Способ жидкостного управления ядерным реактором Советский патент 1986 года по МПК G21C7/22 

;о ел

09

Изобретение относится к атомной энергетике и предназначено для управления ядерным реактором путем изменения количества управлякщей (поглощающей, замедляющей и t.n.) жидкости в каналах ядерного реактора.

Для воздействия на мощность и энергораспределение ядерного реактора в его активную зоцу вводят управлякядее, вещество в твердом или жидком виде. В последнее время все щире используется; упр.авление реактором с помощью жидкос-ти; так как оно обеспечивает мягкое воздействие на поле энерговьщеления реактора,,уменьшает искажение высотного поля, увеличи- . вает оперативньш запас реактивности.

Известен способ жидкостного управления ядерным реактором с помощью изменения плотности газожидкостной смеси в канале. По этому способу через активную зону реактора, заполненнзпо жидкостью, прокачивают (барботируют) газ, который подводят снизу. Меняя расход газа, меняют плотность образуклцейся в активной зоне газожидкостной смеси и, следовательно, реактивность зоны.

Недостатком данного способа является узкий диапазон регулирования плотности газожидкостной смеси. При таком способе образования газожидкрстной смеси не представляется возможным значительно уменьщить ее плот ность, поскольку при больших расходах течение газа становится нестабильным и суммарная плотность двухфазной смеси в канале колеблется при постоянном расходе, что недопустимо по условиям ядерной безопасности.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ жидкостного управления ядерным реактором, заключающийся во введении в канал регулирования поглощающей жидкости и нейтрального газа, зада НИИ гидравлического сопротивления сливной магистрали канала и регулировании поглощающей жидкости в нем при измененииее расхода.

Этот способ применяется в комбинированных стержнежидкостных системах. По этому способу поглощающую жидкость и нейтральный (в смысле воздействия на реактивность) газ подают в канал регулирования сверху.

Недостатком этого способа является ограниченность диапазона регулирования расхода, отсюда большая крутизна регулировочной характеристики и, следовательно недостаточная точность способа. С одной стороны, он ограничен минимально допустимым, для

-охлаждения канала расходом, поскольку поглощающая жидкость является также и охлаждающей. С другой стороны, он ограничен максимально допустимым расходом, при котором еще не

образуется опускное: течение двухфазной газожидкостной смеси, плотность которой составляет 60-70% от плотности воды и, хотя это и позволяет осуществить более мягкое воздействие на реактивность, но при образовании двухфазной смеси уменьшается на 30-40% максимальная величина отрицательной реактивности, которую можно ввести в данном кана-

Q ле по этому способу

, Целью изобретения является повышение точности управления за счет расширения диапазона изменения расхода.

5 Поставленная цель достигается

тем, что в способ жидкостного управления ядерным реактором, заключаницемся во введении в канал регулирования поглощающей жидкости и нейтрального газа, задании гидравлического сопротивления сливной магистрали канала и регулирования поглощагацей жидкости в нем при изменении ее расхода, уменьшают гидравлическое сопротивление сливной магистрали до появления устойчивого расхода газа через канал и образования опускного течения газожидкостной смеси с ее верхним уровнем на нижней границе активной зоны, при регулировании количества поглощающей жидкости в канале по достижении верхним уровнем газожидкостной смеси места подачи газа в канал увеличивают (уменьшают) плотность смеси, уменьшая (увеличивая) расход подводимого газа.

Гидравлическое сопротивление сливной магистрали канала (коэффициент дросселирования) выбирают из условия образования устойчивого опускного течения двухфазной смеси при нахолщении уровня на нижней границе активной зоны, что позволяет обеспечивать такое течение во всем диапазоне регулирования высотой столба

5 смеси. Плотность двухфазной смеси составляет 60-70% от плотности воды. Это позволяет осуществлять более мягкое воздействие на реактивность.

Чтобы снижение: плотности в результате образования двухфазной смеси не приводило к уменьшению максимального количества жидкого поглотителя, которое можно ввести в канал, дальнейшее ув-еличение количества жидкого поглотителя при достижении уровнем верхней границы активной зоны производят регулированием плотности двухфазной смеси. Для регулирования плотности используют зависимость между расходом газа, поступающего в канал, и высотой столба жидкости при нахождении уровня ,в районе подачи газа в канал.

На фиг.1 схематично изображено устройство стержножидкостного регу- лирования, при помощи которого можно осзпцествить предлагаемый способ управления; на фиг.2 - регулировочные характеристики известного и предлагаемого способов.

Способ жидкостного управления ядерным реактором осуществляют следующим образом Поглощающую жидкость подают в канал регулирование 1 сверху, она обтекает стержень 2 с пленке образователем 3 на конце и далее течет в виде тонкого слоя-пленки 4, Газ подают по газовому тракту 5,представляющему вертикальный цилиндр с узлом прокола 6 пленки жидкости на конце. Коэффициент дросселирования слива устанавливают с помощью сливного дросселя 7, причем устанавливают уровень столба по поглощающей жидкости 8 на нижней границе активной зоны при расходе, не меньшем начала устойчивого опускного течения двух- фазной смеси, которая образуется в результате эжекционного захвата пузырьков газа стекающей пленкой жидкости. Для итого устанавливают расход жидкости так, чтобы скорость опускного течения жидкости была больше скорости всплытия пузьфьков газа.

Увеличивая расход подводимой жидкости, меняют высоту столба двухфазной смеси от нижней границы 9 активной зоны (заштрихована на чертеже) до полного заполнения канала на верхней границе 10 активной зоны.

Когда уровень в процессе регулирования достигнет верхней границы активной зоны (где расположен узел прокола 6), дальнейшим увеличением расхода жидкости вводят канал регулирования в состояние динамического разновесия и регулируют плотность изменения расхода жидкости, причем в качестве обратной связи используется релейная зависимость между высотой столба двухфазной смеси и расходом

подводимого газа: ниже узла прокола расход газа имеет некоторое максимальное значение вследствие естественной зжекции, а вьш1е узла прокола при нахождении уровня жидкости в газовом тракте эжекция отсутствует. Увеличением расхода жидкости увеличивают плотность смеси и при некотором расходе жидкости плотность достигнет 1, т.е. в канале регулирования будет сплошной столб жидкости и внесенная отрицательная реактивность будет максимальна.

Изменение плотности при изменении расхода жидкости объясняется следующим. При нахождении столба двухфазной смеси с плотностью 60-70% на уровне нижнего конца газовой магистрали на уровне верхней границы 10 активной зоны продолжают увеличивать

расход жидкости, поднимают столб жидкости и перекрывают газовую магистраль. Приток газа в канал регулирования прекращается, а отток газа из канала регулирования через сливное отверстие остается практически прежним, вследствие чего количество газа в канале регулирования уменьшается и, следовательно, плотность смеси увеличивается.

Количество жидкости в канале регулирования однозначно связано с расходом жидкости (зта взаимосвязь определяется сопротивлением сливной магистрали канала регулирования), следовательно, при увелич1ении плот, ности смеси уровень жидкости в канале уменьшится.

Но, как только уровень опустится ниже нижней границы газовой магистрали, пленка жидкости опять начнет захватывать пузырьки газа, и плотность двухфазной смеси будет уменьшаться, стремясь достигнуть величины 60-70% и, следовательно, уровень жидкости начнет подниматься в соответствии с уменьшением плотности, однако как только он достигнет нижнего конца газовой магистрали, плотность смеси начнет увеличиватыя в силу указанных причин.

в результате уровень смеси будет находиться на уровне нижнего конца газовой магистрали, система будет находиться в состоянии динамического

равновесия, поддерживать в котором ее будет обратная связь между высотой столба и расходом подводимого газа, и плотность смеси будет определяться величиной расхода жидкости.

На фиг.2 показана регулировочная характеристика а известного способа, а также характеристика предлагаемого способа: характеристика б зависимости высоты стол0а hp двухфазной смеси от величины расхода Q , весовая характеристика в, т.е. зависимость количества жидкости в активной зоне, характеристика в, т.е. зависимость количества зоны поглотителя от расхода Q , весовая характет ристика канала г , характеризующая количество жидкости в канале в зависимости от расхода, и зависимость д плотности о двухфазной смеси от расхода Q .

При этом у обозначения расхода приняты индексы: о - охлаждения, нд - начало двухфазной смеси, нрд начало развитой двухфазной смеси, нрп - начало регулирования плотности, кд - конец двухфазной смеси, высота столба h имеет индексы: ел слива, о - начала активной зоны, аз конец активной зоны, р - регулирования.

Увеличение диапазона регулирования обусловлено двумя обстоятельствами. Во-первых, регулирование плотности двухфазной смеси влечет за собой увеличение общего диапазона регулирования расхода на 40-50%. Во.вторых, при переходе на работу с двухфазной смесью уменьшается крутизна регулировочной характеристики, что приводит к дополнительному расширению диапазона регулирования.

Можно показать, что за счет-регуj лирования плотности диапазон регулирбвания увеличивается на величину

4-р uQn -r-QCOJI за счет уменьшения

крутизны регулировочной характеристики на величину

акЧЗнрэ-аоНд

Как показывают расчеты, при одинаковом требуемом изменении диапазон известного способа (QoQu,} 0,4тО,6 м/ч для одного из реакторов, а диапазон предлагаемого спосо Н|)(Э ,0 м/ч для того же

реактора. В первом случае возможная погрешность установки уровня 40 см, во втором 10 см при одной и той же погрешности измерения расхода.

Таким образом, предлагаемый спо-

соб выгодно отличается от известного существенным расширением диапазона регулирования, что влечет за собой увеличение точности управления.

К преимуществам изобретения следует отнести также и возможность более тонкого воздействия на высотное поле эНерговьоделения, чем при известном способе, так как газожидкостная смесь является более мягким поглотителем,

чем столб жидкости. Кроме того, на участке регулирования плотности двухфазной смеси регулирование производится без искажения высотного поля энерговыделения.

Ло Q/f инрд

а

нрп. икд

Фиг,2

СПОСОБ ЖИДКОСТНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЯДЕРНЫМ РЕАКТОРОМ, заключающийся в введении в канал регулирования поглов ающей жидкости и нейтрального газа, задании гидравлического сопротивления сливной магистрали канала и регулировании поглощающей жидкости в нем при изменении ее расхода, о тл и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повьшения точности управления за счет расширения диапазона измене- НИН расхода, уменьшают гидравлическое сопротивление сливной мaгиcтIiaли до появления устойчивого расхода газа через канал и образования опускного течения газожидкостной смеси с ее верхним уровнем на нижней границе активной зоны при регулировании количества поглощающей жидкости в канале, по достижении верхним уровнем газожидкостной смеси места подачи газа в канал увеличивают (уменьшают) плотность смеси, уменьшая (увеличивая) расход подводимого газа.