Импульсный предохранительный клапан принцип работы

Импульсные предохранительные клапаны прямого действия как решение проблемы повышения надёжности предохранительных устройств

В. М. Шокало, инженер по техническому надзору, Новочеркасская ГРЭС, г. Новочеркасск, Ростовская обл.

На ТЭЦ с параметрами высокого давления применяются импульсные предохранительные клапаны (ИПУ) непрямого действия, которые представляют собой корпус со сбросным клапаном, действующим на закрытие, и гидроприводом, действующим на принудительное открытие сбросного клапана (рис. 1). Гидропривод ИПУ с защищаемым объектом соединён импульсными трубками через импульсный клапан. Поршень гидроцилиндра имеет сальниковое уплотнение и ручную поджимную грундбуксу. Для смягчения ударов уплотнительных поверхностей ИПУ имеет противоударное устройство с уплотняемым штоком и механизм с уплотняемым штоком удержания в закрытом состоянии сбросного клапана при работе под вакуумом.

Рисунок 1. Импульсные предохранительные клапаны непрямого действия (фото с сайта wnroilfield.com).

Принцип работы ИПУ непрямого действия заключается в следующем. Давление среды защищаемого объекта действует на закрытие сбросного клапана. При срабатывании импульсного клапана на его открытие в атмосферу происходит, как правило, заполнение гидропривода рабочей средой из защищаемого объекта и создание давления для открытия сбросного клапана за счёт разности рабочих площадей сбросного клапана и поршня гидропривода.

Дополнительное время на заполнение гидропривода рабочей средой и создание в нём достаточного давления приводит к инерционности (запаздыванию открытия сбросного клапана ИПУ) в аварийных режимах [1-3].

По этой причине в 70-е годы на Новочеркасской ГРЭС произошли две аварии
с разрывом растопочного сепаратора и растопочного трубопровода – не сработали по 3 параллельно установленных ИПУ. После аварий дополнительно были смонтированы мембранные предохранительные устройства (МПУ).

На не блочных ТЭЦ с параметрами низкого и среднего давления, а также в крупных котельных, в основном, применяются пружинные предохранительные клапаны прямого действия, более надёжные, но малой пропускной способности, где давлению среды на золотник противодействует сила сжатия пружины (рис. 2).

Рисунок 2. Пружинный предохранительный клапан прямого действия (фото с сайта wikiwand.com).

Принцип работы ИПУ непрямого действия заключается в следующем. Давление среды защищаемого объекта действует на закрытие сбросного клапана. При срабатывании импульсного клапана на его открытие в атмосферу происходит, как правило, заполнение гидропривода рабочей средой из защищаемого объекта и создание давления для открытия сбросного клапана за счёт разности рабочих площадей сбросного клапана и поршня гидропривода.

Дополнительное время на заполнение гидропривода рабочей средой и создание в нём достаточного давления приводит к инерционности (запаздыванию открытия сбросного клапана ИПУ) в аварийных режимах [1-3].

По этой причине в 70-е годы на Новочеркасской ГРЭС произошли две аварии
с разрывом растопочного сепаратора и растопочного трубопровода – не сработали по 3 параллельно установленных ИПУ. После аварий дополнительно были смонтированы мембранные предохранительные устройства (МПУ).

На не блочных ТЭЦ с параметрами низкого и среднего давления, а также в крупных котельных, в основном, применяются пружинные предохранительные клапаны прямого действия, более надёжные, но малой пропускной способности, где давлению среды на золотник противодействует сила сжатия пружины (рис. 2).

Рисунок 3. Импульсный сильфонный предохранительный клапан: 1 – корпус; 2 – импульсный клапан; 3 – сбросной клапан; 4 – сильфонный гидроцилиндр; 5 – дроссельная шайба.

Кроме того, конструкция ИСПК значительно упрощена в сравнении с конструкцией ИПУ. В данной конструкции нет противоударного устройства с уплотняемым штоком, нет механизма удержания сбросного клапана при работе под вакуумом, а сильфонный гидропривод не имеет сальникового уплотнения, вследствие чего, расхаживание (продувка) ИСПК ограничивается только расхаживанием импульсных клапанов, что снижает риск необходимости вывода в ремонт защищаемого оборудования в аварийных ситуациях.

Принцип работы ИСПК прямого действия заключается в следующем. Давление среды защищаемого объекта действует на открытие сбросного клапана, который удерживается в закрытом состоянии сильфонным гидроприводом вследствие разности площадей рабочих поверхностей сбросного клапана и сильфонного гидропривода. При срабатывании импульсного клапана на его открытие в атмосферу происходит мгновенное снижение давления в сильфоне и под действием давления в защищаемом объекте мгновенно открывается сбросной клапан.

Сопутствующими факторами для высокой надёжности ИСПК являются малоподъёмность сбросных клапанов и низкая цикличность срабатывания [2].

Вывод: в результате замены ИПУ непрямого действия на ИСПК прямого действия повысится безопасность и надёжность работы ТЭЦ и котельных высоких параметров, служащих в качестве источников теплоснабжения.

Литература

1. А.К. Зыков и др. Справочник по объектам котлонадзора. – М. Энергия. 1974 г.

2. Л.Е. Андреева. Сильфоны. Расчёт и проектирование. – М. Машиностроение. 1975 г.

3. Д.Ф. Гуревич. Расчёт и конструирование трубопро­водной арматуры. – М. 5-е издание, ЛКИ. 2008 г.

Импульсно-предохранительные устройства

Главный предохранительный клапан (ГПК) типа 969-250/300-0-01 в комплекте с предохранительным импульсным (ИПК) используется в качестве автоматически действующего защитного устройства. Он предназначен для сброса пара из главных паропроводов в бассейн-барботер системы локализации аварии, когда давление в паропроводах превысит допустимые нормы (для ГПК1 — 7,35 МПа; ГПК2,3 — 7,45 МПа; ГПК4 — 7,55 МПа; ГПК5,6,7,8 — 7,84 МПа).

Все клапаны ввариваются в трубопровод в вертикальном положении (крышкой вверх), причем отклонения оси от вертикали допускается не более 0,3 мм на 100 мм высоты клапана.

Опробование и настройка ГПК на срабатывание производится совместно с импульсным клапаном на местах эксплуатации.

На рис.27 показан главный клапан ИПУ с расходом пара около 700 т/ч. В рабочем положении тарелка ГПК давлением среды прижимается к седлу и создается требуемая герметичность затвора. Уплотнительные поверхности корпуса золотника наплавлены сплавом ЦН-6 и ЦН-12. Герметичность соединения корпуса с крышкой обеспечивается сальниковым самоуплотняющимся узлом с промежуточным отводом протечек. Для увеличения усилия прижатия тарелки между крышкой и грундбуксой установлена пружина, которая частично компенсирует ударную нагрузку тарелки при срабатывании.

1 – корпус; 2 – выхлопной; 3 – тарелка; 4 –втулка; 5 – коническая шайба; 6 – сферическая шайба; 7 – гайка; 8 – контрогайка; 9 – грундбукса; 10 – упорное кольцо; 11 – стопор; 12 – предохранительная шайба; 13 – болт; 14 – предохранительная шайба; 15 – пружина; 16 – шпилька; 17 –опорный диск; 18 – поршень; 19 – рубашка поршня; 20 – грундбакса; 21 – нажимное кольцо; 22 – сальниковая набивка; 23 – крышка; 24 – стопорная планка; 25 – прокладка сальника; 26-28 – гайка; 29 – разъемное кольцо; 30 – опорное кольцо; 31 – сальниковая набивка; 32 – шайба; 33 – шпилька

Рисунок 27 – Клапаны предохранительные главные 696 –250/300 – О на Рр= 8 МПа.

По оси ГПК проходит штанга с внутренним отверстием, приваренная к выхлопному патрубку. На штанге жестко закреплен поршень. В тарелке установлена направляющая втулка. Поршень и втулка уплотнены сальниковой набивкой.

Рисунок 28 – Предохранительный импульсный клапан 901-20-ЭМ на Рр=8 МПА.

Импульсно-предохранительное устройство (ИПУ) работает следующим образом. При повышении давления в главных паропроводах сверх установленного, от электроконтактного манометра срабатывает импульсный клапан ( в случае обесточивания электромагнитов, ИК срабатывает как обычный рычажный клапан). Кроме того предусматривается возможность принудительного открытия и закрытия (подрыва и посадки) ГПК посредством переключателя со щита управления ). Пар от ИК по соединительной трубке и штанге поступает в поршневую камеру ГПК. За счет, усилия, возникающего от разности площадей поршня и тарелки, происходит открытие запорного органа и сброс излишка давления. При снижении давления до рабочего, импульсный клапан прекращает доступ пара в поршневую камеру и ГПК закрывается (выход пара из-под поршня происходит через дроссель, установленный на импульсной линии).

В конструкции ГПК предусмотрен двухстронний подвод среды и односторонний выхлоп. Имеющиеся на корпусе опорные лапы, позволяют крепить клапан специальным опорам. Для закрытия клапана предусматривается демпферное устройство в виде нерегулируемого дросселя. При срабатывании клапана происходит постепенный выход пара из поршневой камеры через отверстие в дросселе в трубопровод низкого давления и тем самым гасится удар.

ГПК управляется ИПК Dу =20 мм на Ру =8 МПа (рис.28). Рабочая среда подается на золотник через фильтр, состоящий из корпуса, сетки и подводящей трубы в виде циклона. Фильтр установлен для улавливания твердых частиц (окалины, песка, сварочного грата), попадание которых на уплотнения клапана может привести к нарушению герметичности затвора. Шток уплотняется сильфоном, крышка с корпусом — прокладкой и обваривается по периметру «на ус». Между прокладкой и усом предусмотрен отвод протечки. Уплотнительные поверхности корпуса и золотника наплавлены сплавом ЦН-6 и ЦН-12М.

Настройка клапана на рабочее давление осуществляется регулировкой расположения груза на рычаге. Рычаг со штоком соединены шарнирно при помощи призмы. Для принудительного открывания и закрывания клапана имеются два электромагнита КМП-4. Сердечники их шарнирно соединены с рычагом и при включении поднимают или прижимают рычаг, открывая или закрывая клапан. Магниты установлены на жесткой раме, связывающей их с корпусом клапана и фильтром.

Читайте также  Инверторный стабилизатор напряжения принцип работы

Контрольные вопросы:

1 На какие две группы подразделяются предохранительные клапаны прямого действия?

2 На какие типы, по способу нагружения усилием тарелки, подразделяются предохранительные клапаны?

3 Где на АС применяются рычажно-грузовые предохранительные клапаны?

4 Для чего предназначены главные предохранительные клапаны на АС с РБМК?

5 Для чего предназначен импульсно-предохранительный клапан?

6 Для чего на входе в ИПК установлен фильтр?

7 Для чего предназначены электромагниты в ИПК?

8 В каком положении может устанавливаться ГПК в трубопровод?

9 Каким образом демпфируется ГПК при закрытии?

Предохранительный клапан

Любая система, работающая под давлением, нуждается в защите от перегрузок по давлению, возникающих в нештатных или аварийных ситуациях. Для этого применяются предохранительные клапаны. Они различаются по конструкции и характеристикам, для каждой установки — газовой или жидкостной — можно подобрать подходящую предохранительную арматуру.

Назначение

Основное назначение предохранительного клапана – защита системы от повышенного давления, которое может привести к ее повреждению или даже разрушению. Клапан сбрасывает излишки рабочей среды при превышении предельного значения ее напора. Сброс происходит в дренажную систему или в атмосферу. После того, как давление в системе упадет до нормального, предохранительный клапан закрывается и сброс прекращается.

Принцип действия клапанов

Принцип работы любого предохранительного клапана чрезвычайно прост. Запирающий элемент прижимается к седлу пружиной. По мере роста давления оно начинает превозмогать силу сжатия пружины, сжимая ее и отодвигая запорный элемент от седла. В открытый просвет устремляются излишки жидкости или газа. По мере выхода напор снижается, пружина отжимает запорный элемент обратно к седлу.

Устройство закрывается и готово к следующему рабочему циклу. Сила сжатия пружины, а, следовательно, порог срабатывания регулируется винтом.

Классификация предохранительных клапанов

Специалисты классифицируют устройства по различным параметрам.

По принципу действия:

  • Прямого. Это классический механический предохранительный клапан.
  • Непрямого. Используется датчик давления, автоматика управления, дистанционно управляемый вентиль. Датчик с вентилем могут быть разнесены по разным местам конструкции.

По способу открытия затвора:

  • пропорционального (для малосжимаемых рабочих сред);
  • двухступенчатые (для газов).

По способу нагружения золотника:

  • пружинные;
  • рычажно-грузовые;
  • магнито-пружинные.

Существуют и другие типы аварийных предохранительных клапанов, применяемых в специальных промышленных установках.

Различия в конструкциях

Устройство различных предохранительных клапанов может различаться. Так, большая часть арматуры выпускается с одним седлом. Можно встретить и конструкции, в которых два седла (и два штока с пружинами) установлены рядом.

По отношению высоты подъема запорного элемента к его диаметру различают:

  • малого подъема: до 1/20;
  • среднего подъема: до 1/4;
  • полного подъема: свыше 1/4.

Чем выше степень подъема, тем быстрее срабатывает устройство. Малоподъемные модели применяются для жидкостей, там, где не требуется сбрасывать большие объемы для снижения давления до нормального. В них высота подъема пропорциональна напору среды. Полноподъемные называют также двухпозиционными. Они имеют два положения: «Открыто» и «Закрыто» и предназначены для:

  • жидкостных систем высокого давления;
  • газов.

Такая конструкция позволяет быстро сбросить значительный объем газа или жидкости и применяется в особо ответственных установках и технологических комплексах.

Самые серьезные конструктивные различия наблюдаются в способах приложения нагружающей силы к запорному органу.

Пружинные клапаны

Наиболее распространены в бытовых системах- водонагревательных, водопроводных, отопительных. Золотник прижимается к седлу силой сжатой пружины. Изменяя степень предварительного сжатия пружины регулировочным винтом, можно настраивать ее на разные предельные значения. Многие модели снабжаются рычагом принудительного ручного открытия затвора для того, чтобы время от времени проверять работоспособность. Для устройств, работающих в опасных и вредных для здоровья средах, ручная контрольная продувка не предусматривается. Пружины, седла и камера устройств, работающих в агрессивных жидкостях и газах, покрывается специальными антикоррозийными покрытиями.

Шток, проходящий через корпус, уплотняется двойным сальником из особо стойких материалов (специальные сорта резины, фторопласт), исключающим в нормальных условиях проникновение агрессивных веществ в помещение.

Рычажно-грузовые клапаны

Такие конструкции для противодействия силе напора используют силу земного притяжения. Они могут монтироваться только в строго определенном производителем положении относительно горизонта и не допущены к применению на транспортных средствах и других подвижных объектах. Вес груза передается через рычаг штоку золотника, уравновешивая его до тех пор, пока давление в трубопроводе ниже порогового.

При больших значениях напора заметно увеличиваются габариты рычагов и грузов. Кроме того, они могут входить в резонанс и создавать высокие уровни вибрации.

Чтобы избавиться от этих эффектов, и применяют двухседельные клапаны, каждый из которых невелик по габаритам и весу. Регулировка таких устройств проводится добавлением или удалением части груза, размещенного на рычаге. Они отличаются стабильностью параметров работы и отсутствием эффекта старения пружин, снижающих их упругость.

Магнито-пружинные клапаны

Современные конструкции относятся к изделиям непрямого действия. Запорный элемент приводится в действие соленоидом. В нормальном положении электромагнит прижимает его к седлу, а по достижении предельного напора автоматика управления отключает напряжение на катушке индуктивности. Давление среды отжимает золотник и затвор открывается.

В другой конструкции прижатие осуществляется мощной пружиной, а по достижении порогового значения напора управляющая команда включает соленоид, и он поднимает клапан.

Существует исполнение, в котором соленоид и прижимает золотник, и отжимает его под действием противоположно приложенного напряжения. В случае отключения питания устройство продолжает работать как обычное пружинное.

Главное преимущество магнитных устройств — для задания порогового значения нет необходимости в физическом доступе к арматуре. Порог можно изменить в настройках программы управления в зависимости от текущей ситуации или особенности данной стадии технологического процесса.

Такие конструкции стоят существенно дороже своих механических аналогов, но многократно окупают себя в сложных промышленных установках с большим чистом параметров и влияющих друг на друга элементов.

Технические требования к предохранительным клапанам

Основное требование, предъявляемое к аварийной арматуре- это надежность и четкость срабатывания. Достигается это за счет:

  • Быстрое открытие при достижении порога срабатывания.
  • Достаточная пропускная способность при открытии.
  • Четкое закрытие при снижении напора до допустимого уровня.
  • Гарантия герметичности и отсутствие утечек при нормальном напоре до и после срабатывания.
  • Безотказность в течении паспортного срока эксплуатации и проектного числа срабатываний. Стабильность параметров упругих элементов и качества поверхностей золотника и седла.

Вся предохранительная арматура обязательно должна периодически испытываться на работоспособность, целостность и качество уплотнений. Для этого ее демонтируют и направляют в сертифицированную поверочную лабораторию или испытательный центр. Для предохранителей, работающих в сложных установках непрерывного цикла, допускается проверка на месте. Ее проводят методом испытания в действии.

Правила и стандарты

Применение предохранительной арматуры регулируется национальными и отраслевыми стандартами, правилами эксплуатации и техническими указаниями.

Для сосудов, работающих под давление, применяют следующие регламентирующие документы:

  • (ПБ 03-576-03). Правила безопасности для сосудов и установок давления.
  • «Boiler & Pressure Vessel Code» Американский стандарт.
  • ГОСТ 24570-81 Национальный стандарт по предохранительным клапанам.

Системы, защищаемые аварийной арматурой, в случае их нештатной работы или аварии, представляют собой значительную угрозу производственной и общественной безопасности. Поэтому их проектирование, комплектация, монтаж, эксплуатация курируются уполномоченными органами, следящими за соблюдением требований правил и стандартов на всех этапах жизненного цикла оборудования. В РФ это поручено Ростехнадзору.

Выбор аварийной арматуры

При проектировании системы водоснабжения, отопления или технологической установки необходимо четко определить предельные значения давления, допустимые для ее компонентов или участков сети. При этом учитываются такие параметры, как:

  • производительность бойлера или главного насоса;
  • объем и рабочая температура рабочей среды;
  • особенности ее циркуляции.

Исходя их этого, определяют тип, сечение, пропускную способность, пороговое значение срабатывания, скорость срабатывания и время возвращения в исходное состояние, а также количество и места монтажа предохранительной арматуры.

В бытовых отопительных системах чаще всего применяются пружинные клапаны. Для жидкостных сред вполне достаточно использовать устройства низкого или среднего подъема. Пропускная способность должна обеспечивать быстрый сброс напора до допустимых величин.

Конструкция корпуса определяется местом сброса излишнего количества рабочей среды. Если она будет сбрасывать непосредственно в окружающую среду- достаточно клапана открытого типа. Если сброс должен происходить в дренаж- потребуется корпус с выходным патрубком соответствующего типа присоединения. Чаще всего используют резьбовой или ниппельное.

Ни в коем случае нельзя приобретать клапан с завышенным относительно расчетного порогом срабатывания. Такое устройство не откроется в нужный момент. Это может привести к повреждению оборудования или даже к полной аварии системы.

Читайте также  Виды и принцип работы трансформатора простым языком

Импульсный предохранительный клапан принцип работы

В 3-м выпуске журнала «Вестник арматуростроителя» вышла статья М.В. Волкова, начальника КБ предохранительной арматуры

Требования, предъявляемые к предохранительной трубопроводной арматуре, сейчас очень высоки. Ощущается серьёзная конкуренция со стороны иностранных производителей. НПО «Регулятор» постоянно ведёт работу по поиску лучших решений для заказчика различных типов арматуры, разрабатывает новые типы устройств, позволяющие оптимизировать работу оборудования и получать лучшие характеристики. Являясь лидером в части проведения научно-исследовательских работ в области трубопроводной арматуры, НПО «Регулятор» становится центром компетенций для наиболее сложных типов арматуры – регулирующей, предохранительной, то есть тех, где расчёты показателей арматуры наиболее сложны.

Принцип работы и краткая методика расчёта работоспособности подрывных клапанов прямого действия

Импульсные предохранительные клапаны с пилотным управлением предназначены для предотвращения повышения давления в трубопроводе или в сосуде под давлением выше определенного значения. В отличие от классических пружинных клапанов в импульсном золотник садится на седло под действием давления самой среды, а не пружины. Это позволяет создавать предохранительные клапаны с диаметром седла равным номинальному диаметру, что позволяет увеличить пропускную способность устройства. Из-за отсутствия пружины клапаны с импульсным управлением имеют габариты как минимум на 20% меньше, а в некоторых случаях эта цифра достигает 80%.

Пилотные предохранительные клапаны прямого действия, производимые НПО «Регулятор», разделяются на два типа по принципу работы – подрывные и перепускные. Первые обеспечивают быстрое и полное открытие за доли секунды, вторые имеют пропорциональное открытие, т.е. чем выше превышение давления относительно установочного, тем выше подъем золотника.

Рассмотрим работу пилотного предохранительного клапана подрывного типа. Цикл работы клапана разбивается на три части. Вначале давление во входном патрубке ниже давления начала открытия и оно переходит из него под колпак через пилот, а так как цилиндр по площади больше диаметра седла, то вектор силы направлен на закрытие, при этом перепускной затвор пилота открыт, а выпускной закрыт. На второй стадии давление во входном патрубке повышается выше давления начала открытия. В результате перепускной затвор пилота закрывается, отсекая входной патрубок от полости цилиндра, и открывается выпускной затвор пилота, что приводит к уменьшению давления в цилиндре и вектор силы изменяется на открытие. По достижении давления закрытия перепускной затвор пилота открывается, а выпускной закрывается. Среда вновь поступает в полость над колпаком и основной клапан закрывается.

При расчёте подрывного пилотного клапана необходимо согласовать работу двух устройств: пилота и основного клапана. Рассмотрим расчётную схему на рисунке 1.

Для расчёта необходимо соблюсти условие работоспособности
, (1)
– сила на поршень от динамического действия среды при давлении закрытия (нами принят 0,95 от давления настройки), находится методом конечных элементов, Р_(н.о) — давление начала открытия, S_1 — площадь седла основного клапана.

Конструкция выпускного затвора пилота должна обеспечивать падение давления до уровня обеспечения открытия золотника основного клапана. Это давление найдём по формуле:

, (2) где P_закрытия — давление закрытия выпускного затвора пилота, F_поршня — сила, действующая на золотник снизу от среды, S_2 — площадь поршня

Далее рассмотрим равновесие золотника пилота. Снизу на него действует сила от динамического действия среды и сила от давления среды в перепускном затворе, а сверху сила пружины. Таким образом, имеем уравнение равновесия:
, (3) где F(P_закрытия) — сила от динамического действия среды, F^∆P- сила от давления среды в перепускном затворе, F_пруж^ — сила пружины

Сила от давления среды в перепускном затворе находится по формуле:
, (4) где P_н — давление настройки, P_закрытия — давление закрытия пилота, S_3 — площадь перепускного затвора

Если левая часть равенства (3) больше нуля, то уменьшается давление закрытия, если меньше нуля, то не происходит открытия основного клапана при срабатывании пилота, если равно нулю, то клапан открывается при давлении начала открытия и закрывается при давлении закрытия по проекту. Выполнение равенства (3) достигается изменением геометрии золотника выпускного затвора, которая даёт изменение силы от динамического действия среды, данная сила находится методом конечных элементов. Важным условием также является больший по сравнению с выпускным диаметр перепускного седла.

Несмотря на относительную сложность расчётов и производства этих клапанов, их преимущества по сравнению с пружинными неоспоримы, и в будущем пилотные клапаны НПО «Регулятор» станут достойной заменой пружинным.

Максим Витальевич Волков,
к. т. н., начальник конструкторского бюро предохранительной арматуры
НПО «Регулятор».

Импульсно-предохранительное устройство

Предполагаемая полезная модель относится к машиностроению, в частности, к арматуростроению, и может найти применение в атомной энергетике и в других отраслях промышленности. Новым в полезной модели является то, что в импульсно-предохранительном устройстве датчик положения импульсного клапана установлен под электромагнитом импульсного клапана, причем, рычаг его непосредственно связан со штоком импульсного клапана, корпус датчика положения импульсного клапана конструктивно выполнен как несущая деталь и содержит фланец, на который установлен электромагнит импульсного клапана. В качестве достижения технического результата следует указать то, что в устройстве достигается уменьшение времени ремонта и улучшение условий эксплуатации.

Предполагаемая полезная модель относится к машиностроению, в частности, к арматуростроению, и может найти применение в атомной энергетике и в других отраслях промышленности.

Предметом рассмотрения являются импульсно — предохранительные устройства (ИПУ) с дополнительной линией управления (ДЛУ), предназначенные для защиты первого контура АЭС с реакторными установками (РУ) типа ВВЭР путем автоматического сброса давления рабочей среды из компенсатора давления (КД) в барботер при нарушении нормальных условий работы, при проектных авариях и реализации процедуры «feed and bleed» в условиях запроектных аварий. ИПУ представляет собой блочную конструкцию, состоящую из главного клапана (ГК) с поршневым приводом, двух импульсных (ИК) и одного отключающего (ОК) клапанов, имеющих электромагнитные приводы, клапана настройки и дополнительной линии управления, поставляемой в

виде отдельного блока, присоединяемой к ГК ИПУ трубопроводом. ДЛУ предназначена для управления ИПУ в условиях запроектной аварии с целью ослабления ее последствий путем принудительного открытия ГК ИПУ и снижения давления в первом контуре до величины менее 0,98 МПа. Тем самым ДЛУ обеспечивает выполнение процедуры «feed and bleed» no международным нормам. Кроме того, дополнительная линия управления может быть использована для регламентных проверок функционирования ИПУ при остановленном реакторе

Среди устройств подобного рода известен клапан, описанный в а.с. СССР №1672065, МКИ F 16 K 1/46. Он содержит корпус с седлом и запорный орган с хвостовиком, на котором с радиальным зазором, обеспечивающим его свободное перемещение, установлен уплотняющий узел, причем на хвостовике запорного органа коаксиально уплотняющему узлу выполнен кольцевой выступ с каналами, сообщающими надклапанную и подклапанную полости при открытом положении запорного органа, при этом суммарное проходное сечение каналов равно условному проходу клапана.

Известно устройство по а.с. СССР №1624225, F 16 K 17/02. В нем предохранительный клапан с сильфонным уплотнением содержит корпус с выходным и входным патрубками, подпружиненный шток с запорным органом и колпак, в котором расположен поршень. При наличии рабочего давления во входном патрубке и противодавления в выходном патрубке в

полости под действием противодавления создается усилие на поршне. Он через пружину действует на шток вниз и компенсирует выталкивающее усилие по сильфону и по штоку вверх.

Известно также выпускаемое промышленностью импульсно-предохранительное устройство УФ 50024-100. Оно является наиболее близким по технической сущности к предполагаемой полезной модели и принято за прототип. Это устройство содержит главный клапан, импульсные клапаны и клапан настройки с установленными датчиками положения ГК, ИК, ОК, состоящими из рычага с магнитом и сигнализатора с контактами, отключающий клапан, дополнительную линию управления. Данное устройство обеспечивает работу в условиях защиты первого контура АЭС путем автоматического сброса давления рабочей среды. Однако в конструкциях подобного типа датчик положения импульсного клапана располагался на электромагните. Это требовало трудоемких операций по перенастройке датчика положения импульсного клапана в случае замены электромагнита или производства работ по ремонту. Это увеличивало время ремонта в условиях герметической зоны РУ и осложняло условия эксплуатации оборудования.

Таким образом, в данном устройстве не достигается технический результат, выраженный в уменьшении времени ремонта и улучшении условий эксплуатации. Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве, содержащем ГК, ИК и клапан настройки (КН) с

Читайте также  Водоструйный насос лабораторный принцип работы

установленными датчиком положения ГК, датчиком положения ИК, состоящего из рычага с магнитом и сигнализатора с контактами, отключающего клапана, дополнительную линию управления, датчик положения ИК установлен под электромагнитом ИК, причем, его рычаг непосредственно связан со штоком ИК, а корпус датчика положения ИК содержит фланец, на который установлен электромагнит ИК. Данная конструкция обеспечивает достоверную информацию о положении запорного органа ИК и позволяет производить быструю замену электромагнитов.

В процессе поиска по источникам научно-технической и патентной информации не было найдено устройств аналогичного назначения, обладающих заявленной совокупностью признаков с обеспечением указанного положительного эффекта. Таким образом, предполагаемая полезная модель, по мнению заявителя, представляет собой техническое решение задачи являющееся новым и промышленно применимым.

На фиг.1 показан общий вид устройства по предполагаемой полезной модели.

На фиг.2 показано устройство датчика положения импульсного клапана.

Импульсно-предохранительное устройство (см. фиг.1) состоит из ГК 1, соединенного с двумя ИК 2, один из которых связан с клапаном 3

настройки. Датчик 4 положения ИК 2 связан со штоком ИК 2 и электромагнитом 7, контакты датчика 4 размыкаются в соответствии с положением штока. Датчик 5 находится на ГК 1 и выполнен с использованием контактов и рычага. Датчик 6 аналогичен датчику ГК 5 и устанавливается на электромагнит ОК. Электромагнит 7 устанавливается на датчик положения 4 ИК 2 и служит для срабатывания ГК 1 с пульта управления. Электромагнит 8 устанавливается на ГК 1 и предназначен для отключения ИК 2 при его выходе из строя с последующей посадкой золотника ГК при аварийных ситуациях. ДЛУ 9 состоит из клапана запорного с электромагнитным приводом (КЭМЗ) и клапана запорного с электроприводом (КЗЭП). На электромагните КЭМЗ установлен датчик 17, по конструкции и назначению аналогичный датчику 6. ДЛУ 9 связана с ГК 1 и предназначена для управления устройством в случаях запроектных аварий. Особенностью работы в составе атомных электростанций является нахождение задействованных в их составе устройств в герметичной зоне РУ, доступ в которую ограничен по времени. В прежних конструкциях подобного типа датчик 4 ИК 2 располагался на электромагните 7. Это требовало трудоемких операций по перенастройке датчика положения 4 в случае замены электромагнита 7 или производства работ по ремонту. В предлагаемой полезной модели датчик 4 расположен под электромагнитом 7. В связи с этим при необходимости замены или ремонта электромагнита 7 нет необходимости в перенастройке датчика 4, что уменьшает время ремонта и

облегчает условия эксплуатации оборудования. На фиг.2 показан состав датчика положения ИК 2. Там шток 10 ИК 2 через рычаг 11 датчика 4 связан с магнитом 12 рычага. Далее представлен сигнализатор 13 с разъемом, на котором установлены магнитоуправляемые контакты 14. Датчик положения расположен в корпусе 15, на котором сверху закреплен фланец 16 электромагнита 7 ИК 2.

Устройство работает следующим образом. Среда рабочим давлением Рр подается из защищаемой системы во входной патрубок ГК и во входной патрубок клапана 3 на стройки, через который среда поступает в импульсный клапан 2. Через дроссельные отверстия золотника и поршневые зазоры ГК 1 и ИК 2 среда также попадает в управляющую полость, обеспечивая необходимое усилие уплотнения в затворе ГК 1. Усилие уплотнения в затворе ИК 2 достигается за счет установочного усилия пружины (на фиг. не показано) и усилия удержания электромагнита 7. Нормальная (штатная) работа ИПУ предполагается от электромагнитов 4. В режиме нормальных условий эксплуатации РУ (при рабочем давлении среды в защищаемой системе), ИПУ находится в режиме ожидания, при котором:

— ГК 1 закрыт давлением среды;

— ОК открыт, электромагнит (ЭМ) 8 OK обесточен;

— оба ИК 2 закрыты, в обмотке закрытия ЭМ 7 ИК 2 протекает ток удержания, обеспечивая дополнительное усилие прижатия золотника ИК 2 к седлу, обмотка открытия ЭМ обесточена;

— КН 3 открыт, через клапан проходит рабочая среда;

— КЭМЗ ДЛУ закрыт посредством давления среды и пружины, обмотка открытия ЭМ обесточена;

Конструкция ИПУ обеспечивает срабатывание от ЭМ 7 ИК 2 при давлении не менее 0,8Рр и удержания ИК в отрытом состоянии до давления 0.65 Pp. При повышении давления в системе до уставки открытия ИК, обмотка закрытия ЭМ 7 отключается системой управления и включается обмотка открытия ЭМ 7. ИК 2 открывается, сбрасывает среду из надпоршневой полости ГК 1. ГК 1 открывается и сбрасывает давление в системе до давления закрытия. При этом:

— клапан запорный с электромагнитным приводом (КЭМЗ) закрыт;

— клапан запорный с электроприводом (КЗЭП) закрыт. После снижения давления в системе до установки давления закрытия, обмотка открытия ЭМ 7 отключается системой управления ИПУ и включается обмотка закрытия ЭМ 7. ЭМ закрытия ИК 2. ИК 2 закрывается, среда через дроссельные отверстия и поршневые зазоры ГК 1 заполняет управляющую полость (надпоршневую) ГК 1 и он закрывается. При снижении давления в системе до уставки закрытия ОК (при не закрытии ИК), системой управления включается ЭМ закрытия ОК. Клапан ОК отключает ИК 2 от надпоршневой полости ГК 1 и давлением среды ГК 1 закрывается (если ранее он был открыт). При обесточивании ЭМ ОК, клапан ОК

отключается и подключает ИК 2 к надпоршневой полости ПС 1, чем приводит ИПУ в состояние готовности к работе.

Защита оборудования первого контура АЭС от «холодной переопрессовки» обеспечивается управлением ПС 1 ИПУ от дополнительной линии управления путем открытия и закрытия КЭМЗ и КЗЭП. При работе энергоблока на мощности система зашиты от «холодной переопрессовки» должна быть отключена (клапаны КЭМЗ и КЗЭП — закрыты, обмотки открытия ЭМ КЭМЗ — обесточены). Включение системы защиты от «холодной переопрессовки» в режим ожидания происходит автоматически в период разогрева или расхолаживания энергоблока при температуре теплоносителя первого контура менее (100+5)°С. Выключение системы происходит автоматически в период разогрева энергоблока при достижении заданной температуры теплоносителя первого контура. КЭМЗ открывается подачей тока в обмотку открытия ЭМ, а закрывается при обесточиванин ЭМ, посредством пружины. Обесточивание системы управления ИПУ и электромагнитов 7 ИК 2 ИПУ не приводит к срабатыванию ИПУ. ИПУ не теряет работоспособности, так как в этом случае ИК работает как предохранительный клапан прямого действия. Наличие в конструкции ИПУ клапана 3 настройки позволяет производить срабатывание ИПУ от постороннего источника давления без повышения давления в системе. Клапан настройки обеспечивает возможность: проверки настройки ИК 2 и срабатывание ИПУ при давлении пара в компенсаторе давления >0,7 Рр от

постороннего источника давления; проверки настройки ИК 2 от постороннего источника давления воздуха или азота при отсутствии давления в компенсаторе давления; промывки при необходимости внутренних полостей ИПУ дистиллятом после пребывания в ИПУ теплоносителя с высокой концентрацией бора.

Конструкция ИПУ обеспечивает возможность регулировки давления срабатывания в пределах ±7% от рабочего давления.

Датчик 4 положения ИК 2 сигнализирует о положении запорных органов ИК 2. Датчик 5 положения ГК сигнализирует о положении запорного органа ГК 1. Датчик 6 положения ОК сигнализирует о положении запорного органа ОК. При включенном электромагните ОК ГК 1 закрыт, датчик 6 положения ОК сигнализирует об отключении ИК 2 от ГК 1. Датчик 17 положения КЭМЗ сигнализирует о положении запорного органа КЭМЗ.

В качестве примера конкретного исполнения следует сказать, что указанное устройство предназначено для использования на АЭС. ИПУ сохраняет работоспособность при скорости разогрева и охлаждения 150°С в час. При подаче напряжения на электромагниты ОК на закрытие, а ИК на открытие включается форсирующая обмотка. После сигнала о перемещении запорных органов происходит подключение обмотки удержания и переключение магнитов с форсирующего режима на режим удержания. При неисправности сигнализаторов положения переключение магнита с форсирующего режима на режим удержания происходит с помощью реле

времени через 5 сек. ИПУ комплектуется рычагом для проверки настройки ИК и проверки работоспособности ИПУ при пониженных параметрах среды в компенсаторе давления.

Таким образом, как видно из описанного выше, именно представленная совокупность существенных признаков предполагаемой полезной модели позволяет получить заявленный положительный результат, выраженный в уменьшении времени ремонта и улучшении условий эксплуатации. В известных устройствах аналогичного назначения не наблюдается достижение указанного технического результата.

Импульсно-предохранительное устройство, содержащее главный клапан, отключающий клапан, импульсные клапаны, на один из которых установлен клапан настройки, дополнительную линию управления и датчики положения главного, отключающего, импульсных клапанов и датчик положения электромагнитного клапана дополнительной линии управления, состоящие из рычага с магнитом и сигнализатора с контактами, отличающееся тем, что датчик положения импульсного клапана установлен под электромагнитом импульсного клапана, причем, рычаг его непосредственно связан со штоком импульсного клапана, а корпус содержит фланец, на который установлен электромагнит импульсного клапана.