Способ жидкостного управления ядерным реактором

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 10409 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ВУ оОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТ(54) (57) СПОСОБ ЖИДКОСТНОГО УПРАВЛВИЯ ЯДЕРНЫМ РЕАКТОРОМ, заключающийв введении в канал регулированияглощающей жидкости и нейтральногогаза, задании гидравлического соптивления сливной магистрали канали регулировании поглощающей жидков нем при изменении ее расхода, ол и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности управленияза счет расширения диапазона изменения расхода, уменьшают гидравлическоесопротивление сливной магистрали допоявления устойчивого расхода газачерез канал и образования опускноготечения газожидкостной смеси с ееверхним уровнем на нижней границе активной зоны при регулировании количества поглощающей жидкости в канале, по достижении верхним уровнемгазожидкостной смеси места подачигаза в канал увеличивают (уменьшают)плотность смеси, уменьшая (увеличивая) расход подводимого газа.10409 1 О 5 20 25 30 35 40 45 50 55Изобретение относится к атомной энергетике и предназначено для управления ядерным реактором путем изменения количества управляющей (поглощающей, замедляющей и т.п,) жидкости в каналах ядерного реактора.Для воздействия на мощность и энергораспределение ядерного реактора в его активную зону вводят управляющее, вещество в твердом или жидком виде. В последнее время все шире используется.управпение реактором с помощью жидкости так как оно обес печивает мягкое воздействие на поле энерговыделения реакторауменьшает искажение высотного поля, увеличивает оперативный запас реактивности.Известен способ жидкостного управления ядерным реактором с помощью изменения плотности газожидкостной смеси в канале. По этому способу через активную зону реактора, заполненную жидкостью, прокачивают (барботируют) газ, который подводят снизу. Меняя расход газа, меняют плотность образующейся в активной зоне газожидкостной смеси и, следо" вательно, реактивность эоны.Недостатком данного способа является узкий диапазон регулирования плотности газожидкостной смеси. При таком способе образования газожидкостной смеси не представляется возможным значительно уменьшить ее плотность, 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, задании гидравлического сопротивления сливной магистрали канала и регулировании поглощающей жидкости в нем при изменении ее расхода.Этот способ применяется в комбинированных стержнежидкостных системах. По этому способу поглощающую жидкость и нейтральный (в смысле воздействия на реактивность) гаэ подают в канал регулирования сверху,Недостатком этого способа является ограниченность диапазона регулирования расхода, отсюда большая кру" 53 2тизна регулировочной характеристикии, следовательно недостаточная точность способа. С одной стороны, онограничен минимально допустимым. дляохлаждения канала расходом, посколь"ку поглощающая жидкость являетсятакже и охлаждающей. С другой стороны, он ограничен максимально допустимым расходом, при котором еще необразуется опускное: течение двухфазной газожидкостной смеси, плотность которой составляет 60-707, отплотности воды и, хотя это и позволяет осуществить более "мягкое" воздействие на реактивность, но приобразовании двухфазной смеси уменьшается на 30-407. максимальная величина отрицательной реактивности,которую можно ввести в данном канале по этому способу,Целью изобретения является повышение точности управления за счет. расширения диапазона изменения расхода.Поставленная цель достигаетсятем, что в способ жидкостного управ-ления ядерным реактором, заключающем.ся во введении в канал регулирования поглощающей жидкости и нейтрального газа, задании гидравлическогосопротивления сливной магистрали канала и регулирования поглощающейжидкости в нем при изменении ее расхода, уменьшают гидравлическое сопротивление сливной магистрали до появления устойчивого расхода газачерез канал и образования опускноготечения гаэожидкостной смеси с ееверхним уровнем на нижней границеактивной 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.йдравлическое сопротивление сливной магистрали канала (коэффициентдросселирования) выбирают из условия образования устойчивого опускного течения двухфазной смеси принахождении уровня на нижней границеактивной зоны, что позволяет обеспечивать такое течение во всем диапазоне регулирования высотой столбасмеси. Плотность двухфазной смесисоставляет 60-707 от плотности воды.Это позволяет осуществлять болеемягкое воздействие на реактивность.Чтобы снижение плотности в результа- те образования двухфазной смеси не приводило к уменьшению максимального количества жидкого поглотителя, которое можно ввести в канал, дальнейшее увеличение 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 регулирования, при помощи которого можно осуществить предлагаемый способ управления; на фиг,2 - регулировочные характеристики известного и пред лагаемого способов,Способ жидкостного управления ядерным реактором осуществляют следующим образом. Поглощающую жидкость подают в канал регулированщ 1 сверху, она обтекает стержень 2 с пленко образователем 3 на конце .и далее течет в виде тонкого слоя-пленки 4.Газ подают по газовому тракту 5,пред ставляющему 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 двухфазной смеси, которая образуется в результате эжекционного захвата пузырьков газа стекающей пленкой жидкости. Для этого устанавливают расход жидкости так, чтобы скорость опускного течения жидкости была больше скорости всплытия пузырьков газа.Увеличивая расход подводимой жидкости, меняют высоту столба двухфазной смеси от нижней границы 9 активной зоны (заштрихована на чертеже) до полного заполнения канала на верх" ней границе 10 активной зоны.Когда уровень в процессе регулирования достигнет верхней границы активной зоны (где расположен узел про" кола 6), дальнейшим увеличением расхода жидкости вводят канал регулирования в состояние динамического рав-новесия и регулируют плотность изме-5 10 152025 30 чески прежним, вследствие чего коли.чество газа в канале регулированияуменьшается и, следовательно, плотность смеси увеличивается.Количество жидкости в канале регулирования однозначно связано срасходом жидкости (эта взаимосвязьопределяется сопротивлением сливноймагистрали канала регулирования),следовательно, при увеличении плотности смеси уровень жидкости в канале уменьшится.Но, как только уровень опуститсяниже нижней границы газовой магистрали, пленка жидкости опять начнет 45захватывать пузырьки газа, и плотность двухфазной смеси будет уменьшаться, стремясь достигнуть величины 60-70 Х и, следовательно, уровень.жидкости начнет подниматься в соот 50 55 ветствии с уменьшением плотности, однако как только он достигнет нижнего конца газовой магистрали, плотность смеси начнет увеличиватьгя в силу указанных причин.В результате уровень смеси будет находиться на уровне нижнего конца газовой магистрали, система будет на ходиться в состоянии динамического нения расхода жидкости, причем в ка- . честве 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 эжекции, а выше узла прокола при нахождении уровня жидкости в газовом тракте эжекция отсутствует. Увеличением расхода жидкости увеличи вают плотность смеси и при некотором расходе жидкости плотность достигнет 1, т.ев 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 60-707 на уровне нижнего конца газовой магистрали на уровне верхней границы 10 ак. тивной 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 практиПри этом у обозначения расходаприняты индексы: о - охлаждения,нд - начало двухфазной смеси, нрд -начало развитой двухфазной смеси,нрп - начало регулирования плотности, кд - конец двухфазной смеси,высота столба и имеет индексы: сл -слива, о - начала активной зоны, азконец активной зоны, р- регулиро- ЗОвания,Увеличение диапазона регулирования обусловлено двумя обстоятельствами. Во-первых, регулирование плотности двухфазной смеси влечет за собой увеличение общего диапазона регулирования расхода на 40-503. Вовторых, при переходе на работу сдвухфазной смесью уменьшается крутиз 25 3 30409 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 столба 1 двухфазной 1 О смеси от величины расхода Ц , весовая характеристика в, т.е. зависимость количества жицкости в активной зоне характеристика в, т.е. зависимость количества зоны поглотите ля от расхода 0 , весовая характе-.ристика канала г, характеризующая количество жидкости в канале в зависимости от расхода, и зависимость д плотностидвухфазной смеси от рас хода 0а, до,к показывают расчеты, при одинаком требуемом изменении 1= 1, - 1 диапазон известного способа (Я - 1ф м 0,4-,0,6 м/ч для одного из реакторов, а диапазон предлагаемого способа О,д-С 2 1,2-2,0 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 способ 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 энерговыделения, 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. Ка во 53 Ьна регулировочной характеристики, что приводит к дополнительному расширению диапазона регулирования.Можно показать, что эа счет.регулирования плотности диапазон регулирования увеличивается на величинурЬв= , а эа счет уменьшения крутизны регулировочной характеристики на величину