книги из ГПНТБ / Толшин В.И. Основы автоматики и автоматизации энергетических установок учебник

1. Защиту от незажигаиия факела в камере сгорания высокого давления (КСВД); эта защита начинает действовать после откры­ тия стопорного клапана. Если факела нет, то включается реле времени. Через 3 сек, если факел не зажегся, контакторы реле включают электромагнит защитного золотника. Стопорный клапан закрывается, и на центральном щите загораются сигналы «Факе­ ла КСВД нет» и «Пуск приостановлен». Если в течение 3 сек фа­ кел зажигается, то реле времени отключается и пуск продол­ жается.

2.Защиту от незажнг'апия факела камеры сгорания низкого давления (КСНД). Эта защита вступает в работу после открытия клапана дежурной форсунки. Последовательность операций анало­ гична последовательности предыдущей.

3.Защиту от потухания факела в камерах сгорания. При поту­ хании факела срабатывает реле защиты и закрывается стопорный клапан. На центральный щит подается светозвуковой сигнал «Фа­ кела в КСВД (КСНД) нет», и происходит аварийный останов машины.

4.Защиту от осевого аварийного сдвига валов. При сдвиге вала контакты реле датчиков осевого сдвига через промежуточное реле включают предварительную сигнализацию «Осевой сдвиг вала ТВД (ТНД)». Если осевой сдвиг увеличивается, то промежу­ точное реле включает реле защиты и аварийный сигнал «Осевой сдвиг вала ТВД (ТНД) авариен».

5.Защиту от повышения температуры газа.

6.Защиту от падения давления масла в системе смазки. При’ падении давления масла до 1,3 кгс/см2 срабатывает цепь реле на включение резервного масляного насоса с двигателем переменного тока; одновременно па центральный щит подается светозвуковой сигнал. При падении давления до 1,2 кгс/см2 цепь, реле включает пускатель аварийного масляного насоса. Если давление масла па­ дает ниже, срабатывает защита.

7.Защиту от заброса числа оборотов валов сверх максимально допустимой величины осуществляют гидравлическим' и механи­ ческим регуляторами безопасности.

Кроме того, защита может осуществляться также от повыше­ ния температуры масла в подшипниках, повреждений в электри­ ческой сети.

Аварийная схема сигнализации дает сигнал об аварийном из­

менении параметров газа, аварийном падении давления масла в маслосистеме, аварийном осевом сдвиге валов, об отсутствии напряжения в цепях защиты, промежуточном реле и в схеме авто­ матического пуска.

Отечественными турбостроительными заводами в настоящее время изготавливаются преимущественно гидравлические системы регулирования газотурбинных установок. Для управления уста­ новкой, а также для защиты ГТУ используются различные сред­ ства электроавтоматики. Например, главный электромагнитный

выключатель газотурбинной установки срабатывает по импульсу, который подается от реле термовыключателя, реле осевого сдвига

идругих реле.

Вгазотурбогенераторных установках в настоящее время типо­ вые средства автоматизации не нашли еще такого широкого при­ менения, как в ДГУ. Дальнейшее развитие систем комплексной автоматизации газотурбинных установок осуществляется путем усовершенствования гидравлической системы и путем создания элементов пневмоавтоматики. Газотурбинные установки имеют

источник сжатого воздуха — компрессор, где давление воздуха вполне удовлетворяет всем потребностям пневмоавтоматики. При­ менение воздуха в качестве рабочей ср'еды вместо различных ма­ сел выгодно по соображениям противопожарной безопасности, особенно для установок с температурой газа 900°. На базе пневма­ тических элементов значительно легче, по сравнению с гидравли­ ческими, конструировать различные функциональные устройства, надежность этих систем выше, чем электронных.

На рис. 12.3 представлена принципиальная схема системы регулирования скорости одновальиой газотурбогенераторной уста­ новки мощностью 600 кет, частотой тока 50 гц. Система регулиро- - вания скорости включает центробежный -измеритель скорости 1, который состоит из пакетов упругой пружины, жестко соединен­ ных грузами 2. При увеличении числа оборотов измеритель ско­ рости, соединенный с золотником 3, передвигает золотник во втул­ ке 4, увеличивая открытие окна Г.

Во втулку золотника через окно Г подается масло из камеры А над сервопоршнем 5, в которую оно поступает из напорной магист­ рали через камеру С и через дроссельное отверстие 6.

372

На установившихся режимах сервопоршень находится в со­ стоянии равновесия под действием сил: давления масла на верх­

При увеличении открытия сливного окна во втулке золотника давление масла над сервопоршнем уменьшается- и он перемещает­ ся вверх, увеличивая слив топлива через дроссель 7 из напорной топливной магистрали. Подача топлива к форсункам уменьшается.

При движении сервопоршня вверх площадь дроссельного от­ верстия 6 увеличивается, поэтому давление над сервопоршнем воз­ растает, в результате чего он прекращает свое движение.

Таким образом, дроссель 6 с изменяемым в зависимости от по­ ложения сервопоршия сечением выполняет роль жесткой обратной связи.

§ 12.3. Общие сведения об автоматизации ядерных энергетических установок

Общие понятия

Ядерная энергетическая установка (ЯЭУ, рис. 12.4) состоит из реактора Р, охлаждаемого водой под давлением (или другим теплоносителем), агрегатов первичного и вторичного контура. Цир­ куляция воды первичного контурД обеспечивается циркуляционным насосом НВ\ в первичном контуре имеется также компенсатор Л'Я для создания давления воды и компенсации температурных расши­ рений теплоносителя и соединительные магистрали. Вода первич­ ного контура передает запасенное в ней тепло через парогенера­ тор ПГ, состоящий из водяного котла (бойлера) и пароотделителя (паросепаратора).

Рис. 12.4. Схема ядерной энергетической установки

Выходной (вторичный) контур включает паровую турбину ПТ, вращающую генератор Г, конденсатор К, насос ПН, необходимое вспомогательное оборудование и соединительные магистрали.

Автоматизация ядерной энергетической установки весьма слож­ на и в общем случае должна включать:

373

— системы регулирования, обеспечивающие нормальную ра­ боту установки на установившемся режиме и при переходе с ре­ жима на режим в случае изменения нагрузки; при этом должно быть обеспечено необходимое качество электроэнергии и безопас­ ность работы;

—систему автоматического пуска;

—систему контроля и сигнализации;

—систему аварийной защиты, обеспечивающую быструю оста­ новку в случае, когда регулируемые параметры достигнут ава­ рийных значений (или обеспечивающую минимально возможную мощность установки).

Регулирование ядерной установки во многом сходно с регули­

активных веществ). Поэтому в основе проектирования и создания

важными и часто употребляемыми понятиями являются следующие:

— коэффициент размножения К. Для поддержания цепной реакции в активной зоне количество образующихся нейтронов должно быть равно количеству нейтронов, теряемых за счет утечки и поглощения. Если К= 1, то процесс в реакторе будет установив­ шийся, критический; если Л'<1, то цепная реакция поддерживаться небудет (режим подкритический) и деление нейтронов со време­ нем прекратится. При К>1 реактор находится в надкритическом состоянии и его мощность увеличивается. При /С>1,0064 реактор становится критическим только на мгновенных нейтронах (без уче­ та запаздывающих) и его мощность начинает быстро увеличи­ ваться. Этот режим не допускается. В процессе регулирования К близко к единице (не более 1,0064);

— реактивность р, показывающая, насколько коэффициент раз­ множения К отличен от единицы.

При переходе с режима на режим и изменении мощности ЯЭУ необходимо изменять К в определенных пределах. При быстром, аварийном выключении реактора К должно быть резко и значи­ тельно снижено.

Системы автоматического регулирования ЯЭУ

Основной задачей систем автоматического регулирования яв­ ляется обеспечение нормальной работы ЯЭУ при изменении на­ грузки или вследствие воздействия внутренних возмущений.'

Факторами, обусловливающими внутренние возмущения в ра­ боте системы регулирования, являются: а) выгорание топлива —

374

уран расходуется и число делений нейтронов уменьшается; б) от­ равление продуктами деления.

Для автоматического регулирования работой ЯЭУ исполь­ зуются:

—системы регулирования мощности реактора;

—системы регулирования теплообмена между первичным и вторичным контурами (регулирование температуры теплоноси­ теля);

—системы регулирования вторичного контура: регулирования уровня, давления в парогенераторе и числа оборотов.

Регулирование мощности ядерного реактора обеспечивается как за счет саморегулирования, так и за счет регулирования с по­ мощью регуляторов, действующих на процесс деления нейтронов.

Саморегулирование объясняется следующим: при изменении мощности установки изменяется температура в реакторе; если мощность увеличивается, то увеличивается температура и утечка нейтронов и К уменьшается. При уменьшении мощности происхо­ дит обратный процесс. Таким образом, ядерный реактор — объект с положительным самовыравниванием.

На систему регулирования нейтронной мощности возлагаются следующие функции:

— поддержание с необходимой точностью заданной мощности

Система регулирования мощности работает по принципу откло­ нения регулируемой величины — мощности — от заданного уровня и является системой пропорционального регулирования.

Регулирование осуществляется при помощи поглотителей нейт­ ронов. Такими поглотителями являются специальные стержни из кадмия, бористой стали и других материалов. Они подразделяются на компенсирующие и регулирующие. Компенсирующие стержни обеспечивают грубую установочную регулировку уровня мощности. Из-за опасности, с которой сопряжено быстрое изменение реактив­ ности на большую величину, такие стержни перемещаются мед­ ленно.

Стержни, с помощью которых осуществляется тонкая регули­ ровка, называются регулирующими. Для компенсации возможных скачкообразных изменений реактивности они могут перемещаться быстро, но так, чтобы полное изменение реактивности было не более 0,006.

Перемещение регулирующего стержня изменяется пропорцио­ нально отклонению мощности от заданного уровня. На рис. 12.5 представлена структурная схема основных элементов системы автоматического регулирования. Нейтронный датчик НД, которым обычно является ионизационная камера, дает сигнал, пропорцио­ нальный нейтронному потоку, т. е. выходной мощности реак­ тора Р. Этот сигнал сравнивается с сигналом заданной мощ-

375

пости g в устройстве сравнения СУ. Оно может быть выполнено на потенциометрах или магнитных усилителях. В дальнейшем сиг­ нал усиливается в ламповом или магнитном усилителе У. Послед-

Рис. 12.5. Структурная схема САР ЯЭУ

ний в свою очередь управляет исполнительным механизмом ИМ, который перемещает регулирующие стержни PC.

Простейшая система привода исполнительного механизма изо­

перемещения стержней, однако необходимо сальниковое уплотне­ ние в месте выхода штока сервомотора, что исключается в пре­ дыдущих системах.

При изменении мощности ЯЭУ должно изменяться (регулиро­ ваться) количество тепла, отводимого с теплоносителем первичного

376

контура с помощью системы регулирования теплообмена. На эту систему возлагаются следующие задачи:

—поддержание с необходимой точностью режима по вторич­ ному контуру;

—перевод установки с одного режима на другой заданный ре­

жим без недопустимых перерегулирований.

Теплообмен в парогенераторах ПГ, независимо от их конструк­ тивных особенностей, в установленном режиме описывается соот­

где Q — количество тепла, переданное в единицу времени тепло­ носителем первичного контура теплоносителю вторичного;

Рис. 12.7. Общая схема систем автоматического регулирования ЯЭУ

Применяются способы регулирования теплообмена, при кото­ рых либо температура теплоносителя первичного контура остается постоянной, а меняется его расход, либо изменяется расход, а перепад температур остается постоянным, либо изменяются и температура и расход.

Регулирование агрегатов вторичного контура ядерной энергети­ ческой установки имеет много общего с регулированием обычной паросиловой или газотурбинной установки.

При резком изменении режима работы реактора или нагрузки благодаря тепловой инерции ядерного реактора и парогенератора новый режим работы может установиться лишь с течением вре­ мени. Инерция теплообменника (парогенератора) разделяет вто­ ричный и первичный контуры на две взаимосвязанные системы.

377

На рис. 1.2.7 приведена общая схема системы автоматического регулирования ЯЭУ, которая включает:

регулятор нейтронной мощности РИМ, воздействующий на ре­ гулирующие стержни PC. Сигнал на РИМ приходит от датчика — ионизационной камеры PIK. Кроме того, настройка уровня мощ­ ности' РИМ осуществляется от задатчика ЗР\

регулятор температуры теплоносителя первичного контура РТ, который воздействует на РНМ\

регулятор давления теплоносителя во вторичном контуре РД; регулятор уровня РУ парогенератора ПГ, воздействующий на питательный клапан ПК',

регулятор числа оборотов п турбины, регулирующий подвод тепла к турбине.

Автоматическое управление пуском реактора и ЯЭУ

В процессе пуска ядерного реактора необходимо изменять мощность на много порядков. Если при этом не обеспечить надле­ жащий контроль за увеличением мощности, то произойдет авария.

При пуске необходимо значительно увеличить реактивность для того, чтобы вывести реактор в рабочее состояние, соответ­ ствующее определенному уровню мощности. Продолжительность пускового процесса следует свести к минимуму. В то же время не должно быть пусковой аварии, т. е. такой ситуации, когда мощ­ ность реактора будет возрастать слишком быстро и превзойдет максимально допустимый уровень. (Предполагается, что аварий­ ные стержни при этом не срабатывают). Необходимо иметь в виду, что повышение температуры реактора создает отрицательный эффект, уменьшающий его реактивность. С учетом этого эффекта стержни можно поднимать несколько быстрее.

Система автоматического регулирования пуском соответствует

устройство подается сигнал, соответствующий заданному периоду разгона реактора. В процессе пуска должен быть обеспечен разгон реактора с периодом удвоения мощности 25—30 сек.

Для обеспечения пуска имеется система аварийной блокировки. В случае если разгон реактора происходит слишком быстро, пере­ мещение стержней реактора блокируется, их можно перемещать только внутрь.

Автоматизация пуска остальных элементов ЯЭУ определяется конструкцией установки и обычно может рассматриваться как своего рода прогрев установки.

Система аварийной защиты, контроля и сигнализации

Системы аварийной защиты конструируются по принципу наиболее быстрого выключения реактора в случае необходимости.

-378

Аварийное выключение реактора должно происходить, когда:

—скорость разгона реактора больше допустимой;

—уровень мощности выше допустимого;

—температура активной зоны превышает допустимую;

— температура теплоносителя . иа входе или ' выходе превышает допустимую;

—давление в системе пони­

жено;

—выходит из строя циркуля­

сравнительно тяжелые бруски ме­ талла. Ввести стержни в реактор мгновенно невозможно. Про­ стейший вид аварийного введе­ ния стержней внутрь — под воздей­ ствием собственного веса. Для ввода можно использовать меха­

и освобождает стержень 5, кото­ рый под действием основной пру­ жины 4 и собственного веса падает вниз. Для стержней, вводи-

мых в реактор горизонтально, та­ кой метод неприемлем. Для этой цели используют электродвига­

тели, гидравлические системы аккумуляции энергии, а также систему аккумуляции энергии с помощью пружины или за счет вращения маховика.

Перечисленные механические и гидравлические системы исполь­ зуются при дублировании основной системы аварийного выключе­ ния в случае, если электроэнергия будет отсутствовать.

Для предотвращения .аварии ЯЭУ кроме быстрого аварийного выключения предусматривают следующие сигналы и мероприятия:

—звуковой или световой сигнал тревоги;

—полную остановку стержней;

379

—включение блокировки, допускающей передвижение стерж­ ней только в направлениях, отвечающих снижению реактивности;

—реверс — автоматическое введение стержней в реактор с

нормальной скоростью;

— быстрый реверс — введение стержней со скоростью, превы­ шающей нормальную (это не быстрое аварийное выключение).

Например, в случае защиты по уровню мощности может быть применена такая последовательность: превышение заданного уровня мощности на 5 % — сигнал тревоги; на 10% — остановка стержней; на 20% — быстрый реверс; на 30% — быстрое аварий­ ное выключение.

§ 12.4. Автоматизация холодильных установок

Общие сведения

Холодильные установки находят широкое применение в стацио­ нарных объектах для поддержания температурно-влажностного режима обслуживаемых помещений, особенно там, где размещены энергетическое оборудование и приборы, а также на складах пунк­ тов питания.

Автоматизация холодильной установки включает:

— автоматическое регулирование температуры охлаждаемого объекта, температуры теплоносителя при рассольном охлаждении и температуры (или давления) холодильного агента при непосред­ ственном охлаждении, подачи холодильного агента в охлаждаю­ щие приборы (испарители), оптимального давления конденсации

идр;

—дистанционный контроль за режимом работы установки;

—аварийную защиту установки и сигнализацию при достиже­ нии ее параметрами опасных пределов: чрезмерно высокого давле­ ния конденсации, слишком низкого давления в испарителе, пере­ грузки электродвигателя и т. п.; ■

—автоматическое управление при пуске компрессора (раз­ грузку компрессора, подачу охлаждающей воды и др.), его оста­

новке и работе.

Напомним, что холодильная установка с рассольным охлаж­ дением включает компрессор, отсасывающий холодильный агент (ХА) из испарителя и нагнетающий его в конденсатор; конденса­ тор, где отводится тепло от ХА и происходит его конденсация; ре­ гулирующий вентиль, обеспечивающий подачу ХА в испаритель; испаритель, где к: ХА подводится тепло от рассола, а сам рассол охлаждается, и холодильные камеры, охл'аждаемые рассолом. При непосредственном охлаждении холодильным агентом испари­ тель размещается непосредственно в камерах.

Из аммиачных и фреоновых холодильных установок наиболее перспективными для использования на объектах с пожароопас­ ными помещениями являются фреоновые установки.

Й80