АВАРИЙНЫЙ ТЕРМОКЛАПАН ОДНОРАЗОВОГО ДЕЙСТВИЯ
EMERGENCY SINGLE-ACTING THERMAL VALVE

Изобретение относится к области конструирования термоклапанов, которые предназначены для аварийной подачи охлаждающей воды в помещение, где необходимо произвести охлаждение оборудования, а именно к термоклапанам пассивного действия с разрушающимся тепловым элементом, и может быть использовано в ядерных энергетических установках при отсутствии основного и аварийного электропитания и при условиях, недопустимых для обслуживания оборудования персоналом.
Известен термоклапан, содержащий стопор и плавкую вставку, которая в случае необходимости срабатывает по заданному температурному диапазону. См. Патент РФ №2149303, приоритет 23.11.1991, МПК: F16K 17/40.
Данный клапан должен надежно срабатывать в аварийных режимах при повышении температуры сверх допустимого значения, однако, из-за того, что в качестве запорного элемента использован шарик, расход среды через клапан ограничен и не является устойчивым.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому объекту является термоклапан, содержащий аксиально установленные два подпружиненных штока, плавкий предохранитель, прижимную прокладку и фиксатор, соединяющий между собой прилежащие концы первого и второго штоков. См Патент GB №2342709, публикация 19.04.2000, МПК F16K 17/40.
Недостатком данного технического решения является то, что этот клапан не совсем надежно работает, поскольку плавкий предохранитель удален от контролируемой зоны и расположен в средней части корпуса клапана.
Задачей изобретения является повышение надежности работы термоклапана за счет того, что плавкий предохранитель расположен непосредственно у контролируемой зоны.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном термоклапане, содержащем аксиально установленные два подпружиненных штока, плавкий предохранитель, прижимную прокладку и фиксатор, соединяющий между собой прилежащие концы первого и второго штоков, новым является то, что фиксатор состоит из установленного на конце первого штока конуса с расположенным на нем в разведенном положении разрезным пружинным кольцом, упорной втулки для кольца и обечайки, которая укреплена на втором штоке, при этом кольцо установлено таким образом, что при движении первого штока оно соскальзывает с конуса внутрь обечайки, открывая зону свободного хода для перемещения второго штока в том же направлении.
Расположение на конце первого штока конуса с кольцом и обечайки на втором штоке обеспечивает задержку открытия клапана при небольших деформациях предохранителя, а открытие клапана происходит только при расплавлении предохранителя, то есть при заданной величине его деформации.
Ниже приводится описание одного из многочисленных вариантов выполнения термоклапана, каждый из вариантов подчинен единому изобретательскому замыслу, отображенному в нижеприведенной формуле изобретения.
Изобретение поясняется чертежами, где на
фиг.1 показан термоклапан в закрытом положении;
фиг.2 - термоклапан в открытом положении;
фиг.3 - сечение по фиксатору при закрытом положении термоклапана;
фиг.4 - сечение по фиксатору при открытом положении термоклапана.
Аварийный термоклапан одноразового действия, преимущественно для автоматической подачи охлаждающей воды, состоит из закрепленного в трубе 1 цилиндрообразного корпуса 2, на торцах которого выполнены входное 3 и выходное 4 отверстия. Труба 1 консольно закреплена на стенке 5 емкости 6 для воды и сообщена с ней. На внутренней стенке цилиндрообразного корпуса 2 радиально выполнены продольные ребра 7, образующие каналы для прохода охлаждающей воды. На ребрах 7 закреплен силовой стакан 8, внутри которого аксиально установлены два подпружиненных пружинами 9 и 10 штока 11 и 12, при этом шток 11, кроме этого, размещен еще и в пусковом цилиндре 13. Прилежащие концы первого 11 и второго 12 штоков соединены между собой при помощи фиксатора, который состоит из установленного на конце первого штока 11 конуса 14. На основании 15 конуса 14 выполнена кольцевая проточка 16, а с противоположной стороны на конусе 14 расположен хвостовик 17. На основании 15 конуса 14 расположены упорная втулка 18, которая прикреплена к торцу пускового цилиндра 13, и в кольцевой проточке 16 в разведенном положении - разрезное пружинное кольцо 19, а на прилежащем конце второго штока 12 закреплена обечайка 20. При этом разрезное пружинное кольцо 19 установлено таким образом, что при движении первого штока 11 оно должно упереться во втулку 18, соскользнуть с кольцевой проточки 16 основания 15 конуса 14 внутрь обечайки 20 на хвостовик 17 и сжаться, уменьшив свой диаметр для обеспечения перемещения штоков 11 и 12 в одном направлении. Конус 14 смонтирован на первом штоке 11 посредством резьбового соединения 21 для обеспечения регулирования срабатывания фиксатора.
На свободном конце первого штока 11 у выходного отверстия 4 цилиндрообразного корпуса 2 установлен поршень 22, а на стенке 23 выходного отверстия 4 цилиндрообразного корпуса 2 на торце 24 пускового цилиндра 13 установлена перфорированная гильза 25 с плавким предохранителем 26 (термомеханический элемент), к которому поджат пружиной 9 поршень 22 с возможностью захода внутрь гильзы 25. Гильза 25 поджата к решетке 27, которая резьбовым соединением прикреплена с цилиндрообразным корпусом 2.
На свободном конце второго штока 12 у входного отверстия 3 цилиндрообразного корпуса 2 у места сообщения трубы 1 с емкостью 6 установлена заслонка 28 тарельчатого типа с прижимной прокладкой 29 для герметичного перекрытия входного отверстия 3 и пробковый винт 30, который закрывает полость 31 второго штока 12 с расположенным в ней хвостовиком 17. Поворачивая хвостовик 17 в ту или иную сторону, можно изменять длину конуса 14. На стенке входного отверстия 3 цилиндрообразного корпуса 2 выполнено седло 32 с прокладкой 33 для посадки заслонки 28, перекрывающей входное отверстие 3 в емкости 5 для воды.
Термоклапан работает в двух режимах, в режиме ожидания и в режиме подачи охлаждающей воды.
Основное время эксплуатации термоклапана находится в ждущем режиме и рассчитано на длительное время. Как правило, термоклапан устанавливают в труднодоступных местах, например в местах, где возможно появление расплава ядерного топлива в случае маловероятной запроектной аварии, связанной с расплавом кориума. Выходное отверстие 4 с плавким предохранителем 26 термоклапана монтируют в непосредственной близости возможного появления кориума. Термоклапан не обслуживается персоналом после начала и во время работы энергоблока. В режиме ожидания при нормальной работе ядерного реактора все элементы термоклапана находятся в исходном состоянии. Заслонкой 28 тарельчатого типа перекрыто входное отверстие 3 емкости 5 посредством сжатой пружины 10, а поршень 22 поджат пружиной 9 к плавкому предохранителю 26. Фиксатор находится во взведенном положении, а именно разрезное пружинное кольцо разведено, охватывает основание 15 конуса 14 и поджато к втулке 18 торцом обечайки 20 пружиной 10.
Командой на срабатывание аварийного термоклапана (режим подачи охлаждаемой воды) является повышение температуры в районе выходного отверстия 4 цилиндрообразного корпуса 2. Температура должна быть достаточна для разложения плавкого предохранителя 26, на который опирается подпружиненный поршень 22. Плавкий предохранитель 26 расплавляется приблизительно при температуре 600°C и вытекает из отверстий перфорированной гильзы 25, поршень 22 вдавливается пружиной 9 в гильзу 25 и тянет за собой шток 11, который скользит по втулке 18. Разрезное разведенное пружинное кольцо 19 фиксатора сталкивается торцом втулки 18 на конусный концевик 17 и сжимается, попадая внутрь обечайки 20, освобождая ход обечайки 20 со штоком 12, который в свою очередь вызывает ударное расширение пружины 10 и смещает обечайку 20, которая садится на пусковой цилиндр 13. Одновременно шток 12 тянет за собой заслонку 28 с прокладкой 29 и открывает входное отверстие 3 для подачи охлаждающей воды к оборудованию. Вода поступает из емкости 6 и движется по входному отверстию 3 между посадочным местом седла 32 заслонки 28 дальше в межреберные каналы, ограниченные ребрами 7, к выходному отверстию 4 на охлаждаемое оборудование.
Учитывая, что заслонка 28 долгое время находилась в ждущем режиме и прокладки 29 и 33 могли между собой прикипеть, для надежного отрыва заслонки 28 от посадочного места седла 32 применяется двухходовой ударный принцип действия, а именно два независимых пружинных штока 11 и 12 совершают два разных хода. После медленного плавного хода первого штока 11, связанного с плавлением плавкого предохранителя 26, происходит быстрое (ударное) открывание заслонкой 28 выходного отверстия 3, обеспечиваемое ходом второго штока 12 при быстром расширении сжатой пружины 10 и резким отрывом тарельчатой заслонки 28 от посадочного места входного отверстия 3 сразу на полное сечение для максимального прохода воды. Пружина 10 стопорит шток 12 в таком положении.
Технико-экономический эффект состоит в том, что повышается безопасность эксплуатации оборудования атомных электростанций, находящегося в термически опасной зоне, за счет повышения надежной работы предлагаемого термоклапана.