RU154317U1

RU154317U1 - THERMOMECHANICAL DRIVE

Info

Publication number: RU154317U1
Application number: RU2014150627/06U
Authority: RU
Inventors: Елена Викторовна Богданова; Владимир Григорьевич Зотов; Александр Семенович Майзус; Александр Валентинович Смирнов; Александр Иванович Староверов; Ксения Кирилловна Фролова
Priority date: 2014-12-15
Filing date: 2014-12-15
Publication date: 2015-08-20

Abstract

1. Термомеханический привод, содержащий подвижный шток переменного сечения, помещенный в сильфонный блок, выполненный в виде стакана, кромки которого герметично присоединены к корпусу, а наружная поверхность и днище стакана погружены в рабочее тело внутри корпуса, отличающийся тем, что корпус с установленным в него стаканом выполнен в виде герметичного сосуда, заполненного рабочим телом - жидким металлом, и погружен в поток теплоносителя.2. Термомеханический привод по п. 1, отличающийся тем, что рабочим телом в сосуде является натрий.3. Термомеханический привод по п. 1, отличающийся тем, что внутренняя полость стакана теплоизолирована.4. Термомеханический привод по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен электронагревателем, который расположен внутри стакана или погружен в рабочее тело.1. Thermomechanical actuator containing a movable rod of variable cross-section, placed in a bellows block made in the form of a cup, the edges of which are hermetically connected to the body, and the outer surface and the bottom of the cup are immersed in the working fluid inside the housing, characterized in that the housing is installed in it a glass is made in the form of a sealed vessel filled with a working fluid - liquid metal, and immersed in a coolant stream. 2. Thermomechanical drive according to claim 1, characterized in that the working fluid in the vessel is sodium. 3. Thermomechanical drive according to claim 1, characterized in that the inner cavity of the glass is thermally insulated. 4. Thermomechanical drive according to claim 1, characterized in that it is additionally equipped with an electric heater, which is located inside the glass or immersed in the working fluid.

Description

Устройство относится к области атомной техники и может быть использовано для перемещения рабочих органов арматуры воздушного контура системы аварийного отвода тепла. Возможно использование предлагаемого устройства в друг их системах РУ (реакторной установки), где необходимо пассивное преобразование изменения температуры в механическое воздействие, например, для срабатывания стержней A3 (аварийной защиты) в случае роста температуры сверх допустимых значений или для дублирования пассивного (силой тяжести) открытия обратного клапана механическим воздействием и т.п.The device relates to the field of nuclear engineering and can be used to move the working bodies of the valves of the air circuit of the emergency heat removal system. It is possible to use the proposed device in their other switchgear systems (reactor installation), where passive conversion of temperature changes to mechanical stress is necessary, for example, to actuate A3 rods (emergency protection) in case of temperature rise above the permissible values or to duplicate passive (gravity) opening mechanical check valve, etc.

Известно устройство привода клапана, содержащее сильфонную сборку, соединенную с управляющим штоком, который в свою очередь соединен с основным штоком, передающим механическое воздействие затвору клапана (см., например, патент (19) US (11) 20130291946 (13) A1 от 7.11.2013 г., F03G 7/06). Привод имеет верхнюю пневматическую пластину, в которую входит пневматический трубопровод, подающий в систему рабочее тело из внешнего источника. Верхняя пневматическая пластина соединена с сильфонной сборкой, которая под действием пневматического давления разжимается и сжимается, заставляя шток двигаться в вертикальном направлении.A valve actuator device is known comprising a bellows assembly connected to a control rod, which in turn is connected to a main rod that transmits mechanical action to the valve shutter (see, for example, patent (19) US (11) 20130291946 (13) A1 of 7.11. 2013, F03G 7/06). The drive has an upper pneumatic plate, which includes a pneumatic pipeline that feeds a working fluid into the system from an external source. The upper pneumatic plate is connected to the bellows assembly, which, under the action of pneumatic pressure, is expanded and compressed, forcing the rod to move in the vertical direction.

Недостатком конструкции является наличие внешнего источника газа и системы управления подачей газа в устройство, а также удалением газа из устройства. Наличие внешних систем существенно снижает надежность конструкции.The design drawback is the presence of an external gas source and a control system for supplying gas to the device, as well as the removal of gas from the device. The presence of external systems significantly reduces the reliability of the design.

Также известна конструкция термомеханического силового привода, в котором размещен шток с поршнем, делящим полость корпуса на две камеры с термоизоляцией, в каждой из которых установлен комплект цилиндрических пружин, состоящий из двух пружин большего и меньшего диаметра, причем пружины меньшего диаметра вставлены в пружины большего диаметра (см., например, патент (19) RU (11) 2392494 (13) C1 от 25.12.2008 г., F03G 7/06). Все пружины выполнены из термочувствительного сплава с эффектом памяти формы и в начальном положении в одной камере установлены в сжатом состоянии, в другой в растянутом, а каждая камера снабжена электромагнитными клапанами для впуска и выпуска горячей или холодной воды или другой жидкости, в зависимости от температуры мартенситных превращений термочувствительного сплава пружин.Also known is the design of a thermomechanical power drive, in which a rod with a piston dividing the body cavity into two chambers with thermal insulation is placed, each of which has a set of coil springs consisting of two springs of larger and smaller diameters, with springs of a smaller diameter inserted into springs of a larger diameter (see, for example, patent (19) RU (11) 2392494 (13) C1 dated December 25, 2008, F03G 7/06). All springs are made of a heat-sensitive alloy with a shape memory effect and in the initial position in one chamber are installed in a compressed state, in another in a stretched state, and each chamber is equipped with solenoid valves for the inlet and outlet of hot or cold water or another liquid, depending on the martensitic temperature transformations of a heat-sensitive alloy of springs.

Недостатком конструкции является наличие внешнего источника рабочего тела и системы управления подачей в устройство, а также удалением из устройства рабочего тела. Наличие внешних систем существенно снижает надежность конструкции. Недостатками конструкции являются также узкий диапазон действия эффекта памяти формы находящийся, обычно, в пределах от 30 до 40°C, а при увеличении диапазона срабатывания снижаются прочностные характеристики устройств - эффект сверхпластичности, а также к недостаткам можно отнести технологическую трудность создания материалов с гарантированным изменением формы при заданном значении температуры.The design drawback is the presence of an external source of the working fluid and a control system for feeding into the device, as well as the removal of the working fluid from the device. The presence of external systems significantly reduces the reliability of the design. The design flaws are also a narrow range of the effect of the shape memory effect, usually ranging from 30 to 40 ° C, and with an increase in the response range, the strength characteristics of the devices decrease - the superplastic effect, and the technological difficulty of creating materials with guaranteed shape change can be attributed to shortcomings at a given temperature value.

Известна конструкция привода пассивного действия (см., например, Создание и исследование регулирующего устройства системы пассивного отвода тепла для АЭС «Куданкулам» (Индия), Атомная Энергия, т. 102, вып. 1, январь 2007, с. 49), исполнительный механизм которого работает пассивно от давления среды второго контура или (при дистанционном управлени, т.е. при активном принципе действия) от давления газа из баллона блока управления, предназначенного для дистанционного перевода оператором регулирующего устройства в требуемое состояние в любой момент времени.A known design of a passive drive (see, for example, the Creation and study of the control device of the passive heat removal system for the Kudankulam NPP (India), Atomic Energy, t. 102, issue 1, January 2007, S. 49), the actuator which works passively from the pressure of the medium of the second circuit or (with remote control, i.e. with an active principle of operation) from the gas pressure from the cylinder of the control unit, designed for remote transfer by the operator of the control device to the required state at any time belt.

Привод представляет собой механизм с подвижным подпружиненным штоком переменного сечения, герметизация которого с корпусом осуществляется сильфонным блоком, выполненном в виде стакана. Положение штока определяется соотношением воздействующих на шток усилий, создаваемых пружиной, величина поджатая которой регулируется, и давлением подаваемого в корпус рабочего тела на сильфонный блок, находящегося во внутренней полости корпуса.The drive is a mechanism with a movable spring-loaded rod of variable cross section, the sealing of which with the housing is carried out by a bellows unit made in the form of a glass. The position of the stem is determined by the ratio of the forces exerted on the stem by the spring, the amount of which is drawn in and regulated by the pressure applied to the housing of the working fluid on the bellows unit located in the inner cavity of the housing.

Недостатком конструкции являются наличие внешней по отношению к приводу системы доставки рабочего тела в корпус привода, системы удаления рабочего тела из корпуса привода, а также внешней системы управления процессами подачи и удаления рабочего тела. Наличие дополнительных систем снижает надежность работы устройства.The design drawback is the presence of an external system for delivering a working fluid to the drive housing, a system for removing the working fluid from the drive housing, as well as an external control system for the supply and removal of the working fluid. The presence of additional systems reduces the reliability of the device.

Указанный привод принят в качестве прототипа для предлагаемого технического решения, поскольку имеет с ним наибольшее число сходных существенных признаков.The specified drive is adopted as a prototype for the proposed technical solution, because it has the greatest number of similar essential features.

Технической задачей является обеспечение максимальной пассивности системы аварийного теплоотвода - отсутствия необходимости во внешних (по отношению к системе теплоотвода) источниках энергии и управляющих сигналах для обеспечения работы привода регулятора расхода конечного поглотителя тепла - атмосферного воздуха.The technical task is to ensure maximum passivity of the emergency heat sink system - there is no need for external (with respect to the heat sink system) energy sources and control signals to ensure the operation of the drive of the flow regulator of the final heat sink - atmospheric air.

Техническим результатом решения поставленной задачи является повышение надежности аварийного теплоотвода и, соответственно, безопасности реактора.The technical result of solving the problem is to increase the reliability of emergency heat removal and, accordingly, the safety of the reactor.

Задача решается тем, что в термомеханическом приводе (ТМП), содержащем подвижный шток переменного сечения, помещенный в сильфонный блок, выполненный в виде стакана, кромки которого герметично присоединены к корпусу, а наружная поверхность и днище стакана погружены в рабочее тело внутри корпуса, корпус, с установленным в него стаканом, выполнен в виде герметичного сосуда, заполненного рабочим телом - жидким металлом и погружен в поток теплоносителя.The problem is solved in that in a thermomechanical drive (TMP) containing a movable rod of variable cross-section, placed in a bellows unit made in the form of a glass, the edges of which are hermetically connected to the body, and the outer surface and bottom of the glass are immersed in the working fluid inside the body, the body, with a glass installed in it, made in the form of a sealed vessel filled with a working fluid - liquid metal and immersed in the coolant stream.

Рабочим телом в сосуде является натрий.The working fluid in the vessel is sodium.

Внутренняя полость стакана теплоизолирована.The inner cavity of the glass is thermally insulated.

Привод дополнительно снабжен электронагревателем, который расположен внутри стакана или погружен в рабочее тело. На фиг. изображен термомеханический привод.The drive is additionally equipped with an electric heater, which is located inside the cup or immersed in the working fluid. In FIG. Thermomechanical drive shown.

Предлагаемый ТМП 1 содержит в своем составе подвижный шток 2 переменного сечения, помещенный в сильфонный блок, выполненный в виде стакана 3, кромки которого герметично присоединены к неподвижному корпусу 4, а наружная (сильфонная) поверхность и днище 5, соединенное со штоком 2, стакана 3 погружены в рабочее тело 6 внутри корпуса 4. Рабочее тело 6 - жидкий металл, например натрий.The proposed TMP 1 comprises a movable rod 2 of variable cross-section, placed in a bellows block made in the form of a glass 3, the edges of which are hermetically connected to the fixed body 4, and the outer (bellows) surface and the bottom 5, connected to the rod 2, of the glass 3 immersed in the working fluid 6 inside the housing 4. The working fluid 6 is a liquid metal, for example sodium.

Корпус 4 выполнен в виде герметичного сосуда 7, заполненного рабочим телом 6, и погружен в поток теплоносителя 8.The housing 4 is made in the form of a sealed vessel 7, filled with a working fluid 6, and immersed in the flow of coolant 8.

ТМП 1 снабжен средствами 9 контроля температуры рабочего тела 6 в сосуде 7, средствами 10 контроля перемещения штока 2 относительно корпуса 4, средствами 11 контроля наличия рабочего тела 6 в стакане 3 и электронагревателем 12. Причем электронагреватель может быть как расположен внутри стакана 3, так и погружен в рабочее тело 6.TMP 1 is equipped with means 9 to control the temperature of the working fluid 6 in the vessel 7, means 10 to control the movement of the rod 2 relative to the housing 4, means 11 to control the presence of the working fluid 6 in the glass 3 and an electric heater 12. Moreover, the electric heater can be either located inside the glass 3, or immersed in the working fluid 6.

Принцип действия устройства заключается в преобразовании изменения температуры теплоносителя 8, омывающего корпус 4 ТМП 1, и соответствующего изменения температуры рабочего тела 6 в механическое перемещение днища 5 стакана 3 и штока 2, которое может быть использовано для воздействия на систему, препятствующего произошедшему изменению температуры теплоносителя 8.The principle of operation of the device is to convert the temperature change of the coolant 8, washing the housing 4 TMP 1, and the corresponding change in the temperature of the working fluid 6 into the mechanical movement of the bottom 5 of the glass 3 and the rod 2, which can be used to influence the system that prevents the change in temperature of the coolant 8 .

Таким образом, данное устройство может решать задачу обеспечения максимальной пассивности системы аварийного теплоотвода - отсутствия необходимости во внешних (по отношению к системе теплоотвода) источниках энергии и управляющих сигналах для обеспечения работы привода регулятора расхода конечного поглотителя тепла - атмосферного воздуха.Thus, this device can solve the problem of ensuring maximum passivity of the emergency heat removal system - there is no need for external (with respect to the heat removal system) energy sources and control signals to ensure the operation of the drive of the flow controller of the final heat sink - atmospheric air.

Применение ТМП, в этом случае, качественно повышает надежность аварийного теплоотвода и, соответственно, безопасность реактора.The use of TMP, in this case, qualitatively improves the reliability of emergency heat removal and, accordingly, the safety of the reactor.

Claims

1. Thermomechanical actuator containing a movable rod of variable cross-section, placed in a bellows block made in the form of a cup, the edges of which are hermetically connected to the body, and the outer surface and the bottom of the cup are immersed in the working fluid inside the housing, characterized in that the housing is installed in it the glass is made in the form of a sealed vessel filled with a working fluid - liquid metal, and immersed in the coolant stream.

2. The thermomechanical drive according to claim 1, characterized in that the working fluid in the vessel is sodium.

3. The thermomechanical drive according to claim 1, characterized in that the inner cavity of the glass is thermally insulated.

4. The thermomechanical drive according to claim 1, characterized in that it is additionally equipped with an electric heater, which is located inside the glass or immersed in the working fluid.