УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ КОНТУРА С РАБОЧЕЙ СРЕДОЙ ОТ ПРЕВЫШЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ
DEVICE TO PROTECT CIRCUIT WITH WORKING MEDIUM FROM EXCESS PRESSURE

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано в реакторных установках с жидкометаллическим теплоносителем.
Известно мембранно-разрывное устройство, защищающее контур от избыточного давления [Баклушин Р.П. Технология энергоблоков АЭС с натриевым теплоносителем (История развития и опыт эксплуатации). - Обнинск. - 2012, стр. 192]. Известное устройство включает корпус с расположенной в нем мембраной, механизм для принудительного разрыва мембраны, состоящий из ножа, сильфона, пружины, штока и поршня.
Недостатком известного устройства является относительно сложная конструкция, связанная с использованием деталей для принудительного разрыва мембраны.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является мембранно-разрывное устройство для защиты контура от избыточного давления [Баклушин Р.П. Технология энергоблоков АЭС с натриевым теплоносителем (История развития и опыт эксплуатации). - Обнинск. – 2012, стр. 237]. Известное устройство включает входной патрубок с установленной в его торцевой части мембраной хлопающего типа.
Недостатком известного устройства является отсутствие контроля формы мембраны, нарушение формы мембраны приводит к ложному срабатыванию устройства защиты контура из-за потери устойчивости мембраны или к несрабатыванию в случае перехода вогнутой формы мембраны в выпуклую форму.
Задача изобретения состоит в исключении указанного недостатка, а именно в обеспечении контроля формы мембраны.
Для исключения указанного недостатка в устройстве защиты контура с рабочей средой от превышения давления, включающем входной патрубок, сообщенный с контуром рабочей среды с установленной в его торцевой части мембраной хлопающего типа, и отводящий патрубок сброса среды, предлагается:
- устройство дополнительно снабдить корпусом, окружающим входной патрубок, крышкой, ограничивающей торцевую часть корпуса, блоком для генерации излучения, направленного на мембрану, приема отраженного излучения и преобразования последнего в электрический сигнал и преобразования электрического сигнала в расстояние между мембраной и блоком, и системой обработки данных;
- блок частично ввести в объем между крышкой и мембраной и установить с возможностью сканирования расстояния между ним и поверхностью мембраны.
В частном случае исполнения устройства предлагается в блоке для генерации излучения использовать источник лазерного, ультразвукового или светового излучения.
Сущность изобретения поясняется на фигуре, на которой схематично представлено продольное сечение устройства для защиты контура. На фигуре приняты следующие позиционные обозначения: 1 - блок для генерации излучения, приема отраженного излучения, преобразования его в электрический сигнал и преобразования электрического сигнала в расстояние между мембраной и характерным элементом блока; 2 - входной патрубок; 3 - выходной патрубок; 4 - контур рабочей среды; 5 - корпус; 6 - крышка; 7 - мембрана; 8 - система обработки данных.
Устройство защиты контура с рабочей средой от превышения давления включает входной патрубок 2, мембрану 7, выходной патрубок сброса среды 3, корпус 5, крышку 6, блок для генерации излучения, приема отраженного излучения, преобразования последнего в электрический сигнал и преобразования электрического сигнала в расстояние между мембраной и характерным элементом блока 1, и систему обработки данных 8.
В устройстве в качестве мембраны 7 используют мембрану хлопающего типа (вогнута в сторону защищаемого контура с рабочей средой). Входной патрубок 2 сообщен с контуром рабочей среды. Мембрана 7 установлена в торцевой части входного патрубка 2. Корпус 5 окружает входной патрубок 2. Крышка 6 установлена на торцевую часть корпуса 5 с возможностью съема для замены или сканирования мембраны 7.
При превышении допустимого давления в контуре рабочей среды 4 происходит схлопывание мембраны 7 за счет потери ее устойчивости. Мембрана 7 меняет свою форму за счет воздействия рабочей среды, выворачивается в обратную сторону и отрезается от защемленных краев с помощью специальных ножей. Рабочая среда с избыточным давлением сбрасывается через выходной патрубок 3 в сбросную емкость.
Блок 1 частично введен в объем между крышкой 6 и мембраной 7 и установлен с возможностью сканирования расстояния между ним и поверхностью мембраны 7.
Характерный элемент блока 1 введен в объем между крышкой 6 и мембраной 7 и установлен с возможностью сканирования расстояния между ним и поверхностью мембраны 7.
В частном случае исполнения устройства в блоке 1 для генерации излучения используют источник лазерного, ультразвукового или светового излучения.
В блоке 1 используют 3D-сканеры, работающие по технологии структурированного света, они представляют проекцию световой сетки на мембрану 7, деформация этого рисунка является моделью сканируемой мембраны 7. Сетка проецируется на мембрану 7 с помощью жидкокристаллического проектора или другого постоянного источника света. Камера 3D-сканера, расположенная чуть в стороне от проектора, фиксирует форму сети и вычисляет расстояние до каждой точки мембраны 7.
Полученные данные обрабатываются системой обработки данных 8. Программным образом сравниваются модели в рабочем и исходном состоянии. Бывает два вида отклонения модели от исходного состояния. Нарушения формы мембраны 7, например вмятины, царапины, приводят к ложному (преждевременному) срабатыванию устройства, а переход формы мембраны 7 из вогнутой в выпуклую приводит к отказу срабатывания устройства. При любом отклонении формы мембраны 7 от исходной формируется сигнал из системы обработки данных 8, который поступает оператору, принимающему решение о замене мембраны 7 в устройстве.
Пример конкретного исполнения устройства.
Контуром рабочей среды 4 является экспериментальный стенд с натриевым теплоносителем. Рабочая среда со стороны контура 4 до мембраны 7: натрий, аргон, азот. Рабочая среда после мембраны 7 вне контура с рабочей средой 4: аргон, пары натрия, водород, азот. Входной патрубок 2 имеет диаметр 200 мм, а отводящий патрубок сброса среды 3 диаметр 325 мм. Мембрана 7 хлопающего типа диаметром 200 мм изготовлена из стали 12Х18Н9 и установлена в торцевой части входного патрубка 2. Корпус 5 и крышка 6 выполнены из аустенитной нержавеющей стали Х18Н10. Основные параметры контура рабочей среды 4 устройства представлены в таблице 1.
Крышка 6 изготовлена съемной для возможности замены и сканирования мембраны 7. В качестве сканирующего устройства используется 3D-сканер DAVID Structured Light Scanner SLS-2. Характеристики 3D-сканера: источник света - лазер 1 класса, скорость сканирования ~2-4 замеров/с, размер области сканирования по диагонали 10 мм-500 мм, разрешение камер - 2 Мп, точность ~0,1% от размера сканируемого объекта. 3D-сканер мобильный и может быть размещен непосредственно перед сканируемой мембраной 7. Программным образом сравниваются модели в рабочем и исходном состоянии.
Экспериментально показана работоспособность и эффективность предложенного устройства.
Технический результат состоит в исключении нештатного режима работы контура.