УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ СТЫКОВОЧНОГО ПАТРУБКА РАЗГРУЗОЧНО-ЗАГРУЗОЧНОЙ МАШИНЫ ЯДЕРНОГО КАНАЛЬНОГО РЕАКТОРА

Заявляемая полезная модель относится к атомной энергетике, касается, в частности уплотнительного узла стыковочного патрубка разгрузочно-загрузочной машины (СП РЗМ) ядерного канального реактора и может быть использована на атомных станциях.
Перегрузку топлива на работающем ядерном реакторе осуществляют с помощью разгрузочно-загрузочной машины (РЗМ), внутреннюю полость которой соединяют с полостью топливного канала реактора посредством вертикально-подвижного корпуса СП РЗМ, стыкуемого с головками перегружаемых топливных каналов реактора. Сложность обеспечения надежного герметичного сопряжения корпуса СП РЗМ с технологическими каналами (ТК) реактора обусловлена условиями, в которых работает уплотнительный узел (высокая температура, давление и радиационное облучение) и определяющими необходимость дистанционного наведения перегрузочной машины на координаты перегружаемых каналов и стыковки с ними даже при грубом наведении с точностью до ±2÷3 мм, в том числе с угловыми перекосами более 3°. Предусмотрен уплотнительный узел разгрузочно-загрузочной машины ядерного канального реактора (уплотнительный узел), расположенный в сопряжении направляющей трубы с корпусом СП РЗМ, который герметизируется пакетом, собранным из V-образных манжет, изготавливаемых из углероднографитового материала, пропитанного терморадиационностойким связующим.
В уровне техники обнаружены описания различных конструкций уплотнительных узлов разгрузочно-загрузочной машины ядерного канального реактора, описанные в патентах РФ №2125307 и №67212.
Ближайшим аналогом заявляемой полезной модели является техническое решение по патенту РФ №98624. В данном патенте заявлен уплотнительный узел стыковочного патрубка разгрузочно-загрузочной машины (блок уплотнения вертикально-подвижного стыковочного патрубка перегрузочной машины) ядерного канального реактора, содержащий между нажимным и опорным кольцами V-образные манжеты, выполненные из углеродографитового материала, пропитанного радиационностойким связующим. Пространство между манжетами заполнено коллоидно-графитовой пастой. Сжатие уплотнения обеспечивается через фланец крепежными винтами.
Недостатком ближайшего аналога является малая ресурсная работоспособность уплотнительного узла и сложность герметизации заменяемых комплектов манжет.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении надежности и увеличении ресурсной работоспособности уплотнительного узла.
Сущность полезной модели состоит в том, что в уплотнительном узле стыковочного патрубка разгрузочно-загрузочной машины ядерного канального реактора, содержащем размещенные между опорным и нажимным кольцами манжеты V-образного профиля, выполненные из углеродографитового материала, пропитанного радиационностойким связующим, предложено каждую манжету снабдить демпфером из упругодеформируемого радиационностойкого материала и установить в центре внутренней полости каждой манжеты, причем зазор между манжетами и демпфером заполнить коллоидно-графитовой пастой, а в центре внутреннего профиля нажимного кольца выполнить кольцевую обнизку. Кроме того, предложено демпфер изготовить из графитового шнура, а внутреннюю и внешнюю профильные поверхности манжет выполнить с углами 60° и 70° соответственно. Также предложено, внешний профиль опорного кольца, сопрягаемый с внутренним профилем манжеты, выполнить под углом 70°÷74°, а внутренний профиль контактных поверхностей нажимного кольца выполнить под аналогичным углом с внешним профилем охватываемой манжеты.
зат
раб
Наличие кольцевой обнизки на нажимном кольце обеспечивает первоочередное раскрытие лопастей нижней рабочей манжеты, так как эластичная вершина верхней манжеты упруго заполняет кольцевую обнизку и лопасти верхней манжеты удерживаются от преждевременного радиального раскрытия. При затяжке пакета манжет фланцем (Q) и при подаче рабочего давления (Р) установленные в центры внутренних полостей манжет упругие демпферы сжимаются. В результате, после снижения рабочего давления и слива конденсата, манжеты уплотнительного узла возвращаются в исходное положение (до подачи рабочего давления), что значительно уменьшает радиальные напряжения и силы трения-скольжения при перемещении корпуса СП РЗМ по направляющей трубе скафандра РЗМ, что особенно необходимо при стыковке с угловыми перекосами вертикальных осей соединяемых механизмов до угла ±3°, возникающими при компенсации погрешности наведения РЗМ (±5 мм) на координаты перегружаемых топливных каналов ядерного реактора типа РБМК. Положительная разность сопрягаемых осевых углов внешних и внутренних элементов манжет образует наклонные клиновые полости между их лопастями, заполняемые коллоидно-графитовой пастой, которые образуют непроницаемый гидрозатвор. Избытки смазки, вытесняемые на уплотняемую поверхность направляющей трубы телескопа сокращают период приработки пакета манжет собранных в корпусе СП РЗМ и устраняют подлип манжет в стояночном режиме между циклами перегрузок в течение увеличенного многолетнего ресурса работы механизмов перегрузочного скафандра РЗМ. Период приработки уплотнительного узла сокращается более чем в 2÷3 раза, об этом свидетельствует быстрое прекращение утечек и отпадает необходимость в периодической дополнительной подтяжке резьбовых соединений.
Заявляемая полезная модель проиллюстрирована графическим материалом на фиг.1 и графическими эпюрами сил на фиг.2. На фиг.1 изображен уплотнительный узел стыковочного патрубка (СП) разгрузочно-загрузочной машины ядерного канального реактора. На фиг.2 представлены сопрягаемые контуры контактных элементов уплотнительного узла с манжетами и показаны эпюры сил их сжатия. Уплотнительный узел (фиг.1), расположенный в цилиндрической полости корпуса СП с направляющей трубой 1 и обоймой 2, содержит опорное кольцо 3, на котором размещены манжеты V-образного профиля, выполненные из углероднографитового материала, пропитанного радиационностойким связующим: нижняя манжета 4, центральная 5, верхняя 6. Манжеты 4, 5, 6 снабжены демпферами 7, изготовленными из графитового шнура. Зазоры между манжетами 4, 5, 6 и демпферами 7 заполнены коллоидно-графитовой пастой 8. На верхнюю манжету 6 установлено нажимное кольцо 10, в центре ложемента которого проточена кольцевая обнизка 9. Над нажимным кольцом 10 установлен кольцевой фонарь 11 и сальниковое уплотнение 12. Манжеты 4, 5, 6 уплотнительного узла через фланец 13, нажимное кольцо 10 и кольцевой фонарь 11 сжимаются посредством комплекта 14 из шпилек с гайками.
oceв
Установку манжет уплотнительного узла осуществляют последовательно. Сначала устанавливают опорное кольцо 3, на него устанавливают последовательно манжеты 4, 5, 6 с демпферами 7, заполняя зазоры коллоидно-графитовой пастой 8. Затем на верхнюю манжету 6 устанавливают нажимное кольцо 10, которое плотно охватывает внешний профиль манжеты. Завершают сборку уплотнительного узла установкой кольцевого фонаря 11 с сальниковыми уплотнениями 12. Манжеты 4, 5, 6 уплотнительного узла через фланец 13, нажимное кольцо 10 и кольцевой фонарь 11 сжимают посредством комплекта 14 из шпилек с гайками. В процессе осевого сжатия верхней манжеты 6 ее эластичная сердцевина подвергается двухстороннему внутреннему радиальному сжатию и медленному вытеснению в кольцевую обнизку 9, при этом, ослабляются внешние радиальные силы на гибких лопастях манжеты, уменьшается сила трения на уплотняемой цилиндрической поверхности направляющей трубы 1 и, следовательно, создаются благоприятные условия для осевого сжатия и герметизации уплотнительного узла, начиная с нижней манжеты 4. Герметизация уплотнительного узла производится вместе с проверкой на холостом ходу путем постепенной затяжки гаек комплекта 14, воздействующих на фланец 13 через нажимное кольцо 10 и кольцевой фонарь 11 осевой силой Q. После контроля качества герметизации гайки комплекта 14 ослабляются на одну грань (угол 60°) и фиксируются контргайкой. Высокая прочность манжет 4, 5, 6, позволяет сократить их количество в уплотнительном узле с четырех (как в ближайшем аналоге) до трех. На фиг.2 показаны эпюры с кривой распределения удельной нагрузки на боковой уплотняемой поверхности направляющей трубы телескопического сопряжения с корпусом СП РЗМ.
сж
q - удельное давление после обжатия резьбового соединения фланца 13 с предлагаемым нажимным кольцом 10;
раб
раб
3
q - удельное давление в стояночном режиме (Р≤80 кгс/см) в процессе перегрузки топливных каналов ядерного реактора;
сж
[q] - удельное давление после обжатия уплотнительного узла из четырех манжет в ближайшем аналоге.
раб
раб
oceв.
3
Высокое давление уплотняемой рабочей среды Р≤80 кгс/смразвивает рабочее гидравлическое давление сжатия пакета манжет 4, 5, 6 осевой силой порядка Q=10000 кгс, что в 2,5÷3 раза превышает начальную силу Q при затяжке уплотнительного узла после стыковки с перегружаемыми каналами ядерного реактора. Таким образом, создаются благоприятные условия для плотного обхвата направляющей трубы с корпусом СП РЗМ, но допускающие некоторые вертикальные проскальзывания уплотнительного узла по направляющей трубе телескопического соединения при температурном изменении длины топливного канала в процессе перегрузки, а использование демпферов 7 предохраняет кромки усов манжет 4, 5, 6 от защемления и передавливания.
Представленная полезная модель повышает надежность и увеличивает ресурс работы уплотнительного узла в 6÷8 раз за счет значительного снижения сил трения в подвижных зонах контакта уплотняемых поверхностей. Улучшаются условия эксплуатации перегрузочного оборудования АЭС.