ИМПУЛЬСНО-ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО (ИПУ)

Предполагаемая полезная модель относится к области трубопроводной арматуры, а именно, к импульсно-предохранительным устройствам (ИПУ), используемых в различных технологических процессах, в частности, в системе защиты атомных электростанций (АЭС).
Целью полезной модели является повышение надежности, технологичности изготовления ИПУ, снижение действия от гидравлического удара при сбросе избыточного давления среды.
Предметом рассмотрения является ИПУ, предназначенное для защиты первого контура АЭС с реакторными установками типа ВВЭР путем автоматического сброса давления рабочей среды из компенсатора давления в барботер при нарушении нормальных условий работы, при проектных авариях и реализации процедуры «feed and bleed» в условиях запроектных аварий.
Известна конструкция ИПУ (прототип), патент на полезную модель RU 54130 U1, F16K 17/02, опубликовано 10.06.2006. ИПУ состоит из собранных в блок: главного клапана (ГК) с поршневым приводом, двух импульсных клапанов (ИК), входные патрубки которых соединены трубами и штуцерами с защищаемой системой каждый раздельно и укрепленных на кронштейнах по разные стороны от ГК, клапана настройки (КН), отключающего клапана (ОК), дополнительной линии управлении (ДЛУ). ГК содержит: корпус, золотник, пружину, входной патрубок, выходной патрубок и патрубок сброса рабочей среды из надпоршневой полости, датчик положения золотника. ИК содержит золотник, индикаторный поршень, втулку, пружину, шток, патрубок входа, патрубок сброса и патрубок подачи (сброса) рабочей среды из ИК в надпоршневую полость ГК. ИК снабжен электромагнитом и датчиком положения запорного органа. ИК конструктивно расположены симметрично ГК и соединены с последним кронштейнами, а входные патрубки ИК раздельно соединены с входным патрубком ГК и защищаемой системой трубами и штуцерами. ДЛУ состоит из клапана запорного с электромагнитным приводом (КЗЭМ) и клапана запорного с электроприводом (КЗЭП), соединенных с надпоршневой полостью ГК; на электромагните КЗЭМ установлен датчик положения. ИПУ обеспечивает автоматический сброс избыточного давления рабочей среды из компенсатора давления первого контура реакторной установки АЭС в барботер.
Недостатками известного ИПУ являются: 1. раздельное соединение входных патрубков ИК с защищаемой системой при помощи труб, что снижает надежность конструкции ИПУ, 2. раздельное крепление каждого ИК к ГК при помощи кронштейнов, что снижает жесткость конструкции и технологичность изготовления, 3. отсутствие защиты от гидравлического удара при сбросе избыточного давления из выходного патрубка ГК.
Поставленная техническая задача достигается тем, что импульсные клапана конструктивно выполнены единым блоком на плите, имеющей каналы, соединяющие входные каналы клапанов с защищаемой средой, с надпоршневой полостью главного клапана и клапаном настройки; для снижения действия гидравлического удара в выходном патрубке главного клапана установлен рассекатель в виде конического стакана с отверстиями; плита с импульсными клапанами крепиться к главному клапану кронштейнами с одной стороны главного клапана; импульсные клапана для повышения жесткости дополнительно соединены между собой планкой
Положительный эффект ИПУ пояснен чертежами, на которых изображено:
На фиг.1 - принципиальная схема ИПУ.
На фиг.2 - общий вид блока импульсных клапанов
На фиг.3 - схема соединения каналов в плите с ИК, ГК и КН
На фиг.4 - общая компоновка ИПУ
ИПУ состоит (фиг.1, 4) из главного клапана 1 (ГК), соединенного с блоком (фиг.2) двух импульсных клапанов 2 (ПК), отключающего клапана 3 (OK), клапана настройки 4 (КН), дополнительной линии управления 5 (ДЛУ).
ГК 1 содержит золотник 6, пружину 7, входной патрубок 8, выходной патрубок 9 с рассекателем 10 и патрубок 11 сброса (подачи) рабочей среды из надпоршневой полости «А», соединенной с входными патрубками ПК 2, датчик положения 12 (ДП ГК) золотника выполнен с использованием контактов и рычага (условно не показаны).
ИК 2 содержит золотник 13, пружину 14, шток 15, индикаторный поршень 16, втулку 17, входной патрубок 18, патрубок 19 сброса (подачи) рабочей среды из ИК 2 в надпоршневую полость «А» ГК 1, электромагнит 20 (ЭМ ИК) и датчик положения 21 (ДП ИК) золотника. Электромагнит 20 связан с золотником 13 и служит для срабатывания ГК 1 от пульта управления. Оба ИК 2 соединены в единый блок (фиг.2, 3, 4) на плите 22, имеющей входной патрубок 23 (фиг.4), соединенный с клапаном настройки 4 (КН) от постороннего источника давления, патрубок 24 (фиг.3), соединенный с надпоршневой полостью «А» ГК 1. Плита 22 (фиг.2) кронштейнами 26, 27 и крепежными элементами соединена с ГК 1. ИК 2 дополнительно соединены между собой кронштейном 27 и планкой 28.
Отключающий клапан 3 (OK) имеет электромагнит 29 (ЭМ ОК) и датчик положения 30 (ДП ОК). В случае не закрытия ИК 2 при срабатывании ИПУ включение ОК 3 обеспечивает принудительное закрытия ГК 1, отсекая надпоршневую полость «А» ГК 1 от ИК 2.
ДЛУ 5 включает в себя клапан запорной электромагнитный 31 (КЗЭМ), клапан запорный с электроприводом 32 (КЗЭП) и предназначена для дистанционного управления со щита управления ГК 1 при запроектной аварии и ослабления ее последствий путем принудительного открытия ГК 1 и снижения давления в системе.
Клапан настройки КН 4 обеспечивает настройку ИК 2 и срабатывание ИПУ от постороннего источника при давлении в системе более 0,7 Рр
Работа ИПУ.
Среда рабочим давлением Рр подается из защищаемой системы (компенсатора давления) во входной патрубок 8 ГК 1, в патрубок 23 ИК 2 через каналы в плите 22. Через дроссельные отверстия золотника 6 ГК 1 и дроссель между индикаторным поршнем 16 и втулкой 17 ИК 2 среда попадает в надпоршневую полость «А», обеспечивая необходимое усилие уплотнения в затворе ГК 1. Начальное усилие уплотнения достигается за счет установочного усилия пружины 7.
В режиме нормальных условий эксплуатации реакторной установки АЭС ИПУ находится в режиме ожидания, при котором:
- ГК 1 закрыт давлением среды
- ОК 3 открыт, электромагнит ОК обесточен
- оба ИК 2 закрыты, в обмотке ЭМ 20 протекает ток удержания, обеспечивая дополнительное усилие прижатия золотника к седлу
- КН 4 закрыт
- клапаны ДЛУ 5 КЗЭМ 31 и КЗЭП 32 закрыты
При штатной работе ИПУ при срабатывании ГК 1 от ИК 2 по установкам срабатывания КЗЭМ и КЗЭП находятся в закрытом состоянии.
Конструкция обеспечивает срабатывание ИПУ от ЭМ 20 ИК 2 при давлении не менее 0,8 Рр и удержания ИК 2 в открытом состоянии до давления 0,65 Pp. При повышении давления в системе до установки давления открытия ИК 2 обмотка закрытия ЭМ 20 отключается системой управления ИПУ от датчика давления и включается обмотка открытия ЭМ 20, ИК 2 открывается, сбрасывает среду из надпоршневой полости «А» ГК 1, золотник 6 ГК 1 перемещается вверх, ГК 1 открывается и сбрасывает избыточное давление в системе да давления закрытия. При снижении давления до установки давления закрытия ОК 3 (при не закрытии ИК 2), системой управления включается ЭМ 29 закрытия ОК 3. Клапан ОК 3 отключает ИК 2 от надпоршневой полости ГК 1 и давлением среды в надпоршневой полости «А» и усилием пружины 7 ГК 1 закрывается.
Для повышения надежности работы импульсных клапанов ИК 2 и технологичности изготовления за счет исключения раздельного подключения ИК 2 трубными соединениями в предлагаемой конструкции оба ИК 2 смонтированы в единый блок на плите 22, имеющей каналы для соединения входных каналов ИК 2, надпоршневой полости главного клапана «А» с защищаемой средой, а также с клапаном настройки 4. Плита 22 с ИК 2 крепится к ГК 1 кронштейнами 26, 27 и крепежными элементами. Дополнительно ИК 2 соединены между собой планкой 28 и крепежными элементами.
Для снижения воздействия гидравлического удара при сбросе избыточного давления патрубке сброса ГК 1 установлен рассекатель 10 в виде конического стакана с отверстиями.
Перечень позиций и принятых сокращений в фиг.1, 2, 3, 4
1 - главный клапан (ГК)
2 - импульсный клапан (ИК)
3 - отключающий клапан (ОК)
4 - клапан настройки (КН)
5 - дополнительная линия управления (ДЛУ)
6 - золотник
7 - пружина
8 - входной патрубок ГК
9 - выходной патрубок ГК
10 - рассекатель
11 - патрубок сброса (подачи) рабочей среды из надпоршневой полости ГК
12 - датчик положения ГК (ДП ГК)
13 - золотник
14 - пружина
15 - шток
16 - индикаторный поршень
17 - втулка
18 - входной патрубок
19 - патрубок сброса (подачи) рабочей среды из ПК в надпоршневую полость
20 - электромагнит ИК (ЭМ ИК)
21 - датчик положения золотника ИК
22 - плита
23 - входной патрубок
24 - патрубок соединения ИК с надпоршневой полостью «А»
25 - труба соединения ИК с надпоршневой полостью «А»
26 - кронштейн
27 - кронштейн
28 - планка
29 - электромагнит отключающего клапана (ЭМ ОК)
30 - датфик полодения отключающего клапана (ДП ОК)
31 - клапан запорный электромагнитный (КЗЭМ)
32 - клапан запорный с электроприводом (КЗЭП)
«А» - надпоршневая полость ГК