На рис. 8.15 приведены схемы агрегатов, к регулированию уровня в которых предъявляются особо высокие требования. На рис. 8.15,а показан корпусной реактор с кипящей водой, предназначенный для непосредственной подачи пара на турбинy. Давление теплоносителя первого контура воспринимает корпус реактора 1.
Рис. 8.14. Регулирование подачи параллельно работающих насосов с помощью гидромуфт
В реакторе находится активная зона 2, состоящая из топливных кассет (аналогичных кассетам реакторов ВВЭР). Вода поступает в активную зону 2, где частично превращается в пар. Пароводяная смесь проходит тяговый участок 3. Пар отделяется от воды и направляется на турбину по паропроводу 4. Вода в опускном участке 5 смешивается с питательной водой, поступающей по питательному трубопроводу 6, и направляется на вход активной зоны. Пароводяная смесь занимает только нижнюю часть корпуса реактора, в верхней части — паровом пространстве 7 — находится пар с небольшой (до 1%) долей уносимой влаги. Естественная циркуляция теплоносителя осуществляется вследствие разности средней плотности смеси в тяговом и воды в опускном участках. Точное поддержание уровня в опускном участке реактора очень важно, так как при снижении уровня может нарушиться циркуляция в реакторе, а при повышении произойти заброс воды в турбину.
Подобные процессы протекают в канальных реакторах (см. pиc. 9 7), и необходимость точного регулирования уровня в канальных реакторах диктуется теми же соображениями, что и в корпусных. Однако в случае применения принудительной циркуляции тепловые процессы в канальных реакторах протекают более интенсивно и к точности поддержания уровня предъявляются «еще более жесткие требования.
Рис. 8.15. Схемы основных агрегатов АЭС, в которых регулируется уровень:
а —корпусной реактор с кипящей водой (одноконтурная схема); б — барабанный парогенератор
На рис. 8.15,б приведена схема барабанного парогенератора блока с реактором ВВЭР. В корпусе парогенератора 1 находится вода второго контура. Нагрев воды осуществляется трубчаткой 8, через которую прокачивается горячий теплоноситель первого контура, поступающий в патрубок 9 и отводимый через патрубок 10. Образующийся в корпусе пар сепарируется от влаги в паровом пространстве 7 и по паропроводам 4 направляется в турбину. Питательная вода подается по питательному трубопроводу 6. Подъем уровня воды в парогенераторе может привести к забросу воды в турбину; снижение уровня здесь менее опасно, чем в реакторах, однако оно приводит к оголению верхней части трубчатки, уменьшению поверхности теплообмена и нежелательному повышению температуры воды первого контура на входе в реактор.
Во всех рассмотренных схемах поддержание уровня осуществляется путем изменения подачи питательной воды. В стационарных условиях подача питательной воды должна быть равна расходу пара (если из регулируемой емкости часть воды забирается на продувку, то расход питательной воды должен быть соответственно увеличен). Регулирование уровня в переменных режимах осложняется из-за наличия так называемого «вспухания» (см. § 3.8). Например, если увеличить приток теплоты к жидкости при постоянном расходе питательной среды, то это приводит к временному подъему уровня (рис. 8.16), а затем к его падению.
Рис. 8.16. Динамические характеристики парогенератора.
а— возмущение тепловой мощности Dn в=const, Р=const, б — возмущение по расходу питательной воды (P=const, Q=const), в — возмущение по давлению (DnB=const, Q=const), г — КЧХ по каналу расход питательной воды — уровень, уровень;---------------- «—объем воды, объем пара,
—О—О------ расход пара, —X—X —расход воды, ------------------------- . ——входной сигнал трехимпульсного регулятора уровня
Рис 8 17 Схемы регулирования уровня импульсная и трехимпульсная, в — регулирование уровня в двух параллельно работающих барабанах
В силу такого характера изменения уровня регулирование уровня одноимпульсным регулятором 2 (рис. 8.17,а), увеличивающим расход питательной воды при снижении уровня 3 и уменьшающим расход при подъеме уровня, неэффективно. Такой регулятор при увеличении тепловой мощности из- за вспухания уровня в первый момент уменьшит расход воды, что через некоторое время приведет к падению уровня, большему чем без регулирования. С другой стороны, при возмущении изменением расхода питательной воды (например, при изменении режима работы насосов сигнал на вход одно импульсного регулятора придет со значительным запаздыванием (см. рис. 8 16,6), что также ухудшает динамическую точность АСР. В значительной мере эти недостатки ликвидируются при использовании трехимпульсной схемы регулирования (рис. 8.17,6). В такой схеме исполнительный механизм питательного клапана 1 управляется регулятором 2, на вход которого подаются сигналы по уровню 3, расходу пара 4 и расходу воды 5. Знаки сигналов, подаваемых на регулятор, выбираются так, чтобы открытие клапана происходило при снижении уровня и расхода воды и увеличении расхода пара. Коэффициенты усиления каналов по расходу воды и пара берутся равными. Поэтому в стационарном режиме эти сигналы уравновешиваются и нулевой сигнал на входе в регулятор будет только при значении уровня, равном заданному.
Рассмотрим работу трехимпульсного регулятора при различных возмущениях. При мгновенном изменении расхода питательной воды сигнал на входе в регулятор появляется практически мгновенно (рис. 8.16,6) и будет отработан регулятором еще до того, как заметно отклонится уровень. Аналогично при возмущении тепловой мощностью на входе в регулятор сразу же появляется сигнал увеличения расхода пара, требующий уже в первый момент увеличения расхода воды (рис. 8.16,а).
При наличии нескольких барабанов в реакторе или парогенераторе часто исключается возможность их раздельного питания (рис. 8.17,в). В этих случаях уровень регулируется одним регулятором, импульсом для которого служит средний уровень в нескольких барабанах Если пар отводится от барабанов по нескольким трубопроводам, то на регулятор подаются сигналы от всех расходомеров пара. Во избежание перекосов уровня от развертки гидравлических характеристик параллельно работающие барабаны должны объединяться перемычками по воде 6 и пару 7. Уменьшение развертки частично достигается путем установки клапанов 8 (управляемых дистанционно) на линии подачи воды в каждый барабан.
При необходимости регулировать уровень в барабанах при малой мощности часто устанавливается отдельный одноимпульсный регулятор, управляющий малым регулирующим клапаном на байпасной линии. Применение одноимпульсного регулятора в данном случае оправдано, так как на малых мощностях объем пара под уровнем мал и явление «вспухания» выражено слабо.
Настройка трехимпульсного регулятора уровня начинается с настройки контура регулирования питательной воды при отключенных сигналах 4 и 5. Оптимальные настройки регулятора 2 в этом режиме сильно зависят от конкретных особенностей объекта (инерции расходомера, люфтов в исполнительном механизме и т. п.), трудно поддающихся расчету. Поэтому обычно этот контур настраивается непосредственно на объекте, без предварительных теоретических расчетов. После определения коэффициента усиления канала по расходу воды устанавливается равный ему коэффициент по расходу пара. Контур регулирования расхода воды малоинерционен, и при определении коэффициента усиления по уровню можно считать, что расход воды мгновенно устанавливается равным суммарному значению расхода пара и отклонения уровня. Тогда регулятор 2 при подаваемом ему на вход сигнале 5 можно рассматривать как пропорциональный регулятор, изменяющий расход воды пропорционально отклонению уровня 3 от его заданного значения. Для определения оптимального коэффициента усиления этого регулятора (т. е отношения коэффициентов усиления по уровню и по воде) строится комплексная частотная характеристика (КЧХ) канала регулирующего воздействия (рис. 8.16,г). Эта характеристика определяется по экспериментальным данным, полученным на объекте, или на основании теоретических расчетов (см. гл 3).
По данной КЧХ методами, известными из теории регулирования, рассчитывается оптимальная настройка пропорционального регулятора, что и определяет требуемое значение коэффициента.
После установки полученных коэффициентов необходима проверка работы регулятора как в нормальных, так и в аварийных режимах.
