Вентиль аварийного выключения

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Соцкапмстнческнх

Республкк.,.г П Т Б ,, 1,",;,", й@1

2 (51) М. Кл.

К ПА? ЕНСУ (61) Дополнительный к патенту (22) ЗаявлЕно 260675 (21) 2147445/18-25 (23) Приоритет - (32) 26, 06. 74;

Р2430724. 2 . 26 ° 09,74 (31) Р2446044.4 {33) фРГ

21 D 3/04

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано150579, Бюллетень Р 18

Дата опубликования описания 180579 (53) УИК 621.039. . 5 (088. 8) Иностранцы

Ха с-Петер Шаберт, Юрген Хоффманн и Эрвин лаурер (фРГ) .(72) Авторы изобретения

Иностранная фирма Крафтверк Унион AI .(ФРГ) (71) Заявитель (54) ВЕНТИЛЬ АВАРИЙНОГО ВЫКЛЮЧЕНИЯ

Изобретение относится к атомной технике, в частности к системам предотвращения повреждений элементов ядерных энергетических установок, Известно конструктивное выполнение вентиля антоматического переключения в системе аварийного охлаждения ядерного реактора (1).

Недостатком такого выполнения вен- 10 тиля является сложность поддержаний давления пара в системе в случае применения этого вентиля для перекрытия трубопровода свежего пара в ядерной энергетической установке, 15

Известно конструктивное выполНение вентиля аварийного выключения для трубопровода свежего пара парогенерато ра ядерной энергетической установки, имеющей предохранительную оболочку и нключающей трубопровод свежего пара (2) .

Для перекрытия или уменьшения проходного сечения используются две от25 дельных заднижки, работающие как за порный и предохрачительный вентили, Недостатками этой конструкции являются значительные последствия аварии 0 в случае возникновения течи в трубапроводе, например, воэможность повреждения парогенератора.

Целью изобретения является уменьшение последствий аварий н сз учае возникновения течи в трубопроводе.

Цель дбстигается тем, что в проходном сечении трубопровода установлена тарелка, соединенная с приводным механизмом, осуществляющим регулировку положения тарелки в трубопроводе и выполненным в виде цилиндра и расположенного в нем поршня, нагруженного давлением, соответствукщим давлению и трубопроводе свежего пара, В приводном механизме выполнен стопор в виде переставной каретки, размещенной на ходовом винте, предотвращающий открывание проходного сечения трубопровода более чем на 30% н устанав-ливающий остаточное проходное сечение до 20%, причем угол конуса иа кромке тарелки меньше угла конуса седла клапана в трубопроводе. Приводной механизм содержит два поршня, Сообщающиеся с расположенньм перед вентилем участкОм трубопровода свежего пара. Один поршень подключен к источнику сжатого воздуха. Один поршень жестко связан с тарелкой вентиля, а дру663334 гой соединен с ней на части хода вентиля, Яа фиг, 1 показана схема подключения предлагаемого вентиля к трубопроводу свежего пара; на фиг, 2-3 — варианты включения предлагаемого вентиля; на фиг. 4 — вентиль, разрез; на

5 фиг. 5 — работа вентиля в нормальных условиях; на фиг. 6 - вентиль в закрытом положении в случае аварийной ситуации; на фиг. 7, 8 - вентиль открыт 0 до 15 и 30% номинального прохода сечения, соответственно.

Устройство включает в себя источник 1 пара, питающий трубопровод 2 свежего пара. Источник .пара размещен в защитной оболочке 3, в которой расположены все компоненты первого контура, Трубопровод 2 свежего пара проходит с помощью изолятора 4 через эащнтную оболочку 3.3а пределами защит-20 ной оболочки установлен эапорный вентиль 5,. от которого внешняя часть 6 трубопровода 2 идет к паровой турбине (на чертеже не показана). Внутри защитной оболочки 3 в трубопроводе 2 25 свежего пара установлен вентиль 7 аварийного выключения с приводом 8, Вентиль может работать в качестве предохранительного клапана, что условно показано пружиной 9. Ответвление 10 трубопровода 2 перед вентилем 7 аварийного выключения ведет к внутреннему предохранительному клапану 11, Предохранительный клапан 11 может иметь давление срабатывания на несколько бар больше, чем вентиль 7, Выпускной трубопровод 12 идет к резервуару сброса "пара, Вне защитной оболочки 3 перед запорным вентилем 5 к трубопроводу 2 свежего пара подсоединен трубопровод

13, который выходит. к выпускному трубопроводу 14 через предохранительный клапан 15 или через регулируемые кла паны 16.

На фиг. 2 схематически показано выполнение вентиля 7 аварийного выключения с приводом 8 на основе сжатой среды, может иметь место также сервоуправление в зависимости от давления,пара, Для этого давление в тру- 50 бопроводе 2 свежего пара между источником 1 пара и вентилем 7 аварийного выключения замеряют барометром

17. Судя по уровню э ого давления механизм открывания вентиля аварийного 55 выключения, работающего как предохранительный клапан,.может быть отрегулирован через выпускной трубопровод

18 таким образом,что можно осуществить достаточный сброс пара беэ слишком большой скорости истечения.

Параллельно вентилю аварийного выклЮчеййя включен трубопровод 19 избыточного давления, который имеет вентиль 20, закрываемый с помощью мотора, Последовательно с вентилем 20 сто-65 ит дроссель 21 для ограничения истечения, который служит для того, чтобы при полностью открытом вентиле 20 норма выхода исто ника пара не могла превысить максимально допустимую, Трубопровод 19 избыточного давления нужен только для повышения надежности в случае, если вентиль 7 аварийного выключения при повышении давления открывается не так, как это должно быть.

Трубопровод 13 с предохранительным клапаном 15 и регулируемыми клапанами сброса 16 эа предеЛами защитной оболочки шунтирован в варианте, показанном на фиг. 3, другим предохранительным клапаном 21, который установлен из соображений резервирования.

В варианте исполнения на фиг. 4, s котором вентиль 7 аварийного выключения также обеспечен трубопроводом 19 избыточного давления, вентиль 20,.принадлежащий последнему, управляется в зависимости от давления . Барометр

17 воздействует, таким образом, не только на механйэм открывания вентиля

7 аварийного выключения, но и такыре на показанный пружиной 22 двигатель привода вентиля 20.

Привод 8 вентиля аварийного выключения 7 в варианте исполнения согласно фиг. 4 работает, как показано линией 23, s зависимости от давления и установлен в приборной коробке 24, которая смон тирована эа пределами защитной оболочки 3 в качестве пристройки к вторичному экрану, выполненному из бетона и охватывающему защитную оболочку..Так как приборная коробка

24 имеет запорный вентиль 5 выпускно-. го трубопровода свежего пара,. то с помощью барометра 25 можно контролиро-. вать часть трубопровода 2 свежеЛэ пара, не перекрываемую вентилем 5, между проходным изолятором 4 защитной оболочки 3 и запорным вентилем 5, которая частично охвачена двойной трубой 26, Таким образом, можно осуществлять закрывание вентиля аварийного выключения 7 при повышении давления в приборной коробке 24 в случае, когда вследствие появления трещины возникает повышенное давление, которое фиксируется барометром 25.

В приборной коробке 24 находятся предохранительный клапан 15 и регулируемые клапаны 16 сброса пара. Поэтому все должно быть сделано так, чтобы выпускной трубопровод 18 был тесно связан со свободной атмосферой, чтобы открывание предохранительного клапана 15 или регулируемого клапана

16 сброса пара не вызывало повышения давления на барометре 25, вызывающего закрывание вентиля 7 аварийного выключения.

В варианте исполнения показан только источник пара (парогенератор) с трубопроводом свежего пара. У систе5 6е3334

1 мы ядерного реактора с двумя-четырьмя ставляющее собой трещину в- трубопропарогенераторами, примен яемой в слу- воде, вентиль 7 при появлении сигначае больши х мощностей, каждый тру 6о- ла, который вырабатывает приемник лавпровод 2 свежего пара имеет вентиль ления при возникновении трещины (не

7 аварийного выключения. покаэан на чертеже) закрывается от

Вентиль 7 аварийного виключенйя привода со сжатым рабочим телом. Лчя показан в разрезе на фиг. 4. Его кла- 5 этой цели цилиндр 35 по команде напанная тарелка 27 соответствует сече- гружается от дополнительно устанознию трубопровода свежего пара. Напри- ленного источника, например, от масломер, при диаметре трубопровода 2 в напорного реэерпуара 4?, через вен- .

700 мм диаметр клапанной тарелки име- тиль 43. Время закрывания мало и сосет такой же размер, Клапанная тарел- 10 тавляет, например, 2 с, ка 27 по внешней кромке 28 может быть Если перекрытие вентиля 7 аварийбронирована для создания особо высо- ного выключения, которому соответсткой прочности. То же самое относится вует одновременное перекрытие вентик седлу клапана 29. При этом угол на- лей, соответствующих остальным пароклона кромки 28 клапанной тарелки, 16 генераторам системы, приводит к повывыполненный на конус,и седла клапана шению давления, потому что аварийное

29 выбирают 60О или 90 так,чтобы при выключение реактора происходит не сечении, составляющем около 15% сече- столь быстро, то при давлении, наприния трубопровода, получить в зазоре мер, в l 2 раза большем номинального

30 сопло Вентури. давления системы, клапанная тарелка

Клапанная тарелка 27 имеет стер- приходит в движение. Усилие на эакрыжень 31, который с помощью уплотни- вание при этом может вызываться давтельного кольца 32 проходит через лением на поршень 34, которое регуликрышку 33 вентиля 7. Стержень 31 ве- руется соответствующим образом. Однадет к приводу 8 со сжатым рабочим те- ко возможно также в закрытом положелом. Этот привод включаЕт в себя пор- нии действие других сил в качестве шень 24 и цилиндр 35, в котором ис- удерживающих, например, сила пружины, польэовано, например, в качестве pa- . которая создает определенное усилие бочего тела гидравлическое масло, закрывания.

На стержне 31 есть упор, который При воэникиовении обратного вижеимеет два ограничителя хода. Первый З0 ния на открывание пад действием давограничитель 36 предназначен для огра- ления пара в трубопроводе 2 длина хоничения хода в направлении открыва- да на открывание клапанной тарелки ния вентиля, Он имеет собачку 37, 27 ограничивается соба чкой 37 и каретжестко связанную с кареткой 38; кото- кой 38. Ограничение хода на открыварая, в свою очередь, может перемещать-36 ние обеспечивается для того, чтобы ся с помощью винта 39, Винт 39 может по большей мере освобождалась половис помощью мотора 40 приводиться a, на проходного сечения вентиля, Длина движение так, что упор 36 перемещает- хода на открывание клапанной тарелки ся в диапазоне между 15 и 30% наиболь- 27, преимущественно такая, что для шего проходного сечения вентиля. 40 сброса излишнего давления в трубопроДругой ограничитель хода 41, кото- воде 2 используется 30% проходного рый действует в направлении закрыва- сечения или еще меньше. Тем самым прения вентиля, таким же образом переме- дупреждаются возможности повреждения щается с помощью каретки 38. Он огра- в источнике 1 пара, в частности поничивает движение закрывания вентиля 46 ломки секции труб теплообменника, ков диапазоне от 0 до 15% от наибольше- торый представляет собой перегородку го зиачения площади сечения вентиля. между первичным и вторичным контураСледовательно, ограничители закрыва- ми системы ядерного реактора, охлажния 36 и открывания 41 зависят один - даемого водой под давлением. от другого. Однако при освобождении. В описанном варианте вентиль 7 авасобачки 37 полное открывание вентиля рийного выключения при поступлении для анормальной работы, когда освобож- команды на закрывание перекрывает труденное сечение вентиля одинаково по. бопровод 2 свежего пара полностью ° величине с проходным сечением трубо- Однако с помощью ограничителя закрыпровода свежего пара, не зависит от вания на основе ограничителя хода 41 положения каретки 38, можно обеспечить следующее. Вентиль

Предлагаемое устройство работает. 7 аварийного выключения при аварийследующим образом, ном закрывании, не характерном для усВ нормальных условиях работы вен- ловий нормального функционирования, тиль. 7 аварийного выключения открыт, во время генерации пара согласно усего проходное сечение полностью соот- 60 ловиям работы с мощностью большей, ветствует сечению трубопровода, по- . чем приблизительно 30= номинальной этому поток свежего пара практически мощности, может быть поставлен в тане испытывает возмущений. Если в тру- кое положение, чтобы оставалась щель бопроводе 2 свежего пара появляется только около 10% в течение короткого поломка или другое повреждение, пред- 65 промежутка времени, например 20с. По663334 8 этому избыток давления не может возникнуть сразу, а изменение проходного сечения в течение этих 20 с часто настолько сильно уменьшает процесс создания пара, что после полного закрывания вентиля нельзя ожидать последующего поднятия клапанной тарелки 5

27. Во всяком случае благодаря этому

-"предупреждается возникновение так называемого флаттера клапанной тарелки

27, Величина зазора 30, который задан наперед ограничителем, может быть . 10 приведена в соответствие с условиями работЫ парогенератора, так как при закрывании вентиля производство пара снижается тем быстрей, чем меньше б а начальная MwHocTb Одна о есть 15

Возможность обеспечить подход к ограничителю 41 исходя из максимального значения в зависимости от времени и пропорционально времени, например, с помошью часового механизма. Другая воэможность состоит в управлении в

-эависимбсти от давления пара, целью при этом всегда является закрывание вентиля 7 аварийного выключения без недопустимого повышения давления, настолько быстрое и полное, чтобы вмес- 26 те с паром не были вынесены за пределы защитной оболочки радиоактивные частицы, Другой пример вйполнейия вентиля и его привода изображен на фиг ° 5-8.

Вентиль имеет корпус 44 с клапанной тарелкой 45, шток 46 которой плотно входит в сальник 47. Сальник

47 имеет отсасывающий канал 48, чтобы можно было контролировать плотность. 35

Клапаниой тарелке 45 соответствует седло клапана 49, диаметр которого (например, 600 мм) настолько точно соответствует сечению трубопровода

2, перекрываемого вентилем, что вен-. 40 тйль 7 йе вызывает сколько-нибудь значительных потерь потока. Это важно, поскольку трубопровод 2, выходящий из парового котла, своей частью 50, расположенной за вентилем 7, идет к тур» бине эа пределы непокаэанной защитной оболочки.Шток 46 клапанной тарелки 45 связан через шток поршня 51 с поршнем

52, который может скользить в цилинд ре. В конце штока поршня 51 со сторо- 50 ны поршня 52 выполнено утолщение 53, служащее в качестве ограничителя -хода.

Концентрически штоку поршня 52 установлен пустотелый шток поршня 54, который связан с поршневым диском 55. 56

Поршневой диск образует кольцевой поршень, сквозь который проходит шток поршйя 51. Его ход внутри цилиндра 56 ограничен буртиком 57 примерно до 1/5 длины цилиндра. 60

Со стороны вентиля, ближайшей к парогенератору, к трубопроводу 2 свежего пара присоединен управляющий тру" бопровод 58, От него идет управляемый в зависимости от давления 2-3 -канальный клапан 59 на нижней части ци65

/ линдра 56 так, что через впускной канал 60 пар может действовать на HHRнюю поверхность кольцевого поршня 55.

Это происходит при давлении пара, например, больше чем 80 бар, в то время как в диапазоне давлений от 0 до

80 бар клапан 59 соединяет впускной канал 60 с трубопроводом сброса пара

61. упраздняющий трубопровод 58 связан далее через такой же или подобный

2-3-канальный клапан 62 с верхней частью цилиндра 56. Поэтому при давлении пара от 0 до 88 бар через впускной канал 63 пар действует на верхнюю поверхность поршня 52, тогда как при давлении свыше 88 бар осуществляется сброс пара через трубспровод сброса 64. Иространство цилиндра 56 между по ланями 52 и 55 вентилируется через трубопровод 65.

На верхней части цилиндра 56 имеется, как показано штриховой линией, другой впускной кайал 66, который связан через приводимый в действие с помощью мотора запорным клапан 67 в управляющем трубопроводе 68 с непоказанным источником давления воздуха.

Воздух источника давления может быть сжатым, например, до б бар, поскольку наличие источника воздушного давления необходимо лишь s случае, когда давление в трубопроводе 2 отсутствует.

Шток 46 клапайной тарелки 45 на переходе в шток поршня 51 имеет конус

69, которому соответствуют предварительно поджатые пружиной 70 собачки

71. Таким образом, возможен следующий способ действия вентиля, В нормальных условиях вентиль 7 открыт так, как показано íà Фиг. 5. его проходное сечение соответствует проходному, сечению трубопровода 2.

Клапаны 59 и 62 закрыты. В трубопроводе 2 пар имеет нормальное рабочее давление, например, 70 бар, При повреждении в паросистеме, в частности при появлении трещины в части 50 трубопровода, клапаны 59 и

62 испытывают Управляющее воздействие таким образом, что они могут работать в зависимости от давления. Так как давление s этот момент вследствие трещины становится меньшим 70 бар, нагружается поршень 52. Он закрывает вентиль 7, как это показано на аиг. б.

Эакрытое положение отмечается на шкале 72 стрелкой-указателем, укрепленной на штоке поршня 51. В случае, если внутреннее давление в трубопроводе. 2 после закрывания вентиля повышается, то при давлении 80 бар кольцевой поршень 55 нагружается через впускной канал 60. Он движется от буртика 57, потому что сила, действующая

s направлении открывания на него и лток 46, больше, чем усилие на закрывание, создаваемое поршнем 52. Благодаря этому вентиль 7 открывается, как .

663334 показано на фиг. 7, до величины проходного сечения, составляющей 15% от номинальной площади проходного сечения.

Если давление в трубопроводе 2 несмотря на открывание продолжает повыааться, так как, например, солро" 5 тивление потоку все еще слишком высоко, то при давлении 88 бар клапан 62 переключается и благодаря этому поршень 52 полностью разгружается. Вслед» ствие этого сила, действующая на шток р

46 может открыть вентиль. 33ри этом собачки 71 препятствуют открыванию больше, чем 30% номинального проходного сечения. Положение частей венти ля при проходном. сечении 30% от номи- 5 нального показано на фиг. 8. Состояние полностью закрытого вентиля, показанное на фиг. 5, может быть также надежно достигнуто с помощью сжатого воздуха,. поступающего по трубопроводу 68, в случае, когда давление пара снижается практически до нуля. С помощью сжатого воздуха можно закрыть вентиль 7, не прибегая к исйользованию особых механических частей, требуемых в данном случае. 25

Для открывания на полное проходное сечение, которое необходимо,в случае нормальйой работы собачки 71 разводятся. Вентиль может вновь возвратиться в положение, показанное на фиг, 5. 30

Такое выполнение вентиля аварийного выключения позволяет снизить отрицательные последствия возможной аварии трубопрбвода, Формула изобретени я

1, Вентиль аварийного выключения для трубопровода свежего пара парогенератора ядерной установки, имеющей предохранительную оболочку и трубопровод свежего пара с клапанной тарелкой, о т л и чающий с я тем, что, с целью уменьшения последствий аварии в случае возникновения течи в трубопроводе, клапанная тарелка соединена с приводнйм- механизмом, выполненным в виде цилиндра и расположенного в нем поршня, нагружаембго дав- лением в тРубопроводе свежего пара.

2. Вентиль по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что в приводном механизме выполнен стопор в виде переставной каретки, размещенной на ..ходовом винте, предотвращающий открывание проходного сечения трубопровода более чем на 30% и устанавливающий остаточное проходное сечение до 203.

3. Вентиль по п, 1, о т л и .ч а юшийся тем, что угол конуса на кромке тарелки меньше угла конуса седла клапана в трубопроводе.

4. Вентиль по пп 3-3, о т л ич а ю щ н и с я тем, что приводной механизм содержит два поршня, сообщающиеся с расположенныа перед вентилем участком трубопровода .свежего пара.

5, Вентиль по и. 4, о т л и ч а юшийся тем, что один пормень подключен к источнику сжатого воздука, 4

6. Вентиль по пп. 4, 5 о т л и ч а ю шийся тем, что од я поршень жестко связан с тарелкой клапана, а другой соедйнен с ней на части хода вентиля. источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Патент ФР3 9 2063674<

Q 21 С 15/18 3972 °

2. Л(урнал . Atemmi reecho f t ноябрь 1971, с. 580.

663334

Составитель В, Бесков

Ре акто И. Ю бина Тех е М Петко Ко екто С, Шекмар

Заказ 2737/бб Тираж Sl5 п тдпи сиое

IiHHHIIH Государственного комитета СССР ло делам изобретений и открытий

ll3035 Москва М-35 Ра ская н б

4 5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, Ул. Проектная, 4