SU701360A1 - Система автоматической стабилизации энергораспределени дерного реактора - Google Patents

Description

усилители мощности каждого сервопривода дл  перемещени  регулирующих органов в одну и ту же сторону, а выход второго регул тора подает разнопол рные сигналы на усилители мощности тех же сервоприводов дл  противосто щих регулирующих органов.

Недостатком известной системы  вл етс  то, что:

-при работе противосто щие регулирующие органы, перемещаютс  несинхронно;

-не обеспечиваетс   дерна  безопасность реактора с неустойчивым энергораспределением .

Кроме того, система-прототип допускает неопределенность в положении ее регулирующих органов, так как несколько ее регул торов стабилизирует фактически первую азимутальную неустойчивую гармонику .

И наконец, система-прототип, име  возможность однонаправленного перемещени  своих регулирующих органов, оказывает неблагопри тное динамическое воздействие на автоматический регул тор мощности, что вызывает нестабильность. Все это снижает  дерную безопасность реактора.

Цель изобретени  - повышение  дерной безопасности за счет синхронного перемещени  регулируюш,их органов.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что:

- к выходу усилител  мощности подключен блок синхронизации, воздействующий одновременно на сервоприводы, противоположно перемещающие регулирующие органы;

-в качестве блока синхронизации применена след ща  система на основе сервопривода и сельсинов указателей положени  регулирующих органов с встречной коммутацией сельсинов дл  противосто щих регулирующих органов, при этом в номинальном положении нижние концы всех регулирующих органов каждого регул тора расположены на уровне центра активной зоны;

-в качестве блока синхронизации применен общий дл  всех регулирующих органов регул тора сервопривод с дифференциальной кинематической парой на выходе, при этом в номинальном положении нижние концы всех регулирующих органов каждого регул тора расположены на уровне центра активной зоны;

-что блок синхронизации соединен через сервоприводы с противосто щими регулирующими органами, верхний конец первого из которых и нижний конец второго в номинальном положении расположены на уровне центра активной зоны;

-в качестве блока синхронизации применены сервоприводы с шаговыми двигател ми и общим источником питани  и встречной коммутацией сервоприводов противосто щих регулирующих органов;

-7- ЧТО дл  уменьщени  высотного энергораспределени  блок синхронизации сое динен с противосто щими регулирующими органами, каждый из которых составлен всвою очередь из двух стержней, причем нижний конец первого стержн  и верхний конец второго стержн  в номинальном положении расположены на уровне центра активной зоны;

-дл  стабилизации энергораспределени  по объему активной зоны блок синхронизации соединен с противосто щими регулирующими органами, расположенными один в верхней, а другой в нижней половинах активной зоны;

- использованы жидкостные регулирующие органы, причем блок синхронизации соединен с сервоприводами, управл ющими уровней - границ каждого жидкостного регулирующего органа;

- использованы газообразные регулирующие органы, причем блок синхронизации соединен с сервоприводами, управл ющими клапанами, регулирующими давление газообразного поглотител  нейтронов в каждом

газообразном регулирующем органе;

-в качестве блока синхронизации применена позиционна  обратна  св зь по положению регулирующих органов, при этом сервоприводы противосто щих регулирующих органов подключены к разнопол рным выходам усилител  мощности соответствующего регул тора.

Корректирующее устройство настраивают , исход  из оптимального поддавлени 

первой неустойчивой гармоники нейтронного пол .

Противосто щие пары детекторов и регулирующих органов дл  краткости называютс  соответственно диполь датчиков и

диполь регулирующих органов. Блок встречной синхронизации дипол  регулирующих органов, обеспечивающий ввод поглотител  в одной половине активной зоны и синхронный вывод поглотител  из другой

половины активной зоны, может быть выполнен на основе электронной или механической системы встречной синхронизации.

Каждый из противосто щих регулирующих органов регул тора может быть выполнен из двух стержней, при этом нижний конец первого стержн  и верхний второго стержн  в номинальном положении расположены на уровне, центра активной зоны.

Это обеспечивает минимизацию искажений высотного энергораспределени  при работе системы регулировани .

В системе регулировани  противосто щие детекторы и регулирующие органы каждого

регул тора могут быть расположены попарно - один Б верхней, а другой в нижней половинах активной зоны. Это обеспечивает стабилизацию энергораспределени  одновременно по высоте и по радиусу. Минимально необходимое количество таких

дипольных регул торов дл  стабилизации объемного энергораспределени  -4.

В качестве регулирующих органов в системе могут быть использованы также жидкостные и газообразные стержни, при этом встречно-синхронна  направленность введени  жидкого или газообразного поглотител  обеспечена блоком встречной синхронизации , например в виде позиционной обратной св зи по положению границ «жидкостного стержн  или по давлению газапоглотител  в секци х «газового стержн . Сервоприводы управл ют положением верхней и нижней границ «жидкого стержн  (например, положением верхнего и нижнего вытеснителей). В «газообразных стержн х сервоприводы управл ют давлением газообразного поглотител  нейтронов.

Повышение  дерной безопасности предлагаемой системой обусловлено следующими факторами.

При работе «дипольного стабилизатора за счет блока встречной синхронизации не вноситс  реактивность в реактор. Работа штатного автоматического регул тора мощности из-за разнопол рного подключени  противосто щих детекторов дипол  не сказываетс  на работе «дипольного регул тора . Таким образом, штатный регул тор мощности и «дипольный регул тор не вли ют друг на друга, а значит не мешают друг другу выполн ть свои существенно различные функции. По этой же причине число диполей регулирующих органов можно увеличить, не наруша  условий  дерной безопасности.

Поскольку за счет введени  блока встречной синхронизации общее число степеней свободы у дипольно св занных этим блоком регулирующих органов по крайней мере в два раза уменьшено по сравнению с -известными системами, то устран етс  неопределенность в положении регулирующих органов.

С указанными факторами св зано и повышение надежности и точности системы регулировани  за счет введени  блока синхронизации встречного ввода-вывода поглотител .

За счет введени  блока синхронизации сокращено до минимума и количество регул торов , обеспечивающих подавление первой неустойчивой гармоники. Так, дл  подавлени  первой неустойчивой гармоники по длине реактора РБМК-П-2400 требуетс  всего один дипольный регул тор, дл  подавлени  азимутальной гармоники реакторов типа РБМК - два дипольных регул тора , а дл  подавлени  первых азимутальной и аксиальной (высотной) гармоник реактора типа РБМК - четыре дипольных регул тора. Минимизаци  количества оборудовани  также приводит к повышению надежности системы регулировани .

Все перечисленные факторы повышают  дерную безопасность реактора.

На фиг. I изображена структурна  схема системы актиматической стабилизации энергораснределени   дерного реактора; на фиг. 2 - кинематические пары, реализующие блок синхронизации регулирующих органов: сервопривод с двум  барабанами ла общем валу; сервопривод с черв ком, вращающим через черв чные колеса два барабана в противополол ном направлении; сервопривод , вращающий через зубчатую пару два (двойных) барабана в противоположном направлении; на фиг. 3 - структурна  схема регул тора, реализованна  с помощью схемы синхронизации регулирующих органов, обеспечивающей синхронное в одном направлении перемещение диполей регулирующих органов: диаметральное сечение реактора; вид в плане; на фиг. 4 - система стабилизации (подавлени ) азимутальной гармоники, не внос ща  при работе искажений в высотное энергораспределение; на фиг. 5 - вариант располон ени 

диполей детекторов и регулирующих органов в плане; на фиг. 6 - система трехмериой стабилизации энергораспределенп , подавл юща  первые азимутальную н аксиальную гармоники; на фиг. 7 - система

стабилизации с жидкостными регулирующими органами; на фиг. 8 - система стабилизации с газовыми регулирующими органами . На фиг. 1 в виде круга изображена активна  зона реактора в плане.

Система содержит регулирующие органы 1, детекторы нейтронного потока - внутриреакторные - 2, и внереакторные - 3, например камеры делени  и ионизационные

камеры. Противосто щие детекторы дипол  подсоединены к разнопол рным входам сумматора 4 либо непосредственно, либо через усилители сигнала ошибки (УСО) 5 усилител  разбаланса. В последнем случае

иа усилители разбаланса подаетс  также уставка от задатчика мощности 6 (дл  простоты показаны усилители разбаланса лишь дл  трех датчиков). Задатчиком корректируетс  и коэффициент усилени  УСО обратно пропорционально уровню мощности, как это обычно прин то в регул торах мощности.

Доверительные разбалансы детекторов ограничены зоной насыщени  усилител 

разбаланса УСО (величиной пор дка 5- 10%). Это повышает точность и надежность системы.

Весовые коэффициенты при суммировании сигналов детекторов или соответствующих усилителей разбаланса на сумматоре 4 выбираютс  пропорциональными значени м первой неустойчивой гармоники в месте расположени  соответствующего детектора. Часть детекторов и усилителей разбаланса подключены одновременно к двум дипольиым регул торам. Каждый днпольный регул тор содержит, кроме названных регулирующих органов, детектора и сумматора, также корректирующее устройство 7, настроенное на нодавление первой азимутальной гармоники, усилител  мощности 8 н блок синхронизации 9 регулирующих органов , обеспечивающий синхронный ввод поглотител  в одной половине активной зоны и вывод с таким же темпом поглотител  из другой половины активной зоны. Ввод и вывод поглотител  обеспечиваетс  с помощью сервоприводов 10. На схеме регулирующие органы, движущиес  в одном направлении , соединены сплощными лини м, а встречно перемещающиес  - пунктирными .

Система работает следующим образом.

Разбалансы северных датчиков вычитываютс  в блоке 4 с разбалансами южных датчиков и сигнал перекоса усиливаетс  и корректируетс  блоками 7 и 8. Блок синхронизации 9 обеспечивает встречно-синхронное введение и выведение поглотител  сдвоенным диполем регулирующих органов АВ в северной и южной половииах активной зоны в зависимости от знака разбаланса вплоть до ликвидации разбаланса мощностей .

Аналогично ликвидируютс  разбалансы но мощност м по восточной и западной половинам активной зоны с помощью сдвоенных диполей р1Мулирующих органов СД. Число диполей регулирующих органов в каждом регул торе выбираетс  в пределах 1-4 в зависимости от «чеса по реактивности каждого дипол .

Число динолей детекторов в каждом регул торе выбирают, исход  из необходимой точности стабилизации.

Точность, надел ность, эффективность стабилизации определ ют также число дипольных регул торов, число детекторов регулирующих органов во всей системе регулировани . На фиг. 2, 3 приведены примеры реализации блока синхронизации регулирующих органов.

В системе на фиг. 2 общий дл  данного регул тора сервопривод 10 имеет два выходных барабана 11 на общем валу. Диполи регулирующих органов соединены тросом 12, имеющим несколько витков на барабане , и через систему блоков 12 перемещаютс  в противоположные стороны при вращении барабана.

В системе на фиг. 26 два барабана 11, соединенных с черв чными колесами 14, вращаютс  в противоположные стороны, име  кинематическую св зь с сервоприводом 10 от общего черв ка 15. На барабанах намотаны тросы диполей регулирующих органов .

В системе на фиг. 2 сдвоенные барабаны 11, вращаютс  в противоположные стороны от одинаковых зубчатых колес 16, св занных с сервоприводом 10. Трос 12 дл  каждого регулирующего органа сдвоенного дипол  укладываетс  на индивидуальном барабане.

5 На фиг. 3 приведена структурна  схема регул тора, в которой используетс  синхронизаци , примен ема , например, в щтатном регул торе мощности, при этом «нуль сельсина-указател  положени  одного регулирующего органа смещен на величину, равную длине регулирующего органа, относительно «нул  сельсина противосто щего дипол  регулирующего органа. При синхронном перемещении регулирующих органов дипол  и при их относительном расположении , указанном на фиг. 3 (нижний конец одного регулирующего органа дипол  н верхний конец противосто щего второго регулирующего органа дипол  в номинальном

Q положении наход тс  на уровне центра активной зоны), из одной ноловины активной зоны поглотитель удал етс , а в другую половину с тем же темпом синхронно вводитс . На фиг. 3-6 набор детекторов 2, окружающих стержни, изображен дл  простоты в виде цилиндров 2, ось которых совпадает с осью регулирующего органа. На фиг. 3 и 6 буквами В и Н обозначено соответствеино верхнее и нижнее располоQ жение регулирующих органов.

На фиг. 4 представлена более соверщенна  система регулировани , практически не внос ща  искажений в высотное энергораспределение при работе системы. В ней каж5 ДЫЙ из противосто щпх регулирующих органов регул тора выполнен из двух стержней , при этом нижний конец первого стержн  и верхний конец второго стержн  в номинальном положении расположены на

0 уровне центра активной зоны, а подключением сервоприводов 10 к блоку синхронизации 9 обеспечено встречно-синхронное перемещение первого и второго стержн . При этом в одной половине реактора дубль стержней 1 двигаетс  сверху и снизу в активную зону (идут навстречу к центру активной зоны), а в другой половине реактора дубль стержней синхронно выдвигаетс  из активной зоны (вверх и вниз от центра ак0 тивпой зоны). Два дубл  образуют диполь стержней одного регул тора. На барабанах 11 сервоприводов намотано несколько витков общего троса, соедин ющего дубль стержней подобно фиг. 2.

5 На фиг. 5 представлен один из возможных вариантов размещени  диполей регулирующих органов и детекторов 2 дл  четырех дипольных регул торов ДАР-1 и ДАР-2, ДАР-3, ДАР-4. Дипольные автоматические

0 регул торы (ДАР) могут работать все одновременно либо часть из них может находитьс  в резерве. При наличии в системе больщего количества дипольных регул торов , чем необходимо дл  обеспечени  устойчивости первой азимутальной гармоники,

9

остальные регул торы обеспечивают «гор чее резервирование системы.

Наиболее совершенен вариант реализации системы, представленный на фиг. 6. В этой системе противосто щие детекторы 2 и регулирующие органы 1 каждого дипольного автоматического регул тора (ДАР) расположены попарно один в верхней, а другой - в нижней половинах активной зоны. Блок синхронизации 9 обеснечивает синхронное движение дипол  регулирующего органов. Дл  подавлени  первых азимутальной и высотной гармоник в возмущени х нейтронного нол  достаточно описанных четырех динольных автоматических регул торов .

На фиг. 7 представлена реализаци  системы на основе жидкостных регулирующих органов 1. В этой системе логика работы така  же, как и в системах, нредставленных на фиг. 4 и 6. В жидком регулирующем органе регулируютс  верхн   и нижн   границы (например, с номощью подвижных вытеснителей). Неремещение верхннх и нижних вытеснителей играет здесь ту же роль, что и перемещеиие верхних и нижних регулирующих органов в системах на фиг. 4 и 6.

На фиг. 8 представлена реализаци  системы на основе «газообразных регулирующих органов. Здесь секции 1 регулирующего органа подключаютс  с помощью трехходовых клапанов 17 к коллектору 18 высокого давлени  газообразного поглотител  нейтронов (гелий-3) или к коллектору 19 низкого давлени  газа-поглотител  с номощью газонроводов 20. Логика работы системы (фиг. 8) та же, что и дл  систем, представленных на фиг. 4 и 6. Изменение давлени  газа в верхней и нижней секци х газового регулирующего органа играет ту же роль, что и перемещение верхних и нижних регулирующих органов в системах на фиг. 4 и 6.

В системах, нредставленных на фиг. 7 и 8, блок синхронизации 9, унравл   сервоприводами вытеснителей и трехходовых клапанов, обеспечивает встречно-синхронную направленность ввода и вывода поглотител  дипол  регулирующих органов за счет позиционной обратной св зи по положению границ жидкого поглотител  (вытеснителей ) в системе на фиг. 7 и по давлению газа-ноглотител  в секци х регулирующего органа в системе на фиг. 8. При этом сервоприводы 9 дл  противосто щих регулирующих органов подключены к разнопол рным выходам усилител  мощности 8.

Разумеетс , в этом случае необходимы датчики положени  границ «жидкого стержн  и датчики давлени  газа-поглотител .

Предложенна  система реализуетс  полностью на элементах, широко используемых на реакторе РБМК. Это следующие элементы:

10

ионизационные камеры н камеры давлени  КТВ; регулирующие стержни, в том числе укороченные стержни-поглотители (УСП); сервоприводы регулирующих органов; система синхронизации сервоприводов, аналогична  используемой в щтатных автоматических регул торах; усилители разбаланса - штатные усилители УСО автоматических регул торов, одни и те же усилители и детекторы могут быть использованы одновременно в динольных регул торах и в штатных регул торах мощности.

Таким образом, реализаци  изобретени  не требует разработки новых элементов, не

эксплуатирующихс  на реакторе.

Данна  система регулировани  может быть реализована и на базе ЭВМ.

Технико-экономический эффект от применени  предложенных динольных автоматических регул торов (ДАР) на реакторе РБМК св зан со способностью этих регул торов застабилизировать нейтронное поле по высоте и радиусу реактора. Очень важным положительным свойством предложенной системы,  вл етс  то, что она не вли ет на работу штатных автоматических регул торов .

Все это нриводит к повышению  дерной безопасности реакторов РБМК.

Экономический эффект от применени  предложенной системы св зан с возможностью достижени  оптимальных проектных показателей реактора РБМК - выгорани  топлива, начального обогашени  (возможно

удаление дополнительных поглотителей из реактора).

Claims (10)

1. Система автоматической стабилизации

энергораспределени   дерного реактора, содержаща  по меньшей мере один регул тор , включающий менее одной пары детекторов п одной пары регулирующих органов, перемещающихс  с помощью сервоприводов , причем регулирующие органы расположены попарно симметрично относительно центра активной зоны, сумматор с разнопол рно подключенными к его входу противосто щими детекторами, к выходу которого

последовательно подключены корректирующие устройство и усилитель мощности, о тличающа с  тем, что, с целью повышени   дерной безопасности за счет синхронного перемещени  регулирующих органов , к выходу усилител  мощности подключен блок синхронизации, воздействующие одновременно на сервоприводы противоположно перемещающие регулирующие органы.

2. Устройство по п. 1, отличающеес   тем, что в качестве блока синхронизации применена след ща  система на основе сервоприводов и сельсинов указателей положени  регулирующих органов с встречной коммутацией сельсинов дл  противосто щих регулирующих органов, при этом в поминальное положение нижние концы всех регулирующих органов каждого регул тора расиоложены на уровне центра активной зоны.

3.Устройство по п. I, отличающеес   тем, что в качестве блока синхронизации применен общий дл  всех регулирующих органов регул тора сервопривод с дифференциальной кинематической парой на выходе, при этом в номинальном положении нижние концы всех регулирующих органов каждого регул тора расположены на уровне центра активной зоны.

4.Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что блок синхронизации соединен через сервопривод с противосто щими регулирующими органами, верхний конец первого из которых и нижний конец второго в номинальном положении расположены на уровне центра активной зоны.

5.Устройство по п. 1, отличающеес   тем, что в качестве блока синхронизации применены сервоприводы с т говыми двигател ми и общим источником питани  и встречной коммутацией сервоприводов противосто щих регулирующих органов.

6.Устройство по п. 1, отличающеес   тем, что дл  уменьщени  искажений высотного энергораспределени  блок синхронизации соединен с противосто щими регулирующими органами, каждый из которых составлен в свою очередь из двух стержней , причем нижний конец первого стержн  и верхний конец второго стержн  в номинальном полол ении расположены на уровне центра активной зоны.

12

7.Устройство по и. 1, отличающеес  тем, что дл  стабилизации энергораспределени  по объему активной зоны блок синхронизации соединен с противосто щими

регулирующими органами, расположенными один в верхней, а другой в нижней цоловинах активной зоны.

8.Устройство по пп. 1 и 7, отличающеес  тем, что использованы жидкостные регулирующие органы, цричем блок синхронизации соединен с сервоприводами, управл ющими положением уровней - границ каждого жидкостного регулирующето органа.

9. Устройство по пп. I и 7, отличающеес  тем, что использованы газообразные регулирующие органы, причем блок синхронизации соединен с сервоприводами, управл ющими давлением газообразного

ноглотител  нейтронов в каждом газообразном регулирующем органе.

10. Устройство по пп. 1, 4, 6, 7, 8, 9, отличающеес  тем, что в качестве блока синхронизации применена позиционна  обратна  св зь по положению регулирующих органов, при этом сервоприводы противосто щих регулирующих органов подключены к разнонол рным выходам усилител  мощности соответствующего регул тора.

Источники информации,

прин тые во внимание при экспертизе

1.Атомна  энерги , т. 41, вып. 2, 1976, с. 81-85.

2.Патент Англии № 1255928, кл. G 06С, опублик. 1961.

3.Авторское свидетельство СССР по за вке № 2363842/18-25, 1976, кл. G 21С 7/36 (прототип).

г, Ч

f

(

х

л.-

дх7р./ г.5

Свчение по пп

l-fO

0)

.м 5

Д/7Р-3

Сечение по NN