Уплотнительный узел Советский патент 1984 года по МПК G21C19/02 F16J15/06 

;о

00 41

Изобретение относится к уплотнительной технике и можег быть исполь §6в йб в подвесках тепловыделяющих сборок ядерных реакторов для уплот Ненйй технологическшс каналов каналь ных ядерных реакторов. Однойиз проблем в ядерной энерге тике является создание такой конструкций уплотнительного узла подвес ки, которая обеспечивала бы надежную йнЬгбкратную герметизацию .Технрлоги ческих каналов ядерных реакторов и исключала бы операцию по предварительной подготовке уплотнительных по в ёр ностёй тёхнОлБгйческтес каТУалов после каждого извлечения тепловьщеляю щей сборки. ; Поскольку уплотнительньй узел подвески в ходе операций по уплот не нню и ра3уплЬтнёнйю канала ядерного реактора вза имодействует как с элементами каналареакгьра:, так и с механизмами перегрузочной маши1Ш; д гб:э бйу от его зкеплуа тационных качеств зависит надежная работа реактора и перегрузочной машины, конструкция которой в значительной степени определяется конструкцией механизмов, применяемых для уплотнения (разуплотнения) каналЬв ядерньк реакторов. С этой точки зрения конструкция унлбтнительйого узла подвески должна Удовлетворять следующим требованиям: ..-r. она должна Шёт1ГйёВ ольШ быть Простой, обеспечивать надежное уплотнение, иметь небольшую величину поджатйя, создавать небольШую величину нагрузки в элементах за пира(нцёго механизма и обеспечивать его надежную работу. Йзв естна к6 1СтрукциЖу1шсГтнйтёльного уЗла подвески, содержащая гибкую металлическую гильзу, которая пр своем продольном перемещении разжима ется коническими выступами врадйальном направлении, обеспечивая таким образом герметичное уплотнение канала реактора. Механизм, осуществляющи уплотнение и рёГзуплотление Канала реактора,содержит корпус для контакта с перегружйейьйкаЯаЛбй й° двй соо ных устройства, перемещающихся независимо друг от друга вдоль их общей продольной оси двумя шариковыми приводными устройствами 0.1.. - Такйя конструкция Уплр;гнительного узла обладает следующими недостаткаЙИГ ;:-. . ,

719349 требуется высокая точность обработки поверхности канала реактора,- возможны надиры на поверхности канала, вызванные перемещением гильзы по каналу, которые исключают возможность полной герметизации без протечек;сложность изготовления гибкой метактической гильзы; операция по установке топливной сборки в реактора требует высокой точности совмещения осей перегружаемого канала и стыковочного патрубка перегрузочной машины; механизм, осуществляющий уплотнение и разуплотнение канала реактора является сложным, сборка и обслуживание такой конструкции затруднена. Частично вьш1еперечисленные недостатки устранены в устройстве, содержащем центральный стержень с опор- ным утолщейием, имеющим конические опорные пьверхности, Уплотнитёльное средство и- запирающий механизм с нажимной шайбой, при этом уплотнительное средство выполнено в виде металлического кольца, установленного на верхнюю коническую поверхность опорного утолщения и контактирующего с нажимной шайбой 2 . Эксплуатация такого устройства показала, что оно обладает следующими недостатками. При работе под давлен йем материал прокладки затекает в зазОры сопрягаемых деталей, поэтому тр1удно избежать повреждения уплотняющей поверхности при разборке соединения, которая, как правило, осуществляетсй t помощью специальных подрывных приспособлений. Под воздействием высоких температур, радиации и коррозионного воздействия теплоносителя материал прокладки становится хрупким, т.е. возможна поломка прокладки, а при появлении утечек имеет место ножевая коррозия, в результате возможно падение кусочков прокла дки в контур теплоносителя, что неизбежно вызьшает остановку АЭС на длительный срок. Поскольку герметизация канала реактора обеспечивается при сжатии про- кладки до состояния текучести, то это вызывает большие напрялсения в элементах запирающего механизма и требует увеличения их габаритов, что однако ограничивается .шагом решетки реактора. Затекание материала прокладки в зазор, образованный опорным утолщением подвески и каналом реактора, требует уменьшения его размеров, т.е повышения класса точности сопряжения подвеска-канал, что вызывает необходимость в более точном совмещении осей канала реактора и подвески топливной сборки находящейся в перегрузочной машине, кроме того,затекание увеличивает силу постановки тепловьщ ляющей сборки из реактора. .i Указанные недостатки устранены в уплотнительном узле, содержащем подпружиненнЪе уплотнителбное средство, контактирующее с конической канавкой нажимной шайбы, при этом уплотнительное средство выполнено в виде набора шевронных манжет, изго товляемых из армированной тканью резины З 1, Однако такой узел имеет большие габариты, что обусловлено самой конс рукцией шевронной , Уплртнительный узел обладает малой стойкостью в результате совмест. ного на него воздействия высокой температуры, радиационного излучения и теплоносителя реактора, что обусловлено материалом,.из которого изготавливаются шевронные манжеты. Недостаточная надежность уплотнения обусловлена наличием царапин на манжете, образующихся при продоль .ном перемещении уплотнительного узла в канале реактора, количество царапин и их размеры увеличиваются при н рав.номерном прижатии шевронных манжет к одной из стенок канала р.еактора,. а эта неравномерносЛ-ь всегда имеет мес то в реальных усхфвиях, поскольку практически невоз.можно осуществить полное совмещение продольной оси кан ла реактора и подвески тепловыдеЛйющёй сборки, находящейся в перегрузочной машине. Большая величина усилия установки тепловьщеляющей сборки в канал реактора обусловлена силой трения шезрон ных манжет о поверхность канала реак тора. Целью изобретения является улучше ние эксплуатационных качеств уплотни тельного узла. / Для этого в .устройстве, содержаще подпружиненное уплотнительное средство,контактирующее с конической канавкой нажимной шайбы, уплотнительное срб;дство выполнено в виде чередующихся слоев металлического V-образного профиля и наполнителя, а Диаметр вершину металлического Y-образного профиляj входящего.в углубление конической канавки нажимной шайбы, выполнен на 0-1 мм меньше диаметра углубления. .Кроме того, для компенсации увеличенных радиальных зазоров между каналом реактора и опорньтм утолщением подвески, наружные лопасти металлического V -образного профиля в 1-2 раза длинее внутренних. На фиг.1 показана подвеска тепловьщеляющей сборки, загруженной в канал ядерного реактора, в исходном положении до начала герметизацииj на фиг.2 - узел 1 на. фиг.1 (уплотнительный узел до сжатия); на фиг.З то же, после вьшолнения операции герметизации; на фиг.А - вариант упругого раз.резного кольца. Подвеска тепловьщеляющей сборки в своей верхней части имеет центральный стержень 1 с опорным утолщением 2 и уплотнительное средство 3, сопрягаемое с верхней конической опорной поверхностью опорного утолщения 2 через.упругое разрезное кольцо 4. Ниже на подвеске установлены тепловьщеляющие элементы, которые Не показаны на чертеже. На чентральном стержне установлен запирающий механизм, состо5пций из нажимной шайбы 5, на нижнем торце которой выполнена коническая канавка, иг. корпуса шарового замка 6, в резьбо|Вое отверстие которого ввинчен, винт с зубчатой головкой 7 под клю 8 привода герметизации перегрузочной машины. На стержень подвески навин-т чен грибок 9 под захват перегрузочной машины 10. Нажимная шайба 5, несущая запирающий механизм, установлена на упругом элементе 11, который рекомендуется для перёгрузочнь Х малтн с повышенной скоростью загрузки тепловьщеляющей . сборки в каналы ядерного реактора (более 1,5 м/мин). Коническая канавка нажимной шайбы 5 с вершиной 12 (см.фиг.2) охватывает вершину уплотнительного средства 3 несколько меньшегодиаметра на величину 2 и - 0-1 мм. Наружная цилиндрическая поверхность уплотнительного средства 3, бобранного из V-образных металлических колец 13 и наполнителя 14, выполнена Меньше уплотняемогодиаметра гнёзда канала на 1-2 мм. Металл ические V-образные кольца 13 защищают каждь Ш йй 1с:6Г& МЙер иала; наполнителя 14 от вытеснения в радиальный за зор, образуемый цилиндрическими уп датняёмыми поверхностями, и Являются каркасом уплотнительнрго средства ;ЭтаосоВе( :;ств а позвблшга значительно увеличить радиальный зазор и исключить влия да1ГШЙ rpei№f:rnjro4eicce загрузки и Выгрузки тепловыделяющих сборок. Компенсация радиального зазора тгри уплотнении обеспечивается расхр ытнем наружной лопасти прокладки и установкой уплотнительного средства ЗгнасКйлйзящую опору,образуемую упругим разрезнБм кольцом 4 и Sejoxней конической опорной поверхностью ..опорного утолщения 2тепловыделяющей сборки. При испрльзовании уплртнительног средства 3 с ра зиероМ. Ь б.олее 4 мм упругое разрезное кольцо 4 изготавли вается с радиальными про15езями 15 и 16(см.фиг.4), Которые делят кольц на сегменты, соединяемые между собой утеругими Мостиками, причем глубина прорезей выполняется несколько боль ше ШЯгбШны ширины сеченйя колЬца. Иех 0йн5е положение за пирающего Механйзма в канале реактора 17 Тсм.фиг.1) соответствует положению тепловыделяющей сборки:, установленной в,гнездо канала на торцовуюопо ную поверхность 18 до начала вращ ния винта 7, запирающего корпус зам ка р адйалънь вы есне йёмша 1 в радиусную канавку 20 канала реактора, при этрм нижняя коническая Опорная поверхность опорногр утрлще ния 2 находится в радрмкнутрм состо НИИ с конической опорной пОВёрхност , канала 21. На фиг.2 показано промежуточное положение уплртнительнрго узла соединения в процессе герметизации, когда винт 7, сделав несколько рбрротрв, закрывает шарикрвьй замрк и плавно досылает опорное утолщение 2 до крнтакта с конической рпррной повёрхирстью каналаГ 21. На фиг.3 прказанр крническре по лрженйе уплртнительного узла кргда дальнейшим вращением винта 7 на96. жимная шайба 5 сжимает уплотнительное средство 3 и завершает процесс герметизации канала с подвес-кой тепловыделяющей сборки. Установка подвескИ тепловыделяющей сборки в гнездоканала 17 (см. фиг.1) до торцовой опорной поверхнрсти 18 осуществляется с постоянным диаметральным зазором f порядка 1 мм, которьй сохраняется до полного закрытия шарового замка и смыкания рпорного утолщения 2 поверх-ностью 21. Теплоноситель ядерного реактора и рабочая среда в прочном корпусе перегрузочной машины все это врем; соединяются между собой как сообщающиеся сосуды, что обеспечивает выравнивание рабочих давлений гидравлических систем перегрузочной машины и реактора. Тогда как у прототипа в силу прижатия шевронных манжет к стенке канала реактора из-за разности гидравлических давлений может возникнуть поршневой эффект с избыточной силой дожатия тепловыделяющей сборки в канал реактора или с избыточной силой, выталкивающей ее из канала до . 1000 кгс. В первом случае может произойти разрушение теплрвьщёляющей сборки при ее. утыкании в тракте канала ядерного реактора, а во второмслучае напряжения в механической системе перемещения захвата перегрузочной машины Превышают допустимые, что усложняет работу контрольных сист-ем перегрузочной машины и требует увеличения, жесткрсти толкающих цепей, что недопустимо из-за увеличения их инерционных масс. . . Дальнейшее вращение 7 сжимает уплотняющее средство 3 нажимнрй шайбрй 5. Процесс сжатия, протекающий под воздействием осевой силы передаваемой нажимной шайбой, происходит следующим образом. . Раскрываются наружные лрпасти нижних, а затем последовательно снизу вверх и другие удлиненные наружные лопасти у.плотнительного средства 3 (см.фиг.2). Упругое разрезное кольцо (упругий элемент) 11 перемещается радиально и вниз по верхн ей конической опорной поверхности опорного утолщения 2 (см.фиг.3). Раскрывается угол до контакта с уплотняемыми поверхностями, при этом вершина 12 профиля нажимной шай-т бы и верхних слоев уплотнительного средства 3 совмещаются между собой 5 на величину & , при этом происходит раскрытие наружных и внутренних лопастей до полного, перекрытия ра- ,. диальных зазоров.

Внешние лопасти V -образных ме- О таллических колец, раскрьгеаясь, разворачивают также и слои наполнителя из более эластичного материала, который, опережая кромки металлических лопастей, легко вдавливается в 15 микронеровности уплотняемых цилиндрических поверхностей, обеспечивая таким образом герметизацию уплотняемого соединения/

Для прокладки с наполнителем из 20 прессованного асбеста требуется удельная сила сжатия порядка 100 кгс/см, т.е. напряжение сжатия в наполнителе.... в три раза меньше требуемого уплотняго: щего давления для плоских прокладок 25 из прессованного асбеста. Это объясняется двумя факторами существующего процесса сжатия уппотнительного ; средства 3, а именно выступанием материала .наполнителя в процессе меха-.30 нического разворота металлических лопастей V-образных колец, усиливающим действием упругого разрезного кольца, которое в контакте с конусом опорного утолщения подвески образует ме- jj ханизм-усилитель.

При разуплотнении канала реактора нажимная шайба 5 поднимается вверх упругим элементом 11-, а упругое разрезное кольцо 4, перемещаясь по верх-4о ней конической опорной поверхности опорного утолщения 2,перемещает вверх уплотнительное средство 3, при этом наружные лопасти профиля отходят

от стенок канала реактора и таким образом образуется зазор, который поз оляет свободно удалить подвеску топливной сборки из канала реактора.

Изобретение разработано применительно к изд.№ 488 и в настоящее вр.емя находится в стадии опытной проверки на Ленинградской АЭС.

Технико-экономические преимущества предложенного устройства посравнению с прототипом заключаются в . г уменьшении габаритов уплотнительного узла, в увеличении его температурной и радиационной стойкости, |В увеличении надежности уплотнения и в уменьшении усилия установки (извлечения) тепловыделяющей сборки в канал ядерного реактора.

По сравнению с аналогичным устройством t2 j преимущества предложенного устройства заключаются в обеспечении многократной надежности герметизации технологических каналов ядерного реактора без предварительной подготовки уплотняемой поверхности : канала реактора, в облегчении условий постановки подвески тепловыделяющей сборки S канал реактора, в улучшении условий работы механизма герметизации перегрузочной машины за 1счет уменьшения крутящего момента на ключе гайковерта перегрузочной машины, что в конечном итоге приводит к упрощению, его конструкции. Кроме того, это устройство позволяет уплотнять деформированные каналы реактора..

Предложенное устройство может заменить подвеску телловьзделяющей сборки,.находящуюся в настоящее время в эксплуатации на Ленинградской АЭС.

/

/

1. УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ,'например, подвески тепловыделяющей.сборки ядерного реактора, содержащей подпружиненное уплотнительное средство, контактирующее с конической канавкой нажимной шайбы, отличающийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных качеств уплотнительного узла, уплотнительное средство выполнено в виде чередующихся слоев металлического у-об- разного профиля и наполнителя, a диаметр вершины металлического V-образ- ного профиля, входящего в углубление конической канавки нажимной шайбы, выполнен на 0-1 мм меньше диаметра углубления.2. Уплотнительный узел по п.1, отличающи и. с я тем, что наружные лопасти металлического V-образного профиля в 1-2 раза длиннее внутренних.'.(Л