Mis on elektrotehnikas reaktor? Kuidas tuuma- (tuuma)reaktor töötab? Tuumareaktori loomise ajalugu

Kaasaegsed kaitselülitid kõrvaldavad lühisevoolud võimalikult lühikese viivitusega. Kuid nad ei suuda vastu seista elektrodünaamiliste jõudude toimele, mis tekivad õnnetuse alghetkel. Nende šokiilmingute kõrvaldamiseks kasutatakse muid reaktorite tööl põhinevaid tehnilisi lahendusi.

Terminit "reaktor" kasutatakse seadmete tähistamiseks, mis toimivad erinevate reaktsioonijõudude avaldumise kaudu, kui reageeritakse konkreetse protsessi, näiteks bioloogilise, keemilise, elektrilise protsessi kulgemisele. mehaaniline...

Kui sooritatakse mõni toiming (tähistatakse sõna "action" juurega), siis tehniline seade kontrollib seda protsessi ja takistab selle arengut (määratakse eessõnaga "re"). Nime "Reaktor" tähistab termin, mis koosneb sellest tüvest ja eessõnast. Ja selle lõpp lõpetab tehnilise seadme määratluse.

Enimkasutatavad kuivreaktorid on 6 ja 10 kV võrkudes. Need on valmistatud betoonsammastele paigaldatud isoleeritud traadi mähise kujul. Paigaldatud vertikaalse, horisontaalse või astmelise faasiga, lülitusseadme eraldi kambritesse. Kõrgema pingega võrkudes kasutatakse õliisolatsiooniga reaktoreid, millel on isoleermaterjalist varda- või toroidikujuline raam ja teraspaak.

Reaktoreid eristatakse: konstruktsiooni järgi - ühe- ja kahekordsed, sisselülitamise asukoha järgi - sektsioonilised ja lineaarsed, omaduste järgi - lineaarse või mittelineaarse karakteristikuga, juhitavad ja kontrollimata. Kuivbetoonreaktorid on lineaarse karakteristikuga kontrollimatud reaktorid.

Energeetikasektori reaktorite tüübid

Kõrgepinge elektrisüsteemides töötavad reaktorid vooluahela seadmetes spontaanselt tekkivate avariivoolude jälgimise ja piiramise põhimõttel.

Disaini eesmärgi järgi jagunevad need kahte tüüpi:

1. lühisvoolude suuruse vähendamine - voolu piirav;

2. tekkiva elektrikaare vähendamine - kaare kustutamine.

Esimest tüüpi elektriseadmed on loodud selleks, et kõrvaldada lühise tekkimisel tekkiva šokivoolu mõju.

Teiseks suurendavad kaare summutamise reaktorid induktiivset reaktiivsust, mis takistab kaare teket hädaolukorras, mis on seotud ühefaasilise lühise tekkimisega maandusahelaga võrkudes, mis kasutavad tugevalt isoleeritud neutraali.

Mõlemat tüüpi need elektriseadmed põhjustavad seadmete nominaalsetes töötingimustes väikese vea süsteemi väljundomadustes, kuid see jääb tööstandarditesse ja on üsna vastuvõetav.

Voolu piiravad reaktorid

Mis on lühise liigvool

Nominaalses režiimis tarbitakse ühendatud impedantsi ületamiseks kõrgepinge toiteenergiat elektriskeem, mis koosneb induktiivsete ja mahtuvuslike ühendustega aktiiv- ja reaktiivkoormustest. See loob töövoolu, mida tasakaalustavad rakendatud võimsus, pinge ja vooluahela takistus.

Lühise ajal šunteeritakse allika tohutu võimsus, ühendades juhuslikult metallidele iseloomuliku väikese aktiivtakistusega koormuse. Sellel puudub reaktiivne komponent.

See lühis kõrvaldab tööahelas tekkinud tasakaalu ja tekitab uut tüüpi voolusid. Sel juhul ei toimu pingeallika üleminek lühisrežiimile koheselt, vaid aja jooksul veidi pikeneb. Sellist lühikest perioodi nimetatakse üleminekuks. Voolu käigus muudavad koormusvoolud kuju ja suurust nominaalrežiimi harmoonilise sinusoidi väärtusest kuni "metallirikke" väljakujunenud ühenduse omadusteni.

Siirdeprotsesside ajal on lühisest tulenev koguvool keeruka kujuga, mis arvutuste ja analüüsi lihtsustamiseks jaguneb vähemalt kaheks komponendiks:

1. sunnitud perioodiline;

2. vaba perioodiline.

Esimene osa kordab toitepinge kuju ja teine ilmub järsult ja selle väärtus väheneb järk-järgult. See moodustub nimirežiimi mahtuvusliku koormuse tõttu, mida peetakse järgneva lühise jaoks tühikäiguahelaks.

Mõlemad komponendid loovad kokku liitmisel voolu, mis aja jooksul muutub. keeruline välimus. Seda tuleb kaitsete loomisel arvesse võtta, et võtta tõhusaid meetmeid.

Arvutamise aluseks valitakse aperioodilise komponendi maksimaalse hetkväärtusega väärtus. Seda nimetatakse šokivooluks.

Kuidas voolu piirav reaktor töötab?

Disaini aluseks on mähis, mille induktiivne reaktants sisaldub peamise toiteahela avatud ahelas. Selle parameetrid on valitud nii, et millal normaalsetes tingimustes töökorras ei ületanud selle pingelang nelja protsenti koguväärtusest.

Kui kaitstud vooluringis tekib hädaolukord, kustutab see induktiivsus suurema osa rakendatud kõrgepingepingest ja piirab seega liigvoolu mõju.

Voolu piirav reaktor arvutatakse maksimaalse rikkevoolu Im järgi, mida see talub vastavalt avaldisele:

Im= (2,54 I n/Хр)х100%

Valemis tähistab Iн nimivoolu väärtust ja Xр on mähise reaktantsi väärtus.

Ülaltoodud muster näitab selgelt, et mähise induktiivsuse suurenemine viib löökvoolu vähenemiseni.

Mähiste reaktiivseid omadusi suurendatakse tavaliselt terasplaatidest magnetsüdamiku ühendamisega. Selliste reaktorite konstruktsioonides, kui pöördeid läbivad suured voolud, küllastub südamiku materjal, mis viib selle voolu piiravate omaduste kadumiseni. Seetõttu loobutakse sellistest struktuuridest enamikul juhtudel.

Voolu piiravaid reaktoreid toodetakse tavaliselt terassüdamike kasutamata. Vajaduse tõttu saavutada vajalik induktiivsus on nende mõõtmed ja kaal suurenenud.

Voolu piiravate reaktorite konstruktsioonid

Sisekujunduse osas on need järgmised:

1. betoon;

2. kuiv;

3. õli;

4. soomustatud.

Betoonplokkidest reaktorid

Selliseid struktuure kasutatakse üsna pikka aega võrkudes pingega kuni 35 kV. Nende mähis on valmistatud elastsetest juhtmetest, mis summutavad dünaamilisi ja temperatuurikoormusi mitmes paralleelses ahelas, mis jaotavad voolu ühtlaselt. See meetod leevendab mehaanilist pinget statsionaarsele betoonkonstruktsioonile.

Selliste reaktorite mähiste pöörded on valmistatud keerdunud ümara osaga juhtmetest, millel on isolatsioon. Need on täidetud spetsiaalse kõrgtugeva betooniga, mis on paigaldatud vertikaalsetesse sammastesse. Kui on vaja metallosade kujundust täiendada, kasutatakse eranditult mittemagnetilisi materjale.

Faasipoolide sisselülitamise meetod valitakse nii, et nende magnetväljad on suunatud loendurile. See meetod nõrgendab dünaamilisi jõude lühise löökvoolude ajal.

Mähiste avatud paigutus ruumis võimaldab luua häid tingimusi loomulikuks jahutamiseks atmosfääriõhuga. Kui nimirežiimis või lühistes esinevad soojuskoormused võivad ületada mähiste lubatud küttepiirid, kasutatakse ventilaatorite sundõhuvoolu.

Töötamisel tuleb arvestada, et märja ilmaga kogub betoon õhust niiskust.

Selliseid seadmeid kasutatakse endiselt laialdaselt kõrgepingevõrkudes ja need tulevad nendega edukalt toime hädaolukorrad, kuid neid peetakse juba aegunuks.

Kuivtüüpi reaktorid

Need hakkasid ilmuma tänu räniorgaanilisel struktuuril põhinevate uute isolatsioonimaterjalide väljatöötamisele. See võimaldab teil luua tooteid, mis töötavad edukalt elektriseadmetel kuni 220 kV (kaasa arvatud).

Mähis on keritud ristkülikukujulise mitmesoonelise suurendatud tugevusega kaabliga ja kaetud silikoonlakikihiga. Täiendavat kasutuseeli annab silikoonist isolatsioonikate.

Nende täiustuste tulemusena on kuivvoolu piiravatel reaktoritel võrreldes nende betoonist analoogidega:

väiksemad mõõtmed ja kaal;

suurenenud mehaaniline tugevus;

parem kuumakindlus;

suurem tööressurss.

Naftareaktorid

Nende vasest juhtmete mähis on isoleeritud immutatud kaablipaberiga ja paigaldatud isolatsioonisilindritele, mis on paigutatud õli või muu vedela dielektrikuga mahutisse, mis täidab samaaegselt ka soojuse eemaldamise funktsiooni.

Vältimaks konteineri metallkorpuse kuumenemist mähise keerdude kaudu voolavast tööstussageduse vahelduvast väljast, on sellisesse konstruktsiooni lisatud magnetilised šundid või elektromagnetilised ekraanid.

Magnetšunt luuakse pehmetest magnetilistest teraslehtedest. asetada õlimahutisse selle seinte lähedale. Selle meetodiga moodustatud sisemine magnetahel sulgeb ise mähise tekitatud magnetvoo.

Elektromagnetilised ekraanid on valmistatud alumiiniumist või vasest lühistatud keerdude kujul, mis on paigaldatud paagi seinte lähedale. Neis indutseeritakse vastuelektromagnetväli, mis vähendab peamise mõju.

Soomusega reaktorid

Loodud südamikuga. Arvestades magnetahela küllastumise võimalust, nõuavad sellised tooted täpseid arvutusi ja töötingimuste hoolikat analüüsi.

Elektriterasest valmistatud soomussüdamikud võimaldavad vähendada selliste reaktorikonstruktsioonide suurust ja kaalu ning samal ajal ka maksumust.

Kuid nende kasutamisel tuleb arvestada asjaoluga, et löögivool ei ületa seda tüüpi seadmete maksimaalset võimalikku väärtust.

Kaare summutamise reaktorid

Nad kaitsevad kaabli elektriliine erineval põhimõttel kui nende voolu piiravad kolleegid.

Ühefaasiliste lühiste ohust maandusahelale isoleeritud nulliga ahelas

Maapinnast eraldatud nulliga elektriliinidel töötamiseks luuakse energiavõrgud tööpingega 6÷35 kV. Sel juhul moodustub kõigi juhtide vahel mahtuvuslik takistus ja nad ise töötavad samamoodi nagu kondensaatori plaadid, see tähendab, et nad koguvad laenguid.

Kui mõne faasi isolatsioon on katki, tekib maandusahelale suletud elektriahel, mille kaudu hakkab voolama ainult mahtuvuslik vool. See ei tekita lühist. Seetõttu võimaldavad praegused dokumendid sellist riket kõrvaldada mitte kohe, vaid kuni kahetunnise viivitusega. See on vajalik operatiivpersonali jaoks reservina kahjustatud liini tarbijate toiteskeemi muutmiseks ilma nende toiteallikat katkestamata.

Selleks on need konfigureeritud töötama signaali, mitte toite väljalülitamise korral. Sellises olukorras on aga kahekordne oht:

1. astmepingega kokkupuutuv isik, kes satub juhuslikku kohta, kus rike ilmneb;

2. elektrikaare tekkimine, kui mahtuvuslik vool ületab 20 amprit.

Kaare põletamine hävitab juhtmete ja kaablite isolatsiooni, muutes ühefaasilise lühise kahe- või kolmefaasiliseks lühiseks koos kõigi negatiivsete tagajärgedega. Selle tegevust piiravad kaitseseadmed.

Kaare summutamise reaktorite otstarve

Mähis L on ühendatud generaatori nulli ja maandusahela vahele. Sellel on induktiivne reaktants, mida saab pöörete arvu vahetades reguleerida. TA instrumenditrafo võimaldab tõhusate meetmete võtmiseks juhtida läbivat voolu.

See pooli mähise ühendamise meetod võimaldab teil luua mahtuvusest ja induktiivsusest koosneva jadaahela, millele rakendatakse kahjustatud isolatsiooniga faasiallika pinge.

Mahtuvuslikud ja induktiivsed voolud on antifaasis, nihutatud ühise 180 kraadise nurga võrra. Mahtuvusliku voolu toimet piirab induktiivne vool, suunatud vastuvool. Selle tulemusena väheneb oluliselt kahjustatud isolatsiooni läbiv koguväärtus.

Klassifitseerimismeetodid

Seadistusmeetodid

Kaare summutamise reaktoreid saab luua individuaalsete töötingimuste jaoks, mis ei nõua piiratud pikkusega liinide jaoks spetsiaalseid seadistusi, või neid saab valmistada võimalusega reguleerida mähise induktiivset reaktiivsust:

1. sammhaaval:

2. sujuvalt.

Esimesel juhul viiakse induktiivsuse muutmine läbi kraanidega ühendatud mähiste arvu ümberlülitamise teel.

Sujuv reguleerimine toimub:

kolvikonstruktsioonid, mis reguleerivad magnetahela õhupilu;

alalisvoolu eelpingega reaktorid, mis kasutavad magnetvõimendite põhimõtteid.

Kontrolli tüübid

Konstantse induktiivsusega kaare summutamise reaktorid luuakse ilma juhtimissüsteemideta.

Induktiivsuse reguleerimiseks konstruktsioonid koos:

tööpöörete arvu käsitsi ümberlülitamine. See protsess pole mitte ainult töömahukas, vaid nõuab ka reaktori pingete eemaldamist;

draiv, mis töötab automaatselt võrgu koormuse korral;

mahtuvusmõõtur, mis võimaldab voolu sujuva reguleerimise tõttu automaatselt reguleerida induktiivsust mõõtetulemusele vastavaks.

Kaasaegsed kaare summutamise reaktorid kasutavad juhtimiseks mikroprotsessortehnoloogiaid, mis hõlbustavad tööd, pakkudes hoolduspersonalile laiendatud teavet rikete statistika, rikete tuvastamise ja muude kasulike funktsioonide kohta.

Loengu ülevaade:

4.1 Keemiliste reaktorite tüübid. Ideaalse segunemise ja ideaalse nihkega reaktorid.

4.2 Homogeensete protsesside reaktorid

4.3. Reaktorid heterogeensete tahkefaasiliste protsesside jaoks

4.4. Gaas-vedelik protsesside reaktorid

Esimese kriteeriumi alusel jagatakse reaktorid perioodilisteks, pidevateks ja poolpidevateks. Pidevad reaktorid, s.o. pideva reaktiivide juurdevooluga ja saaduste eemaldamisega jagunevad omakorda vastavalt reaktsioonikeskkonna liikumise iseloomule (st vastavalt hüdrodünaamilisele olukorrale reaktoris) korkvoolureaktoriteks ja ideaalseteks segamisreaktoriteks.

Batch-reaktorid mida iseloomustab reaktiivide ühekordne laadimine. Sel juhul koosneb protsess kolmest etapist: tooraine laadimine, töötlemine (keemiline muundamine) ja mahalaadimine lõpetatud toode. Pärast nende etappide järjestuse läbimist korratakse neid uuesti, st. Reaktor töötab tsükliliselt. Ühe perioodilises reaktoris läbiviidava tsükli kestus määratakse võrrandiga

τ p = τ + τ vsp, (4.1)

kus τ p - täiskohaga tsükkel; τ - tööaeg(kulutatud keemilise reaktsiooni läbiviimisele); τ vsp - abiaeg (reaktiivide laadimine ja toote mahalaadimine).

Ideaalne segamisreaktor on segistiga aparaat, millesse laaditakse perioodiliselt lähtereagendid (joonis 4.1). Sellises reaktoris tekib väga intensiivne segamine, seetõttu on reaktiivide kontsentratsioon igal ajal kogu reaktori mahus sama ja muutub ainult aja jooksul, kui keemiline reaktsioon kulgeb. Seda segamist võib pidada ideaalseks.

Riis. 4.1 Ideaalne segamisreaktor

Lähtereaktiivi kontsentratsiooni muutmine A ajas ja reaktori mahus on näidatud joonisel fig. 10. Joonisel näidatud tähistused. 4.1 ja 4.2 tähendused on järgmised: N A, 0, NA - algreaktiivi A kogus reaktsioonisegus protsessi alguses ja lõpus; CA, 0, CA - reaktiivi A alg- ja lõppkontsentratsioonid reaktsioonisegus; X A, 0 , X A - reaktiivi A konversiooni alg- ja lõppaste; τ - aeg; y- ruumiline koordinaat (asukoha koordinaat).

Riis. 4.2. Reaktiivi kontsentratsiooni jaotus perioodilises ideaalses segamisreaktoris: a) aja järgi, b) asukoha järgi (mahu järgi).

Perioodilised keemilised protsessid on oma olemuselt alati mittestatsionaarsed (ebastabiilsed), kuna keemilise reaktsiooni käigus muutuvad ajas protsessi parameetrid (näiteks reaktsioonis osalevate ainete kontsentratsioon, s.o. toimub reaktsioonisaaduste kuhjumine).

Reaktorid perioodiline tegevus Need on disainilt lihtsad ja nõuavad vähest abiseadet, mistõttu on need eriti mugavad keemilise kineetika uurimise eksperimentaalsete tööde tegemiseks. Tööstuses kasutatakse neid tavaliselt väiketootmises ja suhteliselt kallite keemiatoodete töötlemisel. Enamik tööstuslikke protsesse viiakse läbi pidevate reaktorite abil.

Pidevates reaktorites(või voolureaktorites) toimub reaktiivide tarnimine ja reaktsioonisaaduste eemaldamine pidevalt. Kui perioodilises reaktoris on võimalik reaktsiooni kestust vahetult mõõta tundide kaupa, siis pidevas reaktoris seda teha ei saa, kuna püsiseisundi tingimustes nendes reaktorites parameetrid ajas ei muutu. Sellega seoses kasutatakse pidevate reaktorite puhul reaktiivide tingimusliku süsteemis viibimise aja (kontaktaja) mõistet.

kus V r on reaktori maht; V 0 on reaktorisse siseneva reaktsioonisegu maht ajaühikus (reaktiivide maht).

Plug flow reaktor(RIV) on torukujuline seade, milles toru L pikkuse ja selle läbimõõdu d suhe on üsna suur. Reaktorisse juhitakse pidevalt algreaktiive, mis reaktori pikkuses liikudes muutuvad reaktsiooniproduktideks (joonis 4.3). Hüdrodünaamilist režiimi RIV-s iseloomustab asjaolu, et suvaline vooluosake liigub reaktori pikkuses ainult ühes suunas, vastupidist (pikisuunalist) segunemist ei toimu; Samuti ei toimu segamist reaktori ristlõikes.

Eeldatakse, et aine jaotus sellel lõigul on ühtlane, s.t. reaktsioonisegu parameetrid on samad. Reaktsioonimassi ruumala dV r iga element liigub piki reaktori pikkust, segunemata eelmiste ja järgnevate mahuelementidega ning käitub nagu kolb silindris, tõrjudes välja kõik, mis on tema ees. Seetõttu nimetatakse seda reaktiivide liikumisviisi mõnikord kolvi- või täieliku nihke režiimiks.

Iga mahuelemendi koostis muutub reaktori pikkuses järjestikku keemilise reaktsiooni toimumise tõttu. Algreaktiivi A kontsentratsioon muutub järk-järgult piki reaktori pikkust algväärtusest C A.0 lõppväärtuseni C A (joonis 4.3). Reaktsioonisegu sellise liikumisviisi tagajärg on see, et iga osakese viibimisaeg reaktoris on sama. RIV-i matemaatilise kirjelduse koostamisel lähtutakse sellest diferentsiaalvõrrand materjalibilansi, muutes selle, võttes arvesse selle reaktori ülalnimetatud omadusi.

Reaalses reaktoris erineb hüdrodünaamiline olukord ideaalse reaktori olukorrast. Näiteks reaalse nihkega reaktoris on lisaks põhivoolu kolvi liikumisele piki reaktori pikkust võimalik voolu segada piki- ja radiaalsuunas. Reaalse reaktori jõudluse hälbe ideaalreaktorist sõltub kolmest suurusest: pikisuunalise segunemise (konvektiivdifusiooni) koefitsiendist D L, lineaarsest voolukiirusest w ja reaktori pikkusest L. Need suurused liidetakse kokku mõõtmeteta kompleks D L /(wL).

Riis. 4.3 Plug-flow reaktor ning reaktiivi CA kontsentratsiooni ja konversiooniastme XA sõltuvus reaktori pikkusest.

Reaktori üldvaade ja mõne neist diagrammid on näidatud joonisel fig. 4.4.

Mahtuvuslik reaktor 1 on varustatud segistiga, mis segab aparaadi sees olevad reaktiivid (tavaliselt vedelikud, suspensioonid). Temperatuur hooldatakse reaktori ümbrises või sellesse ehitatud soojusvahetis ringleva jahutusvedeliku abil. Pärast reaktsiooni produktid tühjendatakse ja pärast reaktori puhastamist korratakse tsüklit. Protsess on perioodiline.

Mahtuvuslik reaktor 2 on läbivooluga, kuna reagendid (tavaliselt gaas, vedelik, suspensioon) läbivad seda pidevalt. Gaas mullitab läbi vedeliku. 3. kolonnreaktorit iseloomustab kõrguse ja läbimõõdu suhe, mis tööstuslike reaktorite puhul on 4-6 (mahtuvusreaktorites on see suhe umbes 1). Gaasi ja vedeliku vastastikmõju on sama, mis 2. reaktoris.

Riis. 4.4. Keemilise reaktori diagrammid:

G - gaas; F - vedelik; T - jahutusvedelik; N - otsik; TV - tahke reaktiiv; K - katalüsaator; Xg - külm gaas; Kütus - kütus.

Pakitud reaktor 4 on varustatud Raschigi rõngaste või muude väikeste elementidega - pakkimine. Gaas ja vedelik interakteeruvad. Vedelik voolab düüsist alla ja gaas liigub düüsi elementide vahel.

Reaktoreid 5-8 kasutatakse peamiselt gaasi interaktsiooniks tahke reagendiga. Reaktoris 5 on tahke reaktiiv statsionaarne, gaasiline või vedel reaktiiv läbib seda pidevalt. Tahkes aines on protsess perioodiline.

Rektoreid 6-8 on modifitseeritud nii, et protsess on tahke reagendiga pidev. Tahke reaktiiv liigub mööda pöörlevat kaldus ümmargust reaktorit 6 või valgub läbi reaktori 7. Reaktorisse 8 siseneb gaas altpoolt kõrge rõhu all, nii et tahked osakesed hõljuvad, moodustades keevkihi, millel on teatud omadused. vedel.

Torureaktor 9 on välimuselt sarnane kesta ja toruga soojusvahetiga. Gaasilised või vedelad reaktiivid läbivad torusid, milles reaktsioon toimub. Tavaliselt täidetakse torud katalüsaatoriga. Temperatuurirežiimi tagab jahutusvedeliku ringlus torudevahelises ruumis.

Reaktoreid 5 ja 9 kasutatakse ka protsesside läbiviimiseks tahkel katalüsaatoril.

Torureaktorit 10 kasutatakse sageli kõrge temperatuuriga homogeensete reaktsioonide läbiviimiseks, sealhulgas viskoossetes vedelikes (näiteks raskete süsivesinike pürolüüs). Selliseid reaktoreid nimetatakse sageli ahjudeks.

Mitmekihiline reaktor 11 on varustatud süsteemiga, mis võimaldab jahutada või soojendada mitme kihi vahel paiknevat reaktiivi tahke, toimides näiteks katalüsaatorina. Joonisel on kujutatud algse gaasilise aine jahutamist külma gaasiga, mis juhitakse katalüsaatori ülemiste kihtide vahele ja jahutusvedelikku läbi soojusvahetite süsteemi, mis on paigutatud katalüsaatori teiste kihtide vahele.

Mitmekihiline reaktor 12 on ette nähtud selles gaasi-vedeliku protsesside läbiviimiseks.

Joonisel 4.4 kujutatud diagrammid näitavad ainult osa tööstuses kasutatavatest reaktoritest. Reaktorite projektide ja käimasolevate protsesside edasine süstematiseerimine võimaldab aga mõista ja läbi viia uuringuid ükskõik millises neist.

Kõiki reaktoreid iseloomustavad ühised konstruktsioonielemendid, mis on näidatud joonisel fig. 4.5, sarnane 11-ga joonisel fig. 4.4.

Reaktsioonitsoon 1, milles keemiline reaktsioon toimub, koosneb mitmest katalüsaatori kihist. See esineb kõigis reaktorites: reaktorites 1-3 joonisel fig. 4.4 on vedeliku kiht, reaktorites 4, 5, 7 - täite- või tahke komponendi kiht, reaktorites 6, 8 - osa reaktori mahust tahke komponendiga, reaktorites 9, 10 - siseruumala torudest, kus reaktsioon toimub.

Riis. 4.5. Keemilise reaktori konstruktsioonielemendid:

1 - reaktsioonitsoon; 2 - sisend- ja jaotusseade; 3 - segisti; 4 - soojusvaheti; 5 - väljundseade; Xg - külm gaas; T - jahutusvedelik; I ja P on vastavalt alg- ja lõppproduktid.

Esialgne reaktsioonisegu juhitakse läbi ülemise liitmiku. Gaasi ühtlase jaotuse tagamiseks läbi reaktsioonitsooni, mis põhjustab reaktiivide ühtlase kontakti, paigaldatakse voolujaotur. See on sisendseade 2. Reaktoris 2 joonisel fig. 4.4 gaasijaoturiks on mullitaja, reaktoris 4 on sprinkler.

Esimese ja teise kihi vahel segatakse kaks voogu segistis 3. Teise ja kolmanda kihi vahele on paigutatud soojusvaheti 4. Need konstruktsioonielemendid on ette nähtud reaktsioonitsoonide vahelise voolu koostise ja temperatuuri muutmiseks. Soojusvahetus reaktsioonitsooniga (eksotermiliste reaktsioonide või reageeriva segu kuumutamise tulemusena vabanenud soojuse eemaldamine) toimub sisseehitatud soojusvahetite pinna või reaktori särgi sisepinna kaudu (seade 1 in Joonis 4.4) või läbi torude seinte reaktorites 9, 10. Reaktor võib olla varustatud voolueraldusseadmetega. Tooted tühjendatakse läbi väljundseadme 5.

Soojusvahetites ja voolude sisestamise, väljundi, segamise, eraldamise ja jaotamise seadmetes, füüsikalised protsessid. Keemilised reaktsioonid viiakse läbi peamiselt reaktsioonitsoonides, mis on edasine uurimisobjekt. Reaktsioonitsoonis toimuv protsess on osaliste etappide komplekt, mis on skemaatiliselt näidatud joonisel fig. 4.6 katalüütilise ja gaasi-vedeliku interaktsiooni jaoks.

Riis. 4.6. Vooskeem katalüütilistes (a) ja gaas-vedelik (b) protsessides.

Riis. 4.6a kujutab diagrammi reaktsiooniprotsessist, mis hõlmab katalüsaatorit, mille fikseeritud kihi läbib üldine (konvektiivne) gaasiliste reaktiivide (1) vool. Reaktiivid hajuvad terade (2) pinnale ja tungivad katalüsaatori (3) pooridesse, mille sisepinnal toimub reaktsioon (4).

Saadud reaktsiooniproduktid juhitakse tagasi voolu. Keemilise muundamise tulemusena vabanev soojus kandub soojusjuhtivuse tõttu läbi kihi (5) ning kihist läbi seina külmutusagensi (6). Saadud kontsentratsiooni- ja temperatuurigradiendid põhjustavad täiendavaid soojuse ja aine voogusid (7) reagentide peamisele konvektiivsele liikumisele kihis.

Joonisel fig. Joonis 4.6b näitab protsessi vedelikukihis, mille kaudu gaasmullid. Reaktiivide (2) massivahetus toimub gaasimullide (1) ja vedeliku vahel. Vedeliku dünaamika seisneb liikumises ümber mullide (3) ja tsirkulatsioonis kihiskaalal (4). Esimene sarnaneb turbulentse difusiooniga, teine sarnaneb vedeliku ringleva konvektiivse liikumisega läbi reaktsioonitsooni. Vedelikus ja üldiselt gaasis toimub keemiline muundumine (5).

Toodud näited näitavad reaktsioonitsoonis toimuvate protsesside keerulist struktuuri. Kui võtta arvesse olemasolevate reaktorite paljusid skeeme ja konstruktsioone, suureneb protsesside mitmekesisus neis kordades. Vaja on teaduslikku meetodit, mis võimaldab seda mitmekesisust süstematiseerida, leida selles ühisosa, arendada ideede süsteemi nähtuste mustrite ja nendevaheliste seoste kohta, s.t. luua teooria keemilised protsessid ja reaktorid.

Tuumaenergia kasutamine elektri tootmiseks toimub kasutades spetsiaalsed seadmed mida nimetatakse tuumareaktorid. Reaktoris toimub energia vabanemise protsess järk-järgult, kuna lõhustumisahelreaktsioonis ei eraldu neutronid üheaegselt. Enamik neutroneid toodetakse vähem kui 0,001 sekundiga – need on nn kiired neutronid. Teine osa (umbes 0,7%) tekib 13 sekundi pärast – need on hilinenud neutronid. Need võimaldavad reguleerida ahelreaktsiooni kiirust spetsiaalsete varraste abil, mis neelavad liigseid neutroneid. Vardad sisestatakse reaktori südamikusse ja need stabiliseerivad neutronite paljunemise protsessi ohutul tasemel.

Mis on tuumareaktor?

Reaktoreid on kaks peamist kategooriat – termilised (aeglased) neutronreaktorid ja reaktorid. kiired neutronid. Edaspidi räägime termilistest neutronreaktoritest

Tuumareaktori põhielement on tuum, millesse laaditakse kütuseelemendid (kütusevardad). Nendes elementides toimub ahelreaktsioon. TVEL RBMK reaktor on tsirkooniumtoru läbimõõduga 10 mm ja pikkusega 3,5 m. Torus on uraandioksiidi (UO 2) tabletid. Kütusevardad asetatakse moderaatorisse. Reaktorites RBMK Tšernobõli tuumaelektrijaam grafiiti kasutatakse moderaatorina. Muide, just see raskendas 1986. aasta aprillis olukorda oluliselt. Teistes tuumareaktorite konstruktsioonides kasutatakse moderaatorina vett.

Uraani lõhustumise tulemusena kütusevarrastesse eralduv soojus eemaldatakse jahutusvedeliku (näiteks vee) abil. Jahutusvedelik ringleb pidevalt läbi südamiku. Igas tunnis läbib RBMK-1000 reaktorit 37 500 m3 vett. Reaktori tööd juhitakse juhtimis- ja kaitsesüsteemi (CPS) abil. CPS tagab reaktori käivitamise ja seiskamise ning reguleerib ka selle võimsust. See hõlmab vardaid, mis on täidetud ainega, mis neelab tugevalt neutroneid (kaadmium, boor jne). Varraste sisestamine südamikusse põhjustab reaktori väljalülitamise ja nende reaktorist eemaldamisega reguleeritakse võimsust. Termilisi neutronreaktoreid iseloomustab moderaatori (vesi ja grafiit) olemasolu südamikus.

On olemas suur hulk muud tüüpi reaktoreid, mis erinevad konstruktsiooni, jahutusvedeliku tüübi, kasutatavate neutronite energia jms poolest.

Tuumareaktori skemaatiline diagramm ( tuum) on näidatud joonisel.

Tšernobõli tuumaelektrijaama tuumareaktori tüüp

Tšernobõli tuumaelektrijaama paigaldati neli RBKM-1000 reaktorit. Lühend RBMK– suure võimsusega kanalreaktor. Arv 1000 näitab elektrijaama võimsust, mis on võimeline tootma 1000 megavatti elektrit tunnis. Tuleb märkida, et tuumareaktor, lisaks energiavõimsusele on sellel reaktoris soojuse vabanemise soojusvõimsus. Soojusenergia on 3000 megavatti. Neid kahte väärtust (soojus- ja energiavõimsuse väärtused) kasutades saate hõlpsalt arvutada RBKM-1000 tuumareaktori efektiivsuse - 31%.

Seadme oluline omadus RBMK on kanalite olemasolu südamikus, mille kaudu jahutusvedelik (vesi) liigub. See tähendab, et kanalite olemasolu moderaatori paksuses võimaldab jahutusvedelikul liikuda, mis kuumutamisel muutub auruks, mis omakorda toodab elektrit. See energiatootmisskeem võimaldas kavandada võimsaid reaktoreid. Seega on RBMK südamik vertikaalse silindri kuju, mille kõrgus on 7 meetrit ja läbimõõt 11,8 meetrit. Kogu reaktori siseruumala on täidetud grafiitplokkidega mõõtudega 25x25x60 cm 3 . Grafiidi kogumass reaktoris on 1850 tonni.

Grafiitplokkidel on keskel silindrikujuline auk, mille kaudu voolab kanal veega, mis on jahutusvedelik. Reaktori perifeerias paiknevatel grafiitplokkidel ei ole auke ega kanaleid. Need klotsid toimivad helkurina. Selle kihi paksus on üks meeter.

Grafiidivirn on ümbritsetud silindrilise metallist paagiga, mis sisaldab vett. See mängib bioloogilise kaitse rolli. Grafiit toetub plaadile, mis koosneb metallkonstruktsioonidest, samuti on grafiit pealt kaetud sarnase plaadiga. Ülemine plaat, mis kaitseb kiirguse eest, on kaetud täiendava põrandakattega.

Tšernobõli tuumaelektrijaam: RBMK reaktori struktuur

Reaktori üldine struktuurRBMK:

1 – tugi metallkonstruktsioon;

2 – üksikud veetorustikud;

3 – alumine metallkonstruktsioon;

4 – külgmine bioloogiline kaitse;

5 – grafiitmüüritis;

6 – trummeleraldaja;

7 – üksikud auru-veetorustikud;

8 – ülemine metallkonstruktsioon;

9 – maha- ja pealelaadimismasin;

10 – ülemine kesklagi;

11 – ülemise külje kattumine;

12 – kütuseelemendi katte tiheduse jälgimise süsteem;

13 – pearingluspump.

Sellistes reaktorites nagu RBMK Tuumakütusega kassette paigutatakse 1661 kanalit. Tuumakütus on uraandioksiid, mis küpsetatakse tablettideks. Selliste tablettide läbimõõt on umbes üks sentimeeter ja kõrgus poolteist sentimeetrit. Tabletid kogutakse kahesaja tüki kolonni ja laaditakse TVEL-i. TVEL– 3,5 meetri pikkune ja 13,5 mm läbimõõduga (1%) nioobiumilisandiga õõnes tsirkooniumi silinder. 36 kütusevardat on kokku pandud kassetiks, mis sisestatakse reaktori kanalisse. Uraani kogumass, mis on laaditud reaktor– 190 tonni. Reaktori ülejäänud 211 kanalis liiguvad neeldumisvardad.

Kirjanduslikud allikad:

Bar"yakhtar V.G. and in. Kiirgus. Mida me sellest teame? / V.G. Bar"yakhtar, V.I. Strizhak, V.O. Poyarkov. K.: Nauk.dumka, 1991. – 32 lk.
Mukhin K.N. Eksperimentaalne tuumafüüsika: 2 köites T.1. Aatomituuma füüsika. – M.: Atomizdat, 1974 – 584 lk.
Prister B.S., Loschilov N.A., Nemets O.F., Poyarkov V.A. Põllumajandusradioloogia alused. – Kiiev: Harvest, 1988. - 256 lk.

Tähendus tuumaenergia kaasaegses maailmas

Tuumaenergia on viimastel aastakümnetel teinud suuri edusamme, muutudes paljude riikide üheks olulisemaks elektriallikaks. Samas tuleb meeles pidada, et selle rahvamajanduse sektori arengu taga on kümnete tuhandete teadlaste, inseneride ja lihttööliste tohutud pingutused, tehes kõik selleks, et “rahulik aatom” ei muutuks tõeline oht miljonite inimeste jaoks. Iga tuumaelektrijaama tegelik tuum on tuumareaktor.

Tuumareaktori loomise ajalugu

Esimese sellise seadme ehitas Teise maailmasõja haripunktis USA-s kuulus teadlane ja insener E. Fermi. Tema pärast ebatavaline välimus, mis meenutab üksteise peale laotud grafiidiplokkide virna, nimetati seda tuumareaktorit Chicago Stackiks. Väärib märkimist, et see seade töötas uraanil, mis asetati just plokkide vahele.

Tuumareaktori loomine Nõukogude Liidus

Meie riigis pöörati kõrgendatud tähelepanu ka tuumaküsimustele. Hoolimata asjaolust, et teadlaste peamised jõupingutused olid keskendunud aatomi sõjalisele kasutamisele, kasutasid nad saadud tulemusi aktiivselt rahumeelsetel eesmärkidel. Esimese tuumareaktori koodnimetusega F-1 ehitas teadlaste rühm eesotsas kuulsa füüsiku I. Kurchatoviga 1946. aasta detsembri lõpus. Selle oluliseks puuduseks oli jahutussüsteemi puudumine, mistõttu selle vabastatud energia võimsus oli äärmiselt ebaoluline. Samal ajal lõpetasid Nõukogude teadlased alustatud töö, mille tulemusel avati vaid kaheksa aastat hiljem kl. tuumakütus Obninski linnas.

Reaktori tööpõhimõte

Tuumareaktor on äärmiselt keeruline ja ohtlik tehniline seade. Selle tööpõhimõte põhineb asjaolul, et uraani lagunemise käigus eraldub mitu neutronit, mis omakorda löövad naaberosakestest välja uraani aatomitest. See ahelreaktsioon vabastab märkimisväärsel hulgal energiat soojuse ja gammakiirguse kujul. Samas tuleks arvestada asjaoluga, et kui seda reaktsiooni kuidagi ei kontrollita, võib uraani aatomite lõhustumine võimalikult lühikese ajaga kaasa tuua soovimatute tagajärgedega võimsa plahvatuse.

Et reaktsioon kulgeks rangelt määratletud piirides, on tuumareaktori projekteerimisel suur tähtsus. Praegu on iga selline struktuur omamoodi boiler, mille kaudu jahutusvedelik voolab. Tavaliselt kasutatakse selles mahus vett, kuid on tuumaelektrijaamu, mis kasutavad vedelat grafiiti või rasket vett. Tänapäeva tuumareaktorit on võimatu ette kujutada ilma sadade spetsiaalsete kuusnurksete kassettideta. Need sisaldavad kütust genereerivaid elemente, mille kanalite kaudu voolavad jahutusvedelikud. See kassett on kaetud spetsiaalse kihiga, mis on võimeline peegeldama neutroneid ja seeläbi aeglustama ahelreaktsiooni

Tuumareaktor ja selle kaitse

Sellel on mitu kaitsetaset. Lisaks kerele endale on see kaetud spetsiaalse soojusisolatsiooni ja pealt bioloogilise kaitsega. Insenertehniliselt on see konstruktsioon võimas raudbetoonpunker, mille uksed on võimalikult tihedalt suletud.

Elektrireaktor (drossel) on staatiline elektromagnetiline seade, mis on ette nähtud oma induktiivsuse kasutamiseks elektriahelas. Drosselid on laialdaselt kasutusel toiteallikates, olles peaaegu iga energiamuundusseadme lahutamatu osa. Enamasti on induktiivpool ühe või teise konfiguratsiooniga magnetahel, millele asetatakse mähis, mis on ühendatud koormusega järjestikku elektriahelaga. Iga reaktori peamised parameetrid on ennekõike induktiivsus L ja selle mähise nimivoolu väärtus I nom. Reaktorid jagunevad lineaarseteks, piiratud lineaarseteks ja mittelineaarseteks. Lineaarreaktoril peab olema peaaegu konstantne induktiivsus, mis ei sõltu selle mähist läbivast voolust. Avaldistest tuleneb, et lineaarreaktoris peab magnetvoo magnettakistus jääma muutumatuks igasuguse voolu korral, mis võib tekkida vooluringis, kuhu selline reaktor on paigaldatud. Lineaarreaktorite magnetsüdamikud võivad olla valmistatud magnetoelektrikutest, mille suhteline magnetiline läbilaskvus jääb mitme tuhande A/m magnetvälja tugevuse korral muutumatuks. Magnetodielektrikutel on väike suhteline magnetiline läbilaskvus (60–250) ja neid toodetakse rõngaste (toroidsete magnetsüdamike) kujul, mille välisläbimõõt on 5–44 mm. Suhteliselt väikeste erikadude tõttu kasutatakse neid magnetsüdamikke sagedustel kuni 200 kHz. Lineaarreaktorite puhul võib kasutada ka ferriidist või elektriterasest avatud magnetsüdamikke. Seega on masstoodanguna toodetud väikesemõõtmelised DM-tüüpi kõrgsagedusdrosselid ferriidist magnetsüdamik, mis on valmistatud silindrilise varda kujul, millele mähis asetatakse. DM-tüüpi drosselid on toodetud kuni 3 A voolu jaoks ja nende induktiivsus on kuni 1 µH. Mõnel juhul saab konstruktsiooni põhjustel teha lineaarseid drosselid ilma magnetsüdamikuta. Näiteks kümnete amprite voolude kõrgsagedusvõimendusmuundurite drosselid on vasest või alumiiniumlindist valmistatud solenoidid.

Piiratud lineaarsete reaktorite näideteks on drosselid alaldi filtrite silumiseks või drosselid impulss-alalispinge regulaatorite jaoks. Alaldiseadmete silumisfiltrites peab induktiivpooli mähisel olema alaldi väljundpinge vahelduvkomponendi jaoks vajalik induktiivsus kogu koormusvoolu muutuste vahemikus, hoolimata asjaolust, et selle mähise kaudu voolab koormusvoolu konstantne komponent. . Kui magnetsüdamik on valmistatud pehmest magnetilisest ferromagnetilisest materjalist (madala sunnijõuga) suletud rõnga kujul, siis induktiivpooli mähist läbiv voolu konstantne komponent loob magnetsüdamikus ajakonstantse magnetvälja. mille induktsioon B0 on võrdne küllastusinduktsiooniga või sellest suurem. Selle tulemusena on mähise induktiivsus sama, mis magnetahela puudumisel. Selleks, et vältida magnetilise südamiku materjali küllastumist, peab see olema valmistatud mittemagnetilise piluga. Mõne suhteliselt väikese mittemagnetilise pilu sisestamine magnetahelasse võimaldab tagada induktiivpooli töö ilma magnetahela materjali küllastumiseta ja seeläbi induktiivpooli induktiivsust järsult suurendada. Vahe, mille juures magnetilise induktsiooni maksimaalne hetkväärtus jõuab küllastusinduktsiooni väärtuseni, on optimaalne, tagades induktiivpooli mähise maksimaalse induktiivsuse. Lõhe edasine suurendamine viib sellest tuleneva magnettakistuse vähenemiseni ja seega ka mähise induktiivsuse vähenemiseni. Mittemagnetilise piluga drosselid on piiratud lineaarsed drosselid, kuna induktiivpooli voolu otsekomponendi või mähisele rakendatud pinge vahelduvkomponendi suurenemine, mis ületab arvutatud väärtusi, viib magnetsüdamiku küllastumiseni. materjalist ja seetõttu ka mähise induktiivsuse järsu vähenemiseni. Mittelineaarsetel reaktoritel (küllastusdrossel) on tavaliselt suletud magnetahel, mis on valmistatud pehmest magnetilisest ferromagnetilisest materjalist. Nende reaktorite mähiste keerdude arv ja magnetsüdamiku ristlõige valitakse selliselt, et magnetsüdamiku materjal ei küllastuks ainult teatud osa pingemuutuse perioodist (pooltsüklist). rakendatakse reaktori mähisele. Selle magnetilise südamiku materjali oleku korral on reaktori mähisel suur induktiivsus, samas kui magnetilise südamiku materjali küllastunud oleku vahemikus on mähise induktiivsus äärmiselt väike. Mida lähemal on magnetsüdamiku materjali piirav magnetiseerimise ümberpööramisahel ristkülikukujulisele, seda paremad on mittelineaarse reaktori kui lüliti omadused. Mittelineaarseid reaktoreid, millel on väljendunud võtmeomadused, kasutatakse laialdaselt toiteseadmetes viivitusreaktoritena (kuni mitukümmend mikrosekundit), et vähendada transistoride ja türistorite sisselülitamisel lülituskadusid.

Kuna magnetiline induktsioon küllastusdrosselites võib varieeruda praktiliselt ainult vahemikus -B s kuni + B S , saab selliseid reaktoreid kasutada vahelduvvoolu pinge keskmise väärtuse stabiliseerimiseks. Tõepoolest, kui küllastusinduktiivpooli mähisega paralleelselt ühendatud koormus on summutustakistuse kaudu ühendatud vahelduvvooluvõrku, stabiliseerub koormuse poolperioodi keskmine pinge küllastuspinge U s tasemel. mittelineaarsest reaktorist. Vastavalt avaldisele saab küllastuspinget väljendada järgmiselt:

kus T(f) on toitevõrgu pinge (voolusageduse) periood u 1, S st on magnetsüdamiku ristlõige; W on reaktori mähise keerdude arv; B s - küllastuse induktsioon.

Toitepingetel U 1ср, mis on väiksemad kui (R n + R g)R s /R H, ei saavuta magnetiline induktsioon induktiivpooli küllastussüdamikus L küllastusinduktiivsuse väärtust ja seetõttu on induktiivpooli mähise L induktiivreaktants võrdne. lõpmatuseni, seetõttu suureneb toitepinge suurenedes koormuse keskmine pinge väärtus. Kui U 1cp >(R H + R r)U s /R H, varieerub magnetiline induktsioon induktiivpoolis L vahemikus - B s kuni + B s, koormuse pinge keskmine väärtus ei muutu ja pinge erinevus (U 1cp - U s) on eraldatud takistile R r. Praktikas asendatakse efektiivsuse ja võimsusteguri suurendamiseks takisti R r lineaarse induktiivpooliga ja kondensaator ühendatakse paralleelselt induktiivpooliga L. Selliseid vahelduvpinge stabilisaatoreid nimetatakse ferroresonantsideks. Neid stabilisaatoreid kasutati laialdaselt näiteks toiteseadmetes türistori inverterite väljundpinge stabiliseerimiseks.

Kasutatud kirjandus: Seadmete ja telekommunikatsioonisüsteemide toide:
Õpetusülikoolidele / V. M. Bushuev, V. A. Demjanski,
L. F. Zahharov ja teised - M.: Hotline-Telecom, 2009. -
384 lk.: ill.

Laadige kokkuvõte alla: Teil pole juurdepääsu failide allalaadimiseks meie serverist.