Область техники

Изобретение относится к устройствам фильтрации больших объёмов жидкости, содержащих мусор, и может быть применено, в частности, в атомной отрасли, конкретно в баках-приямках атомных электростанций (АЭС), предназначенных для фильтрации больших объёмов теплоносителя в случае аварии.

Предшествующий уровень техники

Важной проблемой при эксплуатации АЭС является фильтрация теплоносителя (как правило, воды), вытекающего из повреждённых трубопроводов первого контура в случае аварии. Поскольку использование теплоносителя для охлаждения активной зоны после аварии не менее важно, чем в режиме нормальной эксплуатации, и его недостаток может привести к тяжёлой аварией с расплавлением активной зоны реактора, теплоноситель, вытекающий из повреждённых трубопроводов, необходимо собирать и направлять в систему аварийного охлаждения активной зоны реактора (САОЗ) для дальнейшего расхолаживания активной зоны. При этом проблемой является то, что в процессе аварий, связанных с истечением теплоносителя первого контура, в защитной оболочке формируется значительное количество мусора (дебриса) от разрушения конструкций и сооружений. Образовавшийся дебрис смешивается с раствором борной кислоты, который используется системой САОЗ для длительного охлаждения реакторной установки. Составляющие дебриса могут привести к блокированию системы САОЗ и снижению эффективности охлаждения реакторной установки. Дебрис состоит из следующих основных частей:

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) - латентный дебрис, представляющий собой пыль, грязь, волокна одежды, кусочки бумаги, пластика, ржавчину, засохшие капли краски и т.д. Таким образом, латентный дебрис — это мусор, образующийся в процессе выполнения основных строительных и ремонтных работ под защитной оболочкой, а также в процессе эксплуатации АЭС;

- дебрис от разрушения теплоизоляционных конструкций;

- дебрис от разрушения лакокрасочных покрытий;

- химический дебрис.

Теплоноситель, содержащий большое количество дебриса, собирают в специальные баки-приямки, в который установлены фильтрующие устройства, предназначенные для очистки теплоносителя перед его подачей в САОЗ. Проблемой является то, что большой объём теплоносителя, содержащий большой объём дебриса, может создать препятствия на входе фильтрующих устройств и существенно уменьшить либо вовсе прекратить доступ в них теплоносителя, что может привести к недостатку теплоносителя в активной зоне реактора, её разогреву и тяжёлой аварии. Таким образом, требуется разработать бак для фильтрации и сбора мусора, позволяющий предотвратить забивание мусором (дебрисом) фильтрующих устройств при большом потоке жидкости, несущем большой поток мусора.

Для решения такой задачи применялись различные технические решения.

Известно устройство защиты приямков в аварийной системе охлаждения водо-водяного ядерного реактора с фильтрующим модулем (патент РФ на изобретение № 2686684, опубл. 30.04.2019, МПК G21C 9/00), содержащее систему фильтров, установленных на приемном отверстии верхней части размещенного в днище защитной оболочки реактора приямка, подсоединенного к заборному отверстию трубопровода аварийной системы охлаждения, и представляющую собой подсоединенные к коллекторам фильтрующие модули, препятствующие попаданию дебриса в заборное отверстие трубопроводов аварийной системы охлаждения, при этом каждый фильтрующий модуль имеет боковые и верхнюю щелевые решетки и расположенные внутри фильтрующие элементы, выполненные в виде фильтрующих труб, боковая поверхность которых имеет щели, и размещенных внутри труб перфорированных распределительных трубок, диаметр отверстий которых последовательно уменьшается по ходу потока, а внутренние полости соединены с коллекторами.

Такое решение позволяет обеспечить равномерного натекания потока на фильтрующую поверхность и исключить неравномерность ее зарастания дебрисом, а также обеспечить равномерность потока по поверхности самого фильтрующего элемента. Недостатком такого решения является невозможность обеспечения безопасности работы фильтрующих устройств при больших потоках жидкости, несущих большой объём мусора, который может забить отверстия фильтрующего элемента.

Наиболее близким к заявленному изобретению аналогом является уловитель взвешенных частиц (авторское свидетельство SU 1733045, опубл. 15.05.1992, МПК: BOID 24/02), включающий бак-приямок с отверстием для подвода загрязнённой воды и отвода очищенной воды, двухступенчатый фильтр, включающий первую ступень грубой очистки и вторую ступень, выполненную из сеток с ячейками, последовательно уменьшающимися в сторону отвода очищенной воды, и гофрированные сетки, установленные между сеток с ячейками второй ступени очистки, в котором с целью повышения эффективности очистки воды и надёжности работы уловителя, первая ступень очистки выполнена из параллельно соединённых плоских сетчатых элементов, в каждом из которых установлены симметрично оси элемента вертикальные сетки с ячейками, равными ячейкам сеток первых рядов второй ступени очистки, при этом ячейки последней сетки первой ступени имеют более крупные ячейки, чем последняя сетка во второй ступени очистки, уловитель снабжён вертикальной шахтой, установленной на дне бака-приямка соосно с отверстием для подвода воды и имеющей сечение, превышающее сечение отверстия для подвода воды, причём в стенке шахты у перекрытия бака-приямка выполнены окна, а нижняя часть её сообщена с каждым сетчатым элементом первой ступени очистки.

Такое решение повышает эффективность уловителя и надёжность его работы. Недостатком его, однако, является невозможность обеспечения безопасности работы фильтрующих устройств при больших потоках жидкости, несущих большой объём мусора.

Раскрытие изобретения

Задачей заявленного изобретения является разработка бака фильтрации и сбора мусора, обеспечивающего надёжную работу при больших потоках жидкости, несущих большой объём мусора.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении безопасности работы бака фильтрации и сбора мусора при больших потоках жидкости, несущих большой объём мусора.

Технический результат достигается тем, что в известном баке для фильтрации и сбора мусора, содержащем входное отверстие, выполненное в крышке бака, и выпускное отверстие, на котором установлено фильтрующее устройство, а во входном отверстии установлена вертикальная шахта, установленная на дне бака, в которой выполнено окно для вывода жидкости, это окно выполнено в нижней части вертикальной шахты и направлено в сторону, противоположную фильтрующему устройству.

Предпочтительно выполнить верхнюю часть вертикальной шахты в форме воронки. Рекомендуется снабдить стенки вертикалной шахты вертикальными рёбрами.

Целесообразно снабдить стенки воронки горизонтальными рёбрами.

Рационально установить сверху на воронку ограждение.

Краткое описание фигур чертежей

На фиг. 1 представлен вид в разрезе бака фильтрации и сбора мусора с установленной в нём вертикальной шахтой в предпочтительном варианте.

На фиг. 2 представлен вид сбоку в разрезе бака фильтрации и сбора мусора в предпочтительном варианте.

На фиг. 3 представлен вид сверху в разрезе бака фильтрации и сбора мусора в предпочтительном варианте.

Вертикальная шахта 4 установлена во входном отверстии, выполненном в потолке 1 бака, нижняя часть вертикальной шахты 4 установлена на полу 2 бака. Верхняя часть вертикальной шахты 4 в предпочтительном варианте снабжена воронкой 3, в которой выполнены вертикальные 5 и горизонтальные 6 рёбра. В нижней части вертикальной шахты 4 выполнено окно 8, направленное в сторону, противоположную фильтрующему устройству 9. Мусор, содержащийся в потоке, в основном мусор собирается в зоне осаждения мусора 10. На воронке 3 в предпочтительном варианте установлено ограждение 7.

Бак для фильтрации и сбора мусора в предпочтительном варианте работает следующим образом. При поступлении большого потока жидкости, содержащего большое количество мусора, с потолка 1 бака через воронку 3 в вертикальную шахту 4 формируется поток жидкости, который при этом теряет часть своей кинетической энергии за счёт торможения о вертикальные 5 и горизонтальные 6 рёбра, выполненные в воронке 3 и вертикальной шахте 4. При этом ограждение 7 препятствует попаданию особенно больших кусков мусора в бак. Затем поток жидкости, падая с высоты, ударяется о дно вертикальной шахты 4 и за счёт этого теряет дополнительную часть кинетической энергии, после чего, попадая через окно 8 в основное пространство бака, направляется в сторону, противоположную фильтрующим элементам 9, благодаря чему на пути к фильтрующим элементам 9 поток теряет дополнительную часть кинетической энергии, что приводит к осаждению мусора в зоне осаждения мусора 10, максимально удалённой от фильтрующих элементов 9, препятствуя тем самым их засорению. Это позволяет обеспечить их беспрепятственную работу, что повышает безопасность.

Промышленная применимость

Бак для фильтрации и сбора мусора может быть применён для фильтрации большого потока жидкости, содержащего большой объём мусора, в частности, в системах безопасности АЭС.