Разработка модели системы промконтура маслоохладителей АЭС с ВВЭР

 Промконтур маслоохладителей АЭС с ВВЭР предназначен для отвода тепла от оборудования, подключенного к системе охлаждения, в режимах нормальной эксплуатации. Система выполнена по принципу промежуточного контура: вода промконтура проходит через потребителей, отводит от них тепло, а затем охлаждается в пластинчатых теплообменниках.

 В состав системы входят насосное оборудование, трубопроводы, запорная и обратная арматура, фильтры-сетки, пластинчатые теплообменники и датчики. Для поддержания работоспособности системы предусмотрено резервное оборудование: один из насосов и один из теплообменников могут находиться в резерве и включаться при отказе рабочего оборудования.

 Разрабатываемая модель системы промконтура маслоохладителей АЭС позволяет:

1. Настроить систему на номинальный режим работы;

2. Проверить распределение расходов, давлений и температур;

3. Реализовать алгоритмы защит и блокировок насосного оборудования и электроприводной арматуры;

4. Исследовать поведение системы при ухудшении характеристик фильтрующего и теплообменного оборудования.

Благодарность

Выражаем благодарность автору данного руководства, Аспидову Никите Вячеславовичу, за вклад в развитие платформы REPEAT VISION.

1.  Условия задачи

1.1.  Объект моделирования

 Объектом моделирования является система промконтура маслоохладителей, включающая оборудование (см. рис. 1 ниже):

• три насоса промконтура: 21AP001, 22AP001, 23AP001;

• три пластинчатых теплообменника: 21AC001, 22AC001, 23AC001;

• фильтры-сетки: 81AT001, 82AT001, 83AT001;

• электроприводную арматуру во всасывающих патрубках и напоре насосов: 81/82/83AA001, 81/82/83AA002;

• электроприводную арматуру на входе и выходе теплообменников: 81/82/83AA003, 81/82/83AA004;

• обратные клапаны на напоре насосов: 81AA601, 82AA601, 83AA601;

• датчики давления, перепада давления, температуры и расхода.

Примечание

Каждый насос рассчитан на 50 % общего расхода, а каждый теплообменник — на 50 % отводимой тепловой мощности. В данной модели ветка с насосом 23AP001 и теплообменником 23AC001 является резервной. В номинальном режиме расход через неё должен быть близок к нулю.

Рис. 1 Технологическая схема системы промконтура маслоохладителей

1.2.  Исходные данные для построения модели

 Параметры оборудования, трубопроводов, арматуры, защит и контролируемых датчиков приведены в исходных таблицах:

• Характеристики оборудования системы

Наименование	Маркировка по схеме	Отметка расположения, м	Количество раб./рез.	Основные технические характеристики оборудования
Теплообменник промконтура	21AC001 22AC001 23AC001	+2.5	2/1	Параметры теплообменника: Тип — пластинчатый; Взаимное движение теплоносителей: противоток; Количество пластин: 216; Длина пластин: 2.3 м; Ширина пластин: 1 м; Расстояние между пластинами: 0.006 м; Коэффициент увеличения площади поверхности пластины: 1.25; Коэффициент трения Дарси (охлаждаемая среда): 1.58; Коэффициент трения Дарси (охлаждающая среда): 1.35; Коэффициент потерь для входа и выхода сред: 1.5; Коэффициент загрязнения поверхностей сред: 0.1 К·м²/кВт
Насос промконтура	21AP001 22AP001 23AP001	0	2/1	Охлаждающая вода: Температура на входе: 26 °C; Температура на выходе: 29.4 °C; Избыточное давление на входе: 83 кПа; Номинальный расход, л/мин: 11315; Номинальный напор, м: 62.8; Номинальная мощность сопротивления, Вт: 145300; Максимальный напор: 74.6; Максимальный расход, л/мин: 20787; Номинальная частота вращения вала, об/с: 27.5; ; Минимальное отношение скорости вращения вала к номинальной: 0.01; Отношение диаметра колеса к номинальному диаметру: 1.0

• Характеристики трубопроводов основного потока системы

Наименование трубопровода основного потока системы	Ду, мм	Дн × S, мм	L, м	Среда	Материал	Коэффициент шероховатости
Общий коллектор на всасе насосов до задвижек 81/82/83AA001	500	530×8	3.0	Обессоленная вода	Углеродистая сталь	0.00004
Трубопровод от задвижек 81/82/83AA001 до фильтров 81/82/83AT001	400	426×9	1.0	Обессоленная вода	Углеродистая сталь	0.00004
Трубопровод от фильтров 81/82/83AT001 до всаса насосов 21/22/23AP001	400	426×9	5.0	Обессоленная вода	Углеродистая сталь	0.00004
Трубопровод напора насосов до обратных клапанов 81/82/83AA601	300	325×8	3.0	Обессоленная вода	Углеродистая сталь	0.00004
Трубопровод от обратных клапанов 81/82/83AA601 до задвижек 81/82/83AA002	300	325×8	0.1	Обессоленная вода	Углеродистая сталь	0.00004
Трубопровод от задвижек 81/82/83AA002 до общего коллектора	300	325×8	5.0	Обессоленная вода	Углеродистая сталь	0.00004
Общий коллектор напора насосов до задвижек 81/82/83AA003	500	530×8	2.0	Обессоленная вода	Углеродистая сталь	0.00004
Трубопровод подачи воды к теплообменникам промконтура 21/22/23AC001	350	377×9	3.0	Обессоленная вода	Углеродистая сталь	0.00004
Трубопровод слива воды от теплообменников промконтура 21/22/23AC001 до задвижек 81/82/83AA004	350	377×9	3.0	Обессоленная вода	Углеродистая сталь	0.00004
Трубопровод от задвижек 81/82/83AA004 до общего коллектоа слива воды от теплообменников промконтура 21/22/23AC001	500	530×8	5.0	Обессоленная вода	Углеродистая сталь	0.00004
Общий коллектор слива воды от теплообменников промконтура 21/22/23AC001	500	530×8	1.0	Обессоленная вода	Углеродистая сталь	0.00004
Трубопровод подачи охлаждающей воды к теплообменникам промконтура 21/22/23AC001	200	219×6	5.0	Обессоленная вода	Углеродистая сталь	0.00004
Трубопровод слива охлаждающей воды от теплообменников промконтура 21/22/23AC001	200	219×6	5.0	Обессоленная вода	Углеродистая сталь	0.00004

• Характеристики арматуры системы

Наименование	Маркировка	Диаметр прохода	Рабочая среда	Способ управления
Задвижка на всасе насосов промконтура	81AA001 82AA001 83AA001	400	Обессоленная вода	Электропривод
Задвижка на напоре насосов промконтура	81AA002 82AA002 83AA002	300	Обессоленная вода	Электропривод
Обратный клапан на напоре насоса промконтура	81AA601 82AA601 83AA601	280	Обессоленная вода	-
Задвижка на входе в теплообменники промконтура	81AA003 82AA003 83AA003	500	Обессоленная вода	Электропривод
Задвижка на выходе из теплообменников промконтура	81AA004 82AA004 83AA004	350	Обессоленная вода	Электропривод

• Перечень защит и блокировок системы

№ защиты, блокировки	Наименование и KKS оборудования	Условия для срабатывания блокировки
1	Насос охлаждающей воды 21AP001	Отключение насоса 21AP001 при совпадении следующих событий: 1) насос 21AP001 находится в работе; 2) давление в напорном коллекторе насосов (датчик поз. 80CP001) больше 0.6 МПа
2	Насос охлаждающей воды 22AP001	Отключение насоса 22AP001 при совпадении следующих событий: 1) насос 22AP001 находится в работе; 2) давление в напорном коллекторе насосов (датчик поз. 80CP001) больше 0.6 МПа
3	Насос охлаждающей воды 23AP001	Отключение насоса 23AP001 при совпадении следующих событий: 1) насос 23AP001 находится в работе; 2) давление в напорном коллекторе насосов (датчик поз. 80CP001) больше 0.6 МПа
4	Насос охлаждающей воды 21AP001	Отключение насоса 21AP001 при возникновении одного и более событий: 1) давление на напоре насоса 21AP001 более 0.66 МПа (датчик поз. 81CP002); 2) давление на всасе насоса 21AP001 менее 0.117 МПа (датчик поз. 81CP001)
5	Насос охлаждающей воды 22AP001	Отключение насоса 22AP001 при возникновении одного и более событий: 1) давление на напоре насоса 22AP001 более 0.66 МПа (датчик поз. 82CP002); 2) давление на всасе насоса 22AP001 менее 0.117 МПа (датчик поз. 82CP001)
6	Насос охлаждающей воды 23AP001	Отключение насоса 23AP001 при возникновении одного и более событий: 1) давление на напоре насоса 23AP001 более 0.66 МПа (датчик поз. 83CP002); 2) давление на всасе насоса 23AP001 менее 0.117 МПа (датчик поз. 83CP001)
7	Арматура электроприводная 82АА002 на напоре насоса 22AP001	Открытие арматуры 82АА002 на напоре насоса 22AP001 через 10 секунд после его включения
8	Арматура электроприводная 83АА002 на напоре насоса 23AP001	Открытие арматуры 83АА002 на напоре насоса 23AP001 через 10 секунд после его включения
9	Арматура электроприводная 81АА002 на напоре насоса 21AP001	Закрытие арматуры 81АА002 на напоре насоса 21AP001 после его отключения
10	Арматура электроприводная 82АА002 на напоре насоса 22AP001	Закрытие арматуры 82АА002 на напоре насоса 22AP001 после его отключения
11	Насос охлаждающей воды 21AP001	Обеспечить пуск резервного насоса 23AP001 при останове рабочего насоса 21AP001
12	Насос охлаждающей воды 22AP001	Обеспечить пуск резервного насоса 23AP001 при останове рабочего насоса 22AP001

• Показания контролируемых параметров в номинальном режиме работы

№	KKS датчика	Описание датчика	Величина ном.	Величина мин./макс.	Единицы измерения
1	80CT001	Температура на напорном коллекторе насосов промконтура маслоохладителей	32.15	23/60	°C
2	80CP001	Давление в напорном коллекторе насосов промконтура маслоохладителей	0.594	0/0.75	МПа
3	81CP003	Перепад давления на фильтр-сетке	10.3	0/15.0	кПа
4	82CP003	Перепад давления на фильтр-сетке	10.3	0/15.0	кПа
5	83CP003	Перепад давления на фильтр-сетке	0.0	0/15.0	кПа
6	81CP004	Перепад давления на теплообменнике 21AC001 (вода промконтура)	13.8	0/0.50	кПа
7	82CP004	Перепад давления на теплообменнике 22AC001 (вода промконтура)	14.0	0/0.50	кПа
8	83CP004	Перепад давления на теплообменнике 23AC001 (вода промконтура)	0.0	0/0.50	кПа
9	81CP001	Давление на всасе насоса промконтура маслоохладителей 21AP001	0.154	0/0.5	МПа
10	82CP001	Давление на всасе насоса промконтура маслоохладителей 22AP001	0.154	0/0.5	МПа
11	83CP001	Давление на всасе насоса промконтура маслоохладителей 23AP001	0.166	0/0.5	МПа
12	81CP002	Давление на напоре насоса промконтура маслоохладителей 21AP001	0.636	0/0.75	МПа
13	82CP002	Давление на напоре насоса промконтура маслоохладителей 22AP001	0.636	0/0.75	МПа
14	81CT002	Температура на выходе из теплообменника 21AC001	27.9	23/60	°C
15	82CT002	Температура на выходе из теплообменника 22AC001	27.9	23/60	°C
16	83CT002	Температура на выходе из теплообменника 23AC001	29.9	23/60	°C
17	84CT001	Температура на выходном коллекторе теплообменников	27.9	23/60	°C
18	84CF001	Расход на выходном коллекторе теплообменников	326.6	0/2600	кг/с
19	31CP001	Перепад давления на теплообменнике 21AC001 (охлаждающая вода)	44.0	0/65.0	кПа
20	32CP001	Перепад давления на теплообменнике 22AC001 (охлаждающая вода)	44.0	0/65.0	кПа
21	33CP001	Перепад давления на теплообменнике 23AC001 (охлаждающая вода)	0.0	0/65.0	кПа

Примечание

В таблицах Ду означает условный проход трубопровода, а Дн × S — наружный диаметр и толщину стенки. При задании диаметра в блоках модели используется внутренний диаметр. Например, для трубы 530×8 мм внутренний диаметр равен 530 - 2·8 = 514 мм.

1.3.  Постановка задачи

 Необходимо разработать модель промконтура маслоохладителей, настроить её на номинальный режим работы и проверить поведение системы при работе защит, блокировок и отказных сценариев.

 Работа состоит из четырёх этапов:

1. Сборка теплогидравлической схемы системы. Для этого задаются параметры трубопроводов, арматуры, насосов и теплообменников.

2. Настройка номинального режима. Определяется частота вращения рабочих насосов за счёт решения оптимизационной задачи. Расход на выходном коллекторе должен быть близок к 326,6 кг/с, а показания датчиков — соответствовать номинальным значениям из исходных таблиц.

3. Реализация защит и блокировок насосного оборудования и электроприводной арматуры. Для задвижек с электроприводом задаётся закон изменения положения затвора, например линейный или экспоненциальный. Для насосов реализуется плавный пуск и плавная остановка, чтобы переходные режимы в модели не происходили скачком.

4. Выполнение сценариев отказа оборудования, связанных с ухудшением характеристик фильтра и теплообменника:

• для фильтра 81AT001 моделируется рост гидравлического сопротивления. Коэффициент местного сопротивления увеличивается в 10 раз по линейному или экспоненциальному закону. По результатам расчёта необходимо показать срабатывание автоматики на насосе 21AP001, а также построить графики изменения перепада давления на фильтре и коэффициента местного сопротивления;

• для теплообменника 22AC001 моделируется загрязнение пластин. Коэффициент загрязнения по обеим средам увеличивается до 0,005 м²·К/Вт. После расчёта необходимо определить изменение температуры воды промконтура на выходе из теплообменника и на выходном коллекторе.

1.4.  Начальные и граничные условия

Параметр	Значение
Температура воды промконтура на входе в систему	32.15 °C
Избыточное давление воды промконтура на входе в систему	0.166 МПа
Температура воды промконтура на выходе из системы	27.9 °C
Избыточное давление воды промконтура на выходе из системы	0.58 МПа
Расход воды в замкнутой системе	326.6 кг/с
Теплообмен с окружающей средой	не учитывается

Примечание

В качестве рабочей среды используется обессоленная вода. Теплофизические свойства воды принимаются по стандарту IAPWS-95 или IAPWS-97.

2.  I Сборка модели

 На первом этапе необходимо собрать теплогидравлическую часть модели.

 Ниже показан общий вид схемы, которую необходимо собрать, рис. 2:

Рис. 2 Общий вид схемы промконтура маслоохладителей

2.1.  Задание граничных условий, свойств воды и подключение датчиков

• Граничные и начальные условия задаются с помощью блоков Резервуар (ТГ). Один резервуар используется на входе системы, второй — на выходе системы.

• Теплофизические свойства воды задаются с помощью блока Свойства жидкости (ТГ).

• Для подключения датчиков и объединения потоков используются блоки Узел (ТГ).

Примечание

При задании параметров арматуры, насосов и фильтров площадь сечения портов рассчитывается по диаметру трубопровода, подключенного к входному порту соответствующего блока.

2.2.  Реализация насосов

 Насосы 21AP001, 22AP001 и 23AP001 реализуются блоками Центробежный насос (ТГ) и Источник угловой скорости, рис. 3:

Рис. 3 Реализация насоса

 Для резервного насоса 23AP001 в номинальном режиме задаётся значение 0, так как он не участвует в работе системы.

 Для рабочих насосов 21AP001 и 22AP001 на вход источника угловой скорости подаётся значение глобальной переменной w. Это необходимо для последующего изменения её значения при решении оптимизационной задачи.

Переменная	Значение	Описание
w	152	Начальное значение угловой скорости насоса, [рад/с]

2.3.  Реализация электроприводной арматуры

 Электроприводная арматура реализуется блоком Задвижка с затвором (ТГ). Положение задвижки задается управляющим сигналом открытия, рис. 4:

Рис. 4 Реализация задвижки

 В номинальном режиме арматура рабочих веток находится в открытом состоянии. В резервной ветке закрыты задвижка на напоре насоса 23AP001 и задвижка на выходе из теплообменника 23AC001. Это исключает проток через резервное оборудование в номинальном режиме.

2.4.  Реализация фильтров-сеток и подбор коэффициента сопротивления

 Фильтры-сетки 81AT001, 82AT001 и 83AT001 в модели представлены блоком Гидравлическое сопротивление (ТГ). Такой подход используется потому, что фильтр в первую очередь влияет на гидравлическое сопротивление ветки и создаёт перепад давления при прохождении воды через него.

 Коэффициент сопротивления блока необходимо подобрать так, чтобы перепад давления на рабочем фильтре был близок к номинальному значению 10.3 [кПа].

 Подбор можно выполнить вручную: изменять значение коэффициента в свойствах блока, запускать расчёт и сравнивать полученный перепад давления с требуемым. Однако такой способ неудобен, так как после каждого изменения параметра необходимо повторно выполнять расчёт и проверять показания датчика.

 Чтобы ускорить настройку, подбор коэффициента местного сопротивления выполняется с помощью блока Jython. На вход блока передаётся расчётный перепад давления на фильтре, а на выходе формируется новое значение коэффициента сопротивления.

 В блоке Jython используется итерационный подбор коэффициента местного сопротивления. Если расчётный перепад давления на фильтре (см. рис. 5 ниже) отличается от требуемого, коэффициент пересчитывается через отношение номинального перепада к расчётному (1) :

(1)\[ \xi_{\text{нов}} = \xi_{\text{тек}} \cdot \frac{\Delta p_{\text{ном}}}{\Delta p_{\text{расч}}} \]

Рис. 5 Реализация фильтра

Примечание

Автоматический подбор коэффициента сопротивления позволяет сохранять перепад давления на рабочем фильтре близким к 10.3 [кПа] при изменении расхода в рабочей ветке. Поэтому для настройки номинального режима остаётся подобрать значение глобальной переменной w.

2.5.  Реализация теплообменников

 Теплообменники 21AC001, 22AC001 и 23AC001 реализуются блоком Пластинчатый теплообменник (ТГ-ТГ), рис. 6:

Рис. 6 Подбор давления на выходе охлаждающей воды

 К блоку подключаются две теплогидравлические среды: вода промконтура и охлаждающая вода. Сторона воды промконтура подключается к основной схеме модели, а сторона охлаждающей воды — к отдельной ветке с граничными условиями.

 Для стороны охлаждающей воды известно входное граничное условие и номинальный перепад давления на теплообменнике. Поэтому давление на выходе охлаждающей воды удобно подобрать с помощью ПИД-регулятора.

 ПИД-регулятор изменяет давление выходной границы до тех пор, пока расчётный перепад давления на стороне охлаждающей воды не станет близким к номинальному значению.

3.  II Настройка номинального режима

 После сборки теплогидравлической схемы выполняется настройка модели на номинальный режим. Основным настраиваемым параметром является частота вращения валов рабочих насосов 21AP001 и 22AP001.

 Подбор частоты вращения выполняется так, чтобы расход на выходном коллекторе был близок к номинальному значению 326.6 [кг/с].

 Так как угловая скорость рабочих насосов задана через глобальную переменную w, для настройки режима достаточно изменять значение этой переменной.

 Подбор значения w можно выполнить вручную. При увеличении угловой скорости насосов увеличивается расход на выходном коллекторе, который контролируется датчиком 84CF001. Однако для ускорения настройки удобно решить оптимизационную задачу, в которой целевая функция показывает отклонение расчётного расхода от номинального (2) :

(2)\[ F(w) = \left| G_{\text{расч}}(w) - G_{\text{ном}} \right| \]

где:

 \(G_{расч(w)}\) — расчётный расход на выходном коллекторе при текущем значении w;

 \(G_{ном}\) — номинальный расход, равный 326.6 [кг/с].

Примечание

Подробнее о решении данной оптимизационной задачи рассказано в туториале Оптимизация расхода рабочего тела в промконтуре маслоохладителей АЭС по частоте вращения насоса.

 В результате получено значение w ≈ 152.5075 [рад/с].

Подсказка

Для самостоятельного изучения рассмотренной модели можно скачать файл с собранной теплогидравлической схемой и настроенным номинальным режимом.

3.1.  Проверка номинального режима

 При найденном значении w основные расчётные показания датчиков должны быть близки к номинальным значениям.

KKS датчика	Контролируемый параметр	Полученное значение
80CT001	Температура на напорном коллекторе насосов	32.15 °C
80CP001	Давление в напорном коллекторе насосов	0.594 МПа
81CP003	Перепад давления на фильтре 81AT001	10.3 кПа
82CP003	Перепад давления на фильтре 82AT001	10.3 кПа
83CP003	Перепад давления на фильтре 83AT001	0,0 кПа
81CP004	Перепад давления на теплообменнике 21AC001	13.8 кПа
82CP004	Перепад давления на теплообменнике 22AC001	14.0 кПа
83CP004	Перепад давления на теплообменнике 23AC001	0.0 кПа
81CT002	Температура на выходе из теплообменника 21AC001	27.9 °C
82CT002	Температура на выходе из теплообменника 22AC001	27.9 °C
84CT001	Температура на выходном коллекторе теплообменников	27.9 °C
84CF001	Расход на выходном коллекторе теплообменников	326.6 кг/с

Примечание

Номинальные значения используются как ориентир для настройки модели. В зависимости от выбранной детализации модели допускаются небольшие отклонения, если они не нарушают физический смысл работы системы.

4.  Подготовка модели к реализации автоматики

 Перед реализацией автоматики модель, настроенную на номинальный режим, необходимо упростить и перевести к виду, удобному для подключения управляющих сигналов.

 Для этого выполняются следующие изменения (см. рис. 7 ниже):

1. Фиксируются значения коэффициентов сопротивления фильтров. Для этого блоки Jython, использовавшиеся для автоматического подбора, удаляются, а в блоках Гидравлическое сопротивление (ТГ) задаются постоянные значения коэффициентов потерь, полученные на этапе настройки номинального режима.

2. Убирается ПИД-регулятор, использовавшийся для подбора давления на выходе охлаждающей воды. Найденное значение граничного условия задаётся непосредственно в блоке резервуара как постоянное.

3. Удаляются постоянные управляющие сигналы с задвижек на напоре насосов и с источников угловой скорости насосов. На следующем этапе положение задвижек и частота вращения валов насосов будут определяться алгоритмами автоматики.

Рис. 7 Изменения в модели перед реализацией автоматики

 Для удобного визуального подключения автоматики будем использовать блоки GO TO и GO FROM. Они позволяют передавать сигналы между удалёнными участками схемы без длинных соединительных линий, рис. 8:

Рис. 8 Схема модели, подготовленная для подключения автоматики

5.  III Реализация автоматики

 На третьем этапе в модель добавляются алгоритмы защит и блокировок насосного оборудования и электроприводной арматуры. Автоматика реализуется отдельными группами для насосов 21AP001, 22AP001 и 23AP001, рис. 9:

Рис. 9 Группы автоматики

 Каждая группа автоматики получает сигналы от датчиков давления и формирует управляющие воздействия:

• сигнал на источник угловой скорости насоса

• сигнал открытия задвижки на напоре насоса

• сигнал состояния насоса, который используется в логике пуска резервного оборудования

 Далее рассмотрим работу автоматики на примере группы насоса 21AP001.

5.1.  Автоматика насоса 21AP001

 Группа автоматики насоса 21AP001 формирует управляющий сигнал на источник угловой скорости насоса и сигнал управления задвижкой 81AA002 на его напоре, рис. 10:

Рис. 10 Автоматика насоса 21AP001

 Входными сигналами для группы являются показания датчиков давления и сигнал угловой скорости насоса:

• 80CP001 — давление в напорном коллекторе насосов

• 81CP001 — давление во всасывающем патрубке насоса 21AP001

• 81CP002 — давление на напоре насоса 21AP001

• сигнал угловой скорости насоса — используется для проверки условия, что насос находится в работе

 Насос считается находящимся в работе, если на источник угловой скорости подаётся ненулевое значение.

 Насос 21AP001 отключается при выполнении одного из условий:

1. Давление в напорном коллекторе 80CP001 больше 0.6 [МПа], если насос находится в работе

2. Давление на напоре насоса 81CP002 больше 0.66 [МПа]

3. Давление во всасывающем патрубке насоса 81CP001 меньше 0.117 [МПа]

 Для проверки условий используются блоки Сравнение с константой. В них задаются уставки защит: 0.60 [МПа], 0.66 [МПа] и 0.117 [МПа].

 Логические сигналы объединяются блоками Логическое И, Логическое ИЛИ.

 Срабатывание защиты фиксируется блоком RS-триггер. При появлении сигнала отключения триггер переходит из 0 в 1 и сохраняет это состояние. Благодаря этому насос не включается обратно сразу после исчезновения кратковременного сигнала защиты.

 После RS-триггер установлен блок Логическое НЕ, который инвертирует сигнал триггера.

 Далее сигнал умножается на значение глобальной переменной w с помощью блока Умножитель. В результате на источник угловой скорости подаётся:

• w, если защита не сработала;

• 0, если защита сработала.

 Для плавного пуска и останова используется блок Инерционное звено. Благодаря этому частота вращения вала изменяется постепенно, без скачка.

 Задвижка 81AA002 на напоре насоса закрывается после отключения насоса. Её положение также изменяется плавно с помощью инерционного звена.

Примечание

Для защиты по низкому давлению во всасывающем патрубке насоса дополнительно проверяется, что 81CP001 > 0. Это исключает ложное срабатывание на первой итерации расчёта, когда сигнал датчика ещё может быть нулевым.

5.2.  Автоматика насоса 22AP001

 Автоматика насоса 22AP001 строится по тому же принципу, что и автоматика насоса 21AP001, рис. 11:

Рис. 11 Автоматика насоса 22AP001

 Отличие группы автоматики 22AP001 связано с управлением задвижкой 82AA002. После включения насоса задвижка на его напоре открывается с задержкой 10 [с].

5.3.  Автоматика насоса 23AP001

 Насос 23AP001 используется как резервный, поэтому его автоматика дополнительно получает сигналы отключения рабочих насосов 21AP001 и 22AP001, рис. 12:

Рис. 12 Автоматика насоса 23AP001

 При отключении одного из рабочих насосов и отсутствии срабатывания защит резервного насоса формируется команда на пуск 23AP001.

 Логика управления напорной задвижкой 83AA002 аналогична логике для 82AA002.

Подсказка

Для самостоятельного изучения реализованной автоматики можно скачать готовую модель.

6.  IV Отказные сценарии

 На четвёртом этапе выполняются отказные сценарии, связанные с ухудшением характеристик фильтрующего и теплообменного оборудования.

6.1.  Рост гидравлического сопротивления фильтра 81AT001

 Коэффициент местного сопротивления фильтра увеличивается линейно с помощью блока Линейно-кусочная функция, рис. 13:

Рис. 13 Линейно-кусочная функция

 Увеличение начинается через 30 [с] после начала расчёта и длится 10 [с]. За это время коэффициент сопротивления возрастает в 10 раз (см. рис. 14 ниже). Задержка перед началом увеличения нужна для того, чтобы рабочие ветки вышли на установившийся режим после пуска модели.

Рис. 14 Рост сопротивления фильтра 81AT001 и срабатывание защиты по низкому давлению во всасывающем патрубке насоса 21AP001

 По графикам видно, что после начала роста коэффициента сопротивления увеличивается перепад давления на фильтре 81AT001, а давление во всасывающем патрубке насоса 21AP001 снижается. При достижении уставки 0.117 [МПа] срабатывает условие защиты по низкому давлению во всасывающем патрубке насоса, рис. 15:

Рис. 15 Отключение насоса 21AP001 и пуск резервного насоса 23AP001

 После срабатывания защиты насос 21AP001 плавно останавливается, а задвижка 81AA002 на его напоре закрывается. Затем автоматика формирует команду на пуск резервного насоса 23AP001. Его угловая скорость плавно увеличивается, а задвижка 83AA002 открывается с задержкой.

Подсказка

Для самостоятельного изучения отказного сценария можно скачать модель с реализованным ростом гидравлического сопротивления фильтра 81AT001 и автоматическим пуском резервного насоса.

6.2.  Загрязнение пластин теплообменника 22AC001

 Во втором отказном сценарии коэффициент загрязнения поверхностей теплообменника 22AC001 увеличивается до 0.005 [м²·К/Вт] = 5 [м²·К/кВт] по обеим средам. После расчёта сравниваются температуры воды промконтура до и после отказа.

Контролируемый параметр	До загрязнения	После загрязнения	Изменение
Температура воды промконтура на выходе из 22AC001	27.9 °C	31.5 °C	+3.6 °C
Температура воды промконтура на выходном коллекторе	27.9 °C	29.7 °C	+1.8 °C

 По таблице видно, что загрязнение пластин теплообменника 22AC001 приводит к повышению температуры воды промконтура после этого теплообменника и на выходном коллекторе.

Подсказка

Для самостоятельного изучения отказного сценария можно скачать модель с реализованным загрязнением пластин теплообменника 22AC001.

7.  Выводы

 В рамках данного практического руководства вам удалось освоить основные принципы разработки одномерной теплогидравлической модели промконтура маслоохладителей АЭС с ВВЭР: сборку схемы, настройку номинального режима, реализацию автоматики и анализ отказных сценариев.

 Разработанная модель позволяет проверить распределение расходов, давлений и температур, оценить работу защит и блокировок насосного оборудования, а также исследовать поведение системы при ухудшении характеристик фильтрующего и теплообменного оборудования.

 Такой подход помогает проверить принятые технические решения и оценить влияние отказов до проведения более детальных расчётов или испытаний.