CZ2018623A3 - Způsob utahování pouzdra pohonu regulačního orgánu jaderného reaktoru a utahovací jednotka - Google Patents

Abstract

Způsob utahování pouzdra pohonu (11) regulačního orgánu jaderného reaktoru k nátrubku na víku reaktoru se provádí při měření jeho odklonu. Pouzdro pohonu (11) se připevňuje svým prvním koncem k nátrubku na víku reaktoru sadou závitových spojů. Před utahováním je dán povolený rozsah požadovaného utahovacího momentu u všech závitových spojů se spodní hranicí požadovaného momentu a horní hranicí požadovaného momentu a také je dána maximální odchylka utahovacího momentu jednotlivých závitových spojů vůči sobě. Rovněž je dána povolená odchylka středu vzdáleného druhého konce pouzdra pohonu od jeho požadované polohy. Utahovací jednotka (1) pro utahování pouzdra pohonu (11) regulačního orgánu jaderného reaktoru obsahuje alespoň tři utahovací tyče (5) uspořádané do geometrického obrazce umožňujícího rovnoměrné dotažení přírubového spoje (10) a opatřené samostatnými pohony (6), dále řídící jednotku (2) pro jejich ovládání a prostředek (7) pro měření odklonu pouzdra pohonu (11) od požadované polohy. Řídicí jednotka (2) je naprogramována pro utahování pouzdra pohonu v příslušných krocích.

Description

Způsob utahování pouzdra pohonu regulačního orgánu jaderného reaktoru a utahovací jednotka

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu utažení přírubového spoje pouzdra pohonu regulačního orgánu jaderného reaktoru při požadavku na jednotný moment utažení všech svorníků (šroubů) a zároveň splnění kritéria odklonu příruby pouzdra pohonu regulačního orgánu jaderné elektrárny (např. typu VVER 1000/428).

Dosavadní stav techniky

Doposud používané zařízení a postupy určené k utažení přírubového spoje pouzdra pohonu horního bloku reaktoru fungují následovně.

Na jaderných reaktorech jsou umístěny pohony regulačních orgánů, které jsou spojeny přírubovým spojem s přírubou na víku reaktoru. Tento spoj obsahuje skupinu svorníků rozmístěných dokola kolem přírubového spoje. Pro utěsnění tohoto přírubového spoje se používá těsnění z expandovaného grafitu. Těsnění z expandovaného grafitu má mnoho výhod, avšak pro zajištění optimálního stavu utěsnění přírubového spoje s tímto těsněním je důležité zajištění rovnoměrného působení tlaku příruby na těsnění a procesu zformování těsnění v prostoru mezi těsnicí plochou příruby pouzdra pohonu a protikusu na víku, což musí být zajištěno přesně stanoveným dotahováním všech svorníků přírubového spoje. Klasický postup utažení, je, že se ručním klíčem utahuje zvlášť každý svorník přenesením utahovacího momentu na matici svorníku. Jedná se však o velmi pracný a pomalý postup. Další možnost představují strojová utahovací zařízení. Při utahování přírubového spoje je však zapotřebí respektovat následující omezení. Prvním důležitým momentem je okamžik, kdy je grafitové těsnění instalováno na přírubě bez předchozího stlačení. Usazením příruby pouzdra pohonu na těsnění se toto může nerovnoměrně zatížit a zdeformovat. Proto jev této první fázi důležité celoplošné rovnoměrné stlačení těsnění předem definovanou hodnotou momentu, které zajistí jeho rovnoměrné formování v těsnicí drážce a správnou výchozí pozici pro konečné utažení. V druhé fázi procesu utažení je pak důležité zajistit potřebnou dobu pro formování těsnění. Rychlý postup může znamenat dosažení velmi krátkých časů utažení spoje, avšak pro budoucí funkci těsnicího spoje v provozních podmínkách to není dobré řešení.

Zařízením pro utahování svorníků pouzdra pohonu se zaobírá patent CZ 304172 s názvem „Razení bloku převodu utahováku... “. Tento patent se však zaobírá celkovou konstrukcí zařízení, schopného utahovat a povolovat přírubový spoj na jedno ustavení přepínáním dvou šestic zubových spojek. Tento patent však neřeší problémy spojené s dotahováním přírubových spojů sgrafitovým těsněním, u kterých je zapotřebí dodržovat velmi specifické parametry dotahování jednotlivých svorníků.

Zařízení pro utahování přírubového spoje řeší dále patent CZ 303690 s názvem „Systém k měření prodloužení...“. Tento patent se však zabývá výhradně systémem použitelným k měření prodloužení svorníků a neřeší způsob či zařízení, které by dokázalo spolehlivě a rychle utáhnout všechny nebo jen vybrané svorníky, přičemž by zajišťoval patřičnou deformaci grafitového těsnění.

Žádné ze známých řešení se tedy nezaobírá automatickým dotahováním přírubových spojů s grafitovým těsněním z expandovaného grafitu, u kterého by byly kladeny vysoké požadavky na přesnost odklonu pouzdra pohonu od požadované polohy i na moment dotažení všech spojů.

- 1 CZ 2018 - 623 A3

Podstata vynálezu

Vynález se týká jednak způsobu utažení přírubového spoje pouzdra pohonu jaderného reaktoru při požadavcích na jednotný moment utažení všech závitových spojů při současném splnění kritéria odklonu příruby od svislé hlavní osy pouzdra pohonu, a jednak utahovací jednotky jako zařízení k provádění tohoto způsobu.

Zvláště výhodně je tento vynález určen pro utahování přírubového spoje pouzdra pohonu regulačního orgánu umístěného na horním bloku jaderné elektrárny typu VVRR. Pouzdro pohonu u této elektrárny má délku téměř 2,8 m a je na jednom konci tvořeno nátrubkem a na druhém konci přírubou, kterou se připojuje k přírubě nátrubku víka jaderného reaktoru, kde tento přírubový spoj má grafitové těsnění, které je velmi náchylné na chybné utěsnění, pokud je dotahováno nerovnoměrně, protože při dotahování dochází k tzv. přelévání grafitu v rámci grafitového těsnění a při nerovnoměrném dotažení může dojít k chybnému utěsnění přírubového spoje. Grafitovým těsněním se pro účely této přihlášky rozumí těsnění z expandovaného grafitu nebo těsnění mající podobné vlastnosti, jako vykazuje těsnění z expandovaného grafitu. Závitovým spojem se potom rozumí spoj provedený např. svorníkem a maticí, maticovým závitem provedeným např. ve spodní přírubě a šroubem a další. Je požadováno, aby pouzdro pohonu bylo dotaženo jednotným utahovacím momentem všech závitových spojů, např. šesti matic svorníku, přírubového spoje v oblasti příruby, přičemž se musí zajistit odchylka utahovacího momentu do 1 % od požadované hodnoty, přičemž povolený odklon pouzdra pohonu od nominální osy v předepsané rovině měření je 0,5 mm, kde předepsaná rovina leží ve vzdálenosti větší, než je výše uvedená délka pouzdra pohonu.

Při provádění způsobu utažení přírubového spoje podle tohoto vynálezu se kromě utahovacích momentů jednotlivých závitových spojů a odklonu pouzdra pohonu při utahování kontrolují i předpokládané úhly otočení jednotlivých závitových spojů pro dosažení požadovaného stlačení grafitového těsnění, které udávají, že daný závitový spoj stlačil grafitové těsnění o potřebný úsek, aby se vyloučilo nekorektní zatěsnění spoje v případě výrazné nerovnoměrnosti třecích sil v závitovém spoji, tedy např. mezi maticí, svorníkem a přírubou.

Utahovací jednotka určená k utahování těchto přírubových spojů obsahuje řídicí jednotku s alespoň třemi pohony, blokem převodů a alespoň třemi utahovacími tyčemi pro utahování alespoň tří závitových spojů (svorník s maticí, šroub), s prostředkem pro měření odklonu pouzdra pohonu, kde každý pohon utahovací tyče je přes blok převodů napojen na příslušnou utahovací tyč pro zajištění utahování a u jednotlivých utahovacích tyčí je uspořádán momentový měřič pro měření kroutícího momentu při utahování daného závitového spoje, utahovací jednotka dále obsahuje řídicí jednotkou naprogramovanou pro řízení pohonů pohánějících přes blok převodů utahovací tyče a pro sledování úhlu natočení jednotlivých závitových spojů. Výhodně je utahovací jednotka doplněna o měřicí nástavec, který je vytvořený pro usazení na vršek pouzdra pohonu. Zároveň je utahovací jednotka v oblasti pod blokem převodu výhodně opatřena naváděcím prostředkem umístěným soustředně mezi utahovací tyčemi, který se nasazuje na pouzdro pohonu a pomáhá při navedení utahovací jednotky na pouzdro pohonu. Na základě informací od snímačů odklonu a informací ze snímačů kroutícího momentu řídí řídicí jednotka jednotlivé utahovací tyče, přičemž sleduje, zda se jednotlivé závitové spoje otočily o předpokládaný úhel tak, aby došlo k požadovanému zatěsnění těsnění z expandovaného grafitu.

Pro správné provedení způsobu utahování příruby pouzdra pohonu je důležité přesné měření odklonu. Existuje více způsobů, jak měření odklonu pouzdra pohonu od požadované polohy provést. Zvláště výhodně se ale způsob utahování příruby pouzdra pohonu provádí pomocí měření odklonu pouzdra pohonu od horní desky horního bloku, kdy se po ustavení pouzdra pohonu na přírubě nátrubku horního bloku na něj nasadí měřicí nástavec sloužící jednak pro správné navedení utahovací jednotky na přírubový spoj a jednak sloužící k prodloužení pouzdra

-2 CZ 2018 - 623 A3 pohonu do horní desky, kde je možné provést měření odklonu pouzdra pohonu. Po nasazení měřicího nástavce se utahovací jednotka na něj nasadí a navede se na pouzdro pohonu. Následně se utahovací tyče ustaví na jednotlivé svorníky přírubového spoje.

Při utahování přírubového spoje pouzdra pohonu je pro dosažení jeho optimálního utěsnění důležité zajistit rovnoměrné působení tlaku na uvedené těsnění umístěné v prostoru mezi těsnicími plochami přírubového spoje. To se podle principů tohoto vynálezu zajistí synchronním utahováním alespoň tří svorníků rozmístěných do obrazce umožňujícího jejich současným dotahováním v maximální možné míře dodržet rovnoběžnost rovin těsnicích ploch. Ve většině případů je takovým obrazcem v podstatě rovnoramenný obrazec, např. trojúhelník, čtyřúhelník, šestiúhelník nebo obrazec, který se mu blíží. Vzhledem k relativní měkkosti grafitového těsnění a jeho specifickému chování během zatěžování a po uvolnění utahovací síly při tzv. relaxaci tohoto těsnění je celý proces utahování podle tohoto vynálezu rozdělen do několika fází.

V první fázi dochází k základnímu formování grafitového těsnění celoplošným tlakem vyvolaným současným utahováním alespoň tří, s výhodou všech závitových spojů příruby pouzdra pohonu, kde dotahované závitové spoje jsou rozmístěny do obrazce umožňujícího jejich současným dotahováním v maximální možné míře dodržet rovnoběžnost rovin těsnicích ploch. Závitové spoje je ale možné v průběhu jednotlivých fází dotahovat ve více etapách, např. u přírubového spoje se šesti po obvodu rozmístěnými otvory pro závitové spoje dotáhnout v první etapě tři závitové spoje rozmístěné do v podstatě rovnoramenného trojúhelníku a v druhé etapě dotáhnout zbylé tři závitové spoje. Před zahájením další fáze by ale měly být dotaženy všechny použité závitové spoje v předchozí fázi.

V průběhu utahování závitových spojů dochází k nežádoucímu zvětšování odklonu pouzdra pohonu od požadované polohy, proto jev této fázi klíčová neustálá kontrola odklonu pouzdra a jeho průběžná korekce. Nesprávné zformování grafitových těsnicích kroužků v této úvodní fázi má velmi významný negativní vliv na schopnost splnit v závěrečné fázi utahování všechna požadovaná kritéria. Formování těsnění v této fázi probíhá v několika postupných krocích se zvyšujícím se utahovacím momentem. Po dokončení každého kroku se zvláště výhodně vyhodnotí průběžný stav utažení z hlediska rovnoměrnosti utahovacích momentů, úhlů otočení závitových spojů a výsledného odklonu pouzdra a na základě výsledků se automaticky rozhodne o dalším postupu. Možné varianty dalšího postupu jsou v takovém případě tyto:

a) Pokračování v dalším kroku v případě splnění průběžných požadavků.

b) Korekce méně závažných odchylek jednotlivými utahovacími osami.

c) Řízené povolení s následným opakováním celého kroku.

V průběhu první fáze utahování, kdy se formuje grafitové těsnění, je kladen hlavní důraz na minimalizaci odklonu pouzdra pro správné zformování grafitového těsnění. Pro zajištění minimální hodnoty odklonu pouzdra pohonu od požadované polohy se rychlost otáčení jednotlivých závitových spojů v průběhu první fáze řídí podle aktuálního stavu odklonu pouzdra a utahování všech závitových spojů se zastaví při dosažení nastavené hodnoty momentu na kterémkoliv závitovém spoji. Kritéria pro vyhodnocování průběžného stavu utažení závitových spojů příruby (např. rozptyl dosažených hodnot momentu jednotlivých závitových spojů nebo skutečný odklon pouzdra pohonu) nelze stanovit obecně. Konkrétní hodnoty kritérií mohou ovlivnit zejména následující faktory:

a) požadavky na výsledný stav utaženého spoje

b) typ konstrukce použitého těsnění a hustotě grafitu použitého v těsnění

c) konstrukční uspořádání těsněného přírubového spoje

-3 CZ 2018 - 623 A3

Přesné parametry a kritéria jednotlivých částí první fáze utahování přírubového spoje se stanoví na základě zkoušek s konkrétní typovou kombinací přírubového spoje a těsnění.

Stav třecích ploch závitového spoje, např. ploch mezi maticemi, svorníky a přírubami, má přímý vliv na dosažitelnou rovnoměrnost výsledných kroutících momentů jednotlivých závitových spojů. Je proto vhodné zajistit takové postupy jejich údržby, aby rozdíly v třecích silách jednotlivých závitových spojů byly co nej menší. Dokonalého stavu třecích ploch je ale v praxi v podstatě nemožné dosáhnout. Navržený způsob utahování alespoň částečně eliminuje reálné rozdíly v třecích silách jednotlivých závitových spojů. Nejprve se v první fázi utahování zvýší při formování grafitového těsnění hustota grafitu v tomto těsnění při zachování požadovaného odklonu. Tím těsnění ztratí část své původní plasticity a nerovnoměrné osové síly v jednotlivých závitových spojích, způsobené rozdíly v třecích silách, pak nejsou dost velké na to, aby vychýlily přírubu přes požadované kritérium odklonu.

Na první fázi utahování navazuje druhá fáze sloužící k dotažení celého spoje alespoň na hodnotu minimálního požadovaného momentu utažení, kdy však žádný ze závitových spojů nesmí přesáhnout maximální povolený moment utažení daný použitým typem těsnění, přičemž se utahování závitových spojů stále řídí pro udržení co nej menšího možného odklonu pouzdra pohonu. V této fázi se zvláště výhodně dbá na to, aby se udržel co nejmenší odklon, např. maximálně 80 % povolené hodnoty tak, aby v třetí fázi nedošlo ke zhoršení odklonu přes povolený limit. Tato druhá fáze může bezprostředně navazovat na fázi formování těsnění, a může být zvláště výhodně doplněna řízeným uvolněním spoje před dotažením na cílový utahovací moment.

Utahování závitových spojů v druhé fázi může být jedno nebo vícekrokové, přičemž konkrétní provedení se opět výhodně volí dle typu, konstrukce a fýzikálních vlastností použitého grafitového těsnění a maziva. Podle použitého typu grafitového těsnění jsou také nastaveny délky klidových úseků mezi jednotlivými kroky nebo i fázemi utahování. Klidové úseky umožňují optimální relaxaci expandovaného grafitu a tím zlepšují kvalitu výsledného utažení.

Závěrečnou třetí fází utažení je současné dotažení všech svorníků na finální utahovací moment ležící v povolené vzájemné odchylce utahovacích momentů všech závitových spojů, kde tento finální utahovací moment je aplikován bez ohledu na aktuální hodnotu odklonu pouzdra pohonu a slouží k závěrečnému ověření korektního utažení přírubového spoje, přičemž u závitového spoje, u kterého se dosáhlo požadované hodnoty, se zastaví jeho dotahování. Tato fáze vyrovná případné nerovnoměrnosti utahovacích momentů aplikovaných v průběhu předchozích fází na jednotlivé svorníky. Díky přesnému zformování grafitového těsnění v první a druhé fázi utažení nedojde ve třetí fázi ke zvětšení výsledného odklonu pouzdra pohonu mimo stanovená kritéria.

Výhody způsobu utahování přírubového spoje podle vynálezu jsou zejména následující:

• Přesnost utažení všech závitových spojů do 1 % požadované jednotné hodnoty momentu při maximálním odklonu pouzdra pohonu do 0,5 mm.

• Zkrácení doby utažení na max. 10 min (např. při dosavadním ručním utahování činila doba dotažení příruby jednoho pouzdra pohonu cca 20 až 30 min).

• Po vyvezení utahovací jednotky z přírubového spoje umožňuje měřicí nástavec pouzdra pohonu i následné ruční měření na horní distanční desce HB pomocí posuvného měřítka.

Objasnění výkresů

Obr. la Znázorňuje pouzdro pohonu s naváděcím nástavcem

-4 CZ 2018 - 623 A3

Obr. lb znázorňuje utahovací jednotku

Obr. 1c představuje detail utahovací jednotky z obr. 1b s prostředkem pro měření odklonu

Obr. 2 Prostředek pro měření odklonu

Obr. 3 Umístění prostředku pro měření odklonu v otvoru horní distanční desky horního bloku

Obr. 4 Umístění utahovací jednotky na HB reaktoru

Obr. 5 a 6 představují grafické zobrazení jednotlivých fází utahování

Příklady uskutečnění vynálezu

Pro lepší pochopení předkládaného postupu budou nyní popsány příklady jeho možného provedení. Pro pochopení problému spojeného s ustavením pouzdra pohonu, utahovací jednotkou pro utahování příruby tohoto pouzdra pohonu a jejich celkovým umístěním vzhledem k horní desce horního bloku jaderného reaktoru je celkový pohled na horní desku horního bloku s ustavenou utahovací jednotkou podle vynálezu, které je zvláště vhodné k provádění způsobu podle vynálezu, vyobrazen na obr. 4. Je však důležité upozornit, že obrázky použité v této přihlášce jsou pouze schematické a pro jasnější pochopení vynálezu neobsahují např. technické detaily, které nejsou důležité pro pochopení podstaty vynálezu.

Na obr. la je vyobrazeno pouzdro pohonu 11 opatřené na svém spodním konci přírubou 10b, kterou se pouzdro pohonu 11 spojuje s přírubou 10a horního bloku jaderného reaktoru (není zde vyobrazen), a s nasazeným měřicím nástavcem 8 zařízení podle vynálezu. Mezi přírubou 10b pouzdra pohonu 11 a přírubou 10a horního bloku je uspořádáno grafitové těsnění 10c a celý tento komplet vytváří přírubový spoj 10. Přírubový spoj 10 má v daném příkladu provedení šest závitových spojů 12 tvořených svorníky rozmístěnými pravidelně po obvodě přírubového spoje 10, které zajišťují připevnění pouzdra pohonu 11 k hornímu bloku jaderného reaktora a také zajišťují utěsnění přírubového spoje 10. Na obr. 1b je potom vyobrazena utahovací jednotka 1 k utahování přírubových spojů 10 pouzder pohonu 11. které je opatřeno řídicí jednotkou 2 naprogramovanou pro řízení šesti pohonů 6 pohánějících šest utahovacích tyčí 5 přes blok převodu 3, přičemž každá utahovací tyč 5 je na vzdáleném konci opatřena potřebným trubkovým klíčem 13. pro nasazení na matici závitového spoje 12. Blok převodu 3 je vytvořen pro potřebné zpřevodování pohonu 6 k dosažení potřebného momentu utahování při utahování daného závitového spoje 12, a to nezávisle na ostatních, a případně také pro dosažení potřebné rychlosti otáčení příslušné utahovací tyče 5. Každý pohon 6 tedy zajišťuje dotahování příslušného závitového spoje 12, přičemž dotahování každého závitového spoje je řídicí jednotkou 2 utahovací jednotky 1 řízeno nezávisle na ostatních. Zároveň je utahovací jednotka 1 v oblasti pod blokem převodu 3 výhodně opatřena naváděcím prostředkem 4, jehož součástí je i prostředek 7 měření odklonu, který v tomto příkladu uskutečnění obsahuje šest bloků 9 s integrovaným snímačem vzdálenosti, kontrolujících odklon pouzdra pohonu. Na základě informací z bloků 9 prostředku 7 měření odklonu řídí ovládací software jednotlivé utahovací tyče 5. Detail utahovací jednotky 1 s prostředkem 7 měření odklonu je vyobrazen na obr. 1c.

Zvláště výhodné provedení prostředku 7 měření odklonu pro měření odklonu pouzdra pohonu od požadované hodnoty je vyobrazeno na obr. 2. Prostředek 7 měření odklonu v tomto provedení obsahuje šest bloků 9 obsahujících snímače vzdálenosti mezi prostředkem 7 a měřicím nástavcem, nasazeným na pouzdro pohonu, přičemž vždy dva bloky 9 jsou uspořádány proti sobě a jejich snímače vzdálenosti jsou vzájemně protilehlé a leží vždy v jedné ose měření odklonu, přičemž tak měří jednu osu odklonu. Tři dvojice protilehlých snímačů měří tedy tři osy odklonu pouzdra pohonu. U prostředku 7 měření odklonu na obr. 2 jsou bloky 9 uspořádány tak, že jejich

-5 CZ 2018 - 623 A3 měřicí osy jsou od sebe výhodně vzdáleny po cca 60°. Prostředek 7 měření odklonu je rovněž opatřen šesti záchytnými prvky 21, určenými k fixaci prostředku 7 měření odklonu v otvoru horní distanční desky horního bloku. Každý blok 9 je opatřen snímačem vzdálenosti, který se z vnější strany opře o plochu otvoru horní distanční desky horního bloku a z vnitřní strany měří vzdálenost tím. že se opře o měřicí nástavec 8 pouzdra pohonu 11. Každý blok 9 s integrovaným snímačem vzdálenosti je tedy ustavený do spáry mezi plochou otvoru horní distanční desky horního bloku a plochou měřicího nástavce a snímá aktuální hodnoty jeho polohy v dané ose, na které pak přímo reaguje řídicí software jednotky 2 při utahování závitových spojů přírubového spoje pouzdra pohonu. Odborníkovi je ale zřejmé, že jednotka 1 podle vynálezu může obsahovat i jiná provedení prostředku 7 měření odklonu, než je zde popsané, jde však o zvláště výhodné provedení tohoto prostředku v jednotce 1 podle vynálezu.

Řídicí jednotka 2 je naprogramována pro provádění způsobu utahování pouzdra pohonu regulačního orgánu jaderného reaktoru k nátrubku na víku reaktoru při měření jeho odklonu, jak je definován v nároku 1, pro zajištění optimálního utěsnění přírubového spoje 10 grafitovým těsněním 10c vytvořeným z expandovaného grafitu, kdy je důležité během procesu utahování zajistit rovnoměrné působení tlaku na těsnění umístěné v prostoru mezi těsnicími plochami přírub. To je dosaženo tím, že řídicí jednotka 2 utahovací jednotky ]_ podle vynálezu nejprve provede synchronní utahování alespoň tří závitových spojů 12, výhodněji čtyř nebo i všech šesti v daném příkladu provedení, rozmístěných na přírubě 10a do geometrického obrazce umožňujícího rovnoměrné dotažení přírubového spoje 10. Takovým geometrickým obrazcem je ve většině případů rozmístění závitových spojů 12 zvláště výhodně v podstatě rovnoramenný obrazec, např. trojúhelník, čtyřúhelník, šestiúhelník nebojím podobný obrazec. Závitové spoje 12 jsou dotahovány v daném kroku dané fáze současně tak, aby byla v maximální možné míře dodržena požadovaná poloha pouzdra pohonu, díky níž je zajištěna rovnoběžnost rovin těsnicích ploch, přičemž se dosažení požadované polohy pouzdra pohonu zajišťuje řízením rychlosti dotahování jednotlivých závitových spojů 12. Vzhledem k relativní měkkosti grafitového těsnění a jeho specifickému chování během zatěžování a po uvolnění utahovací síly (relaxace) je podle tohoto vynálezu navrženo, aby řídicí jednotka celý proces utahování rozdělila do třech fází, které budou popsány dále.

V první fázi dochází k základnímu formování grafitového těsnění celoplošným tlakem vyvolaným současným utahováním všech matic svorníků. V průběhu utahování dochází vlivem řady faktorů k nežádoucímu zvětšování odklonu pouzdra pohonu od normály a je proto v této fázi zapotřebí odklon pouzdra neustále kontrolovat provádět za pomocí příslušné změny utahování jednotlivých svorníků provádět jeho průběžnou korekci. Pokud by v této fázi došlo k nesprávnému zformování grafitového těsnění, ovlivnilo by to negativně schopnost splnit v závěrečné fázi utahování všechna požadovaná kritéria přírubového spoje. Formování těsnění v první fázi probíhá v několika postupných krocích se zvyšujícím se utahovacím momentem. Po ukončení každého kroku řídicí jednotka vyhodnotí průběžný stav utažení daných svorníků z hlediska rovnoměrnosti utahovacích momentů, úhlů otočení závitových spojů (např. matic na jednotlivých svornících) a výsledného odklonu pouzdra pohonu a na základě výsledku je automaticky rozhodnuto o dalším postupu. Zvláště výhodně mohou následovat tyto tři varianty dalšího postupu:

a) Pokračování v dalším kroku v případě splnění průběžných požadavků.

b) Korekce měně závažných odchylek řízeným utahováním příslušných závitových spojů.

c) Řízené povolení všech svorníků s následným opakováním celého kroku.

Obr. 3 představuje výřez horní desky 22 horního bloku reaktoru s otvory 23, ve které je umístěn měřicí nástavec 8 nasazený na pouzdru pohonu 11 a dále jev otvoru 23 uspořádán prostředek 7 měření odklonu, který je v tomto příkladu provedení uchycen na horní desce 22 záchytnými

-6 CZ 2018 - 623 A3 prvky 21, přičemž je uchycením definována poloha jednotlivých měřicích prvků, tj. bloků 9 vůči horní desce 22 i otvoru 23.

Postup utahování příruby se zvláště výhodně provádí tak, že se pouzdro pohonu nejprve ustaví na přírubě nátrubku horního bloku a nasadí se na něj měřicí nástavec 8. Měřicí nástavec 8 slouží jednak k měření odklonu pouzdra pohonu od požadované polohy při dotahování přírubového spoje a jednak zajišťuje správné navedení utahovací jednotky 1 na přírubový spoj. Měřicí nástavec 8 se na pouzdro pohonu nasadí tak, že tvoří souosé prodloužení pouzdra pohonu 11 do otvoru 23 v horní distanční desce horního bloku reaktoru. Poté se na pouzdro pohonu nasadí utahovací jednotka (na obr. 3 není zobrazena) a jednotlivé utahovací tyče 5 s trubkovými klíči 13 se navedou na příslušné závitové spoje pouzdra pohonu. Utahovací jednotka se opře o horní distanční desku horního bloku reaktoru, prostředkem 7 se změří poloha měřicího nástavce 8 vůči otvoru 23 v distanční desce a spustí se utahování jednotlivých utahovacích trubkových klíčů utahovací jednotky podle dále popsaného algoritmu kroků, přičemž se měří okamžitá poloha měřicího nástavce 8 v otvoru 23 a utahování matic jednotlivých závitových spojů trubkovými klíči 13 se řídí podle výsledků měření polohy měřicího nástavce vůči otvoru tak, že se udržuje požadovaná poloha pouzdra pohonu, kterou je v tomto případě vystředěná poloha měřicího nástavce v otvoru. Dále se měří utahovací moment jednotlivých závitových spojů a při dosažení předem nastavené hodnoty utahovacího momentu na kterémkoliv ze závitových spojů se utahování všech závitových spojů zastaví.

Protože stav třecích ploch mezi jednotlivými maticemi, svorníky a přírubami má přímý vliv na dosažitelnou rovnoměrnost výsledných kroutících momentu jednotlivých utahovacích os, je nutné zajistit takové postupy údržby, aby rozdíly v třecích silách jednotlivý svorníků utahovaného spoje byly co nejmenší. Dokonalého stavu třecích ploch ale v praxi není možné v podstatě dosáhnout. Navržený způsob utahování podle vynálezu alespoň částečně eliminuje reálné rozdíly v třecích silách. V průběhu první fáze utahování, kdy dochází k formování těsnění, je kladen hlavní důraz na minimalizaci odklonu pouzdra pohonu od normály. Řídicí jednotka je naprogramována pro dosažení minimální hodnoty odklonu tím, že řídí rychlost otáčení jednotlivých utahovacích tyčí v průběhu celé první fáze podle výsledků měření aktuálního stavu odklonu pouzdra v jednotlivých osách, kdy se dotahuje příslušný závitový spoj vose bloku s integrovaným snímačem, u kterého je zjištěn odklon, a při dosažení nastavené hodnoty momentu na libovolném závitovém spoji zastaví proces dotahování.

V první fázi se ve formovaném grafitovém těsnění zvýší hustota grafitu při zachování požadovaného odklonu pouzdra pohonu, čímž těsnění ztratí část své původní plasticity a nerovnoměrné osové síly v jednotlivých svornících, způsobené rozdíly v třecích silách jednotlivých závitových spojů, pak nejsou dost velké na to, aby vychýlily přírubu pouzdra pohonu přes požadovanou hodnotu odklonu.

Kritéria pro vyhodnocení průběžného stavu utažení, tj. např. rozptyl dosažených hodnot momentu jednotlivých os nebo aktuální požadovanou hodnotu odklonu pouzdra pohonu, nelze stanovit obecně. Konkrétní hodnoty kritérií je nutné přizpůsobit:

a) požadavkům na výsledný stav utaženého spoje

b) typu konstrukce použitého těsnění a hustotě grafitu použitého v těsnění

c) konstrukčnímu uspořádání těsněného přírubového spoje

Hodnoty utahovacího momentu v jednotlivých fázích se zvláště výhodně stanoví na základě zkoušek s konkrétní typovou kombinací přírubového spoje a těsnění. Příklad hodnot utahovacího momentu jednotlivých závitových spojů příruby v první a druhé fázi je zobrazen v grafů na obr. 5 První fáze utahování byla v tomto případě provedena v jedné etapě, tj. všech šest závitových spojů utahováno najednou, a byla rozdělena do tří kroků, vzájemně oddělených relaxační dobou. /

-7 CZ 2018 - 623 A3 grafu je zřejmé, že nejvyšší hodnoty odklonu činily na začátku prvního kroku fáze 1 cca 1,3 mm, následně se vhodným řízením rychlosti utahování jednotlivých závitových spojů odchylka snížila na nulu, načež se po další relaxaci opět mírně zvýšila, cca na 0,2 mm, následoval druhý krok, v jehož průběhu odchylka opět klesla na nulu a po relaxaci se na počátku třetího kroku opět mírně zvýšila, cca na 0,1 mm, a následně klesla na nulu. Třetí krok byl ukončen relaxací. Je ale zřejmé, že stejně tak je možné provést první fázi utahování rozdělenou do více etap, např. v případě šesti závitových spojů na přírubě pouzdra pohonu do dvou etap dotahování po třech závitových spojích, přičemž najednou dotahované tři závitové spoje jsou uspořádány do geometrického obrazce zajišťujícího rovnoměrné utažení příruby pouzdra pohonu, např. v případě tří závitových spojů je tímto obrazcem zvláště výhodně rovnostranný trojúhelník.

Na první fázi utahování, při které se provádí formování těsnění, navazuje druhá fáze utahování sloužící k dotažení celého přírubového spoje na hodnoty alespoň stejné, jako je minimální hodnota požadovaného utahovacího momentu. V této fázi se sice stále pokouší udržet odklon pouzdra pohonu co nejblíže požadované poloze, ale upřednostněno je dosažení alespoň minimálního utahovacího momentu na všech závitových spojích, v tomto případě svornících, tedy v této fázi jsou již hodnoty utahovacího momentu na všech závitových spojích v podstatě již velmi blízké, i když, ještě nedosahují povolené odchylky. Druhá fáze může navazovat na první fázi formování těsnění, tj. může nastat ihned po minimální požadované době relaxace těsnění posledního kroku první fáze. Pokud by se po ukončení jedné fáze zjistil příliš velký rozptyl utahovacích momentů jednotlivých závitových spojů, může se zvláště výhodně namísto druhé fáze provést řízené uvolnění přírubového spoje. Rovněž je zvláště výhodné přerušit utahování a rozebrat přírubový spoj, pokud se zjistí, že se požadovaného utahovacího momentu dosáhlo, aniž by se závitový spoj pootočil, což by znamenalo, že dotyčný závitový spoj nebyl vůbec utažen, protože vykazuje příliš velké tření.

Utahování v druhé fázi může být podle potřeby jedno nebo vícekrokové a dále může být celá druhá fáze provedena v jedné či více etapách, kdy se dotahují všechny nebo jen vybrané závitové spoje. Na obr. 5 je vyobrazena druhá fáze, která je v tomto případě rozdělena do dvou etap, přičemž v každé z nich se provádí utahování tří závitových spojů, tj. jedné poloviny celkového počtu. Každá etapa se v tomto příkladu provedení provádí v jednom kroku následovaném relaxační dobou.

Podle použitého těsnění je vhodné naprogramovat řídicí jednotku tak, aby nastavila potřebné délky klidových úseků mezi jednotlivými kroky nebo fázemi utahování, aby se zajistila tzv. relaxace grafitového těsnění, to znamená, že následující krok není ovlivňován přechodným napětím v těsnění, které po příslušné době relaxace zmizí. Klidové úseky po dokončení jednotlivých kroků umožňují optimální relaxaci expandovaného grafitu a tím zlepšují kvalitu výsledného utažení.

Závěrečnou třetí fází utažení je synchronní zatížení všech svorníků požadovaným finálním utahovacím momentem, který je již aplikován bez ohledu na aktuální hodnotu odklonu a slouží k závěrečnému ověření korektního utažení spoje. Příklad uskutečnění této fáze je vyobrazen v grafu na obr. 6. Tato třetí fáze vyrovná případné nerovnoměrnosti utahovacích momentů aplikovaných v průběhu předchozích fází na jednotlivé svorníky. Vlivem této fáze v některých případech dojde ke zvětšení výsledného odklonu pouzdra, ale díky preciznímu naformování grafitového těsnění v první fázi utažení splňuje výsledný odklon stanovená kritéria.

Uvedené příklady provedení slouží pouze pro pochopení a ilustraci vynálezu a neměly by být chápány jako možné omezení vynálezu jen na zde popsané příklady, protože rozsah vynálezu je omezen pouze patentovými nároky. Například jednotlivé fáze způsobu utahování podle tohoto vynálezu, popsané v příkladech provedení, představují jen možný příklad jejich uskutečnění. Především je možné varianty provedení jednotlivých fází vzájemně kombinovat jinak, než je zde uvedeno, tj. např. vdaném příkladu provedení dotahování přírubového spoje, který obsahuje šest závitových spojů, je možné první fázi provést i ve dvou etapách, v nichž se dotahují tři a tři

-8 CZ 2018 - 623 A3 závitové spoje, zatímco druhou fázi je možné provést v jedné etapě s dotažením všech šesti spojů najednou, stejně tak je možné první i druhou fázi provést v jedné etapě atd. Dále je možné zvolit v jednotlivých fázích utahování podle vynálezu více či méně kroků atd.

Průmyslová využitelnost

Praktické použití navrhovaného řešení je uvažováno zejména pro utahování přírubových spojů regulačních mechanismů jaderné elektrárny těsněných grafitovým těsněním nebo těsněním majícím podobné vlastnosti.

Claims (8)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob utahování pouzdra pohonu regulačního orgánu jaderného reaktoru k nátrubku na víku reaktoru při měření jeho odklonu, kde uvedené pouzdro pohonu má první konec a vzdálený druhý konec a připevňuje se svým prvním koncem k nátrubku na víku reaktoru sadou závitových spojů, přičemž je dán povolený rozsah požadovaného utahovacího momentu u všech závitových spojů se spodní hranicí požadovaného momentu a horní hranicí požadovaného momentu a také je dána maximální odchylka utahovacího momentu jednotlivých závitových spojů vůči sobě, a rovněž je dána povolená odchylka středu vzdáleného druhého konce pouzdra pohonu od jeho požadované polohy, vyznačující se tím, že se provádí následujícími kroky:

   a) nejprve se zvolí alespoň jedna hodnota utahovacího momentu první fáze, která dosahuje nejvýše přibližně hodnoty spodní hranice požadovaného utahovacího momentu, následně se, nejpozději však před zahájením druhé fáze utahování, zvolí alespoň jedna hodnota utahovacího momentu druhé fáze, která je vyšší, než je hodnota utahovacího momentu první fáze a je nejméně tak vysoká, jako je spodní hranice požadovaného utahovacího momentu, ale je nižší, než je horní hranice požadovaného utahovacího momentu, a následně se, nejpozději však před zahájením třetí fáze, zvolí hodnota utahovacího momentu třetí fáze, která je vyšší než je spodní hranice požadovaného utahovacího momentu, ale nižší nebo rovna horní hranici požadovaného utahovacího momentu a stanoví se povolený rozptyl hodnot utahovacího momentu od hodnoty utahovacího momentu v třetí fázi,

   b) začne se provádět současné utahování alespoň tří závitových spojů připevňujících pouzdro pohonu k nátrubku, které jsou rozmístěné do geometrického obrazce umožňujícího rovnoměrné utažení pouzdra pohonu, přičemž se v průběhu utahování uvedených matic měří odklon pouzdra pohonu od jeho požadované polohy a sleduje se utahovací moment jednotlivých závitových spojů, přičemž rychlost utahování jednotlivých závitových spojů se řídí pro udržení polohy pouzdra pohonu co nejblíže jeho požadované poloze pro co nej rovnoměrnější zformování grafitového těsnění,

   c) při dosažení první hodnoty utahovacího momentu první fáze na kterémkoliv závitovém spoji se zastaví utahování všech závitových spojů pro relaxaci těsnění, přičemž pokud je v první fázi zvoleno více hodnot utahovacího momentu tak se opakují kroky b) a c) pro každou další hodnotu utahovacího momentu první fáze,

   d) po dokončení relaxace pro poslední zvolenou hodnotu utahovacího momentu první fáze se zahájí utahování alespoň tří závitových spojů rozmístěných do geometrického obrazce umožňujícího rovnoměrné dotažení přírubového spoje na první hodnotu utahovacího momentu druhé fáze, přičemž se v průběhu utahování uvedených závitových spojů sleduje utahovací moment jednotlivých závitových spojů, avšak utahování jednotlivých závitových spojů se řídí pro udržení polohy pouzdra pohonu co nejblíže její požadované hodnotě,

   -9 CZ 2018 - 623 A3

   e) při dosažení první hodnoty utahovacího momentu druhé fáze na kterémkoliv závitovém spoji se dotahování tohoto závitového spoje ukončí a pokračuje se v dotahování zbývajících závitových spojů, přičemž se udržuje poloha pouzdra pohonu co nejblíže požadované poloze, jak to zbývající závitové spoje, na kterých se ještě nedosáhlo první hodnoty utahovacího momentu druhé fáze, umožňují,

   f) opakuje se krok e) pro všechny zbývající závitové spoje, dokud nedosáhnou první hodnoty utahovacího momentu druhé fáze, přičemž utahování závitových spojů v druhé fázi se ukončí, když jsou všechny závitové spoje utaženy na hodnotu prvního utahovacího momentu druhé fáze,

   g) po dosažení první hodnoty utahovacího momentu druhé fáze u všech závitových spojů přírubového spoje se jejich utahování zastaví pro relaxaci těsnění, pokud je v druhé fázi zvoleno více hodnot utahovacího momentu tak se opakují kroky d) až g) pro každou další hodnotu utahovacího momentu druhé fáze,

   h) po dokončení relaxace pro poslední zvolenou hodnotu utahovacího momentu druhé fáze se utáhnou všechny matice alespoň na hodnotu utahovacího momentu třetí fáze, nejvýše však na hodnotu horní hranice požadovaného utahovacího momentu závitových spojů.
2. 2. Způsob utahování pouzdra pohonu podle nároku 1, vyznačující se tím, že se při utahování jednotlivých závitových spojů sleduje i úhel jejich otočení při utahování, přičemž pokud by se dosáhlo požadovaného utahovacího momentu pro danou fázi na některém závitovém spoji, aniž by se tento závitový spoj pootočil, utahování se zastaví a závitový spoj se zkontroluje.
3. 3. Způsob utahování pouzdra pohonu podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se odklon pouzdra pohonu od jeho požadované polohy měří tím, že se na pouzdro pohonu nasadí měřicí nástavec, přičemž měřicí nástavec je uspořádán na ose pouzdra pohonu a tvoří jeho souosé prodloužení do otvoru v horní distanční desce horního bloku reaktoru, přičemž je známý odklon osy nátrubku vůči horní distanční desce horního bloku reaktoru a zjišťuje se poloha osy pouzdra pohonu vůči ose otvoru v horní distanční desce horního bloku reaktoru.
4. 4. Způsob utahování pouzdra pohonu podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že v druhé fázi se volí nejméně jedna hodnota utahovacího momentu, která je vyšší než spodní hranice požadovaného momentu.
5. 5. Utahovací jednotka (1) pro utahování pouzdra pohonu (11) regulačního orgánu jaderného reaktoru obsahující alespoň tři utahovací tyče (5), uspořádané do geometrického obrazce umožňujícího rovnoměrné dotažení přírubového spoje (10), opatřené samostatnými pohony (6) utahovací tyče, řídicí jednotkou (2) pro jejich ovládání, vyznačující se tím, že je dále opatřen prostředkem (7) pro měření odklonu pouzdra pohonu (11) od požadované polohy a řídicí jednotka (2) je naprogramována pro provádění způsobu podle nároku 1.
6. 6. Utahovací jednotka podle nároku 5, vyznačující se tím, že prostředek (7) pro měření odklonu obsahuje rám, na kterém jsou uspořádány alespoň dva bloky (9) s integrovaným snímačem uspořádané pro měření polohy pouzdra pohonu (11) alespoň ve dvou osách.
7. 7. Utahovací jednotka podle nároku 6, vyznačující se tím, že na rámu prostředku (7) pro měření odklonu jsou uspořádány čtyři bloky (9) s integrovaným snímačem, přičemž tyto bloky (9) jsou uspořádané ve dvojicích proti sobě pro měření polohy pouzdra pohonu (11) ve dvou osách svírajících spolu úhel 90°.
8. 8. Utahovací jednotka podle nároku 6, vyznačující se tím, že na rámu prostředku (7) pro měření odklonu je uspořádáno šest bloků s integrovaným snímačem, přičemž tyto bloky jsou

   - 10CZ 2018 - 623 A3 uspořádané ve dvojicích proti sobě pro měření polohy pouzdra pohonu ve třech osách svírajících úhel 60°.