СУДОСТРОЕНИЕ 5'2015
О СТРУКТУРЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКОЙ АТОМНОЙ ПОДВОДНОЙ ЛОДКИ И ЕЁ МЕСТЕ В СОСТАВЕ КОМПЛЕКСНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИМИ СРЕДСТВАМИ КОРАБЛЯ
В. В. Замуков, канд. техн. наук, Ю. С. Некрылова (АО «СПМБМ «Малахит», e-mail: info-ckb@malachite-spb.ru) удк 623.827:621.039.515
Системы управления ядерной энергетической установкой (СУ ЯЭУ) появились одновременно с созданием первой атомной подводной лодки (АПЛ) пр. 627.
Начиная с первой АПЛ, состав СУ ЯЭУ принципиально не изменялся. Это система регулирования, управления и защиты реактора; система регулирования подачи питательной воды в парогенераторы; дискретная система автоматического управления и защиты оборудования ЯЭУ и локальные системы регулирования основного оборудования ЯЭУ, входящие в состав этого оборудования. Таким образом, в СУ изначально соединились как системы регулирования составных частей ЯЭУ (паропроизводящая установка — ППУ, паротурбинная установка — ПТУ, другое оборудование), так и дискретная система управления ЯЭУ в целом.
Появившись на АПЛ пр. 705, комплексная система управления техническими средствами (КСУ ТС) корабля прочно утвердилась на АПЛ III и IV поколений. При этом развитие КСУ ТС свелось в основном к замене из поколения в поколение элементной базы, а в системах IV поколения элементная база, вслед за прогрессом средств вычислительной техники, менялась уже несколько раз.
Следует отметить, что в процессе развития при уменьшении функций СУ ЯЭУ происходит увеличение габаритов систем, вызванное все возрастающими требованиями нормативной документации по ядерной и радиационной безопасности к управляющим системам безопасности, и увеличением объёма аппаратуры контроля самих СУ. Так, например, по сравнению с пр. 705 из систем управления III поколения исключена аппаратура автоматического пуска, кроме этого, на пр. 705 в состав КСУ ТС и соответственно в СУ ЯЭУ входили источники информации и исполнительные органы технических средств, а в системах III поколения из состава систем они были исключены, но при этом габариты КСУ ТС значительно увеличились. Источники информации удалось вернуть только в состав КСУ ТС IV поколения.
Согласно теории автоматического регулирования, объект управления, источники
информации (датчики и сигнализаторы), исполнительные органы, аппаратура преобразования и логической обработки сигналов, а также технологические связи между этими составными частями должны быть единой системой, т. е. система регулирования совместно с датчиками параметров и исполнительные органы должны входить в состав оборудования, параметры которого они регулируют.
Однако до сегодняшнего дня в СУ ЯЭУ этому критерию соответствовала лишь система регулирования параметров ПТУ (температуры масла, температуры воды в системе охлаждения генераторов, частоты вращения главной турбины и др.), в которой датчики параметров, исполнительные органы и сама система входят в состав ПТУ. Техническое задание на проектирование системы выдает проектант ПТУ, и система проектируется и изготавливается по договору с ним же.
Испытания СУ проходят в три этапа: I этап — на заводе-изготовителе СУ по программам и методикам разработчика СУ; II этап — на стенде завода-изготовителя ПТУ совместно с установкой по программам и методикам испытаний ПТУ с присвоением литеры «О» ПТУ и СУ ПТУ; III этап — при проведении комплексных швартовных испытаний ЯЭУ, заводских ходовых и государственных испытаний корабля по программам и методикам проектанта корабля с присвоением литеры «О,» ПТУ и СУ ПТУ по окончании всех видов испытаний [1], [2].
В системе же регулирования, управления и защиты (СУЗ) реактора датчики параметров (ионизационные камеры, датчики температуры и др.), исполнительные органы (компенсирующие решётки, стержни аварийной защиты) входят в состав ППУ, а собственно сама аппаратура СУЗ входит в состав КСУ ТС. Таким образом, создан «искусственный стык» между объектом управления, датчиками параметров, исполнительными органами и собственно аппаратурой СУЗ, что «размывает» ответственность за правильность прохождения сигнала управления от датчика до исполнительного органа. Технические задания на СУЗ выдает проек-
ВОЕННОЕ КОРАБЛЕСТРОЕНИЕ
СУДОСТРОЕНИЕ 5'2015
тант ППУ, а проектируется и изготавливается система по договору с ЦКБ — проектантом корабля.
И только на АПЛ пр. 08851 удалось приблизиться к классике — включить в состав ППУ систему СУЗ. Тем самым удалось исключить «юридический стык» между органами воздействия на реактивность, приборами контроля, входящими в состав ППУ, и аппаратурой в составе КСУ, реализующей математические законы регулирования и защиты реактора. Кроме выдачи техзадания проектант ППУ теперь заключает с разработчиком СУЗ и договор на разработку и изготовление системы.
Испытания же СУЗ должны проходить в два этапа: I этап — совместно с приводами исполнительных органов и другими системами СУ ЯЭУ на стенде изготовителя КСУ ТС с присвоением литеры «О»; II этап — совместно с ППУ при проведении комплексных швартовных испытаний ЯЭУ, заводских ходовых и государственных испытаний корабля по программам и методикам проектанта с одновременным присвоением литеры «Ор ППУ и СУЗ по окончании всех видов испытаний [1], [2].
На АПЛ IV поколения для обеспечения требуемых виброшумовых характеристик подача питательной воды в парогенераторы регулируется частотой вращения турбопитатель-ных насосов. Аппаратура, реализующая регулирование частоты вращения насосов в зависимости от заданного расхода, входит в состав СУ расходом питательной воды (в составе КСУ ТС), а исполнительные органы — клапаны, регулирующие расход пара на турбины насосов (и тем самым изменяющие частоту вращения насосов), входят в состав ПТУ. Таким образом, данная система далека от «классики» и образует искусственный «стык» между исполнительными органами и аппаратурой системы регулирования. В этой связи целесообразно предложить следующий логический шаг, вытекающий из одного из предназначений ПТУ — обеспечения подачи питательной воды в парогенератор — включить СУ расходом питательной воды в состав ПТУ. Учитывая, что данная СУ является «задатчиком» мощности ядерной установки, такой шаг требует дальнейшей детальной проработки и отдельного решения. При этом очевидно, что независимо от возможного решения I этап испытаний
системы должен проходить совместно с другими СУ ЯЭУ на стенде завода — изготовителя КСУ ТС.
Дискретная система управления оборудованием ЯЭУ проектируется по техзаданию, выдаваемому ЦКБ — проектантом АПЛ, опытный образец системы изготавливается также по договору с ЦКБ-проектантом. Исходными данными, являющимися приложением к техзаданию на создание системы, служат разработанные проектантом АПЛ алгоритмы функционирования и алгоритмы диагностирования оборудования ЯЭУ. Таким образом, ЦКБ-проектант несёт, бесспорно, полную ответственность за правильность исходных алгоритмов программного управления, защиты и диагностирования ЯЭУ, выдаваемых разработчику СУ.
Также следует отметить, что, начиная с АПЛ пр. 08851, в состав СУ ЯЭУ вошла система технического диагностирования (СТД) оборудования ПТУ и ППУ. Причем СТД ПТУ, реализующая алгоритмы технического диагностирования оборудования, разработанного проектантом ПТУ, вошла в состав ПТУ, а СТД ППУ, реализующая алгоритмы технического диагностирования оборудования ППУ, разработанная проектантом ППУ, от датчиков теплотехнического контроля ППУ вошла в состав СУ ЯЭУ. В перспективе необходимо ввести СТД ППУ в состав ППУ отдельной аппаратурой с поставкой комплектом поставщиком ППУ по аналогии с ПТУ.
Следует отметить вопрос о статусе СУ ЯЭУ в составе КСУ ТС. В КСУ ТС IV поколения функции обработки, вычисления и формирования сигналов о нарушении установленных пределов по данным от источников информации возложены на конкретные СУ, в отличие от АПЛ III поколения, где такие функции для всех систем КСУ ТС решались единой системой типа «Ротор», входившей в состав КСУ ТС III поколения.
Кроме этого, к СУ ЯЭУ предъявляются специфические, достаточно жесткие требования в соответствии с нормативной технической документацией по ядерной и радиационной безопасности — Общими положениями обеспечения ядерной и радиационной безопасности корабельных ядерных энергетических установок (ОПБ-К-98/05) и Правилами ядерной безопасности кора-
бельных ядерных энергетических установок (ПБЯ-В.08-88/05), принятыми в настоящее время. В этой связи при дальнейшей глубокой интеграции СУ ЯЭУ в состав КСУ ТС часть этих требований будет предъявляться и к КСУ ТС в целом, что, в свою очередь, повлечёт изменение структуры и увеличение габаритов систем, входящих в КСУ ТС.
Поэтому проектировать системы в составе СУ ЯЭУ, видимо, рационально со своей локальной сетью обмена данными, тогда только к ней будут предъявляться требования по ядерной и радиационной безопасности. Также целесообразно рассмотреть вопрос о присвоении СУ ЯЭУ статуса групповой системы со своими техусловиями на поставку.
При таком подходе появляется чёткость в структуре СУ ЯЭУ и в требованиях к функционированию, разработке и испытаниям такой сложной единой системы, как «объект (ЯЭУ) — система регулирования и управления (СУ ЯЭУ)».
Однако сегодня, в угоду упрощению аппаратных решений в СУ, рассматриваются и внедряются в КСУ ТС структуры, размывающие единство системы «объект — СУ» и юридическую ответственность разработчика объекта за работоспособность всего канала управления — «источник информации — система управления — исполнительный орган — объект — источник информации» [3].
По нашему мнению, в атомной энергетике должен присутствовать принцип «здорового консерватизма» — переход на новые принципы управления, изменения, носящие структурный, принципиальный характер в технических решениях, должны тщательно прорабатываться и обсуждаться специалистами заинтересованных организаций, и окончательные решения должны приниматься, возможно, даже на уровне секции НТС ГК «Росатом».
Литература
1. Замуков В. В. Особенности испытаний головных атомных энергетических установок для кораблей ВМФ// Судостроение. 2010. № 5.
2
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.