Многопозиционное устройство экстренного снижения мощности ядерного реактора Российский патент 2021 года по МПК G21C7/36 

Настоящее изобретение относится к области систем управления ядерным реактором с принудительной циркуляцией теплоносителя стационарных и транспортных ядерных реакторных установок.

Цель изобретения - безопасное экстренное снижение мощности ядерного реактора и повышение эффективности эксплуатации ядерной энергетической установки, путем поддержания постоянной температуры теплоносителя на входе реактора, использования свойств саморегулирования реактора в переходных режимах работы, снижения количества включений исполнительных механизмов регулирующих органов, увеличения их ресурса, повышения маневренности установки.

Уровень техники

Из существующего уровня техники известны:

Способ управления ядерным реактором путем поддержания заданной температуры теплоносителя за счет изменения мощности установки регулирующими органами изменения реактивности, а также изменением циркуляции теплоносителя реактора. [Плютинский В.И., Погорелов В.И. Автоматическое управление и защита теплоэнергетических установок АЭС.- М.: Энергоатомиздат, 1983. Стр. 174, рис. 9.12].

Недостатком данного способа является отсутствие регулирования средней температуры реактора или температуры теплоносителя на входе реактора, что приводит к увеличению количества включений исполнительных механизмов регулирующих органов, сокращению их ресурса. Кроме того, неисправности элементов контроля температуры и расхода питательной воды, которые не должны влиять непосредственно на количество вырабатываемой энергии, влекут за собой изменение мощности ядерной энергетической установки.

Наиболее близким по технической сущности способом, у которого отсутствуют недостатки аналога, является способ управления ядерной энергетической установкой путем поддержания заданной температуры теплоносителя на выходе реактора изменением мощности установки регулирующими органами изменения реактивности, а также изменением циркуляции теплоносителя реактора [Г.П. Юркевич. Принципы управления реакторами с регулируемой циркуляцией теплоносителя. // Атомная энергия. 2002. Т. 93. Вып. 3. Рисунок стр. 192, текст стр. 194-196].

Известный способ имеет следующие недостатки. Ошибки расчета зависимости температуры пара от температуры теплоносителя, скорости циркуляции теплоносителя реактора и т.п.снижают эксплуатационное качество пара, кпд установки. Поддержание постоянной температуры теплоносителя на входе реактора предпочтительно для реакторов с жидкометаллическим теплоносителем. Отсутствие поддержания средней температуры теплоносителя водо-водяного реактора ведет к снижению использования свойства саморегулирования реактора в переходных режимах работы, увеличению количества включений исполнительных механизмов регулирующих органов, сокращению их ресурса, снижает возможности повышения маневренности установки.

Раскрытие изобретения

Сущность изобретения заключается в возможности управления ядерным реактором посредством поддержания заданной температуры теплоносителя на выходе реактора изменением выработки мощности ядерного реактора путем управления автоматическим регулятором органов изменения реактивности, измерения параметров теплоносителя первого контура.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение тактико-технических характеристик реактора, увеличение ресурса и кпд турбины и всей энергетической установки, использование свойства саморегулирования реактора в переходных процессах, маневрах мощности, уменьшение суммарного перемещения регулирующих органов в процессе эксплуатации, что увеличивает их ресурс, а также позволяет повысить маневренность реактора на энергетических уровнях мощности, снизить термические напряжения в его конструкциях.

Технический результат достигается путем использования двух автономных автоматических регуляторов.

Один автоматический регулятор поддерживает температуру теплоносителя на выходе реактора путем изменения выработки мощности. Это позволяет регулировать температуру пара в оптимальном диапазоне, повышая кпд энергетической установки.

Второй автоматический регулятор поддерживает среднюю температуру теплоносителя путем изменения отбора мощности теплоносителем реактора. При этом поддерживается температурный и реактивностный режим работы реактора в заданных оптимальных пределах.

Задачей изобретения является: устранение недостатков известных способов управления ядерным реактором, в частности, ошибок расчета зависимости температуры пара от температуры теплоносителя, скорости циркуляции теплоносителя реактора и оптимизация эксплуатационных качеств пара.

Краткое описание и устройство

В предложенном техническом решении действуют два автономных автоматических регулятора.

Реализация предлагаемого способа представлена на Фигуре 1 с пояснениями в описании, где использованы следующие обозначения:

1 - устройство включения блокировки; 2 - блок управления автоматическим регулятором мощности реактора; 3 - исполнительный механизм автоматического регулятора; 4 - ядерный реактор; 5 - парогенератор; 6 - блок управления циркуляционным насосом теплоносителя реактора; 7 - задатчик режима работы ядерного реактора; 8 - блок управления корректором задатчика скорости циркуляционного насоса; 9 - корректор задания скорости циркуляционного насоса; 10 - задатчик скорости циркуляционного насоса; 11 - алгебраический сумматор; 12 - измеритель скорости циркуляционного насоса; - сигнал уставки температуры теплоносителя на выходе реактора; - сигнал температуры теплоносителя на выходе реактора; - сигнал отклонения температуры теплоносителя на выходе реактора от своей уставки; - сигнал температуры теплоносителя на входе реактора; - сигнал уставки средней температуры теплоносителя; - сигнал вычисленной средней температуры теплоносителя; - сигнал отклонения средней температуры теплоносителя от своей уставки.

Принцип работы

Задатчик режима работы 7 в соответствии с заданной мощностью ядерного реактора устанавливает в задатчике 10 заданную скорость циркуляции теплоносителя. Разность между измеренной блоком 12 и заданной скоростью циркуляции теплоносителя с алгебраического сумматора 11 поступает в блок управления 6, который, управляя насосом, устанавливает циркуляцию теплоносителя равной заданному значению.

В соответствии с заданной мощностью реактора задатчик режима 7 устанавливает величину уставки температуры теплоносителя на выходе реактора. Разность Δt⁰ между измеренной температурой теплоносителя на выходе реактора, а следовательно, на входе парогенератора, и своей уставкой поступает на вход блока 2 управления автоматическим регулятором мощности реактора, который будет управлять своим исполнительным механизмом 3 до момента, когда измеренная температура станет равной своей уставке с заданной погрешностью.

Одновременно сигналы и температуры теплоносителя на входе реактора формируют вычисленный сигнал средней температуры теплоносителя. Если сигнал будет отличаться от своей уставки то сигнал их разности через блок управления 8 поступит в корректор 9 задания скорости циркуляционного насоса, который будет изменять сигнал задатчика 10, а тем самым ее фактическую величину циркуляции теплоносителя до установления средней температуры теплоносителя равной ее уставке.

В процессе коррекции сигнала задатчика 10 отклонение температуры теплоносителя на выходе реактора может выйти за рамки допустимого значения. Это может привести к включению блока управления 2. В этом случае по сигналу устройства 1 включения блокировки через блок управления 8 корректором задатчика скорости циркуляционного насоса корректор 9 задатчика скорости циркуляции теплоносителя отключается. Включение корректора 9 произойдет только тогда, когда сигнал управления блоком 2 станет меньше его зоны нечувствительности. Такая блокировка одного из регуляторов исключает возможности возникновения автоколебаний при одновременной работе двух автоматических регуляторов, влияющих на изменение взаимозависимых параметров.

Изобретение относится к средству управления ядерным реактором с принудительной циркуляцией теплоносителя стационарных и транспортных ядерных реакторных установок. В изобретении используются два автономных автоматических регулятора. Один автоматический регулятор поддерживает температуру теплоносителя на выходе реактора путем изменения выработки мощности. Второй автоматический регулятор поддерживает среднюю температуру теплоносителя путем изменения отбора мощности теплоносителем реактора. Возможен режим управления работой ядерного реактора, при котором отключают второй регулятор в момент включения в работу первого регулятора, который поддерживает температуру теплоносителя на выходе реактора, а включают второй регулятор в момент окончания действия первого регулятора, поддерживающего температуру теплоносителя на выходе реактора. Техническим результатом является возможность безопасно экстренно снизить мощность ядерного реактора, повысить тактико-технические характеристики реактора, увеличить ресурс и кпд турбины и всей энергетической установки, а также уменьшение суммарного перемещения регулирующих органов в процессе эксплуатации, что увеличит их ресурс, повышение маневренности реактора на энергетических уровнях мощности, снижение термических напряжений в его конструкциях. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ управления ядерным реактором, состоящий в поддержании заданной температуры теплоносителя на выходе реактора изменением выработки мощности ядерного реактора путем управления автоматическим регулятором органами изменения реактивности, отличающийся тем, что дополнительно вводят второй автоматический регулятор, отбирающий мощность, и уставку средней температуры теплоносителя первого контура, формируют сигнал отклонения от этой уставки вычисленной средней температуры теплоносителя и по полученному сигналу управляют вторым автоматическим регулятором, который изменением циркуляции теплоносителя изменяет отбор мощности с реактора, осуществляя тем самым поддержание средней температуры теплоносителя.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно проводят включение и отключение второго регулятора, поддерживающего среднюю температуру теплоносителя, при этом отключают второй регулятор в момент включения в работу первого регулятора, который поддерживает температуру теплоносителя на выходе реактора, а включают второй регулятор в момент окончания действия первого регулятора, поддерживающего температуру теплоносителя на выходе реактора.