АРМАТУРНЫЙ БЛОК РАЗГЕРМЕТИЗАЦИИ Российский патент 1997 года по МПК F16K1/44 

Изобретение относится к арматуростроению, к предохранительной арматуре и может быть использовано в системах безопасности АЭС и ТЭС, предприятий химической и нефтегазовой промышленности.

Известны предохранительные клапаны с пилотным пневмоприводом (см. Д.Ф. Гуревич и др. "Арматура ядерных энергетических установок", М. Атомиздат, 1978, стр. 126, рис. 5.10) [1] в которых безопасность защищаемого оборудования обеспечивается путем автоматического открывания клапана под действием избыточного давления среды и сброса избытка среды. Пилотный пневмопривод обеспечивает герметичность закрытого затвора, подрыв затвора при достижении давления срабатывания клапана и другие воздействия на затвор.

Недостатки этой конструкции: отсутствие в конструкции элементов, обеспечивающих контроль протечек, невозможность проверки работоспособности конструкции при работе защищаемого оборудования и отсутствие элементов, обеспечивающих гашение энергии подвижных элементов при срабатывании клапана.

Известен клапан (см. там же, стр. 77, рис. 3. 30a) [2] принятый за прототип, состоящий из корпуса с седлом, затвора, штока, одностороннего поршневого привода с набором пружин на открытие, в котором герметичность затвора обеспечивается поршневым приводом, сжимающим набор тарельчатых пружин, и средой, подаваемой на затвор. Открытие затвора обеспечивается сжатыми пружинами при сбросе давления воздуха.

Для арматуры ответственных систем, например арматуры 1-го контура, особо важным является обеспечение герметичности затвора при эксплуатации для предотвращения выхода радиоактивного теплоносителя за пределы контура. Поэтому серьезным недостатком известного клапана является отсутствие элементов контроля протечек через затвор. Для предохранительной арматуры характерно малое количество срабатываний в течение эксплуатации, а, учитывая защитные функции арматуры, важно достоверно знать готовность арматуры к действию, поэтому в работу арматуры вводят режим "Расхаживание", который позволяет проверить работоспособность арматуры при работе установки на мощности. Недостатками указанного клапана являются отсутствие возможности для проверки его работоспособности, а также отсутствие демпфера для снижения динамических нагрузок при быстром открытии.

Задачей изобретения является повышение надежности предохранительной арматуры, именуемой в дальнейшем арматурным блоком разгерметизации (клапаном) и обеспечение контролируемости ее характеристик при работе установки на мощности.

Указанный технический результат достигается тем, что в арматурном блоке разгерметизации, содержащем корпус с седлом, затвор, шток и односторонний поршневой привод, седло корпуса составлено из двух коаксиально расположенных втулок с зазором между ними, образующим полость для отвода протечек, а затвор выполнен в виде двух герметичных относительно друг друга тарелей, установленных одна в другой, причем наружная тарель соединена со штоком неподвижно, а внутренняя тарель подпружинена и соединена со штоком и с наружной тарелью с возможностью относительного перемещения, при этом шток соединен с поршнем привода с возможностью взаимного упругого перемещения при движении поршня в обе стороны по оси привода.

При анализе уровня техники не обнаружено технических решений, имеющих признаки, сходные с признаками, отличающими данное техническое решение от прототипа, т.е. предлагаемое решение удовлетворяет критерию новизны.

Как показал анализ патентной и научно-технической литературы, благодаря совокупности отличительных признаков у заявленного технического решения появляются новые свойства, ведущие к достижению положительного эффекта, заключающегося в создании конструкции предохранительной арматуры, в которой решены вопросы постоянного контроля герметичности затвора и проверки ее конструкции на работоспособность при работе установки на мощности.

Повышение надежности конструкции арматурного блока разгерметизации достигается за счет того, что узел затвора выполнен в виде двух запорных органов, образованных наружной тарелью и внешней втулкой и внутренней тарелью и внутренней втулкой седла, расположенных коаксиально друг к другу с зазором между ними. Данное решение не только обеспечивает постоянный отвод и контроль протечек через внешний запорный орган, но и его резервирование, что позволяет при повышенных протечках через внешний запорный орган переходить на работу с внутренним. При нормальных протечках внешний запорный орган нагружен рабочим давлением, а внутренний разгружен и является резервным. Величина и процесс изменения протечек контролируется системой диагностики данного клапана.

Повышение надежности связано также с введением демпфера в конструкцию соединения поршня привода со штоком, что позволит снизить нагрузки на затвор от динамических (ударных) воздействий.

Контроль характеристик клапана при нормальной работе защищаемого объекта обеспечивается как за счет наличия двух запорных органов, так и за счет того, что наружная тарель соединена со штоком неподвижно, а внутренняя подпружинена и герметично соединена со штоком и с внешней тарелью с возможностью относительного перемещения. Данное решение обеспечивает возможность расхаживания внешней тарели и подвижных элементов привода в пределах допустимого конструкцией хода за счет подачи среды рабочих параметров в зазор между седлами для разгрузки внешней тарели и сброса давления воздуха из полости привода. Герметичность клапана в этом случае будет обеспечиваться внутренней тарелью, прижатой к седлу рабочим давлением среды, подаваемой в полость между запорными органами. В исходное положение клапан вернется при сбросе среды из полости и подаче сжатого воздуха в поршневой привод. В случае проведения перечисленных операций можно проверить работоспособность клапана.

Сущность предлагаемого решения поясняется чертежом, где показано продольное сечение конструкции арматурного блока разгерметизации.

Арматурный блок разгерметизации (см. чертеж) состоит из корпуса 1 с двумя Z-образно расположенными патрубками, между которыми выполнена перегородка, в центральной части которой закреплены на сварке две коаксиально расположенные втулки: наружная 2 и внутренняя 3, образующие седло запорного клапана, верхней крышки 4, вставленной в корпус и самоуплотняющейся в нем за счет сальникового уплотнения, двух тарелей: наружной 5 и внутренней 6, с набором пружин (или одной пружиной) 7 между ними, образующими затвор клапана, при этом наружная тарель 5 перемещается во внутренней полости крышки 4, а внутренняя во внутренней полости тарели 5, сильфонного (сальникового) блока 8, герметизирующего внутреннюю полость тарели 6 и шток 9 привода от внутренней полости тарели 5 и обеспечивающего их взаимное перемещение вдоль оси клапана, при этом между тарелью 5 и втулкой 2 седла и тарелью 6 и втулкой 3 седла имеется полость, соединенная штуцером 10 с системой диагностики клапана. На внутренней поверхности тарели 6 и внешней поверхности штока 9 выполнены уступы d, расстояние между которыми определяет ход клапана при расхаживании. Корпус 1 в нижней части закрыт крышкой 11, в центральной части которой расположен узел уплотнения штока 9, связывающего затвор с поршневым приводом, включающим поршень 12 с набором пружин 13, обеспечивающих открытие и расхаживание затвора клапана, втулку 14 с пружинами 15 демпферного узла, цилиндр 16 привода, штуцер 17, служащий для подачи и отвода сжатого воздуха из привода, и штифт 18, ограничивающий перемещение штока относительно тарели 6. Проход штока 9 в цилиндр 16 осуществляется через крышку 19.

Арматурные блоки разгерметизации устанавливаются на трубопроводах, связывающих горячую и холодную нитки 1-го контура реакторной установки с полостью герметичной оболочки, и работают следующим образом.

В нормальном режиме работы верхний патрубок соединен с 1-ым контуром АЭС, а нижний с полостью герметичной оболочки. Прижатием рабочей средой 1-го контура тарели 5 к втулке 2 седла образуется первый герметичный запорный узел, а прижатием набором пружин 7 тарели 6 к втулке 3 седла второй. Полость между запорными узлами, связанная со штуцером 10, служит для сбора и отвода протечек, проникающих через первый запорный узел, чем обеспечиваются условия для контроля его герметичности. Усилие от рабочей среды на тарель 5 при работе установки на мощности во много раз превышает усилие на открытие затвора от пружин 13.

При аварийном разуплотнении и падении давления в 1-ом контуре до заданной величины воздух из привода сбрасывается в атмосферу и усилие сжатых пружин становится больше усилия давления среды на тарель 5. Под воздействием пружин 13 шток 9 вместе с тарелью 5 отрывается от седла и после выбора зазора между уступами d штока 9 и тарели 6 отрывает от седла и вторую тарель 6. Открытие затвора связывает 1-й контур с полостью герметичной оболочки и создает условия для охлаждения реактора. Для уменьшения ударного воздействия на элементы клапана при его открытии поршень 12 снабжен демпфером, элементы которого втулка 14 и пружины 15 взаимодействуют с крышкой 19.

В режиме пуска (останова) при давлении в 1-ом контуре ниже давления срабатывания клапана через штуцер 17 в цилиндр 16 привода подается сжатый воздух. На поршне 12 создается усилие, достаточное для сжатия пружин 13. Поршень подается вниз и через шток 9 прижимает к седлам 2, 3 тарели 5, 6, создавая усилие начальной герметизации затвора. При подъеме давления в 1-ом контуре герметичность затвора по отношению к герметичной оболочке будет обеспечиваться давлением среды контура.

Для проверки работоспособности клапана в режиме нормальной работы блока АЭС выполняется режим расхаживания. Через штуцер 10 зазор между 1 и 2 запорными узлами связывается с первым контуром. При этом усилие от среды на внутреннюю тарель 6 возрастет во много раз и станет больше усилия сжатия пружин 13, а усилие прижатия средой тарели 5 к втулке 2 седла упадет до нуля. При сбросе воздуха через штуцер 17 из цилиндра 16 усилие пружин 13 через шток 9 откроет тарель 5 на величину зазора d между уступами штока 9 и тарели 6. Усилия пружин 13 недостаточно для открытия тарели 6, в связи с чем герметичность первого контура в период расхаживания сохранится. Для восстановления исходного состояния клапана в цилиндр 16 подается сжатый воздух, что вызовет сжатие пружин 13 и прижатие тарели 5 к седлу 2, а после сброса давления из зазора между запорными узлами через штуцер 10 среда первого контура полностью герметизирует затвор.

Применение в арматурном блоке разгерметизации затвора, выполненного из двух коаксиально расположенных запорных узлов, позволяет повысить надежность арматуры, так как обеспечивается возможность постоянного контроля герметичности и периодического контроля работоспособности клапана при работе установки на мощности, а также резервирование затвора. Применение демпфера в соединении штока с поршнем привода также повышает надежность клапана, так как уменьшаются динамические нагрузки на его элементы при срабатывании клапана.

Использование: в арматуростроении, в частности в системах безопасности атомных и тепловых электростанций, предприятий химической и нефтегазовой промышленности. Сущность изобретения: в арматурном блоке разгерметизации седло составлено из двух коаксиальных втулок. Зазор между втулками образует полость для отвода проточек. Затвор выполнен в виде двух герметичных тарелей, установленных одна в другой. Наружная тарель неподвижно соединена со штоком. Внутренняя тарель подпружинена и соединена со штоком и с наружной тарелью с возможностью относительного перемещения. Шток соединен с поршнем привода с возможностью взаимного упругого перемещения. 1 ил.

Арматурный блок разгерметизации, содержащий корпус с седлом, затвор, шток и односторонний поршневой привод, отличающийся тем, что седло корпуса составлено из двух коаксиально расположенных втулок с зазором между ними, образующих полость для отвода протечек, а затвор выполнен в виде двух герметичных относительно одна другой тарелей, установленных одна в другой, причем наружная тарель соединена со штоком неподвижно, а внутренняя тарель подпружинена и соединена со штоком и с наружной тарелью с возможностью относительного перемещения, при этом шток соединен с поршнем привода с возможностью взаимного упругого перемещения при движении поршня в обе стороны по оси привода.