[发明专利]用于热管堆耦合超临界CO2

权利要求书

1.一种用于热管堆耦合超临界CO₂布雷顿循环核动力系统的启动方法，其特征在于，所述热管堆耦合超临界CO₂布雷顿循环核动力系统的循环过程为：堆芯通过热管将热量传递给流经热管冷凝段的CO₂气体，CO₂气体在冷凝段吸热后进入气轮机膨胀做功，带动转动轴转动，进而带动压缩机转动为整个热管堆耦合超临界CO₂布雷顿循环核动力系统的循环回路提供驱动力，带动发电机向外输出功率，在气轮机做功后的乏汽在回热器内再次输出部分热能后，进入预冷器与冷却水换热，在气体达到压缩机入口目标温度后进入压缩机加压，其后进入回热器吸收乏汽释放的热能，完成循环过程；热管堆耦合超临界CO₂布雷顿循环核动力系统冷态启动包括堆芯热管启动、压缩机启动和循环回路切换；当系统首次启动时，采用有源启动方式，中子源放置在堆芯中心控制棒吸收体下端；通过转动鼓控制系统调节堆芯热管启动，满足堆芯启动限制条件，实现堆芯功率和温度的自主控制；通过压缩机入口温度控制，实现启动过程中压缩机入口温度的调节；通过压缩机入口压力控制，实现启动过程中压缩机入口压力的调节；通过转动轴转速控制实现压缩机转速台阶式上升；系统循环回路流量通过压缩机入口节流阀控制，实现启动过程中系统循环回路流量调节；系统循环回路切换控制通过气轮机旁通阀和气轮机入口节流阀开度控制，实现启动过程中工质从旁通支路逐步切换到气轮机支路。

2.根据权利要求1所述的一种用于热管堆耦合超临界CO₂布雷顿循环核动力系统的启动方法，其特征在于，所述转动鼓控制系统调节堆芯热管启动，满足堆芯启动限制条件，通过调节控制鼓转动角度和观察时间，改变堆芯功率升高速率。

3.根据权利要求2所述的一种用于热管堆耦合超临界CO₂布雷顿循环核动力系统的启动方法，其特征在于，控制单次转动鼓转动角度，在每次控制转动鼓转动后，观察时间内满足最大上升速率小于0.5％FP的情况下进行下一次转动否则进入下一个观察时间。

4.根据权利要求1所述的一种用于热管堆耦合超临界CO₂布雷顿循环核动力系统的启动方法，其特征在于，压缩机入口温度发生变化时，将压缩机实际入口温度与压缩机设定入口温度的差值作为输入信号输入到PI控制器中，根据PI控制器输出的信号来改变冷却水入口阀门开度，进而改变冷却水质量流量，以维持压缩机入口温度稳定。

5.根据权利要求4所述的一种用于热管堆耦合超临界CO₂布雷顿循环核动力系统的启动方法，其特征在于，冷却水入口阀门的开度O(t)为：

O(t)＝O(0)+u(t)

其中O(0)为冷却水入口阀门初始开度，u(t)为压缩机入口温度控制输出信号。

6.根据权利要求1所述的一种用于热管堆耦合超临界CO₂布雷顿循环核动力系统的启动方法，其特征在于，压缩机入口压力控制通过在压缩机入口处连接一个抽补气箱，在系统循环回路升温过程中及时抽气防止系统循环回路超压。

7.根据权利要求1所述的一种用于热管堆耦合超临界CO₂布雷顿循环核动力系统的启动方法，其特征在于，在系统循环回路启动前期，由发电机带动压缩机做功并维持转速阶梯式上升，通过控制与压缩机同轴相连的电动机功率，改变转动轴上的动力矩，使得压缩机按照设定转速运行。

8.根据权利要求1所述的一种用于热管堆耦合超临界CO₂布雷顿循环核动力系统的启动方法，其特征在于，系统循环回路流量控制通过压缩机入口节流阀控制调节，在启动过程中流量超过设定值时触发控制信号，以额定转速运行下系统循环回路的标定流量作为基准值，实时流量与基准值差值为输入信号，采用PI控制器调节压缩机入口节流阀开度，使流量稳定。