устройство защиты реакторных установок корпусного типа при разгерметизации трубопроводов первого контура

Формула изобретения

Устройство защиты реакторных установок корпусного типа при разгерметизации трубопроводов первого контура, содержащее отсечной клапан с исполнительным механизмом и обратный клапан, установленные соответственно на входном и выходном трубопроводах отсекаемого контура, отличающееся тем, что исполнительный механизм отсечного клапана выполнен в виде заглушенного поршня с окнами на боковой стенке для прохода теплоносителя, имеющем расширение с посадочной поверхностью, седлом для которой служит выступ на внутренней поверхности корпуса, кроме того, сопряженные поверхности поршня и корпуса образуют демпферную камеру, сообщающуюся через импульсную линию с выходным трубопроводом отсекаемого контура на участке перед обратным клапаном.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к защитным устройствам, предотвращающим большие потери рабочей среды при разрушении трубопроводов (внезапной разгерметизации), и может быть использовано в гидро- и пневмосистемах в качестве пассивной защиты, перекрывающей расход рабочей среды в замкнутом контуре при аварийной ситуации, в частности для отсечения разгерметизированной части контура охлаждения ядерного реактора корпусного типа и предотвращения опорожнения (обезвоживания) активной зоны.

Известны различные устройства, защищающие гидросистемы от больших потерь при их внезапной разгерметизации. Например, аварийное устройство (а.с. СССР N 1596146 F 15 B 20/00, публ. 1988 г.), содержащее корпус с входным и выходным штуцерами, расположенный внутри корпуса и сообщающийся с входным штуцером соосный цилиндр с подпружиненным поршнем, на штоке которого закреплен запорный клапан, и расположенный снаружи цилиндра постоянный дроссель. Кроме того, имеется блокировочный цилиндр, в котором перемещается шток, являющийся упором для запорного клапана и непозволяющий ему закрыться при кратковременном падении давления в выходном штуцере.

Недостатком данного устройства является сложность конструкции и необходимость настройки устройства на определенный расход. Кроме того, существует возможность ложного срабатывания (например, при неправильном подборе дросселя), приводящего к отсечению контура без наличия аварийной ситуации.

Наиболее близким аналогом, совпадающим с заявленным изобретением по наибольшему количеству существенных признаков, является гидропривод (а.с. СССР 1188390 F 15 B 20/00, публ. 1983 г.), содержащий гидравлическое нагружающее устройство и гидроуплотняемое устройство блокировки подачи насоса, установленное в линии связи насоса с нагружающим устройством и включающее корпус с размещенным в нем подпружиненным золотником, образующим с корпусом напорную проточную камеру, и камеру управления золотником, которая сообщена с напорной магистралью насоса, сообщенной через блокирующее устройство с входом нагружающего устройства, выход которого связан со сливной магистралью, причем блокирующее устройство выполнено в виде четырехлинейного распределителя с дополнительной камерой управления, сообщенной с выходом нагружающего устройства, при этом золотник при срабатывании устройства выполняет функцию отсечного и обратного клапана на соответствующих магистралях трубопровода.

Недостатком данного устройства защиты от разгерметизации является то, что при включении насоса требуется взводить устройство блокировки в рабочее состояние при помощи дополнительного устройства (распределителя), которое после взвода переключается в исходную позицию. Указанный недостаток обусловлен тем, что при нормальном состоянии (когда нет давления в системе) пружина отжимает золотник, перекрывающий магистрали, и для отвода золотника в рабочее положение требуется подать при помощи распределителя в камеру управления рабочую жидкость под давлением (от насоса). Наличие пружины приводит к повышению вероятности отказа из-за ее поломки. Кроме того, устройство не может быть применено для больших расходов, т.к. будет слишком громоздким.

Целью изобретения является повышение надежности защиты от потери рабочей среды при разгерметизации в контуре циркуляции, например, в контуре охлаждения реактора корпусного типа. Особенностью рассматриваемых контуров циркуляции является то, что отсекаемый участок контура содержит насос.

Поставленная цель достигается тем, что устройство защиты при разгерметизации включает отсечной клапан и обратный клапан, установленные соответственно на входном и выходном трубопроводах отсекаемого контура, а также импульсную линию, соединяющую выходной трубопровод отсекаемого контура (на участке до обратного клапана по ходу теплоносителя) с отсечным клапаном. Исполнительным органом отсечного клапана, перекрывающим линию циркуляции при срабатывании устройства, является золотник в виде поршня с выполненными на боковой стенке окнами для прохода теплоносителя. В нижней части поршень заглушен и имеет расширение с посадочной поверхностью. При движении его вверх под действием подъемных сил перекрывается проходное сечение для рабочей среды, образованное выступом на внутренней поверхности корпуса и посадочной поверхностью поршня, при этом поверхность заглушенной часть поршня, садящаяся на внутреннюю поверхность корпуса, выполняет роль уплотнительной поверхности. Для регулирования процесса закрытия отсечного клапана и предотвращения ложного срабатывания предназначена демпферная камера в виде кольцевой полости, образованной сопряженными поверхностями поршня и корпуса. Гидравлическое сопротивление вытесняемому из демпферной камеры потоку теплоносителя при подъеме поршня обусловлено величиной зазоров (проходного сечения) между сопряженными поверхностями поршня и корпуса, а также размерами импульсной линии. Возникающее вследствие этого повышение давления в демпферной камере определяет скорость подъема поршня. Соединение демпферной камеры с участком выходного трубопровода отсекаемого контура импульсной линией и наличие насоса в отсекаемом контуре позволяет поддерживать в демпферной камере повышенное давление, препятствующее подъему поршня при нормальном режиме работы реакторной установки.

Срабатывание системы происходит лишь в случав, когда не только увеличивается перепад давления на поршне вследствие повышения расхода, но также происходит резкое снижение давление в отсекаемом контуре, вследствие чего происходит смена направления движения потока рабочей среды в выходном трубопроводе отсекаемого контура и закрывается обратный клапан.

Наличие исполнительного механизма в виде поршня, опирающегося на элементы конструкции и прижимаемого давлением в демпферной камере и собственным весом, позволяет избежать операции по взводу устройства, т.к. оно находится в состоянии готовности к работе как при включенных, так и при выключенных насосах.

Новые существенные признаки заявляемого решения в научной и технической литературе не обнаружены, предложенное решение не следует явным образом из уровня техники, совокупность признаков обеспечивает новые свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию изобретательский уровень.

На фиг. 1 приведена схема подключения системы защиты в отсекаемый контур, а на фиг. 2 изображена схема установки системы защиты при разгерметизации в контуре охлаждения реактора корпусного типа, где; 1, 2 - охранные кожухи; 3 - входной трубопровод отсекаемого контура; 4 - корпус отсечного клапана; 5 - поршень; 6 - окна в боковой стенке поршня; 7 - кольцевой выступ на поршне; 8 - демпферная камера; 9 - расширенная часть поршня с посадочной поверхностью; 10 - отсекаемый контур; 11 - насос; 12 - импульсная линия; 13 - выходной трубопровод отсекаемого контура; 14 - обратный клапан; 15 - отсечной клапан; 16 - корпус реактора.

Ниже приведено описание устройства защиты от потери рабочей среды (теплоносителя) при разгерметизации в контуре охлаждения реактора корпусного типа.

Основные элементы устройства защиты - клапаны, установлены на защищенных охранными кожухами (1, 2) трубопроводах (3, 13), подсоединяемых к корпусу реактора. Отсечной клапан включает корпус 4, в котором находится золотник в виде поршня 5, имеющего отверстия (окна) в боковой стенке 6, и кольцевой выступ на наружной поверхности 7, образующий с внутренней поверхностью корпуса демпферную камеру 8. В нижней части поршень заглушен и имеет расширение с посадочной поверхностью 9. Отсекаемый контур 10 имеет насос 11. Импульсная линия 12 соединяет демпферную камеру 8 с выходным трубопроводом на участке от насоса до обратного клапана 14. Обратный клапан устанавливается на горизонтальном участке трубопровода, а отсечной клапан 15 - на вертикальном участке трубопровода контура циркуляции корпусного реактора 16.

Устройство защиты работает следующим образом. В нормальном режиме, когда отсутствует разгерметизация и работает циркуляционный насос отсекаемого контура (петли), давление на выходе из реактора меньше, чем на входе в реактор, а массовый расход на входе и выходе практически одинаков, положение отсечного клапана и обратного клапана нормально открытое, гидравлическое сопротивление при прохождении теплоносителя через элементы системы защиты минимально. При разгерметизации в одной из петель контура охлаждения давление в контуре снижается и нарушается баланс расхода теплоносителя в реакторе. Можно рассмотреть несколько сценариев аварий с разгерметизацией. Отличие сценариев друг от друга зависит от расположения места разгерметизации в петле, от ее размеров (большая, средняя или малая течь) и геометрии, от места врезки трубопровода компенсатора объема, а также от времени (скорости) раскрытия отверстия разгерметизации.

При возникновении большой течи на всасе циркуляционного насоса повышается расход в отсечном клапане вследствие увеличения перепада давления на нем, падает давление на выходе из насоса и возможна его остановка. При снижении давления на выходе из насоса из-за снижения давления на всасе, а также при остановке (срыве) насоса при наличии импульсной линии давление в демпферной камере снижается, что обеспечивает подъем поршня и перекрытие проходного сечения.

При возникновении большой течи после циркуляционного насоса повышается расход в насосе (если не произошел его срыв или поломка), а также резко снижается давление перед обратным клапаном, что вызывает изменение направления циркуляции в нем и его закрытие. При закрытии обратного клапана снижается давление в демпферной камере, что обеспечивает превышение подъемных сил, действующих на поршень, над силами, направленными вниз. Таким образом, при возникновении большой разгерметизации срабатывание системы защиты обеспечивается при разрыве в любом месте петли, не покрытом охранным кожухом.