АВАРИЙНЫЙ ТЕРМОКЛАПАН ОДНОРАЗОВОГО ДЕЙСТВИЯ
EMERGENCY THERMAL VALVE OF ONE-TIME ACTION

Область техники
Аварийный термоклапан одноразового действия относится к клапанам, открывающим канал поступления охлаждающей жидкости при аварии и может применен в различных отраслях, в частности, в атомной промышленности.
Предшествующий уровень техники
Для обеспечения безопасности эксплуатации атомных электростанций (АЭС) важной является возможность подачи охлаждающей жидкости в случае аварии в помещения, требующие отвода тепла, в частности, в устройство локализации расплава (УЛР), в которое в случае запроектной аварии попадают расплавленные части активной зоны и корпуса ядерного реактора. Используемые для этого клапаны должны обеспечивать возможность открытия канала подачи охлаждающей жидкости в пассивном режиме, т.е. без каких-либо управляющих импульсов реагировать на превышение заранее определенного значения температурой среды, к которой требуется подать охлаждающую жидкость. При этом открытие такого канала должно быть осуществлено максимально надежным и эффективным способом.
Для решения этой задачи использовались различные технические решения.
Известен аварийный клапан одноразового действия преимущественно для подачи охлаждающей воды (патент РФ №2469233, опубл. 10.12.2012), содержащий цилиндрообразный корпус, в котором на торцах выполнены входное и выходное отверстия, расположенные в цилиндрообразном корпусе, аксиально установленные первый и второй подпружиненные штоки, на конце второго из которых закреплена заслонка с прижимной прокладкой для герметичного перекрытия входного отверстия, плавкий предохранитель и фиксатор, соединяющий между собой прилежащие концы первого и второго штоков, при этом плавкий предохранитель расположен в перфорированной гильзе, которая смонтирована на стенке выходного отверстия цилиндрообразного корпуса, на свободном конце первого штока установлен поршень с возможностью захода внутрь перфорированной гильзы, а фиксатор состоит из установленного на конце первого штока конуса с расположенным на нем в разведенном положении разрезным пружинным кольцом, упорной втулки для кольца и обечайки, которая укреплена на втором штоке, кольцо установлено таким образом, что при движении первого штока оно соскальзывает с конуса внутрь обечайки для обеспечения перемещения штоков в одном направлении. Командой на срабатывание аварийного термоклапана (режим подачи охлаждающей воды) является повышение температуры в районе выходного отверстия цилиндрообразного корпуса. Температура должна быть достаточна для разложения плавкого предохранителя, на который опирается подпружиненный поршень. Плавкий предохранитель расплавляется приблизительно при температуре 600°С и вытекает из отверстий перфорированной гильзы, поршень вдавливается пружиной в гильзу и тянет за собой шток, который скользит по втулке. Разрезное разведенное пружинное кольцо фиксатора сталкивается торцом втулки на конусный концевик и сжимается, попадая внутрь обечайки, освобождая ход обечайки со штоком, который в свою очередь вызывает ударное расширение пружины и смещает обечайку, которая садится на пусковой цилиндр. Одновременно шток тянет за собой заслонку с прокладкой и открывает входное отверстие для подачи охлаждающей воды к оборудованию. Вода поступает из емкости и движется по входному отверстию между посадочным местом седла заслонки дальше в межреберные каналы, ограниченные ребрами, к выходному отверстию для подачи на охлаждаемое оборудование.
Такое решение обеспечивает подачу охлаждающей жидкости в случае аварии, однако его недостатками являются низкий расход охлаждающей жидкости в режиме подачи охлаждающей воды ввиду загромождения проточной части клапана конструктивными элементами, недостаточная надежность работы аварийного термоклапана, обусловленная необходимостью выполнения последовательных механических перемещений ряда элементов клапана для его открытия, большой объем периодических регламентных работ в режиме ожидания, таких как поверки усилий постоянно находящихся в высоконагруженном состоянии в режиме ожидания пружин либо их периодические замены, значительная громоздкость конструкции.
Наиболее близким по назначению, технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является аварийный термоклапан одноразового действия (патент РФ №2666841, опубл. 12.09.2018), содержащий корпус, в котором выполнен сквозной канал для подачи охлаждающей жидкости через его входное отверстие в направлении его выходного отверстия, и плавкий предохранитель, расположенный в сквозном канале корпуса, при этом плавкий предохранитель состоит из по меньшей мере двух частей, полностью перекрывающих сечение сквозного канала, выполненных из материалов с различной температурой плавления и расположенных в сквозном канале последовательно с нарастанием температуры плавления каждой последующей части в направлении от входного отверстия сквозного канала к его выходному отверстию.
Такое решение позволяет повысить надежность и эффективность работы аварийного термоклапана за счет за счет повышения расхода охлаждающей жидкости в режиме подачи охлаждающей жидкости при сохранении его габаритов. Недостатками такого решения являются:
- влияние параметров охлаждающей жидкости на температуру срабатывание клапана, так как охлаждающая жидкость, находится в непосредственном контакте с плавким предохранителем и влияет на его температуру;
- при неравномерном нагреве клапана возможно частичное проплавление плавкого предохранителя и поступление охлаждающей жидкости с меньшим расходом. При образовании не большого отверстия дальнейшее его увеличение не произойдет из-за интенсивного охлаждения плавкого предохранителя;
- подпор материалов с разной температурой плавления требует выполнения сложных теплогидравлических расчетов, что влияет на точность срабатывания клапана.
Задачей настоящего изобретения является разработка клапана подачи воды для устройства локализации расплава повышенной надежности.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение надежности клапанов подачи воды для устройства локализации расплава за счет повышения точности температуры срабатывания клапана и обеспечения мгновенного открытия клапана полным сечением.
Краткое описание фигур чертежей
Сущность предложенного технического решения раскрыта на фиг. 1, где показан в разрезе аварийный термоклапан одноразового действия в исходном положении, в режиме ожидания.
На фиг. 2 показан в разрезе аварийный термоклапан одноразового действия в режиме заполнения емкости для охлаждающей жидкости.
На фиг. 3 показан в разрезе аварийного термоклапана одноразового действия в режиме подачи охлаждающей жидкости, т.е. после полного расплавления припоя, стрелками показано направление движения охлаждающей жидкости.
Предложенный аварийный термоклапан одноразового действия в предпочтительном варианте содержит корпус 1, размещенный и закрепленный в стенке 2, разделяющей помещение, в которое требуется подавать охлаждающую жидкость, 3 и помещение 4, которое наполняется охлаждающей жидкостью на начальной стадии аварии. Корпус 1 имеет сквозной канал, выполненный в виде колена и состоящий из горизонтального 5 и, направленного вниз, вертикального 6 участков. Соотношение объемов горизонтального 5 и вертикального 6 участков сквозного канала выбрано таким образом, чтобы охлаждающая жидкость не попадала в горизонтальный участок сквозного канала и не оказывала влияние на температуру плавления заглушки. Входное отверстие 7 сквозного канала расположено в нижней части вертикального участка 6. Выходное отверстие 8 канала закрыто заглушкой 9, соединенной со фланцем 10 пайкой припоем 11.
Предложенный аварийный термоклапан функционирует в трех режимах: в режиме ожидания, в режиме заполнения охлаждающей жидкостью и в режиме подачи охлаждающей жидкости следующим образом.
В режиме ожидания температура у выходного отверстия 8 намного меньше, чем температура плавления припоя 11. Таким образом, помещения 3 и 4 надежно изолированы друг от друга.
В режиме заполнения охлаждающей жидкостью помещение 4 заполняется охлаждающей жидкостью. При этом ее максимальный уровень 12 должен быть выше выходного отверстия 7 канала. За счет этого воздух в вертикальном участке 6 сжимается и не позволяет жидкости поступать в горизонтальный участок 5, за счет чего заглушка 5 изолирована от влияния жидкости и ее температура определяется температурой в помещении 3. Соотношение объемов горизонтального 6 и вертикального 5 участков сквозного канала термоклапана в предпочтительном варианте выбраны таким образом, что ни при каких внешних условиях вода не попадает в горизонтальный участок 5 термоклапана и не оказывает влияние на температуру плавления заглушки 11. Это условие вычисляется при проектировании термоклапана, исходя из значений давления охлаждающей жидкости в районе размещения термоклапана и объемов горизонтального 5 и вертикального 6 участков сквозного канала термоклапана.
В режиме подачи охлаждающей жидкости температура в помещении 3 растет.При достижении температуры равной температуре плавления припоя 11, припой 11 переходит в жидкое состояние. Наиболее вероятно, что переход припоя 11 в жидкое состояние будет происходить не равномерно. Однако благодаря наличию капиллярного зазора между заглушкой 9 и фланцем 10, припой 11 не будет вытекать из мест, где он перешел в жидкое состояние. Это предотвращает сброс давления внутри термоклапана до полного расплавления припоя по всему сечению паяного соединения. И только после перехода всего слоя припоя 11 в жидкое состояние происходит полное отделение заглушки 5. Канал открывается полным сечением.
Промышленная применимость
Аварийный термоклапан одноразового действия может быть применен в различных отраслях, в которых требуется открытие доступа охлаждающей жидкости при аварии, в частности, в атомной промышленности.