Устройство управления ядерного реактора

Союз Соввтскии Соииалистическик Рвслублик(61) Дополнительное к авт. свид-ву 22) Заявлено 10.01.78 (21) 2567561/1851) М. Кл,э621 С 7 исоединением заявкиГв тееииыи комитет (23) Приоритет СССР. по делам иэобретеиий и открытий(45) Дата опубликования описания 07.11,80(53 621,0 (088,Авторы зобретен А. Головизнин, Р. Р. Ионайтис, А. Н, Косилов и П. Т. Потапенко 1) Заявит 54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЯДЕРНОГО РЕА Изобретение относится к ядер ке, в частности к устройствам и защиты ядерного реактора.Известно устройство для жидкостног гулирования ядерного реактора, соде щее канал, стержень и плавучий выт тель в нижней части канала с упорам ограничения хода вытеснителя вверхОднако известное устройство може пользоваться только при пленочном ре течения жидкости в канале, а кроме положение вытеснителя при управлен может плавно регулироваться,нои техни- управления о ре- ржа- еснии для 1. т исжиме того, ии не устроиство регулирования ядерора, содержащее канал, стеручий вытеснитель, снабженный ами из ферромагнитного мате- ными внешними диаметрами 2. прикреплен дополнительный выв нижней части канала вне его электромагнит.устройство обладает недостаективностью выравнивания расмощности, так как невозможно нять положение нижнего вытесблизким к изобретению по техщности является устройство упдерного реактора, содержащее Известно ного реакт жень, плав двумя пояс риала с раз К стержню теснитель, а установлен Известное точной эфф пределения плавно изме нителя,Наиболее нической су равления яканал с управляющим столбом поглощающей нейтроны жидкости, вытеснитель идроссель слива 3,Но в известном устройстве при прохожде 5 нии через канал двухфазной смеси (жидкости, смешанной с газом) вытеснитель работает как сепаратор, т. е. разделяет двухфазную смесь на компоненты. При этом газ образует под вытеснителем газовую полость,1 О из которой газ прорывается в щель и уходит вверх, в результате чего возникает неустойчивое положение вытеснителя в канале. При достаточно большом содержаниигаза в смеси возможно движение вытесни 15 теля вниз до упора, что может привести крезкому изменению реактивности,Таким образом, известное устройство надежно работает только при течении однофазной жидкости, а при наличии двухфазной жидкости оно функционирует нестабильно.Цель изобретения - повышение надежности и стабилизации регулирования в потоке жидкости.Это достигается тем, что вытеснптель крепится к стержню с помощью тяги, длина которой равна не менее, чем половине высотыактивной зоны, так что вытеснитель занимает нижнюю часть активной зоны и разделя 30 ет столб жидкости на две части, состоящиеиз управляющего столба над вытеснителем и защитного столба над дросселем слива.Тяга может быть выполнена в виде труб разного диаметра, телескопически соединенных между собой. Вытеснитель может иметь газовый тракт, выполненный в виде трубки, расположенной по его вертикальной оси и соединяющий полость над столбом жидкости с газовой полостью под ним, а в качестве вытеснителя может использоваться расположенный на нижнем конце тяги подвижный дроссель, установленный с зазором относительно канала, и газовая полость, образованная под ним. Канал в нижней части активной зоны от нижнего торца дросселя до низа активной зоны может иметь меньшее проходное сечение, чем в верхней ее части, что достигается установкой дополнительной трубы; кроме того, верхняя труба тяги содержит отверстия, сообщающие газовые полости над и под подвижным дросселем.На фиг. 1 показано устройство с вытеснителем, общий вид; на фиг. 2 - статическая характеристика заполнения канала жидкостью для вытеснителя; на фиг. 3 - устройство с подвижным дросселем, общий вид; на фиг. 4 - статическая характеристика заполнения канала жидкостью для подвижного дросселя.Устройство (см, фиг. 1) состоит из канала 1 системы управления и защиты, проходящего через активную зону 2 и заполненного поглощающей нейтроны жидкостью 3, регулирующего стержня 4 (например, секционного), вытеснителя 5 и дросселя 6 слива, Вытеснитель крепится к регулирующему стержню с помощью тяги 7, В верхней части канала располагается регулятор 8 расхода жидкости. Устройство содержит узел 9, соединяющий газовую полость над управляющим столбом 10 жидкости под вытеснителем с кольцевым газовым трактом 11, а также патрубок 12 для подвода жидкости. На конце регулирующего стержня существует пленкообразователь 13 в виде кононда. Отверстия 14 и трубка, расположенная по оси вытеснителя, образуют газовый тракт, соединяющий газовую полость 15 над управляющим столбом жидкости с газовой полостью 16 под вытеснителем (газовый тракт вытеснителя на чертеже не показан).Поглощающая нейтроны жидкость в активной зоне занимает место на стенках канала относительно полости и вытеснителя и в виде управляющего столба жидкости под вытеснителем, высота которого зависит от расхода жидкости в канале и вне активной зоны в виде защитного столба 17 над дросселем слива. В устройстве может быть использован как регулятор расхода, расположенный в канале, так и регулятор, распоЛоженный вне его.Коэффициент дросселирования дросселя слива выбирается так, чтобы при минимальном расходе жидкости в канале обесйечитЬ заполнение всего пространства под вытеснителем - защитный столб над дросселем слива; при этом регулирующий стержень находится в верхнем положении, а вытесни- тель занимает свое оптимальное положение внутри канала.Устройство работает следующим образом.В режиме аварийной защиты регулирующий стержень сбрасывается в активную зону, вытеснитель проталкивается под активную зону, а канал полностью заполняется поглощающей нейтроны жидкостью.В номинальном режиме (на мощности)выравнивание высотного энерговыделения достигается за счет оптимального (как правило, центрального) расположения столба жидкости. При этом управление мощностью реактора и ее распределением осуществляется с помощью малых перемещений регулирующего стержня вне активной зоны (зависимое изменение положения нижней границы управляющего столба жидкости над вытеснителем и его высоты), к которым может добавляться независимый регулятор расхода жидкости (независимое изменение положения столба жидкости и его высоты), установленный вне канала.Возможные скопления газа под вытеснителем удаляются через газовый тракт, поэтому наличие двухфазной смеси в канале (при больших расходах) не приводит к нестабильной работе устройства; кроме того, 35 вытеснитель закреплен жестко.В устройстве в качестве вытеснителя использован дроссель 18 и газовая полость 19, образованная под ним. Канал снабжен сужением, выполненным, например, в виде 4 О трубы 20, которая жестко закреплена в канале, так что длина трубы в активной зоне сверху ограничивается нижним торцом подвижного дросселя, находящегося в верхнем положении. Дроссель может иметь фигур ную поверхность, например, в виде кольцевых проточек или набора шайб для увеличения коэффициента дросселирования и, следовательно, для уменьшения высоты дросселя.50 Наличие сужения в нижней части каналапозволяет для удаления управляющего столба жидкости располагать дроссель в верхней части канала над трубой. Так как при этом коэффициент дроссели рова ния 55 резко уменьшается, то при малых расходах(регулирующий стержень в верхнем положении) регулирующий столб жидкости над дросселем не образуется и паразитной реактивности в реактор не вносится. При перемещении регулирующего стержня вниз дроссель входит в трубу и над ним появляется столб управляющей жидкости. Коэффициент дросселирования обоих дросселей выбирается из условия полного заполнения 65 канала при перекрытии соединительного узла Мремещающимся вниз регулйруйщим стержнем.На фиг. 2 показаны качественные статические характеристики заполнения канала жидкостью для вытеснителя в зависимости от перемещения регулирующего стержня 5 или изменения расхода Я. Область а иллюстрирует защитный столб 17 жидкости над дросселем слива, область б - вытеснитель 5, в - область управляющего столба по глощающей нейтроны жидкости, г - область газовой полости над управляющим столбом жидкости и д - область регулирующего стержня. Если перемещение регулирующего стержня обеспечивает измене к ние расхода (с помощью регулятора 8 расхода), то в зависимости от перемещеиия стержня изменяется величина расхода жидкости через канал Я, а, следовательно, и высота управляющего столба жидкости.Нижняя граница столба жидкости над вытеснителем перемещается из-за перемещения верхней границы вытеснителя.Так, предлагаемое устройство обеспечивает управление энергораспределением по высоте активной зоны и может быть использовано для выравнивания поля энерговыделения или его профилирования. При этом обеспечивается надежное функционирование устройства, в частности стабильность таких важных характеристик, как местоположение и высота столба жидкости, величина вносимой реактивности, диапазон ре гулируемых параметров.35Формула изобретения1. Устройство управления ядерного реактора, содержащее канал с управляющим столбом поглощающей нейтроны жидкости, 4 о вытеснитель и дроссель слива, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и стабилизации регулирования в потоке жидкости, вытеснитель крепитсястержню с помощью тяги, длина которой равна не менее, чем половине высоты активной зоны, так что вытеснитель занимает нижнюю часть активной зоны и разделяет столб жидкости на две части, состоящие из управляющего столба над вытеснителем и защитного столба под дросселем слива,2. Устройство по п, 1, отл и ч а юще ее я тем, что тяга выполнена в виде труб разного диаметра, телескопически соединенных между собой.3. Устройство по пп, 1 и 2, о т л и ч а ющ е е с я тем, что вытеснитель имеет газовый тракт, выполненный в виде трубки, расположенной по его вертикальной оси и соединяющий полость над столбом жидкости с газовой полостью под ним.4, Устройство по пп. 1 - 3, о т л и ч а ю щ ее с я, тем, что в качестве вытеснителя используется расположенный на нижнем конце тяги подвижный дроссель, установленный с зазором относительно канала, и газовая полость, образованная под ним.5. Устройство по пп, 1 - 4, отл ич а ющ е е с я тем, что канал в нижней части активной зоны от нижнего торца дросселя до низа активной зоны имеет меньшее проходное сечение, чем в верхней ее части, что достигается установкой дополнительной трубы.6. Устройство по пп. 1 - 5, о т л и ч а ющ е е с я тем, что верхняя труба тяги содержит отверстия, сообщающие газовые полости над и под подвижным дросселем.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР476825, кл. 6 21 С 7/22, 10.07.73.2, Авторское свидетельство СССР497882, кл. 6 21 С 7/22, 17.05.74,3. Авторское свидетельство СССР602031, кл. 6 21 С 7/08, 04.12,75.705902 Составитель В. в 1 ешковедактор Е. Месронова Техред А. Камышникова Корректор В. Борисов пографя, пр. Сапунов Зака НГ 10 2543/4 Изд.598 Тираж 522Поиск Государственного комитета СССР по делам нзоб113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 45 Подписное тепий и открытий