Поплавковый клапан погружного типа

 

Использование: для обеспечения безопастности при эксплуатации ядерных реакторов. Сущность изобретения: в поплавковом клапане погружного типа клапан выполнен с ребрами жесткости внутри и снабжен в верхней части заглушкой для закачки противодавления, а в нижней части - кольцевым усом для металлического затвора. 4 ил.

Изобретение касается обеспечения безопасности при эксплуатации ядерных реакторов и может быть использовано в системе аварийного охлаждения реактора в случае разрыва штатного трубопровода циркуляционного контура.

Известны различные поплавковые клапаны и устройства, применяющиеся в гидравлических системах и сантехнике [1] Однако эти устройства не могут быть применены в системе аварийного охлаждения реактора ввиду того, что эти конструкции оказываются неработоспособны в условиях высоких давлений (100-200 атм) и больших расходов перепускаемой жидкости (сотни кг/с).

Известен шаровой поплавковый клапан погружного типа, применяемый в гидробаллонах высокого давления системы аварийного охлаждения реактора ВВЭР-440 [2] Шаровой клапан состоит из корпуса, ограничивающего буфера, седла, поплавка и корпуса. Поплавок выполнен в виде металлического шара, в который вварена дыхательная труба, соединяющая полость шара с газовой полостью гидробаллона. Это позволяет разгрузить шар от давления среды и получить необходимую плавучесть клапана.

Однако данный шаровой тонкостенный клапан имеет низкие уплотняющие качества пары шар-конус, так как шар состоит из двух штампованных полусфер, а седлом служит конус горловины, облицованный листом нержавеющей стали, без последующей механической обработки. Этот недостаток клапана определяет значительный остаточный уровень воды. Кроме того, шар диаметром 435 мм с толщиной стенки 2 мм не обладает достаточной жесткостью и прочностью при ударной посадке в седло при аварийной ситуации. При увеличении толщины стенки теряется плавучесть шара. Дыхательная труба длиной 5 м не имеет надежного буфера на случай резкого всплытия при заполнении гидробаллона водой со стороны горловины, поэтому подвержена деформации и выходу из строя.

Таким образом, шаровой клапан является практически клапаном разового действия и его применение в реакторах высокого давления (типа РБМ-К) крайне затруднительно и неэффективно.

Целью изобретения является увеличение срока службы клапана в широком диапазоне давлений.

Для этого поплавок выполнен в виде цилиндра с ребрами жесткости внутри и снабжен в верхней части уплотняемой заглушкой для закачки противодавления, а в нижней части кольцевым усом для подвижно закрепленного тарельчатого самоустанавливающегося металлического затвора.

На фиг. 1 изображен поплавковый клапан в открытом положении в разрезе; на фиг. 2 то же, в закрытом положении в разрезе; на фиг. 3 узел I на фиг. 2; на фиг. 4 предлагаемая схема с отсечными поплавковыми клапанами (левая часть) и существующая схема (для реактора РБМ-К) с отсечными быстродействующими клапанами (обведена штриховой линией).

Поплавковый клапан (фиг. 1) содержит пустотелый герметичный поплавок 1 в виде цилиндра, упрочненный внутpенними ребрами 2 жесткости. Снаружи поплавок снабжен манжетами 3, закрепленными на его корпусе пружинными кольцами 4.

На нижней торцовой части посредством кольцевого уса 5 на поплавке 1 закреплен тарельчатый самоустанавливающийся затвор 6. Такое соединение позволяет жидкости беспрепятственно попадать в полость 7 через кольцевой зазор 8.

Поплавок 1 размещен в корпусе 9, состоящем из буфера 10, направляющей трубы 11 и седла 12, которое приварено к днищу гидробаллона 13 на выходном патрубке 14.

Направляющая труба имеет окна 15 для прохода воды в сливную горловину и щели 16 для удаления воды из корпуса 9.

В верхней части поплавок 1 имеет заглушку 17 для закачки газа под давлением во внутреннюю полость 18 поплавка в случае необходимости создать противодавление окружающей среде с целью уменьшения веса поплавка.

Поплавковый клапан работает следующим образом.

В исходном состоянии (фиг. 1) поплавок 1 находится во всплытом состоянии и упирается торцом в буфер 10. При этом тарельчатый затвор 6 удерживается кольцевым усом 5.

Давление в гидробаллоне 13 поддерживается подачей газа в полость баллона над уровнем воды (давление подается от ресивера).

В случае высокого давления жидкости в гидробаллоне 13 во внутреннюю полость 18 поплавка 1 через отверстие заглушки 17 заканчивается необходимое противодавление.

При срабатывании системы аварийного охлаждения реактора вода из гидробаллона 13 под действием давления газа устремляется через окна 15 в сливной патрубок и далее по трубопроводам в активную зону реактора.

В результате опорожнения гидробаллона до требуемого остаточного уровня поплавок 1 садится тарельчатым затвором 6 в седле 12.

Остаточный уровень воды служит гидравлическим затвором и исключает попадание газа в реактор.

Малый ресурс работы шаровых поплавковых клапанов затрудняет их применение в системах аварийного охлаждения реакторов многократного действия. Поэтому в системах аварийного охлаждения отечественных реакторов (типа РБМ-К) данные клапаны не применяются.

Существующие системы аварийного охлаждения реакторов выполнены по схеме, показанной на фиг. 4 (обведена штриховыми линиями), включающей большое количество гидробаллонов (емкостью по 25 м³ каждый), отсечные быстродействующие клапаны, датчики контроля уровня с автоматикой воздействия на отсечной быстродействующий клапан и дроссельные профилирующие шайбы.

Такая сложная гидравлическая система, насыщенная уникальной быстродействующей арматурой и автоматикой, не позволяет максимально использовать запас воды в гидробаллонах.

Предлагаемый клапан позволяет упростить схему аварийного охлаждения реактора, исключив из нее отсечные механические быстродействующие клапаны, датчики контроля уровня с соответствующей автоматикой, профилирующие шайбы, и уменьшить приблизительно на 20% количество гидробаллонов за счет более полного использования аварийного запаса воды в них.

Кроме того, предлагаемый поплавковый клапан по сравнению с известным клапаном поплавкового типа допускает возможность его многократного срабатывания в условиях высоких давлений и расходов жидкости.

Формула изобретения

ПОПЛАВКОВЫЙ КЛАПАН ПОГРУЖНОГО ТИПА для системы аварийного охлаждения реактора высокого давления, содержащий корпус, ограничивающий буфер, седло и поплавок, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока эксплуатации клапана в широком диапазоне давлений, поплавок выполнен с ребрами жесткости внутри и снабжен в верхней части заглушкой для закачки противодавления, а в нижней части кольцевым усом для подвижно закрепленного тарельчатого самоустанавливающегося металлического затвора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4