УПЛОТНЕННОЕ ТРАНСМИССИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАПОЛНЕННОГО ГЕЛИЕМ ПРОСТРАНСТВА ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ГАЗООХЛАЖДАЕМОГО РЕАКТОРА И ЕГО ПРИВОДНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2014 года по МПК H02K49/10 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к области трансмиссии, выполненной с уплотнением, для реакторов, в частности к уплотненному трансмиссионному устройству для заполненного гелием пространства высокотемпературного газоохлаждаемого реактора и его приводному устройству.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Высокотемпературный газоохлаждаемый реактор (ВТГР), в котором замедлителем служит графит, а теплоносителем служит гелий, является улучшенным ядерным реактором с присущими ему хорошей безопасностью, высокой эффективностью выработки электроэнергии и очень широкой областью применения. Графитовая пыль, которую вследствие истирания вырабатывают расположенные в реакторах ВТГР графитовые материалы или топливные элементы, является радиоактивной. Указанная тонкая графитовая пыль в основном рассеивается в заполненном гелием пространстве системы в форме аэрозоля. Известно, что гелий имеет повышенную проникающую способность по сравнению с другими средами, и таким образом одним из его важных применений в промышленной области является обнаружение утечек через уплотнения. Находящийся под повышенным давлением гелий, протекающий через активную зону реактора, несет радиоактивную графитовую пыль и в результате также имеет некоторую радиоактивность. Таким образом, имеется потребность в улучшенном уплотнении для использования на границе давления и в трубопроводах вспомогательных систем в реакторах ВТГР. Возникновение внешней утечки в оборудовании и креплениях трубопроводов указанных систем ставит под угрозу не только нормальную работу и безопасный останов реактора, но также и безопасность людей и среды. С другой стороны, утечка гелия также влечет за собой экономические убытки по причине его высокой стоимости.

Во избежание утечки гелия для соединения оборудования, клапанов, трубопроводов и трубной арматуры в реакторах ВТГР в основном используют сварные конструкции или уплотняющие конструкции со сварным уплотняющим краем. Например, все гелиевые клапаны в экспериментальном реакторе HTR-10 имеют конструкцию, в которой использована гофрированная труба с заполняющим уплотнением между крышкой клапана и штоком клапана. Несмотря на это, большое количество выдерживающего давление механического оборудования, содержащего движущиеся части, расположено в трубопроводах на границах системы высокого давления и вспомогательных систем реактора, для дистанционного управления которым требуются такие средства, как механический или электромагнитный привод и т.п., причем активирующий механизм для указанных приводов должен обеспечивать надежную работу в радиоактивной среде с высокой температурой и влажностью. При использовании заполняющего или сальникового уплотнения в указанном выдерживающем давление механическом оборудовании радикальное решение проблемы уплотнения в отношении гелия является затруднительным, поскольку существует поверхность уплотнения. Гофрированная труба имеет сниженную жесткость вследствие присущей ей гибкости, и потому является неустойчивой и неспособной к реверсированию под большими углами, а также имеет ограниченную усталостную прочность, которая не отвечает эксплуатационным техническим требованиям, таким как большой вращающий момент, непрерывная эксплуатация в течение длительного времени, возвратно- поступательное вращение, частые пуски и остановы и т.п., в результате чего гофрированная труба не подходит для уплотнения.

Для решения задачи надежного уплотнения в отношении радиоактивного гелия при эксплуатации действующего на границе давления механического оборудования в реакторах ВТГР в основном используется встроенная или присоединенная на стадии строительства вводящая конструкция с моторизованным или электромагнитным активирующим механизмом, расположенным в выдерживающем давление кожухе, такая как неактивное безопасное приводное устройство, примененное в системе останова на основе шаровых поглотителей в реакторе ВТГР, описанной в CN 101159172А, и центробежный гелиевый компрессор, примененный в реакторе ВТГР с шаровыми тепловыделяющими элементами (ТВЭЛ), описанный в CN 101109390А. При использовании вводящей конструкции механическое динамическое уплотнение рабочих компонентов преобразуется в статическое уплотнение для узлов электрических вводов. Несмотря на то что описанные способы решают проблему утечки гелия, тем не менее остаются нерешенными некоторые технические проблемы, связанные, например, с жесткой средой в выдерживающем давление кожухе и высокими требованиями к надежности работы, такие как защита от радиации, температурные допуски, способность выдерживать давление, смазка и истирание, работа в течение длительного времени и т.п., относящиеся к приводному двигателю и трансмиссионному элементу. Таким образом, приводной двигатель и трансмиссионный элемент должны иметь нестандартную конструкцию и выдержать технические испытания. С другой стороны, узлы электрических вводов в ядерный реактор обычно разрабатываются для конкретных типов реакторов и специфических систем безопасности на границах давления и в оборудовании (например, как описано в патентной публикации №CN 1176469С), причем стоимость разработки узла электрических вводов или выдерживающего давление механического оборудования для реакторов различных конструкций и различных рабочих сред весьма высока, что является неприемлемым для выдерживающего давление механического оборудования вспомогательных систем с невысоким уровнем безопасности, и таким образом в них в целом используются обычные, не отличающиеся повышенной надежностью электрические соединители, в результате чего указанные соединители или их части при соединении таким образом с выдерживающим давление кожухом могут стать слабым звеном действующего под давлением механического оборудования.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМ

Задача настоящего изобретения состоит в усовершенствовании уровня техники для осуществления полного уплотнения высокотемпературного радиоактивного, заполненного гелием пространства и соответствия требованиям управляемой и надежной работы, таким как большой вращающий момент, непрерывная работа в течение длительного времени, возвратно-поступательное вращение, частые пуски и остановы и т.п.

Другая задача настоящего изобретения состоит в создании нового приводного устройства, используемого для уплотненной трансмиссии в заполненном гелием пространстве, причем каждый компонент указанного приводного устройства имеет компактную конструкцию, которая является безопасной и надежной в эксплуатации и обеспечивает облегченную замену и техническое обслуживание.

2. ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ

Первая из вышеуказанных задач решена тем, что в настоящем изобретении предложено уплотненное трансмиссионное устройство для заполненного гелием пространства в реакторе ВТГР, в котором указанное заполненное гелием пространство ограничено корпусом камеры, выдерживающим давление кожухом, соединительным элементом и уплотняющим элементом; причем трансмиссионный элемент соединяет исполнительный элемент, расположенный в заполненном гелием пространстве, с движущим элементом, расположенным за пределами заполненного гелием пространства, и передача движения между ними отличается тем, что трансмиссионный элемент является магнитной муфтой, которая содержит выдерживающий давление кожух, ведущий магнитный компонент, расположенный за пределами выдерживающего давление кожуха, и ведомый магнитный компонент, расположенный в выдерживающем давление кожухе; при этом движущий элемент и ведущий магнитный компонент соединены друг с другом и формируют ведущий элемент, и исполнительный элемент и ведомый магнитный компонент соединены друг с другом и формируют ведомый элемент.

Предпочтительно соединение между движущим элементом и ведущим магнитным компонентом является статическим соединением. Статическое соединение представляет собой рассоединяемое соединение, реализованное в любой форме.

Предпочтительно соединение между исполнительным элементом и ведомым магнитным компонентом является статическим соединением. Статическое соединение представляет собой рассоединяемое соединение, реализованное в любой форме.

Предпочтительно соединение между исполнительным элементом и ведомым магнитным компонентом является динамическим соединением. Динамическое соединение является спиральным соединением, шариковинтовым направляющим механизмом или механизмом для преобразования движения другого типа.

Предпочтительно движущий элемент приводится в действие приводным двигателем, который является традиционным двигателем, двигателем переменной частоты, шаговым двигателем или серводвигателем; движущий элемент приводит в действие ведомый элемент для реализации уплотненной трансмиссии, работающей с различными скоростями или вращающими моментами.

Предпочтительно датчик перемещения расположен на валу приводного элемента и реализует половину контура обратной связи для управления перемещением исполнительного элемента.

Вторая из вышеуказанных задач решена тем, что в настоящем изобретении предложено приводное устройство для уплотненной трансмиссии для заполненного гелием пространства, содержащее движущий элемент, исполнительный элемент и трансмиссионный элемент, отличающееся тем, что трансмиссионный элемент является магнитной муфтой, которая содержит выдерживающий давление кожух, ведущий магнитный компонент, расположенный за пределами выдерживающего давление кожуха, и ведомый магнитный компонент, расположенный в выдерживающем давление кожухе; причем выдерживающий давление кожух соединяет и поддерживает ведущий магнитный компонент и ведомый магнитный компонент соответственно первой парой подшипников и второй парой подшипников, а выдерживающий давление кожух соединен с корпусом камеры.

Предпочтительно магнитная муфта имеет конструкцию дискового типа, а конструкции приводного магнитного компонента и ведомого магнитного компонента имеют плоскую форму.

Предпочтительно магнитная муфта имеет конструкцию цилиндрического типа, а ведущий магнитный компонент и ведомый магнитный компонент имеют втулочную конструкцию в форме магнитных колец.

Предпочтительно выдерживающий давление кожух имеет выступ, расположенный в открытом конце, причем между выступом и торцевой поверхностью корпуса камеры расположена уплотняющая прокладка.

Предпочтительно выдерживающий давление кожух имеет выступ, расположенный в открытом конце, причем между выступом и торцевой поверхностью корпуса камеры расположено круглое металлическое кольцо.

Предпочтительно за пределами выдерживающего давление кожуха расположены втулочные выступы, которые соединены с корпусом камеры болтовыми соединительными элементами.

Предпочтительно втулочная опора расположена за пределами выдерживающего давление кожуха, причем торцевая поверхность втулочной опоры действует в качестве опоры для вала движущего элемента.

Предпочтительно за пределами цилиндрического корпуса выдерживающего давление кожуха расположен теплоотвод.

Предпочтительно в цилиндрическом корпусе выдерживающего давление кожуха расположена пыленепроницаемая пластина, а на ведомом валу расположен металлический противопылевой экран.

Предпочтительно в открытом конце цилиндрического корпуса выдерживающего давление кожуха расположено толстостенное металлическое экранирующее кольцо, а в конце выдерживающего давление кожуха расположен утолщенный экранирующий подпятник.

Предпочтительно первая пара подшипников и вторая пара подшипников выполнены из износостойких сплавов.

Предпочтительно дорожки для шариков первой пары подшипников и второй пары подшипников покрыты пленкой твердой смазки, нанесенной плазмоструйным способом, а шарики выполнены из керамики.

Предпочтительно выдерживающий давление кожух выполнен из титанового сплава.

3. ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Выдерживающий давление кожух, ведущий магнитный компонент и ведомый магнитный компонент магнитной муфты, - все эти компоненты имеют жесткие корпусы, которые устраняют недостатки, присущие уплотнению с использованием гофрированных труб, такие как уменьшенная жесткость, неустойчивость, невозможность реверсирования с большими углами, сокращение срока службы вследствие усталости материалов, и т.п., и отвечают эксплуатационным техническим требованиям, таким как большой вращающий момент, непрерывная работа в течение длительного времени, возвратно-поступательное вращение, частые пуски-остановы, и т.п. В движущем элементе, расположенном за пределами выдерживающего давление кожуха и работающем в условиях обычной среды, могут быть использованы известные продукты и стандартные компоненты. Соединение между ведущим магнитным компонентом и движущим элементом, а также соединение между исполнительным элементом в ведомом элементе и ведомым магнитным компонентом являются статическими соединениями; кроме того, отличительная особенность магнитной муфты, состоящая в возможности легкого рассоединения, упрощает сложное механическое трансмиссионное устройство, а также облегчает замену, обслуживание и быстрый демонтаж использованных компонентов перемещающегося оборудования, в результате чего обеспечивается надежность всей системы. Кроме того, в выдерживающем давление кожухе отсутствуют электрические компоненты, в результате чего устранена возможность ослабления уплотнения в местах электрических вводов, и таким образом дополнительно повышается надежность передачи движения и компонентов используемого оборудования с уплотнением.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 показана конструктивная схема уплотненного трансмиссионного устройства для заполненного гелием пространства согласно одному варианту реализации настоящего изобретения.

На фиг.2 показана конструктивная схема приводного устройства для трансмиссии, выполненной с уплотнением, для заполненного гелием пространства согласно одному варианту реализации настоящего изобретения.

На фиг.3 показана конструктивная схема приводного устройства для трансмиссии, выполненной с уплотнением, для заполненного гелием пространства согласно другому варианту реализации настоящего изобретения.

На фиг.4 показана конструктивная схема приводного устройства для трансмиссии, выполненной с уплотнением, для заполненного гелием пространства согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения,

на котором:

1 - заполненное гелием пространство;

2 - корпус камеры;

3 - выдерживающий давление кожух;

4 - соединительный элемент;

5 - уплотняющий элемент;

6 - исполнительный элемент;

7 - движущий элемент;

8 - трансмиссионный элемент;

9 - ведущий магнитный компонент;

10 - ведомый магнитный компонент;

11 - система питания;

12 - замедлитель;

13, 14 - соединения;

15 - первая пара подшипников;

16 - вторая пара подшипников;

17 - выступ;

18 - втулочный выступ;

19 - втулочная опора;

20 - подшипник;

21 - концевая поверхность;

22 - датчик перемещения;

23 - теплоотвод;

24 - пыленепроницаемая пластина;

25 - противопылевой металлический экран;

26 - экранирующее металлическое кольцо;

27 - экранирующий подпятник.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже подробно описаны варианты реализации настоящего изобретения в комбинации с сопроводительными чертежами. Описанные ниже варианты реализации представлены исключительно для иллюстрации настоящего изобретения, но никак не для ограничения его объема.

На фиг.1 показано уплотненное трансмиссионное устройство для заполненного гелием пространства высокотемпературного газоохлаждаемого реактора (ВТГР), причем указанное заполненное гелием пространство 1 образовано выдерживающим давление кожухом 3 и корпусом 2 камеры. Движущий элемент 7, который содержит приводной электродвигатель и ведущий вал, расположен за пределами заполненного гелием пространства 1. Исполнительный элемент 6 расположен в заполненном гелием пространстве 1. Трансмиссионный элемент 8 соединяет движущий элемент 7 и исполнительный элемент 6. Трансмиссионный элемент 8 является магнитной муфтой для сцепления валов, а выдерживающий давление кожух 3 является составной частью указанной магнитной муфты. Помимо выдерживающего давление кожуха 3, указанная магнитная муфта дополнительно содержит ведущий магнитный компонент 9, расположенный за пределами выдерживающего давление кожуха 3, и ведомый магнитный компонент 10, расположенный в выдерживающем давление кожухе 3. Магнитные цепи для постоянных магнитов ведущего магнитного компонента 9 и ведомого магнитного компонента 10 выполнены в комбинированной форме с точным выравниванием; движущий элемент 7 и ведущий магнитный компонент 9 соединены друг с другом и формируют ведущий элемент; исполнительный элемент 6 и ведомый магнитный компонент 10 также соединены друг с другом и формируют ведомый элемент.

Принцип работы трансмиссии на основе магнитной муфты состоит в следующем. Механическое непосредственное соединение (такое как жесткая муфта сцепления валов и т.п.) между движущим элементом и исполнительным элементом устранено, а вместо этого различные перемещения выполняются ведущим магнитным компонентом, расположенным в магнитном устройстве сцепления, и ведомым магнитным компонентом, который механически разделен, но физически соединен с ведущим магнитным компонентом. Ведущий и ведомый магнитные компоненты, в зависимости от магнитного соединения, осуществляют плавную работу трансмиссии и управление системой посредством гибкого соединения, обеспеченного магнитным полем, для реализации передачи движения и момента силы. Магнитная муфта преобразует жесткую трансмиссию прямого типа в трансмиссию мягкого типа для осуществления полного разделения между ведущим и ведомым устройствами и реализации статического уплотнения в динамическом состоянии, а также для обеспечения условий для нулевой утечки и улучшения точности, устойчивости и надежности передачи движения и управления перемещением.

Процедура, основанная на способе передачи движения посредством магнитной муфты, состоит в следующем. Источник питания 11 управляет движущим элементом 7, который работает. Поскольку движущий элемент 7 соединен с ведущим магнитным компонентом 9, а ведомый магнитный компонент 10 соединен с исполнительным элементом 6, то при непосредственной активации ведущего магнитного компонента 9 движущим элементом 7 магнитные поля ведущего и ведомого магнитных компонентов взаимодействуют друг с другом сквозь стенку выдерживающего давление кожуха 3. Если ведущий магнитный компонент 9 перемещается, ведомый магнитный компонент 10 благодаря действию магнитного поля тоже перемещается, приводит в действие исполнительный элемент 6 и управляет им во время работы; т.е. рабочие состояния и параметры исполнительного элемента 6 определяются характером перемещения движущего элемента 7 посредством магнитного соединения трансмиссионного элемента 8, которое замыкает магнитную систему постоянных магнитов и таким образом передает движение или состояние заданного типа. Согласно требованиям к характеру движения магнитная трансмиссия может иметь как постоянную, так и регулируемую и переменную скорость.

Движущий элемент 7 приводится в действие посредством приводного электродвигателя и может отвечать требованиям для трансмиссий, выполненных с уплотнением и работающих с различной скоростью или передающих различные вращающие моменты при согласовании с замедлителями, имеющими различные технические характеристики и параметры. При отсутствии относительных перемещений синхронность вращения между ведущим элементом и ведомым элементом может быть обеспечена магнитными силами, действующими между ведущим и ведомым магнитными компонентами.

Предпочтительно соединение между исполнительным элементом 6 и ведомым магнитным компонентом 10 может быть динамическим соединением, таким как спиральное соединение или шариковинтовой направляющий механизм, или механизм для преобразования движения другого типа. Благодаря преобразованию движения между динамическими соединениями, если ведущий магнитный компонент приводит в действие ведомый магнитный компонент для вращения, исполнительный элемент может быть приведен в действие с линейным перемещением или перемещением вдоль конкретной кривой. При таком способе передачи движения посредством органичного комбинирования конструкции магнитных цепей для ведущего и ведомого магнитных компонентов магнитной муфты с механической конструкцией для исполнительного элемента, удовлетворяющего требованиям различных криволинейных перемещений, может быть сформирована полная система передачи движения, которая может выполнять более сложные криволинейные перемещения, в отличие от традиционного механизма на основе механических связей, и реализована хорошая герметизация неподвижного соединения в динамическом состоянии.

Предпочтительно для управления приводом двигателей могут быть использованы электродвигатель переменной частоты, шаговый двигатель или серводвигатель, и т.п., так что при подаче энергии системой питания может быть использована электромагнитная сила для приведения в действие ведомого элемента и осуществления автоматического управления изменением скорости, реверсированием и пуском или остановом трансмиссии, выполненной с уплотнением. Согласно еще одному варианту реализации изобретения датчик 22 перемещения, такой как датчик угла поворота, вращающийся трансформатор, и т.п.расположен на ведущем валу трансмиссии. Благодаря использованию двигателя с высокоточным управлением в сочетании с сигналами обнаружения от указанного датчика, может быть осуществлено управление перемещением ведомого элемента на основе обратной связи, а также могут быть дополнительно осуществлены прецизионное управление для регулирования скорости, вращения, колебания или для преобразования движения исполнительного элемента.

Приводное устройство для заполненного гелием пространства согласно настоящему изобретению содержит ведущий вал трансмиссии, ведомый вал трансмиссии и магнитную муфту. Магнитная муфта содержит выдерживающий давление кожух 3, ведущий магнитный компонент 9, расположенный за пределами выдерживающего давление кожуха 3, и ведомый магнитный компонент 10, расположенный в выдерживающем давление кожухе 3. Выдерживающий давление кожух 3 соединен с корпусом 2 камеры, в которой расположено действующее под давлением оборудование. Ведущий магнитный компонент 9 соединен с ведущим валом трансмиссии, относящимся к выдерживающему давление оборудованию, и ведомый магнитный компонент 10 соединен с ведомым валом исполнительного элемента, относящегося к выдерживающему давление оборудованию.

Конструктивно ведущие и ведомые магнитные компоненты магнитной муфты в вышеуказанном приводном устройстве могут иметь форму диска или цилиндра. Известные компоненты имеют плоскую конструкцию, большую осевую жесткость и инерцию вращения, могут передавать высокую скорость вращения и большой вращающий момент, который является подходящим для гелиевого компрессора, для которого требуется полная герметизация и способность выдерживать большие динамические нагрузки и высокую скорость вращения движущихся элементов. Указанный компрессор оборудован приводным двигателем и замедлителем, и имеет удлиненную конструкцию, причем цилиндрический корпус выдерживающего давление кожуха имеет хорошие магнитопрозрачные свойства, которые являются подходящими для трансмиссии, выполненной с уплотнением и используемой в различном выдерживающем давление механическом оборудовании, работающем с низкой скоростью вращения и в устойчивых режимах работы с высокими требованиями к управлению движением, таким как различные приводные устройства для разгружающих установок и транспортировочного коммутационного оборудования.

Уплотнение в приводном устройстве вышеуказанного заполненного гелием пространства расположено в сопрягающей части между концевым выступом выдерживающего давление кожуха и рабочей камерой. Если температура в камере является низкой, для повторного уплотнения может быть использована мягкая уплотняющая прокладка. Если температура гелия в камере превышает 180°, может быть использовано металлическое круглое кольцо. Для фиксации уплотнения в среде высокотемпературного гелия используется соединительный элемент 4. Крепление конструкции концевого выступа нестандартного выдерживающего давление кожуха к уплотняющему элементу может быть усилено посредством стандартной пластины для выступа, расположенной за пределами выдерживающего давление кожуха 3, и таким образом могут быть улучшены нагрузочные характеристики крепления. Указанная пластина для выступа, сконструированная в форме втулки и расположенная за пределами ведущего магнитного компонента 9, улучшает поддержку ведущего магнитного компонента 9 в подшипниках и используется для конструктивной опоры и подъема магнитной муфты. Опорная конструкция для обеспечения опоры для элемента вала трансмиссии может быть размещена на торцевой поверхности пластины для выступа.

Пыленепроницаемая пластина 24 расположена в выдерживающем давление кожухе приводного устройства, расположенного в вышеуказанном заполненном гелием пространстве. Пыленепроницаемая пластина 24 может быть использована для прекращения и ослабления теплопередачи излучением ведомому магнитному компоненту, расположенному внутри рабочей камеры. С другой стороны, охлаждающие ребра, расположенные за пределами выдерживающего давление кожуха 3 и поток окружающего их воздуха способствуют отбору тепла от заполненного гелием пространства и таким образом дополнительно улучшают рабочую температурную среду для внутренних и внешних подшипников, расположенных в выдерживающем давление кожухе 3, и увеличивают срок службы магнитной муфты и других элементов трансмиссии. Кроме того, пыленепроницаемая пластина 24 может быть дополнена противопылевым экраном, расположенным на ведомом валу трансмиссии, который препятствует проникновению графитовой пыли из рабочей камеры в выдерживающий давление кожух 3 магнитной муфты для обеспечения относительно чистой рабочей среды ведомого магнитного компонента и его подшипников. Экранирующее кольцо, расположенное в выдерживающем давление кожухе 3, наряду с утолщенной стенкой закрытого конца защищает движущийся элемент, расположенный за пределами выдерживающего давление кожуха 3, от облучения избыточной дозой радиации от топливных элементов, расположенных в рабочей камере, помимо того, что эта мера также способствует повышению безопасности обслуживающего персонала.

Дорожки для шариков в подшипниках, расположенных в выдерживающем давление кожухе 3 вышеуказанного приводного устройства для заполненного гелием пространства, покрыты пленкой твердой смазки, и в подшипниках используются керамические шарики для обеспечения хорошей твердой смазки в высокотемпературной среде, а также для устранения термической адгезии между шариками и дорожками качения, которая может ухудшить их кинематические свойства. Износостойкое покрытие дорожек или использование подшипников, изготовленных из износостойких сплавов, способствует улучшению антифрикционных и износостойких свойств и увеличению срока службы компонентов оборудования. Если в магнитной муфте совместно используются упорный подшипник и радиальный подшипник, приводное устройство может быть легко установлено в любом положении в указанном пространстве.

Предпочтительно выдерживающий давление кожух 3 выполнен из титанового сплава ТС4. Благодаря большому удельному электрическому сопротивлению и высокой прочности в среде, к тому же подверженной действию внутреннего давления, толщина стенки выдерживающего давление кожуха, выполненного из титанового сплава, может быть уменьшена по сравнению со стенкой из углеродистой или нержавеющей стали, в результате чего может быть не только уменьшен вес оборудования, но также снижено ослабление магнитного поля, вызванное вихревыми электрическими токами в толстых стенках выдерживающего давление кожуха, так что общая эффективность трансмиссии может быть улучшена.

Выдерживающий давление кожух 3 является важным компонентом, расположенным в магнитном трансмиссионном элементе, для уплотнения ведомого элемента, расположенного в рабочей камере. Помимо функций уплотнения и изоляции, он также выполняет функции размещения, поддерживания и управления направленным перемещением ведомого элемента при взаимодействии ведущего магнитного компонента 9 и ведомого магнитного компонента 10. Выбор титанового сплава ТС4 позволяет уменьшить толщину стенок и снизить магнитные потери, вызванные вихревыми токами, а также обеспечивает прочность и жесткость при деформации выдерживающего давление кожуха. Для обеспечения надежности трансмиссии ведомый магнитный компонент 10, работающий в условиях высокой температуры, выполнен из самариевого кобальта, материала для постоянных магнитов на основе редкоземельного кобальта, который имеет высокую температуру Кюри и хорошую магнито-термическую стойкость. При выравнивании магнитных цепей ведущего магнитного компонента 9 и ведомого магнитного компонента 10 магнитная муфта, имеющая конструкцию дискового типа, как показано на фиг.1, может обеспечить точно совмещенную магнитную цепь, в результате чего может быть достигнута компактная конструкция. Однако в случае цилиндрической магнитной муфты 8, показанной на фиг.2-4, имеющей большую осевую длину, для обеспечения точности управления синхронным перемещением между ведущим магнитным компонентом и ведомым магнитным компонентом может использоваться магнитная схема с многочисленными магнитными цепями. Для повышения надежности и увеличения срока службы магнитной муфты, работающей в условиях высокой температуры, дорожки для шариков второй пары 16 подшипников могут быть покрыты твердой смазкой, а также могут быть использованы керамические шарики с износостойким покрытием, препятствующим термоадгезии во время работы при высокой температуре. Для режимов работы с низкой скоростью подшипники могут быть выполнены из износостойких сплавов. В качестве первой пары 15 подшипников и второй пары 16 подшипников, поддерживающих ведущий магнитный компонент 9 и ведомый магнитный компонент 10, расположенный в выдерживающем давление кожухе 3, как показано на фиг.4, может быть использована комбинация упорного подшипника и радиального подшипника, в результате чего не только улучшена устойчивость поддержки, но также и обеспечена возможность установки трансмиссионного устройства в любых положениях.

С использованием трансмиссионного элемента, относящегося к выдерживающему давление механическому оборудованию могут быть реализованы такие функции, как транспортировка гелия, переключение, управление, преобразование, регулировка, и т.п., осуществляемые в области высокого давления и вспомогательной системе реактора ВТГР, причем основная функция системы управления топливом высокотемпературного реактора с шаровыми тепловыделяющими элементами (ТВЭЛ) состоит в управлении циркуляцией шаровых топливных элементов, трубопроводная система которого соединена с областью высокого давления. Помимо вышеуказанных функций управления перемещением гелия, необходимо выполнять функции, такие как сортировка, транспортировка, переключение, шунтирование, отклонение, управление количеством и т.п. Таким образом, перемещающийся исполнительный элемент и тип его движения в заполненном гелием пространстве высокотемпературного газоохлаждаемого реактора могут быть различными, например, вращением с высокой скоростью основного вала рабочего колеса компрессора, как показано на фиг.1, вращением с низкой скоростью основного вала сепаратора шаровой мельницы, как показано на фиг.2, линейное подающее перемещение, как показано на фиг.3, и низкоскоростное синхронное угловое перемещение в оборудовании для преобразования транспортировки, как показано на фиг.4. Линейное перемещение, показанное на фиг.3, реализовано органичной комбинацией трансмиссии на основе магнитной муфты с механической трансмиссией на основе шарикового винта, в результате чего может быть упрощена сложная механическая конструкция на основе исключительно механической трансмиссии и обеспечена плавность и надежность работы.

Как показано на фиг.1, между двигателем и магнитной муфтой используется прямое соединение, в результате чего исполнительный элемент может быть приведен в действие с высокой скоростью. В случаях, в которых необходимо обеспечить низкую скорость и изменяющийся вращающий момент, как показано на фиг.2-4, используется замедлитель, установленный на главном валу движущего элемента и взаимодействующий с ним. Для привода шагового двигателя, показанного на фиг.3, и системы управления серводвигателем, показанной на фиг.4, для осуществления автоматического управления шагом и углом поворота исполнительного элемента, может быть дополнительно использован датчик перемещения, такой как кодовый датчик угла поворота, расположенный на главном валу движущего элемента. Сигналы обратной связи от кодового датчика угла поворота используются для формирования замкнутого контура управления. Если серводвигатель уже содержит датчик перемещения, необходимость использования еще одного датчика отсутствует, и таким образом может быть достигнута компактная конструкция трансмиссионного устройства. В схеме, показанной на фиг.4, может быть использован серводвигатель переменного тока с высокочувствительным преобразователем вращения, так чтобы она могла точно управлять углом поворота перемещающегося элемента в широком диапазоне скоростей.

Благодаря функции уплотнения выдерживающего давление кожуха 3 магнитной муфты 8 динамическое уплотнение указанного заполненного гелием пространства фактически преобразуется в статическое уплотнение на участке, в котором концевой выступ 17 выдерживающего давление кожуха 3 сочленен с корпусом 2 камеры. Как показано на фиг.1, уплотнение непосредственно выполнено с использованием соединительного элемента 4 и прокладочного уплотняющего элемента 5. Для осуществления более надежного уплотнения, действующего при высокой температуре в среде поддержания давления, уплотняющий элемент 5 может быть заменен круглым металлическим кольцом 5′, при этом несущий выступ 18 размещен на конце кольца 5, как показано на фиг.2 и на фиг.4, втулочный выступ, как показано на фиг.3, может быть дополнительно использован в качестве несущего элемента компонента для движущего оборудования.

На фиг.4 показаны действующие в условиях высокой температуры защитные устройства от радиоактивной пыли, расположенные в рабочей камере, в которой теплоотводящие, пыленепроницаемые и экранирующие конструкции могут быть осуществлены в зависимости от конструкции выдерживающего давление кожуха и ведомого вала. Пыленепроницаемая пластина 24 и теплоотвод 23 соответственно закреплены как внутри, так и снаружи неподвижного выдерживающего давление кожуха для предупреждения перегрева опорного подшипника магнитной муфты и внешнего движущего элемента. В то же время, комбинация пыленепроницаемой пластины 24 с металлическим противопылевым экраном 25 на ведомом валу может эффективно препятствовать проникновению пыли во втулку и таким образом увеличению нагрузки при перемещении. В результате взаимодействия металлического экранирующего кольца 26, закрепленного на выдерживающем давление кожухе 3, с экранирующим подпятником 27 ведомого магнитного компонента 10 может быть устранено прямое чрезмерное облучение магнитных компонентов и внешнего движущего элемента шаровыми топливными элементами FE.

Расположенный в вышеуказанном уплотненном трансмиссионном устройстве, предназначенном для работы в заполненном гелием пространстве, и относящемся к нему приводном устройстве, ведущий магнитный компонент 9 и ведомый магнитный компонент 10, расположенный в магнитной муфте, соединены посредством абсолютно разделенным мягким соединением, так что выдерживающий давление кожух 3 используется для механического отделения ведущего магнитного компонента от ведомого магнитного компонента, расположенных в двух совершенно различных системах, причем выдерживающий давление кожух 3 выполняет функцию полного уплотнения. Если движущий элемент приводит в действие ведомый элемент и заставляет его вращаться, бесконтактная передача энергии между ведущим элементом и ведомым элементом может быть осуществлена посредством магнитного вращающего момента, сгенерированного возвратно-поступательными действиями комбинированной магнитной схемы, сформированной ведущим и ведомым элементами. Кроме того, посредством выдерживающего давление кожуха магнитной муфты, который изолирует высокотемпературную радиоактивную гелиевую среду, созданную в указанном кожухе, от среды в камере за пределами указанного кожуха, динамическое уплотнение преобразуется в статическое уплотнение, и таким образом может быть осуществлено препятствующее утечке статическое уплотнение между ведущим и ведомым элементами. Выдерживающий давление кожух, ведущий магнитный компонент и ведомый магнитный компонент магнитной муфты - все эти компоненты имеют жесткие корпусы, которые устраняют недостатки, присущие уплотнению с использованием гофрированных труб, такие как уменьшенная жесткость, неустойчивость, невозможность реверсирования с большими углами, сокращение срока службы вследствие усталости материалов и т.п., и отвечают эксплуатационным техническим требованиям, таким как большой вращающий момент, непрерывная работа в течение длительного времени, возвратно-поступательное вращение, частые пуски-остановы и т.п. В движущем элементе, расположенном за пределами выдерживающего давление кожуха и работающем в условиях обычной среды, могут быть использованы известные продукты и стандартные компоненты. Соединение между ведущим магнитным компонентом и движущим элементом, а также соединение между исполнительным элементом в ведомом элементе и ведомым магнитным компонентом являются статическими соединениями; кроме того, отличительная особенность магнитной муфты, состоящая в возможности легкого рассоединения, упрощает сложное механическое трансмиссионное устройство, а также облегчает замену, обслуживание и быстрый демонтаж использованных компонентов перемещающегося оборудования, в результате чего обеспечивается надежность всей системы. Кроме того, в выдерживающем давление кожухе отсутствуют электрические компоненты, в результате чего устранена возможность ослабления уплотнения в местах электрических вводов, и таким образом дополнительно повышается надежность передачи движения и компонентов используемого оборудования с уплотнением.

Настоящее изобретение не ограничено вышеописанными вариантами реализации, в которых магнитная муфта используется в трансмиссии, выполненной с уплотнением, для заполненного гелием пространства независимо от того, какой приводной двигатель используется движущим элементом, используются ли замедлитель и/или датчик перемещения, и если используются, то какие именно замедлитель и датчик, как сформирована магнитная цепь магнитной муфты, используется ли непосредственное соединение ведущего магнитного компонента с движущим элементом, используется ли управление движением ведомого магнитного компонента и исполнительного элемента, какую конструкцию имеют поддерживающие подшипники, и имеют ли покрытие указанные подшипники, все из которых включены в объем защиты настоящего изобретения.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Выдерживающий давление кожух, ведущий магнитный компонент и ведомый магнитный компонент магнитной муфты - все эти компоненты имеют жесткие корпусы, которые устраняют недостатки, присущие уплотнению с использованием гофрированных труб, такие как уменьшенная жесткость, неустойчивость, невозможность реверсирования с большими углами, сокращение срока службы вследствие усталости материалов, и т.п., и отвечают эксплуатационным техническим требованиям, таким как большой вращающий момент, непрерывная работа в течение длительного времени, возвратно-поступательное вращение, частые пуски-остановы и т.п. В движущем элементе, расположенном за пределами выдерживающего давление кожуха и работающем в условиях обычной среды, могут быть использованы известные продукты и стандартные компоненты. Соединение между ведущим магнитным компонентом и движущим элементом, а также соединение между исполнительным элементом в ведомом элементе и ведомым магнитным компонентом являются статическими соединениями; кроме того, отличительная особенность магнитной муфты, состоящая в возможности легкого рассоединения, упрощает сложное механическое трансмиссионное устройство, а также облегчает замену, обслуживание и быстрый демонтаж использованных компонентов перемещающегося оборудования, в результате чего обеспечивается надежность всей системы. Кроме того, в выдерживающем давление кожухе отсутствуют электрические компоненты, в результате чего устранена возможность ослабления уплотнения в местах электрических вводов, и таким образом дополнительно повышается надежность передачи движения и компонентов используемого оборудования с уплотнением.

Изобретение относится к электротехнике, к высокотемпературным газоохлаждаемым реакторам. Технический результат состоит в достижении полного уплотнения, что обеспечивает управляемость и надежность работы с большим вращающим моментом, длительный и стабильный срок службы, частые пуски и остановки, и т.п. В уплотненном трансмиссионном устройстве для заполненного гелием пространства в высокотемпературном газоохлаждаемом реакторе использовано приводное устройство. Заполненное гелием пространство (1) ограничено корпусом (2) камеры, выдерживающим давление кожухом (3), соединительным элементом (4) и уплотняющим элементом (5). Трансмиссионный элемент (8) соединен с исполнительным элементом (6) внутри заполненного гелием пространства (1) и движущим элементом (7), расположенным за пределами заполненного гелием пространства (1), и передает движение между ними. Трансмиссионный элемент (8) является магнитной муфтой, которая содержит выдерживающий давление кожух (3), ведущий магнитный компонент (9), расположенный за пределами выдерживающего давление кожуха (3), и ведомый магнитный компонент (10), расположенный в выдерживающем давление кожухе (3). Движущий элемент (7) и ведущий магнитный компонент (9) соединены друг с другом и формируют ведущий элемент, и исполнительный элемент (6) и ведомый магнитный компонент (10) соединены друг с другом и формируют ведомый элемент. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Уплотненное трансмиссионное устройство для заполненного гелием пространства высокотемпературного газоохлаждаемого реактора, в котором заполненное гелием пространство (1) ограничено корпусом (2) камеры, выдерживающим давление кожухом (3), соединительным элементом (4) и уплотняющим элементом (5); причем трансмиссионный элемент (8) соединяет исполнительный элемент (6), расположенный в заполненном гелием пространстве (1), с движущим элементом (7), расположенным за пределами заполненного гелием пространства (1), и выполнен с возможностью передачи движения между ними,
отличающееся тем, что трансмиссионный элемент (8) является магнитной муфтой, которая содержит выдерживающий давление кожух (3), ведущий магнитный компонент (9), расположенный за пределами выдерживающего давление кожуха (3), и ведомый магнитный компонент (10), расположенный в выдерживающем давление кожухе (3); при этом движущий элемент (7) и ведущий магнитный компонент (9) соединены друг с другом и формируют ведущий элемент, и исполнительный элемент (6) и ведомый магнитный компонент (10) соединены друг с другом и формируют ведомый элемент.

2. Уплотненное трансмиссионное устройство по п.1, отличающееся тем, что соединение между движущим элементом (7) и ведущим магнитным компонентом (9) является рассоединяемым статическим соединением.

3. Уплотненное трансмиссионное устройство по п.1, отличающееся тем, что соединение между исполнительным элементом (6) и ведомым магнитным компонентом (10) является рассоединяемым статическим соединением.

4. Уплотненное трансмиссионное устройство по п.1, отличающееся тем, что соединение между исполнительным элементом (6) и ведомым магнитным компонентом (10) является динамическим соединением, которое является спиральным соединением, шариковинтовым направляющим механизмом или механизмом для преобразования движения другого типа.

5. Уплотненное трансмиссионное устройство по п.1, отличающееся тем, что движущий элемент (7) приводится в действие приводным двигателем, который является традиционным двигателем, двигателем переменной частоты, шаговым двигателем или серводвигателем.

6. Уплотненное трансмиссионное устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что датчик (22) перемещения расположен на валу ведущего элемента и реализует половину контура обратной связи для управления перемещением исполнительного элемента (6).

7. Приводное устройство для трансмиссии, выполненной с уплотнением, для заполненного гелием пространства, содержащее
движущий элемент (7),
исполнительный элемент (6) и
трансмиссионный элемент (8),
отличающееся тем, что
трансмиссионный элемент (8) является магнитной муфтой, которая содержит выдерживающий давление кожух (3), ведущий магнитный компонент (9), расположенный за пределами выдерживающего давление кожуха (3), и ведомый магнитный компонент (10), расположенный в выдерживающем давление кожухе (3); причем выдерживающий давление кожух (3) соединяет и поддерживает ведущий магнитный компонент (9) и ведомый магнитный компонент (10) соответственно первой парой (15) подшипников и второй парой (16) подшипников, и кроме того соединен с корпусом (2) камеры.

8. Приводное устройство по п.7, отличающееся тем, что магнитная муфта имеет конструкцию дискового типа, а конструкции ведущего магнитного компонента (9) и ведомого магнитного компонента (10) имеют плоскую форму.

9. Приводное устройство по п.7, отличающееся тем, что магнитная муфта имеет конструкцию цилиндрического типа, а ведущий магнитный компонент (9) и ведомый магнитный компонент (10) имеют втулочную конструкцию в форме магнитных колец.

10. Приводное устройство по п.7, отличающееся тем, что выдерживающий давление кожух (3) имеет выступ (17), расположенный в открытом конце, причем между выступом (17) и торцевой поверхностью корпуса (2) камеры расположена уплотняющая прокладка (5).

11. Приводное устройство по п.7, отличающееся тем, что выдерживающий давление кожух (3) имеет выступ (17), расположенный в открытом конце, причем между выступом (17) и торцевой поверхностью корпуса камеры (2) расположено круглое металлическое кольцо (5′).

12. Приводное устройство по п.7, отличающееся тем, что за пределами выдерживающего давление кожуха (3) расположены втулочные выступы (18), которые соединены с корпусом (2) камеры болтовыми соединительными элементами (4).

13. Приводное устройство по п.12, отличающееся тем, что втулочная опора (19) расположена за пределами выдерживающего давление кожуха (3), причем торцевая поверхность (21) втулочной опоры (19) действует в качестве опоры для вала движущего элемента (7), а втулочные выступы (18) соединены с корпусом камеры (2) болтовыми соединительными элементами (4).

14. Приводное устройство по п.7, отличающееся тем, что за пределами цилиндрического корпуса выдерживающего давление кожуха (3) расположен теплоотвод (23).

15. Приводное устройство по п.7, отличающееся тем, что в цилиндрическом корпусе выдерживающего давление кожуха (3) расположена пыленепроницаемая пластина (24), а на ведомом валу расположен металлический противопылевой экран (25).

16. Приводное устройство по п.7, отличающееся тем, что в открытом конце цилиндрического корпуса выдерживающего давление кожуха (3) расположено толстостенное металлическое экранирующее кольцо (26), а в конце выдерживающего давление кожуха (3) расположен утолщенный экранирующий подпятник (27).

17. Приводное устройство по любому из пп.14-16, отличающееся тем, что каждая из первой пары (15) подшипников и второй пары (16) подшипников выполнена из износостойкого сплава.

18. Приводное устройство по п.17, отличающееся тем, что дорожки для шариков первой пары (15) подшипников и второй пары (16) подшипников покрыты пленкой твердой смазки, нанесенной плазмоструйным способом, а шарики выполнены из керамики.

19. Приводное устройство по п.18, отличающееся тем, что выдерживающий давление кожух (3) выполнен из титанового сплава.