Резервная подпитка парогенераторов АЭС в условиях электрообесточивания энергоблока
Представлено оригинальное техническое решение по использованию энергии пара для организации подпитки парогенераторов АЭС в условиях полного электрообесточивания. Выполнен анализ применения композиционной конструкции турбопривода насосного агрегата, показана ее технологическая целесообразность и...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Ядерна та радіаційна безпека |
|---|---|
| Дата: | 2014 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Державне підприємство "Державний науково-технічний центр з ядерної та радіаційної безпеки" Держатомрегулювання України та НАН України
2014
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/97514 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Резервная подпитка парогенераторов АЭС в условиях электрообесточивания энергоблока / А.В. Королёв, О.В. Деревянко // Ядерна та радіаційна безпека. — 2014. — № 2. — С. 10-12. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-97514 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Королёв, А.В. Деревянко, О.В. 2016-03-28T19:09:19Z 2016-03-28T19:09:19Z 2014 Резервная подпитка парогенераторов АЭС в условиях электрообесточивания энергоблока / А.В. Королёв, О.В. Деревянко // Ядерна та радіаційна безпека. — 2014. — № 2. — С. 10-12. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 2073-6231 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/97514 621.039.534.25 Представлено оригинальное техническое решение по использованию энергии пара для организации подпитки парогенераторов АЭС в условиях полного электрообесточивания. Выполнен анализ применения композиционной конструкции турбопривода насосного агрегата, показана ее технологическая целесообразность и реализуемость. Представлено оригінальне технічне рішення з використання енергії пари для організації підживлення парогенераторів АЕС в умовах повного електрознеструмлення. Виконано аналіз застосування композиційної конструкції турбоприводу насосного агрегату, показано її технологічну доцільність і можливість бути реалізованою. The paper describes an original solution for using steam energy to organize makeup of NPP steam generators in blackout conditions. The proposed solution combines a disk friction turbine and an axial turbine in a single housing to provide a high overall technical effect enabling the replenishment of nuclear steam generators with steam using the pump turbine drive assembly. The application of this design is analyzed and its efficiency and feasibility are shown. ru Державне підприємство "Державний науково-технічний центр з ядерної та радіаційної безпеки" Держатомрегулювання України та НАН України Ядерна та радіаційна безпека Резервная подпитка парогенераторов АЭС в условиях электрообесточивания энергоблока Резервная подпитка парогенераторов АЭС в условиях электрообесточивания энергоблока Emergency Makeup of Nuclear Steam Generators in Blackout Conditions Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Резервная подпитка парогенераторов АЭС в условиях электрообесточивания энергоблока |
| spellingShingle |
Резервная подпитка парогенераторов АЭС в условиях электрообесточивания энергоблока Королёв, А.В. Деревянко, О.В. |
| title_short |
Резервная подпитка парогенераторов АЭС в условиях электрообесточивания энергоблока |
| title_full |
Резервная подпитка парогенераторов АЭС в условиях электрообесточивания энергоблока |
| title_fullStr |
Резервная подпитка парогенераторов АЭС в условиях электрообесточивания энергоблока |
| title_full_unstemmed |
Резервная подпитка парогенераторов АЭС в условиях электрообесточивания энергоблока |
| title_sort |
резервная подпитка парогенераторов аэс в условиях электрообесточивания энергоблока |
| author |
Королёв, А.В. Деревянко, О.В. |
| author_facet |
Королёв, А.В. Деревянко, О.В. |
| publishDate |
2014 |
| language |
Russian |
| container_title |
Ядерна та радіаційна безпека |
| publisher |
Державне підприємство "Державний науково-технічний центр з ядерної та радіаційної безпеки" Держатомрегулювання України та НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Резервная подпитка парогенераторов АЭС в условиях электрообесточивания энергоблока Emergency Makeup of Nuclear Steam Generators in Blackout Conditions |
| description |
Представлено оригинальное техническое решение по использованию энергии пара
для организации подпитки парогенераторов АЭС в условиях полного
электрообесточивания. Выполнен анализ применения композиционной
конструкции турбопривода насосного агрегата, показана ее технологическая
целесообразность и реализуемость.
Представлено оригінальне технічне рішення з використання енергії пари для
організації підживлення парогенераторів АЕС в умовах повного
електрознеструмлення. Виконано аналіз застосування композиційної конструкції
турбоприводу насосного агрегату, показано її технологічну доцільність
і можливість бути реалізованою.
The paper describes an original solution for using steam energy to organize makeup of
NPP steam generators in blackout conditions. The proposed solution combines a disk
friction turbine and an axial turbine in a single housing to provide a high overall
technical effect enabling the replenishment of nuclear steam generators with steam using
the pump turbine drive assembly. The application of this design is analyzed and its
efficiency and feasibility are shown.
|
| issn |
2073-6231 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/97514 |
| citation_txt |
Резервная подпитка парогенераторов АЭС в условиях электрообесточивания энергоблока / А.В. Королёв, О.В. Деревянко // Ядерна та радіаційна безпека. — 2014. — № 2. — С. 10-12. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT korolevav rezervnaâpodpitkaparogeneratorovaésvusloviâhélektroobestočivaniâénergobloka AT derevânkoov rezervnaâpodpitkaparogeneratorovaésvusloviâhélektroobestočivaniâénergobloka AT korolevav emergencymakeupofnuclearsteamgeneratorsinblackoutconditions AT derevânkoov emergencymakeupofnuclearsteamgeneratorsinblackoutconditions |
| first_indexed |
2025-11-25T14:20:47Z |
| last_indexed |
2025-11-25T14:20:47Z |
| _version_ |
1850516811959762944 |
| fulltext |
10 ISSN 2073-6237. Ядерна та радіаційна безпека 2(62).2014
УДК 621.039.534.25
А. В. Королёв, О. В. Деревянко
Одесский национальный политехнический университет,
г. Одесса, Украина
Резервная подпитка
парогенераторов
АЭС в условиях
электрообесточивания
энергоблока
Представлено оригинальное техническое решение по использо-
ванию энергии пара для организации подпитки парогенераторов АЭС
в условиях полного электрообесточивания. Выполнен анализ приме-
нения композиционной конструкции турбопривода насосного агрегата,
показана ее технологическая целесообразность и реализуемость.
К л ю ч е в ы е с л о в а: парогенератор, аварийная подпитка, турбо-
привод, турбина трения.
О. В. Корольов, О. В. Дерев’янко
Резервне підживлення парогенераторів АЕС в умовах
елекрознеструмлення енегроблока
Представлено оригінальне технічне рішення з використання енергії
пари для організації підживлення парогенераторів АЕС в умовах повно-
го електрознеструмлення. Виконано аналіз застосування композицій-
ної конструкції турбоприводу насосного агрегату, показано її техноло-
гічну доцільність і можливість бути реалізованою.
К л ю ч о в і с л о в а: парогенератор, аварійне підживлення, турбо-
привід, турбіна тертя.
© А. В. Королёв, О. В. Деревянко, 2014
И
звестной проблемой обеспечения эффектив-
ного теплосъема в парогенераторах АЭС яв-
ляется противоречие между необходимостью
обеспечения достаточности водной среды во
втором контуре энергоблока и отсутствием на-
дежных средств подпитки в условиях потери водной среды
в аварийных или предаварийных режимах работы обору-
дования, если учесть возможность электрообесточивания
энергоблока. В настоящее время аварийная подпитка цир-
кулирующих водных сред в объем парогенераторов осуще-
ствляется аварийными насосами с электроприводом [1],
которые не отвечают требованиям в ситуации, связанной
с полным аварийным отключением электропитания, осо-
бенно в случае отказа (или невозможности запуска) резерв-
ных дизель-генераторов.
Организация надежной дополнительной (предаварий-
ной или аварийной) подпитки парогенераторов АЭС цир-
кулирующей жидкостью (котловой водой) требует приме-
нения технических средств повышенной функциональной
надежности. При этом к исполнительным механизмам си-
стем подпитки в условиях предаварийного или аварийного
функционирования ЯЭУ предъявляются весьма жесткие
требования по быстродействию и высокой эффективно-
сти их включения в работу. Для устранения выявленной
и обозначенной выше проблемы была поставлена цель: ис-
следовать возможности обеспечения надежного снабжения
парогенераторов АЭС дополнительной (подпитывающей)
водой с использованием насосных агрегатов, снабженных
турбоприводом. Однако, как показывает опыт эксплуата-
ции, обычный турбопривод с применением лопаточной
турбины (турбины Лаваля) для подобного случая имеет
ряд существенных недостатков. Например, одним из тре-
бований к такому приводу является условие «горячего
резерва», т. е. предварительный прогрев турбины для не-
допущения ее заклинивания при пуске. При этом исполь-
зование паровых линий «горячего резерва» влечет за собой
определенные трудности. В частности, на таких линиях
нужно обеспечить постоянный дренаж конденсата, обра-
зующегося на стенках паропроводов. Использование же
холодного турбопривода, без дренирования конденсата,
грозит серьезными повреждениями любой паровой ма-
шины, особенно лопаточной турбины.
Анализ известных технологических схем показал воз-
можность и целесообразность использования тепловой
энергии для аварийной подпитки парогенератора непо-
средственно паром из парогенератора. Ранее с этой це-
лью на котлах широко использовались пароводяные ин-
жектора [2, 3]. Однако инжекторный способ аварийной
подпитки парогенератора собственным паром непригоден
по причине малых рабочих давлений инжекторов (область
рабочих давлений — до 2,0 МПа).
Для достижения поставленной цели были рассмотрены
технические решения, альтернативные существующим,
выявлены их недостатки и предложена принципиально
новая, ранее не применявшаяся конструкция турбоприво-
да насосного агрегата подпитки.
Известно, что дисковые турбины трения лишены ука-
занного выше недостатка. Особенности их конструкции
позволяют вращать ротор таких турбин даже от подачи
гетерогенного двухфазного потока (более того, турбина
на воде будет иметь даже более высокую приемистость).
Повышенные значения коэффициентов трения, свойствен-
ные двухфазному потоку, взаимодействующему с дисковой
турбиной, могут минимизировать постоянную времени
(крутизну кривой разгона ротора) и сократить время пере-
ходного процесса при запуске агрегата. Поэтому, на наш
ISSN 2073-6237. Ядерна та радіаційна безпека 2(62).2014 11
Резервная подпитка парогенераторов АЭС в условиях электрообесточивания энергоблока
взгляд, для обеспечения надежного привода подпиточно-
го насосного аппарата может быть применена комбини-
рованная конструкция турбопривода (рис. 1), состоящая
из посаженных на один вал лопаточной турбины Лаваля
и предвключенной дисковой турбины (турбины Теслы).
Рис. 1. Композиционная конструкция турбопривода:
1 — дисковая турбина, 2 — лопаточная турбина
Установка перед лопастной турбиной турбины трения
позволит подавать на лопатки ротора турбины (подклю-
ченного к ротору насоса) практически сухой пар. Кроме
этого, при включении двух разнотипных турбин будет ра-
ционально распределяться теплоперепад между ступенями
композиционной турбоустановки, поднимая степень сухо-
сти пара на выходе из лопаточной турбины.
Предлагаемое техническое решение, гарантирующее
оперативный пуск лопаточной турбины такого привода
без предварительного разогрева, позволяет подключить
подпиточный турбонасосный агрегат непосредственно
к паровому объему парогенератора через быстродейст-
вующий нормально-закрытый клапан; при этом отпада-
ет необходимость поддержания паропровода, ведущего
к турбоприводу, в «горячем резерве», с постоянным дре-
нированием конденсата. Интерес также представляет тех-
нический эффект, получаемый от такой нестандартной
конструкции: турбина трения будет выполнять функции
сепаратора, выделяющего конденсат из пара, который впо-
следствии будет удаляться по отдельной линии через кон-
денсатный горшок.
Положительный эффект данного решения создается
конструктивными особенностями турбины трения, при-
меняемой в качестве предвключенного элемента привода,
поскольку основной принцип работы дисковой турбины —
использование силы трения среды, проходящей в ее меж-
дисковых каналах, что ведет к подсушиванию пара за счет
перехода работы трения в теплоту.
Конструктивно турбина трения представляет собой
вал с закрепленными на нем плоскими дисками, между
которыми выдерживается определенное расстояние (за-
зор), причем каждый диск имеет окна в центральной ча-
сти для выхода рабочего тела. Крайние диски делаются
большими по толщине, так как струя пара, проходящего
между дисками, работает на их раздвижение, что требует
противодействия со стороны крайних дисков для при-
жатия внутренних дисков друг к другу. Крайние диски
имеют над окнами радиальные выступы, служащие частью
уплотнения (рис. 2). Ротор размещен в корпусе с входным
соплом и боковыми крышками с отверстиями в центре.
Сопло турбины в виде прямоугольной щели расположено
тангенциально, т. е. по касательной к внутренней поверх-
ности корпуса. Характер движения потока между дисками
ротора иллюстрируется эпюрой, представленной на рис. 3.
Зазор по периферии (между корпусом и ротором) делается
минимальным с целью уменьшения утечки пара мимо на-
бора дисков.
Рис. 2. Внешний вид дисковой турбины трения
Рис. 3. Эпюра скоростей среды, движущейся
в зазоре между дисками турбины
На одном валу с дисковой турбиной расположена ло-
паточная турбина, которая, находясь на одном валу с на-
сосом, должна работать на высоких угловых скоростях,
задаваемых дисковой турбиной (конструкцию осевой трех-
ступенчатой паровой турбины в числе элементов комби-
нированного турбопривода см. на рис. 1).
Для расчета турбины трения и паровой осевой турбины
необходимо определить имеющийся теплоперепад, реали-
зуемый на каждом из элементов конструкции. Учитывая
наличие в обеих турбинах общего вала с насосом, можно
принять, что мощность, потребляемая насосом, распре-
деляется между двумя турбинами и при этом обратно
12 ISSN 2073-6237. Ядерна та радіаційна безпека 2(62).2014
А. В. Королёв, О. В. Деревянко
пропорциональна их к.п.д. Для турбины трения, в соот-
ветствии с экспериментальными данными [5], к.п.д. равен
28 %, для осевой (паровой) турбины — 81 % [4].
При работе турбопривода под действием паровой среды,
поступающей из парогенератора, начальные параметры
пара будут равны 6,0 МПа и 275,58 °С. Соответственно,
располагаемый перепад давления при срабатывании пара
в атмосферу составит 5,8...5,9 МПа. Оптимальный тепло-
перепад, который может быть сработан на осевой лопаточ-
ной турбине при идеальном процессе расширения, состав-
ляет 120…180 кДж/кг (или 1,2…0,8 МПа срабатываемого
перепада давления) [4].
Процесс расширения потока в комбинированной тур-
бине представлен на рис. 4. Отражение этого процесса
на диаграмме теплофизических свойств воды и водяного
пара (h–s-диаграмме) позволяет получить теплоперепад,
который отрабатывается дисковой турбиной: он состав-
ляет 320 кДж/кг (или, соответственно, 5…4 МПа перепада
давления) [5].
Из диаграммы (рис. 4) видно, что процесс расширения
пара в такой комбинированной конструкции турбопри-
вода проходит в области влажности пара менее 12…14 %,
что вполне удовлетворительно по условиям эрозионных
разрушений.
Таким образом, можно сформулировать следующие
выводы:
1. Композиционная конструкция турбоприводов насос-
ных агрегатов для резервной подпитки парогенераторов
АЭС технологически выгодна и перспективна с точки зре-
ния обеспечения высокой функциональной надежности.
2. Использование в качестве композиционных элемен-
тов турбоприводов дисковой и лопаточной турбин обес-
печивает высокий суммарный технический эффект, выра-
жающийся в возможности подпитки парогенераторов АЭС
собственным паром при помощи турбонасосных агрегатов.
3. Предварительный анализ режимов работы предла-
гаемого конструктивно-технологического решения по-
казывает реализуемость и приемлемость рассмотренного
технического решения.
Список использованной литературы
1. Герлига В. А. Основы безопасности АЭС с водо-водяным
реакторами : Учеб. пособие / В. А. Герлига, В. В. Полтавченко,
В. И. Скалозубов. — К. : ІСДО, 1993. — 264 с.
2. Соколов Е. Я. Струйные аппараты / Е. Я. Соколов,
Н. М. Зингер. — М. : Энергоатомиздат, 1989. — 352 с.
3. Королев А. В. Использование инжектора в системе САОЗ
для повышения ее функциональной надежности / А. В Королев //
Ядерна та радіаційна безпека. — 2009. — Т. 12, вып. 2. — С. 38, 39.
4. Костюк А. Г. Паровые и газовые турбины для электростан-
ций // А. Г. Костюк, В. В. Фролов, А. Е. Булкин, А. Д. Трухний. —
М. : Изд. дом «МЭИ», 2008. — 556 с.
5. Фонд возрождения технологий Николы Тесла. [Электрон-
ный литературный ресурс]. — Режим доступа: http://www.teslatech.
com.ua/index.php?option = com_content&view = article&id = 5&Ite
mid = 5
References
1. Gerliga V. A. Poltavchenko V. V., Skalozubov V. I. Fundamentals
of nuclear safety with water reactors. Training. allowance. — Kiev :
ІSDO, 1993. — 264 р.
2. Sokolov E. Y., Singer N. M. Jet devices. — Moscow :
Energoatomizdat, 1989. — 352 p.
3. Korolyov A. V. Using the injector system ECCS to improve its
operational reliability // Nuclear Radiation Safety. — V. 12. — Iss. 2. —
2009 — P. 38, 39.
4. Kostyuk A. G. Steam and gas turbines for power plants //
A. G. Kostyuk, V. V. Frolov, A. E. Bulkin, A. D. Truhny. — Moscow :
Izd.Dom «MEI», 2008. — 556 p.
5. Renaissance Foundation technologies Nikola Tesla. [Electronic
literary resource]. — Mode of access: http://www.teslatech.com.ua/
index.php?option = com_content&view = article&id = 5&Itemid = 5.
Получено 05.03.2014.
Рис. 4. Процесс расширения
пара в комбинированной
турбине в h — s-диаграмме
|