Способ определения положения управляющего органа ядерного реактора

 

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ УПРАВЛЯЮЩЕГО ОРГАНА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА, заключающийся в последовательном измерении температуры нагреваемого элемента с помощью термоэлектрических преобразователей, расположенных на линии перемещения границы управляющего органа, сравнении измеренной температуры с заданной, определении границы управляющего органа по величине разбаланса, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения положения управляющего органа при ограниченном числе термоэлектрических преобразователей за счет обеспечения непрерывного определения положения вдоль всей линии перемещения управляющего органа, предварительно измеряют положение границы управляющего органа в зависимости от значения заранее выбранного характерного параметра, а затем полученную зависимость используют для определения положения управляемого органа в промежутках между местами крепления рабочих спаев термоэлектрических преобразователей.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве характерного параметра выбирают управляющий параметр, получают статическую характеристику, используемую в качестве эталонной, периодически определяют соответствие появления сигнала от термоэлектрических преобразователей, положению управляющего органа по статической характеристике.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве управляющего параметра используют расход жидкости управляющего органа.

4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве управляющего параметра используют давление газа.

5. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве управляющего органа используют положение штока регулятора.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве характерного параметра выбирают температуру стенки нагреваемого элемента, в качестве эталонной используют кривую изменения температуры стенки по высоте в районе границы управляющего органа, при этом из измеренных значений температуры по высоте выделяют показания последовательно расположенных термоэлектрических преобразователей с различными значениями температуры, после чего разницу максимальной и минимальной температур используют для нормирования указанной кривой, а по разнице между промежуточной и минимальной температурами с помощью нормированной эталонной кривой определяют расстояние от границы управляющего органа до места расположения рабочего спая термоэлектрического преобразователя с минимальным значением температуры.

7. Способ по пп. 1 и 6, отличающийся тем, что сигналы, поступающие от соседних термоэлектрических преобразователей, попарно сравнивают между собой с помощью дифференциальных усилителей, выбирают максимальные разности с помощью логической схемы, складывают эти разности с помощью сумматора, делят одну из разностей на полученную сумму с помощью делителя, усиливают и подают на указатель положения одновременно с номером одного из соседних термоэлектрических преобразователей. Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано для определения положения управляющего органа ядерного реактора. Для воздействия на мощность и энергораспределение ядерного реактора в его активную зону вводят управляющие органы в виде твердых тел (стержней и т. п. ) или в виде жидкости (например, переменной высоты столб в специальном канале и т.п.). Положение управляющих органов (стержней, столбов жидкости) является мерой реактивности, определяет оперативный запас реактивности, поэтому необходимо точное измерение этого положения. Современные механизмы управления ядерным реактором могут быть комбинированными, когда в одной ячейке реактора размещаются как твердотельные, так и жидкостные органы управления. В этих механизмах желателен единый способ определения положения управляющего органа) как твердотельного, так и жидкостного). Известен способ определения положения твердого управляющего органа, заключающийся в измерении индуктивности в электромагнитной катушке, расположенной на сосуде, окружающем управляющий орган, и по предварительно полученной зависимости индуктивности от положения магнитного сердечника, жестко связанного тягой с управляющим органом, определяют положение управляющего органа. Однако этот способ определения положения твердого тела совершенно непригоден для определения положения жидкостного управляющего органа. Для определения положения в активной зоне жидкостного стола обычно измеряют давление этого столба или давление газа, подаваемого в канал управления. Указанное давление, пропорциональное высоте столба жидкости, от канала передают к вторичной аппаратуре по импульсным трубкам. Недостатком этих способов является невозможность использовать их для определения положения управляющего стержня. Другим недостатком является сложность трассировки и обслуживания импульсных трубок. Главным же недостатком является недостаточно надежное функционирование импульсных трубок, вследствие случайного попадания газа (пара) в водяные трубы или воды в газовые, что существенно снижает его точность измерения. Таким образом, в настоящее время не существует надежного способа, позволяющего точно определять положение как твердого, так и жидкостного управляющих органов ядерного реактора. Наиболее близким по технической сущности является способ определения положения управляющего органа ядерного реактора, заключающийся в последовательном измерении температуры нагреваемого элемента, с помощью термоэлектрических преобразователей, расположенных на линии перемещения границы управляющего органа, сравнении измеренной температуры с заданной и определения границы управляющего органа по величине разбаланса. Этот теплоэлектрический способ измерения уровня жидкости в сосуде базируется на отличии коэффициентов теплопроводности жидкости и газа (пара), находящегося над жидкостным способом. Внутри сосуда на линии перемещения уровня жидкости размещают нагревательный элемент с одним или несколькими термоэлектропреобразователями (ТЭП), последовательно измеряют температуру и следят за ее изменением. При отклонении ее на величину, большую заранее заданной, считают, что уровень жидкости достиг фиксированного места расположения рабочего слоя ТЭП. С физической точки зрения, действие способа и устройства можно объяснить следующим образом. Поскольку мощность, потребляемую нагревателем, поддерживают постоянной, температура, которую измеряют ТЭП, определяется средней мощностью нагревателя и интенсивностью теплоотвода в окружающую среду. При подъеме жидкости, когда ее уровень достигает рабочего спая ТЭП, теплоотдача улучшаетcя, термоэлектродвижущая сила (термо-э.д.с.) снижается. И наоборот, при снижении уровня жидкости относительно рабочего спая ТЭП теплоотдача в окружающую среду (газ, пар) ухудшается, термо-э.д.с. возрастает. Повышение температуры, показываемое ТЭП, говорит о том, что его рабочий спай расположен в газовой среде, понижение что в жидкости. Такой способ ограничен в применении, так как непригоден для определения положения твердого управляющего органа в стержневых механизмах управления и в комбинированных (стержне-жидкостных) механизмах управления, в которых сверху вводят стержень управления и возможность для размещения нагревательного элемента практически отсутствует. По прототипному способу можно узнавать положение границы жидкостного столба только тогда, когда она находится в районе места крепления рабочего спая ТЭП. В условиях реактора трудно разместить большое количество ТЭП вдоль одного управляющего органа. Так, для механизма систем управления и защиты (ОУЗ) реактора РБИ-К необходимо измерять положение органа на ходе 7 м, а ТЭП удается разместить и вывести наружу не более 8-10. Таким образом, при использовании прототипного способа погрешность измерения будет составлять 0,7-0,9 м, в то время как допустимая погрешность для рассматриваемого механизма составляет 0,2-0,3 м. Таким образом, главным недостатком способа является низкая точность определения положения границы столба из-за ограниченного количества рабочих спаев ТЭП, которое удается разместить в реальных условиях ядерного реактора. Целью изобретения является повышение точности определения положения управляющего органа при ограниченном числе ТЭП за счет обеспечения непрерывного определения положения вдоль всей линии перемещения управляющего органа. Указанная цель достигается тем, что в известном способе определения положения управляющего органа ядерного реактора, заключающемся в последовательном измерении температуры нагреваемого элемента с помощью термоэлектрических преобразователей, расположенных на линии перемещения границы управляющего органа, сравнении измеренной температуры с заданной, определении границы управляющего органа по величине разбаланса, предварительно измеряют положение границы управляющего органа в зависимости от значения заранее выбранного характерного параметра, а затем полученную зависимость используют для определения положения управляющего органа в промежутках, между местами крепления рабочих спаев термоэлектрических преобразователей. В качестве характерного параметра выбирают управляющий параметр, например, расход жидкого управляющего органа, давление газа, положение штока регулятора расхода, получают статическую характеристику, используемую в качестве эталонной, периодически определяют соответствие появления сигнала от термоэлектрических преобразователей положению управляющего органа по статической характеристике. В качестве характерного параметра выбирают температуру стенки нагреваемого элемента, в качестве эталонной используют кривую изменения температуры стенки по высоте в районе границы управляющего органа, при этом из измеряемых значений температуры по высоте выделяют показания последовательно расположенных термоэлектрических преобразователей с различными значениями температуры, после чего разницу максимальной и минимальной температур используют для нормирования указанной кривой, а по разнице между промежуточной и минимальной температурами с помощью нормированной эталонной кривой определяют расстояние от границы управляющего органа до места расположения рабочего спая термоэлектрического преобразователя с минимальным значением температуры. Сигналы, поступающие от соседних термоэлектрических преобразователей, попарно сравнивают между собой с помощью дифференциальных усилителей, выбирают максимальные разности с помощью логической схемы, складывают эти разности с помощью сумматора, делят одну из разностей на полученную сумму с помощью делителя, усиливают и подают на указатель положения одновременно с номером одного из соседних термоэлектрических преобразова- телей. Измерители температуры выполняют в виде герметичных кабельных ТЭП в оболочке из коррозионностойкой стали, прикрепляют их к наружной стенке сосуда и выводят из активной зоны к вторичным приборам. При этом в зазорах между сосудом и окружающими его кольцами и между сосудом и стояком металлоконструкции ТЭП проводят индивидуально, а выше места сочленения сосуда со стояком к головке канала их выводят в общем чехле. В предлагаемом способе возможно применение и многозонных ТЭП. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлено устройство для реализации способа определения положения управляющего органа; на фиг. 2 изменение скорости и коэффициента теплоотдачи в районе торца управляющего органа; на фиг. 3 изменение температуры стенки сосуда в указанном районе; на фиг. 4 схема использования статической характеристики с учетом дискретных сигналов температуры; на фиг. 5 расчетная схема; на фиг. 6 устройство обработки сигналов в предлагаемом способе. Определение положения управляющего органа 1, заключенного в сосуд (канал) 2 и охлаждаемого протекающей сверху вниз жидкостью, производится по показаниям ТЭП 3, рабочие спаи 4 которых расположены в стенке канала (см. фиг. 1). Над столбом жидкости находится полость 5 с газом или паром. В случае ввода в зону твердого регулируемого органа газовая полость отсутствует и все дальнейшее описание можно рассматривать с учетом того, что позицией 5 обозначен стержень. Для определения положения органа 1 или 5 измеряют и сравнивают температуры стенки по высоте канала 2. Пусть граница управляющего органа 1 или 5 находится на высоте регулирования h₁. Тогда сверху вниз до этого сечения скорость w и коэффициент теплоотдачи от стенки канала 2 к охлаждающей жидкости будет иметь примерно постоянное и высокое значение (см. фиг. 2), затем будет иметь место участок падения этих значений до низкого, определяемого сравнительно большой площадью проходного сечения канала 2. Аналогично ведет себя кривая изменения температуры стенок по высоте (см. фиг. 3). Разница заключается только в том, что верхние ТЭП показывают низкую (или минимальную) температуру t_мин, ближайший к h_p ТЭП показывает промежуточную температуру t_пром, а все нижние ТЭП показывают максимальную температуру t_макс. Таким образом можно дискретно определить положение управляющего органа. Сравнивая показания ТЭП, определяют, что торец (граница) управляющего органа находится между местом крепления рабочих спаев третьего и четвертого (сверху) ТЭП. Для более точного непрерывного определения положения управляющего органа можно использовать управляющий параметр. При этом сначала получают статическую характеристику, например, для жидкостного зависимость высоты регулирования h_p от расхода регулирования Q_p или положения штока регулятора расхода S (см. фиг. 4), а для твердого положение ротора двигателя или электрический параметр. Для этого, например, устанавливают поочередно значения расхода (положение штока) от минимального до максимального, получают значение температур, сравнивают высоту регулирования с местом расположения рабочих спаев ТЭП, т.е. производят поверочную тарировку зависимости h(Q), после чего о положении управляющего органа судят по значению Q_p, (S_p) (см. стрелки на фиг. 4). В предлагаемом способе непрерывного определения положения управляющего органа сначала можно использовать и неуправляющий параметр, например, температуру стенки. При этом получают эталонную кривую зависимости температуры стенки по высоте t_cт (h) в районе границы управляющего органа (см. фиг. 3). Затем измеряют температуру стенки по высоте, выделяют показания последовательно расположенных ТЭП с различными значениями температуры, берут разницы температур Δ t=t_макс-t_мин нормируют с помощью их кривую t_cт(h), а по разнице (t_пром-t_мин) или (t_макс-- t_пром) определяют Δ h расстояние до ближайшего ТЭП с показанием t_мин или t_макc. Обработку сигналов в предлагаемом способе ведут следующим образом. Если рабочие спаи ТЭП установить на расстоянии l, равном длине переходного участка (см. фиг. 5) и если переходный участок апроксимировать прямой, то геометрические и температурные параметры будут связаны зависимостью: k где k const, отсюда Δh lk Таким образом, измеряя Δ t₁ и Δ t и зная l и k, можно определить Δ h, а затем и h_p по формуле: h_p h_тэп + Δ h, где h_тэп месторасположение рабочего спая ТЭП. С учетом приведенных соотношений сигналы, поступающие от соседних ТЭП (см. фиг. 6), попарно сравнивают с помощью дифференциальных усилителей 6 и эти разности i_n,i_(n-1)-n направляют в логическую схему 7, выбирают максимальные разности i_j-(j+1) и i_(j+1)-(j+2), складывают эти разности с помощью сумматора 8, делят одну из разностей на полученную сумму с п помощью делителя 9, усиливают усилителем 10 и подают в указатель положения 11, куда одновременно посылают номер одной из соседних ТЭП. Указатель положения в зависимости от его устройства показывает Δ h от ближайшего спая ТЭП или сразу h_р. Благодаря применению описанного способа и устройства с использованием кабельных ТЭП для измерения положения управляющего органа по температуре наружной стенки канала системы управления, обеспечивается возможность точного определения положения управляющего органа без дополнительных устройств внутри канала, где возможности их размещения ограничены или вообще отсутствуют. Предлагаемый способ позволяет точно контролировать положение как твердых, так и жидкостных органов управления за счет непрерывности (а не дискретности) измерения, что позволит соблюсти заданный регламент работы реактора и повысит в конечном итоге экономичность и безопасность его работы. Предлагаемый способ позволит реализовать в реакторах комбинированную стержне жидкостную систему регулирования, в том числе, с устройствами, позволяющими вводить поглотитель в заданное по высоте место активной зоны.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ УПРАВЛЯЮЩЕГО ОРГАНА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА, заключающийся в последовательном измерении температуры нагреваемого элемента с помощью термоэлектрических преобразователей, расположенных на линии перемещения границы управляющего органа, сравнении измеренной температуры с заданной, определении границы управляющего органа по величине разбаланса, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения положения управляющего органа при ограниченном числе термоэлектрических преобразователей за счет обеспечения непрерывного определения положения вдоль всей линии перемещения управляющего органа, предварительно измеряют положение границы управляющего органа в зависимости от значения заранее выбранного характерного параметра, а затем полученную зависимость используют для определения положения управляемого органа в промежутках между местами крепления рабочих спаев термоэлектрических преобразователей. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве характерного параметра выбирают управляющий параметр, получают статическую характеристику, используемую в качестве эталонной, периодически определяют соответствие появления сигнала от термоэлектрических преобразователей, положению управляющего органа по статической характеристике. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве управляющего параметра используют расход жидкости управляющего органа. 4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве управляющего параметра используют давление газа. 5. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве управляющего органа используют положение штока регулятора. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве характерного параметра выбирают температуру стенки нагреваемого элемента, в качестве эталонной используют кривую изменения температуры стенки по высоте в районе границы управляющего органа, при этом из измеренных значений температуры по высоте выделяют показания последовательно расположенных термоэлектрических преобразователей с различными значениями температуры, после чего разницу максимальной и минимальной температур используют для нормирования указанной кривой, а по разнице между промежуточной и минимальной температурами с помощью нормированной эталонной кривой определяют расстояние от границы управляющего органа до места расположения рабочего спая термоэлектрического преобразователя с минимальным значением температуры. 7. Способ по пп. 1 и 6, отличающийся тем, что сигналы, поступающие от соседних термоэлектрических преобразователей, попарно сравнивают между собой с помощью дифференциальных усилителей, выбирают максимальные разности с помощью логической схемы, складывают эти разности с помощью сумматора, делят одну из разностей на полученную сумму с помощью делителя, усиливают и подают на указатель положения одновременно с номером одного из соседних термоэлектрических преобразователей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6

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        

---