УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ВОДЫ В ПАРОГЕНЕРАТОРЕ АТОМНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ Российский патент 1994 года по МПК F22D5/02 G05D9/02 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для измерения уровня воды в парогенераторах АЭС, а также барабанах-сепараторах АЭС, барабанах котлов и испарителях.

Современные конструкции парогенераторов и барабанов предусматривают измерение поддержания заданного уровня воды в них. При этом с ростом единичной мощности оборудования обостряются проблемы измерения уровня воды при возрастании требований к точности и надежности измерений.

Наибольшее распространение в энергетике нашли устройства для измерения уровня воды с использованием гидростатического способа измерений. При этом снаружи парогенератора (барабана, сосуда) устанавливаются уравнительные сосуды различных типов. Подробное описание метода измерений и различных конструкций сосудов приведено в [1] . Все типы сосудов обладают в той или иной мере погрешностями, связанными с работой парогенераторов при давлении, отличном от номинального (пусковые режимы), и охлаждением сосудов. В результате плотность воды в них отличается от расчетной, соответственно отличается и перепад давлений, измеряемый дифференциальным манометром. Одним из наиболее точных устройств для измерения уровня воды является уровнемер, в котором для отбора импульсов по давлению используется двухкамерный уравнительный сосуд с частично обогреваемой камерой постоянного уровня [2] .

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является устройство для измерения уровня в парогенераторе АЭС, приведенное в [3] . Устройство содержит уравнительный сосуд с верхним и нижним патрубками, подсоединенными соответственно к паровому и водяному объемам парогенератора, и камерой постоянного уровня, дифференциальный манометр с линиями минусового и плюсового импульса, причем выходной патрубок последней подключен к нижней части камеры постоянного уровня. Выходной патрубок линии минусового импульса подключен к нижней части сосуда и сообщен с пространством вне камеры постоянного уровня (с камерой переменного уровня). При работе устройства возникают погрешности, связанные с охлаждением конденсата в камере постоянного уровня, что приводит к погрешности, несколько превышающей 10 мм, при номинальном давлении (рис. 2, [1] ). Еще большие погрешности имеются при отличии давления от номинального (при номинальном уровне воды), так как характеристики уровнемера (зависимости уровня воды от измеряемого перепада, имеющие линейный характер) при различных давлениях пересекаются не в точке номинального уровня, а при максимальном уровне вне диапазона нормальной работы уровнемера. В таких устройствах при любых режимах всегда имеет место уровень воды в камере переменного уровня, что может приводит к попаданию в нее шлама и забиванию водяной соединительной линии. Возможно также появление автоколебаний уровня в сосуде [4] . Указанные обстоятельства снижают надежность работы устройства.

Целью изобретения является повышение точности и надежности работы устройства для измерения уровня воды в парогенераторе АЭС.

Цель достигается тем, что в устройстве, содержащем уравнительный сосуд с верхним и нижним патрубками, подсоединенными соответственно к паровому и водяному объемам парогенератора, и камерой постоянного уровня, дифференциальный манометр с линиями минусового и плюсового импульса, выходной патрубок из которых присоединен к нижней части камеры постоянного уровня, уравнительный сосуд установлен выше положения номинального уровня воды в парогенераторе, а выходной патрубок линии минусового импульса подключен к водяному объему парогенератора, причем расстояние между осью указанного патрубка и осью патрубка линии плюсового импульса в 5-6 раз превышает разность расстояний между расстоянием от положения номинального уровня воды до оси патрубка линии минусового импульса и расстоянием между осью патрубка линии плюсового импульса и кромкой перелива камеры постоянного уровня. Нижний патрубок уравнительного сосуда присоединен к нижнему торцу указанного сосуда.

Отличительные признаки предложенного технического решения позволяют обеспечить более высокую точность и надежность измерения, что будет показано ниже на примере реализации устройства и обосновании диапазона соотношения размеров. Суть же этих преимуществ заключается в обеспечении полного прогрева камеры постоянного уровня до температуры насыщения за счет соответствующего расположения уравнительного сосуда.

Наличие отмеченных выше отличительных признаков по сравнению с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию "новизна".

Сходные отличительные признаки известных технических решений [1] , [2] , [3] по своим свойствам как по отдельности каждого, так и их совокупности не обеспечивают необходимой точности и надежности измерений, поэтому предложенное техническое решение обеспечивает сверхсуммарный эффект и отвечает критерию "существенные отличия".

Конструкция устройства схематично показана на фиг. 1.

Устройство для измерения уровня воды в парогенераторе 1 содержит уравнительный сосуд 2 с камерой 3 постоянного уровня и верхним и нижним патрубками 5 и 4, подсоединенными соответственно к паровому и водяному объемам 7 и 6 парогенератора 1. Границей раздела этих пространств является измеряемый массовый уровень воды. Устройство содержит дифференциальный манометр с линиями минусового и плюсового импульса, выходной патрубок 8 последнего из которых присоединен к нижней части камеры 3 постоянного уровня. Уравнительный сосуд 2 установлен выше положения номинального уровня воды в парогенераторе 1. Выходной патрубок 9 линии минусового импульса подключен к водяному объему 6, причем расстояние между осью указанного патрубка 9 и осью патрубка 8 линии плюсового импульса В в 5>6 раз превышает разность расстояния от оси патрубка 9 минусового импульса до положения номинального уровня воды Н₀и расстояния между осью патрубка линии плюсового импульса и кромкой перелива камеры 3 постоянного уровня А. Нижний патрубок 4 уравнительного сосуда 2 присоединен к нижнему торцу 10 последнего.

Внутри парогенератора АЭС в его водяном объеме 6 расположена поверхность 11 нагрева и погруженный дырчатый лист 12, а в его паровом объеме 7 - жалюзийный сепаратор 13.

Устройство работает следующим образом.

При нормальном режиме работы парогенератора за счет теплоотдачи от поверхности 11 нагрева происходит кипение воды. Образовавшийся пар проходит погруженный лист, осушается в жалюзийном сепараторе 13 и отводится на турбину. При этом в парогенераторе поддерживается определенный (номинальный) уровень воды Н₀ путем поддержания расхода питательной воды, соответствующего расходу пара. Работа парогенератора крайне существенно зависит от точного поддержания уровня воды, так как при его повышении ухудшаются сепарационные характеристики, а при снижении может оголиться поверхность теплоотдачи.

Измерение уровня происходит следующим образом.

В уравнительном сосуде 2 внутри камеры 3 постоянного уровня устанавливается уровень конденсата. Излишки его сливаются через кромку перелива и отводится через патрубок 4 в водяной объем 6. В сосуде 2 между камерой 3 и корпусом сосуда 2 уровень конденсата отсутствует, что способствует хорошему прогреву конденсата внутри камеры 3. Плюсовой импульс от указанной камеры 3 и минусовой импульс от выходного патрубка 9, подключенного к водяному объему 6, поступает к дифференциальному манометру. Перепад, развиваемый на последнем, связан с измеряемым уровнем воды Н₀ следующим соотношениям:
ΔР_изм= B(ρ_o-ρ′′)= (H_o-A)(ρ′-ρ′′), (1) где ρ_o - плотность воды в плюсовой импульсной линии, кг/м³;
ρ′, ρ′′ - плотности воды и пара при температуре насыщения в парогенераторе, кг/м³ .

Дифференциальный манометр и его вторичный прибор тарируются на параметры, соответствующие номинальным. При отличии этих параметров от номинальных возникает погрешность, которая может быть определена по зависимости:
δ_н = (H_o-A), (2) где K = - соотношение расстояния между осью минусового патрубка 9 и осью плюсового патрубка 8 и разностью между расстоянием от оси патрубка 9 линии минусового импульса до положения номинального уровня воды Н₀ и расстояния между осью патрубка 8 линии плюсового импульса и кромкой перелива камеры 3 постоянного уровня А;
ρ_н′ и ρ_н′′ - плотности воды и пара при номинальных параметрах в парогенераторе, .

Путем соответствующего выбора соотношения К можно добиться оптимизации устройства при минимальной погрешности измерений.

Как указано в (3), существующие системы измерений могут обеспечить погрешность измерения при номинальном уровне воды до 10 мм. Следовательно, улучшение точности измерения связано с выбором соотношения К, при котором погрешность снижается менее 10 мм. На фиг. 2 приведена зависимость погрешности измерения от давления в парогенераторе при величине Н₀ - А = 0,3 м и различных значениях К. Парогенераторы практически не работают длительно при давлении ниже 1 МПа (номинальное давление - 6,3 МПа), поэтому повышенную погрешность при давлении менее 1 МПа можно допустить. Исходя из граничной величины погрешности 10 мм, необходимая точность обеспечивается при значениях К = 5-6,4.

Установка сосуда выше положения номинального уровня воды означает, что соотношение должно быть больше 1. Исходя из зависимости (2) следует, что увеличение разности Н₀ - А всегда приводит к росту погрешности при прочих равных условиях. На фиг. 3 приведен обобщающий график максимальных погрешностей от величины К при различных Н₀ - А, а также зависимости величины от К. Из рассмотрения фиг. 3 следует, что при _>1 оптимальным является величина К = 5-6.

Таким образом, выбор соотношения указанных расстояний, установка сосуда выше положения номинального уровня воды приводят к снижению погрешности измерения. Кроме того, отсутствие уровня воды в сосуде 2 и подсоединение нижнего патрубка 4 к нижнему торцу 10 сосуда 2 обеспечивают беспрепятственный слив воды, что предотвращает забивание линии шламом и возможность пульсаций уровня в сосуде, приводит к повышению надежности измерений. (56) 1. Преображенский В. П. Теплотехнические измерения и приборы. М. : Энергия, 1978, с. 531-544.

2. Авторское свидетельство СССР N 595630, кл. F 20 D 5/02, 1966.

3. Дмитриев А. И. , Козлов Ю. В. , Баскин В. И. и др. Повышение точности измерения массового уровня воды в парогенераторах АЭС. - "Энергетик", N 1, 1986, с. 16, рис. 1, в.

4. Давыдов Н. И. , Козлов Ю. В. , Рябов Г. А. Исследование и усовершенствование системы измерения уровня воды в барабанах-сепараторах АЭС с РБМК-1000. - "Электрические станции", N 3, 1985, с. 8-11.

Использование: энергетика, может быть использовано для измерения уровня воды в парогенераторах атомных электростанций. Сущность изобретения: устройство для измерения уровня воды в парогенераторе (ПГ) содержит уравнительный сосуд (УС) с камерой (КП)постоянного уровня и верхним и нижним патрубками, соединенными соответственно с паровым и водяным объемами ПГ. Устройство содержит дифференциальный манометр с линиями минусового и плюсового импульса, выходной патрубок последней из которых присоединен к нижней части КП. УС установлен выше положения номинального уровня воды в ПГ. Выходной патрубок линии минусового импульса подключен к водяному объему, причем расстояние между осями патрубков в 5 - 6 раз превышает разность расстояний от положения номинального уровня воды до оси одного патрубка и расстояния между осью другого патрубка и кромкой перелива КП. 1 з. п. ф - лы, 3 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ВОДЫ В ПАРОГЕНЕРАТОРЕ АТОМНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ, содержащее уравнительный сосуд с верхним и нижним патрубками, подсоединенными соответственно к паровому и водяному объемам парогенератора, и с камерой постоянного уровня, имеющей кромку перелива, дифференциальный манометр с линиями минусового и плюсового импульса, имеющими выходные патрубки, выходной патрубок линии плюсового импульса присоединен к нижней части камеры постоянного уровня, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности, уравнительный сосуд установлен выше положения номинального уровня воды в парогенераторе, выходной патрубок линии минусового импульса подключен к водяному объему парогенератора, причем расстояние между осью указанного патрубка и осью патрубка линии плюсового импульса в 5 - 6 раз превышает разность между расстоянием от положения номинального уровня воды до оси патрубка линии минусового импульса и расстоянием между осью патрубка линии плюсового импульса и кромкой перелива камеры постоянного уровня. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нижний патрубок уравнительного сосуда присоединен к нижнему торцу указанного сосуда.