Устройство для управления ядернымреактором

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Д 19341 Союз СоветскииСоциапмстическииРеспубики(23) Р риоритет Опубликовано 07.08.81. Ьеллетень М 2 яо делам изобретений н еткрытнДата опубликования описания 07,08. 81 Авторы зобретения. Московский ордена Трудового Красного Знамениинженерно-физический институт(7 ) Заявитель СТРОИСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИРЕАКТОРОМ НЬМ носится к областии и преимуществендля управленияо энергораспредереакторах типаподавления азиний на реакт Изобретение о ядерной энергети но предназначено формой аксиально ления на ядерных ВВЭР, РБМК и для мутальиых воэмущ РБМК. ан оре авлеобойтитема,теплоневес я ите"нойаваютсловИзвестно устройство для.уп ния реактором, представляющее замкнутый канал с жидким погл лем, занимающим 5-107 его объ остальная часть канала эаполн газообразной фазой поглотител Нижняя часть канала омывается носителем, таким образом, изм ние мощности реактора сказыва на температуре жидкого погло ля и на давление его газообра фазы. Этим достигается эффект торегулирования,Недостатки устройства заклю ся в инерционности, которая олена большой теплоемкостью нагре"ваемой среды. Существенным недостатком является то, что эффективнаяработа устройства возможна лишь нодном заданном уровне. Последнего едостатка лишены системи газовогоуправления непрямого действия,Известно устройство для управления ядерным реактором, управляющийобъем которого непосредственно через напорный коллектор связан с баком подогревателя 121. Однако изтные жидкие поглотители нейтронов(особенно в паровой фазе ) вызываютсильную коррозию коммуникаций, что 1снижает ядерную безопасность. Этоустройство инерционнои неэкономично из-за большой теплоемкости нагреваемой среды и неэффективного использования нагревателя, работающего внепрерывном режиме.Наиболее олизким по техническойсущности является устройство дляуправления ядерным реактором, содер71934 жащее секционированный замкнутый объем с газом - поглотителем нейтронов и по меньшей мере один нагреватель газа 131.В прототипе замкнутый объем разделен на две секции сильфоном. Одйа секция находится в нейтронном потоке и наполнена слабопоглощающим нейтроны газом СО , а другая находится внеего в выходном потоке теплоносителя, 10 который служит нагревателем газа. Эта секция содержит .сильнопоглощающий нейтроны газ ВГ . Сильфон изменяет количество газа-поглотителя в .активной зоне. 15Устройство работает следующим образом.Увеличение мощности ядерного реактора выше заданного уровня приводит к повышению температуры теплоносите ля, который нагревает газ-поглотитель нейтронов. Газ расширяется и, воздействуя на сильфон, попадает в активную зону, вытесняя СО, Это приводит к увеличению поглощающей способности части, объема, находящейся в активной зоне, и снижению мощнос ти. Обратные процессы протекают при уменьшении мощности ниже заданного уровня. Таким образом, устройство стабилизирует мощность на заданном уровне, но не способно его изменить,Устройство непрямого действия, свободное от этого недостатка, содержит автономный нагреватель газа. Такое устройство требует непрерывной работы нагревателя, поэтому неэкономично, Особенно большое"зйачение этб имеет для устройства, способного управ" лять акснальным распределением энерговыделения 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 увелж ение мощности нагревателя в устройстве ограничено условиями охлаждения, так как, еслй тепловой баланс устройства будет нарушен, то будет разогреваться корпус устройства, что приведет к снижению динамических характеристик, То есть эти характеристики в прототипе ограничены условиями охлаждения. Улучшение охлаждения этого устройства связайо не толь ко с техническими трудн 6 стями, но н экономически не выгодно из-за уве 1 . 4личения потерь энергии нагревателяв охлаждающую среду.Целью изобретения является улучшение динамических харатеристик и повышение экономичности за счет использования в импульсном режиме нагревателя газа-поглотителя нейтронов, чтопозволяет увеличить мощность нагревателя без увеличения интенсивностиохлаждения,Указанная цель достигается тем,что на газопитательных трубках секций установлены быстродействующиеотсечные клапаны, управляемые синхронно с нагревателем соответствующей секции блоком синхронизации.Усройство, таким образом, представляет собой секционированный замкнутйй объем с газом-поглотителемнейтронов, содержащий, хотя бы один,нагреватель. газа, на газопитательныхлиниях секций которого установленыбыстродействующие отсечные клапаны, например, электрические, связанные с нагревателем по управлениючерез блок синхронизации.Сигнал управления на открытиеэлектроклапанов подается с небольшой доли секунды) задержкой послевключения нагревателя, Мощный, высокотемпературный нагреватель эа этовремя разогревает газ, находящийсяв сЕкции, и создает в ней большоеизбыточное давление. Когда открывается клапан,поглащающий нейтро-.ны газ под действием разности давлений начинает переходить из тойсекции, где включен нагреватель,вдругие. Поглощающая способность этойсекции уменьшается до тех плр, покане достигнет требуемой величины.Затем нагреватель отключается,и одновременно закрывается клапан,отсекая газ, находящийся в секции, от остального объема, Количество газа-поглотителя в секциитеперь будет оставаться постоянным,сохраняя требуемую величину поглощаю.щей способности секции до следующихманипуляций, Поскольку мощный нагреватель включается йа короткое время,он не успевает разогреть теплоемкий корпус устройства, охлаждаемыйизвне теплоносителем, поэтому газв секции быстро остывает и давление его уменьшается. Если теперь,требуется увеличить поглощающую способность секции, то необходимо от1 О 20 крыть клапан, тогда под действиемразности давлений секция начнетзаполняться газом до первоначального уровня. Чтобы установить поглощающую способность на другом уровне, 5необходимо снова закрыть клапан,Поглощающая способность секции,определяется количеством в ней газа-поглотителя нейтронов и управляется в устройстве согласованнойработой нагревателя и отсечного клапана,Причем нагреватель включаетсятолько на короткий срок (секунды)для поддержания избыточного давленияв секции путем разогрева газа. Этопозволяет увеличивать его мощностьбез изменения условий охлаждения дляулучшения динамических характеристикустройства и позволяет сэкономитьзначительное количество энергии,что особенно важно, например, в сис-.темах подавления азимутальной гармоники на РБМК, системах управленияформой энерговыделения, где нагрева-тель большую часть времени работыустройства отключен,Устройство не требует интенсивного,например, водяногоохлаждения, чтоупрощает его обслуживание, делает ЗОего значительно проще.Устройство не содержит подвижныхмеханизмов, таких как насосы, двигатели, сильфоны. Это позволяет сохранятьего работоспособность прн любом поло- З 5жении в пространстве, например, налетательном аппарате и увеличиваетнадежность.На фиг. показано устройство,предназначенное для управления аксиальным распределением энерговыде- .ления и схема. управления этим устройством; на фиг.2 - устройство, предназначенное для подавления азимутальной гармоники на реакторе РБМК; на ( 45фиг.3 - вид сверху на часть активнойзоны, в которой расположено устройство для управления ядерным реактором,Устройство 1 фиг.1) представляетсобой секционированный замкнутыйобъем 1, наполненный газом - поглотителем нейтронов 2. В качестветакого газа выбран гелий- инертныйгаз с микроскопическим сечением погло щения 5400 бари. Внутри каждой сек"ции 3,4,5 содержится нагреватель6,1,8. Секции сообщаются между собой,через газопитательные трубки 9,10,Т 1,на которых установлены отсечныеэлектроклапаны 12, 13, 14 и дроссельпеременного сечения 15 для регулировки расхода газа. Расход газа из секций, находящихся в актюной зоне16, ограничен требованием ядернойбезопасности.Система управления устройствомвключает детекторы нейтронного потока 17, элементы сравнения 18,19,блок синхронизации 20 и блок усилителей мощности 21, питающий нагревате" ли.Блок синхронизации выполняет функции согласования работы клапанов и нагревателей. Он состоит из пороговых элементов, срабатывающих при превышении 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 1 в зависимости от знака рассогласования) один из двух нагревателей, расположенных в активной зоне и через некоторое время открывает клапаны 12 и 13, За это время нагреватель разогреет газ в секции, создав в ней область высокого давления, После срабатывания клапанов газ под действием. разности давления в секциях переходит из одной в другую, перераспределяя их поглощающую способность. Это продолжется до тех пор, пока сигнал рассогласования снова не окажется в допустимых пределах, Тогда блок синхронизации закроет клапаны 12 и 13 и выключит нагреватель. Если сигнал рассогласования изменяет знак и превышает допустимые пределы, срабатывает уже другой нагреватель, и газ движется в обратном направле719341нии, перераспределяя поглощающуюспособйость секций так, чтобыснова установить нужную Форму ак=сиального энерговыделения,Такуправляется энерговыделейие повцсоте активной зоны реактора. Клапан 14 при этом всегда закрыт и йагре- .ватель, расположенный вне активной зо. ны, не работает, То есть поглощающийнейтроны газ не вь 1 ходит из активной 1 Озоны и не поступает в нее, а толькоперераспределяется поее высоте,Значит, такое упра 1 ление не возмущает интегральную мощность реактора, )5Если требуется применить это устройство для управления интегральноймощностью, то используют секцию снагревателем, которая находитсявне активной зоны, и клапан. В 20этом случае блок синхронизации работает по сигналу от элемента сравнения 18.Элемент сравнения )8 формируетсигнал рассогласования измеряемойинтегральной мощности 1 определяемой посумме показаний верхнего и нижнегодатчика) от требуемой величины. Когдатребуется увеличить мощность, блоксинхронизации включает нагревате- ЗОли, расположенные в активной зоне,и через некоторое время открываетвсе клапаны, Газ выходит из активнойзоны до тех пор, пока мощность недостигнет требуемой величины,и сигнал 35от элемента сравнения 18 не окажетсяв допустимых пределах, Тогда клапаны закрываются и нагреватели отключаются. Для уменьшения мощности сле .дует включить нагреватель 6, Все три фо" -клапана при управлении мощностью работают синхронно, Скорость изменения" реактивности выставляется с помощьюдросселя 15,На фиг.2 показан пример применения 5предлагаемого устройства для подавления азимутальной гармонйки иа РВИК,Управляющие секции 4,5 здесь расположейыв- диаметрально противоположныхканалах. На фиг,3 показан"вид сверху Она активную зону 16, в каналах 22,23в которой установлено это устройство,Устройство аналогично вышеописанному,Отсечный клапан 14 всегда закрыт.Он .используется вместе с нагревателем "6 только для компенсации выгоревшегов каналах газа-поглотителя, когданеобходимо добавить этот газ в управ 8ляющие.секции или когда требуется заменить поглотитель. Управляющие секции охлаждаются теплоносителем 24.Блоксинхронизации. в этом примере для простоты не показан.Важное достоинство такого устройства 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 повышение 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.ФормулаизобретенияУстройство для управлення ядер-, ным реактором, содержащее секционированиый замкнутый объем с газом - поглотителем нейтронов и по крайней мере один нагреватель газа, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения динамических характеристик и повышения экономичности, на газо- питательных трубках секций установлены быстродействующие отсечные клапаны, управляемые синхронно с нагрева телем соответствующей секции блоком синхронизации.Источник инФормации,принятые во внимание при экспертизе 1, Патент ФРГ Ф )20045),кл. 2)2)/31, опублик. 1966,2. Патент США В 2990358,кл. 176-21, опублик. 1961. 3. Патент Англии В 1042315,кл. 6 бс, опублик. 1966 (прототип 1,