Система управления плотностью нейтронного потока ядерного реактора Советский патент 1985 года по МПК G21C7/22 G21C7/36 

Изобретение относится к ядерной технике и предназначено для управления плотностью нейтронного потока ядерного реактора в широком диапазоне, преимущественно в петлевых каналах для изменения мощности экспериментальных тепловыделяющих сборок (ТВС) .

Известна система управления плотностью нейтронного потока ядерного реактора, основанная на использовании газообразного поглотителя нейтронов, в которой плотность газа-поглотителя в регулирующем органе изменяется с помощью сильфонного вытеснителя, сжимающего или разжимающего газ в системе ГО.

Однако диапазон управления плот- . ностью нейтронного потока в данной системе ограничен рабочим объемом сильфонного вытеснителя (разностью . объемов сильфона в расжатом и сжатом состоянии). Причем, чем больше максимально возможное давление газа-поглотителя в системе и чем больше объем газового регулирующего органа системы, тем труднее изготовить сильфон, удовлетворяющий требованиям к величине диапазона управления.

В таких условиях для системы нужен сильфон большого диаметра и с большим рабочим ходом, вьщерживающий зна:чительное давление газа-поглотителя. Изготовление подобных сильфонов в силу противоречивости приведенных вьше требований затруднено и часто невозможно.

Таким образом, недостатками описанной системы является ограниченность диапазона управления и громоздкость оборудования.

i

Наиболее близкой к изобретению

по технической сущности является система управления плотностью нейтронного потока ядерного реактора, содержащая газовый регулирующий орган, ресивер с высоким и ресивер с низким давлением газа-поглотителя нейтронов, между 9соторыми включен насос-компрессор, коммуникационную линию с дросселем, через которую газовый регулирующий орган связан с ресиверами, электроклапаны, включенные между ресиверами низкого и высокого давления и коммуникационной линией, блок управления электроклапанами, на который поступают входные сигналы, пропорциональные плотности нейтронного потока t2j.

Цель изобретения - повышение точности и надежности системы.

Поставленная цель достигается тем, что в системе управления плотностью нейтронного потока ядерного реактора, содержащей газовый регулирующий орган, ресивер с высоким и ресивер с низким давлением газа-поглотителя нейтронов, между которыми включен насос-компрессор, коммуникационную линию с дросселем, через которую газовьй регулирующий .орган связан с ресиверами, электроклапаны, включенные между ресиверами низкого и высокого давления и коммуникационной линией, блок управления электроклапанами, на который поступают входные сигналы пропорциональные плотности нейтронного потока, в коммуникационную линию параллельно включены по меньшей мере два дросселя с различными газодинамическими сопротивлениями и по меньшей мере электроклапана,, вход блока управления электроклапанами коммуникационной линии соединен с выходом электронного блока преобразования входного Сигнала, ,пропорционального плотности нейтронJHoro потока в циклический код, соединение комбинации которого отличаются на единицу в одном разряде.

Кроме того, в системе управления плотностью нейтронного потока ядерного реактора электронный блок содержит двоичный реверсивный счетчик, выход которого соединен с блоком преобразования двоичного кода в циклический код, соседние комбинации которого отличаются на единицу в одном разряде, и генератор прямоугольных импульсов, выход которого соединен с первым входом первой и второй схемы И-НЕ, вторые входы которых соединены с выходами формирователя сигналов по скорости изменения нейтронного потока.

На чертеже представлена система управления плотностью нейтронного потока.

Система управления плотностью нейтронного потока показана в режиме автоматического управления плотностью нейтронного потока в петлевом канале ядерного реактора и служит для управления мощностью, находящейся в петлеBOM канале экспериментальной тепловьщеляющей сборки ТВС,

Петлевой канал 1 содержит спираль из трубки, наполняемой газом-поглотителем нейтронов, которая является газовым регулирующим органом системы Этот регулирующий орган, окружающий экспериментальную ТВС 3, содержит циркуляционный насос 4 и устройство очистки 5 газа-поглотителя гелия от продукта выгорания трития. Электроклапаны 6-8 служат для подключения дросселей 9 - 11, которые ограничивают скорость течения газа к коммуникационной линии 12.

Электроклапаны 13 и 14 подключают регулирующий орган через коммуникационную линию с дросселями к ресиверу 15 с высоким давлением (1 МПа) и к ресиверу 16с низким да:влением () соответственно. Разность, давлений между ресиверами поддерживается насосом-компрессором 17.

Датчик плотности нейтронного потока 18 подает, сигнал на элементы сравнения 19 и 20. Элемент сравнения 19 формирует на выходе сигнал ошибки рассогласования по скорости изменения плотности нейтронного потока. Это ошибка между текущим значением плотности и значением 4(t), которое должно быть в этот момент по закону управления, но она позволяет определить управляющие воздействия на скорость.

Элемент сравнения 20 формирует сигнал ощибки по величине плотности нейтронного потока, разности между текущим значением плотности и ее заданным конечным значением t . В заО

висимости от первой ошибки формирователь 21 вырабатывает сигнал управления скоростью изменения плотности нейтронного потока - скоростью течения газа-поглотителя в коммуникаодонной линии, а в зависимости от второй ошибки формирователь 22 вырабатывает сигнал управления величиной плотности нейтронного потока - включением и направлением течения газа-поглотителя. Формирователи представляют собой пороговые элементы, которые дискретизируют входные сигналы - ошибки рассогласования по уровню.

В ручном режиме работы системы сигналы управления подаются с пульта т.е. включаются с помощью тумблеров.

Логический сигнал управления скоростью изменения плотности нейтронного потока (больше, без изменений, меньше) поступает на вход электронного блока 23, который изменяет газодинамическую проводимость коммуникационной линии путем смены комбинации, включенных в линию дросселей.

На входе электронного блока стоят два элемента И-НЕ 24 и 25, которые прерывают управляющие сигналы (элемент 25 прерывает сигнал на увеличение, элемент 24 - сигнал на уменшение скорости) с частотой, определямой генератором 26 прямоугольных импульсов.

Такая частотная модуляция управляющих сигналов необходима вследствие того, что в качестве основной функ- циональной схемы электронного блока выбран двоичный реверсивньй счетчик 27, который управляется импульсами.

Выходной сигнал счетчика поступает на блок 28 преобр.азования двоичного кода в циклический код. В свою очередь выходной сигнал с блока 28 поступает на блок 29 управления электроклапанами 6 - 8.

На блок 30 управления электроклапанами 13 и 14 поступает логический сигнал управления величиной плотности нейтронного потока. Кпоки 29 и 30 управления электроклапанами состоят из электронных ключей, подающих питание на обмотки электроклапанов при наличии входного разрешающего сигнала.

Система управления плотностью нейтронного потока работает следующим образом.

Требуемый закон изменения плотности нейтронного потока во времени задается установками Ч - пределом изменения плотности нейтронного потока и W - текущим значением плотности нейтронного потока в каждый момент времени в пределах изменения плотности в одном направлении до значения ifp В элементах сравнения 19 и 20 происходит вычитание реального значения плотности нейтронного потока с установками (t), Ч и формируются ошибки рассогласования. Ошибка на выходе элемента сравнения 19 позволяет управлять скоростью изменения плотности нейтронного потока (а непосредственно - скоростью течения газа-поглотителя по коммуникационной линии систе мы) . Ошибка на выходе элемента сравнения 20 - величиной плотности (а не посредственно - включением и направлением течения газа-поглотителя). Для выра&отки управляющих сигналов по скорости и уровню служат формиров тели 21 и 22, которые сравнивают вел чину соответствующей ошибки с порого вым значением и формируют логические сигналы управления: больше, без При необходимости вывести плотность нейтронного потока на уровень по линейному закону. L{(t)V-1, где V - постоянная скорость. После включения установок (t) и ч элементы сравнения 19,20 на выходе дадут сигналы ошибок. Формирователь 2 определит величину и знак ошибки , по скорости и сформирует логически сигнал управления скоростью. В рассматриваемом случае он сформирует на выходе сигнал увеличения скорости так как в начальный момент все клапаны системы закрыты и скорость изме нения плотности нейтронного потока, и скорость течения газа-поглотителя в системе равна нулю. Этот сигнал увеличения скорости поступает в элект ронный блок, где прерывается с часто той генератора 26 элементом И-НЕ 25 и попадает на вход + реверсивного счетчика 27. Счетчик по первому импульсу входа + перебросится из положения О..,00 в. положение 0...01. Блок 28 преобразования двоичного кода по этому положению счетчика подает сигнал в блок 29 управления на открытие электроклапана 6, который подключит к линии дроссель 9 с наименьшей проводимостью. Формирователь 22 определит величину и знак ошибки по уровню и сформирует сигнал управления включением и направлением течения газа-поглотителя в коммуникационной линии системы. В данном случае он подаст на блок 30 сигнал включения электроклапана 14, который соединит,..газовый регулирующий орган с ресивером низкого давления 16. Газ-поглотитель со скоростью, опреде ляемой дросселем 9, начнет перетекать из газового регулирующего органа в ресивер 16, соответственно будут уменьшаться его плотность и давление в регулирующем органе, а значит увеличиваться плотность нейтронного потока в петлевом канале 1. Если .скорость увеличения плотности нейтронного потока в канале окажется меньше заданной, то значение ошибки с элемента сравнения 19 не уменьшится, выходной управляющий сигнал формирователя 21 останется прежним, и со следующим импульсом генератора 26 счетчик 27 перебросится в очередное положение 0...10. Блок 28 преобразования двоичного кода этому положению поставит s соответствие следующую комбина/цию 0...11 и подключит к коммуникационной .линии посредством электроклапана 7 дроссель 10. Отношение проводимостей дросселей может варьироваться, но при отношении 1:1:2:4... достаточно четырепять дросселей для изменения сопротивления линии в 27-81 раз. В то же время величина скачка сопротивления линии при каждом подключении не слишком высока. Теперь в линию будут включены два дросселя 9 и 10 параллельно, скорость изменения плотности возрастет втрое. Если и этого окажется недостаточно, то аналогично к 9 и 10 дросселям будут подключаться поочередно остальные. Г Допустим, после подключения 10 дросселя скорость изменения плотности нейтронного потока превысила заданную и ошибка поменяла знак и вышла -за пороговое значение. Тогда формирователь 21 подаст управляющий сигнал меньше, который придет на другой вход (вход -) реверсивного счетчика 27, и счетчик во время следующего импульса генератора 26 перебросится в предьздущее состояние. Блок преобразования двоичного кода в соответствии с этим подаст сигнал на блок управления, и она отключит электроклапан 7, который, в свою очередь, отсечет от линии дроссель 10. Скорость изменения плотности нейтронного потока уменьшится. -Этот процесс регулировки газодинамического сопротивления линии путем смены комбинаций включенных в нее дросселей будет продолжаться до тех пор, пока величина плотности нейтронного потока не достигнет заданного уровня и формирователь 22 через

блок 30 выключит электроклапан 14, тем самым прекратит течение газа из регулирующего органа и изменение плотности нейтронного потока.

В сторону уменьшения плотности система работает аналогично, но вместо электроклапана 14 срабатьтает электроклапан 13.

При отслеживании системой малых скоростей,, которые меньше, чем обеспечивает дроссель 9 с наименьшей проводимостью, этот дроссель будет работать в режиме периодического включения-выключения. Увеличивая отношение времени выключения к времени включения дросселя можно достичь любой скол угодно малой величины средней скорости изменения плотности нейтронного потока.

Основными достоинствами предлагаемой системы по отношению к прототипу является повьппение точности и надежности. Повышение точности достигается за счет введения регулировки скорости течения газа по ко1 уникащ1онной линии. Поскольку нет промьшшенного устройства, удовлетворяющего требованиям высокой герметичности, надежное- ти и прочности (при давлениях более 1 МПа), которое осуществляло бы непрерывное регулирование сопротивления подключенной к нему газовой линии с приемлемой точностью, в системе осуществлена дискретная регулировка сопротивления путем подключения к линии комбинации из дросселей с различными проходными сечениями.

Таким образом, если в прототипе осуществляется только грубое релейное регулирование по закону включено с максимальной скоростью - выключено, то в предлагаемой системе скорость течения газа по линии всегда близка

к требуемой за счет возможности менять сопротивление линии в широком диапазоне.

Надежность в предлагаемой системе повьшена за счет разделения функций электроклапанов, регулирующих скорость и электроклапанов, регулирующих величину плотности нейтронного потока, и за счет минимизации как общего числа срабатываний электроклапанов так и числа срабатьюания. каждого клапана в отдельности.

Сокращение числа срабатываний получено благодаря регулировке скорости течения газа по коммуникадаонной линии, вследствие, чего увеличилось время нахождения ошибки по скорости в зоне нечувствительности формирователя 21. Если в прототипе за- данная средняя скорость достигалась путем поочередного включения линии на максимальную скорость и полного выключения, то в предлагаемой системе она достигается путем включения скоростей, близких к заданной, отличающихся между собой в 2-3 раза. Кроме того, сокращение числа срабатываний электроклапанов .обеспечивает блок преобраз.ования двоичного кода, который дает на выходе код, каждая последующая комбинащя которого отличается от предьдущей только на единицу в одном разряде. Следовательно, разовое изменение скорости достигается путем включения (или выключения) только одного электроклапана. Таким образом, число срабатываний электроклапанов в предлагаемой системе в несколько раз меньше, чем в прототипе, что намного увеличивает срок из службы и надежность .системы.

1. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПЛОТНОСТЬЮ НЕЙТРОННОГО ПОТОКА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА, содержащая газовый регулирующий орган, ресивер с высоким и ре сивер с низким давлением газа-поглотителя нейтронов, между которыми включен насос-компрессор, коммуникационную линию с дросселем, через которую газовый регулирующий орган связан с ресиверами, злектроклапаны, включенные между ресиверами низкого и высокого давления и коммуникационной линией, блок управления электроклапанами, на который поступают входные сигналы, пропорциональные плотности нейтронного потока, о т л ичающаяся тем, что, с целью повышения точности и надежности системы, в коммуникационную линию параллельно включены по меньшей мере два дросселя с различными газодинамическими сопротивлениями и по меньшей мере два электроклапана, вход блока управления электроклапанами коммуникационной линии соединен с выходом электронного блока преобразования входного сигнала, пропорционального плотности нейтронного потока в циклический код, соседние комбинации которого отличаются на единицу в одном § разряде. 2. Система по п. 1, отлича ю- // щ а я с я тем, что электронный блок содержит двоичный реверсивный счетчик, выход которого соединен с блоком S преобразования двоичного кода в цикI лический код, соседние комбинации которого отличаются на единицу в ода ном разряде, генератор прямоугольных импульсов, выход которого соединен СП с первыми входами первой и второй схем И-НЕ, вторые входы которых соединены с выходами формирователя сигналов по скорости изменения нейтронного потока.