SE464041B - Anordning och saett foer skydd av pumpar och pumpmotorer vid en kaernreaktoranlaeggning - Google Patents

Description

i464 041 2 reaktorvattennivåregleranordningar, och det hänvisas här uttryckligen till denna patentskrift.

Matarvattenpumpar i kondensattillförselanordningar drives i typfallet på ett av två sätt. Då matarvattenpum- parna drives medelst elektriska motorer, kan matarvatten- flödet regleras genom att matarvattnet föres genom en ström- ningsreglerventil, och ventilen inställes i enlighet med vattennivâregleranordningens krav att minska eller öka flö- desmotståndet. Vid vissa kärnkraftsanläggningar drives ma- tarvattenpumparna av turbiner, som utnyttjar ånga från reak- torkärlet. I sådana fall kan matarvattenflödet regleras genom att mängden till dessa turbiner tillförd ånga varieras.

En strömningsreglerventil ingår i ångtillförselledningarna för medgivande av denna reglering.

Justeringar, som påverkar matarvattenflödet genom ma- tarvattenpumpen,pâverkar även vattentrycket vid både pumput- loppet och pumpinloppet. Exempelvis medför öppnandet av en ventil, som begagnas för strömningsreglering i matarvatten- ledningen, en ökning i flödet med en motsvarande ökning i belastningen på den motor, som driver pumpen. Trycket vid pumpinloppet faller. Enligt ett annat exempel bringar en ökande mängd till en turbin, som driver en pump, avgiven ånga pumpen att accelerera med en åtföljande minskning i in- loppstrycket. Matarvattenflödet ökar.

Den typiska kondensattillförselanordningen innefattar ett flertal centrifugalpumpar. Matarvattenpumparna är de pumpar, som höjer matarvattnets tryck till trycknivån i det inre av reaktorkärlet. Matarvattnet befinner sig i typfallet vid en förhöjd temperatur. Vattentrycket underkastas varia- tioner vid olika inre punkter i en centrifugalpump under det att pumpen arbetar. Även om det genomsnittliga vattentrycket ökar, medan vattnet går genom pumpen, kan det lokala trycket i pumpen genom turbulens och andra faktorer falla avsevärt under pumpinloppstrycket. Om det lokala trycket faller till- räckligt, kan plötslig kokning av vattnet med åtföljande pumpkavitation bli resultatet. Detta påverkar menligt pumpens effektivitet och kan medföra att pumpen skadas. 3 A 464 641 Kokning uppträder vid vattnets mättning vid lokalt tryck, d.v.s. vattnet mättas, då ytterligare tillförsel av värme eller en minskning i det lokala trycket leder till att en del av vattnet övergår till ånga. Om en tillräcklig skill- nad mellan vattnets entalpi i pumpinloppet och entalpin vid vattnets mättning vid lokalt tryck i pumpen vidmakthålles, förhindras kokning. Denna skillnad i entalpi mellan inloppet och pumpens inre betecknas underkylning och uttryckas i en- talpienheter, exempelvis kJ/kg. Denanrvarje given pump er- fordrade underkylningen varierar med vattnets temperatur.

Sådana egenskaper hos centrifugalpumpar har länge varit kän- da, och data avseende detta är allmänt tillgängliga från pumptillverkare. Hittills har skyddsåtgärder för förhindran- de av pumpkavitation i typfallet innefattat en tryckutlösa- re för avstängning av pumpens drivmotor, när pumpinlopps- trycket faller under ett på förhand bestämt värde. Sådana tryckutlösare arbetar vid det valda, på förhand bestämda värdet för alla vattentemperaturer. Tryckutlösningsskydds- âtgärder har utnyttjats vid kärnkraftsanläggningar. Även om den erforderliga underkylningen för en given pump kan öka-eller minska för olika kombinationer av tempe- ratur och tryck, kan tillräcklig underkylning för en given pump ernås vid lägre pumpinloppstryck, då vattentrycket fal- ler. Följaktligen kan onödig utlösning av skyddssteg ske, då en enkel tryckutlösare begagnas. I en kärnkraftsanlägg- ning skulle en av trycket utlöst matarvattenpumpavstängning, som medför en delvis avstängning av vattenflödet till reak- torn, i icke önskad mån kunna erfordra ett reaktornödstopp.

Sådana avstängningar av pumpanordningen sker mer sannolikt, då vidmakthâllande av maximalt matarvattenflöde till kärlet är av särskild betydelse för undvikande av ett reaktornöd- stopp. Ett exempel på ett sådant fall är, då reaktorns vattennivâ är låg, och matarvattennivåregleranordningen sö- ker öka matarvattenflödet.

Ett annat problem med existerande anordningar är, att ökat flödeskrav icke endast medför minskat tryck, utan även ökad belastning på pumpmotorn, då motorer begagnas. Medan ' 464 041 4 motorn saktar ned med ökande belastning från dess normala arbetshastighet, förbrukar den mer kraft och drager mer ström. För särskilt höga belastningskrav kan den mycket stora mängden dragen ström utlösa ett relä, som stänger av motorn, vilket återigen kan potentiellt innebära ett reak- tornödstopp.

Kärnreaktorernas funktionshistoria visar, att kavi- tation och pumpmotoröverbelastning i pumpanordningar upp- träder mycket oftare i matarvattenpumpanordningar än i kon- densatpumpanordningar. Sålunda visas olika utföringsformer av uppfinningen begagnade tillsammans med matarvattenpumpar.

Ett syfte med föreliggande uppfinning är följaktligen att erbjuda en anordning för reglering av matarvattenflödes- takten, vilken överrider krav på matarvattenflöde, som icke kan vidmakthållas av kondensattillförselanordningen. Ännu ett syfte med uppfinningen är att övervaka under- kylningen av en vätska före införandet av vätskan i en driv- pump och att jämföra underkylningen med den underkylning, som erfordras i vätskan för förhindrande av kavitation i pum- pen.

Ytterligare ett syfte med uppfinningen är att övervaka en parameter, som anger den energi, som förbrukas av en pumps drivmotor, samt att utföra ändringar i pumpbelastningen för att minska energiförbrukningen av drivmotorn, då energiförbruk- ningen är alltför stor.

Uppfinningen syftar även till att tillåta kondensattill- förselanordningen att nå maximalt matarvattenflöde under ogynnsamma arbetsbetingelser för anordningen. Ännu ett syfte med uppfinningen är att övervaka anord- ningsparametrar, som mest direkt anger betingelser i en vätskeströmningsledning och påverka skyddsapparatur på basis härav.

Uppfinningen syftar även till att förhindra kaskadstopp av utrustning, som leder till onödiga nödstopp av en kärnreak- tor.

Enligt en aspekt av uppfinningen nås dessa och andra syften genom att i en matarvattenströmningsledning med åt- 5 464 041 minstone en matarvattenpump organ anordnas i strömningsled- ningen nedströms pumpen för reglering av strömningen genom ledningen, en drivmotor för matarvattenpumpen, avkännare i pumpens inlopp för alstrande av signaler, som anger matar- vattentryck och matarvattentemperatur, organ för beräkning av vätskans i pumpinloppet underkylning och alstrande av en däremot proportionell signal, organ för åstadkommande av en signal, som är proportionell mot den på förhand bestämda erforderliga underkylningen för pumpen vid vätskans uppmätta temperatur, en första komparatorkrets för alstran- de av en första reglersignal, om underkylningen skulle un- derstiga den för underkylning erfordrade, organ för övervak- ning av en parameter, som är relaterad till pumpdrivmotorns energikonsumtion, och alstrar en signal, som är proportionell däremot, organ, som alstrar en signal, som anger den maximalt tillâtliga energikonsumtionen, en andra komparatorkrets för alstrande av en andra reglersignal, om energikonsumtionen skulle överskrida en på förhand bestämd gräns, en logik-EL- LER-krets för överföring av en inställningssignal som gensvar på att endera komparatorn alstrar en reglersignal, integre- ringsorgan för förstärkning av inställningssignalen som gen- svar på signalens varaktighet samt organ för överföring av inställningssignalen till ventilinställningsorgan för in- ställning av ventilen för progressiv minskning av strömning- en genom strömningsledningen.

Ovannämnda anordning erbjuder en förbättring i jämfö- relse med existerande vattennivâregleranordningar och pump- anordningsskyddsapparatur vid kärnreaktorer. Genom att till- föra ventilinställningssignaler till matarvattenströmnings- reglerventilen, som anger alltför stor energianvändning och/ eller betingelser, som kan leda till pumpkavitation, minskas progressivt strömningen och ökas progressivt strömningsled- ningssystemets motstånd mot strömningen så länge som otillåtna betingelser föreligger. Två signifikanta para- metrar regleras. Trycket genom pumpanordningen omedelbart uppströms ventilen ökar. En sådan tryckökning förbättrar vattnets underkylning för varje given temperatur. För det 464 041 6 andra minskas flödet och därmed minskas belastningen på pum- pens drivmotor.

En andra föredragen utföringsform beskrives nedan och visar uppfinningens tillämpning på turbindrivna matarvat- tenpumpar. Den andra utföringsformen visar alstrandet av en tryckskillnadssignal, som är korrelerad till erforderlig underkylning. Båda de visade utföringsformerna kan anpassas för begagnande tillsammans med matarvattenpumpar, som drives av elektriska motorer, eller ångdrivna turbiner.

Varje beskriven utföringsform visas innefatta en val- fri fördröjningsledning, som begagnas för utlösning av driv- motorstopp, om alltför stor energianvändning eller minskade underkylningsnivåer skulle bestå utöver vissa tidsgränser.

Det är sålunda tydligt, att uppfinningen bidrager till vidmakthållande av pumpeffektivitet och kan i kombination med en vattennivåreglerapparat vidmakthålla maximalt upprätt- hållningsbart flöde genom strömningsledningen, medan pump- skador eller ett onödigt reaktornödstopp undvikes.

Uppfinningen förklaras närmare i det följande med hän- visning till bifogade ritningar.

Fig. 1 visar schematiskt en kärnreaktor med en därmed förbunden vattennivåregleranordning, fig. 2 visar schematiskt ett pumparrangemang för en typisk kondensattillförselanordning, fig. 3 visar schematiskt en skyddsanordning för en matarvattenpumpanordning och för en kondensattillförselan- ordning med motordrivna matarvattenpumpar, fig. 4 visar schematiskt en andra föredragen utförings- form av uppfinningen för en kondensattillförselanordning med turbindrivna matarvattenpumpar, och fig. 5 visar grafiskt matarvattenunderkylning såsom en funktion av inloppsmanometertryck samt temperatur.

Uppfinningen sådan den beskrives här begagnas tillsam- mans med en vattenkyld och -modererad kärnreaktor av kokar- vattentyp, varav ett exempel visas i förenklad, schematisk form i fig. 1. En sådan reaktoranordning innefattar ett tryckkärl 10, som innehåller en Ikärnbränslehärd 11, vilken 4e4 021 är nedsänkt i en kylmedel-moderator, exempelvis lättvatten.

Den normala vattennivån anges vid 12.

Ett hölje 13 omsluter härden 11, och en kylmedelscirku- lationspump 14 försätter en nedre kammare 16 under tryck, från vilken kammare kylmedel tvingas uppåt genom härden 11.

En del av kylmedelsvattnet omvandlas till ånga, som passe- rar genom separatorer 17, vilka befinner sig på insidan av ett torkartillslutningskört 9, torkare 18 samt därifrån ge- nom en ångledning 19 till en utnyttjningsanordning, exempel- vis en turbin 21. En del av ångan avlänkas från turbinen 21 genom förvärmare 92 och 93 till en matarvattensström- ningsledning 26. Kondensat, som bildas i en kondensor 22, âterföres tillsammans med eventuellt erforderligt tillsats- vatten såsom matarvatten till kärlet 10 medelst en konden- satpump 30, en efterföljande matarvattenpump 23 samt genom en reglerventil 24 i matarvattenledningen 26.

Ett flertal reglerstavar 27, som innehåller neutron- absorberande material, är anordnade att reglera energi- alstringsnivån och stoppa reaktorn, då så erfordras. Regler- stavarna 27 kan enligt val föras in bland härdens bränsle- aggregat under reglering av en reglerstavregleranordning 28.

För att reaktorn skall arbeta korrekt måste vatten- nivån i kärlet 10 hållas inom på förhand bestämda övre och nedre gränser. Ett allmänt sätt att utöva sådan vattennivå- reglering skall nu diskuteras. En första aspekt av denna reglering utgöres av en jämförelse mellan ângutströmningen från kärlet och matarvatteninströmningen.

En signal, som är proportionell mot ångströmnings- takten, åstadkommas av en ångströmningsavkännare 29, vil- ken kan utgöras av en tryckskillnadssändare, vilken av- känner tryckskillnaden från ett par från varandra skilda tryckuttag i en strömningsmätningsanordning 31, vilken är placerad i ångledningen 19.

På liknande sätt åstadkommas en signal, som är propor- tionell mot matarvattenströmningstakten, av en avkännare 32, som kan ha formen av en tryckskillnadssändare, som är förbunden med en strömningsmätningsanordning 33 i matar- 464 041 8 vattenledningen 26.

Signalerna från strömningsavkännarna 29 och 32 sändes till en matarvattenregleringsanordning 34, där den ena sub- traheras från den andra. En skillnad lika med noll anger, att utströmningen och inströmningen är desamma, och att vat- tennivân förblir konstant. Om skillnaden är en annan än noll, tillföres en signal, som till tecken motsvarar och till amplituden är proportionell mot skillnaden, en ventilkon- troller 36, som justerar ventilen 24 på sådant sätt, att àngutströmningen och matarvatteninströmningen föres mot balans. Detta arrangemang ger snabb korrektion och håller normalt kärlets vattennivå inom gränserna för ett relativt smalt variationsområde. Emellertid avkänner eller reglerar det icke läget för vattennivân i kärlet.

En andra aspekt av vattennivâregleringen är sålunda anordnandet av ett övre vattennivåtryckuttag 37 och ett nedre vattennivâtryckuttag 38, som ger signaler, av vilka läget för vattennivân kan fastställas. Tryckuttagen 37 och 38 kommunicerar med kärlets 10 inre och är förbundna med en tryckskillnadssändare 39, som omvandlar skillnaden i tryck vid uttagen 37 och 38 till en utsignal, som anger läget för vattennivân 12. Denna signal tillföres matar- vattenregleranordningen 34 och begagnas där för modifie- ring av reglersignalen till ventilkontrollern 36, varigenom ventilen 24 regleras att justera matarvattenströmnings- takten och därigenom hâlla läget för vattennivân 12 inom de föreskrivna övre och nedre normala arbetsgränserna (även om med hänsyn till ritningens tydlighet så här icke visas, begagnas, vilket torde noteras, i det vanliga arrangemanget två eller flera uppsättningar pumpar 23 och 30, ventiler 24 och kontroller 36, vilka är parallellkopplade, se fig. 2).

Om av något skäl, exempelvis fel på en komponent, vattennivåregleranordningen 34 inte kan hålla vattennivân inom normala gränser, kan vattennivân bli alltför låg el- ler hög. En nivådetektor 40 är anordnad för detektering av en alltför låg, icke tillåtlig vattennivå och för att alstra 464 041 en signal 0Ll. På liknande sätt är en nivådetektor 41 an- ordnad för detektering av en alltför hög vattennivâ och att alstra en signal OLh. Dessa signaler mottages av reak- torskyddsanordningen 42; vilken reagerar för ett tillstånd satpumparna, och dess temperatur höjes genom att det bringas att passera genom förvärmare 92. Förvärmarna utnyttjar ånga, som tages ut från kraftturbinen. Matarvattnet föres därefter in isen tre-till-två-förgreningsledning 151 för att tillföras två matarvattenpumpar 23. Förvärmarna 93 är anord- förselanordning ett flertal centrifugalpumpar. Användandet av grupper av pumpar, som är parallellkopplade, ger fördelen jas för att ge de olika pumparna drivkraft. Då turbiner be- gagnas, kan strömningsreglerorgan för ånga, som tillföras dessa turbiner, ersätta strömningsreglerorganen 24 i matar- 464 041 1o_ vattenströmningsledningarna.

Kondensatet har i typfallet en temperatur av 18-36°C över omgivningstemperaturen och befinner sig vid ett tryck av 68-84 kPa. Kondensatpumparna ökar matarvattnets tryck till ungefär 4820 kPa. Förvärmarna 92 höjer vattentempera- turen till ungefär 190°C. Matarvattenpumparna höjer däref- ter vattentrycket till omkring 7410 kPa. Ålla ovannämnda siffror gäller normal drift och kan under vissa omständig- heter förväntas variera.

I fig. 3 anges en föredragen utföringsform av förelig- gande uppfinning. Kondensattillförselanordningen visas med endast två inkopplade pumpar i tydlighetens intresse. För- greningsledningarnas 150, 151 och 152 lägen visas. Varje matarvattenpump i en kondensattillförselanordning har en pumpanordningsskyddsanordning. Följaktligen regleras obe- roende varje strömningsreglerventil 24. Matarvattenströmnings- ledningen 26 innefattar de olika pumparna, ledningarna och ventilerna, som begagnas för förbindande av kondensorn 22 med reaktorkärlet 10. Kondensorn 22 är direktkopplad till kondensatpumpen 30. Kondensatpumpen leder in i matarvatten- pumpen 23. Matarvattenpumpen 23 kommunicerar med tryckkärlet 10 genom strömningsreglerventilen 24. Pumparna 23 och 30 är i typfallet centrifugalpumpar.

Drivmotorer 50 och 52 driver kondensat- resp. matarvat- tenpumparna. I allmänhet begagnas en icke synkron trefasin- duktionsmotor.

Strömningsreglerventilen 24 är anordnad att inställas enligt val medelst ventilkontrollern 36.

Förvärmarna 92 och 93 begagnar ånga, som avlänkats från turbinen 21, för att höja temperaturen hos det matar- vatten, som införes till reaktorkärlet. Förvärmaren 92 värmer det vatten, som strömmar in i matarvattenledningen 26 mellan kondensatpumpen 30 och matarvattenpumpen 23. För- värmaren 93 värmer vatten, som mottages från matarvatten- pumpen.

En temperaturavkännare 56 och en tryckavkännare 58 11 464 041 är anordnade i matarvattenpumpens 23 intag 54. Varje avkän- nare alstrar en elektrisk signal, som är proportionell mot värdet av det fysiska tillstånd, som mätes. Temperatursig- nalen är sålunda proportionell mot matarvattnets i pumpin- taget temperatur. Trycksignalen är proportionell mot vat- tentrycket i pumpintaget. Vattentemperaturen är under normal drift i typfallet 190°C, även om den är lägre, då reaktor- anläggningen icke arbetar vid full drift. Normalt vatten- tryck i intaget är ungefär 4820 kPa.

Temperatursignalen och trycksignalen behandlas genom lämpliga kretsar i en underkylningsprocessor 60. Underkyl- ningsprocessorn kan innefatta en mikrodator, som är anord- nad att utföra en tabellavläsningsoperation. Temperatur- signalen och trycksignalen behandlas medelst individuella analog-digitalomvandlare. Underkylningsvärden för matrisen av diskreta tryck och temperaturer finnes i minnet. Mikro- datorn bestämmer den korrekta adressen i minnet av tempera- tur- och tryckindikeringarna och alstrar sålunda en under- kylningsnivåindikering. En digital-analogomvandlare behand- lar underkylningsindikeringen från det minnesregister, till vilket access erhållits. Ett signalvärde, som är korrelerat till underkylningen av vattnet i pumpintaget, erhålles så- lunda. Den korrelerade signalen tillföres en summerares 62 icke inverterande anslutning. Underkylningsfunktionen är icke analytisk och visas grafiskt i fig. 5.

Gränssignalgeneratorn 64 mottager temperatursignalen från matarvattenpumpens intag. Gränssignalgeneratorn är en funktiongenerator, som anpassar den uppmätta temperaturen till ett erforderligt, på förhand bestämt värde för under- kylning, som erfordras för förhindrande av kavitation i matarvattenpumpen vid ifrågavarande temperatur. Dessa un- derkylningsvärden erhålles av testdata, som anges av till- verkaren. En representativ uppsättning värden anges grafiskt i fig. 5. Kretsen kan byggas med en kalibrerad konstant- strömkälla och en summeringsnod. Ett visst beloppav vid en given temperatur erfordrad underkylning innebär ett visst .464 041 12 minimitryck för denna temperatur. En signal, som är propor- tionell mot den erfordrade underkylningen, sändes till sum- merarens 62 inverterande ingång. Summeraren 62 utvecklar en signal, som är proportionell mot underkylningsmarginalen för matarvatten, som kommer in i matarvattenpumpen 23. En negativ signal anger en negativ marginal och därav följande möjlighet av kavitation. Denna signal sändes till underkyl- ningsgränstriggern 98.

Underkylningsgränstriggern 98 alstrar en positiv "på"-signal av konstant värde, om den underkylning, som fast- ställes av underkylningsprocessorn 60 skulle vara mindre än vad som minst erfordras, d.v.s. om signalen från summeraren 62 skulle vara negativ i förhållande till grundreferensen.

Detta sker, då underkylningsprocessorn 60 alstrar en signal, som är mindre än den erforderliga underkylningssignalen från underkylningsgeneratorn 64. Gränstriggern kan byggas med begagnande av en Schmitt-trigger med efterföljande in- verterare. Varje signal, som alstras av gränstriggern 98, sändes till en första ingång till en ELLER-GRIND 80. Ut- signalen från ELLER-GRINDEN 80 tillföres en ventilläges- reglersignalgenerator 84 för reglering av strömningsregler- ventilen 24 såsom beskrives nedan.

Såsom nämnts ovan kan trefasinduktionsmotorn begagnas för att driva pumparna i matarvattenströmningsledningen.

Dessa motorer drager elektrisk ström vid en konstant spän- ning och frekvens och omvandlar denna till mekanisk energi och vridmoment som gensvar på den på motorn pålagda belast- ningen. Sådana motorer är anordnade att draga en ökande ström för alstrande av ökande mekanisk energi och ökande mekaniskt vridmoment över deras användbara arbetsområde.

Sådana motorer innefattar även effektgränsomkopplare, som frånkopplar motorn från dess matningsledningar, om den elek- triska kraftförbrukningen skulle stiga över en på förhand bestämd gräns. Motorns elektriska kraftförbrukning ges av relationen: P = (3)1/2 cos G V11 Ib, 13 464 tim där cos ø är den aktiva komponenten av den dragna strömmen (effektfaktorn), Vil är ledning-nätspänningen, Ib är shuntströmmen.

Shuntfaktorn, cos ø, i motorns arbetsområde kan behand- las som en konstant för arbetsvärden, som är av intresse här. Även ledning-nätspänningen antages vara konstant. Sålunda varierar Ib i det närmaste direkt med den förbrukade energin, och detta är korrelerat med den av motorn drivna lasten. Den dragna ströznen övervakas såsom en indikation på den förbru- kade energir. Andra betingelser skulle kunna övervakas då en sådan indikering, exemepelvis motorns rotationshastighet eller kraft skulle kunna beräknas genom övervakning av ovan- nämnda värden och med begagnande av ovanstående relation.

Emellertid utgör en strömövervakare en tillförlitlig, lätt analyserbar och relativt billig indikator. Följaktligen an- bringas en strömtransformator 66 på den ena av drivmotorns 52 tre ineffektledningar 68. Detta är proportionellt till den totala energin, eftersom den med avseende på tiden ge- nomsnittliga ström, som drages i vilken som helst av de tre ledningarna ros en symmetrisk motor är lika med vad som dra- ges på vilken som helst av de övriga ledningarna. En signal, som är proportionell mot den ström, som drages, induceras i strömtransformatorn och sändes till ett strömskalningsor- çan 61, som ninskar signalen till en signal, som i lämplig nån skalats till den efterföljande gränstriggern 70. Den skalade strömmen införes till triggerns 70 inverteringsan- slutning. En andra signal, en stabil strömgränssignal från en kalibrerad strömkälla, tillföras den icke inverterande anslutningen nos gränstriggern 70 från strömgränsgeneratorn 65. Om den indikerande signalen från strömskalningsorganet 61 överskrider strömgränssignalen, alstrar gränstriggern 73 en utsignaí av ett fast, positivt värde. Denna signal sän- des till ELLER-GRINDENS 80 andra ingång.

ELLER-GšINDEN 80 arbetar konventionellt och sänder en signal till en integrator 82 i ventillägesreglersignalgene- .464 041 14 ratorn 84 som gensvar på endera indikeringssignalen. Ventil- lägesreglersignalgeneratorn 84 mottager och summerar insig- naler från både en existerande vattennivåregleranordning 34, beskriven ovan, och den pumpanordningen skyddande anordning- en. Signalen från vattennivâregleringsanordningen 34 införes i ventillägesreglersignalgeneratorn 84 genom en signalbe- gränsare 88, som begränsar en positiv indikering (d.v.s. en indikering för att börja öppna strömningsreglerventilen) till ett på förhand bestämt maximivärde. En sådan begränsare kan byggas med begagnande av en operationsförstärkare med en re- sistiv negativ återkopplingsslinga. Integratorn 82 alstrar en utsignal, som ökar med tiden så länge som en utsignal mottages från ELLER-GRINDEN 80. Integratorn 82 kan byggas med begagnande av en operationsförstärkare med kapacitiv återkoppling.

Utsignalerna från signalbegränsaren 88 och integratorn 82 införes i en summerande förstärkares 90 positiva respek- tive negativa anslutningar. Summeraren 90 alstrar den fak- tiska ventillägesreglersignalen, som tillföres ventilkon- trollern 36. Integratorn 82 och begränsaren 88 är så anord- nade, att då varandra motsägande krav ställes av respektive anordningar, d.v.s. den anordning, som skyddar pumpanordning- en, och den vattennivån reglerande anordningen,vinner slut- ligen den pumpanordningen skyddande anordningen. Detta arrangemang håller pumpen i arbete, om ett krav skulle stäl- las på kraftigt matarvattensflöde.

En tidsfördröjningsavstängningstrigger kan ingå som en reservavstängningsanordning i ovannämnda anordning för skydd av pumpanordningen. Den av summeraren 62 alstrade un- derkylningsmarginalsignalen sändes till en analog-digital- omvandlare 113. Analog-digitalomvandlaren 113 tillför indata till tidsfördröjningsberäknaren 105, som är anordnad att sända en utlösningssignal till relät 104, som i sin tur kan stänga av kraften till drivmotorn 52 under omständigheter, som beskrives nedan. Beräknaren 105 innefattar en mikrodator, som är programmerad att trigga en tidgivningsmekanism, om underkylningsmarginalen skulle bli negativ och falla under 15 464 041 ett första minimivärde, exempelvis -23 kJ/kg. Då underkyl- ningen först faller genom det första minimet, börjar tid- givaren en 30 sekunders nedräkning, vilken, om den skulle fullbordas, medför, att en utlösningssignal sändes till relät 104. En serie sekundära minima är inskrivna i minnet, vilka om de passerar, medför, att en uppsättning tidskvan- titeter subtraheras från ovannämnda tidgivare. Om exempel- vis underkylningsmarginalen faller under -47 kJ/kg, subtra- heras 10 sekunder från den gående tidgivaren. Om underkyl- ningsmarginalen faller till -70 kJ/kg, subtraheras ytter- ligare 15 sekunder från tidgivaren. En plötslig minskning i underkylningen från en säker, positiv nivå till -70kJ/kg ger pumpskyddsanordningen maximalt 5 sekunder för åter- ställning av tillfredsställande arbetsmarginaler. Tidgi- varen stoppas och âterställes, om underkylningsmarginalen återgår till ett på förhand bestämt minimum, exempelvis -12kJ/kg.

Fig. 4 visar en andra föredragen utföringsform av uppfinningen.

Den visade speciella utföringsformen av uppfinning- en är ett i första hand analogt utförande av uppfinningen.

Såsom tidigare anordnas en tryckavkännare 58 och en tempe- raturavkännare 56 vid en matarvattenpumps 23 inlopp. Den av temperaturavkännaren alstrade signalen sändes till en mättningstrycksfunktionsgenerator 161. Mättningstrycks- funktionsgeneratorn 161 är en funktionsgenerator med en ingång, som alstrar en signal, som är proportionell mot vad tryckavkännaren 58 skulle alstra, om vattnet vore mättat vid denna temperatur. Funktionsgeneratorn 161 byg- ges med en kalibrerad strömkälla och en summeringsnod.

Följaktligen är den signal, som alstras av funktionsgene- ratorn 161, lika med eller mindre än den signal, som alstras av tryckavkännaren 58. Mättningstrycksignalen subtraheras från det faktiska trycket vid summeraren 160. Den erhållna tryckskillnadssignalen utgör den tryckmarginal, som är korrelerad till pumpinloppsunderkylningen.

Tryckskillnadssignalen från förbindningen 160 464 041 16 tillföres en summerares 162 positiva anslutning. Funk- tionsgeneratorn 164 ger en temperaturberoende erforderligt tryck-skillnadssignal, som är korrelerad till den tillräck- liga underkylningen vid varje arbetstemperatur. Funktions- generatorn 164 är en generator med en ingång och kan byggas som en kalibrerad strömkälla och summeringsnod.

Den signal, som alstras av funktionsgeneratorn 164, sändes till summerarens 162 negativa anslutning.

Om skillnadssignalens värde skulle falla under signa- len från funktionsgeneratorn 164 blir signalen från summera- ren 162 negativ.

En underkylningsgränstrigger 98 är återigen anordnad för alstrande av en fast reglersignal av positivt värde, om summeraren 162 skulle alstra en signal av negativt värde, vilket anger en otillräcklig tryckmarginal, vilket kräver tillförsäkrandet av en tillräcklig underkylningsmarginal.

Den visade kondensattillförselanordningen har en ång- driven turbin 132 för drivning av matarvattenpumpen 23. Reg- leringen av strömningen genom strömningsledningen 26 åstad- kommes genom reglering av den drivkraft, som driver turbi- nen 132. Regleringen åstadkommes genom reglering av den mängd ånga, som införes i turbinen 132. En strömningsregler- ventil 124 ingår i ångan till turbintillförselledningen i detta syfte.

Ventilkontrollern 84 utför samma funktion vid utförings- formen enligt fig. 4 som vid den tidigare diskuterade ut- föringsformen enligt fig. 3. Den alstrade signalen tillföres genom en summerare 138 en ventillägeskontroller 136, vilken reglerar ångflödet till turbinen 132 genom inställning av strömningsreglerventilen 124 i enlighet med de krav, som ställes av vattennivåreglerings- och pumpskvddsanordningar- na.

Följaktligen medför ett krav på ökat matarvattenflöde att ângflödesreglerventilen 124 öppnas. En överridande sig- nal, att pumpkavitation hotar,medför progressiv omställning av ventilen 124 för att minska ångflödet. En sådan variation i ångflödet reglerar turbinens matning och reglerar därigenom 464 041 17 matarvattenströmningen genom pumpen 23. Den reducerade ström- ningen genom pumpen tillåter, att kondensatpumparna åter- ställer trycket till pumpinloppet, vilket minskar risken för pumpkavitation.

Såsom vid utföringsformen enligt fig. 3 kan en tids- fördröjningsavstängningstrigger ingå såsom en reservav- dröjningsberäknaren 105, vilken är densamma som beräknaren 105 vid anordningen enligt fig. 3. Det torde emellertid observeras, att tryckmarginalnivâerna ersätter underkyl- lösningssignal från beräknaren 105. Vid mottagning av en utlösningssignal, alstrar utlösningsgeneratorn 204 en ventilinställningssignal av tillräcklig styrka för att hållna signalen fran 138 sändes till ventilpositionskon- trollern 136, och strömningsreglerventilen 124 stänges.

En turbin kan icke draga kraft på ett sätt, som är analogt med en elektrisk motor. Följaktligen måste den energi, som förbrukas av turbinen, övervakas. Energiöver- vakningsaspekten av uppfinningen begagnas icke vid den andra utföringsformen.

Den analogbaserade utföringsform, som beskrivits närmast ovan, kan givetvis ersätta den mikrodatorbaserade utföringsform, som beskrivits med avseende på den motor- drivna matarvattenpumpen. Likaledes kan den mikrodatorba- serade utföringsformen tillämpas på en turbindriven pump- anordning.

Anordningens enligt uppfinningen arbetssätt beskrives närmare nedan med hänvisning till de olika ritningsfigurer- na.

EXEMPEL 1.

Den första föredragna utföringsformen betraktas. Kon- densat uppsamlas i kondensorn 22 vid ungefärligen atmos- ' 464 041 18 tryck. Kondensatpumpen 30 ökar trycket till ungefär 4820 kPa.

Matarvattenpumpen 23 ökar ytterligare detta till ungefär 7410 kPa för återinföring till tryckkärlet. Matarvattentem- peraturen vid matarvattenpumpinloppet antages vara 190°C.

Strömningen regleras genom ovannämnda strömningsreglerventil 24. Detta är normalt arbetssätt. Den erforderliga underkyl- ningen är ungefär 175 kJ/kg.

Det antages, att vattennivåregleranordningen detekte- rar ett ångflöde, som i hög grad överskrider matarvatten- flödet. Detta kan exempelvis vara en följd av en läcka i matarvattenledningen uppströms matarvattensflödesmätanord- ningen 33. Om ett gensvar icke erhålles, förebâdas en komman- de minskning i vattennivån i reaktorkärlet. Följaktligen sänder vattennivâregleranordningen en signal till ventil- positionsreglersignaloperatorn, som alstrar en order till ventilpositionskontrollern att börja öppna ventilen för att öka matarvattenflödet. ökande flöde är förbundet med minskan- de tryck vid inloppet till matarvattenpumpen. Anordningens arbetsbetingelser börjar röra sig nedåt på den i i fig. 5 med "MARGINAL“ betecknade kurvan. Då flödet ökar, ökar be- lastningen på den motor 52, som driver pumpen 23. Följakt- ligen ökar den av drivmotorn 52 dragna strömmen. Såsom fram- går av fig. 5 minskar underkylningen, då trycket faller (vat- tentemperaturen förblir konstant). Om den med "minimum" märkta punkten skulle korsas, tillföres en signal av matar- vattenpumpanordningens skyddsanordning genom reglersignal- generatorn 84 till ventilkontrollern 36 för förflyttning av ventilen 24 mot dess stängda lägen, varvid den minimiunder- kylning, som erfordras för förhindrande av pumpkavitation vidmakthâlles. Likaledes alstras, om den ström, som drages av motorn 52, blir alltför stor, en signal att stänga ven- tilen 24 för att minska flödet och därigenom minska belast- ningen. Integratorn 82 tillser, att dessa signaler domine- rar signalen från vattennivåregleranordningen.

EXEMPEL 2 Samma anläggning som ovan antages arbeta men vid del- effekt. Fig. 5 anger en deleffektsdriftspump. Om kondensat- 19 464 Û41 tillförselanordningen arbetar normalt, är matarvattenpump- inloppstrycket opåverkat från fulleffektsdriftspunkten.

Emellertid är pumpinloppstemperaturen avsevärt sänkt.

Anordningen arbetar med en underkylning av ungefär 523 kJ/kg. Den erforderliga minimiunderkylningen är ungefär 163 kJ/kg. En tidigare känd tryckutlösninganordning skulle utlösa ett motorstopp vid ett tryck, som ger en underkyl- ning av ungefär 360 kJ/kg.

Många olika orsaker kan ge en snabb minskning i matar- vattenpumpinloppstrycket till under nivån 2580 kPa, vid vil- ken nivå tryckutlösningsanordningar inställts att aktiveras.

Ett fel på en kondensatpump skulle minska trycket till under den tidigare tillämpade tryckutlösningsnivån men skulle icke leda till kavitationsrisk för pumpen. Kondensattillförselan- ordningen skulle tolerera bortfall av en kondensatpump och förbli operativ. Ett onödigt reaktornödstopp skulle undvikas.

Vid de ovan beskrivna och i fig. 4 och 5 visade exempli- fierande utföringsformerna av uppfinningen visas uppfinningen tillämpad på en kondensattillförselanordning vid en kärnreak- tor. Det är tydligt, att uppfinningen icke är begränsad här- till, och att den kan utnyttjas såsom ett tillförlitligt sätt och en tillförlitlig apparat för att skydda pumpar, som begagnas i olika sammanhang, exempelvis inom hydraulik. Vad gäller de begagnade komponenttyperna finnes många alternativ och modifikationsmöjligheter. Även om vissa utföringsformer av uppfinningen visats här, är det tydligt, att fackmannen kan finna många olika modifikationer, variationer, alternativ, förändringar och helt eller delvis andra ekvivalenta lösningar inom ramen för uppfinningen. Denna begränsas därför endast av de bi- fogade patentkraven.

Claims (12)

464 041 20 PATENTKRAV

1. Pump- och pumpmotorskyddsanordning vid en kärnreak- toranläggning med ett fluidfyllt reaktorkärl (10) med en ång- utströmningsledning (19) för avlägsnande av ånga från reaktor- kärlet, vätskeinströmningsorgan för införing av vätska i reak- torkärlet och innefattande en inströmningsledning (26), en i inströmningsledningen anordnad centrifugalpump (23) med ett inlopp och ett utlopp, en induktionsmotor (52) för drivning av pumpen, strömningsreglerorgan (24) i inströmningsledning- en mellan pumpen och reaktorkärlet från pumpen samt organ (34) för alstrande av en första reglersignal som gensvar på vätske- nivân i reaktorkärlet och nettoângutflödet mot vätskeinflödet med avseende på reaktorkärlet, vilket första reglersignal- alstrande organ är anordnat att alstra en första signal för öppnande samt en andra signal för stängande av strömningsreg- lerorganet för vidmakthâllande av vätskenivån i kärlet inom på förhand bestämda gränser, vilken pump- och pumpmotorskydds- anordning k ä n n e t e c k n a s av organ (58) för mätning av vätskans tryck i pumpens inl0PP (54), organ (56) för mätning av vätskans temperatur i pum- pens inlopp, organ (60) för fastställande av erforderlig underkyl- ning för pumpen vid vätskans instantana temperatur i pumpens inlopp, organ (62) för fastställande av vätskans entalpi i pumpens inlopp från vätskans tryck och temperatur, organ (64) för jämförande av vätskans entalpi i inlop- pet och den erforderliga underkylningen samt för alstrande av en första indikeringssignal, då vätskans entalpi icke överskrider den erforderliga underkylningen, varigenom den första indikeranmesignalen anger potentiell kavitation i pumpen, organ (66) för alstrande av en signal, som anger den av motorn förbrukade instantana energin, organ (70) för jämförande av motorns energiförbruk- ningsnivâ och en på förhand bestämd maximienergi samt alstran- 21 4s4 UÉ4 de av en andra indikeringssignal, om nämnda energigräns över- skrides, varigenom den andra indüærande signalen anger poten- tiell överbelastning av pumpmotorn, en ELLER-grind (80) för mottagande av de första och andra indikeringssignalerna och alstrande av en enpolig and- ra reglersignal som gensvar på antingen den första eller den andra indikeringssignalen, samt reglersignalsummerande organ (84) för algebraisk sum- mering av den andra reglersignalen med den första reglersig- nalen för alstrande av en ventillägessignal för stängning av strömningsreglerorganet, varigenom strömningsreglerorganet föres mot sitt stängda läge som gensvar på en indikering av motoröverbe- lastning eller potentiell kavitation i pumpen.

2. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k- n a d av att organet (64) för alstrande av den första indi- keringssignalen innefattar gränsutlösningsorgan (98) för alstrande av en fixspännings-utsignal för den första indi- keringssignalen.

3. Anordning enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e- t e c k n a d av signalbegränsningsorgan (88) för begräns- ning av den första reglersignalen till ett maximivärde.

4. Anordning enligt något av de föregående patentkraven, k ä n n e t e c k n a d av signalintegrerande organ (82), som är anordnat att öka den andra reglersignalen över tiden, innan den införes i summeringskretsen, för tillförsäkrande av att den andra reglersignalen kommer att dominera den första reglersignalen.

5. Anordning enligt något av de föregående patentkraven, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda underkylning faststäl- lande organ (60) innefattar digitala elektroniska organ med ett minne, varigenom nämnda tryck- och temperaturindikering- ar kan behandlas för underlättande av adressering av ett kor- 464 041 22 rekt register i minnet för utveckling av underkylningsindi- kering.

6. Sätt att vid en kärnreaktoranläggning med en ström- ningsledning (26) för transport av en vätska, en pump (23) med ett inlopp och ett utlopp i strömningsledningen, organ (52) för drivning av pumpen samt strömningsreglerorgan (24), som är anordnade att reglera flödet genom pumpen, skydda pumpen, k ä n n e t e c k n a t av att a) trycket hos den vätska, som strömmar in i pumpen, mätes och en tryckindikeringssignal alstras som gensvar därpå, b) att temperaturen hos den vätska, som strömmar in i pumpen, mätes, samt att en temperaturindikeringssignal alstras som gensvar därpå, c) att från nämnda temperatur en jämförelsesignal, som är relaterad till den erforderliga underkylningen för pumpen, åstadkommes, d) att en entalpiindikeringssignal, som är korrelerad till temperatur- och tryckindikeringssignalerna, alstras åtminstone periodiskt, e) att den erforderliga underkylningssignalen jäm- föres med entalpisignalen, samt f) att nämnda strömningsreglerorgan påverkas att konstant minska vätskeflödet genom strömningsledningen så länge entalpisignalen icke överskrider den erforderliga underkylningen, sådan denna fastställts i steget e).

7. Sätt enligt patentkravet 6, k ä n n e t e c k n a t av att steget att åtminstone periodiskt fastställa entalpi- indikeringen åstadkommes genom l i) alstrande av en mättningstrycksindikeringssignal som en funktion av vattentemperaturen i pumpinloppet, samt ii) subtrahering av mättningstrycksindikeringssignalen från trycksignalen.

8. Sätt enligt patentkravet 6 eller 7, k ä n n e- 464 041 23 t e c k n a t av att jämförelsesteget utföres genom att från nämnda temperaturindikering alstras en signal, som är relaterad till den erforderliga minimitryckskillnaden mellan det faktiska pumpinloppstrycket och mättningstrycket vid den förhandenvarande temperaturen.

9. Sätt enligt något av patentkraven 6-8, k ä n n e- t e c k n a t av att såsom nämnda organ för drivning av pumpen användes en induktionsmotor, varvid g) motorns energiförbrukningstakt övervakas, h) energiförbrukningstakten kontinuerligt jämföres med en på förhand bestämd, tillåtlig maximienergiförbruk- ningstakt, samt i) strömningsreglerorganet påverkas att kontinuer- ligt minska vätskeflödet genom strömningsledningen, så länge som nämnda energiförbrukning överskrider den maximalt tillåt- liga energiförbrukningen.

10. Sätt enligt patentkraven 6-9, k ä n n e t e c k- n a t av g) att varaktigheten av uppträdandena av misslyckanden att överskrida en underkylningssäkerhetsmarginal tidsbestäm- mes, samt h) att strömningsreglerorganet helt stänges, om var- aktigheten av något av nämnda uppträdanden överskrider en på förhand bestämd minimitidsgräns.

11. Sätt enligt något av patentkraven 6-10, k ä n n e- t e c k n a t av att steget att åtminstone periodiskt fast- ställa entalpiindikeringen utföres genom i) anordnandet av en mikrodator med minne, vilken är anordnad att ge underkylningsindikeringar för diskreta kombinationer av vattentemperatur och vattentryck, ii) införande av nämnda temperatur- och tryckindike- ringar i mikrodatorn, varigenom denna sättes i stånd att periodiskt utföra en tabellavläsningsoperation för nämnda diskreta underkylningsindikering, samt 1464 041 24 iii) anordnande av organ för omvandling av underkyl- ningsindikeringen till en analog underkylningsindikering.

12. Sätt enligt något av patentkraven 6-11, k ä n n e- t e c k n a t av att steget att åstadkomma en jämförelse- signal innefattar alstrande av en indikeringssignal för er- forderlig underkylning av nämnda temperaturindikering.