカルシールのシール圧力を検出するシール圧力検出手段からの出力信号である請求項３または４に記載のシール能力判定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１２６０２（Ｐ２０１１−１２６０２Ａ）
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５７６３３（Ｐ２００９−１５７６３３）
【出願日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【出願人】（５０１４６４２５５）株式会社テプコシステムズ (17)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【出願人】（５０１４６４２５５）株式会社テプコシステムズ (17)
【Ｆターム（参考）】
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