ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПРИВОД

Устройство относится к области атомной техники и может быть использовано для перемещения рабочих органов арматуры воздушного контура системы аварийного отвода тепла. Возможно использование предлагаемого устройства в друг их системах РУ (реакторной установки), где необходимо пассивное преобразование изменения температуры в механическое воздействие, например, для срабатывания стержней A3 (аварийной защиты) в случае роста температуры сверх допустимых значений или для дублирования пассивного (силой тяжести) открытия обратного клапана механическим воздействием и т.п.
Известно устройство привода клапана, содержащее сильфонную сборку, соединенную с управляющим штоком, который в свою очередь соединен с основным штоком, передающим механическое воздействие затвору клапана (см., например, патент (19) US (11) 20130291946 (13) A1 от 7.11.2013 г., F03G 7/06). Привод имеет верхнюю пневматическую пластину, в которую входит пневматический трубопровод, подающий в систему рабочее тело из внешнего источника. Верхняя пневматическая пластина соединена с сильфонной сборкой, которая под действием пневматического давления разжимается и сжимается, заставляя шток двигаться в вертикальном направлении.
Недостатком конструкции является наличие внешнего источника газа и системы управления подачей газа в устройство, а также удалением газа из устройства. Наличие внешних систем существенно снижает надежность конструкции.
Также известна конструкция термомеханического силового привода, в котором размещен шток с поршнем, делящим полость корпуса на две камеры с термоизоляцией, в каждой из которых установлен комплект цилиндрических пружин, состоящий из двух пружин большего и меньшего диаметра, причем пружины меньшего диаметра вставлены в пружины большего диаметра (см., например, патент (19) RU (11) 2392494 (13) C1 от 25.12.2008 г., F03G 7/06). Все пружины выполнены из термочувствительного сплава с эффектом памяти формы и в начальном положении в одной камере установлены в сжатом состоянии, в другой в растянутом, а каждая камера снабжена электромагнитными клапанами для впуска и выпуска горячей или холодной воды или другой жидкости, в зависимости от температуры мартенситных превращений термочувствительного сплава пружин.
Недостатком конструкции является наличие внешнего источника рабочего тела и системы управления подачей в устройство, а также удалением из устройства рабочего тела. Наличие внешних систем существенно снижает надежность конструкции. Недостатками конструкции являются также узкий диапазон действия эффекта памяти формы находящийся, обычно, в пределах от 30 до 40°C, а при увеличении диапазона срабатывания снижаются прочностные характеристики устройств - эффект сверхпластичности, а также к недостаткам можно отнести технологическую трудность создания материалов с гарантированным изменением формы при заданном значении температуры.
Известна конструкция привода пассивного действия (см., например, Создание и исследование регулирующего устройства системы пассивного отвода тепла для АЭС «Куданкулам» (Индия), Атомная Энергия, т. 102, вып. 1, январь 2007, с. 49), исполнительный механизм которого работает пассивно от давления среды второго контура или (при дистанционном управлени, т.е. при активном принципе действия) от давления газа из баллона блока управления, предназначенного для дистанционного перевода оператором регулирующего устройства в требуемое состояние в любой момент времени.
Привод представляет собой механизм с подвижным подпружиненным штоком переменного сечения, герметизация которого с корпусом осуществляется сильфонным блоком, выполненном в виде стакана. Положение штока определяется соотношением воздействующих на шток усилий, создаваемых пружиной, величина поджатая которой регулируется, и давлением подаваемого в корпус рабочего тела на сильфонный блок, находящегося во внутренней полости корпуса.
Недостатком конструкции являются наличие внешней по отношению к приводу системы доставки рабочего тела в корпус привода, системы удаления рабочего тела из корпуса привода, а также внешней системы управления процессами подачи и удаления рабочего тела. Наличие дополнительных систем снижает надежность работы устройства.
Указанный привод принят в качестве прототипа для предлагаемого технического решения, поскольку имеет с ним наибольшее число сходных существенных признаков.
Технической задачей является обеспечение максимальной пассивности системы аварийного теплоотвода - отсутствия необходимости во внешних (по отношению к системе теплоотвода) источниках энергии и управляющих сигналах для обеспечения работы привода регулятора расхода конечного поглотителя тепла - атмосферного воздуха.
Техническим результатом решения поставленной задачи является повышение надежности аварийного теплоотвода и, соответственно, безопасности реактора.
Задача решается тем, что в термомеханическом приводе (ТМП), содержащем подвижный шток переменного сечения, помещенный в сильфонный блок, выполненный в виде стакана, кромки которого герметично присоединены к корпусу, а наружная поверхность и днище стакана погружены в рабочее тело внутри корпуса, корпус, с установленным в него стаканом, выполнен в виде герметичного сосуда, заполненного рабочим телом - жидким металлом и погружен в поток теплоносителя.
Рабочим телом в сосуде является натрий.
Внутренняя полость стакана теплоизолирована.
Привод дополнительно снабжен электронагревателем, который расположен внутри стакана или погружен в рабочее тело. На фиг. изображен термомеханический привод.
Предлагаемый ТМП 1 содержит в своем составе подвижный шток 2 переменного сечения, помещенный в сильфонный блок, выполненный в виде стакана 3, кромки которого герметично присоединены к неподвижному корпусу 4, а наружная (сильфонная) поверхность и днище 5, соединенное со штоком 2, стакана 3 погружены в рабочее тело 6 внутри корпуса 4. Рабочее тело 6 - жидкий металл, например натрий.
Корпус 4 выполнен в виде герметичного сосуда 7, заполненного рабочим телом 6, и погружен в поток теплоносителя 8.
ТМП 1 снабжен средствами 9 контроля температуры рабочего тела 6 в сосуде 7, средствами 10 контроля перемещения штока 2 относительно корпуса 4, средствами 11 контроля наличия рабочего тела 6 в стакане 3 и электронагревателем 12. Причем электронагреватель может быть как расположен внутри стакана 3, так и погружен в рабочее тело 6.
Принцип действия устройства заключается в преобразовании изменения температуры теплоносителя 8, омывающего корпус 4 ТМП 1, и соответствующего изменения температуры рабочего тела 6 в механическое перемещение днища 5 стакана 3 и штока 2, которое может быть использовано для воздействия на систему, препятствующего произошедшему изменению температуры теплоносителя 8.
Таким образом, данное устройство может решать задачу обеспечения максимальной пассивности системы аварийного теплоотвода - отсутствия необходимости во внешних (по отношению к системе теплоотвода) источниках энергии и управляющих сигналах для обеспечения работы привода регулятора расхода конечного поглотителя тепла - атмосферного воздуха.
Применение ТМП, в этом случае, качественно повышает надежность аварийного теплоотвода и, соответственно, безопасность реактора.