一种混合控制棒系统

本发明属于核反应堆安全与控制，更具体地说，本发明涉及一种混合控制棒系统。

背景技术：

1、控制棒是反应堆堆芯功率控制系统重要的组件。压水堆的传统控制棒都是由均匀分布的中子吸收体构成，定义为均匀控制棒。通过对均匀控制棒的提升和下插来调节堆芯功率。由于均匀控制棒的中子吸收体在堆芯轴向的非均匀分布，对中子的吸收呈现非均匀分布，进而使得堆芯中子通量密度不均匀，也即是堆芯轴向功率分布不均匀。堆芯轴向功率分布不均匀对于提升反应堆堆芯平均功率和消除氙振荡是不利的，带来经济和安全上的问题。为改善堆芯轴向功率的均匀性，申请号为201410246885.3的中国发明专利公开了一种新型控制棒，结构上：沿径向分为内层圆柱体和外层圆环柱体，内层可相对所述外层轴向滑动，沿轴向间隔分布中子吸收体和非中子吸收体；相反，沿轴向间隔分布均匀的中子吸收体，则称为均匀控制棒。这种控制棒在轴向上的中子吸收体分布不均匀，所以定义为非均匀控制棒，该非均匀控制棒包括a型非均匀控制棒和b型非均匀控制棒。由于非均匀控制棒是通过提升和下插内层柱体来调节堆芯功率。在调节过程中，非均匀控制棒的中子吸收体在堆芯轴向上呈现均匀分布，对中子的吸收呈现均匀分布，进而使得堆芯中子通量密度均匀，也即是堆芯轴向功率分布均匀。因此非均匀控制控制棒能够改善堆芯轴向功率分布的均匀性，提高了反应堆的经济和安全性。在寿期末，燃料释放中子能力变弱，由于非均匀控制棒的外层圆环柱体驻留堆芯，一直在吸收中子，会降低燃耗深度。非均匀控制棒仅仅依赖内层圆柱体的位置变化改变堆芯的反应性，引入的总反应性小于均匀控制棒，所以调节堆芯功率水平范围会减小。

2、为改善均匀控制棒系统堆芯轴向功率分布的均匀性，同时提高非均匀控制棒系统的堆芯功率水平的调节范围，需要一种混合控制棒组件及其组成的系统。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

2、为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种混合控制棒系统，包括：

3、在反应堆堆芯间隔布置的均匀控制棒、a型非均匀控制棒、b型非均匀控制棒和不锈钢棒，所述均匀控制棒的数量为np、a型非均匀控制棒的数量为na、b型非均匀控制棒的数量为nb，不锈钢棒的数量为ns，其中np、na、nb，ns满足以下关系：

4、1m≤np≤18m

5、na＝nb，且1m≤na≤9m

6、ns＝0或1

7、np+na+nb+ns＝20m

8、其中，m是大于等于1的整数。

9、优选的是，其中，所述均匀控制棒和不锈钢棒对称布置在反应堆堆芯测量管道的外侧，当np＞1m时，各均匀控制棒之间呈对称的间隔排布。

10、优选的是，其中，所述a型非均匀控制棒、b型非均匀控制棒间隔布置在所述均匀控制棒和不锈钢棒的外侧或两侧；

11、在均匀控制棒和不锈钢棒外侧的a型非均匀控制棒、b型非均匀控制棒呈矩形排布，相对矩形边的a型非均匀控制棒和b型非均匀控制棒呈对称布置；

12、在均匀控制棒和不锈钢棒两侧的a型非均匀控制棒、b型非均匀控制棒与均匀控制棒和不锈钢棒构成围绕反应堆堆芯测量管道的环形排布。

13、优选的是，其中，当均匀控制棒的数量np为奇数时，不锈钢棒的数量ns设置为1；当均匀控制棒的数量np为偶数时，不锈钢棒的数量ns设置为0。

14、优选的是，其中，用数组(np，na，nb，ns)表示混合控制棒系统中的均匀控制棒、a型非均匀控制棒、b型非均匀控制棒和不锈钢棒的布置类型，则混合控制棒系统中的均匀控制棒、a型非均匀控制棒、b型非均匀控制棒和不锈钢棒的布置类型至少包括：(1，9，9，1)，(2，9，9，0)，(3，8，8，1)，(4，8，8，0)，(5，7，7，1)，(6，7，7，0)，(7，6，6，1)，(8，6，6，0)，(9，5，5，1)，(10，5，5，0)，(11，4，4，1)，(12，4，4，0)，(13，3，3，1)，(14，3，3，0)，(15，2，2，1)，(16，2，2，0)，(17，1，1，1)，(18，1，1，0)。

15、优选的是，其中，所述a型非均匀控制棒、b型非均匀控制棒插入或拔出的行程h1的范围如下式所示：

16、0≤h1≤h/2n

17、其中，h是堆芯高度，n为a型非均匀控制棒和b型非均匀控制棒中子吸收体或非中子吸收体的数量。

18、优选的是，其中，所述均匀控制棒插入或拔出的行程h2的范围如下式所示：

19、0≤h2≤h

20、其中，h是堆芯高度。

21、优选的是，其中，所述a型非均匀控制棒和b型非均匀控制棒共同与第一驱动棒装置连接，所述均匀控制棒共同与与第二驱动棒装置连接，在功率控制时，同时启动第一驱动棒装置和第二驱动棒装置，在相同的时间内，完成提插a型非均匀控制棒、b型非均匀控制棒和均匀控制棒过程，a型非均匀控制棒、b型非均匀控制棒插入或拔出的行程h1和均匀控制棒插入或拔出的行程h2之比为：

22、h1/h2＝1/2n

23、其中，n为a型非均匀控制棒和b型非均匀控制棒中子吸收体或非中子吸收体的数量。

24、本发明至少包括以下有益效果：本发明提供的一种混合控制棒系统，通过公开a型非均匀控制棒、b型非均匀控制棒和均匀控制棒在堆芯内部的布置方式，改善了均匀控制棒系统堆芯轴向功率分布的均匀性，同时提高了非均匀控制棒系统的堆芯功率水平的调节范围。

25、本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

技术特征：

1.一种混合控制棒系统，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的混合控制棒系统，其特征在于，所述均匀控制棒和不锈钢棒对称布置在反应堆堆芯测量管道的外侧，当np＞1m时，各均匀控制棒之间呈对称的间隔排布。

3.如权利要求1所述的混合控制棒系统，其特征在于，所述a型非均匀控制棒、b型非均匀控制棒间隔布置在所述均匀控制棒和不锈钢棒的外侧或两侧；

4.如权利要求1所述的混合控制棒系统，其特征在于，当均匀控制棒的数量np为奇数时，不锈钢棒的数量ns设置为1；当均匀控制棒的数量np为偶数时，不锈钢棒的数量ns设置为0。

5.如权利要求1所述的混合控制棒系统，其特征在于，用数组(np，na，nb，ns)表示混合控制棒系统中的均匀控制棒、a型非均匀控制棒、b型非均匀控制棒和不锈钢棒的布置类型，则混合控制棒系统中的均匀控制棒、a型非均匀控制棒、b型非均匀控制棒和不锈钢棒的布置类型至少包括：(1，9，9，1)，(2，9，9，0)，(3，8，8，1)，(4，8，8，0)，(5，7，7，1)，(6，7，7，0)，(7，6，6，1)，(8，6，6，0)，(9，5，5，1)，(10，5，5，0)，(11，4，4，1)，(12，4，4，0)，(13，3，3，1)，(14，3，3，0)，(15，2，2，1)，(16，2，2，0)，(17，1，1，1)，(18，1，1，0)。

6.如权利要求1所述的混合控制棒系统，其特征在于，所述a型非均匀控制棒、b型非均匀控制棒插入或拔出的行程h1的范围如下式所示：

7.如权利要求6所述的混合控制棒系统，其特征在于，所述均匀控制棒插入或拔出的行程h2的范围如下式所示：

8.如权利要求7所述的混合控制棒系统，其特征在于，所述a型非均匀控制棒和b型非均匀控制棒共同与第一驱动棒装置连接，所述均匀控制棒共同与与第二驱动棒装置连接，在功率控制时，同时启动第一驱动棒装置和第二驱动棒装置，在相同的时间内，完成提插a型非均匀控制棒、b型非均匀控制棒和均匀控制棒过程，a型非均匀控制棒、b型非均匀控制棒插入或拔出的行程h1和均匀控制棒插入或拔出的行程h2之比为：

技术总结
本发明公开了一种混合控制棒系统，包括：在反应堆堆芯间隔布置的均匀控制棒、A型非均匀控制棒、B型非均匀控制棒和不锈钢棒，所述均匀控制棒的数量为N<subgt;P</subgt;、A型非均匀控制棒的数量为N<subgt;A</subgt;、B型非均匀控制棒的数量为N<subgt;B</subgt;，不锈钢棒的数量为N<subgt;S</subgt;，其中N<subgt;P</subgt;、N<subgt;A</subgt;、N<subgt;B</subgt;，N<subgt;S</subgt;满足以下关系：1M≤N<subgt;P</subgt;≤18M；N<subgt;A</subgt;＝N<subgt;B</subgt;，且1M≤N<subgt;A</subgt;≤9M；N<subgt;S</subgt;＝0或1；N<subgt;P</subgt;+N<subgt;A</subgt;+N<subgt;B</subgt;+N<subgt;S</subgt;＝20M；其中，M是大于等于1的整数。本发明通过公开A型非均匀控制棒、B型非均匀控制棒和均匀控制棒在堆芯内部的布置方式，改善了均匀控制棒系统堆芯轴向功率分布的均匀性，同时提高了非均匀控制棒系统的堆芯功率水平的调节范围。

技术研发人员：刘成
受保护的技术使用者：西南科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7