Устройство ограничения давления в корпусе, связанное с конструкцией корпуса
DEVICE FOR RESTRICTING PRESSURE IN CASING, RELATED TO CASING STRUCTURE

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0001] Настоящее изобретение, в целом, относится к радиационному контролю окружающей среды с использованием ионизационной камеры высокого давления и, в частности, к узлу ограничения давления, предназначенному для ограничения давления в ионизационной камере.
ОПИСАНИЕ УРОВНЯ ТЕХНИКИ
[0002] Устройства радиационного контроля окружающей среды известны и используются для определения количества радиации на местности. Устройства радиационного контроля могут быть установлены в области, ближайшей к источнику излучения, такой как атомные электростанции, чтобы контролировать уровни излучения.
[0003] В устройстве радиационного контроля одного типа используется ионизационная камера, например ионизационная камера высокого давления. Ионизационную камеру герметично закрывают и заполняют газом, таким как газообразный азот, аргон, смеси других газов и т.д. Газ, содержащийся в ионизационной камере, находится при более высоком давлении, чем атмосферное давление. В определенных ситуациях давление внутри ионизационной камеры может увеличиться до уровня, который выше требуемого давления. Ситуации, в которых может происходить увеличение давления, включают, например, воздействие относительно высоких температур, сминающее усилие, приложенное к ионизационной камере, и т.д. Соответственно, существует потребность и было бы полезно безопасно ограничивать давление внутри ионизационной камеры, когда давление поднимается выше требуемого давления.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004] Ниже представлено упрощенное изложение сущности изобретения для того, чтобы обеспечить базовое понимание некоторых иллюстративных аспектов изобретения. Эта сущность не является исчерпывающим обзором изобретения. Кроме того, эта сущность не предназначена ни для выявления существенных признаков изобретения, ни для ограничения его объема. Единственная цель сущности изобретения заключается в представлении некоторых его концепций в упрощенной форме в качестве вступления к более подробному описанию, которое представлено ниже.
[0005] В соответствии с одним из аспектов настоящее изобретение обеспечивает узел радиационного обнаружения, содержащий ионизационную камеру для обнаружения излучения, которая содержит объем со сжатым газом. Узел радиационного обнаружения содержит наружный корпус, во внутреннем объеме которого расположена указанная ионизационная камера. Наружный корпус содержит разрушаемую часть. Путь потока газа от ионизационной камеры к разрушаемой части наружного корпуса ограничивается ограничительным узлом. Разрушаемая часть сбрасывает давление внутри ионизационной камеры, когда давление сжатого газа в ионизационной камере превышает заданное давление, так что по меньшей мере часть сжатого газа протекает через ограничительный узел и через разрушаемую часть наружного корпуса, после чего сжатый газ выпускается наружу наружного корпуса.
[0006] В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение обеспечивает узел радиационного обнаружения, содержащий ионизационную камеру для обнаружения излучения. Ионизационная камера содержит объем со сжатым газом. Узел радиационного обнаружения содержит наружный корпус для размещения ионизационный камеры в своем внутреннем объеме. Наружный корпус содержит разрушаемую часть, отформованную в наружном корпусе. Путь потока газа от ионизационной камеры к разрушаемой части наружного корпуса ограничивается ограничительным узлом, который расположен во внутреннем объеме и образует уплотнение между наружным корпусом и ионизационной камерой. Разрушаемая часть сбрасывает давление внутри ионизационной камеры, когда давление сжатого газа в указанной камере превышает заданное давление, так что по меньшей мере часть сжатого газа протекает через ограничительный узел и через разрушаемую часть наружного корпуса, после чего сжатый газ выпускается наружу наружного корпуса.
[0007] В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение обеспечивает способ снижения давления в узле радиационного обнаружения. Способ включает использование ионизационной камеры, содержащей объем со сжатым газом. Способ также включает использование наружного корпуса, во внутреннем объеме которого находится ионизационная камера, причем наружный корпус содержит разрушаемую часть. Способ включает использование ограничительного узла, который ограничивает путь потока газа от ионизационной камеры к разрушаемой части наружного корпуса. Способ включает снижение давления внутри ионизационной камеры путем нарушения целостности разрушаемой части, когда давление сжатого газа в ионизационной камере превышает заданное давление, так что сжатый газ протекает через разрушаемую часть.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0008] Вышеизложенные и другие аспекты настоящего изобретения станут очевидными для специалистов в данной области техники, к которой относится настоящее изобретение, при ознакомлении с последующим описанием со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
[0009] Фиг. 1 изображает вид в частичном разрезе иллюстративного узла радиационного обнаружения, содержащего иллюстративную ионизационную камеру в соответствии с аспектом настоящего изобретения;
[0010] Фиг. 2 изображает увеличенный фрагмент иллюстративного ограничительного узла, обведенный кругом на Фиг. 1;
[0011] Фиг. 3 изображает увеличенный вид сверху, иллюстрирующий пример опорной конструкции ограничительного узла и выполненный по линии 3-3 на Фиг. 2;
[0012] Фиг. 4 изображает увеличенный вид сверху иллюстративной разрушаемой части ограничительного узла, выполненный по линии 4-4 на Фиг. 2; и
[0013] Фиг. 5 изображает вид ограничительного узла и разрушаемой части, аналогичный изображенному на Фиг. 2, в целом иллюстрирующий поток газа через ограничительный узел и разрушаемую часть.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0014] Иллюстративные варианты выполнения, которые включают один или несколько аспектов настоящего изобретения, описаны и проиллюстрированы на чертежах. Эти проиллюстрированные примеры не предназначены ограничивать настоящее изобретение. Например, один или более аспектов настоящего изобретения могут быть использованы в других вариантах выполнения и даже в устройствах других типов. Кроме того, в настоящем документе используется определенная терминология, исключительно в целях удобства, и поэтому не должна рассматриваться как ограничивающая настоящее изобретение. Более того, одинаковые номера позиций на чертежах используются для обозначения одинаковых элементов.
[0015] Фиг. 1 изображает иллюстративный вариант выполнения в частичном разрезе узла 10 радиационного обнаружения, выполненного в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения. Следует понимать, что на Фиг. 1 показан лишь один пример возможных конструкций/конфигураций и что другие примеры также предусмотрены в рамках настоящего изобретения. В целом, узел 10 размещен снаружи, чтобы выполнять функцию контроля за гамма-излучением в атмосфере окружающей среды. Гамма-излучение может быть от известных или неизвестных источников.
[0016] Узел 10 содержит наружный корпус 12. Наружный корпус 12 содержит наружную стенку 14, ограничивающую внутренний объем 16. В этом примере наружный корпус 12 имеет в целом эллипсоидальную/овальную форму, хотя возможны и другие формы. Например, в других примерах наружный корпус 12 имеет форму прямоугольного параллелепипеда или другие многосторонние трехмерные формы различных размеров. Следует отметить, что наружный корпус 12 изображен на Фиг. 1 в частичном разрезе в иллюстративных целях и чтобы более четко показать внутренний объем 16. При работе, однако, наружный корпус 12 полностью закрыт таким образом, что внутренний объем 16 обычно не виден. Наружная стенка 14 выполнена из жесткого, как правило, негибкого материала, который обеспечивает защиту внутреннего объема 16 от воздействия окружающей среды (например, влаги, мусора и т.п.). Наружный корпус 12 содержит любое количество различных материалов, в том числе полимерных материалов (например, пластмасс и т.д.), металлов, комбинаций материалов или тому подобное.
[0017] Узел 10 дополнительно содержит ионизационную камеру 20 для обнаружения излучения. Ионизационная камера 20 содержится/расположена во внутреннем объеме 16 наружного корпуса 12. Ионизационная камера 20 может содержать опорные конструкции (например, крепежи, винты, болты и т.д.) для крепления камеры 20 к наружному корпусу 12. Камера 20 ограничивает объем 22, который обеспечивает пространство для отдельных элементов камеры 20. Следует отметить, что камера 20 показана на Фиг. 1 рассеченной таким образом, чтобы более четко показать объем 22. При работе, однако, камера 20 полностью закрыта, так что объем 22 не виден.
[0018] Камера 20 немного в общем виде показана на Фиг. 2, чтобы было понятно, что она включает ряд возможных конструкций. В одном примере камера 20 может содержать ионизационную камеру высокого давления (HPIC). Камера 20 имеет в целом сферическую форму, хотя возможны и другие формы.
[0019] Ионизационная камера 20 содержит пару электродов, в том числе катод 24 и анод 26. Катод 24 ограничивает объем 22. В одном примере катод 24 герметичен и заполнен газом под давлением, таким как газообразный азот, аргон, смеси других газов и т.д. Таким образом, в объеме 22 относительно ограничивается непреднамеренная утечка этого сжатого газа из камеры 20. Катод 24 может быть выполнен из различных материалов, таких как металлы, в том числе из нержавеющей стали, алюминия и т.д.
[0020] Камера 20 дополнительно содержит анод 26, проходящий в объем 22 катода 24. Анод 26 может содержать опорный элемент. Таким образом, анод 26 не ограничивается, например, показанным размером или формой. В этом примере анод 26 имеет меньший размер в поперечном сечении, чем катод 24, так что анод 26 в радиальном направлении отстоит вовнутрь на некоторое расстояние от катода 24.
[0021] В целом, как на катод 24, так и на анод 26 подают напряжение. В объеме 22 формируются ионы и электроны, возникшие в результате взаимодействия с гамма-излучением. Эти ионы и электроны притягиваются к катоду 24 и аноду 26, где они собираются, и генерируется ток. С катодом 24 и анодом 26 электрически соединен усилитель 28. Усилитель 28 принимает и анализирует ток для определения нескольких измеримых величин, относящихся к излучению, например мощность дозы гамма-излучения и т.д. Усилитель 28 может быть размещен внутри корпуса или ему подобной конструкции.
[0022] На Фиг. 2 в увеличенном масштабе изображен вид фрагмента, ограниченного кругом 2 на Фиг. 1. В этом примере наружный корпус 12 содержит разрушаемую часть 40. Разрушаемая часть 40 отформована/образована наружной стенкой 14 корпуса 12. Следует отметить, что разрушаемая часть 40 показана в разрезе, с тем чтобы более четко проиллюстрировать внутреннюю конструкцию части 40. Однако при работе часть 40 полностью собрана.
[0023] Разрушаемая часть 40 содержит одну или несколько вставок 42. Каждая вставка 42 ограничивает полую или по существу полую полость, образованную на внутренней поверхности 44 наружной стенки 14. Таким образом, вставки 42 могут получать сжатый газ из камеры 20. Вставки 42 не ограничены размером, показанным на Фиг. 2, при этом в других примерах они могут иметь больший или меньший размер в поперечном сечении. Кроме того, вставки 42 не ограничены изображенным положением, при этом они могут быть расположены в других местах вдоль внутренней поверхности 44 стенки 14.
[0024] Вставки 42 ограничены разрушаемой стенкой 46. Разрушаемая стенка 46 расположена между вставками 42 на одной стороне, а наружная часть узла 10 расположена на противоположной второй стороне. Таким образом, разрушаемая стенка 46 по меньшей мере частично ограничивает впуск/выпуск воздуха и/или газа между наружной частью узла 10 и вставками 42. В этом примере разрушаемая стенка 46 имеет меньшую толщину, чем толщина наружной стенки 14, образующей корпус 12. В других примерах разрушаемая стенка 46 не ограничивается этой толщиной и может иметь большую или меньшую толщину, чем показано. За счет того, что разрушаемая стенка 46 имеет меньшую толщину, чем наружная стенка 14, целостность разрушаемой стенки 46 может быть нарушена, и она может быть разломана, разорвана и т.д. в ответ на приложение заданного давления к вставкам 42 и к ионизационной камере 20.
[0025] Разрушаемая часть 40 ограничена уплотнительным выступом 48, который проходит от внутренней поверхности 44 стенки 14 во внутренний объем 16 к камере 20. В изображенном примере уплотнительный выступ 48 выполнен/отформован как одно целое вместе с наружной стенкой 14. Несомненно, в других примерах выступ 48 не так ограничен и, вместо этого, может быть отдельно прикреплен к наружной стенке 14. В одном примере выступ 48 проходит в целом по окружности вокруг разрушаемой части 40. В других примерах, однако, выступ 48 не ограничен круглым поперечным сечением, а вместо этого может иметь квадратное, прямоугольное, овальное и т.д. поперечное сечение. Кроме того, выступ 48 может проходить на большее или меньшее расстояние во внутренний объем 16, чем показано.
[0026] Со ссылкой по-прежнему на Фиг. 2, узел 10 дополнительно содержит ограничительный узел 60, который установлен во внутреннем объеме 16 наружного корпуса 12 и проходит между камерой 20 на одной стороне и разрушаемой частью 40 на противоположной второй стороне. Следует понимать, что ограничительный узел 60 показан в разрезе, с тем чтобы более четко иллюстрировать внутреннюю конструкцию его частей. Однако при работе ограничительный узел 60 полностью собран.
[0027] Ограничительный узел 60 содержит канальный элемент 62, функционально прикрепленный к катоду 24 ионизационной камеры 20. Канальный элемент 62 представляет собой удлиненную, по существу полую, конструкцию и проходит от ионизационной камеры 20 в направлении наружного корпуса 12. В этом примере элемент 62 имеет полый канал 64, проходящий в продольном направлении вдоль длины канального элемента 62.
[0028] Канал 64 находится в проточном сообщении с отверстием 66, выполненным в камере 20. Таким образом, канал 64 может получать газ из камеры 20. Ограничительный узел 60, следовательно, ограничивает путь потока газа от камеры 20 через отверстие 66 и через канальный элемент 62 к разрушаемой части 40. В одном примере канальный элемент 62 присоединен к ионизационной камере 20 и образует с ней уплотнение таким образом, что ограничивается утечка во внутренний объем 16 наружного корпуса 12 сжатого газа, протекающего через отверстие 66 и в канал 64. Для достижения этого герметичного соединения между канальным элементом 62 и камерой 20 может быть предусмотрено любое количество уплотнительных конструкций (например, уплотнительные кольца, эпоксидные смолы, клеи и т.д.).
[0029] Ограничительный узел 60 дополнительно содержит опорную конструкцию 70, которая поддерживает (например, удерживает, вмещает и т.д.) канальный элемент 62. Опорная конструкция 70 представляет собой удлиненную, по существу полую, конструкцию, которая проходит от камеры 20 в направлении разрушаемой части 40. Опорная конструкция 70 может содержать ряд различных материалов, таких как эластомерный материал (например, резина и т.д.) или тому подобное. В одном примере опорная конструкция 70 может по меньшей мере частично упруго деформироваться в ответ на приложение силы или давления.
[0030] Опорная конструкция 70 содержит внутреннюю камеру 72, которая является по существу полой. Внутренняя камера 72 проходит в продольном направлении по меньшей мере частично вдоль длины конструкции 70. Внутренняя камера 72 имеет такой размер и форму, чтобы вмещать канальный элемент 62. В одном примере камера 72 имеет поперечное сечение с размером и формой, которые по существу соответствуют размеру и форме поперечного сечения канального элемента 62, но немного больше, с тем, чтобы вместить элемент 62. В других примерах внутренняя камера 72 может иметь поперечное сечение любой формы, такой как четырехугольная (например, квадратная, прямоугольная и т.д.), круглая, овальная или тому подобное.
[0031] На конце опорной конструкции 70 расположена опорная стенка 74. В показанном примере опорная стенка 74 расположена напротив места крепления опорной конструкции 70 в камере 20. Опорная стенка 74 проходит через внутреннюю камеру 72 и ограничивает продольный конец внутренней камеры 72. В одном примере опорная стенка 74 имеет одно или несколько отверстий 76. Отверстия 76 проходят через опорную стенку 74 от внутренней камеры 72 к противоположной стороне опорной стенки 74. Отверстия 76, таким образом, проточно сообщаются с внутренней камерой 72 и каналом 64. Таким образом, отверстия 76 получают поток газа из канала 64. Опорная стенка 74 может иметь любое количество отверстий 76, которые могут иметь поперечное сечение большего или меньшего размера, чем показано на Фиг. 2.
[0032] Опорная стенка 74 отстоит на некоторое расстояние от наружной стенки 14 и разрушаемой части 40 с образованием между ними полой камеры 80. Полая камера 80 ограничена с одной стороны опорной стенкой 74, а с противоположной стороны - разрушаемой частью 40, в том числе вставками 42. Полая камера 80 по периферии окружена выступом 48. По существу, полая камера 80 проточно сообщается с отверстиями 76 и внутренней камерой 72 так, что она может получать газ из ионизационной камеры 20.
[0033] Опорная конструкция 70 дополнительно содержит фланец 82, который проходит по периферии вокруг наружного периметра/поверхности опорной конструкции 70. В одном примере фланец 82 имеет больший размер поперечного сечения (например, диаметр, ширину и т.д.), чем соседняя часть опорной конструкции 70. В показанном примере фланец 82 взаимодействует с уплотнительным выступом 48. В частности, форма фланца 82, по существу, совпадает с формой уплотнительного выступа 48 таким образом, что взаимодействие между фланцем 82 и уплотнительным выступом 48 образует уплотнение. Это уплотнение между фланцем 82 и выступом 48 ограничивает впуск/выпуск воздуха/газа под давлением между полой камерой 80 и внутренним объемом 16 наружного корпуса 12.
[0034] На Фиг. 3 показан пример опорной конструкции 70 ограничительного узла 60 в разрезе по линии 3-3 на Фиг. 2. В этом конкретном примере опорная стенка 74 показана имеющей шестнадцать отверстий 76. Несомненно, в других примерах опорная стенка 74 не так ограничена и, вместо этого, может иметь больше или меньше отверстий, чем количество отверстий 76, изображенное в этом примере. Кроме того, стенка 74 может иметь отверстия 76, которые имеют больший или меньший размер, чем показано.
[0035] На Фиг. 4 показан пример разрушаемой части 40. В этом конкретном примере часть 40 содержит четыре вставки 42, расположенные на внутренней поверхности 44 наружной стенки 14. Несомненно, в других примерах разрушаемая часть 40 не так ограничена и, вместо этого, может содержать большее или меньшее количество вставок 42, чем показано в этом примере. Аналогично, вставки 42 могут быть ориентированы в различных положениях и не ограничены конкретной конфигурацией, показанной на Фиг. 4. В одном примере вставки 42 могут иметь ребра или другие элементы/выступы, выполненные на них таким образом, чтобы влиять на прочность вставок 42 и разрушаемой стенки 46. Вставки 42 не ограничиваются конкретными элементами, изображенными на Фиг. 4.
[0036] Со ссылкой на Фиг. 5 ниже описан один из примеров работы узла 10 радиационного обнаружения. Первоначально в объем 22 камеры 20 добавляют некоторое количество газа(ов), такого как азот, аргон и т.д. В результате гамма-взаимодействий в объеме 22 образуются ионы и электроны. Эти ионы и электроны притягиваются к катоду 24 и аноду 26, после чего их собирают, чтобы генерировать электрический ток.
[0037] Газ, содержащийся в объеме 22, поддерживают под давлением. В некоторых примерах давление сжатого газа в объеме 22 может превышать заданное давление. Заданное давление может быть превышено, например, целым рядом способов. В одном возможном примере узел 10 может быть подвержен воздействию относительно высокой температуры, что вызывает повышение давления внутри объема 22. В другом примере давление в объеме 22 будет увеличиваться и превышать заданное давление из-за сминающего усилия, приложенного к камере 20. Несомненно, увеличение давления не ограничено этими ситуациями, поскольку могут иметься и другие способы повышения давления.
[0038] После достижения заданного давления газ, находящийся под давлением в камере 20, откачивают через ограничительный узел 60 и через разрушаемую часть 40 в наружную часть узла 10. В частности, поток 100 газа (показан стрелками на Фиг. 5 в общем виде/схематически) будет проходить через отверстие 66 в камере 20, через канал 64 и через отверстия 76 в опорной конструкции 70. Сжатый газ, давление которого превышает заданное давление, создает достаточно большую силу, действующую на разрушаемую стенку 46, чтобы привести к поломке разрушаемой стенки 46 (например, разлому, разрыву и т.д.). Разрушаемая стенка 46 показана на Фиг. 5 несколько в общем виде/схематически как проломанная стенка 46a. Соответственно, поток 100 газа проходит через вставки 42 и выходит через проломанное отверстие 92 в разрушаемой части 40. Поток 100 газа, проходящий через проломанное отверстие 92, выпускается к наружной части наружного корпуса 12, уменьшая тем самым давление внутри ионизационной камеры 20. К этому моменту наружный корпус 12, содержащий проломанную стенку 46a, может быть удален из камеры 20 и заменен новым наружным корпусом 12, имеющим разрушаемую стенку 46, целостность которой не нарушена.
[0039] Следует отметить, что заданное давление в камере 20, которое приводит к нарушению целостности стенки 46, может иметь любое значение. В одном возможном примере заданное давление в ионизационной камере 20 может быть равно приблизительно 2,75 мегапаскалей (МПа) (400 фунтов/кв.дюйм (PSI)). Соответственно, в таком примере целостность стенки 46 нарушается, и давление внутри ионизационной камеры сбрасывается, когда давление внутри камеры 20, действующее на стенку 46, равно или выше пределу текучести материала [155 МПа (22500 PSI)]. В таком примере сжатый газ, выходящий через пробитую стенку 46a, имеет давление приблизительно 2,75 МПа (~400 PSI). Конечно, узел 10 не ограничивается этими значениями и предусмотрен широкий диапазон заданных давлений. В другом примере размер (например, толщина, диаметр и т.д.) стенки 46 может быть изменен таким образом, чтобы увеличивать или уменьшать допустимое заданное давление в камере 20 до того, как целостность стенки 46 будет нарушена.
[0040] Настоящее изобретение было описано со ссылкой на иллюстративные варианты выполнения, описанные выше. Модификации и изменения будут понятны специалистам после прочтения и понимания данного описания. Подразумевается, что иллюстративные варианты выполнения, включающие один или несколько аспектов изобретения, содержат все такие модификации и изменения постольку, поскольку они входят в объем прилагаемой формулы изобретения.