Уловитель взвешенных частиц Советский патент 1992 года по МПК B01D24/02 

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к устройствам безопасности аварийных систем в герметичных помещениях на атомных станциях, и может быть использовано преимущественно в баке-приямке запаса раствора бора для улавливания волокнистых и ватообразных взвесей, образующихся, в частности, в результате разрушения теплоизоляции, например, из супертонкого базальтового или стекловолокна.

Известен уловитель приямка аварийного забора воды из бака, включающий приямок с всасом насоса, отделенным фильтровальными многорядными плоскими сетками с ячейками/ уменьшающимися по ходу движения жидкости..

Недостаток известного уловителя в том, что в нем увеличение улавливающей поверхности сетчатого фильтра достигается за счет уменьшения полезного объема раствора бора, что приводит к понижению надежности работы системы безопасности, включающей бак-приямок с уловителем.

Известен бак для воды, содержащий перегородку со щелевым окном и сетку, примыкающую к перегородке.

Недостаток известной перегородки с сеткой, расположенной перпендикулярно поверхности перегородки, в том, что она неэффективна при падении загрязненной струне высоты и, кроме того, горизонтально расположенная сетка препятствует устройству более эффективных конструкций.

Известен уловитель, содержащий корпус с отверстиями для подачи очищаемой жидкости и отвода фильтрата, размещенные в корпусе вертикальные параллельно расположенные фильтрующие элементы, в каждом из которых фильтрующие поверхности расположены симметрично относительно оси элемента.

Недостаток известного решения в снижении надежности работы вследствие того, что после засорения фильтрующих элементов уловитель теряет работоспособность.

Известен комбинированный двухступенчатый уловитель взвешенных частиц, содержащий первую ступень грубой очистки и вторую ступень, представляющую собой фильтр из гофрированных сеток с ячейками, последовательно уменьшающимися походу движения очищаемой среды. Обе ступени скомпонованы в общем корпусе, имеющем отверстия для подвода загрязненной среды и отвода очищенной среды.

Недостаток известного решения в том, что применительно к баку-приямку первая ступень не задерживает продукты разрушения теплоизоляции и другие предметы, попадающие в бак, а конструкция второй ступени оказывается сложной из-за необходимости уплотнения контура на границе объемов с загрязненной и очищенной водои. Эффективность улавливания и надежность работы оказываются низкими.

Целью изобретения является повышение эффективности уловителя и надежности его работы.

0 Поставлен ная цел ь дости гается тем, что в комбинированном двухступенчатом уловителе взвешенных частиц, содержащем установленные в общем баке с приемным и сливным отверстиями первую ступень гру5 бой очистки и вторую ступень сеток с ячейками, последовательно уменьшающимися по ходу движения очищаемой среды, включающую гофрированные сетки, отверстие для подвода загрязненной среды распо0 ложено в перекрытии корпуса, а первая ступень выполнена из параллельно соединенных плоских сетчатых элементов, в каждом из которых установлены симметрично относительно оси элемента вертикальные

5 сетки, имеющие те же ячейки, что и сетки в первых рядах второй ступени уловителя так, что последняя по течению сетка в первой ступени выполнена с более крупной ячейкой, чем последняя сетка во второй ступени.

0 Дополнительно уловитель снабжен вертикальной шахтой и плоской переливной перегородкой с сетчатой полосой. Причем вертикальная шахта установлена на дно корпуса соосно с приемным отверстием и

5 выполнена с габаритами, превышающими габариты отверстия. В стенке шахты у перекрытия бака и в средней части выполнены окна, а нижняя ее часть сообщена с каждым из сетчатых элементов первой ступени уло0 вителя. Переливная перегородка установлена между первой и второй ступенями уловителя и снабжена в верхней части сетчатой полосой, являющейся продолжением перегородки. Перегородка с сетчатой

5 полосой выполнена меньшей высотой, чем высота корпуса. Перед последним рядом плоских сеток может быть установлена гофрированная сетка, свободно прилегающая к плоской сетке и снабженная с боков гибкой

0 плоской сеткой, выходящей за боковые габариты гофров.

Преимущественное применение устройства в баке-приямке запаса раствора бора обусловлено условиями его эксплуата5 ции, которые связаны со спецификой материала разрушенной теплоизоляции, попадающего в бак, и особенностями его конструкции, содержащей отверстие для подвода загрязненной жидкости в перекрытии, через которое жидкость с высоты падает в бак, а получение эффекта при работе новых элементов связано с использованием кинетической энергии падающей струи.

При вертикальном симметричном расположении сеток в первой ступени очистки относительно его оси возникает уравновешенная нагрузка на конструкцию, что избавляет .от необходимости передачи нагрузки на стенки бака-приямка. При плоской форме сеток наиболее просто решается вопрос их крепления, а любое усложнение конструкции снижает надежность ее работы.

Первая и вторая ступени очистки по отношению к загрязненному потоку включены по параллельно-последовательной схеме. Размеры взвешенных материалов, которые приходят на все ступени, одинаковы. Поэтому первые ряды сеток обеих ступеней должны быть одинаковыми. В последних рядах сетки обязаны иметь разные ячейки, так как только в этом случае достигается эффект накопления объема материала теплоизоляции, существенно превышающий тот, который получается при выполнении одинаковых пакетов сеток в обеих ступенях фильтра.

Вертикальная шахта, установленная в баке-приямке под приемным отверстием, является главным элементом, позволяющим осуществить включение в работу первой ступени очистки и использовать энергию падающей струи.

Габариты сечения шахты выходят за габариты отверстия для получения диффузор- ного эффекта, одновременно более эффективно осуществляется подача взвеси на первую ступень очистки.

Расположение верхнего окна в стенке шахты определено стремлением использовать диффузорный эффект, возникающий при расширении струи, вытекающей из приемного отверстия в шахту, Это отверстие предназначено для подсоса жидкости со взвесью мз объема между первой и второй ступенями очистки для увеличения времени пребывания взвеси в этом объеме, в результате чего происходит увеличение объема твердого материала, накопленного перед второй ступенью очистки.

Окно в средней части стенки шахты предназначено для снижения скорости на- текания потока на сетки первой ступени, благодаря чему повышается эффективность улавливания материала теплоизоляции на крупных сетках. Оно выполняет также роль предохранительного клапана, так как при засорении сеток первой ступени уловитель продолжает работать, осуществляя прежнюю степень очистки, которая обусловлена

устройством второй ступени очистки. Кроме того, это окно в совокупности с верхним окном шахты служит для организации циркуляции воды в объеме между ступенями

для дополнительного осаждения взвеси перед второй ступенью очистки.

Расположение окна в средней части шахты обусловлено необходимостью создать у дна бака-приямка застойную зону

0 (слабый водоворот), из которой не будет выноситься попавший туда материал теплоизоляции,

Нижнее расположение трубы, соединяющей шахту с сетками первой ступени очи5 стки, вызвано необходимостью более полно использовать энергию потока для подачи взвеси на сетки первой ступени, чтобы повысить их эффективность.

Переливная стенка предназначена для

0 подтопления сеток первой ступени, чтобы снизить скорость натекания на них потока воды с материалом теплоизоляции и уменьшить объем проноса материала, Кроме того, стенка служит для выравнивания поля ско5 ростей перед фильтрующими сетками второй ступени, что повышает эффективность ее работы за счет уменьшения проскока материала через крупные сетки. После засорения нижней части сеток первой ступени

0 перед стенкой образуется застойная зона, в которой накапливаются как абразивные частицы, так и материал теплоизоляции.

Выполнение верхней части этой стенки из сетчатой полосы, кроме прямого назначе5 ния - улавливать часть материала теплоизо- ляции, позволяет за счет фильтрации увеличить напор, действующий на сетки первой ступени, и повысить объем накапливаемого на нем материала.

0 Установка гофрированных сеток перед последним рядом плоских сеток связана с тем, что мелкие сетки быстро теряют пропускную способность и полностью определяют эффективность всего уловителя.

5 Гофрированные сетки с той же или более крупной ячейкой препятствуют прониканию материала на последнюю сетку и в совокупности с ней создают меньший перепад давления,

0

Свободное опирание конструкции гофрированной сетки на конструкцию плоской сетки без специального крепления и уплотнения упрощает устройство фильтра и бла5 годаря этому повышает его надежность. Чтобы воспрепятствовать прониканию материала взвеси на последнюю сетку в обход гофрированной поверхности, с боков прикрепляется плоская гибкая сетка, выходящая за габариты гофров, что позволяет при

монтаже конструкций отогнуть ее и обеспечить прилегание к рамке последней сетки.

На фиг. 1 изображен общий вид уловителя взвешенных частиц, разрез; на фиг. 2 - то же, план, разрез А-А на фиг. 1.

Уловитель взвешенных частиц включает бак-приямок 1 с приемным отверстием 2 для подвода загрязненной воды, выполненным в перекрытии 3 бака, и со сливным отверстием 4 для отвода очищенной воды, перед которым находится вторая ступень очистки 5, содержащая плоские вертикальные сетки с ячейками, последовательно уменьшающимися в направлении к сливному отверстию 4 так, что наиболее крупные сетки 6 и 7 расположены в первых рядах, а наиболее мелкая сетка 8 - в последнем ряду. Плоские сетки по всему контуру прикреплены к стенкам, дну и перекрытию бака 1, причем уплотнение узла примыкания сетки к опорной рамке 9 достаточно выполнить только для последней сетки 8. В других рядах не требуется плотного прилегания рамки сетки к опорной рамке, поэтому для облегчения монтажных работ ребра 10 жесткости могут выполняться съемными. Для той же цели просвет в опорных рамках 9 может выполняться уменьшающимся от ряда к ряду. Перед последним рядом сеток 8 могут устанавливаться гофрированные сетки 11, к которым сбоку прикреплены плоские гибкие сетки 12, края которых выходят за границы гофров и при монтаже отгибаются и примыкают к боковым, граням опорной рамки 9. Габариты конструкции гофрированной сетки должны быть меньше размеров в свету предпоследней опорной рамки, чтобы имелась возможность монтажа и демонтажа гофрированной сетки. Ячейка этой сетки выбирается такой же или большей, чем ячейка последней сетки.

Переливная стенка 13, верхняя часть которой выполнена из сетки 14, не доходящей до нижней поверхности перекрытия 3, разделяет сетки первой и второй ступеней фильтра. Размер щели, остающейся между сеткой 14 и перекрытием 3, назначается из условия пропуска расчетного расхода воды при заданном перепаде давления, который по экспертным оценкам считается малым. Высота глухой части стенки 13 подбирается экспериментально из условия оптимальной работы первой ступени очистки.

Первая ступень очистки 15 снабжена шахтой 16, системой параллельно соединенных секций 17, включающих плоские вертикальные сетки 18 и трубу 19, соединяющую шахту 16с секциями 17.

Вертикальная шахта 16 установлена на дно бака-приямка 1 соосно с приемным от

верстием 2 и выполнена с габаритами, превышающими габариты отверстия 2. В стенке шахты 16 у перекрытия 3 выполнено окно 20, сообщающее полость шахты с пространством перед второй ступенью очистки. Аналогичное окно 21 выполнено в стенке шахты в ее средней части. У дна бака 1 в стенке шахты выполнено отверстие 22, в которое установлена труба 19, соединяющая шахту

0 16 с секциями 17, которые установлены с зазором от стенки бака-приямка. В каждой секции 17 установлены вертикальные сетки 6 и 7 с уменьшающимися по течению размерами ячеек, расположенные симметрично

5 относительно оси 23 секций 17. Размеры ячеек сеток 6 и 7 такие же, что и в сетках первых рядов второй ступени очистки, так что ячейка сетки последнего ряда 7 первой ступени очистки выполняется крупнее, чем

0 ячейка сетки последнего ряда 8 второй ступени очистки.

Перед последним рядом сеток 7 в первой ступени очистки могут устанавливаться гофрированные сетки 18 такой же конструк5 ции, что и гофрированная сетка 11 второй ступени, причем ячейка сетки 18 выполняется большей, чем ячейка сетки 11.

На дне бака устраивается отверстие 24 для отвода отложений в дренаж.

0 Все элементы первой ступени очистки должны выполняться разборными, причем практически никаких специальных требований к величине зазоров в узлах их стыковки не выдвигается.

5 Уловитель взвешенных частиц применительно к баку-приямку раствора бора работает следующим образом.

При аварии с разрывом трубопровода в объеме под герметичной оболочкой с тру0 бопроводов и оборудования пароводяной струей срывается и разрушается теплоизоляция. Продукты разрушения представляют собой нитевидные образования и ватооб- разные сгустки, размельчающиеся в потоке

5 воды и ведущие себя в потоке подобно пассивной примеси. При скорости воды менее 1 см/с нитевидные образования комкуются и перемещаются у дна. В продуктах разрушения находятся абразивные частицы,

0 которые должны задерживаться уловителем. Продукты разрушения теплоизоляции и другие предметы смываются водой и через приемное отверстие 2 с высоты падают в бак-приямок 1. Одновременно включают5 ся аварийные насосы, забирающие через сливное отверстие 4 раствор бора из бака- приямка и подающие его под герметичную оболочку, где раствор смешивается с водой из разорвавшегося контура, и смесь с загрязнителем возвращается в бак-приямок,

Объем воды, скапливающейся на полу помещений под герметичной оболочкой, частично забирается из бака-приямка, поэтому в процессе аварии уровень воды в баке над сливным отверстием 4 понижается, и в начальный период верхняя часть сеток оказывается незатопленной, а затем по мере засорения сеток уровень воды перед сетками повышается, а в объеме за уловителем еще больше понижается.

Вода с загрязнителем через отверстие 2 полностью попадает в шахту и по трубе 19 за счет энергии падающей струи транспортируется на первую ступень очистки, где нитевидные образования и ватообразные сгустки частично задерживаются, а частично вместе с абразивными частицами продавливаются через сетки, где смешиваются со взвесью, проходящей через окно 21. Уровень воды в шахте 16 повышается по мере засорения секций 17, а в объеме перед переливной стенкой 13 он повышается по мере засорения сетки 14, оставаясь ниже, чем в шахте. В определенный момент вода со взвесью начинает выходить их шахты также и через окно 20. Смесь обтекает сетки первой ступени и подходит к стенке 13. Абразивные частицы оседают в объеме перед стенкой, а продукты разрушенной теплоизоляции натекают на сетку 14 и частично задерживаются ею. При этом уровень воды перед стенкой 13 поднимается, а скорость натекания потока на сетки первой ступени очистки уменьшается. Чем больше степень засорения этих сеток, тем больший расход воды со взвесью проходит через отверстие 21 и меньший проходит через сетки первой ступени очистки.

В предельном случае весь расход воды (за вычетом расхода фильтрации через засоренные сетки) начнет поступать в объем между первой и второй ступенями очистки через окно 21 и, пока бак перед стенкой 13 не заполнится, через окно 20. Взвешенные частицы, не задержанные на сетках первой ступени и на сетке 14, поступают на сетки второй ступени, где поток приобретает требуемую степень очистки.

После засорения сетки 14 уровень воды поднимается выше окна 20 и оказывается внутри отверстия 2. За счетэжектирующего действия падающей струи начинается обратный ток воды через окно 20. Размер окна подбирается так, чтобы получить этот эффект. Для его усиления могут быть установлены козырьки 25.

Вода начинает частично циркулировать в объеме перед стенкой 13, втекая в окно 20 и вытекая через окно 21. За счет этого эффекта увеличивается время пребывания

продуктов разрушения теплоизоляции в объеме перед сетками второй ступени, где они откладываются в застойной зоне, образующейся перед стенкой 13. Благодаря

тому, что окно 21 приподнято над дном бака, в нем образуются две водоворотные области: выше и ниже окна. Из первой области взвесь частично заносится обратно в шахту 16 через окно 20, а частично при водообмене

0с транзитным потоком транспортируется ко второй ступени очистки. Второй водоворот у дна бака, благодаря переливной стенке (или после засорения нижней части сеток второй ступени), имеет ползущие скоро5 сти и близок к застойной зоне. Попавшие сюда частицы материала теплоизоляции из-за малой скорости плавают вблизи дна, а абразивные частицы откладываются на дне.

0 Установка крупной хорошо фильтрующей сетки 14 в верхней части переливной стенки 13 приводит к тому, что на сетках первой ступени напор оказывается всегда больше, чем при сплошной стенке. В то же

5 время фильтрация сквозь стенку создает условия для подтягивания к ней взвеси и более интенсивному ее отложению перед стенкой (помимо того, что сетка 14 непосредственно улавливает часть материала).

0 Чтобы воспринять гидродинамическую нагрузку на стенку 13 и сетку 14, она может быть включена в конструкцию фильтра второй ступени очистки.

За счет кинетической энергии струи, па5 дающей в шахту, давление в ней оказывается выше, чем в окружающей среде: внутри шахты возникает течение, при котором давление у дна больше, чем на стенках. Расположив трубу 19, соединяющую шахту 16с

0 секциями 17 у дна, удается уменьшить потери энергии в шахте и использовать ее для подачи воды со взвесью к сеткам первой ступени.

Поскольку эффективность улавливания

5 материала теплоизоляции на крупной сетке зависит от величины и направления скорости натекания, то путь решения задачи включает выравнивание поля скоростей и уменьшение их величины.

0

Изменение крупности ячеек сеток способствует снижению неравномерности распределения располагаемого напора между рядами сеток. Специфика материала тепло5 изоляции такова, что крупность взвеси, прошедшей через сетку, слабо зависит от размера ячейки, но перепад давления на сетке при равном объеме накопления (или объем накопления при равном перепаде) существенно зависит от размера ячеек.

Между сетками первой ступени и стенками бака необходим зазор для протока воды к фильтрам второй ступени,

Стремление повысить надежность фильтра, последняя сетка которого воспринимает большие гидродинамические нагрузки и должна быть уплотнена по контуру ее крепления, приводит к необходимости его упрощения, чему наиболее полно отвечает плоская несущая конструкция и свободно установленная перед ней рама с гофрированной сеткой.

В реальном баке-приямке аварийного запаса раствора бора использованы все возможности для реализации параллельной одноступенчатой системы фильтров. Первую ступень грубой очистки предлагается устанавливать перед этой системой дополнительно в имеющийся свободный объем, используемый для приема загрязненной воды. Однако, как показали опыты, предлагаемое техническое решение позволяет накопить больше матреиала теплоизоляции, чем в одноступенчатом уловителе с одинаковой общей площадью фильтрующих сеток из-за нелинейных эффектов в связях между скоростью потока, перепадом давления и количеством задержанного на сетках материала.

Технико-экономический эффект заключается в том, что по сравнению с известными решениями предлагаемый уловитель позволяет при прочих равных условиях задержать существенно больший объем материала теплоизоляции путем использования энергии падающей в бак-приямок воды и специальной организации потока в первой ступени очистки, конструкция которой предопределена наличием второй ступени очистки.

При монтаже конструкций сеток первой ступени не требуется герметичность соединений, нагрузки на все элементы уравновешены и воспринимаются внутренними связями, что при обеспечении прочности упрощает их разборность. Предвключение фильтра грубой очистки предлагаемой конструкции обеспечивает накопление дополнительного количества материала разрушенной теплоизоляции, не допускает

попадание абразивных частиц во всасывающую трубу насоса, улучшает работу второй ступени очистки, что в совокупности повышает надежность работы уловителя в систе- ме безопасности АЭС.

Формула изобретения

1.Уловитель взвешенных частиц, преимущественно в баке-приямке запаса раствора бора, включающий бак-приямок с

отверстием для подвода загрязненной воды и отвода очищенной воды, двухступенчатый фильтр, включающий первую ступень грубой очистки и вторую ступень, выполненную из сеток с ячейками, последовательно

уменьшающимися в сторону отвода очи- щенной воды, и гофрированные сетки, установленные между сеток с ячейками второй ступени очистки, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности очистки воды и надежности работы уловителя, первая ступень очистки выполнена из параллельно соединенных плоских сетчатых элементов, в каждом из которых установлены симметрично оси элемента вертикальные сетки с ячейками, равными ячейкам сеток первых рядов второй ступени очистки, при этом ячейки последней сетки первой ступени имеют более крупные ячейки, ч ем последняя сетка во второй ступени очистки,

уловитель снабжен вертикальной шахтой, установленной на дне бака-приямка соосно с отверстием для подвода воды и имеющей сечение, превышающее сечение отверстия для подвода воды, причем в стенке шахты у

перекрытия бака-приямка и в ее средней части выполнены окна, а нижняя часть ее сообщена с каждым сетчатым элементом первой ступени очистки.

2.Уловитель по п. 1, отличающий- с я тем, что он снабжен установленной между первой и второй ступенями очистки переливной стенкой с сетчатой полосой в верхней части, при этом высота переливной стенки меньше высоты бака-приямка.

3. Уловитель поп. 1,отличающий с я тем, что гофрированная сетка второй ступени очистки выполнена с боков с гибкими плоскими сетками, выходящими за боковые габариты гофров и прилегающими к последней плоской сетке.

х

«

Изобретение относится к ядерной энергетике, в частности к устройствам безопасности аварийных систем в герметичных помещениях АЭС. и может быть использовано преимущественно в баке-приямке запаса раствора бора. Целью является повышение 220 3 17 78 S-jL-J-Jэффективности уловителя и надежности работы. В уловителе взвешенных частиц, вторая ступень которого содержит многорядный плоский сетчатый фильтр с последо- вательно уменьшающимися ячейками, первая ступень выполнена из параллельно соединенных сетчатых секций 17, в которых последняя сетка 7 имеет более крупную ячейку, чем последняя сетка 8 во второй ступени очистки, под приемным отверстием 2 установлена шахта 16, в стенке которой вверху в средней части и внизу выполнены окна, причем через нижнее окно 22 шахта сообщена с секциями 17 первой ступени, между секциями первой и второй ступеней может быть установлена стенка, ее нижняя часть 13 выполнена сплошной, а верхняя 14 - из сетки, перед последним рядом плоских сеток может быть установлена гофрированная сетка, свободно прилегающая к плоской сетке и снабженная прикрепленными сбоку гибкими плоскими сетками выходящими за боковые габариты гофров. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л с 4 СО |СА О Јь СЛ