船用蒸汽发生器动态性能及水位控制研究

摘要

蒸汽发生器是核动力装置的核心设备之一，其动态性能直接影响整个核动力装置的动态运行。蒸汽发生器水位是其运行关注的重要参数之一，水位过低会导致传热恶化，严重时会发生传热管破裂事故;水位过高会导致出口含水量过高，冲蚀汽轮机叶片，甚至危害机组安全。当核动力二回路大幅降负荷或事故工况时，需要将蒸汽发生器蒸汽通过减温减压装置排往主冷凝器，以减小一回路瞬态变化过程、防止蒸汽发生器超压。因此研究蒸汽发生器动态性能、水位控制、蒸汽排放具有明确的工程实际意义。
　　本文利用模块化建模的方法，基于GSE仿真平台建立蒸汽发生器动态仿真模型，并通过设计参数对模型进行验证及校核。在此基础上，研究系统不同扰动下及降负荷工况下蒸汽发生器动态性能以及蒸汽发生器水位控制策略仿真分析，事故工况下蒸汽排放控制仿真。
　　通过仿真实验可知:给水流量阶跃减小15％，蒸汽发生器水位稳定值为0.434。给水流量阶跃减小存在蒸汽发生器水位过低的危险，给水温度阶跃减小影响蒸汽发生器运行经济性，给水温度阶跃减小15％，蒸汽产量减小1.94％。并对蒸汽发生器动态仿真模型进行15％降功率工况仿真，研究蒸汽发生器降负荷时动态性能。串级前馈控制无论在高负荷工况或低负荷工况下，在应对水位设定值、负荷扰动、给水流量扰动时，超调量小，稳定时间短，动态性能优异，是蒸汽发生器水位控制的一种理想控制方法。紧急停堆时，蒸汽排放与大气排放配合能有效的防止一回路升温避免主蒸汽安全阀开启，;主机速关时，蒸汽排放能缓解一、二回路功率不匹配，减小一回路瞬态变化。蒸汽排放响应迅速，能有效防止一、二回路超压，维持二回路装置所消耗功率与堆功率之间的平衡。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景及意义

1．2国内外研究现状

1．3本文研究内容

第2章船用蒸汽发生器动态性能数学模型建立

2．1蒸汽发生器工作原理

2．2蒸汽发生器动态数学模型

2．2．1一回路侧数学模型

2．2．2传热管壁数学模型

2．2．3二回路侧数学模型

2．3蒸汽发生器水位的动态特性分析

2．3．1蒸汽发生器水位控制重要性

2．3．2蒸汽发生器水位特性

2．3．3蒸汽发生器水位数学模型

2．4本章小结

第3章基于GSE的核动力二回路的仿真模型搭建

3．1 JTopmeret仿真模型的建立

3．1．1蒸汽发生器动态仿真模型

3．1．2凝给水系统动态仿真模型

3．1．3．蒸汽排放系统动态仿真模型

3．1．4主蒸汽系统动态仿真模型

3．2JControl控制模型建立

3．2．1蒸汽发生器水位控制

3．3．2蒸汽发生器运行控制

3．2．3蒸汽排放控制

3．3模型验证

3．4本章小结

第4章船用蒸汽发生器动态性能仿真

4．1系统扰动动态仿真实验

4．1．1给水流量扰动

4．1．2给水温度扰动

4．2降负荷动态性能分析

4．3本章小结

第5章船用蒸汽发生器水位控制研究

5．1水位前馈反馈控制

5．1．1前馈控制概念

5．1．2前馈控制特点

5．1．3蒸汽发生器前馈反馈控制

5．2蒸汽发生器水位前馈控制仿真结果

5．2．1蒸汽发生器水位设定值前馈控制仿真

5．2．2负荷扰动水位前馈控制仿真

5．2．3给水流量扰动水位前馈控制仿真

5．3水位串级前馈控制

5．3．1串级PID控制

5．3．2蒸汽发生器串级控制系统

5．3．3水位串级-前馈PID控制

5．4蒸汽发生器水位串级前馈仿真结果

5．4．1蒸汽发生器水位设定值串级前馈控制仿真

5．4．2负荷扰动水位串级前馈控制仿真

5．4．3给水流量扰动水位串级前馈仿真

5．5控制性能评价

5．5．1动态性能评价

5．5．2误差性能

5．6本章小结

第6章蒸汽排放动态性能

6．1蒸汽排放原理

6．1．1蒸汽排放系统概述

6．1．2蒸汽排放系统组成

6．2蒸汽排放控制

6．2．1一回路平均温度控制方式

6．2．2蒸汽母管压力控制器

6．3事故工况下蒸汽排放动态仿真

6．3．1紧急停堆

6．3．2主机速关

6．4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢