устройство для аварийного перекрытия трубопроводов высокотемпературного теплоносителя

Формула изобретения

1. Устройство для аварийного перекрытия трубопровода высокотемпературного теплоносителя, содержащее вертикальный корпус с коаксиально размещенным в нем внутренним цилиндром, верхний и нижний концы которого расположены по разные стороны от патрубка отвода теплоносителя, сообщенного с кольцевой полостью, образованной корпусом и внутренним цилиндром, запорный орган и средство срабатывания, отличающееся тем, что нижний конец внутреннего цилиндра выполнен с днищем и уплотнительным элементом, а между ними внутри нижнего конца цилиндра закреплен сепаратор, напротив которого в стенке внутреннего цилиндра выполнены каналы, сообщающие кольцевую полость с закрепленным в цилиндре сепаратором, при этом в кольцевой полости напротив каналов установлен направляющий аппарат, соединенный посредством перфорированной пластины с запорным органом, выполненным в виде наружного цилиндра с уплотнительным элементом с возможностью его взаимодействия с уплотнительным элементом внутреннего цилиндра.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус в зоне уплотнительного элемента внутреннего цилиндра снабжен нагревателем и выполнен из материала с коэффициентом линейного расширения большим, чем у материала уплотнительного элемента наружного цилиндра.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что уплотнительные элементы в зоне уплотнения снабжены соответственно шаровой и конусной поверхностями.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для аварийного перекрытия трубопроводов высокотемпературного теплоносителя под давлением и может быть использовано в трубопроводах ядерных реакторов, преимущественно водоводяного типа.

Известно устройство для уменьшения аварийного истечения из трубопровода отвода высокотемпературного теплоносителя ядерного реактора, содержащее трубопровод, проходящий из донной части реактора в его верхнюю часть, при этом в трубопроводе выполнено отверстие под уровнем теплоносителя (см. например, авторское свидетельство СССР N 578788, кл. C 21 C 15/18, 1975 г.).

Устройство обеспечивает уменьшение истечения теплоносителя за счет перевода режима истечения в парогазовый при снижении уровня теплоносителя в реакторе ниже уровня отверстия в трубопроводе. Однако полного исключения истечения не происходит, что является существенным недостатком устройства.

Известно устройство для аварийного перекрытия трубопровода, содержащее корпус с коаксиально размещенным в нем внутренним цилиндром, запорным органом в виде штока, соединенного с пружиной, закрепленной в цилиндре (см. например, авторское свидетельство СССР N 1048219, М. кл. F 16 K 17/04, 1981 г.).

В устройстве обеспечивается плавная безударная посадка запорного органа в отверстие и приведение устройства в исходное состояние после ремонта места течи в трубопроводе за счет выполнения дроссельного канала, сообщенного с запоршневой полостью цилиндра.

Устройство также имеет низкую надежность срабатывания в процессе длительной эксплуатации из-за наличия пружины.

Кроме того, устройство не обеспечивает полного перекрытия сечения корпуса при возникновения аварийного истечения из трубопровода расходом, равным или меньшим номинального, в том числе, и при парогазовом режиме истечения теплоносителя.

Наиболее близким из известных по технической сущности и достигаемому результату является устройство для аварийного перекрытия потока теплоносителя, содержащее вертикальный корпус в виде патрубка подвода (отвода) с коаксиально размещенным в нем внутренним цилиндром в виде полого штока, запорный орган в виде поплавка, закрепленного на штоке, соединенным с пружиной, размещенной внутри полого штока, с возможностью перекрытия поплавком отверстия в нижней части корпуса при аварийном увеличении расхода теплоносителя (см. например, патент США N 3326233, М. кл. G 12 C 13/02, 1965 г.).

Устройство обеспечивает регулирование потока вплоть до полного перекрытия в двух направлениях, но обладает существенными недостатками:

при применении устройства в патрубке отвода высокотемпературного теплоносителя ядерного реактора в процессе длительной эксплуатации возможен отказ пружины, свойства материала которой теряют стабильность под воздействием высокой температуры и радиационного излучения, и значит, несрабатывание устройства при аварийной разгерметизации трубопровода;

при переходе истечения теплоносителя из водяного в парогазовый динамическое воздействие на пружину через поплавок уменьшается, что приводит к открытию отверстия в корпусе и продолжению аварийного истечения.

Задача изобретения состоит в повышении эффективности срабатывания при парогазовом режиме истечения теплоносителя.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где:

на фиг.1 показан продольный разрез устройства для аварийного перекрытия трубопровода высокотемпературного теплонсоителя;

на фиг.2 то же, после срабатывания.

Устройство для аварийного перекрытия трубопровода высокотемпературного теплоносителя содержит вертикальный корпус 1 с коаксиально размещенным в нем внутренним цилиндром 2. Верхний 3 и нижний 4 концы внутреннего цилиндра 2 размещены, соответственно, выше и ниже патрубка 5 отвода теплоносителя из ядерного реактора или сосуда высокого давления (на черт. не показано). Верхний конец 3 внутреннего цилиндра 2 размещен, например, выше уровня теплоносителя в реакторе (на черт. не показано). Такое расположение позволяет быстрее перевести режим истечения теплоносителя из патрубка 3 из жидкостного в парогазовый, а значит, и уменьшить расход истечения. Патрубок 5 отвода теплоносителя сообщен с кольцевой полостью 6, образованной корпусом 1 и внутренним цилиндром 2.

Нижний конец 4 внутреннего цилиндра 2 снабжен днищем 7 и уплотнительным элементом 8, между которыми в стенке цилиндра 2 выполнены каналы 9. Каналы 9 сообщают кольцевую полость 6 с закрепленным в цилиндре 2 сепаратором 10. Сепаратор 10 выполнен, например, в виде последовательно расположенных по высоте цилиндра 2 изогнутых пластин 11.

Запорный орган выполнен в виде размещенного в кольцевой полости 6 наружного цилиндра 12, снабженного уплотнительным элементом 13 с возможностью взаимодействия последнего с уплотнительным элементом 8 внутреннего цилиндра 2.

Наружный цилиндр 12 соединен через перфорированную пластину 14 с направляющим аппаратом 15, размещенным напротив каналов 9 внутреннего цилиндра 2. Направляющий аппарат 15 выполнен в виде закрепленных в перфорированной пластине 14 стержней 16 с размещенными на них конусными обечайками 17. Корпус 1 в зоне уплотнительного элемента 8 внутреннего цилиндра 12 снабжен нагревателем 18 трубчатого типа и выполнен из материала с коэффициентом линейного расширения большим, чем у материала уплотнительного элемента 13 наружного цилиндра 12 (из стали 08Х18Н10Т и 20Х13, соответственно). Уплотительные элементы 8 и 13 в зоне уплотнения снабжены, соответственно, шаровой 19 и конусной 20 поверхностями.

Устройство работает следующим образом.

При нормальной работе реактора (сосуда высокого давления) высокотемпературный теплоноситель (вода под давлением) поступает снизу в корпус 1, через перфорированную пластину 14 проходит кольцевую полость 6 и далее через патрубок 5 поступает в трубопровод. Перемещения наружного цилиндра 12 с уплотнительным элементом 13 не происходит, т.к. вес наружного цилиндра 12 превышает усилие воздействия на него теплоносителя. Уровень теплоносителя во внутреннем цилиндре 2 устанавливается несколько ниже уровня теплоносителя в реакторе за счет разности давлений, вызываемой движением теплоносителя. При аварийной разгерметизации отводящего трубопровода начинается истечение высокотемпературного теплоносителя и падение его уровня в реакторе и во внутреннем цилиндре 2. При достижении уровня раздела фаз теплонсоителя во внутреннем цилиндре 2 сепаратора 10 на него начинает поступать парогазовый поток, который по мере дальнейшего снижения уровня проходит сепаратор 10 и через каналы 9 поступает на направляющий аппарат 15.

В результате динамического воздействия парогазового потока на конусные обечайки 17 направляющего аппарата 15 происходит перемещение вверх наружного цилиндра 12 до упора уплотнительного элемента 18 в уплотнительный элемент 8 и стопорение конусными поверхностями уплотнительного элемента 13 и корпуса 1. Истечение теплоносителя из реактора прекращается, причем благодаря опережающему снижению уровня теплоносителя во внутреннем цилиндре 2 по сравнению со снижением уровня в реакторе, это предотвращает оголение активной зоны реактора, обеспечивая аварийный отвод остаточных тепловыделений. За счет снабжения уплотнительных элементов 8 и 13 соответственно шаровой 19 и конусной 20 поверхностями достигается высокая степень герметичности полости реактора и сохранение в нем высокотемпературного теплоносителя под давлением. После выравнивания давления в отсеченном разгерметизированном участке трубопровода с атмосферным и проведения дезактивации производится ремонт места течи, подача в отремонтированном участок теплоносителя с последующим подъемом его давления до давления в реакторе. Включается нагреватель 17, корпус 1 в районе уплотнительного элемента 8 внутреннего цилиндра 12 расширяется несколько больше, чем уплотнительный элемент 13 наружного цилиндра 12, который под действием собственного веса свободного опускается в исходное состояние. Устройство готово к очередному срабатыванию.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить эффективность срабатывания при парогазовом режиме истечения теплоносителя.