ТЕПЛОВОЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОЕ ПУСКОВОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1997 года по МПК G21C7/08 G21C7/12 G21C9/02 

Изобретение относится к ядерной энергетике, а именно к системам прямодействующей аварийной защиты ядерных реакторов по превышению допустимого уровня температуры, и может быть использовано также для защиты по уровню температуры химического, технологического и энергетического оборудования.

Известно устройство [1] содержащее рабочий элемент из температурочувствительного вещества, температура плавления которого соответствует температуре срабатывания устройства. Один конец элемента фиксированный, а на втором подвижном конце закреплен поглотитель нейтронов.

Рабочий элемент при достижении определенной температуры срабатывания плавится и происходит падение поглотителя нейтронов в активную зону.

Недостатками известного устройства являются:
1. Невозможность вторичного использования (разовый характер срабатывания).

2. Нерегулируемость.

3. Трудность подбора материала рабочего элемента из-за коррозионного воздействия теплоносителя.

4. Материал рабочего элемента может являться источником загрязнения теплоносителя. После срабатывания устройства, при выводе ядерной энергетической установки в нормальные условия эксплуатации, кристаллизация температурочувствительного вещества рабочего элемента в узких проходных сечениях может привести к аварийной ситуации.

5. Высокая инерционность устройства из-за необходимости проплавления рабочего элемента по всему сечению.

6. Отсутствие силового элемента, обеспечивающего ускорение поглощающего элемента при его сбросе.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является устройство для освобождения нейтронного поглотителя согласно патента [2]
Известное устройство представляет горизонтально расположенный закрытый герметичный упругий сильфон с фиксированным концом и подвижным концом, обеспечивающим удержание поглотителя при горизонтальном расположении устройства. Устройство содержит пружину, расположенную вдоль оси сильфона и придающую ему форму. Внутри сильфона помещено температурочувствительное вещество, имеющее температуру плавления, соответствующую критической температуре. Вещество занимает существенную часть объема сильфона. Когда вещество находится в твердом состоянии, устройство имеет указанную форму.

Когда температура окружающей среды становится равной или выше критической, указанное температурочувствительное вещество переходит в жидкое состояние и его прочность и упругость пружины становятся недостаточными для удержания поглотителя. В результате под действием силы со стороны поглотителя на устройство последнее изгибается. При этом нарушается связь между устройством и поглотителем, поглотитель падает. Пружина возвращает устройство в исходное состояние.

Недостатками прототипа являются:
1. В данном случае упругость сильфона и пружины являются элементами, противодействующими срабатыванию устройства (увеличивают инерционность), так как удерживают его в нейтральном (горизонтальном) положении, а не побуждают к действию, т.е. уменьшают надежность срабатывания.

2. Температурочувствительное вещество занимает существенную часть объема устройства, но не весь объем, и играет пассивную роль: при плавлении лишь разрешает сильфону изменить форму (пружина препятствует этому изменению).

3. Отсутствуют силовые элементы в устройстве, позволяющие при достижении температуры окружающей среды критического значения провести активный сброс поглотителя под действием нескольких независимых силовых факторов.

4. Для надежного срабатывания устройства необходимо полное расплавление температурочувствительного вещества в сильфоне.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно увеличение надежности срабатывания устройства.

Для решения указанной задачи предлагается в известном устройстве, содержащем заполненный температурочувствительным веществом, температура плавления которого соответствует температуре срабатывания устройства, закрытый герметичный упругий сильфон с фиксированным концом и подвижным концом, который связан со спусковым механизмом, в сильфоне размещена пружина, которая в исходном состоянии сжата вместе с сильфоном на величину рабочего хода устройства, а в качестве температурочувствительного вещества выбрано вещество, увеличивающее объем при плавлении, обеспечивая рабочий ход сильфона.

В данном устройстве расплавление температурочувствительного вещества освобождает запасенную упругую энергию сильфона и пружины, обеспечивает перемещение свободного конца сильфона и создает усилие (от нескольких факторов), которое заставляет захват отпустить поглощающий элемент.

Таким образом устройство само производит усилие для освобождения поглотителя за счет нескольких силовых факторов, что обеспечивает большую надежность срабатывания.

Использование упругих свойств сильфона и пружины в представленной конструкции позволяет уменьшить время срабатывания, т.е. добиться быстродействия устройства, что также увеличивает в целом его надежность.

Использование изобретения позволит увеличить безопасность эксплуатации и ресурс работы ядерных энергетических установок.

На фиг.1 представлено устройство в исходном состоянии (до срабатывания); на фиг.2 то же, после срабатывания.

Устройство (фиг. 1) состоит из сильфона 1, корпуса 2, фиксированного конца 3 и подвижного конца 4 сильфона 1, спускового механизма 5, температурочувствительного вещества 6, пружины 7 и опор 8.

Корпус установлен на опорах 8 в головке тепловыделяющей сборки 9, спусковой механизм 5 при нормальном температурном режиме эксплуатации ЯЭУ удерживает поглощающий элемент 10. Устройство омывается теплоносителем.

Закрытый герметичный сильфон 1 и пружина 7 в исходном состоянии сжаты на величину рабочего хода, а температура плавления температурочувствительного вещества 6 соответствует температуре срабатывания.

Устройство работает следующим образом (см. фиг.2): когда температура теплоносителя, двигающегося по тепловыделяющей сборке 9 к сильфону 1 с температурочувствительным веществом 6 и с пружиной 7, поднимается выше значения температуры срабатывания, температурочувствительное вещество 6 плавится по всему контуру, т.е. освобождаются торцы и гофры упругого сильфона. Сильфон 1 ускоренно разжимается под действием упругих сил на величину рабочего хода, верхний фиксированный конец 3, закрепленный в корпусе 2, остается на месте, нижний подвижный конец 4 опустится относительно корпуса 2 на величину рабочего хода.

При дальнейшем плавлении температурочувствительного вещества 6 освобождается пружина 7 и растягивает сильфон на величину рабочего хода. Наличие пружины 7 позволяет осуществить широкое регулирование усилия включения рабочего хода, уменьшить время срабатывания и соответственно осуществить более надежное срабатывание спускового механизма 5.

Использование температурочувствительного вещества 6, увеличивающего свой объем при плавлении, обеспечивая рабочий ход сильфона, увеличивает надежность срабатывания устройства при фиксированной пороговой температуре срабатывания, обеспечивая огромные усилия при выполнении рабочего хода.

Упругий сжатый сильфон 1, температурочувствительное вещество 6, увеличивающее объем при плавлении, сжатая пружина 7, срабатывающие каждый по мере плавления температурочувствительного вещества 6, перемещает подвижный конец сильфона 1 на величину рабочего хода, поглощающий элемент 10 также получает ускоряющий импульс для движения вниз, после осуществления рабочего хода устройства спусковой механизм 5 размыкается и выпускает поглощающий элемент 10 со значительной скоростью, определяемой упругими характеристиками сильфона и пружины.

Использование предлагаемого технического решения позволяет значительно повысить надежность и эффективность срабатывания устройства, а это увеличивает безопасность эксплуатации и ресурс работы ЯЭУ.

Использование: изобретение относится к ядерной энергетике, а именно к системам прямодействующей аварийной защиты ядерных реакторов по превышению допустимого уровня температуры и может быть использовано также для защиты по уровню температуры химического, технологического и энергетического оборудования. Сущность изобретения: Тепловое чувствительное пусковое устройство содержит заполненный температурочувствительным веществом закрытый герметичный сильфон с фиксированным концом и подвижным концом, который связан со спусковым механизмом. Упругий сильфон в исходном состоянии сжат на величину рабочего хода и заполнен температурочувствительным веществом, температура плавления которого соответствует температуре срабатывания устройства. В качестве температурочувствительного вещества выбрано вещество, увеличивающее объем при плавлении, обеспечивая рабочий ход сильфона. Внутри сильфона вдоль его оси размещена сжатая пружина, растягивающая сильфон при плавлении температурочувствительного вещества на величину рабочего хода. Устройство позволяет увеличить безопасность эксплуатации и ресурс работы ядерных энергетических установок. 2 ил.

Тепловое чувствительное устройство, содержащее заполненный температурочувствительным веществом, температура плавления которого соответствует температуре срабатывания устройства, закрытый герметичный упругий сильфон с фиксированным концом и подвижным концом, который связан со спусковым механизмом, в сильфоне размещена пружина, отличающееся тем, что в исходном состоянии сильфон и пружина сжаты на величину рабочего хода устройства, а в качестве температурочувствительного вещества выбрано вещество, увеличивающее объем при плавлении, обеспечивая рабочий ход сильфона.