ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ МЕХАНИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ В ТРУБОПРОВОДАХ РАЗДАЮЩИХ КОЛЛЕКТОРОВ Российский патент 1998 года по МПК B01D35/02 

Изобретение относится к области фильтрования воды в трубопроводах различного назначения, а более конкретно - к фильтрам для очистки воды от механических загрязнений в трубопроводах раздающих коллекторов в контурах циркуляции теплоносителя ядерных реакторов.

Раздающий коллектор представляет собой емкость большого диаметра, к которой подключен магистральный трубопровод, а от нее отходит ряд трубопроводов значительно меньшего диаметра, по которому воду "раздают" потребителям. В случае ядерного реактора "потребителями" являются сектора активной зоны реактора, на которые она разбита с целью равномерного охлаждения тепловыделяющих элементов.

Основное назначение фильтров в трубопроводах раздающих коллекторов - очищать воду от мелких механических загрязнений типа песка, различных окалин и других механических частиц величиной более 1 мм.

Вода в контурах циркуляции теплоносителя движется с большими скоростями (до 10 м/с), под большим давлением и при высокой температуре, что предъявляет к этим фильтрам высокие требования по прочности и надежности, а также по защите их процеживающих устройств от гидравлического удара в случае попадания на них загрязнений пленочного типа, таких как обтирочная ткань, перчатки, полимерная пленка и т. п., которые могут случайно попасть в трубопровод в процессе его монтажа или ремонта, ремонта насосов, задвижек и другого оборудования, входящего в гидравлическую систему охлаждения ядерного реактора.

Опасность пленочных загрязнений заключается в том, что они могут частично или полностью перекрыть процеживающее устройства, вследствие чего охлаждаемая этим трубопроводом часть активной зоны реактора останется без требуемого охлаждения и может выйти из строя, при этом сам фильтр может разрушиться от гидравлического удара вследствие мгновенного перекрытия потока.

Известен фильтр для очистки воды от механических загрязнений в трубопроводах, у которого процеживающее устройство выполнено в виде перфорированной конусной обечайки с перфорированным дном, которая установлена соосно с трубопроводом открытым торцом в сторону набегающего потока.

Для удаления накопившихся твердых загрязнений процеживающее устройство периодически извлекают через технологический люк, выполненный в корпусе фильтра (патент США N 4582605, кл. B 01 D 35/02, опубл. 1986).

Недостатком известного фильтра является опасность резкого сокращения пропускной способности фильтра в случае попадания в него пленочных загрязнений, что неизбежно приведет к падению расхода воды через раздающий трубопровод и к возможному разрушению процеживающего устройства от гидравлического удара.

Кроме того, процеживающее устройство такой конструкции для высоконапорных трубопроводов раздающих коллекторов не подходит из-за большого веса. Для трубопровода диаметром 300 мм, отходящего от раздающего коллектора ядерного реактора под давлением 70-80 ати, толщина стенки обечайки и днища должны составлять не менее 12-16 мм в зависимости от прочности материала. Большой вес такого процеживающего устройства позволит его вручную извлекать для очистки от загрязнений, а применение специальных подъемных механизмов усложнит и удорожит фильтр и раздающий коллектор. Кроме этого, выполнение на такой толщине стенки несколько десятков тысяч отверстий диаметром 1,0 мм еще больше удорожит конструкцию процеживающего устройства.

Наиболее близким по совокупности признаков к изобретению является фильтр для трубопроводов, содержащий корпус и установленное в корпусе съемное процеживающее устройство, состоящее из обечайки с ситом в виде решетки из пересекающихся стержней, закрепленных на косом торце обечайки, и мелкой сетки, закрепленной на плоской решетке. Процеживающее устройство извлекают из корпуса для удаления накопившихся загрязнений через технологический люк, выполненный в корпусе (патент США N 4678589, кл. B 01 D 35/02, опублик. 1987 ).

Недостатком известного фильтра для трубопроводов является то, что его процеживающее устройство выполнено плоским в виде решетки из стержней, на которую натянута мелкая сетка, поэтому в случае попадания на сито пленочных загрязнений, соизмеримых с сечением трубы, на сите возникнет гидравлический удар, который может разрушить сито и вывести из строя трубопровод.

Для труб раздающих коллекторов ядерных реакторов фильтры такой конструкции мало пригодны, т.к. в случае перекрытия хотя бы одной трубы на несколько минут неизбежно произойдет выход из строя части активной зоны реактора и его остановка.

Кроме этого, для этих трубопроводов процеживающее устройство должно быть достаточно прочным, чтобы выдерживать давление высоконапорного потока особенно в период его пуска, а у известного фильтра процеживающее устройство выполнено в виде решетки из прутков и сетки, поэтому для обеспечения прочности необходимо увеличить сечения прутков и проволочек сетки, а это в свою очередь повлечет за собой сокращение пропускного пространства у процеживающего устройства и дополнительное гидравлическое сопротивление на фильтре, что энергетически невыгодно, а в случае попадания в фильтр даже незначительных пленочных загрязнений может привести к перегреву охлаждаемой этим трубопроводом части активной зоны ядерного реактора и вызвать его аварийную остановку.

Задачей настоящего изобретения является создание фильтра для очистки воды от механических загрязнений, включая пленочные, в трубопроводах раздающих коллекторов, предназначенных преимущественно для систем циркуляции теплоносителя в ядерных реакторах, с обеспечением гарантированной пропускной способности независимо от пленочных загрязнений для каждого трубопровода, отходящего от коллектора, и защиты фильтра от гидравлического удара в случае внезапного перекрытия части площади процеживающего устройства, соизмеримой с площадью проходного сечения любого отходящего трубопровода.

При этом фильтр должен быть прочным и долговечным, а его процеживающее устройство должно легко вручную разбираться и собираться при профилактических осмотрах и ремонтах.

Техническим результатом настоящего изобретения является отсутствие в фильтре условий для образования гидравлического удара на поверхности процеживающего устройства в случае внезапного перекрытия части ее площади пленочными загрязнениями в виде кусков полимерной пленки, обтирочной ткани, перчаток и т.п. и стабильное сохранение в этом случае проектного расхода отфильтрованной воды в каждом трубопроводе, отходящем от раздающего коллектора.

Объясняется это тем, что конструкция процеживающего устройства фильтра выполнена арочной формы с возможностью наращивания площади процеживания в зависимости от условий применения. Например, в раздающих коллекторах один фильтр такой конструкции можно устанавливать сразу на несколько патрубков отходящих трубопроводов, что в несколько раз повышает защищенность фильтра от воздействия пленочных загрязнений, т.к. эффективная площадь процеживания увеличивается прямо пропорционально количеству одновременно закрываемых фильтром отходящих трубопроводов при сохранении одного и того же гипотетически ожидаемого пленочного загрязнения, а с учетом длины промежутков между патрубками отходящих трубопроводов, которые дополнительно увеличивают эффективную площадь процеживающего устройства, реальное пленочное загрязнение не может оказать заметного влияния на пропускную способность фильтра и создать на процеживающей поверхности условий для возникновения гидравлического удара.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в известном фильтре для очистки воды от механических загрязнений в трубопроводах, содержащих корпус и процеживающее устройство, корпус выполнен в виде прямоугольной рамы, на которой установлены перпендикулярно к ее плоскости две торцевые стенки, одна из которых может перемещаться вдоль рамы, и нажимное устройство, взаимодействующее с подвижной стенкой, при этом рама снабжена продольными пазами для крепления на ней процеживающего устройства, которое выполнено в виде набора съемных сит арочной формы, вставленных в пазы рамы и сжатых по торцам между неподвижной и подвижной торцевыми стенками нажимным устройством.

Кроме того, каждое сито выполнено из плоских процеживающих элементов, жестко, например сваркой, скрепленных между собой под определенным углом с образованием формы в виде многогранной арки.

Кроме того, плоские процеживающие элементы выполнены в виде решетки из набора полос одной толщины, скрепленных концами внахлестку с образованием через одну полосу узких отверстий в виде щелей, равных длине полосы, без учета перехлеста, при этом ширина каждой щели равна толщине полосы.

Кроме того, каждое сито снабжено лапами, введенными в пазы рамы.

Кроме того, рама выполнена наборной из секций, что позволяет при необходимости наращивать ее длину.

Кроме того, нажимное устройство выполнено в виде герметичного сильфона, заполненного газом.

Кроме того, по крайней мере на одной из торцевых стенок установлены процеживающие элементы.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан фильтр (вид сбоку); на фиг. 2 показан поперечный разрез этого фильтра в увеличенном масштабе, а на фиг. 3 показан фрагмент конструкции процеживающего элемента в масштабе два к одному.

Фильтр содержит корпус 1 в виде прямоугольной рамы; установленные на раме неподвижную стенку 2 и подвижную стенку 3 с нажимным устройством 4, и зажатое между неподвижной стенкой 2 и подвижной стенкой 3 процеживающее устройство 5.

Рама выполнена наборной из секций 6, скрепленных между собой. Вдоль длинных сторон прямоугольной рамы 1 выполнены продольные пазы 7 для установки и крепления на раме 1 набора съемных сит арочной формы 5. Сита 5 снабжены лапами 8, которые входят в пазы 7. Каждое сито 5 выполнено из жестко скрепленных между собой сваркой плоских процеживающих элементов 9, которые сварены под определенным углом с образованием формы в виде многогранной арки. Плоский процеживающий элемент 9 в свою очередь выполнен в виде решетки из набора полос 10 одной толщины, собранных на спицах 11 через одну в разные стороны и закрепленных между собой сваркой, с образованием между спиц 11 через одну полосу узких отверстий 12 в виде щелей, равных по ширине толщине полосы 10. Толщина полос 10 выбрана меньше максимально допустимого размера частицы механического загрязнения.

Для фильтров трубопроводов в раздающих коллекторах ядерных реакторов использованы полосы толщиной 1 мм.

Набор сит 5 зажат между неподвижной торцевой стенкой 2 и подвижной торцевой стенкой 3 с помощью нажимного устройства 4, выполненного в виде герметичного сильфона, заполненного воздухом. Сильфон в данном случае выполняет роль пружины. В холодном состоянии при сборке фильтра сила сжатия сильфона определяется его упругой жесткостью и степенью сжатия в нем воздуха. При разогреве теплоносителя до рабочей температуры (≈ 300^oC) одновременно разогревается заключенный в сильфоне воздух и пропорционально температуре возрастает его давление, а следовательно, и усилие, с которым сильфон давит на подвижную торцевую стенку 3. Для прочности сильфон выполнен многослойным. Для повышения защищенности фильтра от засорения пленочными загрязнениями на подвижной стенке 2 установлен плоский процеживающий элемент 9.

Фильтр для очистки воды от механических загрязнений в трубопроводах раздающих коллекторов работает следующим образом.

Фильтр устанавливают в раздающий коллектор сразу на 8-10 патрубков отходящих трубопроводов. Для этого подбирается необходимое количество секций 6 рамы 1, а также необходимое количество сит 5 арочной формы. Рама 1 крепится на корпусе коллектора механическим путем или с помощью сварки. В пазы 7 рамы 1 вдвигается необходимое количество сит 5, чтобы перекрыть все выбранные патрубки отходящих трубопроводов. После сит 5 в пазы 7 вдвигается подвижная торцевая стенка 3, которая поджимается нажимным устройством 4 в виде герметичного сильфона. Поджим осуществляется за счет предварительного сжатия сильфона на 10-20%. После этого в коллектор запускают воду-теплоноситель.

При пуске воды в коллектор в первый момент сита 5 испытывают значительное динамическое давление воды. Однако арочная форма сит позволяет легко противостоять этому давлению.

В случае попадания в коллектор случайных пленочных загрязнений, например, перекроют до 50% поверхности процеживающего устройства, гидравлического удара на поверхности сит не произойдет, т.к. оставшаяся половина поверхности процеживающего устройства в виде сит арочной формы и плоского процеживающего элемента 9, установленного на неподвижной стенке 2, полностью обеспечат проектную пропускную способность фильтра.

В то же время установленная на отходящих трубопроводах измерительная аппаратура покажет отклонение от нормы, что позволит вовремя отключить магистральный циркуляционный насос, вскрыть коллектор и освободить процеживающее устройство от пленочных загрязнений.

В процессе планово-профилактических отключений магистрального трубопровода и осмотров фильтров нажимное устройство 4 (сильфон) и стенка 3 снимаются, сита 5 выдвигаются и очищаются от застрявших в них механических загрязнений, а потом в обратном порядке все устанавливается в рабочее положение.

Пластины 10 сита 5 выполнены из титанового сплава, что позволяет уменьшить вес каждого сита до 10-12 кг и облегчить их сборку и разборку при профилактических осмотрах.

Использование: очистка воды от механических загрязнений. Сущность изобретения: фильтр для очистки воды от механических загрязнений в трубопроводах раздающих коллекторов содержит корпус в виде прямоугольной рамы, на которой установлены перпендикулярно ее плоскости две торцевые стенки, одна из которых может перемещаться вдоль рамы, и процеживающее устройство в виде набора съемных сит арочной формы, вставленных в пазы рамы и сжатых по торцам между торцевыми стенками нажимным устройством. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Фильтр для очистки воды от механических загрязнений в трубопроводах раздающих коллекторов, содержащий корпус и процеживающее устройство, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде прямоугольной рамы, на которой установлены перпендикулярно к ее плоскости две торцевые стенки, одна из которых может перемещаться вдоль рамы, и нажимное устройство, взаимодействующее с подвижной стенкой, при этом рама снабжена продольными пазами для крепления на ней процеживающего устройства, которое выполнено в виде набора съемных сит арочной формы, вставленных в пазы рамы и сжатых по торцам между неподвижной и подвижной стенками нажимным устройством. 2. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что сито выполнено из плоских процеживающих элементов, жестко скрепленных между собой под углом с образованием формы в виде многогранной арки. 3. Фильтр по п.1 или 2, отличающийся тем, что плоские процеживающие элементы выполнены в виде решетки из набора полос одной толщины, скрепленных концами внахлест с образованием через одну полосу узких щелей, равных длине полосы без учета перехлеста, при этом ширина каждой щели равна толщине полосы. 4. Фильтр по п.1 или 3, отличающийся тем, что каждое сито снабжено лапами, введенными в пазы рамы. 5. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что рама выполнена наборной из секций. 6. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что нажимное устройство выполнено в виде герметичного сильфона, заполненного газом. 7. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что по крайней мере на одной из торцевых стенок установлены процеживающие элементы.