УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИКСАЦИИ СОЕДИНЕНИЯ ТРУБ В ОСЕВОМ НАПРАВЛЕНИИ

Полезная модель относится к фланцевым соединениям, имеющим осевое натяжение, и может быть использована в области атомной техники для обеспечения непрерывной циркуляции теплоносителя в трубчатых каналах, в частности, в технологическом канале (ТК) РУ РБМК-1000, на котором установлено устройство аварийного охлаждения (УАО). Устройство так же может быть использовано в других областях техники, где используется аналогичное оборудование.
В процессе эксплуатации реакторной установки (РУ) типа РБМК-1000 в некоторых элементах конструкции технологических каналов активной зоны (в основном металле или сварных соединениях) образуются дефекты, которые нарушают герметичность контура многократной принудительной циркуляции (КМПЦ) и приводят к появлению течи теплоносителя. Эксплуатация РУ с течью теплоносителя в КМПЦ не допускается и требует немедленного останова для проведения ремонтно-восстановительных работ и устранения дефектов.
Для устранения подобных дефектов в аварийных ячейках на АЭС имеются отработанные технологические решения. В случае, если дефект расположен в труднодоступном месте и его ремонт затруднен по тем или иным причинам, для восстановления работоспособности аварийной ячейки используют имеющееся в арсенале АЭС специальное устройство - устройство аварийного охлаждения, которое монтируется в технологический канал (ТК) аварийной ячейки.
В процессе эксплуатации УАО обеспечивает циркуляцию теплоносителя через ТК аварийной ячейки в обход дефектных элементов. Подвод теплоносителя к ТК с установленным УАО осуществляют по штатной схеме, через нижние водяные коммуникации, отвод теплоносителя от ТК осуществляют через УАО по резервному трубопроводу, который соединен с контуром КМПЦ через резервный отвод в барабан-сепаратор.
По технологии восстановительного ремонта монтаж УАО выполняют на остановленном и расхоложенном реакторе. Перед монтажом из технологического канала выгружают тепловыделяющую сборку (ТВС) со всеми элементами. Затем в ТК устанавливают УАО и фиксируют в нем с помощью узла крепления, расположенного в нижней части УАО. В результате монтажа верхняя часть УАО располагается над трактом ТК на уровне пола центрального зала РУ, нижняя часть располагается внутри ТК.
В верхней части УАО расположены фланец и отводящий трубопровод для организации циркуляции теплоносителя через технологический канал аварийной ячейки. В результате монтажа УАО восстанавливают работоспособность аварийной ячейки и эксплуатация РУ может быть продолжена в штатном режиме.
В связи с тем, что ответное место крепления УАО расположено на внутренней поверхности ТК в труднодоступном для контроля месте, не исключены ошибки монтажа УАО. В результате неправильной установки узел крепления УАО может занять промежуточное непроектное положение. В процессе эксплуатации под действием вибраций и высокого избыточного давления может произойти расцепление узла крепления УАО, что приведет к выбросу элементов УАО из ТК в помещение центрального зала РУ.
Выброс элементов УАО в помещение ЦЗ приведет к созданию нештатной ситуации, связанной с разгерметизацией контура КМПЦ, кроме того, выброшенные элементы УАО могут представлять опасность для персонала АЭС, работающего в помещении ЦЗ, а также повредить другое технологическое оборудование.
Таким образом, для снижения последствий возможной нештатной ситуации, повышения безопасности персонала и повышения безопасности эксплуатации РУ необходимо создание дополнительной фиксации соединения трубных элементов УАО и ТК.
Из уровня техники известно устройство для герметизации и фиксации соединения труб в осевом направлении, содержащее соединенные между собой посредством крепежных элементов два фланца, при этом каждый из фланцев установлен на соединяемых трубах и состоит из двух одинаковых частей, соединенных посредством крепежных элементов (патент РФ на полезную модель №17592, МПК F16L 21/00, опубл. 10.04.2001).
Известное устройство используют в основном в раструбном соединении труб, и дополнительно содержит уплотнитель, контактирующий с одним из фланцев устройства.
Работа известного устройства осуществляется следующим образом.
В случае разгерметизации раструбного соединения, например, под действием давления напора воды, фланцы устройства упираются в выступы раструба. За счет стягивания фланцев между собой с помощью крепежных элементов резиновое кольцо прижимается фланцем к выступу раструба, в результате чего осуществляется плотная герметизация трубного соединения и дополнительная фиксация труб между собой от осевого перемещения.
В известном устройстве фиксация труб между собой обеспечивается за счет натяга, полученного в результате обжатия резинового кольца и наружной поверхности трубы, которая вставлена в выступ раструба. Такое техническое решение имеет ограничение по осевому усилию на соединение, так как фиксация труб между собой обеспечивается только за счет сил трения, возникающих между резиновым уплотнением и трубой. При воздействии на соединение с усилием, превышающим силу трения, произойдет расстыковка труб.
Таким образом, известное устройство неприменимо в реакторе РБМК для соединения трубных элементов УАО и ТК, так при возникновении нештатной ситуации усилие, выталкивающее УАО из ТК, достигает высоких значений (более 7 тонн) и известное устройство не обеспечит удержание элементов УАО, расположенных внутри ТК.
Кроме того, сборка фланцев известного устройства и их стягивание друг к другу осуществляется на месте, дальнейшей регулировки положения фланцев относительно друг друга после плотного обжатия при эксплуатации не требуется.
В реакторе РБМК для эксплуатации устройства необходимы его установка по месту использования в максимально собранном виде из-за ограничения свободного пространства в месте расположения трубного соединения ТК и УАО, а также дальнейшая регулировка положения одного из фланцев в осевом направлении для компенсации термических расширений элементов конструкции УАО с целью обеспечения необходимого зазора между фланцем УАО и фланцем устройства в момент пуска РУ и после выхода на мощность.
Изменение положения фланца устройства в осевом направлении в известном устройстве может достигаться только путем регулировки всех крепежных элементов, стягивающих фланцы устройства между собой.
В РУ РБМК такое решение неприменимо из-за ограниченного пространства и труднодоступности места соединения ТК и УАО, а также наличия повышенного радиационного фона при эксплуатации РУ, поскольку после пуска и разогрева РУ требуется проведения работ по регулировке положения фланца устройства в осевом направлении в минимально короткий промежуток времени для снижения дозовой нагрузки на персонал.
Технической проблемой настоящей полезной модели является повышение безопасности при эксплуатации технологического канала с УАО.
Техническим результатом настоящей полезной модели является исключение выброса элементов УАО в помещение ЦЗ, при возникновении нештатной ситуации, связанной с разгерметизацией контура КМПЦ.
Технический результат достигается тем, что устройство для фиксации соединения труб в осевом направлении, содержащее соединенные между собой посредством крепежных элементов два фланца, при этом каждый из фланцев состоит из двух одинаковых частей, соединенных посредством крепежных элементов,
согласно настоящей полезной модели, один из фланцев снабжен, по крайней мере, одним подпружиненными регулировочным винтом, обращенным внутрь устройства.
Кроме того, лучшим исполнением устройства будет при наличии двух подпружиненных регулировочных винтов.
Наличие винта во фланце, обращенного внутрь устройства позволяет:
- обеспечить гарантированный зазор между фланцем УАО и фланцем устройства на переходных режимах после пуска РУ и на переходных режимах, для предотвращения повреждения элементов РУ в результате различных температурных расширений при нагреве ТК и элементов УАО;
- воспринимать высокие нагрузки (более 7 тонн) и ограничивать осевое перемещение элементов УАО, расположенных внутри ТК при нештатных ситуациях;
- исключить полную разгерметизацию трубного соединения УАО и ТК.
Указанные задачи заявляемое устройство позволяет решать при его использовании за счет осевого перемещения винта путем его регулировки на необходимую величину в сторону фланца УАО, так как в данном случае винт выполняет функцию ограничителя перемещения УАО в случае его осевого перемещении за счет упора фланца УАО в винт. При наличии указанного винта отсутствует необходимость в регулировке осевого положения фланца устройства в случае использования известного устройства, тем самым сохраняя конструкцию устройства в целом фиксированной при регулировке и эксплуатации.
Пружины под винтом выполняют функцию стопорения, и обеспечивают его фиксацию в заданном положении в процессе эксплуатации.
Сущность полезной модели поясняется фигурами, где на фиг. 1 изображено устройство в сборе, на фиг. 2 - устройство в исходном состоянии перед монтажом на тракт ТК, на фиг. 3 - устройство, смонтированное на ТК с УАО.
Устройство представляет собой полый цилиндрический разборный корпус, состоящий из двух частей, образованный двумя фланцами 1 и 2, соединенных между собой крепежными элементами, например, силовыми шпильками 3. Фланцы 1 и 2 имеют разборную конструкцию, каждый из которых состоит из двух частей. В верхнем фланце 2 выполнено цилиндрическое отверстие для обеспечения выхода трубы отвода теплоносителя через УАО и расположены резьбовые отверстия, в которых установлен, по крайней мере, один регулировочный винт 5 и пружина 6 для регулировки по месту зазора между устройством и фланцем УАО. Однако лучшим выполнением устройства будет наличие двух подпружиненных винтов. Таким образом, далее по тексту будет рассмотрена конструкция устройства, состоящая из двух подпружиненных винтов 5. При этом винты 5 установлены на фланце 2 симметрично относительно оси фланца 2. В нижнем фланце 1 выполнено цилиндрическое отверстие соответствующего размера и формы под трубчатый канал ТК для обеспечения монтажа устройства на верхнюю часть тракта ТК.
Устройство в разобранном состоянии перед монтажом на тракт ТК представлено на фиг. 2. Каждая часть корпуса устройства состоит из нижнего полуфланца 9, верхнего полу фланца 10, силовых шпилек 3, одного регулировочного винта 5, пружины 6, крепежных элементов 7.
Полуфланцы 9 и 10 жестко соединены между собой с помощью силовых шпилек 3 и крепежных элементов 7. Для соединения частей корпуса между собой по краям полуфланцев 9 и 10 предусмотрены крепежные отверстия для установки фиксирующих шпилек 4 и крепежных элементов 8.
Для сборки части корпуса устройства соединяются между собой до соосного совмещения крепежных отверстий на полуфланцах 9 и 10. В крепежные отверстия устанавливаются фиксирующие шпильки 4, которые жестко фиксируют части корпуса между собой. При этом нижняя часть шпильки 4 фиксируется по резьбе в нижнем полуфланце 9, верхняя часть шпильки 4 фиксируется в верхнем полуфланце 10 с помощью крепежных элементов 11. Для дополнительной фиксации частей корпуса между собой используются крепежные элементы 8. В собранном виде устройство представлено на фиг. 1.
Монтаж устройства выполняется на верхнюю часть тракта ТК с УАО, на остановленном и расхоложенном реакторе. Перед монтажом корпус устройства разбирается на две части. На верхнем тракте ТК РУ РБМК имеется технологическая кольцевая проточка, охватываемый размер и форма которой соответствуют охватывающему размеру и форме фланца 1 устройства. Технологическая проточка, выполненная на верхней части ТК обеспечивает надежную фиксацию устройства на ТК за счет упора одного из фланцев устройства в выступ проточки и позволяет воспринимать устройством значительные нагрузки в осевом направлении при возникновении нештатной ситуации.
В процессе монтажа каждая часть корпуса устройства поочередно устанавливается на верхнюю часть тракта ТК, при этом нижний фланец 1 должен быть сопряжен с кольцевой проточкой на тракте. После установки на тракт части корпуса совмещаются в радиальном направлении до совмещения крепежных отверстий в полуфланцах 9 и 10. После совмещения крепежных отверстий устанавливаются фиксирующие шпильки 4 и крепежные элементы 11 и 8. В результате монтажа устройство образуют надежное неподвижное соединение с верхним трактом ТК. После монтажа с помощью регулировочного, а в случае лучшего выполнения устройства, регулировочных винтов 5 устанавливается необходимый зазор между устройством и фланцем УАО, для обеспечения компенсации температурных расширений при пуске РУ и дальнейшей эксплуатации. Устройство, смонтированное на ТК с УАО, представлено на фиг. 3.
Таким образом, фланцы устройства, состоящие из двух равных половинок, позволяют сначала собрать две готовые половины устройства, которые затем легко смонтировать на трубы в месте эксплуатации путем их простого совмещения.
Устройство, смонтированное на ТК с УАО, работает следующим образом. Перед пуском РУ между устройством и элементами УАО с помощью винтов 5 устанавливается необходимый технологический зазор, для компенсации температурных расширений металлоконструкций (МК) РУ, элементов УАО и ТК, и исключения силового воздействия устройства на элементы РУ на этапе пуска и выхода на рабочий режим эксплуатации. После выхода РУ на рабочий режим и разогрева МК зазор между верхним фланцем устройства и элементами УАО уменьшают до необходимых минимальных значений с помощью регулировочных винтов 5. При этом пружины 6 фиксируют положение регулировочных винтов 5 в заданном положении.
При пуске, выходе на рабочий режим и эксплуатации РУ устройство находится в режиме ожидания при нормальном режиме функционирования УАО. В случае возникновении нештатной ситуации, связанной с расстыковкой узла крепления УАО, внутренние элементы ТК (элементы УАО), под действием высокого избыточного давления начнут перемещение в осевом направлении в сторону верхнего фланца 2 до контакта с регулировочными винтами 5. После контакта с регулировочными винтами 5 перемещение внутренних элементов ТК становится невозможным, так как все подвижные элементы УАО будут расположены внутри устройства, при этом силовая нагрузка от перемещения элементов УАО будет предаваться через винты 5 на верхний фланец 2, далее от верхнего фланца 2 на шпильки 3 и 4, далее через шпильки 3 и 4 на нижний фланец 1, далее от фланца 1 на верхний тракт ТК. В случае перемещения УАО на величину минимального зазора между регулировочными винтами 5 может произойти разуплотнение герметизирующей прокладки между УАО и ТК, что приведет к появлению парения либо незначительной течи теплоносителя КМПЦ, что будет являться косвенным признаком расстыковки узла крепления УАО и ТК. После регистрации такого события энергоблок будет остановлен до выяснения причин течи и выполнения ремонтно-восстановительных работ.
В случае возникновения нештатной ситуации устройство обеспечивает удержание элементов УАО внутри ТК, тем самым, не допускает выброс элементов конструкции в помещение центрального зала РУ и исключает полную разгерметизацию трубного соединения ТК с УАО.
Таким образом, при возникновении нештатной ситуации в процессе эксплуатации РУ, связанной с расстыковкой УАО и ТК, устройство значительно снижает последствия аварийной ситуации, связанной с разгерметизацией КМПЦ, обеспечивает непрерывную циркуляцию теплоносителя в ТК с УАО, повышает безопасность обслуживающего персонала, находящегося в помещении ЦЗ при эксплуатации РУ, что в целом повышает безопасность эксплуатации РУ РБМК.