Устройство для управления ядернымРЕАКТОРОМ Советский патент 1981 года по МПК G21C7/22 

/:. Л

Изобретение относится к области ядерной энергетики и преимуществен но предназначено для управления формой аксиального энергораспределення на ядерных реакторах типа ВВЭР, РВМК и для подавления азимутальных возмущений на реакторе РБМК.

Известно устройство для управления реактором,представляющее собой замкнутый Канал с жидким поглотителем, занимающим 5-10% его объема| остальная часть канала заполнена газообразной фазой поглотителя l. Нижняя часть каналй омывается теплоносителем, таким образом, изменение мощности реактора сказьшается на температуре жидкого поглотителя и на давление его газообразной фазы. Этим достигается эффект авторегулиров.ания.

Недостатки устройства заключаются в инерционности, которая обусловлена большой теплоемкостью нагреваемой среды. Существенным недостатком является то, что эффективная работа устройства возможна лищь на одном заданном уровне. Последнего недостатка лишены системь газового управления непрямого действия.

Известно устройство для управления ядерным реактором, управляющий объем которого непосредственно через напорный коллектор связан с баком подогревателя . Однако известные жидкие поглотители нейтронов особенно в паровой фазе) вызывают сильную коррозию коммуникаций, что снижает ядерную безопасность.Это устройство инерционно и неэкономично из-за большой теплоемкости Иагреваемой среды и неэффективного использования нагревателяi работающего в непрерьшном режиме.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для управления ядерным реактором, содер371

жащее секционированный замкнутый объем с газом - поглотятелем нейтронов и по меньшей мере один нагреватель газа .

В прототипе замкнутый объем разделен на две секции сильфоном. Одна секция находится в нейтронном потоке и наполнена слабопоглощающим нейтроны газом СО , а другая находится вне его в выходном потоке теплоносителя, которьй служит нагревателем газа. Эта секция содержит .сильнопоглощающий нейтроны газ BF. Сильфон изменяет количество газа-поглотителя в .активной зоне. .

Устройство работает следующим образом.

Увеличение мощности ядерного реактора выше заданного уровня приводит к повышению температуры теплоносителя, который нагревает газ-поглотитель нейтронов. Газ расширяется и, воздействуя на сильфон, попадает в акт.ивную зону, вытесняя СОз. . Это Приводит к увеличению поглощающей способности части.объема, находящейся в активной зоне, и снижению мощное ти. Обратные прой(ессы протекают при уменьшении мощности ниже заданного уровня. Таким образом, устройство стабилизирует мощность на заданном уровне, но не способно его изменить.

Устройство непрямого )чействйя, свободное от этого недостатка, содержит автономный нагреватель газа. Такое устройство требует Непрерывной работы нагревателя, поэтому неэкономично. Особенно большоезначение этб имеет для устройства, споср&ного управлять аксиальным распределением энерго выделения в активной зоне. Оно содержит несколько нагревателей и нуждается в интенсивном охлаждении. Чем мощнее нагреватель и интенсивнее охлаждение, тем шире динамический диапазон устройства и больше быстродействие. Но увелннениемопщости нагревателя в устройстве ограничено условиям охлаждения, так как, если тепловой баланс устройства будет нарушен, то будет разогреваться корпус устройства что приведет к снижению динамических характеристик. То есть эти характеристики в Г7рототипе ограничены условиями охлаждения. Улучшение охлаждения этого устройства связано не только с техническими трудностями, но и экономически не выгодно из-за уве1 . 4

личения потерь энергии нагревателя

в охлаждающую среду.

Целью изобретения является улучшение динамических харатеристик и повышение экономичности за счет использования в импульсном режиме нагревателя аза-поглотителя нейтронов, что позволяет увеличить мощность нагревателя без увеличения интенсивности охлаждения.

Указанная цель достигается тем, что на газопитательных трубках секций установлены быстродействующие отсечные клапаны, управляемые синхроно с нагревателем соответствующей сеции блоком синхронизации.

Усх-ройство, таким образом, представляет собой секционированный замкнутьТй объем с газом-поглотителем нейтронов, содержащий, хотя бы один нагреватель.газа, на газопитательных линиях секций которого установлены быстродействующие отсечные клапаны, например, электрические, связанные с нагревателем по управлению через блок синхронизации.

Сигнал управления на открытие электроклапанов подается с небольшой (доли секунды) задержкой после включения нагревателя. Мощный, высокотемпературный нагреватель за это время разогревает газ, находящийся в секции, и создает в ней большое избыточное давление. Когда открывается клапан, -поглащающйй нейтроны газ под действием разности давлений начинает переходить из той секции, где включен нагреватель,в другие. Поглощающая способность этой секции уменьшается до тех пор, пока не достигнет требуемой величины.

Затем нагреватель отключается, и одновременно закрывается клапан, отсекая газ, находящийся в секции, от остального объема. Количество газа-поглотителя в секции теперь будет оставаться постоянным, сохраняя требуемую величину поглощающей способности секции до следующих манипуляций. Поскольку мощный нагреватель включается на короткое время, он не успевает разогреть теплоемкий корпус устройства, охлаждаемый извне теплоносителем, поэтому газ в секции быстро остьшает и давление его уменьшается. Если теперь требуется увеличить поглощающую способность секции, то необходимо открыть клапан, тогда под действием разности давлений секция начнет заполняться газом до первоначального уровня. Чтобы установить поглоща щую способность на другом уровне, необходимо снова закрыть клапан. Поглощающая способность секции, определяется количеством в ней газа-поглотителя нейтронов и управляется в устройстве согласованной работой нагревателя и отсечного кла пана. Причем нагреватель включается только на короткий срок (секунды для поддержания избыточного давлени в секции путем разогрева газа. Это позволяет увеличивать его мощность без изменения условий охлаждения дл улучшения динамических характеристи устройства и позволяет сэкономить значительное количество знергии, что особенно важно, например, в сие темах подавления азимутальной гармоники на РБМК, системах управления формой энёрговыделбния, где нагрева тель большую часть времени работы устройства отключен. Устройство не требует интенсивно например, водяного охлаждения, что упрощает его обслуживание, делает его значительно проще. Устройство не содержит подвижных NfexaHH3MOB, таких как насосы, двига тели,сильфоны.Это позволяет сохранят его работоспособность,при любом поло жении в пространстве, например, на летательном аппарате и увеличивает надежность. На фиг. 1 показано устройство, предназначенное для управления акси альным распределением энерговьие Ленин и схема управления этим устройством; на фиг.2 - устройство,пре назначенное для подавления азимутал ной гармоники на реакторе РБМК; на фиг.З - вид сверху на часть активно зоны, в которой расположено устройство для управления ядерным реактором.. , Устройство (фиг.1) представляет собой секционированный замкнутый объем 1, наполненный газом - погло тителем i нейтронов 2. В качестве такого газа выбран гелий-3 - инертны Газ с микроскопическим сечением погл щения 5400 барн. Внутри каждой секции 3,4,5 содержится нагреватель . 6,7,8. Секции сообщаются между собой 416 .через газопитательные трубки 9,10П, на которых установлены отсечные электроклапаны 12, 13, 14 и дроссель переменного сечения 15 для регулировки расхода газа. Расход газа из секций, находящихся Е активной зоне 16, ограничен требованием ядерной безопасности. Система управления устройством включает детекторы нейтронного потока 17, элементы сравнения 18,19, блок синхронизации 20 и блок усилителей мощности 21, питаюпщй нагреватели. Блок синхронизации выполняет функции согласования работы клапанов и нагревателей. Он состоит из пороговых элементов, срабатьюающих при превБВпении входными сигналами допустимых пределов, управляющих ключами в цепи питания отсечных клапанов и в цепи управления усилителей мощности и схемы задержки сигнала на включение отсечных клапанов.Блок усилителей мощности выполнен на тиристорах,управляемых ключами из блока синхронизации. Элемент сравнения 19 формирует сигнал рассогласования разности величины нейтронного потока в верхней и нижней половине активной зоны, которая определяет форму аксиального энерговыделения, от требуемой разности, которая задается уставкой. Если рассогласование находится в допустимых пределах, то все клапаны закрыты и нагреватели отключены.Как Только рассогласование превышает допустимую величину, блок синхронизации включает (в зависимости от знака рассогласования) один из двух нагревателей, расположенных в активной зоне и через некоторое время открьшает клапаны 12 и 13. За это время нагреватель разогреет газ в секции, создав в ней область высокого давления. После срабатьшания клапанов газ под действием.разности давления в секциях переходит из одной в другую, перераспределяя их поглощающую способность. Это проолжется до тех пор, пока сигнал рассогласования снова не окажется допустимых пределах. Тогда блок синхронизации закроет клапаны 12 и 13 выключит нагреватель. Если сигнал ассогласования изменяет знак и преышает допустимые пределы, сраба-, ьюает уже другой нагреватель, и аз движется в обратном направлеИИ, перераспределяя поглощающую способность секций так, чтобы снова установить нужную форму аксйального энерговыделения.

Так управляется Энерговыделёнйе по s Bttcote активнои зоны реактора. Клапан 14 при этом всегда закрыт и нагреватеЛь, расположенный вне активной зоны, не работает. То есть поглощающий нейтроны газ не вйходит Из активной Ю зоны и не поступает в нее,а только

Ш)р|-ёраспределяется по ее высоте. Значит, такое упрау-ление не BOSI щаётинтегральную мощность резкто- ра. 15

Если требуется применить это устройство для управления интегральной могдностыд, то используют секций с нагревателем, которая находится вне активной зоны, и клапан 14. В 2Q этом случае блок синхронизации работает по сигнашу от элемента сравнения J 8. Элемент сравнения 18 формирует cnlrWan рассогласования измеряемой 25 интегральной мощно.сти(.определяемой по сумме показаний верхнего и нижнего датчика) от требуемой величины.Когда требуется увеличить .мощность, блок синхронизации включает нагревате- 30 ли, расположенные а активной зоне, и через некоторое время открывает все клапаны. Газ выходит из активной зоны до тех пор, пока мощность не достигнет требуемой величины,и сигнал 35 от элемента сравнения 18 не окажется в допустимых пределах. Тогда клапайы закрываются и нагреватели отключаются. Для уменьшения мощности еле дует включить нагреватель 6. Все три при управлении мощностью ра ботают синхронно. Скорость изменения реактивности выставляется с помощью дросселя 15. „-.

На фиг.2 показан пример применения 5 предлагаемого устройства для подавления азимутальной гармоники на РБМК, Управляющие секции 4,5 здесь располо жены В диамётр1Йльно противоположных каналах. На фиг.З показан вид сверху 50 на активную зону 16, в katiguiax 22,2,3 ., в которой установлено это устройство. Устройство аналогично вышеописанному. Отсечный клапан 14 всегда закрыт.Он . Используется вместе с нагревателем 55 6 только для компенсации выгоревшего в каналах газа-поглотителя, когда необходимо добавить этот газ в управляющие . секции или когда требуется заменить поглотитель.Управляющие сеции охлаждаются теплоносителем 24. Блок синхронизации, в этом примере для простоты не показан.

Важное достоинство такого устройва состоит в том, что оно не возмущает интегральной мощности и не искажает аксиального распределения нейтронного потока, так как поглотитель из активной зоны не выходит и по высоте зоны не перераспределяется.

Устройство обеспечивает повышени динамического диапазона (большую максимальную разность давлений в секциях) и быстродействия за-счет использования нагревателя в импульсном режиме, что позволяет увеличить мощность нагревателя без изменения условий охлаждения. В устройстве экономично расходуется энергия нагревателя, который большую часть времени, работы устройства отключен.

Устройство надежно, потому что не содержит подвижных механизмов типа насосов, двигателей, сильфонов Это позволяет ему сохранить работоспособность при любом положении в пространстве, что может быть важно на летательных аппаратах.

Формула изобретения

Устройство для управления ядер- , ным реактором, содержащее секционированный замкнутый объем с газом поглотителем нейтронов и по крайней мере один нагреватель газа, отличающееся тем, что, с целью улучшения динамических характеристик и повьшения экономичности, на газопйтательшлх трубках секций установлены быстродействующие отсечные клапаны, управляемые синхронно с нагревтелем соответствующей секции блоком синхронизации.

.., Источник информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент ФР.Г№ 1200451, кл. 21 а 21/31, опублик. 1966.

2.Патент США № 2990358, вп. 176-21, опублик. 1961.

3.Патент Англии № 1042315,

кл. G 6с, опублик. 1966 (прототип.