Устройство для определения положения управляющего органа ядерного реактора

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ УПРАВЛЯЮЩЕГО ОРГАНА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА, содержащее нагреватель, термоэлектрические преобразователи с рабочими спаями и сосуд, заполненный жидкостью, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения, нагреватель расположен снаружи сосуда, внутри которого расположен управляющий орган, а рабочие спаи термоэлектрических преобразователей прикреплены к наружной стенке сосуда.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве управляющего органа использован регулирующий стержень, причем проходное сечение над нижним торцом регулирующего стержня образовано зазором между регулирующим стержнем и сосудом, а под нижним торцом регулирующего стержня - поперечным сечением сосуда.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве управляющего органа использован столб поглощающей жидкости.

4. Устройство по пп.1, 3, 4, отличающийся тем, что в качестве управляющего органа одновременно использован регулирующий стержень и столб поглощающей жидкости. Изобретение относится к энергетике, преимущественно, ядерной, а именно, к устройству определения положения управляющего органа в активной зоне ядерного реактора. В активную зону ядерного реактора с целью регулирования мощности и энерговыделения вводят управляющие органы, главным образом, в виде твердых тел (так называемых стержней и т.п.) и в виде поглощающей или замедляющей жидкости (например, переменной высоты столб в специальном канале и т.п.). Положение управляющих органов (стержней, столбов жидкости) является мерой введенной отрицательной реактивности, определяет оперативный запас реактивности, поэтому необходимо точное измерение этого положения. Известно устройство для определения положения твердого управляющего органа. В этом устройстве к управляющему стержню прикреплена тяга с магнитным сердечником, размещенным внутри трубы, на которой расположено электромагнитное приемное устройство. При перемещении стержня в активной зоне ядерного реактора вместе с ним перемещается магнитный сердечник, который вызывает индуктивности в приемном устройстве. Это изменение регистрируется во вторичном приборе, который и показывает положение стержня. Недостатком известного устройства для определения положения твердого управляющего органа в активной зоне ядерного реактора является его недостаточная надежность, связанная с наличием тяги, от которой (а не от самого органа) идет сигнал во вторичный прибор. Другим недостатком известного устройства является его громоздкость, необходимость установки его в верхней части реактора, где возможности размещения предельно ограничены, поэтому применяются различные преобразователи движения, что также снижает надежность измерения. Известно устройство для определения положения в активной зоне жидкостного столба. В этом устройстве измеряется давление газа, подаваемого в канал управления, с помощью импульсных трубок, передающих давление, пропорциональное высоте столба жидкости, от канала к вторичной аппаратуре. Недостатком известного устройства для определения положения жидкостного органа управления являетcя недостаточная надежность функционирования импульсных трубок в реакторе (попадание газа в водяные трубки и, наоборот, воды в газовые). Наиболее близким по технической сущности является устройство для определения положения управляющего органа ядерного реактора, содержащее нагреватель, термоэлектрические преобразователи с рабочими спаями и сосуд, заполненный жидкостью. Работа устройства основана на отличии коэффициентов теплопроводности жидкости и газа (пара), находящегося под жидкостным столбом. Внутри сосуда размещен измерительный стержень с подогревателем и одним или несколькими термоэлектрическими преобразователями (ТЭП), рабочие слои которых расположены на измерительном стержне с некоторым шагом по высоте сосуда. Мощность, потребляемая нагревателем поддерживается постоянной, поэтому температура, которую измеряет ТЭП, определяется средней мощностью нагревателя и интенсивностью теплоотвода в окружающую среду. При подъеме жидкости, когда ее уровень достигнет рабочего слоя ТЭП, теплоотдача улучшается, термоэлектродвижущаяся сила снижается. И, наоборот, при снижении уровня жидкости относительно рабочего спая ТЭП теплоотдача в окружающую среду (газ, пар) ухудшается. Для измерения уровня жидкости во вторичном приборе измеряются и сравниваются температуры внутри сосуда. Повышение температуры говорит о том, что его рабочий спай расположен в газовой среде, понижение в жидкости. По месту расположения рабочих спаев ТЭП определяется положение уровня (высота жидкостного столба). Такое устройство неприменимо в комбинированных стержнежидкостных механизмах управления, в которых сверху вводится стержень управления и возможности для размещения еще одного (измерительного стержня) практически отсутствуют. Даже если удается разместить измерительный стержень в зазоре между управляющим стержнем и каналом регулирования, то измерение будет ненадежно из-за механического трения стержня управления по измерительному стержню. Оно непригодно и для определения положения твердого управляющего органа в стержневых механизмах управления. Известное устройство предполагает разгерметизацию сосуда, окружающего управляющий орган, что снижает надежность функционирования и, следовательно, также является его недостатком. Целью изобретения является расширение области применения. Поставленная цель достигается тем, что: нагреватель расположен снаружи сосуда, внутри которого расположен управляющий орган, а рабочие спаи термоэлектрических преобразователей прикреплены к наружной стенке сосуда; в качестве управляющего органа используется регулирующий стержень, причем проходное сечение над нижним торцом регулирующего стержня образовано зазором между регулирующим стержнем и сосудом, а под нижним торцом регулирующего стержня поперечным сечением сосуда; в качестве управляющего органа используется столб поглощающей жидкости, причем охлаждение сосуда над верхним торцом столба осуществляется слоем жидкости, текущей по стенкам сосуда, а под верхним торцом столба поперечным сечением столба; в качестве управляющего органа одновременно применены регулирующий стержень и столб поглощающей жидкости. Площадь проходного сечения устройства для текущей жидкости над границей управляющего органа меньше площади под границей. При этом проходное сечение над границей управляющего органа может быть образовано тонким слоем (пленкой) жидкости, текущей по стенкам сосуда, а под границей полным сечением жидкостного столба для случая жидкостного регулирования. Оно может быть образовано также над границей управляющего органа зазором между этим органом и сосудом (каналом), а под границей поперечным сечением сосуда. Расположение нагревателя снаружи сосуда и прикрепление рабочих спаев ТЭП к наружной стенке позволяет исключить трение движущихся деталей и повысить таким образом надежность устройства. Измерение площади проходного сечения в районе границы управляющего органа позволит пропустить жидкость через сосуд с переменной скоростью, заметно изменяющий свое значение на границе (торце) управляющего органа, из-за чего заметно меняет свое значение и коэффициент теплоотдачи от стенки сосуда к текущей жидкости, так что местоположение управляющего органа определяется по изменению температуры стенки сосуда (а не жидкости и находящейся под ней среды). На фиг. 1 изображено устройство для определения положения управляющего органа ядерного реактора; на фиг. 2 и 3 крепление рабочего спая ТЭП в пазу сосуда (канала); на фиг. 4 путевое крепление соседних ТЭП; на фиг. 5 и 6 крепление напылением многозонного ТЭП; на фиг. 7 проход ТЭП через защитную пробку; на фиг. 8 и 9 проходка ТЭП места соединения сосуда со стояком металлоконструкции. Устройство включает управляющий орган 1, окружающий его сосуд 2, охлаждаемый жидкостью 3 и термоэлектрические преобразователи 4. Последние выполнены в виде герметичных кабельных ТЭП в оболочке из коррозионностойкой стали и электроизоляцией в виде прессованной окиси магния. Для реактора РБМ-К могут быть использованы ТЭП наружным диаметром 1-3 мм. Управляющие органы в виде регулирующего стержня 5 и столба жидкости (поглощающей или замедляющей) имеют две границы (S и h_p), которые могут быть определены предлагаемым устройством. При определении границы столба поглощающей жидкости проходное сечение устройства выше границы управляющего органа под верхним торцом столба образовано тонким слоем (пленкой) жидкости, текущей по стенкам сосуда, а ниже границы оно образовано полным столбом жидкости 6. При определении границы (h_p) управляющего органа (стержня) проходное сечение под нижним торцом 7 образовано выше границы S зазором между этим органом и сосудом, а ниже границы поперечным сечением сосуда. ТЭП закреплены на наружной стенке сосуда. Измерительные спаи ТЭП закреплены в пазах 8 (см. фиг. 2, 3), например, посредством зачеканки. Крепление трасс ТЭП в зазоре 9 между сосудом и графитовыми кольцами 10 осуществлено за счет связи ТЭП между собой металлическими скобами 11 (см. фиг. 4). Возможно также использование трех и пяти зонного ТЭП, в котором измерительные спаи расположены на различных заданных уровнях. При этом четыре-шесть заключены в общую герметичную оболочку, как и в обычном кабельном ТЭП. Применение многозонного ТЭП позволит упростить герметизацию выхода ТЭП из реакторного пространства к вторичным измерительным приборам и обеспечить более надежное функционирование устройства. На фиг. 5 и 6 показано крепление на тонкостенной трубе сосуда участков измерительных спаев многозвенного ТЭП 12, которое осуществлено посредством напыления металлических фиксирующих выступов 13. Для прохода ТЭП через защитную пробку 14 в ней выполнен паз 15 (см. фиг. 7). В узле герметизации сосуда выполнено гнездо 16 (см. фиг. 8, 9) и отверстие 17, сквозь которое выведена чехол-труба 18, приваренная к сухарю 19. Сухарь 19 герметично приварен в установочном гнезде. Герметизация ТЭП осуществлена пайкой в решетке 20 (см. фиг. 8), расположенной на торце чехол-трубы. Работает устройство следующим образом. Если управляющим органом является регистрирующий стержень, то на нижнем торце S стержня охлаждающая жидкость направляется из зазора между стержнем и охватывающем его сосудом (каналом системы управления и защиты) в полное сечение сосуда. Скорость жидкости при этом заметно изменяется. Так, для исполнительных механизмов реакторов РБМ-К указанное изменение составляет от 0,8 м/с до 0,2 м/с, т.е. в 4 раза. Если же управляющим органом является столб поглощающей жидкости с пленочным охлаждением сосуда 2, то указанное изменение скорости еще больше с 3,2 м/с до 0,2 м/с, т.е. в 16 раз. Примерно во столько же раз изменяется коэффициент теплоотдачи, а температура стенки изменяется с 40 до 80^оС. Такое изменение температуры достаточно точно можно зафиксировать с помощью серийных кабельных ТЭП, погреш- ность измерения которыми может быть обеспечена в пределах ± 1-1,5^оС. Указанные характеристики позволяют заменить измерение температуры жидкости и газа внутри сосуда измерением температуры стенки снаружи сосуда. Благодаря применению описанного устройства с использованием кабельных ТЭП для измерения положения управляющего органа по температуре наружной стенки канала системы управления обеспечивается возможность определения положения управляющего органа без дополнительных устройств внутри канала, где возможности их размещения ограничены или вообще отсутствуют, что существенно повышает надежность функционирования. Устройство позволяет контролировать положение как твердых, так и жидкостных органов управления, что позволит соблюсти заданный элемент работы реактора и повысит в конечном итоге экономичность и безопасность его работы. Устройство позволяет отказаться от нагревателя, вставляемого внутрь сосуда, исключить сбои и повысить надежность функционирования. Исключение внутреннего нагревателя и предлагаемое крепление ТЭП позволит устранить трущиеся детали и этим также повысить надежность. Устройство позволит реализовать в реакторах комбинированную стержнежидкостную систему регулирования, в том числе, с устройствами, позволяющими вводить поглотитель в заданное по высоте место активной зоны.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ УПРАВЛЯЮЩЕГО ОРГАНА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА, содержащее нагреватель, термоэлектрические преобразователи с рабочими спаями и сосуд, заполненный жидкостью, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения, нагреватель расположен снаружи сосуда, внутри которого расположен управляющий орган, а рабочие спаи термоэлектрических преобразователей прикреплены к наружной стенке сосуда. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве управляющего органа использован регулирующий стержень, причем проходное сечение над нижним торцом регулирующего стержня образовано зазором между регулирующим стержнем и сосудом, а под нижним торцом регулирующего стержня - поперечным сечением сосуда. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве управляющего органа использован столб поглощающей жидкости. 4. Устройство по пп.1, 3, 4, отличающийся тем, что в качестве управляющего органа одновременно использован регулирующий стержень и столб поглощающей жидкости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000

Извещение опубликовано: 27.12.2000        

---