ЭЛЕКТРОМАГНИТ ПРИВОДА ОРГАНА РЕГУЛИРОВАНИЯ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА

Полезная модель относится к области электрооборудования в машиностроении и может быть использована в приводах для перемещения органа регулирования ядерного реактора.
Известен электромагнит привода органа регулирования ядерного реактора, расположенный снаружи корпуса привода [1].
Известный электромагнит содержит корпус с катушкой управления, охватывающий с воздушным зазором корпус механической части привода. Обычно в одном приводе имеется три электромагнита - тянущий, запирающий и фиксирующий.
Корпус механической части привода ядерного реактора имеет температуру порядка 280-290°С. Тепловой поток, идущий от него, в том числе лучистый поток, нагревает электромагниты, расположенные с небольшим зазором относительно корпуса. Для охлаждения электромагнитов используется воздух, прокачиваемый через этот зазор. Воздух охлаждает сначала тянущий и запирающий электромагниты и при этом нагревается. Фиксирующий электромагнит обдувается уже более горячим воздухом, поэтому его температура, при прочих равных условиях, оказывается существенно выше, чем у тянущего и запирающего электромагнитов.
Опыт эксплуатации электромагнитов приводов на атомных станциях и исследования их тепловых характеристик показывают, что при существующей средней интенсивности эксплуатации ожидаемый срок службы тянущего и запирающего электромагнитов, достигает срока службы реакторной установки. В то же время срок службы фиксирующего электромагнита, имеющего более высокую температуру по сравнению с остальными, оказывается существенно меньше, что снижает долговечность привода в целом.
эм
эм
ср
Расчеты и экспериментальные исследования, проведенные применительно к электромагнитам привода ШЭМ-2 (1160. 94.00.000), показывают, что зависимость между сроком службы электромагнита τ (в часах) и его средней температурой t (в °С) может быть выражена формулой:
эм
эмср
lg τ=а+b/(273+t),
где: а=-9,78, b=6518.
Средняя температура наиболее нагретого (фиксирующего) электромагнита привода ШЭМ-2 при штатных параметрах охлаждающего воздуха в стояночном режиме по
данным ОАО «Ижорские заводы» составляет 157°С. Подставляя это число в приведенное выше уравнение, получаем срок службы, равный 27 лет, в то время как ожидаемый срок службы реакторных установок, укомплектованных приводами ШЭМ-2, составляет 40-50 лет.
Известны модификации электромагнитов приводов, в которых снижены токи (при сохранении эффективности работы привода), и, следовательно, уменьшены тепловые нагрузки на электромагниты, применены более теплостойкие материалы [2].
Однако все эти решения не снимают проблему повышения срока службы электромагнитов, в первую очередь фиксирующего, на тех приводах, которые уже установлены на действующих атомных станциях.
Спецификой задачи модернизации электромагнитов является то, что для уменьшения температуры электромагнитов не могут быть использованы способы, связанные с изменением параметров существующей системы охлаждения привода (уменьшение температуры или расхода охлаждающего воздуха, установка радиаторов), а также способы, связанные со значительными изменениями в конструкции электромагнита.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение срока службы электромагнитов привода органа регулирования ядерного реактора.
Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемой полезной модели, заключается в уменьшении нагрева электромагнита лучистым потоком, поступающим от корпуса привода.
Указанный технический результат при осуществлении заявляемой полезной модели достигается тем, что в заявляемом электромагните привода органа регулирования ядерного реактора, содержащем корпус с катушкой управления, охватывающий с воздушным зазором корпус механической части привода, в отличие от известного электромагнита, поверхность корпуса, сопрягаемая с корпусом механической части привода, снабжена отражающим экраном с коэффициентом отражения в ИК диапазоне не менее 0,6.
На фиг.1 изображен заявляемый электромагнит привода органа регулирования ядерного реактора с отражающим экраном на внутренней поверхности корпуса, на фиг.2 изображен электромагнит с отражающим экраном на кольцевом вкладыше.
Заявляемый электромагнит привода органа регулирования ядерного реактора (фиг.1) содержит корпус 1 с катушкой управления 2, охватывающий с воздушным зазором 3 корпус 4 механической части привода (на фиг. не показана). Отражающий экран 5
размещен на обращенной к корпусу 4 привода сопрягаемой с ним внутренней поверхности 6 корпуса 1 электромагнита.
Заявляемый электромагнит работает следующим образом.
В процессе работы ядерного реактора корпус 4 его привода органа регулирования имеет высокую температуру (порядка 280-290°С) и его излучение в инфракрасном диапазоне в месте установки электромагнита большей частью отражается экраном 5, что приводит к снижению рабочей температуры электромагнита и, как следствие, к увеличению срока его службы.
В известных приводах внутренняя поверхность 6 корпуса 1 электромагнита не подвергается качественной обработке и поэтому имеет неприемлемо низкий коэффициент отражения, ориентировочно лежащий в пределах от 0,2 до 0,4.
Увеличение коэффициента отражения может быть обеспечено двумя различными способами - либо полировкой внутренней поверхности электромагнита, либо нанесением на нее покрытия из материала с требуемыми свойствами. В обоих случаях достигаемый эффект тем больше, чем выше полученный в результате обработки коэффициент отражения. Обычно для изготовления детали, образующей внутреннюю поверхность электромагнита, используется нержавеющая сталь. Ее механическая обработка для получения значения коэффициента отражения свыше 0,6 вызывает определенные технологические трудности.
Поэтому нанесение отражающего покрытия предпочтительнее, так как позволяет использовать материалы, устойчивые к воздействию высокой температуры, но обеспечивающие более высокие значения коэффициента отражения (вплоть до 0,9), такие, например, как золото, хром, никель.
Создание отражающего экрана 5 путем полировки внутренней поверхности 6 корпуса 1 электромагнита или путем нанесения на поверхность 6 отражающего покрытия возможно лишь при изготовлении электромагнита, или, в крайнем случае, после его изготовления, но до начала эксплуатации. Для электромагнитов, уже находящихся в эксплуатации на атомной станции, эти операции неприемлемы. В этом случае повышение срока службы электромагнита может быть обеспечено за счет установки на внутреннюю поверхность б корпуса 1 электромагнита цилиндрической детали 7 с отражающим экраном 5 (фиг.2).
Конструктивно цилиндрическую деталь 7 целесообразно выполнить таким образом, чтобы его можно было легко установить на внутреннюю поверхность б корпуса 1 электромагнита, а также, при необходимости, снять. Это позволяет в случае
постепенного ухудшения отражающих свойств экрана 5, вследствие загрязнения или окисления его поверхности в процессе эксплуатации, осуществлять замену детали 7.
Толщина цилиндрической детали 7 должна быть достаточной для обеспечения ее прочности и надежной установки на внутренней поверхности электромагнита, но по возможности наименьшей. Это связано с тем, что при увеличении толщины детали 7 происходит уменьшение зазора между электромагнитом и корпусом привода, что, в свою очередь, приводит к уменьшению полезного эффекта от предлагаемого технического решения.
Например, деталь 7 может быть выполнена в виде полированной пружинящей ленты толщиной от 0,1 до 0,3 мм, размеры которой подобраны таким образом, чтобы лента плотно легла на внутреннюю поверхность электромагнита. На поверхность ленты, обращенную к корпусу привода, должно быть нанесено покрытие из материала, обладающего хорошими отражающими свойствами в инфракрасном диапазоне.
Экспериментальная проверка показала, что при установке на внутреннюю поверхность фиксирующего электромагнита экрана с коэффициентом отражения 0,9 температура электромагнита уменьшается примерно на 10°С, что согласно приведенному выше уравнению, соответствует увеличению срока службы электромагнита примерно до 60 лет.
Предлагаемая полезная модель может быть использована также во всех тех случаях, когда рабочая температура электромагнита определяется, в первую очередь, не его внутренним тепловыделением, а потоком теплового излучения от внешнего источника на внутреннюю поверхность электромагнита.
Таким образом, видно, что приведенные выше сведения подтверждают возможность осуществления заявляемой полезной модели, достижения указанного технического результата и решения поставленной задачи.
Литература
1. Авторское свидетельство СССР №435717, кл. G 21 С 7/12,1979.
2. Привод СУЗ ШЭМ-3 для ВВЭР-1000 и реакторов нового поколения. МАЭ России, ОКБ «Гидропресс», 1997.