Способ жидкостного управления ядерным реактором

 

СПОСОБ ЖИДКОСТНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЯДЕРНЫМ РЕАКТОРОМ, заключающийся в введении в канал регулирования поглов ающей жидкости и нейтрального газа, задании гидравлического сопротивления сливной магистрали канала и регулировании поглощающей жидкости в нем при изменении ее расхода, о тл и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повьшения точности управления за счет расширения диапазона измене- НИН расхода, уменьшают гидравлическое сопротивление сливной мaгиcтIiaли до появления устойчивого расхода газа через канал и образования опускного течения газожидкостной смеси с ее верхним уровнем на нижней границе активной зоны при регулировании количества поглощающей жидкости в канале , по достижении верхним уровнем газожидкостной смеси места подачи газа в канал увеличивают (уменьшают) плотность смеси, уменьшая (увеличивая ) расход подводимого газа.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

22 (5D 4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3307360/18-25 (22) 26.06.81 (46) 30.04.86. Бюл. г 16 (72) P.P.Èîíàéòèñ, В.Г.Коблашов,,.В.М.Конюхов и В.В.Цымбалов (53) 621.039. 5 (088. 8) (54)(57) СПОСОБ ЖИДКОСТНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЯДЕРНЫМ РЕАКТОРОМ, заключающийся в введении в канал регулирования поглощающей жидкости и нейтрального газа, задании гидравлического сопро« тивления сливной магистрали канала и Регулировании поглощающей жидкости . в нем при изменении ее расхода, о тл и ч а ю шийся тем, что, с

„.,Я0„„1040953 А целью повышения точности управления за счет расширения диапазона изменения расхода, уменьшают гидравлическое сопротивление сливной магистрали до появления устойчивого расхода газа через канал и образования опускного течения газожидкостной смеси с ее верхним уровнем на нижней границе активной зоны при регулировании количества поглощающей жидкости в канале, по достижении верхним уровнем газожидкостной смеси места подачи газа в канал увеличивают (уменьшают) плотность смеси, уменьшая (увеличивая) расход подводимого газа.

10409

10!

25

35

45

55!

Изобретение относится к атомной энергетике и предназначено для управления ядерным реактором путем изменения количества управляющей (поглощающей, замедляющей и r.ï.) жидкости в каналах ядерного реактора.

Для воздействия на мощность и энергораспределение ядерного реактора в его активную зону вводят управляющее, вещество в твердом или жидком виде. В последнее время !все шире используется.управпение реактором с помощью жидкости так как оно обес печивает мягкое воздействие на поле энерговыделения реактора,,уменьшает искажение высотного поля, увеличивает оперативный запас реактивности.

Известен способ жидкостного управления ядерным реактором с помощью изменения плотности газожидкостной смеси в канале. По этому способу через активную зону реактора, заполненную жидкостью, прокачивают (барботируют) газ, который подводят снизу. Меняя расход газа, меняют плотность образующейся в активной зоне газожидкостной смеси и, следовательно, реактивность эоны.

Недостатком данного способа является узкий диапазон регулирования плотности газожидкостной смеси. При таком способе образования газожидкостной смеси не представляется возможным значительно уменьшить ее плотность, поскольку при больших расходах течение газа становится нестабильным и суммарная плотность двухфазной смеси в канале колеблется при постоянном расходе, что недопустимо по условиям ядерной безопасности.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ жидкостного управления ядерным реактором, заключающийся во введении в канал регулирования поглощающей жидкости и нейтрального газа, задании гидравлического сопротивления сливной магистрали канала и регулировании поглощающей жидкости в нем при изменении ее расхода.

Этот способ применяется в комбинированных стержнежидкостных системах. По этому способу поглощающую жидкость и нейтральный (в смысле воздействия на реактивность) гаэ подают в канал регулирования сверху.

Недостатком этого способа является ограниченность диапазона регулирования расхода, отсюда большая кру53 2 тизна регулировочной характеристики и, следовательно недостаточная точность способа. С одной стороны, он ограничен минимально допустимым. для

° охлаждения канала расходом, посколь" ку поглощающая жидкость является также и охлаждающей. С другой стороны, он ограничен максимально допустимым расходом, при котором еще не образуется опускное: течение двухфазной газожидкостной смеси, плотность которой составляет 60-70Х от плотности воды и, хотя это и позволяет осуществить более "мягкое" воздействие на реактивность, но при образовании двухфазной смеси уменьшается на 30-40Х. максимальная величина отрицательной реактивности, которую можно ввести в данном канале по этому способу.

Целью изобретения является повышение точности управления за счет . расширения диапазона изменения расхода.

Поставленная цель достигается тем, что в способ жидкостного управ- ления ядерным реактором, заключающемся во введении в канал регулирования поглощающей жидкости и нейтрального газа, задании гидравлического сопротивления сливной магистрали канала и регулирования поглощающей жидкости в нем при изменении ее расхода, уменьшают гидравлическое сопротивление сливной магистрали до появления устойчивого расхода газа через канал и образования опускного течения гаэожидкостной смеси с ее верхним уровнем на нижней границе активной зоны, при регулировании количества поглощающей жидкости в канале по достижении верхним уровнем газожидкостной смеси места подачи газа в канал. увеличивают (уменьшают) плотность смеси, уменьшая (увеличивая) расход подводимого газа.

1Ъ дравлическое сопротивление сливной магистрали канала (коэффициент дросселирования) выбирают из условия образования устойчивого опускного течения двухфазной смеси при нахождении уровня на нижней границе активной зоны, что позволяет обеспечивать такое течение во всем диапазоне регулирования высотой столба смеси. Плотность двухфазной смеси составляет 60-707 от плотности воды.

Это позволяет осуществлять более мягкое воздействие на реактивность.

1040953 4

Чтобы снижение. плотности в результа- те образования двухфазной смеси не приводило к уменьшению максимального количества жидкого поглотителя, которое можно ввести в канал, дальнейшее увеличение количества жидкого поглотителя при достижении уровнем верхней границы активной зоны производят регулированием плотности двухфазной смеси, Для регулирования плотности используют зависимость между расходом газа, поступающего в канал, и высотой столба жидкости при нахождении уровня,в районе подачи газа в канал.

На фиг.1 схематично изображено .устройство стержножидкостного регулирования, при помощи которого можно осуществить предлагаемый способ управления; на фиг.2 — регулировочные характеристики известного и пред. лагаемого способов.

Способ жидкостного управления ядерным реактором осуществляют следующим образом. Поглощающую жидкость подают в канал регулированьщ 1 сверху, она обтекает стержень 2 с пленко образователем 3 на конце .и далее течет в виде тонкого слоя-пленки 4.

Газ подают по газовому тракту 5,пред. ставляющему вертикальный цилиндр с узлом прокола 6 пленки жидкости на конце. Коэффициент дросселирования слива устанавливают с помощью сливного дросселя 7, причем устанавливают уровень столба по поглощающей жидкости 8 на нижней границе активной зоны при расходе, не меньшем начала устойчивого опускного течения двухфазной смеси, которая образуется в результате эжекционного захвата пузырьков газа стекающей пленкой жидкости. Для этого устанавливают расход жидкости так, чтобы скорость опускного течения жидкости была больше скорости всплытия пузырьков газа.

Увеличивая расход подводимой жидкости, меняют высоту столба двухфазной смеси от нижней границы 9 активной зоны (заштрихована на чертеже) до полного заполнения канала на верх" ней границе 10 активной зоны.

Когда уровень в процессе регулирования достигнет верхней границы активной зоны (где расположен узел прокола 6), дальнейшим увеличением расхода жидкости вводят канал регулирования в состояние динамического рав- новесия и регулируют плотность изме-

30 чески прежним, вследствие чего количество газа в канале регулирования уменьшается и, следовательно, плотность смеси увеличивается.

Количество жидкости в канале регулирования однозначно связано с расходом жидкости (эта взаимосвязь определяется сопротивлением сливной магистрали канала регулирования), следовательно, при увеличении плотности смеси уровень жидкости в канале уменьшится.

Но, как только уровень опустится ниже нижней границы газовой магистрали, пленка жидкости опять начнет

45 захватывать пузырьки газа, и плотность двухфазной смеси будет уменьшаться, стремясь достигнуть величины 60-70Х и, следовательно, уровень. жидкости начнет подниматься в соот50

55 ветствии с уменьшением плотности, однако как только он достигнет нижнего конца газовой магистрали, плотность смеси начнет увеличиватьгя в силу указанных причин.

В результате уровень смеси будет находиться на уровне нижнего конца газовой магистрали, система будет на ходиться в состоянии динамического нения расхода жидкости, причем в ка- . честве обратной связи используется релейная зависимость между высотой столба двухфазной смеси и расходом подводимого газа: ниже узла прокола расход газа имеет некоторое максимальное значение вследствие естественной эжекции, а выше узла прокола при нахождении уровня жидкости в газовом тракте эжекция отсутствует.

Увеличением расхода жидкости увеличи. вают плотность смеси и при некотором расходе жидкости плотность достигнет 1, т.е ° в канале регулирования будет сплошной столб жидкости и внесенная отрицательная реактивность будет максимальна.

Изменение плотности при изменении Расхода жидкости объясняется следующим. При нахождении столба двухфазной смеси с плотностью 60-70Х на уровне нижнего конца газовой магистрали на уровне верхней границы 10 активной зоны продолжают увеличивать расход жидкости, поднимают столб жидкости и перекрывают газовую магистраль. Приток газа в канал регулирования прекращается, а отток .газа из канала регулирования через сливное отверстие остается практиS о равновесия, поддерживать в котором ее будет обратная связь между высотой столба и расходом подводимого газа, и плотность смеси будет определяться величиной расхода жидкости.

На фиг.2 показана регулировочная характеристика а известного способа, а также характеристика предлагаемого способа: характеристика б зависимости высоты столба h< двухфазной смеси от величины расхода Ц, весовая характеристика в, т.е. зависимость количества жицкости в активной зоне характеристика в, т.е. зависимость количества зоны поглотителя от расхода Q весовая характе-. ристика канала г, характеризующая количество жидкости в канале в зависимости от расхода, и зависимость д плотности р двухфазной смеси от расхода Q

При этом у обозначения расхода приняты индексы: о — охлаждения, нд — начало двухфазной смеси, нрд— начало развитой двухфазной смеси, нрп — начало регулирования плотности, кд - конец двухфазной смеси, высота столба h имеет индексы: сл— слива, о - начала активной зоны, азконец активной зоны, р — регулирования.

Увеличение диапазона регулирования обусловлено двумя обстоятельствами. Во-первых, регулирование плотности двухфазной смеси влечет за собой увеличение общего диапазона регулирования расхода на 40-50_#_. Вовторых, при переходе на работу с двухфазной смесью уменьшается крутиз40953 Ь на регулировочной характеристики, что приводит к дополнительному расширению диапазона регулирования.

Можно показать, что эа счет.регу лирования плотности диапазон регулирования увеличивается на величину р

ag„= Q,,; а эа счет уменьшения крутизны регулировочной характеристи1О ки на величину

a,=(a„„-a.)I

Как показывают расчеты, при одинако15 вом требуемом изменении = h, — h диапазон известного способа ((},- „)

0,4-,0,6 м /ч для одного из реакторов, а диапазон предлагаемого способа („ -()„ 1,2-2,0 м /ч для того же

Zp реактора. В первом случае возможная погрешность установки уровня 40 см, во втором 10 см при одной и той же . погрешности измерения расхода.

Таким образом, предлагаемый спо25 соб выгодно отличается от известного существенным расширением диапазона регулирования, что влечет за собой увеличение точности управления.

К преимуществам изобретения следует отнести также и возможность более тонкого воздействия на высотное поле энерговыделения, чем при известном способе, так как газожидкостная смесь является более мягким поглотителем, чем столб жидкости. КРоме того, на участке регулирования плотности двухфазной смеси регулирование производится без искажения высотного поля энерговыделения.

l040953

Корректор А.Ференц

Редактор О.Кузнецова

Техред Н.Боикало

Заказ 2329/3 Тираж 386 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4