Устройство для управления ядернымреактором

 

ОП ИСАНИЕ „719341

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советскии

Социапмстическии

Респубики

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к аят. свил-ву (22) Заявлено 18. 09. 78 (2! ) 2663647/18-25 (51)М. Кл. с присоелинением заявки 1Е

G 2 l С 7/22

Гееудерстееииый комитет

СССР (23) Приоритет

Опубликовано 07.08.81. Бюллетень М 2 яо делам изобретений н еткяытн!! (53) УДК 621,039, ..5 (088. 8) Дата опубликования описания 07.08.81

Е.В.Филипчук, П.Т.Потапенко и В.П. (? 2) Авторы изобретения ф д :,. ".;.-... =. (pal f

Московский ордена Трудового Красного Знамени инженерно-физический институт (7!) Заявитель — - "Р" - —.-. " « (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЯДЕРНЬК

РЕАКТОРОМ!

Изобретение относится к области ядерной энергетики и преимущественно предназначено для управления формой аксиального энергораспределения на ядерных реакторах типа

ВВЭР, РБМК и для подавления азимутальиых возмущений на реакторе

РБМК.

Известно устройство для. управления реактором, представляющее собой замкнутый канал с жидким поглотителем, занимающим S-10X его объема, остальная часть канала заполнена газообразной фазой поглотителя (1).

Нижняя часть канала омывается теплоносителем, таким образом, изменение мощности реактора сказывается на температуре жидкого поглотителя и на давление его газообразной фазы. Этим достигается эффект авторегулирования.

-Недостатки устройства заключаются в инерционности, которая обуслов2 лена большой теплоемкостью нагре" ваемой среды. Существенным недостатком является то, что эффективная работа устройства возможна лишь на одном заданном уровне. Последнего недостатка лишены системи газового управления непрямого действия, Известно устройство для управления ядерным реактором, управляющий объем которого непосредственно через напорный коллектор связан с баком подогревателя 12). Однако известные жидкие поглотители нейтронов (особенно в паровой фазе ) вызывают сильную коррозию коммуникаций, что

15 снижает ядерную безопасность. Это устройство инерционно и неэкономично из-за большой теплоемкости нагреваемой среды и неэффективного исполь20 зования нагревателя, работающего в непрерывном режиме.

Наиболее олизким по технической сущности является устройство для управления ядерным реактором, содер71934 жащее секционированный замкнутый объем с газом — поглотителем нейтронов и по меньшей мере один нагреватель газа (31.

В прототипе замкнутый объем разделен на две секции сильфоном. Одйа секция находится в нейтронном потоке и наполнена слабопоглощающим нейтроны газом СО, а другая находится вне его в выходном потоке теплоносителя, 10 который служит нагревателем газа. Эта секция содержит .сильнопоглощающий нейтроны газ BF . Сильфон изменяет количество газа-поглотителя в .активной зоне. 15

Устройство работает следующим образом.

Увеличение мощности ядерного реактора выше заданного уровня приводит к повышению температуры теплоносите- 20 ля, который нагревает газ-поглотитель нейтронов. Газ расширяется и, воздействуя на сильфон, попадает в активную зону, вытесняя СО . Это приводит к увеличению поглощающей способности части, объема, находящейся в активной зоне, и снижению мощнос ти. Обратные процессы протекают при уменьшении мощности ниже заданного уровня. Таким образом, устройство стабилизирует мощность на заданном уровне, но не способно его изменить, Устройство непрямого действия, свободное от этого недостатка, содержит автономный нагреватель газа.

Такое устройство требует непрерывной работы нагревателя, поэтому неэкономично, Особенно большое зйачение это имеет для устройства,способного управ" лять акснальным распределением энерго- 0 выделения в активной зоне. Оно содержит несколько нагревателей и нуждается в интенсивном охлаждении. Чем мощнее нагреватель и интенсивнее охлаждение, тем шире динамический диапазон устройства и больше быстродействие. Но увелж ение мощности нагревателя в устройстве ограничено условиями охлаждения, так как, еслй тепловой баланс устройства будет нарушен, то будет разогреваться корпус устройства, что приведет к снижению динамических характеристик, То есть эти характеристики в прототипе ограничены условиями охлаждения. Улучшение охлаждения этого устройства связайо не толь-ко с техническими трудн6стями, но н экономически не выгодно из-за уве1 личения потерь энергии нагревателя в охлаждающую среду.

Целью изобретения является у пучшение динамических харатеристик и повышение экономичности за счет использования в импульсном режиме нагревателя газа-поглотителя нейтронов, что позволяет увеличить мощность нагревателя без увеличения интенсивности охлаждения.

Указанная цель достигается тем, что на газопитательных трубках секций установлены быстродействующие отсечные клапаны, управляемые синхронно с нагревателем соответствующей секции блоком синхронизации.

Ус -ройство, таким образом, представляет собой секционированный замкнутйй объем с газом-поглотителем нейтронов, содержащий, хотя бы один, нагреватель. газа, на газопитательных линиях секций которого установлены быстродействующие отсечные клапаны, например, электрические, связанные с нагревателем по управлению через блок синхронизации.

Сигнал управления на открытие электроклапанов подается с небольшой (доли секунды) задержкой после включения нагревателя. Мощный, высокотемпературный нагреватель эа это время разогревает газ, находящийся в сЕкции, и создает в ней большое избыточное давление. Когда открывается клапан, ° поглащающий нейтро= ны газ под действием разности давлений начинает переходить из той секции, где включен нагреватель,в другие. Поглощающая способность этой секции уменьшается до тех rrrp, пока не достигнет требуемой величины.

Затеи нагреватель отключается, и одновременно закрывается клапан, отсекая газ, находящийся в секции, от остального объема. Количество газа-поглотителя в секции теперь будет оставаться постоянным, сохраняя требуемую величину поглощающей способности секции до следующих манипуляций. Поскольку мощный нагреватель включается йа короткое время, он не успевает разогреть теплоемкий корпус устройства, охлаждаемый извне теплоносителем, поэтому газ в секции быстро остывает и давление его уменьшается. Если теперь, требуется увеличить поглощающую способность секции, то необходимо от719341

20 крыть клапан, тогда под действием разности давлений секция начнет заполняться газом до первоначального уровня. Чтобы установить поглощаю . щую способность на другом уровне, 5 необходимо снова закрыть клапан.

Поглощающая способность секции, определяется количеством в ней газа-поглотителя нейтронов и управляется в устройстве согласованной

Ф работой нагревателя и отсечного клапана.

Причем нагреватель включается только на короткий срок (секунды) для поддержания избыточного давления в секции путем разогрева газа. Это позволяет увеличивать его мощность без изменения условий охлаждения для улучшения динамических характеристик устройства и позволяет сэкономить значительное количество энергии, что особенно важно, например, в сис-. темах подавления азимутальной гармоники на РБМК, системах управления формой энерговыделения, где нагреватель большую часть времени работы устройства отключен.

Устройство не требует интенсивного, например, водяного охлаждения, что упрощает его обслуживание, делает 30 его значительно проще.

Устройство не содержит подвижных механизмов, таких как насосы, двига тели, сильфоны. Это позволяет сохранять его работоспособность прн любом положении в пространстве, например, на летательном аппарате и увеличивает надежность.

На фиг.1 показано устройство, предназначенное для управления акси- 40 альным распределением энерговыде- . ления и схема управления этим устройством; на фиг.2 — устройство, предназначенное для подавления азимутальной гармоники на реакторе РБМК; на с 45 фиг.3 — вид сверху на часть активной зоны, в которой расположено устройство для управления ядерным реактором.

Устройство (фиг.1) представляет собой секционированный замкнутый объем 1, наполненный газом — поглотителем i нейтронов 2. В качестве такого газа выбран гелий-3 — инертный газ с микроскопическим сечением погло-> щения 5400 бари. Внутри каждой секции 3,4,5 содержится нагреватель

6,7,8. Секции сообщаются между собой.через газопитательные трубки 9,10,Ч1, на которых установлены отсечные электроклапаны 12, 13, 14 и дроссель переменного сечения 15 для регулировки расхода газа. Расход га-а из секций, находящихся в актюной зоне

16, ограничен требованием ядерной безопасности.

Система управления устройством включает детекторы нейтронного потока 17, элементы сравнения 18,19, блок синхронизации 20 и блок усилителей мощности 21, питающий нагревате" ли.Блок синхронизации выполняет функции согласования работы клапанов и нагревателей. Он состоит из пороговых элементов, срабатывающих при превышении входными сигналами допустимых пределов, управляющих ключами в цепи питания отсечных клапанов и в цепи управления усилителей мощности и схемы задержки сигнала на включение отсечных клапанов. Блок усилителей мощности выполнен на тиристорах,управляемьгх ключами из блока синхронизации. Элемент сравнения 19 формирует сигнал рассогласования разности величины нейтронного потока в верхней и нижней половине активной зоны, которая определяет форму аксиального энерговыделения, от требуемой разности, которая задается уставкой.

Если рассогласование находится в допустимых пределах, то все клапаны закрыты и нагреватели отключены.Как только рассогласование превышает допустимую величину, блок синхронизации включает (в зависимости от знака рассогласования) один из двух нагревателей, расположенных в активной зоне и через некоторое время открывает клапаны 12 и 13. За это время нагреватель разогреет газ в секции, создав в ней область высокого давления. После срабатывания клапанов газ под действием. разности давления в секциях переходит из одной в другую, перераспределяя их поглощающую способность. Это продолжется до тех пор, пока сигнал рассогласования снова не окажется в допустимых пределах. Тогда блок синхронизации закроет клапаны 12 и 13 и выключит нагреватель. Если сигнал рассогласования изменяет знак и превышает допустимые пределы, срабатывает уже другой нагреватель, и газ движется в обратном направле719341 нии, перераспределяя поглощающую способйость секций так, чтобы снова установить нужную форму ак=сиального энерговыделения, Так управляется íåðãîâûäåëåéèå rio высоте активной зоны реактора. Клапан 14 при этом всегда закрыт и йагре- . ватель, расположенный вне активной зо. ны, не работает, То есть поглощающий нейтроны газ не вь1ходит из активной 11 зоны и не поступает в нее, а только перераспределяется по ее высоте, Значит, такое упра1 ление не возмущает- интегральную мощность реактора, 15

Если требуется применить это устройство для управления интегральной мощностью, то используют секцию с нагревателем, которая находится вне активной зоны, и клапан -14. В 20 этом случае блок синхронизации работает по сигналу от элемента сравнения 18.

Элемент сравнения 18 формирует сигнал -рассогласования измеряемой интегральной мощности(определяемой по сумме показаний верхнего и нижнего датчика) от требуемой величины. Когда требуется увеличить мощность, блок синхронизации включает нагреватели, расположенные в активной зоне, и через некоторое время открывает все клапаны. Газ выходит из активной зоны до тех пор, пока мощность не достигнет требуемой величины,и сигнал З5 от элемента сравнения 18 не окажется в допустимых пределах. Тогда клапаны закрываются и нагреватели отключаются. Для уменьшения мощности следует включить нагреватель 6, Все три @ клапана при управлении мощностью ра ботают синхронно. Скорость изменения реактивности выставляется с помощью дросселя 15, На фиг.2 показан пример применения 5 предлагаемого устройства для подавления азимутальной гармонйки иа РВИК, Управляющие секции 4,5 здесь расположейы в диаметрально противоположных каналах. На фиг,З показан вид сверху на активную зону 16, в каналах 22,23 в которой установлено это устройство, Устройство аналогично вышеописанному.

Отсечный клапан 14 всегда закрыт.Он . используется вместе с нагревателем "

6 только для компенсации выгоревшего в каналах газа-поглотителя, когда необходимо добавить этот газ в управ8 ляющие.секции или когда требуется заменить поглотитель. Управляющие секции охлаждаются теплоносителем 24.

Блок синхронизации. в этом примере для простоты не показан.

Важное достоинство такого устройства состоит в том, что оно не возмущает интегральной мощности и не искажает аксиального распределения нейтронного потока, так как поглотитель из активной зоны не выходит и по высоте зоны не перераспределяется. г

Устройство обеспечивает повышение динамического диапазона (большую максимальную разность давлений в секциях) и быстродействия за. счет использования нагревателя в импульсном режиме, что позволяет увеличить мощность нагревателя без изменения условий охлаждения. В устройстве. экономично расходуется энергия нагревателя, который большую часть времени работы устройства отключен, Устройство надежно, потому что не содержит подвижных механизмов типа насосов, двигателей, сильфонов.

Это позволяет ему .сохранить работоспособность при любом положении в пространстве, что может быть важно на летательных аппаратах.

Формула изобретения

Устройство для управления ядер-, ным реактором, содержащее секционированиый замкнутый объем с газом— поглотителем нейтронов и по крайней мере один нагреватель газа, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения динамических характеристик и повышения экономичности, на газопитательных трубках секций установлены быстродействующие отсечные клапаны, управляемые синхронно с нагрева. телем соответствующей секции блоком синхронизации.

Источник инФормации, принятые во внимание при экспертизе

). Патент ФРГ Ф 1200451, кл. 21 g 21/31, опублик. 1966.

2. Патент США 11 2990358, кл. 176-21, опублик. 1961.

3. Патент Англии 11 1042315, кл. G 6с, опублик. 1966 (прототип).

71934)

f6

Фиг. 2

Фиг.3

ВНИИПИ Заказ 5901 ч9 Тираж 476 Подписное

Филиал ПИП "Патент, г. Ужгород, ул.Проектная,4