УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ТРУБ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ

Полезная модель относится к машиностроению, в частности, к оборудованию для гидравлических испытаний труб на герметичность, а конкретно - чехлов систем управления защитой (СУЗ) реакторов атомных электростанций (АЭС).
В настоящее время испытания участков труб и их соединений на герметичность и прочность проводят в соответствии с ведомственными нормативно-техническими актами, инструкциями и распоряжениями.
Например, открытым акционерным обществом «Газпром» разработана "Инструкция по проведению гидравлических испытаний трубопроводов повышенным давлением (методом стресс-теста) ВН 39-1.9-004-98, Москва 1998" (http://www.znaytovar.ru/gost/2/VN_391900498_Instrukciya_po_pr.html), регламентирующая основные положения по проведению гидравлических испытаний повышенным давлением (методом стресс-коррозии) линейной части газопроводов, принимаемых в эксплуатацию после строительства, а также действующих газопроводов. Сущность испытаний повышенным давлением заключается в нагружении участка трубопровода до заданного инструкцией уровня давления или достижения металлом труб фактического предела текучести и последующей проверке на герметичность.
Известен стенд для гидравлического испытания труб [патент №2097725; МПК-6: G01M 3/02; дата публикации: 27.11.1997], содержащий подвижный в продольном направлении и неподвижный герметизирующие узлы.
Известен гидравлический пресс для испытания труб на герметичность [патент №2370742; МПК: G01М 3/08 (2006.01); дата публикации: 20.10.2009], содержащий оправку с уплотнительным узлом для подвода жидкости в испытуемую трубу, оправку с уплотнительным узлом и отверстием для выпуска воздуха при заполнении трубы испытательной жидкостью.
Известно устройство для испытания труб на герметичность [патент №2184946; МПК: G01М 3/08; дата публикации: 10.07.2002], состоящее из основания, уплотнительных головок, одна из которых установлена с возможностью осевого перемещения, привода уплотнительной головки, опор для испытуемой трубы, отличающееся тем, что опоры для испытуемой трубы выполнены в виде люнетов, имеющих регулируемые опорные и прижимные поверхности, соединенные с гидроцилиндрами, работающими в единой гидравлической системе, давление в которой регулируется датчиком регулирования давления по сигналам датчиков линейного положения, находящихся в контакте с торцом испытуемой трубы.
Известна диссертация на соискание ученой степени к.т.н. «Разработка, расчетно-экспериментальное обоснование и опытно-промышленная эксплуатация узлов уплотнения реактора ВВЭР-1000», автор: Рыжов Сергей Борисович, посвященная разработке и расчетно-экспериментальному обоснованию плотно-прочных разъемных соединений верхнего блока ВВЭР.
Известны также техническое описание реактора ВВР-1000 №320.06.00.000 и инструкция по его эксплуатации, согласно которой гидравлические испытания чехлов СУЗ проводят путем имитации рабочих условий эксплуатации чехла, при этом выполняют проверку на герметичность его стенок, правильности установки, герметичность стыков и уплотнений в период проведения планового предупредительного ремонта (ППР).
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является установка для испытания труб [патент №2327129; МПК: G01M 3/08 (2006.01); дата публикации: 27.01.2008], содержащая подвижную и неподвижную заглушки с уплотнительными элементами, узел перемещения подвижной заглушки с приводным механизмом, систему для создания испытательного давления, приводной механизм узла перемещения подвижной заглушки, выполненный в виде гидроцилиндра.
Общим недостатком известных способов и реализующих их устройств для проверки герметичности труб с использованием гидравлических испытаний является необходимость практически полного заполнения объема трубы в пределах испытуемого участка рабочей жидкостью под высоким давлением. Особенно проблемным становится использование данной методики при гидравлических испытаниях на герметичность чехлов СУЗ в горячей зоне реактора ввиду необходимости последующей утилизации радиоактивной рабочей жидкости, объем которой составляет порядка 100÷150 литров.
Целью полезной модели является устранение указанного недостатка и сокращение количества рабочей жидкости, необходимой для проведения испытаний труб на герметичность.
В зависимости от конструкции верхнего замыкающего уплотнения возможны варианты выполнения устройства.
В первом варианте для решения указанной технической задачи предложено устройство для испытания труб на герметичность, включающее первый и второй уплотнительные элементы и приводные механизмы, выполненные в виде первого и второго гидроцилиндров, а также компенсационный участок с преимущественно цилиндрической внешней поверхностью, образующей зазор D с внутренней поверхностью испытуемого участка трубы, при этом первый и второй уплотнительные элементы выполнены в виде верхнего и нижнего замыкающих уплотнений, размещенных по краям компенсационного участка, первый гидроцилиндр, соединен с компенсационным участком устройства, второй гидроцилиндр, установлен в верхней части устройства и соединен посредством тяги, установленной в сквозном осевом отверстии компенсационного участка устройства, с фиксатором, взаимодействующим с нижним замыкающим уплотнением с его внешней стороны относительно испытуемого участка трубы, а верхнее замыкающее уплотнение выполнено в верхней части компенсационного участка в виде кругового конического сужения, на котором установлено уплотнительное кольцо.
Во втором варианте предложено устройство, включающее первый и второй уплотнительные элементы и приводной механизм, выполненный в виде гидроцилиндра, а также компенсационный участок с преимущественно цилиндрической внешней поверхностью, образующей зазор D с внутренней поверхностью испытуемого участка трубы, при этом первый и второй уплотнительные элементы выполнены в виде верхнего и нижнего замыкающих уплотнений, размещенных по краям компенсационного участка, а гидроцилиндр, установлен в верхней части устройства и соединен посредством тяги, установленной в сквозном осевом отверстии компенсационного участка устройства, с фиксатором, взаимодействующим с нижним замыкающим уплотнением с его внешней стороны относительно испытуемого участка трубы.
Для обеспечения необходимой герметичности при подаче испытательного давления верхнее замыкающее уплотнение выполнено подпружиненным.
В первом варианте устройства в верхней части чехла СУЗ выполняют круговое конические сужение, ответное относительно кругового конического сужения компенсационного участка устройства, на котором установлено уплотнительное кольцо, изготовленное из мягкого устойчивого к коррозии металла, как правило - никеля.
При использовании второго варианта устройства в верхней части чехла СУЗ выполняют круговое конические расширение, по которому перемещается с нарастанием сжатия верхнее замыкающее уплотнение, обеспечивая тем самым на конечном этапе установки устройства необходимые плотность и, соответственно, герметичность контакта его компенсационного участка и чехла СУЗ.
Техническими результатами предлагаемой полезной модели являются обеспечение надежности замыкающих уплотнений и сокращение количества рабочей жидкости, необходимой для проведения испытаний чехла СУЗ на герметичность путем имитации рабочих условий его эксплуатации, за счет существенного уменьшения ее объема в пространстве между внутренней стенкой чехла СУЗ, компенсационным участком устройства, а также замыкающими уплотнениями в процессе создания испытательного давления.
На фиг.1 схематично показано сечение устройства в первом варианте выполнения.
На фиг.2 схематично показан второй вариант устройства и верхнее замыкающее уплотнение.
Устройство для испытания труб на герметичность содержит компенсационный участок 1, образующий зазор D с внутренней поверхностью испытуемого участка трубы (чехла СУЗ) 2, нижнее замыкающее уплотнение 3, гидроцилиндр 4, установленный в верхней части устройства и соединенный посредством тяги 5, установленной в сквозном осевом отверстии 6 компенсационного участка устройства 1, с фиксатором 7, взаимодействующим с нижним замыкающим уплотнением 3. Тяга 5 снабжена пружиной обратного хода 17.
В первом варианте, кроме того, устройство содержит гидроцилиндр 8, соединенный с компенсационным участком 1 устройства, а также верхнее замыкающее уплотнение 9'. Последнее выполнено в виде кругового конического сужения 10 в верхней части компенсационного участка 1 и установленного на нем уплотнительного кольца 11, которые совместно взаимодействуют с круговым коническим сужением 12, выполненным в верхней части чехла СУЗ 2 и являющимся ответным по отношению к круговому коническому сужению 10 и помещенному на нем уплотнительному кольцу 11. Нижнее замыкающее уплотнение выполнено, по меньшей мере, из двух установленных последовательно уплотнительных колец 13.
Во втором варианте верхнее замыкающее уплотнение 9" выполнено в виде упругого элемента 14 и пружины 15, а в верхней части чехла СУЗ 2 выполнено круговое конические расширение 16.
Все детали устройства изготовлены из высокопрочного алюминия и нержавеющей стали.
В процессе гидравлических испытания чехлов СУЗ устройство работает следующим образом.
В первом варианте устройство устанавливают в верхний торец корпуса чехла СУЗ таким образом, чтобы круговое коническое сужение 10 в верхней части компенсационного участка 1 заняло положение ниже кругового конического сужения 12, выполненного в верхней части чехла СУЗ 2, после чего между коническими сужениями 10 и 12 устанавливают уплотнительное кольцо 13. Затем верхнюю часть устройства соединяют с гидроцилиндром 4, корпус которого опирается на верхний торец корпуса чехла СУЗ 2. Поднимают устройство вверх, зажимая уплотнительное кольцо 13 между коническими сужениями 10 и 12 и обеспечивая тем самым герметичность верхнего замыкающего уплотнения 9'. Затем с помощью гидроцилиндра 4, тяги 5 и фиксатора 7 обжимают уплотнительные кольца 13, нижнего замыкающего уплотнения 3, в результате чего герметизируется весь испытуемый объем чехла. Затем посредством системы для создания испытательного давления (не показана) в пространство между внутренней поверхностью чехла СУЗ 2 и компенсационным участком 1 устройства в зазор D подают рабочую жидкость-дистиллят с необходимым давлением. После проведения испытаний подачей воздуха дистиллят вытесняют из испытуемого объема.
По второму варианту устройство устанавливают в чехол СУЗ до упора в верхний торец корпуса чехла. Одновременно посредством уплотнения 9", включающего упругий элемент 14 и пружину 15 по принципу «поршень-гильза» происходит герметизация верхней части испытуемого объема. Затем, как и в первом варианте, с помощью гидроцилиндра 4, тяги 5 и фиксатора 7 обжимают уплотнительные кольца 13, нижнего замыкающего уплотнения 3, герметизируя весь испытуемый объем. Затем в зазор D с необходимым давлением подают дистиллят, который после проведения испытаний вытесняют из испытуемого объема.
После окончания работ разуплотнение замыкающих уплотнений и выемку устройства из чехла СУЗ производят в обратном относительно установки порядке.
Использование предлагаемой полезной модели позволяет уменьшить на 3÷4 порядка объем радиоактивной воды, остающейся после завершения процесса испытаний, и, как следствие, существенно повысить безопасность работ в активной зоне и снизить затраты, связанные с утилизацией загрязненного дистиллята.