Система управления и защиты ядерного канального реактора

 

Использование: в ядерной технике, в частности в системе управления и защиты ядерных канальных реакторов. Сущность изобретения: для повышения надежности и быстродействия системы управления предусмотрено размещение в каналах стержней-поглотителей с индивидуальными приводами и датчиков расхода теплоносителя в каналах, соединенных через блок анализа сигналов со схемой контроля и управления. К блоку анализа сигналов подключены дополнительно установленные датчики контроля веса стержней. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано в ядерных канальных реакторах.

Прототипом данного изобретения является система управления и защиты (СУЗ) ядерного канального реактора, состоящая из стержней-поглотителей (стержней), исполнительных механизмов, схем контроля, управления и аварийной защиты.

Недостатком прототипа является низкое быстродействие, связанное с временной задержкой ввиду необходимости проверки достоверности информации в случае появления сигнала о снижении расхода теплоносителя в канале СУЗ. Проверка выполняется персоналом по команде оператора реакторной установки вручную путем открытия контрольного вентиля и визуальным осмотром расхода теплоносителя. Для выполнения указанных действий и принятия мер по заглушению реактора в случае отсутствия расхода охлаждающей воды в канале СУЗ требуется примерно 10-15 мин. Указанная задержка может привести к повреждению стержня и канала СУЗ из-за нарушения режима охлаждения и неоперативности мер по заглушению реактора.

При этом визуально оценить количественно расход теплоносителя можно только субъективно, к тому же имеется опасность получения проверяющим персоналом травмы: термический ожог паром теплоносителя.

Кроме того, при забитости контрольного вентиля оператор, не имея подтверждения о достоверности первичной информации относительно расхода охлаждающей воды в канале, вынужден дать команду на останов реактора. Либо оператор в данной ситуации может принять другие неадекватные реальной обстановке меры по защите реактора.

Также к недостатком прототипа относится отсутствие информации о возможных изменениях состояния стержня, например деформация, обрыв и другие повреждения, что важно с точки зрения надежности СУЗ.

Цель изобретения повышение надежности и быстродействия СУЗ, что в целом повысит надежность и экологическую безопасность эксплуатации ядерных канальных реакторов.

Сущность данного изобретения состоит в том, что в систему СУЗ ядерного канального реактора, включающую стержни-поглотители, исполнительные механизмы, схемы контроля, управления и аварийной защиты, введены дополнительно датчики контроля веса стержней и блок анализа их сигналов. Датчик контроля веса стержня, расположенный в системе привода стержня, например на валу исполнительного механизма, дает информацию о возможных аварийных ситуациях в канале, связанных как с состоянием стержня (деформация, обрыв стержня, обрыв гибкой связи и т.п.), так и о величине расхода теплоносителя, путем фиксирования изменения величины Архимедовой силы, связанной с изменением уровня воды в канале, и по изменению нагрузки со стороны стержня в связи с изменением его состояния (обрыв звеньев стержня, обрыв гибкой связи, заклинивание стержня в канале). В блоке анализа из сигналов, поступающих от расходомера и датчика контроля веса стержня по схеме "2 из 2", формируется сигнал об аварийном расходе теплоносителя в канале СУЗ, по которому действием аварийной защиты оперативно осуществляется автоматический останов реактора. Кроме того, в блоке анализа из поступающего в него сигнала от датчика контроля веса стержня формируется сигнал о повреждении стержня. Сигналы, сформированные в блоке анализа, выводятся на сигнализирующее мнемотабло, информация с которого визуально воспринимается оператором и обеспечивает оперативность его действий и адекватность их реальной ситуации в канале СУЗ.

Отличительные признаки существенны, так как в совокупности с известными признаками заявляемой системы они обеспечивают новые свойства СУЗ: повышение ее информативности за счет получения дополнительных сведений о наличии воды в канале СУЗ и о состоянии стержня одновременно, а также повышение эффективности (надежности, быстродействия) системы СУЗ, проявляющуюся в своевременной и адекватной ее реакции на аварийную ситуацию в канале СУЗ, а именно: принятие соответствующих мер при повреждении стержня без останова реактора и оперативное, автоматическое заглушение реактора действием аварийной защиты при аварийном расходе теплоносителя в канале СУЗ, что повышает надежность и экологическую безопасность эксплуатации ядерных канальных реакторов.

Эти свойства не присущи, как было показано выше, ни известным системам, ни отличительным признакам в их разобщенности.

На фиг.1 изображена структурно-функциональная схема СУЗ; на фиг.2 представлена схема, поясняющая работу блока анализа сигналов; на фиг.3 изображено сигнализирующее мнемотабло.

СУЗ (фиг.1) состоит из стержня-поглотителя 1, размещенного в канале 2 и соединенного посредством гибкой связи 3 с барабаном 4, расположенным на валу серво-привода 5, установленного на корпусе исполнительного механизма 6, к которому от насосов схемы охлаждения СУЗ подведена напорная магистраль 7 с расположенными на ней запорно-регулирующим вентилем 8 и расходомером 9, определяющим расход воды через канал 2.

Датчик 10 контроля веса стержня установлен под опорами 11 вала сервопривода 5. Возможны другие варианты размещения этого датчика, например, на гибкой связи 3. Выходы датчика 10 и расходомера 9 соединены с входом блока 12 анализа сигналов, выходы которого соединены с входом схемы 13 управления, выходы которой соединены через коммутатор 14 с сигнализирующим мнемотаблом 15, информация которого визуально воспринимается оператором 16. Также выходы схемы 13 соединены с входом системы аварийной защиты реактора 17.

Система работает следующим образом.

Стержень 1 перемещается в канале с водой 2 вверх-вниз посредством сервопривода 5, вал которого вращается в опорах 11, при этом гибкая связь 3 соответственно либо наматывается, либо сматывается с барабана 4. При открытом вентиле 8 через напорную магистраль 7 и корпус 6 вода от насосов системы охлаждения СУЗ поступает в канал 2. Датчик 10 определяет усилие, действующее со стороны стержня на систему привода стержня, и передает сигнал одним из известных способов в блок анализа сигналов 12, где он сравнивается с регламентированными верхним и нижним значениями усилий, возникающих в системе привода стержня при перемещении исправного стержня в воде соответственно вверх и вниз при нормальном режиме теплосъема в канале. Также в блок 12 поступает сигнал от расходомера 9, который сравнивается с требуемым значением расхода, после чего из сформированных сигналов от датчика 10 и расходомера 9 по логике "2 из 2" формируется один из сигналов: аварийный либо нормальный режим, поступающий на схему 13, которая в зависимости от вида сигнала осуществляет подключение через коммутатор 14 соответствующих индикаторов сигнализирующего мнемотабло 15, по информации с которого оператор принимает необходимые меры по управлению процессом. Кроме того, аварийный сигнал, сформированный в блоке 12 и связанный с аварийным расходом теплоносителя в канале через схему 13, осуществляет автоматическое подключение аварийной защиты 17, оперативно заглушающей реактор.

На фиг.2 пояснена работа блока анализа сигналов 12 в СУЗ. Сигнал с датчика 10 поступает, например, на компаратор 18 верхней границы усилия и компаратор 19 нижней границы усилия, где сравнивается с верхним и нижним регламентированными значениями усилий, действующих со стороны стержня на систему его привода. При нормальном состоянии в канале (требуемый расход теплоносителя, неповрежденный стержень, нет его обрыва) этот сигнал не должен выходить за пределы границ и, таким образом, сигнал с компаратора 18 имеет знак "+", а с компаратора 19 имеет знак "-". Сигнал с выхода одного из компараторов, например 19, поступает на инвертор 20, после чего уже два положительных сигнала поступают на первую схему И 21, которая формирует сигнал логической "1" и передает его на вторую логическую схему И 22, на которую также поступает сигнал со схемы 23 сравнения, в которой сравнивается фактическое показание расходомера с требуемым. При нормальной работе этот сигнал соответствует логической "1". Для отличия сигнала нормальной работы от сигнала аварии, в случае прихода с датчика 10 и расходомера 9 через соответственно схемы 21 и 23 на вход схемы 22 двух логических "0", в нее вводится третий независимый и постоянный сигнал логической "1" и, таким образом, при нормальной работе на выходе схемы 22 имеем сигнал логической "1", который через схему 13 подключает коммутатором 14 индикатор табло 15, сигнализирующий нормальное состояние в канале и, следовательно, нормальный режим работы. Это индикатор КР (фиг.3).

При аварийных ситуациях, создавшихся в канале, таких как снижения уровня воды, заклинивание при деформации стержня, обрыв стержня (полный или частичный), усилие, действующее на систему привода со стороны стержня и фиксирующееся датчиком 10, изменяется таким образом, что его значение выходит за соответствующие регламентированные верхнее и нижнее значения усилий и тогда на выходе обоих компараторов 18, 19 будем иметь сигналы одинакового знака, на входе схемы 21 сигналы противоположного знака и соответственно на ее выходе сигнал логического "0". При любом сигнале от расходомера со схемы 23, будь то логические "0" или "1", на выходе схемы 22 имеем сигнал логического "0", что соответствует аварийной ситуации в канале СУЗ. Этот сигнал через схему 13 подключает коммутатором 14 индикатор аварийного режима АР сигнализирующего мнемотабло 15 (фиг.3), информируя об аварийной ситуации в канале СУЗ.

Для оперативности оценки ситуации и адекватности действий оператора при аварийном режиме, на вход схемы 13 поступают сигналы с выходов схем 21, 23, а также с выходов компараторов 18, 19. При этом сигналы с выходов схем 21, 23, пройдя через схему 13, коммутатором 14 подключают индикаторы табло 15, сигнализирующие, от каких датчиков пришел сигнал об аварии: от датчика контроля веса стержня индикатор ДВ, от расходомера индикатор Р, от обоих (фиг. 3). Сигналы с выходов компараторов 18, 19 подключают аналогично индикаторы, сигнализирующие о превышении верхнего регламентированного значения усилия , либо о выходе за регламентированное нижнее значение усилия . О снижении уровня воды в канале СУЗ оператор судит по сигналам от двух датчиков по светящимся индикаторам ДВ и Р, при этом может быть подключена световая индикация "Уход воды". В данной аварийной ситуации происходит автоматическое заглушение реактора посредством аварийной защиты 17, которая подключается автоматически сигналом об аварийном расходе теплоносителя, поступающим на нее от блока 12 анализа или оператором вручную.

При аварийном режиме, когда на табло сигнализирует только индикатор ДВ (индикатор Р не светится, т.е. расход теплоносителя нормальный) и один из индикаторов или , то это свидетельствует об аварийной ситуации в канале СУЗ, связанной с состоянием стержня, а именно: при сигнале имеем деформацию и заклинивание стержня, в этом случае также можно подключить световую индикацию "Деформация", при сигнале возможны две ситуации: обрыв стержня или гибкой связи, а также попытка перемещения деформированного стержня вниз. Различие этих ситуаций осуществляется оператором при подаче команды на перемещение стержня вверх. При этом, если сначала горел индикатор , а после действий оператора, указанных выше, загорелся индикатор , следовательно, это деформация и заклинивание стержня. Если же сигнализирующий индикатор после действий оператора не изменит своего состояния, то это обрыв стержня или гибкой связи и может быть подключена световая индикация "Обрыв". При аварийных сигналах только от датчика контроля веса стержня аварийные ситуации в канале СУЗ связаны с состоянием стержня. В этом случае реактор остается в работе и принимаются меры по устранению неисправности.

Формула изобретения

1. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ ЯДЕРНОГО КАНАЛЬНОГО РЕАКТОРА, включающая размещенные в каналах стержни-поглотители с индивидуальными приводами, датчики расхода теплоносителя в каналах, соединенные через блок анализа сигналов со схемой контроля и управления, выходы которой соединены с сигнализирующими мнемотабло и системой аварийной защиты реактора, отличающаяся тем, что в систему дополнительно введены датчики контроля веса стержней, подключенные к блоку анализа сигналов.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что датчики контроля веса стержней расположены в системе привода стержня.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3