ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ РЕЗЕРВНОГО ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ СИСТЕМ БЕЗОПАСНОСТИ АЭС

Предлагаемая полезная модель предназначена для области техники дизелестроения в целях обеспечения потребностей атомных электростанций (АЭС) в резервном энергоснабжении систем безопасности.
Известна полезная модель «Одноцилиндровая экспериментальная установка для исследования рабочего процесса дизельного двигателя», патент №136859. Установка состоит из одноцилиндрового двигателя и систем, обеспечивающих работу двигателя: пуска, топливоподачи, смазки, охлаждения, автоматизированной системы измерения и генератора переменного тока.
Недостатком известной полезной модели является невозможность выполнения требований, предъявляемых к дизель-генераторным установкам для резервного энергоснабжения систем безопасности АЭС, по причине отсутствия дублирования наиболее важных функций установки, необходимых для безопасности АЭС.
На основании исследований, проведенных на известной одноцилиндровой установке, разработана полезная модель дизель-генераторной установки с двадцатицилиндровым дизелем 20ЧН20,5/31 для резервного энергоснабжения систем безопасности АЭС.
Принципиальное отличие предлагаемой дизель-генераторной установки состоит в том, что она состоит из двадцатицилиндрового дизель-генератора, включающего в свой состав дизельный двигатель и генератор переменного тока,
и оборудована системами пуска, охлаждения, смазки, впуска воздуха, выпуска отработавших газов и автоматики, разработанными с учетом дублирования функций для повышения надежности пуска и эксплуатации в автоматическом режиме за счет использования двух воздушных компрессоров, по крайней мере двух баллонов со сжатым воздухом, двух пневматических пусковых клапанов и дублирования редукционных клапанов в системе пуска, двух насосных агрегатов, сдвоенных фильтров грубой и тонкой очистки топлива в топливной системе, двух агрегатов электронасосных в системе смазки, двух насосов с электроприводом горячего резерва, двух турбокомпрессоров в системе впуска воздуха.
Общий вид дизель-генератора представлен на фиг. 1.
Система пуска представлена на фиг. 2.
Система пуска предназначена для запуска дизель-генераторной установки сжатым воздухом и обеспечения работы системы приемистости.
Система пуска состоит из двух компрессоров 11, 14, не менее 2-х баллонов с вентильной головкой 16, 21, заполненных сжатым воздухом, клапанов: двух пневматических (главных пусковых) 26 и 28, соединенных параллельно, одного пневматического 29, редукционных 1, 24, 27, предохранительных 4, 8, 25, пусковых клапанов 2 и золотников пусковых 3.
Сжатый воздух из пусковых баллонов через запорные клапаны 6, 10, обратные клапаны 5, 9, клапаны редукционные 1, 24, поступает к клапанам пневматическим 26 и 28, соединенным параллельно, далее к золотникам пусковым 3 и пусковым клапанам 2, установленным в крышках цилиндров.
Предохранительные клапаны 4, 8, 25 предназначены для ограничения давления воздуха за редукционными клапанами и в пусковых баллонах. Заполнение баллонов сжатым воздухом производится от электрокомпрессоров через обратные клапаны 13, 19 и запорные клапаны 12, 20.
Редукционные клапаны дублированы и имеется возможность их отключения запорными клапанами.
Контроль давления воздуха в баллонах производится датчиком давления 7. Для повышения вероятности пуска в системе предусмотрено дублирование клапанов пневматических 26 и 28.
В системе предусмотрено два электрокомпрессора, соединенных параллельно. При неисправности одного из электрокомпрессоров включение другого электрокомпрессора производится автоматически.
Для обеспечения заданных характеристик нагружения дизель-генераторной установки при набросах мощности в схеме предусмотрена дополнительная подача воздуха в двигатель через клапан редукционный 27 и клапан пневматический 28.
Топливная система дизеля представлена на фиг. 3.
Система топливная предназначена для подвода топлива из бака запаса топлива к цилиндрам дизеля и распыливания его в камерах сгорания цилиндров.
Подача топлива из бака запаса топлива осуществляется насосом 40 или, в случае его неисправности, насосом 41 через фильтры грубой очистки топлива 35, 36 в расходный бак 31. Подача топлива из расходной емкости к топливным насосам 47 обеспечивается топливоподкачивающим насосом 44. Фильтрация топлива обеспечивается фильтрами грубой очистки 34, 35, 36, 37,
включенными в линию всасывающего трубопровода, и фильтром тонкой очистки 50, включенным в линию напорного трубопровода.
Загрязнение фильтра контролируется датчиком перепада давления 32.
Избыток топлива, подаваемого топливоподкачивающим насосом, отводится по сливному трубопроводу обратно в расходную емкость. Для создания давления топлива на входе в топливные насосы в сливной трубопровод встроен перепускной клапан 45.
Топливные насосы 47 забирают топливо из системы низкого давления и через топливопровод высокого давления 48 и форсунки 49, установленные в крышках цилиндров, впрыскивают его в цилиндры дизеля.
Топливо, просочившееся через неплотности в форсунках, отводится в расходный бак 31.
Топливопроводы высокого давления выполнены с двойными стенками для предотвращения попадания топлива в помещение при повреждении трубопровода. Топливо, просочившееся при разгерметизации топливопроводов высокого давления, отводится по трубопроводу в бак сбора утечек топлива и масла 43.
Датчики давления 46 предназначены для обнаружения наличия утечек топлива при разгерметизации топливопроводов высокого давления.
Для предпусковой прокачки системы топливом предусмотрен насос 33.
В случае заполнения бака сбора утечек 43 автоматически включается насос для откачки 42.
Для обеспечения работы в системе предусмотрены клапаны запорные и клапан обратный 39.
Уровень топлива в баке 31 и 43 контролируется датчиками 30.
Давление в топливопроводе низкого давления контролируется датчиками 46.
Система смазки представлена на фиг. 4.
Система смазки предназначена для:
а) подачи масла к трущимся поверхностям деталей дизеля для их смазки и охлаждения;
б) охлаждения поршней.
Система смазки обеспечивает прокачку дизеля маслом в режиме «Ожидание» и циркуляцию масла в системе при пуске и работе дизеля под нагрузкой.
Заправка дизеля маслом осуществляется агрегатом электронасосным 57, этим же насосом производится откачка масла из дизеля.
Контроль уровня масла в ванне производится датчиком через штуцер 58.
В режиме ожидания прокачку дизеля маслом осуществляет агрегат электронасосный 54, при его неисправности автоматически включается резервный агрегат 55 с выдачей сигнала о неисправности. Также агрегат электронасосный 54 со встроенным перепускным клапаном включается при температуре масла ниже 313K (40°C) для обеспечения прогрева масла за счет прокачки горячей воды через охладители водомасляные 56 и 61.
Циркуляция масла в системе дизеля при пуске и работе дизеля осуществляется насосом масла 67, который оборудован встроенным перепускным клапаном.
Из масляной ванны поддизельной рамы через сетчатый заборник 59 масло поступает во всасывающую полость насоса 67. При работе дизеля насос масла 67 подает масло на охладители водомасляные, на автоматический фильтр масла 62 и далее во внутреннюю масляную систему дизеля 60 и через редукционный клапан 66 к турбокомпрессорам 64 и 65.
Для сбора утечек масла под электронасосными агрегатами 54 и 55 и агрегатом 57 установлены поддоны сбора утечек 53.
Контроль давления масла на входе в дизель осуществляется через датчики, подключенные к штуцерам 63. Эти датчики обеспечивают постоянную защиту дизеля по давлению масла и работают по принципу «два из трех».
Продувка ресивера и слив загрязненного топлива и масла с полок блока производится через вентили в бак сбора грязного топлива и масла 53.
Температура масла на входе в дизель и на выходе из дизеля контролируется датчиками температуры, установленными на штуцеры 52.
Для компенсации температурных расширений и вибрационных нагрузок от дизеля в системе предусмотрены компенсаторы 51.
Заправка и откачка масла из дизеля осуществляется насосом 57.
Система охлаждения представлена на фиг. 5.
На дизель-генераторной установке используется двухконтурная система охлаждения (холодный контур охлаждения и горячий контур охлаждения), циркуляция охлаждающей жидкости в которой производится двумя одинаковыми по конструкции водяными насосами.
Холодный контур охлаждения
Охлаждающая жидкость из радиаторных секций модулей охлаждающего устройства 76 холодного контура, соединенных параллельно, минуя модули охлаждающего устройства, через терморегулятор 74 поступает во всасывающую полость насоса водяного 78 холодного контура.
Водяным насосом 78 охлаждающая жидкость подается в охладитель надувочного воздуха 71, охладители водомасляные 56 и 61, после чего охлаждающая жидкость отводится на терморегулятор 74.
Горячий контур охлаждения
Охлаждающая жидкость из радиаторных секций модуля охлаждающего устройства 81 горячего контура, минуя модуль охлаждающего устройства, через терморегулятор 80 поступает во всасывающую полость водяного насоса 82 горячего контура.
Водяным насосом 82 охлаждающая жидкость подается в коллекторы, расположенные по рядам цилиндров, далее по каналам поступает на охлаждение втулок и крышек цилиндров, выпускных коллекторов, после чего часть охлаждающей жидкости поступает на охлаждение турбокомпрессоров, откуда вся охлаждающая жидкость вместе с оставшейся жидкостью в коллекторах, отводится на терморегулятор 80.
В режиме готовности к пуску прогрев охлаждающей жидкости осуществляется котлом-подогревателем 84. Прокачка дизеля охлаждающей жидкостью производится насосом с электроприводом 73. При неисправности насоса 73 автоматически включается резервный насос 75 с выдачей сигнала о неисправности насоса 73. Подогрев масла осуществляется водой в режиме прокачки.
Для создания постоянного подпора на всасывании водяных насосов пополнения контуров охлаждающей жидкостью предусмотрена подпитка водяных насосов от расширительного бака 69.
Слив охлаждающей жидкости из системы производится в бак водоподготовки 86.
Воздух и пар, образующийся в системе при работе дизель-генераторной установки, отводится в бак расширительный 69 с установленным на нем предохранительным клапаном 70.
Заполнение бака расширительного 69 и системы охлаждения охлаждающей жидкостью из бака водоподготовки 86 производится насосом с электроприводом 87.
Контроль уровня охлаждающей жидкости в баках расширительном 69 и водоподготовки 86 производится датчиками уровня, подсоединенными к штуцерам 68 и 85.
Давление охлаждающей жидкости горячего и холодного контуров контролируется датчиками давления, подсоединенными к штуцерам 83 и 88 соответственно.
Температура охлаждающей жидкости горячего и холодного контуров контролируется температурными датчиками, установленными в штуцеры 72 и 79, а в котле-подогревателе 84 -температурным датчиком, установленным в штуцер 77.
Система впуска воздуха и выпуска отработавших газов представлена на фиг. 6.
Система служит для очистки воздуха, поступающего в дизель, от частиц пыли, влаги, и предотвращения износа сборочных единиц и деталей дизеля, а также отвода отработавших газов и снижения шума выхлопа.
Система состоит из фильтра воздуха 89 с соединительными патрубками 90, двух турбокомпрессоров, выпускного трубопровода 91 и глушителя 92.
Система автоматизированного управления (САУ ДГУ) обеспечивает автоматизацию ДГУ в объеме третьей степени по ГОСТ Р 50783-95 и четвертой степени по ГОСТ 14228-80 и ГОСТ 10032-80 со временем необслуживаемой работы не менее 250 часов, обеспечивает автономность работы САУ ДГУ - независимое от систем АЭС выполнение основных функций ДГУ с бесперебойным автоматическим переходом на электропитание от встроенных аккумуляторных батарей (АБ) при исчезновении основного питания САУ ДГУ.
САУ ДГУ обеспечивает:
а) постоянную готовность к автоматическому пуску;
б) дистанционный автоматизированный пуск и останов с блочного щита управления (БПУ), резервного щита управления (РПУ) энергоблока, с пульта местного управления (ПУМ) ДГУ;
в) формирование импульса на включение выключателя генератора ДГУ при достижении напряжения и частоты вращения ДГУ не менее 95% от номинальных значений во всех режимах;
г) испытательный (технологический) пуск с пульта управления местного дизелем (ПУМ) для проверки функционирования и опробования ДГУ под нагрузкой;
д) автоматическое поддержание температуры воды и масла системой подогрева;
е) автоматическое поддержание в заданных пределах выходного напряжения генератора на всех режимах работы ДГУ;
ж)питание цепей пуска, управления, защиты, сигнализации и регулирования автономны для каждого ДГУ;
и) поддержание постоянной (в пределах регуляторной характеристики) частоты вращения вала дизель-генератора;
к) предупредительную сигнализацию в случае отклонения рабочих параметров от заданных;
л) защиту генератора;
м)аварийный останов ДГУ, работающей в штатном (автономном) режиме, при обесточивании на АЭС с отключением нагрузки и включением звуковой и световой сигнализации при отклонении контролируемых параметров от заданных;
н) устойчивую работу с заданной частотой вращения.
Изготовление дизель-генератора, включая системы, произведено в 2014 году. Проведение испытаний подтвердило достижение заявленных результатов полезной модели по технико-экономическим показателям в полном объеме.