RU2630780C1

RU2630780C1 - Vibration isolation system of submarine nuclear reactor

Info

Publication number: RU2630780C1
Application number: RU2016137278A
Authority: RU
Inventors: Олег Савельевич Кочетов
Original assignee: Олег Савельевич Кочетов
Priority date: 2016-09-19
Filing date: 2016-09-19
Publication date: 2017-09-13

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: presented system consists of a nuclear reactor installed on a housing, on a vibration isolation system, and pipelines of an emergency cooling system. The vibration isolator is made in the form of a cylindrical spring, which consists of two parts with oppositely directed ends, one part of which has turns of rectangular cross-section, and the other part of the spring is hollow, while the counter-directed end of the first part is located in the cavity of the second one. The segment profile gaps of the contacting spring parts are filled by antifriction grease. The gaps in the first part of the helical spring are made with coils of a rectangular cross-section, which is covered by a tube of damping material. The gaps are filled with crumb of the friction material.

EFFECT: creating a highly effective vibration isolation of a nuclear reactor.

2 dwg

Description

Изобретение относится к энергетическому оборудованию подводных лодок.The invention relates to power equipment of submarines.

Известны конструкции виброизолирующих устройств трубопроводов в виде сильфонных компенсаторов, резинокордных рукавов, например, описанные на стр. 66-68 книги «Унифицированные гибкие элементы трубопроводов».- М.: Изд-во стандартов, 1988 г. Авторов А.П. Гусенкова, Б.Ю. Лукинаи В.С. Шустова, в которой описаны уравновешенные (разгруженные) конструкции сильфонных компенсаторов.Known designs of vibration-isolating devices of pipelines in the form of bellows expansion joints, rubber-cord sleeves, for example, described on pages 66-68 of the book “Unified Flexible Pipeline Elements” .- M.: Publishing House of Standards, 1988. Authors A.P. Gusenkova, B.Yu. Lukinai V.S. Shustova, which describes the balanced (unloaded) design of the bellows expansion joints.

Недостатком указанных конструкций является невозможность их применения в системе аварийного расхолаживания ядерного реактора из-за высоких давлений и температур рабочей среды, подаваемой в трубопроводы в аварийной ситуации, т.к. не существует компенсаторов на эти параметры.The disadvantage of these designs is the impossibility of their use in the emergency cooldown system of a nuclear reactor due to high pressures and temperatures of the working medium supplied to the pipelines in an emergency, because There are no compensators for these parameters.

Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является активная виброизолирующая система трубопроводов аварийной системы расхолаживания ядерного реактора подводной лодки, состоящая из установленного на корпусе на виброизоляции ядерного реактора, трубопроводов аварийной системы расхолаживания, соединенных с ядерным реактором, проходящих через корпус подводной лодки, соединенных с забортным теплообменником и создающих динамические силы от вибрации реактора, вызывающие вибрацию корпуса и забортного теплообменника, на корпусе вблизи крепления к нему трубопроводов аварийной системы расхолаживания установлены исполнительные устройства, создающие компенсирующие динамические силы, а на трубопроводах аварийной системы расхолаживания, ядерном реакторе и корпусе установлены датчики вибрации, датчики динамических сил, соединенные через систему управления и усилители мощности с исполнительными элементами, измеряющие вибрацию трубопроводов ядерного реактора, и динамические силы, действующие от трубопроводов на корпус и забортный теплообменник и выдающие сигналы, пропорциональные величине вибрации динамических сил, через систему управления и усилители мощности на исполнительные устройства, обработанные системой управления таким образом, чтобы компенсирующие динамические силы от исполнительных устройств уменьшали динамические силы от трубопроводов аварийной системы расхолаживания по патенту RU №2556867 - прототип.The closest technical solution to the claimed object is an active vibration-isolating system of pipelines of the emergency dampening system of a submarine nuclear reactor, consisting of a nuclear reactor installed on the hull on the vibration isolation of a nuclear reactor, pipelines of an emergency damping system connected to a nuclear reactor passing through the hull of a submarine connected to an outboard heat exchanger and creating dynamic forces from vibration of the reactor, causing vibration of the body and outboard heat exchanger, n actuators creating compensating dynamic forces are installed in the housing near the fastening of the pipelines of the emergency cooling system, and vibration sensors, dynamic force sensors connected through the control system and power amplifiers with actuating elements measuring vibration are installed on the pipelines of the emergency cooling system, the nuclear reactor and the housing pipelines of a nuclear reactor, and dynamic forces acting from the pipelines to the body and the outboard heat exchanger and issue s signals proportional to the magnitude of vibration of the dynamic forces, through the control system and power amplifiers for actuators treated control system so as to compensate for the dynamic forces from actuators reduced dynamic forces from the piping system emergency shutdown cooling according to the patent RU №2556867 - prototype.

Недостатком виброизолирующей системы является сравнительно невысокое демпфирование колебаний в резонансных режимах работы виброизоляторов 5 виброизолирующей системы.The disadvantage of the vibration-isolating system is the relatively low damping of vibrations in the resonance modes of vibration isolators 5 of the vibration-isolating system.

Технический результат - создание высокоэффективной виброизоляции ядерного реактора по линии трубопроводов аварийной системы расхолаживания и повышение тем самым акустической скрытности подводной лодки.EFFECT: creation of highly effective vibration isolation of a nuclear reactor along the pipelines of an emergency dampening system and thereby increasing the acoustic secrecy of the submarine.

Это достигается тем, что в системе виброизоляции ядерного реактора подводной лодки, состоящей из установленного на корпусе, на виброизолирующей системе, ядерного реактора, трубопроводов аварийной системы расхолаживания, соединенных с ядерным реактором, проходящих через корпус подводной лодки, соединенных с забортным теплообменником и создающих динамические силы от вибрации реактора, вызывающие вибрацию корпуса и забортного теплообменника, на корпусе вблизи крепления к нему трубопроводов аварийной системы расхолаживания установлены исполнительные устройства, создающие компенсирующие динамические силы, а на трубопроводах аварийной системы расхолаживания, ядерном реакторе и корпусе установлены датчики вибрации датчики динамических сил, соединенные через систему управления и усилители мощности с исполнительными элементами, измеряющие вибрацию трубопроводов, ядерного реактора и динамические силы, действующие от трубопроводов на корпус и забортный теплообменник и выдающие сигналы, пропорциональные величине вибрации динамических сил, через систему управления и усилители мощности на исполнительные устройства, обработанные системой управления таким образом, чтобы компенсирующие динамические силы от исполнительных устройств уменьшали динамические силы от трубопроводов аварийной системы расхолаживания, виброизолятор виброизолирующей системы выполнен в виде цилиндрической пружины, которая состоит из двух частей с встречно направленными концами, одна часть из которых имеет витки прямоугольного сечения, а другая часть пружины выполнена полой, при этом встречно направленный конец первой части размещен в полости второй, зазоры сегментного профиля контактирующих частей пружины заполнены антифрикционной смазкой, при этом на конце второй части пружины установлена уплотнительная манжета для предотвращения утечки смазки, а первую часть винтовой пружины, выполненную с витками прямоугольного сечения с закругленными кромками, охватывает трубка из демпфирующего материала, например полиуретана, зазоры, в первой части винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала, зазоры, в первой части винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала, выполненного из композиции, включающей следующие компоненты, при их соотношении, мас. %:This is achieved by the fact that in the vibration isolation system of a submarine’s nuclear reactor, consisting of a submarine mounted on the hull, on a vibration isolating system, a nuclear reactor, pipelines of the emergency cooling system, connected to the nuclear reactor, connected to the outboard heat exchanger and creating dynamic forces from the vibration of the reactor, causing vibration of the housing and the outboard heat exchanger, on the housing near the fastening of the pipelines of the emergency cooldown system to it actuators that create compensating dynamic forces, and vibration alarm sensors are installed on the pipelines of the emergency cooling system, the nuclear reactor and the casing, sensors connected through the control system and power amplifiers with actuators measuring vibration of the pipelines, nuclear reactor and dynamic forces acting from the pipelines to the body and the outboard heat exchanger and emitting signals proportional to the magnitude of the vibration of the dynamic forces through the control system and power amplifiers for actuators processed by the control system so that compensating dynamic forces from actuators reduce the dynamic forces from the pipelines of the emergency cooling system, the vibration isolator of the vibration isolating system is made in the form of a coil spring, which consists of two parts with opposite ends, one part of which has coils of rectangular cross section, and the other part of the spring is hollow, while the counter-directed end of the first part it is located in the cavity of the second, the gaps of the segment profile of the contacting parts of the spring are filled with antifriction grease, while at the end of the second part of the spring a sealing lip is installed to prevent leakage of lubricant, and the first part of the coil spring, made with coils of rectangular cross section with rounded edges, covers a tube of damping material , for example polyurethane, gaps in the first part of a coil spring made with coils of rectangular cross section, which is covered by a tube of damping material a, filled with crumbs of friction material, gaps in the first part of a coil spring made with coils of rectangular cross section, which is covered by a tube of damping material, are filled with crumbs of friction material made of a composition comprising the following components, with their ratio, wt. %:

смесь резольной и новолачной фенолоформальдегидных mixture of resol and novolac phenol formaldehyde смол в соотношении 1:(0,2-1,0)pitches in the ratio 1: (0.2-1.0) 28÷3428 ÷ 34 волокнистый минеральный наполнитель, содержащий fibrous mineral filler containing стеклоровинг или смесь стеклоровинга иglass roving or a mixture of glass roving and базальтового волокна в соотношении 1:(0,1-1,0)basalt fiber in a ratio of 1: (0.1-1.0) 12÷912 ÷ 9 графит graphite 7÷187 ÷ 18 модификатор трения, содержащий технический углерод carbon black friction modifier в виде смеси с каолином и диоксидом кремнияin the form of a mixture with kaolin and silicon dioxide 7÷157 ÷ 15 баритовый концентрат barite concentrate 20÷3520 ÷ 35 тальк talc 1,5÷3,01.5 ÷ 3.0

На фиг. 1 приведена компоновочная схема виброизолирующей системы ядерного реактора, на фиг. 2 - вариант выполнения виброизолятора 5 виброизолирующей системы.In FIG. 1 shows a layout diagram of a vibration isolation system of a nuclear reactor, FIG. 2 is an embodiment of a vibration isolator 5 of a vibration isolating system.

Система виброизоляции ядерного реактора подводной лодки содержит ядерный реактор 1, установленный на корпусе 4 на виброизоляции 5, соединенные с ядерным реактором 1 трубопроводы 2 аварийной системы расхолаживания, проходящие через корпус 4 к забортному теплообменнику 3. На корпусе 4, на ядерном реакторе 1, на трубопроводах 2 аварийной системы расхолаживания установлены датчики вибрации 6, измеряющие вибрацию корпуса и реактора, и датчики динамических сил 10, измеряющие динамические силы Qк, действующие на корпус 4 со стороны трубопроводов 2 аварийной системы расхолаживания. На корпусе 4 рядом с трубопроводами 2 установлены исполнительные устройства 9, создающие компенсирующие динамические силы Qк, соединенные через усилители мощности 8 с системой управления 7.The vibration isolation system of a submarine’s nuclear reactor comprises a nuclear reactor 1 mounted on the housing 4 on vibration isolation 5, pipelines 2 of the emergency cooling system connected to the nuclear reactor 1, passing through the housing 4 to the outboard heat exchanger 3. On the housing 4, on the nuclear reactor 1, on the pipelines 2 emergency cooldown system installed vibration sensors 6, measuring the vibration of the vessel and the reactor, and dynamic force sensors 10, measuring the dynamic forces Qk acting on the housing 4 from the piping side 2 av cryogenic cooling system. Actuators 9 are installed on the housing 4 near the pipelines 2, creating compensating dynamic forces Qк, connected through power amplifiers 8 to the control system 7.

Система виброизоляции ядерного реактора подводной лодки работает следующим образом.The vibration isolation system of a nuclear submarine reactor operates as follows.

Сигнал от датчиков динамической силы 10 и/или датчиков вибрации 6 поступает в систему управления 7, которая формирует сигнал на усилители мощности 8, питающие исполнительные устройства 9 таким образом, чтобы компенсирующие динамические силы Qк от исполнительных устройств 9 уменьшали бы динамические силы от трубопроводов Qк от вибрации ядерного реактора 1, установленного на виброизоляции 5, передаваемые на корпус 4 и забортный теплообменник 3 трубопроводами 2 аварийной системы расхолаживания.The signal from the sensors of the dynamic force 10 and / or vibration sensors 6 enters the control system 7, which generates a signal to the power amplifiers 8 supplying the actuators 9 so that the compensating dynamic forces Qk from the actuators 9 would reduce the dynamic forces from the pipelines Qk from vibration of a nuclear reactor 1 mounted on vibration isolation 5 transmitted to the housing 4 and the outboard heat exchanger 3 by pipelines 2 emergency cooling system.

Благодаря использованию найденного технического решения обеспечивается надежная высокоэффективная виброизоляция ядерного реактора от корпуса, в результате чего повышается акустическая скрытность подводной лодки.Thanks to the use of the technical solution found, reliable high-performance vibration isolation of the nuclear reactor from the hull is ensured, as a result of which the acoustic stealth of the submarine is increased.

Возможен вариант выполнения виброизоляторов 5 (фиг. 2) виброизолирующей системы в виде цилиндрической пружины со встроенным демпфером сухого трения, которая содержит цилиндрическую винтовую пружину, состоящую из двух частей 13 и 14 со встречно направленными концами 16 и 15 соответствующих витков этих пружин. На опорных витках пружины выполнены опорные кольца 11 и 12 для прочной и надежной фиксации концов пружин при их работе.A possible embodiment of the vibration isolators 5 (Fig. 2) of the vibration isolating system in the form of a cylindrical spring with an integrated dry friction damper, which contains a cylindrical coil spring, consisting of two parts 13 and 14 with opposite ends 16 and 15 of the corresponding turns of these springs. On the support coils of the spring, support rings 11 and 12 are made for strong and reliable fixation of the ends of the springs during their operation.

Первая часть винтовой пружины 13 выполнена с витками прямоугольного (или квадратного) сечения с закругленными кромками, а вторая часть 14 пружины выполнена полой, например круглого сечения, при этом встречно направленный конец 16 первой части пружины размещен в полости встречно направленной второй части пружины с концом 15, при этом второй ее конец, закрепленный на опорном кольце 12, загерметизирован, например при помощи резьбовой пробки (не показана).The first part of the coil spring 13 is made with coils of rectangular (or square) section with rounded edges, and the second part 14 of the spring is hollow, for example of circular cross section, while the counter-directed end 16 of the first part of the spring is placed in the cavity of the counter-directed second part of the spring with the end 15 while its second end, mounted on the support ring 12, is sealed, for example with a threaded plug (not shown).

В полости второй части 14 пружины, выполненной полой круглого сечения, образованы с четырех сторон, относительно прямоугольного сечения первой части 13 пружины, зазоры 17 сегментного профиля в сечении, перпендикулярном оси контактирующих частей 13 и 14 пружины.In the cavity of the second spring part 14, made of a hollow circular cross section, formed on four sides, relative to the rectangular section of the first spring part 13, the gaps 17 of the segment profile in a section perpendicular to the axis of the contacting parts 13 and 14 of the spring.

Для лучшей регулировки жесткости пружины (без задиров, заминов и заеданий) зазоры 17 сегментного профиля контактирующих частей 13 и 14 пружины заполнены антифрикционной смазкой, например вязкой типа «солидол», при этом на конце 15 второй части пружины установлена уплотнительная манжета (не показана) для предотвращения утечки (потери) смазки. Такая конструкция представляет собой своеобразный демпфер «вязкого трения» с протяженным дроссельным элементом в виде зазоров 17 сегментного профиля контактирующих частей 13 и 14 пружины, которые в этом случае будут являться аналогами системы соответственно «поршень-цилиндр».For better adjustment of the spring stiffness (without scuffing, jamming or jamming), the gaps 17 of the segment profile of the contacting parts 13 and 14 of the spring are filled with antifriction grease, for example, viscous "solid oil" type, and a sealing collar (not shown) is installed on the end 15 of the second spring part (not shown) for prevent leakage (loss) of lubricant. This design is a kind of viscous friction damper with an extended throttle element in the form of gaps 17 of the segment profile of the contacting parts 13 and 14 of the spring, which in this case will be analogs of the piston-cylinder system, respectively.

Первую часть 13 винтовой пружины, выполненную с витками прямоугольного (или квадратного) сечения с закругленными кромками, охватывает трубка 18 из демпфирующего материала, например полиуретана, которая создает в системе виброзащиты трение, величина которого повышается при подходе системы к резонансному режиму, что и является аналогом демпфера «сухого трения».The first part 13 of a coil spring, made with coils of rectangular (or square) section with rounded edges, is covered by a tube 18 of damping material, for example polyurethane, which creates friction in the vibration protection system, the value of which increases when the system approaches the resonant mode, which is analogous to dry friction damper.

Зазоры, в первой части 13 винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка 18 из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала (не показано).The gaps in the first part 13 of a coil spring made with coils of rectangular cross section, which is covered by a tube 18 of damping material, are filled with crumbs of friction material (not shown).

Возможен вариант, когда зазоры, в первой части винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала, выполненного из композиции, включающей следующие компоненты, при их соотношении, мас. %:A variant is possible when the gaps in the first part of a coil spring made with coils of rectangular cross section, which are covered by a tube of damping material, are filled with crumbs of friction material made of a composition comprising the following components, with their ratio, wt. %:

смесь резольной и новолачной фенолоформальдегидныхmixture of resol and novolac phenol formaldehyde смол в соотношении 1:(0,2-1,0)pitches in the ratio 1: (0.2-1.0) 28÷3428 ÷ 34 волокнистый минеральный наполнитель, содержащий fibrous mineral filler containing стеклоровинг или смесь стеклоровинга иglass roving or a mixture of glass roving and базальтового волокна в соотношении 1:(0,1-1,0)basalt fiber in a ratio of 1: (0.1-1.0) 12÷1912 ÷ 19 графит graphite 7-187-18 модификатор трения, содержащий технический углерод carbon black friction modifier в виде смеси с каолином и диоксидом кремнияin the form of a mixture with kaolin and silicon dioxide 7÷157 ÷ 15 баритовый концентрат barite concentrate 20÷3520 ÷ 35 тальк talc 1,5÷3,01.5 ÷ 3.0

Цилиндрическая пружина со встроенным демпфером сухого трения работает следующим образом.A cylindrical spring with integrated dry friction damper operates as follows.

Регулировка жесткости пружины осуществляется укорочением или удлинением высоты пружины. При вращении опорных колец 11 и 12 витки пружины перемещаются относительно друг друга во взаимно противоположных направлениях относительно продольной оси пружины, т.е. ввинчиваются или вывинчиваются. В первом случае (при ввинчивании) жесткость пружины увеличивается, а во втором случае (при вывинчивании) - уменьшается, что позволяет упростить регулировку жесткости пружины.The spring stiffness is adjusted by shortening or lengthening the spring height. When the support rings 11 and 12 rotate, the spring coils move relative to each other in mutually opposite directions relative to the longitudinal axis of the spring, i.e. screwed in or out. In the first case (when screwing in), the stiffness of the spring increases, and in the second case (when unscrewing) it decreases, which makes it easier to adjust the stiffness of the spring.

Таким образом, пружина благодаря избирательным свойствам обеспечивает эффективную пространственную виброизоляцию оборудования по всем шести направлениям колебаний (по трем осям Х, У, Z и поворотные колебания вокруг этих осей) с демпфированием колебаний на резонансе и при различных условиях работы.Thus, due to its selective properties, the spring provides effective spatial vibration isolation of equipment in all six directions of vibration (along the three axes X, Y, Z and rotary vibrations around these axes) with vibration damping at resonance and under various operating conditions.

Claims

The vibration isolation system of a submarine’s nuclear reactor, consisting of a nuclear reactor mounted on a hull, on a vibration isolating system, of an emergency cooling system piping connected to a nuclear reactor, passing through a submarine’s hull, connected to an outboard heat exchanger and generating dynamic forces from the vibration of the reactor, causing vibration the housing and the outboard heat exchanger, on the housing near the fastening of the pipelines of the emergency cooldown system to it, actuators are installed a, creating compensating dynamic forces, and vibration alarm sensors, dynamic force sensors connected through the control system and power amplifiers with actuating elements measuring vibration of the pipelines, nuclear reactor and dynamic forces acting from the pipelines are installed on the pipelines of the emergency cooling system, the nuclear reactor and the casing to the hull and the outboard heat exchanger and emitting signals proportional to the magnitude of the vibration of the dynamic forces through the control system and power amplifiers using Auxiliary devices processed by the control system in such a way that compensating dynamic forces from actuators reduce dynamic forces from pipelines of the emergency cooling system, characterized in that the vibration isolator of the vibration isolating system is made in the form of a cylindrical spring, which consists of two parts with opposite ends, one part of which it has coils of rectangular cross section, and the other part of the spring is hollow, while the counter-directed end of the first part is placed in the cavity of the second, the gaps of the segment profile of the contacting parts of the spring are filled with antifriction grease, while at the end of the second part of the spring a sealing sleeve is installed to prevent leakage of lubricant, and the first part of the coil spring, made with coils of rectangular cross section with rounded edges, covers a tube of damping material for example polyurethane, the gaps in the first part of the coil spring, made with coils of rectangular cross section, which covers the tube of damping material, apolneny grit friction material made of a composition comprising the following components in their ratio in wt. %:

mixture of resol and novolac phenol formaldehyde pitches in the ratio 1: (0.2-1.0) 28 ÷ 34 fibrous mineral filler containing glass roving or a mixture of glass roving and basalt fiber in a ratio of 1: (0.1-1.0) 12 ÷ 19 graphite 7 ÷ 18 carbon black friction modifier in the form of a mixture with kaolin and silicon dioxide 7 ÷ 15 barite concentrate 20 ÷ 35 talc 1.5 ÷ 3.0