Общие сведения об автоматизации атомных, пароэнергетических и газотурбинных установок

 

  Федеральное агентство морского и речного  транспорта

  Федеральное государственное образовательное  учреждение

  высшего профессионального образования

  Волжская  государственная академия водного  транспорта 

  Кафедра эксплуатации судовых энергетических установок  
 
 
 
 
 
 
 
 

  Реферат по предмету АС СЭУ на тему:  
 

  «Общие  сведения об автоматизации  атомных, пароэнергетических и газотурбинных  установок»   
 
 
 
 
 
 
 
 

  Разработал  студент группы М-522:                           

  Проверил:                                                                      
 
 
 

  Н. Новгород

  2010 

  Общие сведения об автоматизации атомных и газотурбинных установок. 

  Автоматизация атомных энергетических установок (АЭУ). В общем виде судовые атомные (ядерные) энергетические установки, как и дизельные оборудуют:

  системами автоматического управления, обеспечивающими их пуск и остановку;

  средствами автоматического регулирования мощности реактора и частоты вращения ротора турбины;

  системами регулирования теплообмена (температуры, расхода) теплоносителя в первичном контуре, уровня и давления среды в парогенераторе;

  системами автоматического регулирования уровней, температур и давлений рабочих жидкостей в различных блоках АЭУ;

  устройствами автоматического контроля, сигнализации и защиты по установленным эксплуатационными требованиями параметрам.

  Регулирование мощности реактора. В реакторах АЭУ происходит цепная реакция деления ядер некоторых тяжелых элементов (изотопов урана, плутония или тория) и атомная (ядерная) энергия их преобразуется в тепловую. Мощность (тепловую энергию) в реакторе изменяют, воздействуя на поток нейтронов. Для этого в активную зону реактора вводят специальные стержни из бористой стали, кадмия, гафния и других металлов, способных поглощать нейтроны. Чем глубже входят в активную зону реактора стержни управления, тем они больше поглощают нейтронов и тем меньше мощность реактора.

  Стержни управления в верхней части (над реактором) механически связаны со специальным плунжером из магнитного материала. Плунжер вмонтирован в подвижную катушку индуктивности (кольцевой электромагнит).

  Когда через обмотку катушки проходит ток, плунжер занимает в ее магнитном поле центральное положение, и при подъеме или опускании катушки повторяет ее движения. Перемещение катушки (электромагнита), а вместе с ним и стержней управления обеспечивают с определенной скоростью специальные электрические, пневматические и гидравлические двигатели. 

  

                                                                                              Рис. 1. Структурная схема регулятора мощности реактора 

  Структурная схема регулирования мощности реактора представлена на рис.1. Датчик потока нейтронов (ДН), смонтированный в активной зоне реактора (Р), в зависимости от мощности реактора подает соответствующий сигнал в электронный блок сравнения (БС), где он сравнивается с сигналом заданной мощности и при их рассогласовании через усилитель (У) подается команда на исполнительный двигатель (ИД), который и обеспечивает перемещение стрежней управления (СУ).

  В процессе пуска реактора автоматические средства обеспечивают его разгон с периодом удвоения мощности за 25-30с. в случае более быстрого разгона реактора на блок сравнения (БС) подается сигнал и средства блокировки замедляют движение стержней.

  Регулирование параметров работы агрегатов первичного контура АЭУ. Одновременно с изменением мощности реактора происходит регулирование и теплообмена (температуры и расхода теплоносителя) в первичном контуре. При компоновке схем теплообмена в первичном контуре обычно предусматривается изменение расхода теплоносителя при постоянном расходе, либо изменение и температуры и расхода.

  Агрегаты первичного и вторичного контуров обладают различной тепловой инерцией, поэтому средства регулирования АЭУ (рис.38), представляют собой две взаимосвязанные автоматические системы. В первичный контур АЭУ включены реактор (Р), парогенератор (ПГ), циркуляционный насос (ЦН), а также датчик потока нейтронов (ДН) в реакторе, реле температуры (РТ) на выходе из реактора, реле давления (РД) в парогенераторе и регулятор расхода (РР) теплоносителя. Данные от датчиков ДН, РТ и РД поступают в блок сравнения (БС), который сравнивает полученные сигналы с заданным значением и в случае их рассогласования выдает команду регулятору мощности (РМ) на изменение положения стержней управления (СУ). Расход теплоносителя в первичном контуре регулируется регулятором РР.

  

  Рис. 2. Общая схема системы автоматического регулирования АЭУ

  С возрастанием скорости разгона реактора, уровня мощности» температуры активной зоны и теплоносителя выше допустимых значений; понижении давления в контуре; выходе из строя циркуляционных насосов; повышении уровня излучения срабатывает аварийная защита, и стержни управления входят в активную зону реактора, уменьшая поток нейтронов до установленного минимума. При этом включаются звуковые и световые сигналы тревоги.

  Регулирование параметров работы агрегатов вторичного контура. Основными агрегатами вторичного контура являются: паровая турбина (Т), электрогенератор (ЭГ), конденсатор (К) и питательный насос (ПН). Пар из парогенератора поступает в турбину, а из нее в конденсатор, где он превращается в воду, которая перекачивается питательным насосом (ПН) в парогенератор (ПГ). Уровень воды в парогенераторе поддерживается в заданных пределах регулятором (РУ).

   При пуске и остановке турбины средства автоматизации с помощью специальных блокировочных устройств обеспечивают требуемую последовательность их выполнения. Пуск главного турбозубчатого агрегата (ГТЗА), изменение режима его работы во всех диапазонах нагрузок от максимального переднего хода до полного заднего хода, а также остановка агрегата осуществляется с МПУ или дистанционно с ДПУ при помощи задатчика частоты вращения. На судах отечественной постройки применяются, как правило, гидравлические системы автоматического управления, регулирования и защиты ГТЗ.

  Во вторичный контур АЭУ включены: регулятор скорости ротора турбины (РС); регуляторы уровня (РУ) в парогенераторе, главном конденсаторе и в деаэраторе; регуляторы давления (РД) в парогенераторе, в паровых магистралях, а также автоматические средства контроля, сигнализации и защиты.

  Система регулирования скорости включает регулятор частоты вращения ротора (РС) и датчики давления в отборе мощности и за турбиной при этом осуществляется количественное, качественное или смешанное регулирование. Количество пара изменяют путем открытия или закрытия части направляющих сопел. Качество пара изменяют дросселированием потока в одном или нескольких клапанах. Комбинируя то и другое обеспечивают смешанное регулирование скорости.

  В качестве измерительного элемента у регулятора скорости чаще всего используют импеллер (своеобразный центробежный насос), напор которого пропорционален квадрату частоты вращения. С изменением частоты вращения, в следовательно и напора, масло под определенным давлением воздействует на золотник, а последний перепуская масло в соответствующую полость гидроцилиндра передвигает силовой поршень, шток которого связан с быстрозапорным стопорным клапаном (БЗК).

  Регуляторы давления пара и уровня воды в парогенераторе по принципу действия сходны с аналогичными устройствами, рассмотренными ниже. Уровни воды в конденсаторе, деаэраторе и других цистернах поддерживаются в установленных пределах мембранными датчиками. С повышением уровня мембраны, прогибаясь, через шток и систему рычагов прикрывают регулирующие клапаны на соответствующие магистрали и, наоборот, при понижении уровня увеличивают проходное сечение клапанов.

  Агрегаты вторичного контура снабжены также средствами автоматической сигнализации и защиты.

  Система защиты осуществляет остановку турбогенератора: при увеличении скорости ротора выше допустимых пределов, сдвиге ротора в осевом направлении (обычно в сторону генератора), при падении давления масла в системе, повышении температуры подшипников выше установленных значений.

  Автомат безопасности, прерывающий подачу пара в турбину, при повышении скорости ротора по принципу работы аналогичен инерционному выключателю дизеля. Боек, смонтированный в росточке ротора, при максимальной скорости сбрасывает защелку, что приводит к быстрому закрытию стопорного клапана и прекращению подачи пара в турбину.

  При аварийном сдвиге вала золотник, связанный с гребнем ротора, смещается в соответствующую сторону и через масляный выключатель (гидроцилиндр с силовым поршнем), воздействуя на БЗК, перекрывает главный паропровод.

  Аналогично действует и вакуум-реле. С падением вакуума в конденсаторе до предельного значения мембрана реле, прогибаясь в соответствующую сторону, через шток и масляный выключатель закрывает стопорный клапан.

  Защитные блоки ГТЗА мгновенно закрывают БЗК и обратные клапаны отбора мощности при повышении частоты вращения роторов ТВД и ТНД на 13 % выше оптимальной; снижении давления в масляной системе до 0,75 МПа, с падением вакуума в главном конденсаторе до 6О кПа, в случае сдвига роторов ТВД или ТНД более чем на 1 мм.

  Автоматизация пароэнергетических установок (ПЭУ). В отличие от АЭУ на судах с пароэнергетическими установками вместо парогенераторов установлены паровые котлы с регуляторами давления и уровня воды в них. Регуляторы имеют практически такую же конструкцию как

  и на парогенераторах АЭУ. Однако система сигнализации и защита паровых котлов несколько отличается от аналогичных си тем парогенераторов. Сигнализация и защита паровых котлов осуществляется в основном по уровню воды в коллекторе, давлению пара и по наличию факела в топке.

  В качестве датчиков уровня используются различные поплавковые реле, которые при минимальном уровне воды в котле замыкают электрическую цепь быстрозапорного электромагнитного клапана, перекрывающего топливную магистраль котла. Такое же воздействие на электромагнитный топливный клапан оказывают и реле типа РДК при повышении давления пара и фотореле в случае погашения факела в топке котла. Запально-защитные устройства обеспечивают вентиляцию топки в течение 30-50с перед подачей топлива по избежание воспламенения взрывоопасной концентрации газов.

  Автоматизация газотурбинных установок (ГТУ). Газотурбинные установки оборудуют: системами автоматического управления (пуска, выхода на холостой ход и под нагрузку); системами автоматизированного регулирования частоты вращения ротора и противопомпажных устройств; системами сигнализации и аварийной защиты.

  Автоматическое управление пуском осуществляется по принципу очередности проведения операций с контролем либо их окончания, либо параметров, характеризующих данную операцию, либо времени их проведения. Условно пуск ГТУ производится при выполнении в указанной последовательности следующих операций; включение смазочного насоса, валоповоротных устройств, циркуляционного насоса; запуск пусковых двигателей и увеличение скорости вращения ротора до момента зажигания топлива в камере сгорания. При достижении ротором турбины скорости вращения, равной 25-30% номинальной и работе установки некоторое время в этом режиме для вентиляции тракта, включается система зажигания топлива. С подключением камеры сгорания мощность турбины возрастает, электродвигатели отключаются, ГТУ переводится на холостой ход, а через некоторое время и на режим заданной нагрузки.

  Регуляторы частоты вращения ротора ГТК обычно центробежного (как у дизелей), либо импеллерного (сцентробежным масляным насосом) типа. Защиту компрессора от помпажа (пульсирующей подачи) в ГТУ обеспечивают противопомпажные регуляторы, которые с приближением режима работы в границе помпажа, открывают клапан, сообщающий нагнетательную полость компрессора с всасывающей.

  Электрогидравлическая система предупредительно аварийной сигнализации и защиты (СПАЗС):

  оповещает обслуживающий персонал об аварийном измерении параметров газа, падении давления в масляной системе, предельном осевом сдвиге вала, об отсутствии напряжения в цепях СПАСЗ и схеме автоматического пуска;

  обеспечивает защиту ГТУ от невоспламенения топлива или погашения факела в камерах сгорания турбин, от осевого аварийного сдвига ротора, повышения температуры газа, падения давления в смазочной системе до установленных значений, повышения частоты вращения ротора сверх максимально допустимых значений, от повышения температуры масла в подшипниках и аварийных повреждений в электрических сетях.