УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТРУБОПРОВОДА
DEVICE FOR PROTECTION OF PIPELINE

Предлагаемое техническое решение относится к области машиностроения и может быть использовано для защиты гидравлических систем от понижения давления, при котором происходит разрыв сплошности потока и предотвращения гидравлических ударов в магистральных трубопроводах путем впуска воздуха в места разрыва потока, а также для обеспечения штатного удаления воздуха из системы при ее заполнении.
В частности, предлагаемое техническое решение может быть использовано на АЭС, ТЭЦ, ГРЭС. Устройство предназначено для обеспечения штатного удаления воздуха из основных трубопроводов системы охлаждения главных конденсаторов турбины и самих корпусов конденсаторов с большими расходами при ее заполнении циркуляционными насосами, а также защиты корпусов конденсаторов и трубопроводов от разрушения в результате возможных гидравлических ударов, вызванных аварийным отключением электропитания двигателей циркуляционных насосов, путем подачи атмосферного воздуха в места разрыва потока защищаемой системы.
Одной из причин, вызывающей гидравлические удары с максимальной амплитудой в трубопроводах, является снижение давления в отдельных точках контура циркуляции до величины, при которой происходит разрыв сплошности потока с последующим соударением разошедшихся фронтов потоков. В момент ликвидации разрыва происходит резкое повышение давления в трубопроводе. Скачок давления может привести к аварийной ситуации с разрывом трубопровода и нарушением работоспособности оборудования.
Например, при аварийном останове электронасосов, подающих воду по напорным трубопроводам, снижаются напор и расход. Поток жидкости за насосом продолжает инерционное движение вперед, а поток до насоса замедляется, в результате чего возможны разрывы сплошности потока.
Известно множество устройств, предназначенных для удаления воздуха из трубопроводов и для защиты трубопроводов от гидроударов (см., например, ав. св. №92055 от 13.02.1950 г., ав. св. №495498 от 27.03.1973, патент RU №2127395 от 10.03.1999, патент RU №2360177 от 27.06.2007, патент RU №2008549 от 11.02.1991 и др.).
Известно вентиляционное устройство для трубопроводов большого диаметра (см. Справочник «Расчет и конструирование трубопроводной арматуры». Д.Ф. Гуревич, «Машиностроение», 1968 г., рис.95), служащего как для выпуска накопившегося воздуха, так и для предотвращения возможности образования вакуума в трубопроводе. Устройство имеет эллиптический корпус, в верхней части которого установлен клапан впуска воздуха с седлом большого диаметра. Клапан впуска при образовании вакуума в трубопроводе открывается, впускает воздух в систему и закрывается действием пружины, когда давление в трубопроводе достигнет атмосферного. На боковой поверхности корпуса установлен воздушный клапан поплавкового типа, предназначенный для удаления выделившегося воздуха при эксплуатации системы.
Известное устройство не позволяет быстро удалять воздух, что во многих случаях необходимо при заполнении системы.
В данном устройстве через клапан выпуска воздуха автоматически удаляется воздух, выделяющийся из перекачиваемой воды во время эксплуатации системы.
По наибольшему числу общих признаков и решаемой задаче указанную конструкцию выбираем за прототип.
Технической задачей является создание устройства, позволяющего обеспечить впуск определенного количества воздуха, обеспечивающего невозможность падения давления до давления насыщения и дальнейшее защемление воздуха, что приводит к снижению амплитуд повышения и понижения давления в системе.
Решение поставленной задачи позволяет обеспечить надежную работу устройства и повысить уровень защиты трубопровода.
Указанная задача решается тем, что в устройстве для защиты трубопровода, содержащем корпус, состоящий их двух частей, причем внутренняя полость нижней части корпуса соединена с защищаемым трубопроводом, а полость верхней части корпуса соединена с атмосферой, клапан впуска воздуха прямого действия, обеспечивающий связь внутренней полости корпуса с атмосферой, клапан выпуска воздуха, верхняя часть корпуса установлена относительно его нижней части с зазором, в котором образован канал для выхода воздуха, а во внутренней полости нижней части корпуса размещен поплавковый клапан, выполненный в виде расположенного в корзине поплавка, имеющего возможность перемещения по направляющим, закрепленным на корзине, причем корзина снабжена окнами, гидравлически соединяющими внутреннюю полость корзины с полостью нижней части корпуса и с каналом для выхода воздуха, в котором установлен дублирующий клапан с дистанционно управляемым приводом.
Предложенная конструкция устройства позволяет удалять воздух из системы трубопроводов с высокой скоростью и большим расходом при заполнении системы водой циркуляционными насосами, что повышает быстродействие устройства.
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами, где:
на фиг.1 изображен общий вид устройства, работающего на выпуск воздуха;
на фиг.2 изображен общий вид устройства, работающего на впуск воздуха;
на фиг.3 изображен график изменения давления.
Корпус устройства для защиты трубопровода выполнен из двух частей: верхней части 1 и нижней части 2. Внутренняя полость нижней части 2 соединена с защищаемым трубопроводом посредством входного патрубка 4, а внутренняя полость верхней части 1 соединена с атмосферой посредством выпускного патрубка 5. Верхняя часть 1 установлена относительно нижний части 2 с зазором, в котором образован канал 3 выпуска воздуха, поступающего из трубопровода.
Во внутренней полости нижней части 2 корпуса размещена корзина 6, которая имеет боковые окна 7 и боковой отвод 8. Внутренняя полость корзины 6 связана окнами 7 с внутренней полостью нижней части 2 корпуса и боковым отводом 8 с каналом 3 выпуска воздуха.
Во внутренней полости корзины 6 установлен поплавок 9, предназначенный для автоматического перекрытия выпуска воздуха через канал 3 при заполнении водой системы трубопроводов и внутренней полости нижней части 2 корпуса и имеющий возможность перемещаться вертикально в направляющих 10 корзины 6 за счет своей плавучести.
В боковом отводе 8 под углом к вертикальной оси устройства (направлению движения воздуха) установлен дросселирующий элемент 11, выполненный в виде решетки, который предназначен для устранения вихреобразования за счет разбивания потока на отдельные струи и снижения аэродинамической подъемной силы, действующей на поплавок 9 при удалении воздуха при максимальном расходе.
Нижняя часть 2 корпуса снабжена клапаном впуска воздуха 12 прямого действия и клапаном выпуска воздуха 13. Клапан впуска воздуха 12 предназначен для впуска воздуха из атмосферы во внутреннюю полость нижней части 2 корпуса при падении давления в системе трубопроводов ниже атмосферного и состоит из запорного органа 14, штока 15 и пружины 16. Клапан выпуска воздуха 13 предназначен для удаления воздуха из внутренней полости нижней части 2 устройства при полном его заполнении водой и периодического выпуска скапливающегося воздуха.
На верхней части 1 корпуса расположен дублирующий клапан 17 с приводом 18 и предназначен для перекрытия проходного сечения бокового отвода 8 и канала 3 выпуска воздуха по сигналу системы управления при полном заполнении системы трубопроводов водой.
Устройство имеет дренажный патрубок 19 для удаления возможных протечек.
Устройство для защиты трубопровода работает следующим образом.
При заполнении подводящих трубопроводов и трубной системы конденсатора турбины охлаждающей водой, подаваемой циркуляционными насосами, воздух из системы вытесняется с большим расходом через подводящий патрубок 4 во внутреннюю полость нижней части 2 корпуса. Далее воздух удаляется в атмосферу при открытом дублирующем клапане 17 через боковые окна 7 корзины 6, боковой отвод 8, канал 3, внутреннюю полость верхней части 1 корпуса и выпускной патрубок 5.
По мере заполнения системы вода поступает во внутреннюю полость нижней части 2 корпуса, поплавок за счет положительной плавучести всплывает и перекрывает проходное сечение канала 3 выпуска воздуха. По сигналу от уровнемера о полном заполнении системы запорный орган дублирующего клапана 17 перекрывает боковой отвод 8. Полное удаление воздуха из внутренней полости нижней части 2 корпуса осуществляется через клапан выпуска воздуха 13. Устройство описанным выше способом готово выполнить основную функцию - удалить воздух из системы и обеспечить ее работоспособность.
В случае возникновения аварийной ситуации, сопровождающейся разрывом сплошности потока, уровень воды в системе понижается, давление падает ниже атмосферного и в трубопроводе образуется разрежение. Под действием создавшегося перепада давления на запорном органе 14 клапана 12 впуска воздуха возникает усилие, превышающее настроенное усилие пружины 16, и клапан впуска 12 открывается, обеспечивая впуск атмосферного воздуха во внутреннюю полость нижней части 2 корпуса и трубопровода. При повышении давления до атмосферного клапан впуска воздуха 12 закрывается и во внутренней полости нижней части 2 корпуса происходит сжатие защемленного объема воздуха, что приводит к снижению амплитуд пульсации давления.
На предприятии проведены испытания предложенного устройства, которые подтвердили его работоспособность, надежность защиты трубопровода. Испытания показали, предложенное устройство позволяет удалять воздух из системы трубопроводов с высокой скоростью и большим расходом при заполнении системы, следовательно, повышается быстродействие устройства, эффективно защищает систему трубопроводов от гидроудара, о чем свидетельствует график, приведенный на фиг.3