УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЛАЖНОСТНОГО КОНТРОЛЯ ТЕЧИ ТРУБОПРОВОДА С ВОЗДУХОПРОНИЦАЕМОЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЕЙ ПОД КОЖУХОМ
DEVICE FOR HUMIDITY CONTROL OF PIPE LEAKAGE WITH AIR-PERMEABLE THERMAL INSULATION UNDER THE CASING

Изобретение относится к области контроля течи по влажности воздуха и может быть применено в устройствах для влажностного контроля течи трубопровода с воздухопроницаемой теплоизоляцией под кожухом, например трубопроводов в контурах охлаждения ядерной или тепловой энергетических установок.
Известно устройство для влажностного контроля течи трубопровода с воздухопроницаемой теплоизоляцией под кожухом, которое представляет собой металлический рукав (диаметром 10 мм), в котором с шагом 1-2 м установлены пористые вставки для диффузии влажного воздуха из воздухопроницаемой теплоизоляции в полость металлического рукава. Металлический рукав расположен вдоль контролируемого трубопровода. Датчик влажности воздуха установлен за пределами металлического рукава, а именно в измерительной части системы. (Рекламный проспект фирмы Сименс. Erkennung und Ortung von Leeks., Verfasser: Reinhard Marko, Sonderdruck aus Techische Ubemachung Heft, 6, 1990).
Недостатком известного устройства для влажностного контроля течи трубопровода с воздухопроницаемой теплоизоляцией под кожухом является резкое снижение точности контроля течи из-за засорения пористых вставок в металлическом рукаве микрочастицами минеральной теплоизоляции после двух-трех лет эксплуатации.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявленному изобретению является устройство для влажностного контроля течи трубопровода с воздухопроницаемой теплоизоляцией под кожухом, включающее патрубок и датчик влажности воздуха (патент РФ №2271045, МПК G21C 1/17, опубликовано 26.07.2004).
В известном устройстве для влажностного контроля течи трубопровода с воздухопроницаемой теплоизоляцией под кожухом датчик влажности воздуха установлен внутри патрубка с зазором по отношению к его внутренней боковой поверхности, при этом нижний торец патрубка соединен через отверстие в кожухе с воздухопроницаемой теплоизоляцией.
Принцип действия устройства основан на организации движения воздуха, который движется от нижней части патрубка к верхней части, где размещен датчик влажности воздуха. При появлении течи теплоносителя на участке трубопровода, где установлено известное устройство, происходит увлажнение волокнистого минерального наполнителя воздухопроницаемой теплоизоляции и испарение влаги (температура стенки трубопровода 280-320°С). Влажный воздух проходит через волокна воздухопроницаемой теплоизоляции, далее часть воздуха выходит через ее неплотности, другая часть поступает через нижнее отверстие патрубка в его полость и обтекает чувствительную часть датчика влажности воздуха. Информация о постепенном увеличении влажности воздуха, проходящего через патрубок, передается от датчика влажности воздуха в систему контроля течи.
Недостатком известного устройства для влажностного контроля течи трубопровода с воздухопроницаемой теплоизоляцией под кожухом является относительно низкая скорость движения влажного воздуха от воздухопроницаемой теплоизоляции к датчику и уменьшающаяся концентрация пара во влажном воздухе по пути его движения к чувствительной части датчика влажности воздуха. Это объясняется большим гидравлическим сопротивлением при движении влажного воздуха через патрубок от воздухопроницаемой теплоизоляции к датчику влажности воздуха. Патрубок работает по принципу естественной тяги (конвекции) воздуха от нижнего конца (горячая зона) к относительно холодной верхней части патрубка. Расположение датчика влажности воздуха с зазором к боковой стенке патрубка и перекрытие большей части проходного сечения патрубка чувствительной частью датчика влажности воздуха приводит к увеличению гидравлического сопротивления и к замедлению движения потока воздуха через патрубок, что вызывает запаздывание реакции датчика влажности воздуха на изменение влажности воздуха. Вследствие того, что движение воздуха через патрубок затруднено из-за повышенного гидравлического сопротивления, часть влажного воздуха выходит за поверхность кожуха по пути наименьшего гидравлического сопротивления, а именно через неплотности воздухопроницаемой теплоизоляции и кожуха. Это приводит к потере части влаги в пробе воздуха, которая проходит через датчик влажности воздуха, и соответственно, к потере части информации по расходу течи. Кроме этого, указанный негативный эффект усиливается из-за ограничения по входу влажного воздуха из воздухопроницаемой теплоизоляции в патрубок, что объясняется малой площадью нижнего торца патрубка, контактирующего с воздухопроницаемой теплоизоляцией.
Задачей настоящего изобретения является создание устройства для влажностного контроля течи трубопровода с воздухопроницаемой теплоизоляцией под кожухом, позволяющего обеспечить требуемую скорость движения влажного воздуха от воздухопроницаемой теплоизоляции к датчику влажности воздуха и максимально пропорциональную расходу течи концентрацию пара во влажном воздухе, проходящем через датчик влажности воздуха, что обеспечит требуемые быстродействие и точность измерения расхода течи.
Техническим результатом настоящего изобретения является снижение гидравлического сопротивления потоку влажного воздуха при его прохождении к датчику влажности воздуха и увеличение внутреннего полезного объема для поступления влажного воздуха из воздухопроницаемой теплоизоляции в устройство для влажностного контроля течи трубопровода.
Указанный технический результат достигается тем, что известное устройство для влажностного контроля течи трубопровода с воздухопроницаемой теплоизоляцией под кожухом, включающее патрубок и датчик влажности воздуха, согласно изобретению снабжено верхней и нижней проточными камерами, при этом патрубок установлен между упомянутыми камерами и соединен с полостями камер, а нижняя проточная камера выполнена разъемной по плоскости поперечного сечения, имеет центральное отверстие для контролируемого трубопровода и отверстия для прохода влажного воздуха из воздухопроницаемой теплоизоляции, при этом верхняя проточная камера выполнена с отверстиями для выхода влажного воздуха, а датчик влажности воздуха установлен в верхней проточной камере над верхним торцом патрубка.
Кроме этого, нижняя проточная камера выполнена из двух частей, соединенных между собой крепежными элементами, причем каждая часть нижней проточной камеры состоит из двух полукруглых пластин, соединенных полуобечайкой.
Кроме этого, отверстия в нижней камере для прохода влажного пара из воздухопроницаемой теплоизоляции представляют собой полукруглые выемки, выполненные по окружности центрального отверстия для контролируемого трубопровода.
Кроме этого, датчик влажности воздуха установлен с зазором, равным 2-3 мм, относительно верхнего торца патрубка.
Отличительные признаки, касающиеся выполнения заявленного устройства из двух проточных камер, соединенных патрубком, а также отличительный признак, относящийся к расположению датчика влажности воздуха, позволяют (по сравнению с прототипом) снизить гидравлическое сопротивление движению влажного воздуха от течи до датчика влажности воздуха примерно в 2-3 раза (экспертная оценка). Кроме этого, упомянутые отличительные признаки позволяют увеличить полезный внутренний объем для сбора влажного воздуха с увеличением полезной тяги воздуха от нижней к верхней части устройства, следовательно, пропорционально увеличить скорость доставки влажного воздуха к датчику влажности воздуха, а также способствуют «накоплению» влажного воздуха в объеме нижней проточной камеры, обеспечивают движение пара по пути наименьшего сопротивления и делают минимальным «уход» какого-то количества влажного воздуха по другому пути.
Отличительные признаки, касающиеся выполнения нижней проточной камеры разъемной и с центральным отверстием для контролируемого трубопровода, позволяют установить ее с полным охватом трубопровода по его внешнему диаметру, поэтому время прихода фронта повышенной влажности воздуха в устройство почти одинаково и минимально для всех потенциально возможных мест истечения на поверхности трубопровода (сверху, снизу, сбоку). Влажный воздух проходит в верхней проточной камере и обтекает чувствительную часть датчика влажности воздуха. Через отверстия в верхней проточной камере воздух уходит в окружающее пространство. Время доставки фронта влажности до датчика влажности воздуха и гидравлическое сопротивление минимальны, поскольку на пути движения влажного воздуха в патрубке нет препятствий. Малое гидравлическое сопротивление при доставке влажного воздуха и одновременно увеличенный внутренний полезный объем устройства также способствуют скоплению влаги, пропорциональной расходу течи и потере лишь малой части влаги (или информации о расходе течи) за счет выхода влажного воздуха через возможные неплотности воздухопроницаемой теплоизоляции. Обеспечение необходимой динамики влажного воздуха в заявленном устройстве приводит к повышению быстродействия и уменьшению погрешности при определении характеристик течи.
Сущность заявленного изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлено устройство для влажностного контроля течи трубопровода с воздухопроницаемой теплоизоляцией под кожухом (общий вид, разрез), на фиг. 2 изображено устройство для влажностного контроля течи трубопровода с воздухопроницаемой теплоизоляцией под кожухом (вид сбоку, разрез), на фиг. 3 показано устройство для влажностного контроля течи трубопровода с воздухопроницаемой теплоизоляцией под кожухом, установленное на контролируемом трубопроводе (вид спереди, разрез).
Устройство для влажностного контроля течи трубопровода с воздухопроницаемой теплоизоляцией под кожухом содержит датчик влажности воздуха 1, верхнюю проточную камеру 2, патрубок 3 и нижнюю проточную камеру 4. Патрубок 3 установлен между верхней проточной камерой 2 и нижней проточной камерой 4 и соединен с полостями упомянутых камер 2, 4. Нижняя проточная камера 4 выполнена разъемной по плоскости поперечного сечения, имеет центральное отверстие 5 для контролируемого трубопровода 6 и отверстия 7 для прохода влажного пара из воздухопроницаемой теплоизоляции 8 под кожухом 9. Нижняя проточная камера 4 состоит из двух частей, соединенных между собой крепежными элементами 10. Каждая часть нижней проточной камеры 4 образована двумя полукруглыми пластинами, которые соединены полуобечайкой. Центральное отверстие 5 для контролируемого трубопровода 6 образовано двумя полукруглыми выемками, выполненными в центре упомянутых полукруглых пластин. Отверстия 7 для прохода влажного пара из воздухопроницаемой теплоизоляции 8 выполнены в виде полукруглых выемок, расположенных по внутренней полуокружности пластин. Диаметр центрального отверстия 5 незначительно превышает наружный диаметр контролируемого трубопровода 6. Верхняя проточная камера 2 выполнена цилиндрической формы и имеет отверстия 11 для выхода влажного воздуха. Отверстия 11 выполнены в виде сквозных проемов, расположенных на боковой поверхности верхней проточной камеры 2. Верхняя проточная камера 2 соединена посредством резьбового соединения с патрубком 3, а нижняя проточная камера 4 соединена с патрубком 3 неразъемно. Датчик влажности воздуха 1 установлен в верхней проточной камере 2 над верхним торцом патрубка 3 с зазором, равным 2-3 мм относительно верхнего торца патрубка 3.
Устройство для влажностного контроля течи трубопровода с воздухопроницаемой теплоизоляцией под кожухом работает следующим образом.
Устройство для влажностного контроля течи трубопровода с воздухопроницаемой теплоизоляцией под кожухом установлено на трубопроводе 6 контура охлаждения ядерной энергетической установки. Устройство для влажностного контроля течи трубопровода с воздухопроницаемой теплоизоляцией под кожухом имеет общий сообщающийся воздушный объем, условно состоящий из трех частей: объем полости нижней проточной камеры 4, объем полости патрубка 3, объем полости верхней проточной камеры 2. Общий сообщающийся воздушный объем через отверстия 7 по воздушной среде сообщен с воздухопроницаемой теплоизоляцией 8 и датчиком влажности воздуха 1. При появлении течи трубопровода 6 истекающий теплоноситель увлажняет воздухопроницаемую теплоизоляцию 8 и затем испаряется. Влажный воздух распространяется двумя путями: по зазорам между стенкой трубопровода 6 и внутренней поверхностью воздухопроницаемой теплоизоляции 8 и через поры (капилляры) минерального наполнителя воздухопроницаемой теплоизоляции 8. Нижняя проточная камера 4 через отверстия 7 аккумулирует влажный воздух в своей полости и путем конвекции доставляет его в полость патрубка 3. Поскольку полость нижней проточной камеры 4 охватывает весь внешний диаметр контролируемого трубопровода 6, время прихода фронта повышенной влажности воздуха в указанную полость почти одинаково и минимально для всех потенциально возможных мест истечения на поверхности трубопровода 6 (сверху, снизу, сбоку). Из полости патрубка 3 влажный воздух проходит в верхнюю часть полости верхней проточной камеры 2 и обтекает чувствительную часть датчика влажности воздуха 1. Через отверстия 11 верхней проточной камеры 2 влажный воздух уходит в окружающее пространство. Время доставки фронта влажности до датчика влажности воздуха 1 минимально, поскольку гидравлическое сопротивление, оказываемое движению влажного воздуха, также минимально из-за относительно свободного прохождения влажного воздуха по полостям нижней проточной камеры 4, патрубка 3 и верхней проточной камеры 2.