Mis on elektrotehnika reaktor? Kuidas töötab tuumareaktor (aatomireaktor). Tuumareaktori loomise ajalugu

Kaasaegsed kaitselülitid kõrvaldavad lühisevoolud võimalikult lühikese viivitusega. Kuid nad ei talu õnnetuse alghetkel tekkivate elektrodünaamiliste jõudude mõju. Nende mõju avaldumise kõrvaldamiseks kasutatakse muid reaktorite tööpõhiseid tehnilisi lahendusi.

Terminit "reaktor" kasutatakse seadmetele, mis töötavad mitmesuguste reaktsioonide jõudude avaldumise tõttu, kui reageerimine tekitatakse teatud protsessi kulgemisel, näiteks bioloogiline, keemiline, elektriline. mehaaniline ...

Kui mõni toiming on tehtud (tähistatud sõna "tegevus" juurtega), siis tehniline seade kontrollib seda protsessi ja on vastu selle arengule (määrab eessõna "uuesti"). Nimi "Reaktor" on tähistatud terminiga, mis koosneb sellest juurest ja eessõnast. Ja selle lõpp lõpetab tehnilise seadme määratluse.

Kuivad reaktorid on kõige laialdasemalt kasutatavad 6 ja 10 kV võrkudes. Need on valmistatud isoleeritud traatmähise kujul, mis on kinnitatud betoonist sammaste külge. Need on monteeritud vertikaalse, horisontaalse või etapiviisilise paigutusega jaotusseadme eraldi kambritesse. Kõrgema pingega võrkudes kasutatakse õliisolatsiooniga reaktoreid, isoleermaterjalist valmistatud varda või toroidaalse raami ja teraspaagiga.

Reaktoreid eristatakse: konstruktsiooni järgi - ühe- ja kaheinimesed, sisenemispunkti järgi - läbilõikelised ja lineaarsed, karakteristikute järgi - lineaarse või mittelineaarse karakteristikuga, juhitavad ja kontrollimatud. Kuiva betooni reaktorid on kontrollimatud lineaarsed reaktorid.

Energeetika reaktorite tüübid

Kõrgepingelistes elektrisüsteemides töötavad reaktorid vooluringi seadmetel spontaanselt tekkivate hädavoolude jälgimise ja piiramise põhimõttel.

Kujunduse järgi jagunevad need kahte tüüpi:

1. lühisevoolude tugevuse vähendamine - voolu piiravad;

2. tekkiva elektrikaare vähendamine - kaare kustutamine.

Esimene elektriseadmete tüüp on loodud selleks, et välistada lühise tekkimisel tekkiva löögivoolu mõju.

Teine - kaare summutamise reaktorid suurendavad induktiivtakistust, mis on vastu kaare arengule hädaolukorras, mis on seotud maapinna ahela ühefaasilise lühise moodustumisega võrkudes, kasutades tuhmi neutraali.

Mõlemat tüüpi need elektriseadmed seadme nominaalsel töörežiimil põhjustavad süsteemi väljundkarakteristikutes väikese vea, kuid see jääb toimimisstandardite piiresse, see on üsna vastuvõetav.

Voolu piiravad reaktorid

Mis on liigvoolu lühis

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

Lühise ajal toimub tohutu jõuallika manustamine, ühendades juhuslikult koormuse, millel on metallidele iseloomulik väike aktiivtakistus. Selles ei ole reaktiivset komponenti.

See lühis välistab loodud tasakaalu tööahelas, moodustab uut tüüpi voolud. Sellisel juhul ei toimu pingeallika üleminek lühise režiimile silmapilkselt, vaid pikeneb aja jooksul veidi. Nii lühikest perioodi nimetatakse üleminekuperioodiks. Selle voolu ajal muudavad koormusvoolud oma kuju ja suurusjärku nominaalse režiimi harmoonilise sinusoidi väärtusest stabiilse oleku ühenduse "metalliringiga" karakteristikutele.

Mööduvate protsesside ajal on lühisest tulenev koguvool keeruka kujuga tüüp, mis jagatakse arvutuste ja analüüsi lihtsustamiseks vähemalt kaheks komponendiks:

1. sunnitud perioodiline;

2. tasuta aperioodika.

Esimene osa kordab toitepinge kuju ja teine \u200b\u200btoimub järsult ja väheneb järk-järgult. Selle moodustab nimirežiimi mahtuvuslik koormus, mida loetakse järgneva lühise korral koormata.

Mõlemad komponendid, kui need kokku liita, loovad voolu, mis aja jooksul keerukalt muutub. Tõhusate meetmete võtmiseks kaitsemeetmete loomisel tuleb seda arvestada.

Arvutus põhineb aperioodilise komponendi maksimaalse hetkeväärtusega väärtusel. Seda nimetatakse šokivooluks.

Kuidas töötab voolu piirav reaktor?

Kujundus põhineb mähise mähisel, millel on induktiivtakistus, mis sisaldub peamise toiteahela katkestuses. Selle parameetrid valitakse nii, et normaalsetes töötingimustes ei ületaks selle pingelangus neli protsenti koguväärtusest.

Hädaolukorras kaitstud vooluringis summutab see induktiivsus suurema osa rakendatud kõrgepingepingest ja piirab seega ülepingevoolu mõju.

Voolu piirav reaktor arvutatakse maksimaalse rikkevoolu Im väärtuse abil, mida see talub järgmise avaldise abil:

Im \u003d (2,54 I n / Chr) x100%

Valemis tähistab Iн nimivoolu väärtust ja Xp - mähise reageerimise väärtust.

Antud korrapärasus näitab selgelt, et mähise induktiivsuse suurenemine viib löögivoolu vähenemiseni.

Mähiste reaktiivseid omadusi suurendatakse tavaliselt terasplaatidest magnetilise südamiku ühendamise teel. Selliste reaktorite konstruktsioonides, kui pöörde kaudu voolab suur vool, on südamiku materjal küllastunud, mis põhjustab selle voolu piiravate omaduste kaotamise. Seetõttu enamikul juhtudel loobutakse sellistest kujundustest.

Voolu piiravaid reaktoreid toodetakse tavaliselt ilma terasüdamikke kasutamata. Tänu vajadusele saavutada vajalik induktiivsus on neil suurenenud mõõtmed ja kaal.

Voolu piiravate reaktorite konstruktsioonid

Sisemise täitmise osas on need:

1.betoon;

2. kuiv;

3. õli;

4. soomustatud.

Betoonplokkidest valmistatud reaktorid

Selliseid konstruktsioone on üsna pikka aega kasutatud võrkudes, mille pinge on kuni 35 kV. Nende mähis on valmistatud elastsetest juhtmetest, mis summutavad dünaamilisi ja temperatuurikoormusi mitmes paralleelses ahelas, jaotades ühtlaselt voolud. Sel viisil leevendatakse statsionaarse betoonkonstruktsiooni mehaanilist koormust.

Selliste reaktorite mähiste pöörded on valmistatud ümmarguse ristlõikega keerutatud traatidest isolatsiooniga. Neid valatakse spetsiaalse tüüpi ülitugeva betooniga, mis on paigaldatud vertikaalsetesse veergudesse. Vajadusel kasutatakse metallosade lisamisel ainult mittemagnetilisi materjale.

Faasimähiste sisselülitamise meetod valitakse selliselt, et neist lähtuvad magnetväljad suunatakse vastassuunas. Seda tehnikat kasutatakse dünaamiliste jõudude nõrgendamiseks lühise lühisvoolude korral.

Mähiste avatud paigutus ruumis võimaldab luua head tingimused vaba õhu jahutamiseks. Kui termilised koormused nominaalse režiimi ajal või lühised võivad ületada mähiste kuumutamiseks lubatud piire, kasutatakse ventilaatorite sundpuhumist.

Töötamise ajal tuleb meeles pidada, et niiske ilmaga koguneb betoon õhust niiskust.

Sellised seadmed töötavad endiselt kõrgepingevõrkudes massiliselt, saavad sellega edukalt hakkama eriolukorrad, kuid neid peetakse juba vananenuks.

Kuivat tüüpi reaktorid

Need hakkasid ilmuma uute ränorgani struktuuril põhinevate isoleermaterjalide väljatöötamise tõttu. See võimaldab teil luua tooteid, mis töötavad edukalt kuni 220 kV elektriseadmetega.

Mähis mähitakse ülitugeva ristkülikukujulise mitmesoonelise kaabliga ja kaetakse silikoonlaki kihiga. Täiendavaid jõudluse eeliseid pakub silikoonist silikoonist isolatsioonkate.

Nende modifikatsioonide tulemusel on kuivvoolu piiravatel reaktoritel, võrreldes betooni analoogidega:

väiksemad mõõtmed ja kaal;

suurenenud mehaaniline tugevus;

parem kuumuskindlus;

suur tööressurss.

Naftareaktorid

Nende juhtide vaskmähis isoleeritakse immutatud kaablipaberiga ja paigaldatakse isoleerimissilindritele, mis on asetatud õli või muu vedela dielektrikuga anumasse, täites samal ajal soojuse eemaldamise funktsiooni.

Mahuti metallkere kuumutamise välistamiseks piki mähise pöördeid voolava tööstusliku sageduse vahelduvast väljast on sellisesse konstruktsiooni lisatud magnetilised šundid või elektromagnetilised kilbid.

Magnetšunt on valmistatud pehmetest magnetilistest teraslehtedest. asetatud õlimahuti sisse seinte lähedale. Selle meetodi abil moodustatud sisemine magnetilülitus sulgeb mähise tekitatud magnetvoo.

Elektromagnetilised kilbid on valmistatud alumiiniumist või vasest lühiste pöörde kujul, mis on paigaldatud paagi seintele. Neis indutseeritakse vastupidine elektromagnetiline väli, mis vähendab peamise mõju.

Soomustatud reaktorid

Loodud südamikuga. Arvestades magnetilülituse küllastumise võimalust, vajavad sellised tooted täpset arvutamist ja töötingimuste hoolikat analüüsi.

Elektrilisest terasest soomustatud südamikud võimaldavad vähendada selliste reaktorite konstruktsioonide mõõtmeid ja kaalu ning samal ajal ka kulusid.

Kuid nende kasutamisel on vaja arvestada asjaoluga, et löögivool ei ületa seda tüüpi seadme maksimaalset võimalikku väärtust.

Kaare summutamise reaktorid

Need kaitsevad kaabli elektriliinid erinevalt nende voolu piiravatest kolleegidest.

Maandusahela ühefaasiliste rikete ohu korral isoleeritud neutraaliga vooluringis

Elektrivõrgud tööpingega 6 ÷ 35 kV on loodud töötamiseks elektriliinidel, mille maapind on isoleeritud. Sel juhul moodustub kõigi juhtmete vahel mahtuvuslik takistus ja nad ise töötavad samal viisil nagu kondensaatori plaadid, see tähendab, et nad koguvad laetusi.

Kui mõne faasi isolatsioon on häiritud, luuakse maandusringile suletud elektriahel, mille kaudu hakkab voolama ainult mahtuvuslik vool. See ei tekita lühist. Seetõttu lubatakse selline rike praeguste dokumentidega kõrvaldada mitte koheselt, vaid kuni kahe tunni pikkuse viivitusega. Operatiivpersonalile on see vajalik reservina kahjustatud liinitarbijate toiteskeemi muutmiseks ilma nende toiteallikat katkestamata.

Sel eesmärgil on nad konfigureeritud töötama signaalil, mitte väljalülitamisel. Sellises olukorras on siiski topeltoht:

1. inimene satub astmelise pinge alla, kes on sattunud juhuslikku rikkekohta;

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

Kaare põletamine hävitab juhtmete ja kaablite isolatsiooni, muundab ühefaasilise vooluringi kahe- või kolmefaasiliseks lühiseks koos kõigi negatiivsete tagajärgedega. Selle toimet piiravad kaitseseadised.

Kaare summutamise reaktorite eesmärk

Mähise mähis L on ühendatud generaatori neutraalse ja maandusringi vahel. Sellel on induktiivne reaktsioonivõime, mida saab reguleerida pöörete arvu muutmisega. Trafo TA mõõtmine võimaldab efektiivsete meetmete võtmiseks juhtida mööduvat voolu.

See mähise mähise ühendamise viis võimaldab teil luua mahtuvusest ja induktiivsusest koosneva jadaringi, millele rakendatakse kahjustatud isolatsiooniga faasiallika pinget.

Mahtuvuslikud ja induktiivsed voolud on antifaasis, nihutatud ühise nurga all 180 kraadi. Mahtuvusliku voolu mõju piirab induktiivne, vastupidine suund. Selle tulemusel väheneb kahjustatud isolatsiooni läbiv koguväärtus märkimisväärselt.

Klassifitseerimismeetodid

Seadistamismeetodid

Kaare summutamise reaktorid saab luua individuaalseteks töötingimusteks, mis ei vaja piiratud pikkusega liinide jaoks spetsiaalseid seadistusi, või neid saab valmistada võimalusega reguleerida mähise induktiivtakistust:

1. samm:

2. sujuvalt.

Esimesel juhul viiakse induktiivsuse muutus läbi, keerates kraanidega ühendatud mähiste arvu.

Sujuva reguleerimise teostavad:

kolbkonstruktsioonid, mis reguleerivad magnetilise ahela õhupilu;

alalisvoolu nihkereaktorid, mis kasutavad magnetiliste võimendite põhimõtteid.

Juhtimistüübid

Konstantse induktiivsusega kaare summutamise reaktorid luuakse ilma juhtimissüsteemideta.

Induktiivsuse reguleerimiseks kasutatakse konstruktsioone koos:

töö pöörete arvu käsitsi lülitamine. See protsess pole mitte ainult töömahukas, vaid nõuab ka reaktorist stressi leevendamist;

ajam, mis töötab automaatselt võrgukoormuse all;

mahtuvusmõõtur, mis reguleerib induktiivsust automaatselt sujuva voolu reguleerimise tõttu mõõtmistulemusega.

Kaamera summutusreaktorite kaasaegsed konstruktsioonid juhtimises kasutavad mikroprotsessoritehnoloogiaid, et hõlbustada töötamist, pakkudes hoolduspersonalile täpsemat teavet rikkestatistika, rikete leidmise ja muude kasulike funktsioonide kohta.

Loengukava:

4.1 Keemiliste reaktorite tüübid. Ideaalsed segamis- ja pistikvooreaktorid.

4.2 Homogeensete protsesside reaktorid

4.3. Heterogeensete tahkefaasiliste protsesside reaktorid

4.4. Gaasi-vedeliku protsesside reaktorid

Esimese kriteeriumi kohaselt jagatakse reaktorid osa-, pidevaks ja poolpidevaks. Pidevad reaktorid, s.t. reagentide pideva pakkumisega ja produktide eemaldamisega jagunevad omakorda vastavalt reaktsioonikeskkonna liikumise olemusele (st vastavalt reaktori hüdrodünaamilisele olukorrale) pistikvoolu reaktoritesse ja ideaalse segamisega reaktoritesse.

Partiireaktoridmida iseloomustab reaktiivide ühekordne laadimine. Sel juhul koosneb protsess kolmest etapist: tooraine laadimine, töötlemine (keemiline muundamine) ja valmistoote mahalaadimine. Pärast nende etappide jada lõpetamist korratakse neid uuesti, s.o. reaktori töö toimub tsükliliselt. Partiireaktoris ühe tsükli kestus määratakse kindlaks võrrandi abil

τ p \u003d τ + τ, (4.1)

kus τ p - täiskohaga tsükkel; τ - tööaeg (kulutatud keemilise reaktsiooni läbiviimiseks); τ abiaeg (reaktiivi laadimine ja toote mahalaadimine).

Partii tüüpi ideaalne segamisreaktor "Segistiga seade", kuhu perioodiliselt laaditakse algsed reagendid (joonis 4.1). Sellises reaktoris toimub väga intensiivne segunemine, seetõttu on reagentide kontsentratsioon igal ajahetkel reaktori kogu ruumalas sama ja keemilise reaktsiooni toimumisel muutub ainult aja jooksul. Seda segamist võib pidada ideaalseks.

Joonis: 4.1 Reaktori ideaalne segamispartii

Lähtereaktiivi kontsentratsiooni muutmine JAajaliselt ja reaktori ruumalas on näidatud joonisel fig. 10. Joonisel fig. Punktidel 4.1 ja 4.2 on järgmine tähendus: N A, 0, N A - lähtereaktiivi A kogus reaktsioonisegus protsessi alguses ja lõpus; C A, 0, C A - reaktiivi A alg- ja lõppkontsentratsioon reaktsioonisegus; X A, 0, X A - reagendi A esialgne ja lõplik muundamine; τ on aeg; y- ruumiline koordinaat (koha koordinaat).

Joonis: 4.2. Reaktiivi kontsentratsiooni jaotus ideaalse segunemisega reaktoris: a) ajaliselt, b) paigas (mahus).

Perioodilised keemilised protsessid on oma olemuselt alati mittestatsionaarsed (ebastabiilsed), kuna keemilise reaktsiooni ajal muutuvad aja jooksul protsessiparameetrid (näiteks reaktsioonis osalevate ainete kontsentratsioon, s.o reaktsioonisaadused kuhjuvad).

Partiireaktorid on lihtsa konstruktsiooniga, vajavad väikest hulka abiseadmeid, seega on need eriti mugavad keemilise kineetika uurimisel tehtavateks katsetöödeks. Tööstuses kasutatakse neid tavaliselt väikesemahulises tootmises ja suhteliselt kallite keemiatoodete töötlemiseks. Enamik tööstusprotsesse luuakse pidevate reaktorite abil.

Pidevates reaktorites (või läbivoolureaktoreid) toidetakse reagentidega ja reaktsioonisaaduste eemaldamine toimub pidevalt. Kui perioodilises reaktoris on pidevas reaktoris võimalik reaktsiooni kestust mõõta otse kella abil, ei saa seda teha, kuna nendes reaktorites püsivas olekus parameetrid ajaga ei muutu. Pidevate reaktorite puhul kasutatakse selles süsteemis reagentide tingimusliku viibeaja (kokkupuuteaeg) mõistet.

kus V r on reaktori ruumala; V 0 - reaktorisse siseneva reaktsioonisegu maht ajaühiku kohta (reaktiivide mahuline tarbimine).

Pistvoolureaktor (RIV) on torukujuline seade, milles toru L pikkuse ja läbimõõdu d suhe on piisavalt suur. Esialgseid reagente juhitakse pidevalt reaktorisse, mis muundatakse reaktori pikkuseks liikudes reaktsioonisaadusteks (joonis 4.3). Hüdrodünaamilist režiimi RIV-is iseloomustab asjaolu, et voolu mis tahes osa liigub reaktori pikkuses ainult ühes suunas, vastassuunalist (pikisuunalist) segunemist ei toimu; samuti ei segata reaktori ristlõiget.

Eeldatakse, et aine jaotus sellel lõigul on ühtlane, s.t. reaktsioonisegu parameetrite väärtused on samad. Reaktsioonimassi iga ruumala element dV r liigub reaktori pikkuses, ilma eelneva ja järgneva ruumala elemendiga segunemata, ning käitub nagu silindris olev kolb, tõrjudes kõik selle ette. Seetõttu nimetatakse seda reagentide liikumisviisi mõnikord kolb- või täieliku nihke režiimiks.

Iga mahuelemendi koostis muutub järjest mööda reaktori pikkust keemilise reaktsiooni toimumise tõttu. Lähtereaktiivi A kontsentratsioon muutub järk-järgult reaktori pikkuses algväärtusest C A, 0 lõpliku C A-ni (joonis 4.3). Reaktsioonisegu sellise liikumisviisi tagajärg on see, et iga osakese viibimisaeg reaktoris on sama. RIV-i matemaatilise kirjelduse koostamisel lähtutakse neist diferentsiaalvõrrand materjalibilanss, muutes selle reaktori ülaltoodud omadusi arvesse võttes.

Pärisreaktoris erineb hüdrodünaamiline olukord ideaalse reaktori omadest. Näiteks reaalse nihkereaktoris on lisaks peavoolu kolvi liikumisele reaktori pikkuses võimalik segada voolu piki- ja radiaalsuunas. Reaalse reaktori parameetrite kõrvalekalde aste ideaalist sõltub kolmest suurusest: pikisuunalise segunemise koefitsient (konvektiivne difusioon) D L, lineaarne voolukiirus w ja reaktori pikkus L. Need kogused on kokku võetud mõõtmeteta kompleksis D L / (wL).

Joonis: 4.3 Plug-and-play-reaktor ning reageeriva CA kontsentratsiooni ja muundumisastme X A sõltuvus reaktori pikkusest.

Reaktori üldvaade ja mõne neist skeemid on toodud joonisel fig. 4.4.

Mahtuvuslik reaktor 1 on varustatud segajaga, mis segab aparaadi sisse pandud reagente (tavaliselt vedelikke, suspensioone). Temperatuuri režiimi hoitakse jahutusvedeliku abil, mis tsirkuleerib reaktorivormis või selle sisse ehitatud soojusvahetis. Pärast reaktsiooni produktid tühjendatakse ja pärast reaktori puhastamist korratakse tsüklit. Protsess on perioodiline.

Mahtuvuslik reaktor 2 on voolureaktor, kuna reagendid (tavaliselt gaas, vedelik, suspensioon) läbivad seda pidevalt. Gaas mullitab läbi vedeliku. Kolonni reaktorit 3 iseloomustab kõrguse ja läbimõõdu suhe, mis tööstusreaktorites on 4–6 (lahtistes reaktorites on see suhe umbes 1). Gaasi ja vedeliku interaktsioon on sama nagu 2. reaktoris.

Joonis: 4.4. Keemilise reaktori skeemid:

G - gaas; F - vedel; T - jahutusvedelik; H - otsik; TV - tahke reagent; K - katalüsaator; Xg - külm gaas; Kütus. - kütus.

Pakitud reaktor 4 on varustatud Raschigi rõngaste või muude väikeste elementidega - pakkimisega. Gaas ja vedelik interakteeruvad. Vedelik voolab pakendist allapoole ja gaas liigub pakkelementide vahel.

Reaktorid 5-8 kasutatakse peamiselt gaasi interaktsiooniks tahke reagendiga. Reaktoris 5 on tahke reagent statsionaarne, gaasiline või vedel reagent läbib seda pidevalt. Tahke aine protsess on perioodiline.

Rektorid 6-8 on modifitseeritud selliselt, et protsess on pidev isegi tahke reagendi suhtes. Tahke reagent liigub piki pöörlevat kaldu ümmargust reaktorit 6 või voolab välja läbi reaktori 7. Reaktorisse 8 siseneb gaas altpoolt kõrge rõhu all, nii et tahked osakesed suspendeeruvad, moodustades keevkihi või keevkihi, millel on mingid vedeliku omadused.

Torukujuline reaktor 9 on välimuselt sarnane kesta ja toruga soojusvahetiga. Gaasilised või vedelad reagendid läbivad torusid, milles reaktsioon toimub. Tavaliselt laaditakse torud katalüsaatoriga. Temperatuuri režiimi tagab jahutusvedeliku ringlus ringikujulises ruumis.

Tahkekatalüsaatorprotsessides kasutatakse ka reaktorit 5 ja 9.

Torukujulist reaktorit 10 kasutatakse sageli kõrge temperatuuriga homogeensete reaktsioonide läbiviimiseks, sealhulgas viskoosse vedeliku jaoks (näiteks raskete süsivesinike pürolüüs). Neid reaktoreid nimetatakse sageli ahjudeks.

Mitmekihiline reaktor 11 on varustatud süsteemiga, mis võimaldab jahutada või kuumutada mitme kihi vahel olevat reagenti tahke ainetoimides näiteks katalüsaatorina. Joonisel on näidatud esialgse gaasilise aine jahutamine ülemise katalüsaatorikihi vahele viidud külma gaasiga ja jahutusvedelikuga teiste katalüsaatorvoodrite vahele paigutatud soojusvahetite süsteemi kaudu.

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

Joonisel 4.4 esitatud diagrammid tähistavad ainult osa tööstuses kasutatavatest reaktoritest. Reaktorite kavandamise ja käimasolevate protsesside süstematiseerimine võimaldab aga mõista ja teostada uuringuid ühes neist.

Kõiki reaktoreid iseloomustavad ühised struktuurielemendid, mis on näidatud reaktoris joonisel fig. 4,5, sarnane 11 joonisel fig. 4.4.

Reaktsioonitsooni 1, milles keemiline reaktsioon toimub, tähistavad mitu katalüsaatori kihti. Seda leidub kõigis reaktorites: reaktorites 1-3 joonisel fig. 4.4 on vedelikukiht, reaktorites 4, 5, 7 - pakkimiskiht või tahke komponent, reaktorites 6, 8 - osa tahke komponendiga reaktori ruumalast, reaktorites 9, 10 - torude sisemaht, kus reaktsioon toimub.

Joonis: 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 lõpptooted.

Esialgne reaktsioonisegu juhitakse ülemise ühenduse kaudu. Gaasi ühtlase jaotumise tagamiseks läbi reaktsioonitsooni on paigaldatud voolujaotur, mis tagab reagentide ühtlase kontakti. See on sisendseade 2. Reaktoris 2 joonisel fig. 4.4 gaasi jaotur on mull, reaktoris 4 - sprinkler.

Esimese ülalt ja teise kihi vahele segatakse kaks voolu segistis 3. Teise ja kolmanda kihi vahele pannakse soojusvaheti 4. Need konstruktsioonielemendid on konstrueeritud muutma reaktsioonitsoonide vahelise voolu koostist ja temperatuuri. Soojusvahetus reaktsioonitsooniga (eksotermiliste reaktsioonide tagajärjel eralduva soojuse eemaldamine või reageeriva segu kuumutamine) toimub läbi sisseehitatud soojusvahetite pinna või läbi reaktori ümbrise sisepinna (aparaat 1 joonisel 4.4) või läbi toruseinte reaktorites 9, 10. Reaktor saab varustada voolujagajatega. Tooted tühjendatakse läbi 5. väljalaskeava.

Füüsikalised protsessid toimuvad soojusvahetites ja voo sisend-, väljund-, segamis-, eraldamise ja jaotamise seadmetes. Keemilisi reaktsioone viiakse läbi peamiselt reaktsioonitsoonides, mis on edasine uurimistöö objekt. Reaktsioonitsoonis toimuv protsess koosneb osalistest etappidest, mis on skemaatiliselt näidatud joonisel fig. 4.6 katalüütilise ja gaasi-vedeliku interaktsiooni jaoks.

Joonis: 4.6. Voolusskeem (a) katalüütilises ja (b) gaasi-vedeliku protsessis.

Joonis: 4.6, joonis a näitab katalüsaatori osalusel toimuva reaktsiooniprotsessi diagrammi, läbi fikseeritud kihi, millest läbib gaasiliste reagentide üldine (konvektiivne) vool (1). Reaktiivid hajuvad terade (2) pinnale ja tungivad katalüsaatori (3) pooridesse, mille sisepinnal reaktsioon (4) kulgeb.

Saadud reaktsioonisaadused suunatakse tagasi voolu. Keemilise muundamise tulemusel eralduv soojus kantakse soojusjuhtivuse tõttu läbi kihi (5) ja kihist seina kaudu jahutusvedelikku (6). Saadud kontsentratsiooni- ja temperatuurigradiendid põhjustavad kihis reageerivate ainete peamisele konvektiivsele liikumisele täiendavaid soojus- ja ainevooge (7).

Joon. 4.6, b näitab protsessi vedelas kihis, mille kaudu gaas mullitab. Reaktiivide (2) massvahetus toimub gaasi ja vedeliku mullide (1) vahel. Vedeliku dünaamika koosneb liikumisest mullide (3) ümber ja ringlusest kihiskaalal (4). Esimene sarnaneb turbulentse difusiooniga, teine \u200b\u200bsarnaneb vedeliku tsirkuleeriva konvektiivse liikumisega läbi reaktsioonitsooni. Vedelas ja üldiselt gaasis toimub keemiline muundamine (5).

Ülaltoodud näited näitavad reaktsioonitsoonis toimuvate protsesside keerukat struktuuri. Kui võtame arvesse olemasolevate reaktorite paljusid skeeme ja konstruktsioone, suureneb protsessides nende mitmekesisus kordades. Selle mitmekesisuse süstematiseerimiseks, selles leiduvuse leidmiseks, nähtuste seaduste ja nendevaheliste seoste ideesüsteemi väljatöötamiseks on vaja teaduslikku meetodit. luua teooria keemilised protsessid ja reaktorid.

Tuumaenergia kasutamine elektrienergia tootmiseks toimub spetsiaalsete seadmete abil, mida nimetatakse tuumareaktorid... Reaktoris toimub energia eraldumine järk-järgult, kuna lõhustumisahela reaktsioonis ei eraldu neutronid samaaegselt. Enamik neutroneid toodetakse vähem kui 0,001 sekundiga - need on nn kiired neutronid. Teine osa (umbes 0,7%) moodustub 13 sekundi pärast - need on hilinenud neutronid. Need võimaldavad ahelreaktsiooni kiirust reguleerida spetsiaalsete varraste abil, mis neelavad liigseid neutroneid. Vardad sisestatakse reaktori südamikku ja need stabiliseerivad neutronite korrutamise protsessi ohutul tasemel.

Mis on tuumareaktor?

On kaks peamist reaktorite kategooriat - termilised (aeglased) neutronreaktorid ja kiired neutronid... Tulevikus räägime termilistest neutronreaktoritest

Tuumareaktori peamine element on aktiivne tsoon, millesse laaditakse kütuseelemendid (kütusevardad). Nendes elementides toimub ahelreaktsioon. TVEL RBMK reaktor on 10 mm läbimõõduga ja 3,5 m pikkune tsirkooniumtoru, mis sisaldab uraanioksiidi (UO 2) tablette. Kütuseelemendid asuvad moderaatoris. Reaktorites RBMK Tšernobõli tuumaelektrijaam moderaatorina kasutatakse grafiiti. Muide, see raskendas olukorda 1986. aasta aprillis märkimisväärselt. Muude tuumareaktorite konstruktsioonides kasutatakse moderaatorina vett.

Kütusevarrastes uraani lõhustumise tulemusel eralduv soojus eemaldatakse jahutusvedeliku (näiteks veega) abil. Jahutusvedelik ringleb pidevalt läbi südamiku. RBMK-1000 reaktori kaudu läbib tunnis 37 500 m 3 vett. Reaktorit juhib juhtimis- ja kaitsesüsteem (CPS). CPS tagab reaktori käivitamise, seiskamise ja reguleerib ka selle võimsust. Siia kuuluvad vardad, mis on täidetud ainega, mis absorbeerib tugevalt neutroneid (kaadmium, boor jne). Varraste sisestamine südamikku viib reaktori väljalülitamiseni ja nende reaktorist eemaldamisega kontrollitakse võimsust. Termoreaktoreid iseloomustab moderaatori olemasolu südamikus (vesi ja grafiit).

Seal on palju muid reaktoritüüpe, mis erinevad konstruktsiooni, jahutusvedeliku tüübi, kasutatavate neutronite energia jms poolest.

Tuumareaktoriseadme skeem ( tuum) on näidatud joonisel.

Tuumareaktori tüüp ChNPP-s

Tšernobõli tuumaelektrijaama paigaldati neli RBKM-1000 reaktorit. Lühend RBMK - suure võimsusega kanalireaktor. Number 1000 näitab elektrijaama võimsust, mis on võimeline tootma 1000 megavatti elektrit tunnis. Tuleb märkida, et tuumareaktor, lisaks väljundvõimsusele on reaktoris soojuse eraldumise soojuslik võimsus. Soojusenergia on 3000 megavatti. Neid kahte väärtust (soojus- ja energiavõimsuse väärtused) kasutades saab hõlpsalt arvutada RBKM-1000 tuumareaktori efektiivsuse - 31%.

Seadme oluline omadus RBMK on kanalite olemasolu tuumas, mille kaudu jahutusvedelik (vesi) liigub. See tähendab, et kanalite olemasolu moderaatori paksuses võimaldab jahutusvedeliku liikumist, mis kuumutamisel muutub auruks, mis omakorda genereerib elektrit. See elektritootmise skeem võimaldas kujundada võimsaid reaktoreid. Nii näeb RBMK tuum välja vertikaalse silindri, mis on 7 meetrit kõrge ja läbimõõduga 11,8 meetrit. Reaktori kogu siseruum on täidetud grafiitplokkidega, mille mõõtmed on 25x25x60 cm 3. Grafiidi kogumass reaktoris on 1850 tonni.

Grafiitplokkide keskel on silindriline auk, mille kaudu läbib soojuskandjaks oleva veega kanal. Reaktori perifeerias asuvatel grafiidiplokkidel pole auke ja kanaleid. Need klotsid toimivad reflektorina. Selle kihi paksus on üks meeter.

Grafiidimüürit ümbritseb silindriline metallist veepaak. See mängib bioloogilise kaitse rolli. Grafiit toetub plaadile, mis koosneb metallkonstruktsioonidest, samuti on grafiit kaetud sarnase plaadiga peal. Pealmine plaat on radiatsiooni eest kaitstud täiendava põrandakattega.

ChNPP: RBMK reaktori seade

Reaktori üldine paigutusRBMK:

1 - toetav metallkonstruktsioon;

2 - üksikud veetorustikud;

3 - alumine metallkonstruktsioon;

4 - külgne bioloogiline kaitse;

5 - grafiidist müüritis;

6 - trumli eraldaja;

7 - üksikud auru-vee torustikud;

8 - ülemine metallkonstruktsioon;

9 - mahalaadimis- ja laadimismasin;

10 - ülemine keskkorrus;

11 - ülemise külje kattumine;

12 - kütuseelemendi katte tiheduse kontrollsüsteem;

13 - peamine tsirkulatsioonipump.

Tüüpi reaktorites RBMK seal on 1661 kanalit, milles asuvad tuumakütusega kassetid. Tuumakütus on uraanioksiid, mis küpsetatakse tablettideks. Nende tablettide läbimõõt on umbes sentimeeter ja kõrgus poolteist sentimeetrit. Tablette kogutakse kakssada tükki kolonni ja laaditakse TVEL-i. TVEL - õõnes tsirkooniumsilindrist, millele on lisatud nioobiumi (1%), pikkusega 3,5 meetrit ja läbimõõduga 13,5 mm. 36 kassetti on kokku pandud 36 kütusevarrast, mis sisestatakse reaktori kanalisse. Uraani kogumass, mis seejärel laaditakse reaktor - 190 tonni. Neeldumisvardad liiguvad reaktori ülejäänud 211 kanalis.

Kirjanduslikud allikad:

Baar "yachtar VG ja sisse. Raadio. Mida sa temast tead? / VG Bar" yagtar, V.I. Strizhak, V. O. Poyarkov. K .: Nauk.dumka, 1991. - 32 lk.
Mukhin K.N. Eksperimentaalne tuumafüüsika: kahes köites, 1. köide. Aatomituuma füüsika. - M .: Atomizdat, 1974. - 584 lk.
Prister B. S., Loshchilov N. A., Nemets O. F., Poyarkov V.A. Põllumajanduse radioloogia alused. - Kiiev: Harvest, 1988. - 256 lk.

Tuumaenergia tähtsus tänapäevases maailmas

Tuumaenergia on viimase paarikümne aasta jooksul teinud tohutu hüppe edasi, muutudes paljude riikide üheks olulisemaks elektrienergia allikaks. Samal ajal tuleb meeles pidada, et selle rahvamajanduse haru arengu taga on kümnete tuhandete teadlaste, inseneride ja tavaliste töötajate tohutud pingutused, kes teevad kõik selleks, et "rahumeelne aatom" ei saaks miljonite inimeste jaoks reaalseks ohuks. Iga tuumaelektrijaama tegelik tuum on tuumareaktor.

Tuumareaktori loomise ajalugu

Esimese sellise seadme ehitas kuulus teadlane ja insener E. Fermi USA-s Teise maailmasõja keskel. Ebatavalise väljanägemise tõttu, mis sarnanes virnastatud grafiitplokkide virnaga, nimetati seda tuumareaktorit "Chicago virnaks". Väärib märkimist, et see seade töötas uraanil, mis asetati just plokkide vahele.

Tuumareaktori ehitamine Nõukogude Liidus

Meie riigis pöörati suuremat tähelepanu ka tuumaküsimustele. Vaatamata asjaolule, et teadlaste peamised jõupingutused olid keskendunud aatomi sõjalisele kasutamisele, kasutasid nad saadud tulemusi aktiivselt rahumeelsetel eesmärkidel. Esimese tuumareaktori, koodnimega F-1, ehitas kuulus füüsiku I. Kurchatovi juhitud teadlaste rühm 1946. aasta detsembri lõpus. Selle oluliseks puuduseks oli igasuguse jahutussüsteemi puudumine, nii et selle eraldatud energia võimsus oli äärmiselt ebaoluline. Samal ajal lõpetasid Nõukogude teadlased alustatud töö, mille tulemusel avati vaid kaheksa aastat hiljem maailma esimene elektrijaam aadressil tuumakütus linnas Obninskis.

Reaktori põhimõte

Tuumareaktor on äärmiselt keeruline ja ohtlik tehniline seade. Selle tööpõhimõte põhineb asjaolul, et uraani lagunemisel eraldub mitu neutronit, mis omakorda lööb naabersetest uraani aatomitest välja elementaarosakesed. Selle ahelreaktsiooni tulemusel vabaneb märkimisväärne kogus energiat soojuse ja gammakiirte kujul. Samal ajal tuleks arvestada asjaoluga, et kui seda reaktsiooni ei suudeta kuidagi kontrollida, võib uraani aatomite võimalikult kiire lõhustumine põhjustada võimsa plahvatuse, millel on soovimatud tagajärjed.

Selleks, et reaktsioon toimuks rangelt piiritletud raamistikus, on tuumareaktori kujundamisel suur tähtsus. Praegu on iga selline struktuur omamoodi katel, mille kaudu voolab jahutusvedelik. Selles mahus kasutatakse tavaliselt vett, kuid on tuumaelektrijaamu, mis kasutavad vedelat grafiiti või rasket vett. Kaasaegset tuumareaktorit ei saa ette kujutada ilma sadade spetsiaalsete kuusnurksete kassettideta. Need sisaldavad kütuseelemente, mille kanalite kaudu jahutusvedelikud voolavad. See kassett on kaetud spetsiaalse kihiga, mis suudab peegeldada neutroneid ja aeglustada seeläbi ahelreaktsiooni

Tuumareaktor ja selle kaitse

Sellel on mitu kaitsetaset. Lisaks kerele endale on see ülalt kaetud spetsiaalse soojusisolatsiooni ja bioloogilise kaitsega. Inseneri seisukohast on see konstruktsioon võimas raudbetoonpunkr, mille uksed on võimalikult tihedalt suletud.

Elektriline reaktor (õhuklapp) on staatiline elektromagnetiline seade, mis on ette nähtud selle induktiivsuse kasutamiseks elektriskeemis. Drosselid on toiteallikates laialdaselt kasutatavad, moodustades lahutamatu osa peaaegu igast toitemuundusseadmest. Kõige sagedamini on õhuklapp ühe või teise konfiguratsiooni magnetiline vooluring, millel asub mähis, mis on koormusega jadana ühendatud elektriskeemiga. Mis tahes reaktori peamised parameetrid on ennekõike selle mähise induktiivsus L ja nimivool I nom. Reaktorid jaotatakse lineaarseteks, piiratud-lineaarseteks ja mittelineaarseteks. Liinireaktoril peab olema praktiliselt konstantne induktiivsus, sõltumata selle mähisest voolava voolu väärtusest. Lausetest ja sellest järeldub, et lineaarses reaktoris peab magnetvoo magnetiline takistus jääma muutumatuks voolu suhtes, mis võib tekkida vooluringis, kuhu selline reaktor on paigaldatud. Lineaarsete reaktorite magnetsüdamikud võivad olla valmistatud magneelektrilistest, mille suhteline magnetiline läbilaskvus jääb muutumatuks, kui magnetvälja tugevus on mitu tuhat A / m. Magnetdielektrikutel on väike suhteline magnetiline läbilaskvus (60–250) ja neid toodetakse rõngastes (toroidsed magnetahelad), mille välisläbimõõt on 5–44 mm. Suhteliselt madalate erikaotuste tõttu kasutatakse neid magnetilisi südamikke sagedustel kuni 200 kHz. Lineaarsete reaktorite jaoks võib kasutada ka ferriidist või elektriterasest valmistatud avatud magnetilist ahelat. Seega on DM-tüüpi väikesemõõtmelised kõrgsageduslikud õhuklambrid ferriidist magnetilist vooluringi, mis on valmistatud silindrilise varda kujul, millele mähis asetatakse. DM-tüüpi õhuklappe toodetakse kuni 3 A voolude jaoks ja nende induktiivsus on kuni 1 μH. Mõnel juhul saab joone õhuklappe konstruktsioonilistel põhjustel teha ilma magnetahelata. Näiteks on kõrgsageduslike võimendusmuundurite drosselid kümnete amprites voolude jaoks vask- või alumiiniumlindist valmistatud solenoidid.

Piiratud reareaktorite näideteks on alaldi silumisfiltriklapid või alalisvoolu lülituspinge regulaatori õhuklapid. Alaldite silumisfiltrites peab õhuklapi mähisel olema alaldi väljundpinge muutuva komponendi nõutav induktiivsus kogu koormusvoolu varieerumise vahemikus, hoolimata asjaolust, et selle mähise kaudu voolab koormusvoolu püsiv komponent. Kui magnetiline südamik on valmistatud pehmest magnetilisest ferromagnetilisest materjalist (väikese sundjõuga) suletud rõnga kujul, siis tekitab induktiivmähise kaudu voolava voolu konstantne komponent magnetilise südamiku konstantse magnetvälja induktsiooniga B0, mis on võrdne või suurem kui küllastuse induktsioon. Selle tulemusel on mähise induktiivsus sama, mis magnetilise ahela puudumisel. Magnetilise südamiku materjali küllastumise välistamiseks tuleb see teostada mittemagnetilise tühimikuga. Mõne suhteliselt väikese mittemagnetilise tühiku sisestamine magnetilisse vooluringi võimaldab induktiivpooli töötada ilma magnetahela materjali küllastumiseni sisenemiseks ja suurendaks sellega induktiivpooli induktiivsust järsult. Vahe, mille juures magnetilise induktsiooni maksimaalne hetkeväärtus jõuab küllastuse induktsiooni väärtuseni, on optimaalne, pakkudes õhuklapi mähise maksimaalset induktiivsust. Edasine tühiku suurenemine viib sellest tuleneva magnetilise takistuse vähenemiseni ja seega mähise induktiivsuse vähenemiseni. Mittemagnetilise lõhega õhuklapid on piiratud lineaarsusega õhuklapid, kuna õhuklapi voolu konstantse komponendi või mähisele rakendatava pinge muutuva komponendi suurenemine, mis ületab arvutatud väärtusi, viib magnetilise südamiku materjali küllastumiseni ja sellest tulenevalt mähise induktiivsuse järsuni languseni. Mittelineaarsetel reaktoritel (küllastusdrosselitel) on reeglina suletud magnetiline vooluring, mis on valmistatud pehmest magnetilisest ferromagnetilisest materjalist. Nende reaktorite mähise pöörde arv ja magnetilise ahela ristlõige valitakse nii, et magnetilise vooluahela materjal ei ole küllastunud ainult reaktori mähisele rakendatava pinge muutuse perioodi (poole perioodi) teatud aja jooksul. Selle magnetilise südamiku materjali oleku korral on reaktori mähisel kõrge induktiivsus, samas kui magnetilise südamiku materjali küllastunud olekus on mähise induktiivsus äärmiselt madal. Mida lähemal on magnetilise vooluahela materjali magnetipiiri piirava silmuse ristkülikukujuline, seda paremad on mittelineaarse reaktori omadused võtmena. Selgete võtmeomadustega mittelineaarset reaktorit kasutatakse toiteallikates laialdaselt viivitusreaktorina (kuni mitmekümne mikrosekundi pikkuseks), et vähendada transistoride ja türistoride lülituskadusid nende sisselülitamisel.

Kuna magnetiline induktsioon küllastusdrosselites võib varieeruda praktiliselt ainult vahemikus - B s kuni + B S, saab selliseid reaktoreid kasutada vahelduvpinge keskmise väärtuse stabiliseerimiseks. Tõepoolest, kui koormus, mis on paralleelselt ühendatud küllastusõhuklapi mähisega, on vahelduvvooluvõrku ühendatud summutustakistuse kaudu, siis stabiliseerub mittelineaarse reaktori küllastuspinge U s korral koormuse kogupinge keskmine väärtus pooleks perioodiks. Kooskõlas küllastuspinge avaldusega võib seda esitada järgmisel kujul:

kus T (f) on toitevõrgu pingeperiood (voolu sagedus) u 1, S st on magnetilise südamiku ristlõige; W on reaktori mähise pöörde arv; B s - küllastuse induktsioon.

Toitepingetel U 1cr väiksem kui (R n + R g) R s / RH, ei saavuta magnetiline induktsioon küllastusklapi L südamikus küllastumise induktsiooniväärtust ja seetõttu on õhuklapi L mähise induktiivne reaktsioonivõime võrdne lõpmatusega, mistõttu on koormusel keskmine pinge suureneb toitepinge suurenemisega. Väärtusel U 1cp\u003e (RH + R r) U s / RH varieerub magnetiline induktsioon õhuklapis L - B s kuni + B s, keskmine koormuskoormuse pinge ei muutu ja pinge erinevus (U 1 cp - U s) eraldatakse takisti R r. Praktikas asendatakse efektiivsuse ja võimsusteguri parandamiseks takisti R r joonkõrgusega ja paralleelselt õhuklapiga L on ühendatud kondensaator. Selliseid vahelduvpinge stabilisaatoreid nimetatakse. Neid stabilisaatoreid kasutati laialdaselt näiteks toiteseadmetes türistori muundurite väljundpinge stabiliseerimiseks.

Kasutatud kirjandus: telekommunikatsiooniseadmete ja -süsteemide toiteallikad:
Õpetus ülikoolidele / V.M.Bushuev, V.A.Demyansky,
L.F.Zakharov jt - M .: Hotline-Telecom, 2009. -
384 lk .: haige.

Laadige kokkuvõte: Teil pole juurdepääsu failide allalaadimiseks meie serverist.