УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОЗИРОВАНИЯ ВОДЫ В ПЕНАЛЫ С ОТРАБОТАВШИМ ЯДЕРНЫМ ТОПЛИВОМ

Заявленная полезная модель относится к области устройств для дозирования жидких сред, касается в частности, устройств, снабженных органом управления дозированной подачей жидкости и может быть использовано для долива воды в пеналы с отработавшим ядерным топливом.
Актуальность проблемы долива воды в пеналы вызвана необходимостью снижения радиационного загрязнения в бассейне выдержки (БВ), уменьшения расхода химических реактивов и ионообменных смол для очистки воды в БВ, снижения трудозатрат и дозозатрат обслуживающего персонала при проведении работ по доливу воды в пеналы с отработавшими тепловыделяющими сборками (ОТВС) в хранилищах отработавшего ядерного топлива (ХОЯТ). Анализ применяемых в ХОЯТ устройств контроля долива воды в пеналы с ОТВС выявил ряд причин и недостатков, влияющих на надежность и достоверность контроля уровня воды. Информационный поиск, анализ патентных рекламных материалов и иных литературных источников показали, что в настоящее время отечественными и зарубежными производителями выпускается широкая гамма устройств и датчиков контроля уровня воды. Распространены датчики - уровнемеры, регистрирующие и показывающие приборы для периодического и непрерывного измерения уровня жидкости в невозмущенном (статическом) объеме, в основе которых лежат следующие методы измерений: кондуктометрические; ультрозвуковые; поплавковые; емкостные; гидростатические; радиометрические.
Основным недостатком перечисленных датчиков контроля уровня жидкости являются большие габариты используемых датчиков, которые невозможно разместить в конструкции устройства, обеспечить дублирование каналов и подсветку заливной горловины пенала.
Ближайшим аналогом заявленной полезной модели является устройство для измерения уровня жидкости (А.С. СССР №4447183/10). Устройство состоит из штанги, снабженной с одной стороны наконечником для дозирования и индикатором уровня, а с другой - (элоком управления и индикации. В устройстве применены датчики кондуктометрического типа. Измерения основаны на определении электропроводности между электродом и корпусом устройства в контролируемой жидкости, которая должна обладать определенной, достаточно стабильной электропроводностью для данного метода контроля.
Недостатком данного устройства является низкая стабильность и достоверность регистрации достижения контрольного уровня воды, сложность установки его в пенал, это связано с тем, что контролируемой жидкостью является бидистиллят (оборотная вода), электропроводность которого мала и недостаточна для обеспечения надежного срабатывания датчиков. Из-за изменения сопротивления герметика (изменяется структура и физические свойства материала), изолирующего электрод датчика от корпуса, электрическая схема становится неустойчивой к шумам, что влияет на достоверность и надежность контроля уровня воды при использовании данного метода. Низкая стабильность регистрации связана с недостаточной защищенностью электрода датчика, что приводит к повреждению и выламыванию электрода из места крепления в процессе эксплуатации и, как- следствие, отказу всего устройства. Неудачно разработанная конструкция
устройства приводит к частому пережиму и обрыву проводов, идущих от датчиков к электронному блоку, замена которых достаточно трудоемка. Отсутствие подсветки, упрощающей установку устройства в заливную горловину пенала, увеличивает время установки устройства. Отсутствует дублирование датчиков (одноканальная система) по требованию работ в спец. условиях, что снижает надежность всего устройства контроля уровня воды. Также имеет место плохая ремонтопригодность устройства ввиду длительного времени на восстановление его работоспособности.
Задача, решаемая полезной моделью, состоит в обеспечении высокой стабильности, достоверности регистрации достижения контрольного уровня воды и в упрощении установки устройства в заливную горловину пенала.
Сущность полезной модели состоит в том, что устройстве для дозирования воды в пеналы с отработавшим ядерным топливом, включающем штангу, снабженную с одной стороны наконечником для дозирования и индикатором уровня, а с другой - блоком управления и индикации, предложено, в качестве индикатора уровня использовать разогреваемый постоянным током позистор, штангу выполнить из двух, установленных кооксиально труб, образующих каналы для подвода жидкости и измерительных линий, а индикатор уровня снабдить светодиодами освещения, установленным внутри герметичного наконечника. Кроме того, предложено, наконечник выполнить в виде сифона, а блок управления и индикаций снабдить контактами для подключения внешних электрических цепей.
Заявленная полезная модель позволила: - увеличить пропускную способность трубки для подачи воды за счет размещения в штанге двух, кооксиально установленных труб, образующих каналы для подвода жидкости и измерительных линий; - обеспечить подсветку,
упрощающую установку устройства в заливную горловину пенала; -защитить датчики и светодиоды подсветки от возможных механических повреждений, возможных при проведении работ по доливу воды в пеналы; - предусмотреть релейный выход для системы автоматизированного долива воды, за счет релейного выхода. Принятая схема контроля предельно допустимого уровня воды в пенале и сифонный разлив воды, подаваемой в межтрубном пространстве штанги, позволили обеспечить дублирование, защиту датчиков и светодиодов подсветки от возможных механических повреждений. Наличие в блоке управления и индикации, контактов для подключения внешних электрических цепей обеспечило возможность использования устройства совместно с системой автоматизированного долива воды. Наличие заявленной схемы для контроля уровня воды в пенале повышает надежность устройства и обеспечивает выполнение требований по условиям эксплуатации устройства в специальных зданиях и сооружениях АЭС. Позистор, разогретый при низком напряжении (около 12 В), при изменении внешних условий охлаждения изменяет рассеиваемую мощность. Следовательно, при постоянном напряжении рассеиваемая позистором мощность может использоваться для измерения условий рассеяния. При увеличении отбора тепла позистор охлаждается, и ток позистора растет благодаря положительному температурному коэффициенту. Отмеченное увеличение тока произойдет, если позистор, разогретый в воздухе, поместить в жидкость, так как рассеяние в жидкости выше, чем в воздухе. Это свойство позисторов позволяет использовать их в качестве датчиков уровня жидкости в резервуарах. Устройство контроля уровня воды с использованием позистора в качестве датчика уровня жидкости основан на различии теплопроводности воздуха и жидкости - теплопроводность воздуха намного меньше. Если позистор окружен воздушной средой, то его теплообмен с воздухом
достаточно мал, и при достаточно малом токе, он остается в горячем и высокоомном состоянии. Когда уровень воды достигает датчика, она охлаждает позистор и его сопротивление уменьшается, что приводит к увеличению протекающего через него тока. Таким образом, уровень воды определяется простым измерением тока, протекающего через позистор. В заявленном устройстве было принято принципиальное конструкторское решение подавать воду в межтрубном пространстве с сифонным разливом.
Внешний вид устройства показан на фигуре 1-3, где фигуры 1, 2 - внешний вид устройства, фигуры 3 - наконечник устройства. Штанга 1 (фиг.1) состоит из двух трубок: наружной ⌀ 16×2 мм, на нижнем конце которой расположены отверстия для разлива воды и вставленной в нее внутренней трубки ⌀ 6×1 мм (на фиг не показано). Нижний торец трубок обварен и на нем нарезана наружная резьба для навинчивания наконечника 2. На штанге 1 установлен упор 3, позволяющий регулировать уровень срабатывания датчиков при доливе воды в пенал. Верхний торец трубок вварен в кубик из нержавеющей стали, к которому крепится блок индикации и управления 4, корпус которого отлит из алюминиевого сплава. На торце корпуса блока индикации и управления расположены два тумблера: "СЕТЬ" для включения питания и "ОСВЕЩЕНИЕ" для включения подсветки. Печатная плата крепится внутри корпуса блока индикации и управления на стойках четырьмя винтами. Провода внешних электрических цепей подсоединяются к печатной плате через винтовые клемники (на фиг. не показаны). Это позволяет ремонтному персоналу в случае выхода из строя электронных компонентов печатной платы провести быструю ее замену из комплекта ЗИПа. На крышке блока в держателях расположены светодиодные индикаторы сигнализации (фиг.2. Вид А) следующего назначения:
- индикатор "СЕТЬ" - сигнализирует о наличии питания на приборе;
- два индикатора зеленого цвета "ПУСК" - сигнализируют о недостаточном уровне воды в пенале (осушение обоих датчиков);
- два индикатора красного цвета "СТОП" - сигнализируют о наполнении пенала водой до установленного уровня.
Герметичный разъем 5 (фиг.1) предназначен для подключения кабеля внешних электрических цепей (питания ~12В и выход с реле на систему автоматизированного долива). В конец ручки, вваренной в кубик из нержавеющей стали, навинчен шаровой вентиль 6, предназначенный для подачи воды при заполнении пенала. Штуцер 7 для закрепления шланга подачи воды имеет наружную резьбу и ввинчивается в шаровой вентиль. На фиг.3 датчики 8 и светодиоды освещения 9 подсветки установлены внутри наконечника 2 в виде стакана и залиты двухкомпонентным эпоксидным клеем 10. Такое решение позволило продублировать и защитить датчики и светодиоды подсветки от возможных механических повреждений. Соединение датчиков и светодиодов с печатной платой выполнено четырехжильным кабелем 11 с цветной маркировкой проводов. Кабель 11 свободно проходит во внутренней трубке штанги 1 и подсоединяется к печатной плате через винтовые клемники. Это позволяет ремонтному персоналу в случае выхода из строя датчиков 8 и светодиодов освещения 9 быструю их замену путем установки нового наконечника из ЗИПа. Для подсветки используются два сверх ярких светодиода 9 белого света, подключенные к питанию через токоограничивающие резисторы. Питание схемы осуществляется от сети переменного тока напряжением 12В через тумблер "СЕТЬ" с последующим выпрямлением и стабилизацией.
Работа устройства для дозирования воды происходит следующим образом. При включении тумблера "СЕТЬ" загорается светодиод
9 зеленого цвета, сигнализируя о наличии питания. Если доливочное устройство находится в пенале или вне пенала (датчики не касаются воды), загораются два светодиода 9 зеленого цвета "ПУСК", при этом два светодиода 9 красного цвета "СТОП" не горят, что говорит о недостаточном уровне воды в пенале и готовности к работе доливочного устройства. После установки устройства в пенал (на фиг. не показан) и при наличии световой индикации (два светодиода зеленого цвета "ПУСК") о недостаточном уровне воды в пенале, оператор открывает вентиль шарового крана 6 и производит наполнение пенала водой до установленного уровня, следя за светодиодной индикацией. При достижении уровня воды в пенале датчиков два светодиода 9 зеленого свечения гаснут и загораются два светодиода 9 красного "СТОП", сигнализируя оператору о наполнении пенала водой до установленного уровня. Оператор должен закрыть шаровой вентиль 6 для прекращения подачи воды и выключить тумблер "СЕТЬ". Входные компараторы сравнивают напряжение входного сигнала (Uвх.) от позистора с опорным напряжением (Uопор.) и при выполнении условия Uвх.>Uопор. (датчик не касается воды) переключаются в состояние, соответствующее недостаточному уровню воды в пенале. Загорается светодиод 9 зеленого цвета "ПУСК" и замыкаются контакты твердотельного оптоэлектронного реле цепи управления системы автоматизированного долива воды. При выполнении условия Uвх.<Uопор. (датчик касается воды) компараторы переключаются в состояние, соответствующее достижению контролируемого уровня воды в пенале. Загорается светодиод красного цвета "СТОП" и размыкаются контакты твердотельного оптоэлектронного реле цепи управления системы автоматизированного долива воды. В случае короткого замыкания или обрыва кабеля, соединяющего датчики с входными компараторами, светодиоды не горят и контакты оптореле цепи управления системы
автоматизированного долива воды разомкнуты. Аналогично работает дублирующий канал. Выходы с оптореле обоих каналов объединены по схеме "ИЛИ".
Преимуществами по отношению к обычным механическим или оптическим преобразователям уровня жидкости в электрический сигнал являются: малые габариты датчика; простота схемотехники; надежность; невысокая стоимость; отсутствие необходимости обслуживания.