Система защиты разделительного стекла пузырьковой камеры Советский патент 1983 года по МПК G01T5/06 G01T7/12 

5 «

2.Система по п. 1, отличающаяся тем, что запорный клапан установлен в стенке охранного объема камеры и выполнен в виде клапана прямого действия с затвором взаимодействующим своим выступающим штоком с обоймой разделительного стекла, причем, величина выступления штока затвора соответствует аварийному положению стекла.

3.Система по пп. 1 и 2, о т л ичающаяся тем, что в нее введен обратный клапан, служащий для предотвращения сброса воды из охранного объема в случае падения давления в контуре подпитки и установленный в одном корпусе с запорным клапаном.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что в контур подпитки дополнительно введены ем,кость и компенсатор с эластичной диафрагмой, разделяющей его гидравлическую и пневматическую полости, снабженный датчиком положения диафрагмы, опорной решеткой в пневматической полости и ноже для прокола диафрагмы в крайнем положении в гидравлической полости, причем пневматическая полость компенсатора.через газовый редуктор подключена к внешнему источнику сжатого газа, а детальная часть контура подпитки заполнена водой.

1. СИСТЕМА ЗАЩИТЫ РАЗДЕЛИТЕЛЬНОГО СТЕКЛА ПУЗЫРЬКОВОЙ КАМЕРЫ,содержащая BHejuiHHft источник рабочей среды, подвижное разделительное стекло, заключенное в обойму, контур подпитки, подсоединенный к охранному объему пузырьковой Кс1меры, заполненному водой, отличающаяся тем, что, с целью повышения эксплуатационных характеристик , контур подпитки подключен к внешнему источнику рабочей среды, снабжен регулятором давления и запорным клапаном для обеспечения возможности его сообщения с охранным объемом при перемещении разделительного стекла в аварийное положение.

Изобретение относится к области экспериментальной ядерной физики, в частности к противоаварийным системам защиты разделительного стекла пузырьковой камеры от разрушения в случае аварийной утечки воды из охранного объема.

Известны конструкции тяжеложидкостных пузырьковых кймер l , в которых фотографирование рабочего объема производится через подвижное оптическое стекло, разделяющее ее рабочий и охранный объемы, отделенное от фотокамер слоем оптически-прозрачной малосжимаемой жидкости (например воды) . Будучи разгруженным от давления в нормальной ситуации, такое стекло неизбежно разрушается в случае аварийной утечки воды из охранного объема, поскольку оно не в состоянии выдержать одностороннего действия давления, величина которого в подобных камерах достигает 30 атм. Проблема защиты разделительных стекол приобрела особую актуальность в связи с резким увеличением их размеров и стоимости в современных пузырьковых камерах.

Ближайшей к предлагаемой является система .защиты разделительного стекла пузырьковой камеры, содержащая внешний источник рабочей среды, подвижное разделительное стекло, заключенное в обойму, контур подпитки подсоединенный к о ранному объему пузырьковой камеры, заполненному водой .

Известная система защиты разделительного стекла пузырьковой камеры СКАТ-М Содержит заключенные в обойму подвижное оптическое стекло,

совместно с кольцевой диафрагмой, разделяющее рабочий (заполненный сжиженным газом) и охранный (заполненный водой) объемы камеры, которые соединены между собой контуром подпитки с установленным в нем кс отеисатором. Внутренний объем компенсатора герметично разделен эластичной диафрагмой на две полости, в одной из которых, сообщенной через

0 обратный клапан с рабочим объемом, установлена опорная решетка, а во второй, сообщенной с охранным объемом, установлен указатель положения диафрагмы и укреплен нож для прокола

5 диафрагмы. В охранном объеме установлены упоры, ограничивающие перемещение разделительного стекла в сторону охранного объема.

Эта «ристема обладает рядом серьезных недостатков. .

При работе камеры в динамическом режиме из-за неодновременности процессов изменения давления, происходящих в кгилере и сообйценных с ней

5 протяженными и имеющими ограниченное проходное сечение коммуникациями полостях компенсатора,, имеет место постоянная перекачка воды из компенсатора в охранный объем, что

Q вызывает дрейф подвижного разделительного стекла в сторону рабочего Объема. Следствием з.того. эффекта является непостоянство масштаба фотографировани,я. рабочего объема и,

с кроме того, необходимость постоянно прерывать работу камеры для возвращения стекла (и диафрагмы компенсатора ) в исходное положение. На практике этой системой пользовались только в статическом режиме,

«J при работе же камеры, в динамическом режиме ее приходилось отсекать . Рассматривая работу системы при статическом режиме камеры нетрудно заметить, поскольку функционирование контура подпитки возможно только при наличии перепада давлений, стекло должно сесть на упоры в охранном объеме. Очевидно, что производительность контура подпитки выбранных конструктивных параметрах) зависит от величины перепад давлений, воспринимаемых стеклом, значение же допустимой величины этого перепада для больших стекол не превышает 1 атм. Это обстоятельство существенно ограничивает величину допустимой утечки воды, т.е. рабочий диапазон системы защиты. Существует постоянный риск смешения сред, заполняющих рабочий и охранный объемы, последующее разделение которых представляет значительные трудности. Целью изобретения является повышение эксплуатационных характеристик системы-защиты разделительного с-текла пузырьковой камеры путем уст ранения вышеуказанных недостатков. Поставленная цель достигается тем, что в известной системе защиты разделительного стекла пузырьковой KcUtieiXii, содержащей внешний источник рабочей среды, подвижное разделительное стекло, заключенное в обойм , контур подпитки, подсоединенный к охраннсму объему пузырьковой камеptt, заполненному водой, контур подп |ки подключен к внешнему источнику рабочей среды, снабжен регулятором давления и запорным клапаном для обеспечения возможности его сообщенйя Суохранным объемом при перемещении разделительного стекла в аварийное положение, а также тем, что запорный клапан установлен в стенке охранного объема камеры и выполнен в виде клапана прямого действия с затвором, взаимодействующим своим выступающим штоком с обоймой разделительного стекла, причем, величина выступания штока затвора соответствует аварийному положению стекла, а также тем, что в нее введен обратны клапан, служащий для предотвращения сброса воды из охранного объема в случае падения давления в контуре подпитки и установленный в одном корпусе с запорным клапаном, а такж тем, что в контур подпитки дополнительно введены емкость и компенсато с эластичной диафрагмой, .разделяющей его гидравлическую и пневматическую полости, снабженной датчиком положения диафрагм, опорной решетко и пневматической полости и ножом для прокола диафрагмы в крайнем положении в гидравлической полости, причем пневматическая полость компенсатора через газовый редуктор подключена к внешнему источнику сжатого газа, а остальная часть контура подпитки заполнена водой. Благодаря этому контур подпитки в нормальной ситуации отсечен от охранного объема запорным клапаном и его наличие совершенно не оказывает влияния на характер динамических процессов в камере, это позволяет использовать предлагаемую систему в любой момент времени функционирования камеры (как в статическом, так и в динамическом режиме ее работы). Благодаряналичию внешнего источника рабочей среды и регулятору давления имеемся возможность значительно увеличить перепад давлений, определяющий производительность контура подпитки, что расширяет рабочий диапазон системы, причем ее действие не ограничено по времени. Функциональная связь открытия запорного клапана с положением стекла наделяет систему свойством саморегулирования - она включается в работу при перемещении разделительного стекла в аварийно опасное положение и отключается как только оно вернется в допустимый предел. Отсутствие связи контура подпитки с рабочим объемом исключает риск смешения сред, находящихся в рабочем и охранном объемах. Конструктивно запорный Клапан установлен в расточке охранного объема камеры в непосредственной близости от стекла и выполнен в виде клапана прямого действия с затвором, взаимодействующим скоим .выступающим штоком и обоймой разделительного стёкла. Величина выступания штока затвора точно соответствует пределу допустимого перемещения стекла в охранный объем. Такое конструктивное исполнение обеспечивает наиболее простую и надежную реализацию функциональной связи открытия запорного Клапана с аварийным положением стекла. В общем корпусе с запорным клапаном смонтирован обратный клапан, установленный таким образом, чтобы воспрепятствовать сбросу воды из охранного объема при внезапном падении давления в корпусе подпитки. Такая компоновка клапана обеспечивает наиболее высокую степень надежности системы защиты. Для удобства эксплуатации системы в качестве рабочего тела контура подпитки применен сжатый газ, однако, поскольку присутствие газа в охранном объеме совершенно недопустимо, непосредственный контакт воды охранного объема с газом является Нежелательным (так как возможно попадание газа в охранный объем из-за

негерметичности затвора запорного клапана или при первом же его срабатывании) ,

Для надежного разделения сред в контур подпитки введен ксвчпенсатор, внутренний объем которого эластичной диафрагмой разделен на две полости/ в одну из которых через ГАЗОВЫЙ редуктор подается сжатый газ от внешнего источиика, а остальная часть контура подпитки (включая вторую полость компенсатора) запол йена водой, причем для увеличения ее запаса введена емкость, расположенная между компенсатором и запорным клапаном. Компенсатор дополнительно оборудован датчиком положения диафрагмы, что дает возможность контролировать неизменность объема воды в гидравлической части контура подпитки при нормальной ситуации и зафиксировать уменьшение этого объема, что служит сигналом о начале раб9ты системы, т.е. об аварийно-опасной ситуации. В гидравлической полости компенсатора установлен нож для прокола диафрагкв 1, занявшей крайнее полсджение после вытекания воды). Таким образой, величина объема гидравлической полоти компенсатора определяет запас времени на ликвидацию возникшей утечки, до истечения которого система еще может быть-возвращена в исходное состояние (когда пневматическая и гидравлическая части контура подпитки герметично разделены), а величина суммарного .объема гидравлической части контура подпитки полный запас времени на оперативное вмешательство в аварийной ситуации. В пневматической полости компенсатора установлена опорная решет ка, на которую ложится диафрагма в случае внезапного падения давления газа в контуре подпитки.

На чертеже изображена принципиальная пневмогидравлическая схема системы защиты.

В корпусе пузырьковой камеры установлейо заключенное в герметическую обойму оптическое стекло 1 совместно с кольцевой мембраной 2, разделяющее рабочий 3 (заполненный, например, фреоном) и охранный 4 (заполненный, например, водой) объем. Обойма разделительного стекла 1 установлена на подвижных опорах, расположенных в охранном объеме (на чертеже не показаны), полость которого выполнена с уступом 5, ограничиванмцим перемещение обоймы со стеклом ,в сторону охранного объема, и подсоединена к контуру подпитки, содержащему последовательно соединенные друг с другом газовый редуктор 6, компенсатор 7, резервную емкость 8 и к лапанный блок 9, устанрвленный в расточке стенки охранного объема и содержащий разметенные в общем корпусе нормально-закрытый запорный клапан прямого действия с затвором 10, выполненным заодно с нажимным штоком, выступающим в полость охранного объема, и обратный клапан с затвором 11. Затворы 10 и 11 клапанов, поджатые пружиной 12 к соответствующим седлам корпуса, разобщают охранный объем и контур подпитки. Величина В выступания штока затвора 10 относительно плоскости уступа 5 в охранном объеме точно соответствует пределу допустимого перемещения разделительного стекла в эту сторону. Внутренний объем компенсатора разделен эластичной диафрап 4Ой 13 на две полости - пневматическую А. и гидравлическую Б. В полости Б установлен нож 14 для прокола диафрагмы в крайнем верхнем положении и датчик 15 для контроля ее положения. В полост А установлена опорная решетка 16 и предохранительный клапан 17, ПоjyocTb Б сообщена с верхом емкости 8, низ которой сообщен с клапанным блоком 9, образуя гидравлическую часть контура подпитки, заполненную водой. Полость А сообщена с газовым редуктором 6. В рабочем объеме камеры установлены датчики 18 контроля положения стекла 1,

Предлагаемое устройство работает след тощим образом.

Давление фреона в рабочем объеме 3 передается через разделительное стекло 1 и кольцевую мембрану 2 на воду, находящуюся в охранном объеме 4. Сжатый воздух от внешнего источника (на чертеже не показан) через газовый редуктор б под давлением, превышающим давление в охраном объеме, подается в полость А компенсатора 7. Его давление через диафрагму передается на воду, находящуюся в гидравлической части контура, запертого затвором 10 запорного клапана.

Б случае возникновения утечки воды из охранного объема обойма с разделительным стеклом, перемещаясь в сторону охранного объёма, нажимает на шток затвора 10 запорного клапана, который открывается, и вода находящаяся под избыточньпи (по отношению к охраннсллу объему) давлением, попутно открывая обратный клапан, поступает в охранный объем, коМпенсируя утечку и тем самым предотвращая дальнейшее движение стекла упоре охранного объема. Вследствие расходования запаса воды в контуре диафрагма компенсатора прогибается, при этом датчик 15 положения диафрагмы выдает сигнал о начале работы системы компенсации и информацию о

величине утечки (по скорости перемсг щения диафрагмы. Если утечка не будет оперативно ликвидирована, то диафрагма, вытеснив из компенсатора, прорывается о нож 14, после чего вытеснение воды из резерной емкости 8 производится непосрественно сжатым воздухом. Даже если весь запас воды в контуре будет израсходован и за это время утечка не прекратится, а давление в рабочем объеме не будет сброшено (фреон из рабочего объема не успеют слить, в охранный объем станет поступать ежа тый воздух, создавая в нем необходимое противодавление . Разумеется, к этому моменту работа системы изменения давления пузырьковой камеры должна быть прекращена). В случае внезапного падения давления в контуре компенсатора неисправность в линии подачи газа, разгерметизация элементов системы и т.п.) диафрагма 13 компенсатора ложится на опорную решетку 16, предотвращая сброс запаса воды из системы если авария случится в гидравлической .части контура системы, обратный клапан предотвратит утечку воды из охранного объема.

Предложенная система защиты разделительного стекла построена по принципу эшелонированной обороны в зависимости от xapaiitTepa аварийной утечки срабатывание ее проходит в 3 этапа.

Первый - от начала до окончания прогиба диафрагмы компенсатора. На этом этапе изменения в системе обратимы, т.е. после ликвидации утечки гидравлическая часть контура подпитки пополняется водой, и диафрагма компенсатора возвращается в исходное положение.. Продолжительность этого этапа зависит от объема гидравлической полости компенсатора.

Второй - от момента прокола диафрагмы до израсходования всего запаса воды в гидравлической части контура подпитки. Ликвидация утечки на этом этапе не нарушает работоспособности камеры, хотя и требуется замена диафрагмы компенсатора для восстановления исходного состояния ,системы. Продолжительность этого этапа зависит от запаса воды в гид- ,

5 -равлической части контура подпитки. Выбором объема резервной емкости с водой можно обеспечить достаточный запас времени для оперативного вмешательства (вплоть-до полного

0 удаления фреона из рабочего объема).

Третий - от момента поступления . в охранный объем сжатого газа, что уже нарушает работоспособность камеры. Продолжительность этого этапа

5 благодаря наличию внешнего источника сжатого газа не ограничена.

f Основные преимуш.ества предложенной системы защиты по сравнению с Iизвестной системой, состоят в сле дующем: она находится в постоянной готовности к действию в любой момент -времени (как при работе системы изменения давления, так и во время ее остановки , причем, как под5твердили испытания, ее подключение к охранному рб-ьему камеры соверценно не оказывает влияния на характер динамических процессов в камереi она обеспечивает надежное разделение рабочих сред (воздух-вода) во внешнем контуре подпитки, что позволяет продолжать нормальную работу камеры после оперативной ликвидации возникшей утечки, при этом

5 следует подчеркнуть, что отсутствие контура связи по линии фреон-вода исключает риск смешения этих сред

выбором объетла резервной,емкости с водой обеспечивается любой запас времени, для оперативного вмешатель0ства в аварийной ситуации -{вплоть до полного удаления фреона из. рабочего объема камеры).

Применение.предложенной системы позволило решить проблему надежной

5 защиты разделительного стекла пузырьковой камеры СКАТ от разрушения в случае возникновения утечки воды из охранного объема.