203164. lajstromszámú szabadalom • Berendezés forgótárcsás vagy forgódobos mechanikus rendszerek fordulatszám-szabályozására és biztonságos üzemeltetésére
1 HU 203 164 B 2 A találmány tárgya berendezés forgótárcsás vagy forgódobos mechanikus rendszerek fordulatszám-szabályozására és biztonságos üzemeltetésére, amely önellenőrzési funkciók betöltésére is alkalmas. A műszaki gyakorlatban gyakran előforduló feladat, hogy forgótárcsás mechanikai rendszereket kell olyan helyen alkalmazni, ahol meghibásodásuk katasztrófális következményekkel járhat. A sok lehetséges példa közül a feladat részletesebb ismertetése érdekében nézzük meg alaposabban az ún. forgótárcsás szelektorok működését és biztonságos működési követelményrendszerét. A neutronszelektor az atomreaktorban keletkező, igen széles energiaspektrumú és orientáltságú neutronfelhőből választja ki a neutronspektroszkópiai mérésekhez szükséges keskeny, energiatartományba eső, monokromatikus neutronsugarakat. Ezt a feladatot igen gyakran forgódobos vagy forgótárcsás mechanikus rendszer végzi el az ún. repülési idő elven, ami azt jelenti, hogy a megfelelően kialakított lyukak a tárcsán, vagy a hornyok a dobon, egy adott fordulatszámon csak egy adott, szűk energiatartományú neutronsugár számára „átlátszók”, a többit pedig elnyeli a tárcsára felvitt neutronelnyelő réteg. A neutronszelektor fő üzemi jellemzőjének, a fordulatszámnak szabályozásához érzékelik a forgórész fordulatszámát, ezt összehasonlítják a kívánt fordulatszámot megadó alapjellel, és a különbségnek megfelelően avatkoznak be a forgórészt hajtó elektromos motor energiaellátásába. Az ilyen célú berendezésekkel szemben támasztott követelményrendszerben a fordulatszám pontos szabályozása mellett igen fontos szerepe van - elsősorban az atomreaktorokkal való közvetlen kapcsolat miatt - a biztonságnak. Szakmai körökben ismert - noha nem publikált - egy neutronszelektor esete, amikor is a berendezés dobos forgórésze egyszercsak önálló életet kezdvén, a reaktor betonfalát áttörve, az intézetnek egy távoli pontjára vándorolt. Az óriási szerencsének volt csak köszönhető, hogy nem a közvetlen közelében levő reaktort sértette meg, aminek már beláthatatlan következménye lett volna. Fentiekkel talán sikerült érzékeltetni a forgótárcsás vagy forgódobos mechanikai rendszerek biztonságos és pontos üzemeltetésének fontosságát. A szakirodalomban fellelhető, legmodernebb berendezések természetesen már el vannak látva biztonságvédelmi készülékekkel is. Manapság az ún. hibatűrő, multiplikált (duplex vagy triplex) rendszerek használata van elterjedőiéiben. Egy jó példa erre a turbinák vezérlésére kifejlesztett Hitachi rendszer; felépítésének és működésének leírása az IAEA-Intemational Symposium on Nuclear Power Plant Control and Instrumentation, 1982 rendezvényen közzétett, IAEASM-265/39-es számú kiadványban található meg. A háromprocesszoros, szavazó logikával ellátott redundáns rendszer működésének az az alapja, hogy minden paramétert három érzékelővel és az ahhoz kapcsolódó elektronikával mérnek, majd a három eredményből többségi szavazás alapján szűrik ki az esetlegesen meghibásodott mérőláncot. Az olcsóbb megoldásokra példa a grenoble-i intézet szelektora, ahol a biztonságvédelmi rendszer a fordulatszámon, mint fő üzemi jellemzőn kívül csupán a rezgésállapotot méri. Az ismert megoldások hátrányai ezek után nyilvánvalóak. Az egyik esetben drága és bonyolult felépítés, a másik esetben a nem megfelelő üzembiztonság akadályozza a berendezés jó műszaki megítélését. A fordulatszám-szabályozó és biztonságvédelmi berendezésünk tervezésénél mi az optimális üzembiztonság-költségarány elérését tűztük ki célul. A leggyakrabban - tehát a legnagyobb valószínűséggel - előforduló hibák forrásait vizsgálva megállapítható, hogy a csapágyak öregedése, a forgórész deformációja (esetleg anyagi rész leválása) és az elektromos motor túlterhelése okozza a legtöbb anomáliát. A következőkben részletesen is ismertetésre kerülő megoldásunk alapját az a felismerés adta, hogy a figyelt üzemi paraméterek helyes megválasztásával kettős cél érhető el. Először is a legtöbb nagy gyakorisággal előforduló meghibásodás korai detektálására nyílik lehetőség, másodszor csatolt jellegüknél fogva megoldható ezen mérőcsatomák ellenőrzése is jól megválasztott hihetőségvizsgálati kritériumokkal. Választásunk - alapos mérlegelés alapján - fordulatszám, mint legfontosabb paraméter mellett a csapágyhőmérsékletek, a mechanikus rendszer megfelelően kijelölt pontjain a vibráció, a forgórészt körülvevő térben uralkodó nyomás, valamint a forgómotor által felvett teljesítmény figyelésére és feldolgozására esett. Megállapításunk szerint a motor által felvett teljesítmény szoros kapcsolatban van a fordulatszámmal és a forgórészt körülvevő tér nyomásával. Ez azt jelenti, hogy a nyomás és a fordulatszám változása a felvett teljesítmény megváltozását idézi elő. Ugyancsak szoros kapcsolat mutatható ki a csapágyhőmérséklet és a vibráció között, mivel egyrészt a csapágy meghibásodása egyenetlenebb forgást eredményez, másrészt a forgórész kiegyensúlyozatlansága a csapágy nagyobb igénybevételével jár együtt. Több rezgésmérő felszerelése esetén a (a merev mechanikus rendszer miatt) szoros kapcsolat van az egyes rezgésmérők által mért értékek között is. Tengelykapcsoló alkalmazása esetén a motor és a forgórész fordulatszámát is figyelni célszerű, mert ily módon mind a tengelykapcsolat minősége, mind a fordulatszám-figyelő működésképessége ellenőrizhető. A biztonságvédelmi beavatkozás minden esetben a forgatómotor energiaellátásának megszüntetését jelenti. Ugyancsak a motor energiallátásának megfelelő megválasztásával szabályozzuk a fordulatszámot, ami kézenfekvővé teszi a közös biztonságvédelmi és szabályozó fokozat kialakítását. A forgótárcsás vagy forgódobos mechanikus rendszerek fordulatszám-szabályozására és biztonságos üzemeltetésére szolgáló önellenőrzési funkciók betöltésére alkalmas találmány szerinti berendezésben a forgótárcsás vagy forgódobos mechanikus rendszer 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
