Система контроля уровня теплоносителя в реакторе

Полезная модель относится к техническим средствам системы внутриреакторного контроля и может быть использована в системах контроля определения уровня теплоносителя (СКУТ) в реакторах, а также в бассейнах для хранения отработанного ядерного топлива СКУТ в реакторе содержит индикатор уровня в виде продолговатого корпуса, в котором размещены термопреобразователи с нагреваемыми и ненагреваемыми рабочими спаями термопар, распределенными в продольном направлении, при этом ненагреваемые рабочие спаи термопар удалены от нагреваемых рабочих спаев термопар, секционированный электронагреватель, электронную аппаратуру и линии связи, при этом, расстояние между нагреваемыми и ненагреваемыми спаями термопар составляет 10-20 диаметров корпуса индикатора уровня, диаметр которого не превышает 10 мм, свободные спаи термопар размещены в пассивном термостате вместе с термометром сопротивления, электронная аппаратура содержит источник питания электронагревателя с возможностью автоматического регулирования тока в зависимости от температуры теплоносителя, измеряемой с помощью одной из ненагреваемых термопар и термометра сопротивления, усилитель сигналов термопреобразователей и термометра сопротивления, исполнительные устройства сигнализации, арифметическо-логическое устройство (АЛУ), содержащее функциональные блоки: вычислитель температуры теплоносителя, вычислители разности температур нагреваемых и ненагреваемых спаев термопар, вычислители производных температуры во времени, вычислители коэффициента теплоотдачи, блоки сравнения коэффициента теплоотдачи с пороговым значением, блоки коррекции порогового значения, блоки сигнализации, при этом входы усилителей сигналов термопреобразователей соединены посредством линий связи с термопреобразователями и термометром сопротивления, выход каждого из усилителей сигналов термопреобразователей соединен со входами АЛУ, в котором входы вычислителя температуры теплоносителя соединены с выходом усилителя термометра сопротивления и выходом одного из усилителей ненагреваемого спая, входы каждого из вычислителей разности температур соединен соответственно с выходами усилителей нагреваемых и ненагреваемых спаев, вход каждого из вычислителей производных температуры во времени соединен с выходами усилителей нагреваемых и ненагреваемых спаев, входы каждого вычислителя коэффициента теплоотдачи соединены с выходом вычислителя разности температур и вычислителя производной температуры во времени нагреваемого спая, входы каждого блока сравнения коэффициента теплоотдачи с пороговым значением соединены с выходом вычислителя коэффициента теплоотдачи и с выходом блока коррекции порогового значения, входы каждого блока сигнализации соединены с выходом блока сравнения коэффициента теплоотдачи с пороговым значением и выходом вычислителя производной во времени температуры ненагреваемого спая. Каждый выход блока сигнализации АЛУ соединен со входом исполнительного устройства сигнализации.

Полезная модель относится к техническим средствам системы внутриреакторного контроля и может быть использована в системах контроля определения уровня теплоносителя (СКУТ) в реакторах, а также в бассейнах для хранения отработанного ядерного топлива

Известно устройство для определения уровня теплоносителя в реакторе, содержащее продолговатый корпус, в котором размещены нагреваемые термоэлектрические измерители со спаями, распределенными в продольном направлении, и ненагреваемый термоэлектрический измеритель, спай которого расположен вне зоны размещения нагреваемых термоэлектрических измерителей (см. авт. свид. СССР 1157919, кл. G01F 23/22, оп. 1986). В этом известном устройстве спай ненагреваемого термоэлектрического измерителя расположен вне зоны размещения дифференциальных термоэлектрических нагреваемых измерителей в донной части продолговатого корпуса, при этом спаи термопар распределены вдоль корпуса. Система электронагрева выполнена в виде источника переменного тока, к которому через разделительный конденсатор подключены электроды термоэлектрических измерителей, используемые в качестве нагревательных элементов.

Недостатком известного устройства определения уровня теплоносителя в реакторе является низкая информативная точность измерения и высокая стоимость эксплуатации устройства, обусловленные большим количеством ложных срабатываний. Низкая информативная точность известного устройства определяется сложностью учета изменения температуры среды в зонах размещения спаев термоэлектрических измерителей. При постоянной мощности нагревательного элемента и увеличении температуры окружающей среды разность температур может значительно возрасти без изменения уровня, что вызовет ложное срабатывание устройства.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является устройство для определения уровня теплоносителя в реакторе, содержащее индикатор уровня в виде продолговатого корпуса, в котором размещены термопреобразователи с нагреваемыми и ненагреваемыми рабочими спаями термопар, распределенными в продольном направлении, при этом ненагреваемые рабочие спаи термопар удалены от нагреваемых рабочих спаев термопар, секционированный электронагреватель, электронную аппаратуру и линии связи (см. патент РФ 2153712 C1, Кл. G21C 17/035, 2000).

Недостатком этого известного устройства является низкая точность измерения, низкая надежность и высокая стоимость его эксплуатации за счет наличия ложных срабатываний.

Техническим результатом полезной модели является повышение точности и надежности контроля положения уровня в реакторе.

Указанный технический результат достигается тем, что система контроля уровня теплоносителя (СКУТ) в реакторе содержит индикатор уровня в виде продолговатого корпуса, в котором размещены термопреобразователи с нагреваемыми и ненагреваемыми рабочими спаями термопар, распределенными в продольном направлении корпуса, при этом ненагреваемые рабочие спаи термопар удалены от нагреваемых рабочих спаев термопар, секционированный электронагреватель, электронную аппаратуру и линии связи, при этом, расстояние между нагреваемыми и ненагреваемыми спаями термопар больше 10 диаметров корпуса индикатора уровня, диаметр которого не превышает 10 мм, свободные спаи термопар размещены в пассивном термостате вместе с термометром сопротивления, электронная аппаратура содержит источник питания электронагревателя с возможностью автоматического регулирования тока в зависимости от температуры теплоносителя, измеряемой с помощью одной из ненагреваемых термопар и термометра сопротивления, усилитель сигналов термопреобразователей и термометра сопротивления, исполнительные устройства сигнализации, арифметическо-логическое устройство (АЛУ), содержащее функциональные блоки: вычислитель температуры теплоносителя, вычислители разности температур нагреваемых и ненагреваемых спаев термопар, вычислители производных температуры во времени, вычислители коэффициента теплоотдачи, блоки сравнения коэффициента теплоотдачи с пороговым значением, блоки коррекции порогового значения, блоки сигнализации, при этом входы усилителей сигналов термопреобразователей соединены посредством линий связи с термопреобразователями и термометром сопротивления, выход каждого из усилителей сигналов термопреобразователей соединен со входами АЛУ, в котором входы вычислителя температуры теплоносителя соединены с выходом усилителя термометра сопротивления и выходом одного из усилителей ненагреваемого спая, входы каждого из вычислителей разности температур соединен соответственно с выходами усилителей нагреваемых и ненагреваемых спаев, вход каждого из вычислителей производных температуры во времени соединен с выходами усилителей нагреваемых и ненагреваемых спаев, входы каждого вычислителя коэффициента теплоотдачи соединены с выходом вычислителя разности температур и вычислителя производной температуры во времени нагреваемого спая, входы каждого блока сравнения коэффициента теплоотдачи с пороговым значением соединены с выходом вычислителя коэффициента теплоотдачи и с выходом блока коррекции порогового значения, входы каждого блока сигнализации соединены с выходом блока сравнения коэффициента теплоотдачи с пороговым значением и выходом вычислителя производной во времени температуры ненагреваемого спая, каждый выход блока сигнализации АЛУ соединен со входом исполнительного устройства сигнализации.

Диаметр корпуса индикатора уровня определяет его чувствительность, быстродействие и разрешающую способность, чем он меньше, тем выше указанные параметры. В конструкции индикатора уровня применен предельно малый диаметр корпуса 7,5÷10 мм. С помощью специальных технологий в такой малый диаметр корпуса было размещено заданное количество детекторов и линий связи. Малый диаметр обеспечивает датчику низкое энергопотребление, хорошую разрешающую способность и хорошее быстродействие:

Расстояние между нагреваемыми и не нагреваемыми спаями термопар должно быть оптимизировано. При слишком большом расстоянии начинает влиять вертикальный градиент температуры теплоносителя в реакторе. При его наличии температура теплоносителя в зоне ненагреваемых спаев термопар и в зоне нагреваемых спаев различается. Этот градиент приводит к ошибке при вычислении коэффициента теплоотдачи, что может привести к ложным срабатываниям сигнализации. Для снижения влияния градиента температуры необходимо минимизировать расстояние между указанными спаями термопар. При слишком малом расстоянии между спаями термопар происходит паразитный подогрев ненагреваемых спаев термопар из-за притока тепла от нагревателя по корпусу датчика. Этот эффект особенно проявляется при отсутствии теплоносителя в зоне указанных спаев термопар, он дает завышенное значение вычисленного коэффициента теплоотдачи, что может привести к несрабатыванию сигнализации. Оптимальное расстояние между спаями термопар должно составлять более 100 мм, но менее 200 мм для датчика диаметром 10 мм.

Автоматическое регулирование мощности нагревателя по специальному закону в зависимости от температуры теплоносителя компенсирует падение сигнала датчика при увеличении температуры теплоносителя. Этим достигается надежная работа СКУТ во всем диапазоне температур реактора. В СКУТ реализована защита от динамического расслоения теплоносителя, возникающего в момент резкого сброса мощности реактора или поступления холодного теплоносителя. При образуется холодный фронт теплоносителя, который движется снизу вверх. Сначала в зону холодного фронта попадают ненагреваемые спаи термопар, и только потом нагреваемые спаи, разность температур увеличивается не за счет роста показаний нагреваемых спаев термопар, как это происходит при их осушении, а за счет снижения показаний ненагреваемых спаев. Вычисленный коэффициент теплоотдачи снижается, что может вызвать ложное срабатывание сигнализации. В СКУТ используются производные показаний ненагреваемых спаев термопар, при отрицательном значении производной формируется сигнал запрета на сигнализацию. Этим исключаются ложные срабатывания.

Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле полезной модели, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию "новизна".

Сущность полезной модели поясняется чертежом, описанием конструкции и функционирования.

На фиг. 1 представлена блок-схема СКУТ

Блок-схема СКУТ (фиг. 1) включает источник питания электронагревателя 1, пассивный термостат 2, термометр сопротивления 3, усилитель сигналов термопреобразователей и термометра сопротивления 4, АЛУ-арифметическо-логическое устройство, которое включает функциональные блоки: вычислитель температуры теплоносителя 5, блок коррекции порогового значения 6, нагреватель 7, нагреваемый спай термопары 8, вычислитель производной во времени 9, вычислитель коэффициента теплоотдачи 10, блок сравнения 11, блок сигнализации 12, исполнительное устройство сигнализации 13, корпус индикатора уровня 14, вычислитель разности температур 15, ненагреваемый спай термопары 16. Блок-схема представляет собой типичную структуру СКУТ, имеющую три точки контроля температуры теплоносителя и, соответственно, три канала обработки сигналов. Количество каналов контроля в СКУТ может быть практически любым, особенность СКУТ заключается в независимой работе каналов: при отказе одного канала остальные продолжают работать. Ненагреваемые спаи термопар 16 находятся в тепловом контакте с корпусом индикатора уровня 14, нагреваемые спаи термопар 8 находятся в тепловом контакте и с корпусом 14 и с нагревателем 7. Свободные концы термопар (на схеме не показаны) и термометр сопротивления 3 находятся в тепловом контакте между собой за счет общего теплового контакта с термостатом 2, это позволяет учесть температуру свободных концов и вычислить температуру теплоносителя. Усилители сигналов термопреобразователей и термометра сопротивления 4 преобразуют сигналы в форму удобную для обработки в АЛУ, которое может быть аналоговым, цифровым, аналого-цифровым. Функциональные блоки в составе АЛУ выполняют обработку входных сигналов и вырабатывают управляющие сигналы: блок 5 вычисляет температуру теплоносителя по сигналам ненагреваемого спая и термометра сопротивления, каждый из блоков 15 вычисляет разность температур пары из нагреваемого и ненагреваемого спаев соответствующего канала контроля, блоки 9 вычисляют производные во времени сигналов нагреваемых и ненагреваемых спаев, каждый из блоков 10 вычисляет коэффициент теплоотдачи в своем канале по сигналам разности от блока 15 и производной во времени сигнала нагреваемой термопары от блока 9, каждый блок сравнения 11 вырабатывает логический сигнал исчезновения теплоносителя при снижении коэффициента теплоотдачи ниже порогового значения, при этом пороговое значение вырабатывает блок коррекции 6 по температуре теплоносителя от блока 5 в соответствии с кривой регулирования, хранящейся в его памяти, и являющейся индивидуальной для каждого канала контроля, каждый блок сигнализации 12 вырабатывает аварийный сигнал по сигналу от блока сравнения 11 при условии, что производная во времени сигнала ненагреваемого спая, поступающая от блока 9 не является отрицательной. Аварийный сигнал блока сигнализации 12 активирует исполнительное устройство сигнализации 13, которое может представлять собой как техническое средство (реле, лампочка, светодиод и т.п.), так и программный модуль вычислительного средства.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленная система СКУТ может быть реализована на практике с достижением заявленного технического результата, т.е. она соответствуют критерию «промышленная применимость».

Система контроля уровня теплоносителя (СКУТ) в реакторе, содержащая индикатор уровня в виде продолговатого корпуса, в котором размещены термоэлектрические преобразователи с нагреваемыми и ненагреваемыми рабочими спаями термопар, распределенными в продольном направлении, при этом ненагреваемые рабочие спаи термопар удалены от нагреваемых рабочих спаев термопар, секционированный электронагреватель, электронную аппаратуру и линии связи, отличающаяся тем, что расстояние между нагреваемыми и ненагреваемыми спаями термопар составляет 10-20 диаметров корпуса индикатора уровня, диаметр которого не превышает 10 мм, свободные спаи термопар размещены в пассивном термостате вместе с термометром сопротивления, электронная аппаратура содержит источник питания электронагревателя с воможностью автоматического регулирования тока в зависимости от температуры теплоносителя, измеряемой с помощью одной из ненагреваемых термопар и термометра сопротивления, усилитель сигналов термопреобразователей и термометра сопротивления, исполнительные устройства сигнализации, арифметическо-логическое устройство (АЛУ), содержащее функциональные блоки: вычислитель температуры теплоносителя, вычислители разности температур нагреваемых и ненагреваемых спаев, вычислители производных температуры во времени, вычислители коэффициента теплоотдачи, блоки сравнения коэффициента теплоотдачи с пороговым значением, блок коррекции порогового значения, блоки сигнализации, при этом входы усилителей сигналов термопреобразователей соединены посредством линий связи с термоэлектрическими преобразователями и термометром сопротивления, выход каждого из усилителей сигналов термопреобразователей соединен со входами АЛУ, в котором входы вычислителя температуры теплоносителя соединены с выходом усилителя термометра сопротивления и выходомодного из усилителей ненагреваемого спая, входы каждого из вычислителей разности температур соединен соответственно с выходами усилителей нагреваемых и ненагреваемых спаев, вход каждого из вычислителей производных температуры во времени соединен с выходами усилителей нагреваемых и ненагреваемых спаев, входы каждого вычислителя коэффициента теплоотдачи соединены с выходом вычислителя разности температур и вычислителя производной температуры во времени нагреваемого спая, входы каждого блока сравнения коэффициента теплоотдачи с пороговым значением соединены с выходом вычислителя коэффициента теплоотдачи и с выходом блока коррекции порогового значения, входы каждого блока сигнализации соединены с выходом блока сравнения коэффициента теплоотдачи с пороговым значением и выходом вычислителя производной во времени температуры ненагреваемого спая, каждый выход блока сигнализации АЛУ соединен со входом исполнительного устройства сигнализации.