高温气冷实验堆燃料元件双向探测器的研制

中文摘要:

  介绍了高温气冷实验堆燃料元件双向探测器的基本原理和实现方法。它以两个并联的感应线圈为 敏感元件, 通过双通道法采集信号, 以89C51 单片机为处理核心, 系统软件采用循环扫描输入端口的方式获 取过球信号, 经智能分析、判断, 实现了对燃料元件的双向检测。

英文摘要：

  The basic principle and the implement method of bi-directional detector for fuel handling system in 10MW high temperature gas-cooled reactor were studied in th is paper. Two inductor coils in parallel connection w ere used as the sensitive element and two-channel circuit w ere chosen in the signal sampling circuit, a 89C51 microprocessor w as applied as the processing core, the ball-passing signals were acquired on the input port through the mode of circulate scan in the system program and analyzed by the intelligence technology, the function of the bi-directional detection of fuel element was realized.

10MW 高温气冷堆是用球形石墨燃料元件运行的。燃料包覆颗粒弥散在约60mm 直径的 石墨球中, 这些燃料元件松散地堆积在堆芯中, 在反应堆运行期间由燃料装卸系统实现不停堆装卸燃料。该系统的主要功能是: ①从燃料卸料管中排出燃料元件和向堆芯加入新燃料元件;②对排出的燃料元件进行燃耗检测并将没有达到最终燃耗深度的燃料元件重新装入堆芯作再循环, 达到要求的则卸出并输送到乏燃料储存罐中; ③分离燃料元件碎片和破损元件。为了实现燃料元件装卸系统的上述功能和控制系统的可靠运行, 需要研制一种能提供燃料元件在系统中各位置的滞留、运动方向信息, 并准确记录通过各测量点的燃料元件个数的双向探测器。
1　双向探测器的原理及功能
     在燃料元件装卸系统中, 重要位置均设有双向探测器, 以便为控制系统提供以下必要信 息: ①一个燃料元件正向或反向通过测量点; ②一个燃料元件停留在测量点上; ③通过某一测量点的累计球数; ④某一段输球管路中球的充满状态; ⑤探测器不能正常工作状态。控制系统根据这些指令, 燃料元件装卸系统各职能部件运行或停止。通过这些信息还可判断输送系统的故障。一般来说, 要完成上述功能, 有多种可供选择的探测方法。经比较, 考虑到反应堆的复杂环境下, 用电感式探测法进行检测。它的敏感元件就是缠绕于用陶瓷制成的中空管上的电感线圈。当无燃料元件通过时, 线圈的磁路为氦气与陶瓷材料; 当有燃料元件通过线圈时, 原来氦气的一部分磁路被燃料元件的磁路所代替, 燃料元件上就会产生出涡流, 导致线圈的阻抗和电感发生变化。再通过二次电路的处理把阻抗和电感的变化量转化为过球脉冲信号进行处理。
3　实验结果
     研制的双向探测器在实验室和装卸料系统实验装置上进行了实验。分别用单个球、一串球 (每组3 个球排成一列, 每相邻两个球相切) 和大半个球各进行了2000 次实验。实验结果表明, 探测器计数可靠, 分辨率高, 抗干扰能力强。它不仅能准确地计数正反向过球, 而且对两种特殊情况, 即燃料球悬浮在管路中和在提升过程中掉了下来也能正确判断。特别是在热实验台架上, 现场用电环境非常复杂, 附近有数台大功率变频电源同时运行, 探测器表现出良好的运行状态。实验结果表明该双向探测器完全可满足HTR210高温气冷堆燃料元件装卸系统的要求。