[发明专利]用于热管堆耦合超临界CO2

说明书

本发明公开了一种用于热管堆耦合超临界COsubgt;2/subgt;布雷顿循环核动力系统的启动方法，热管堆耦合超临界COsubgt;2/subgt;布雷顿循环核动力系统冷态启动包括堆芯热管启动、压缩机启动和回路切换。系统为有源启动，首先通过转动鼓控制系统调节堆芯热管启动，实现堆芯功率和温度的自主控制；通过压缩机入口温度和压力控制，维持启动过程中压缩机入口温度和压力的稳定；通过转动轴转速控制转动轴转速台阶式上升；系统回路流量通过压缩机入口节流阀控制，实现回路流量调节；系统循环回路切换控制通过气轮机旁通阀和节流阀开度控制，实现工质从旁通支路切换至气轮机支路。本发明实现控制热管堆耦合超临界COsubgt;2/subgt;布雷顿系统冷态启动关键参数的能力，降低扰动较小的情况下实现系统启动。

技术领域

本发明属于核反应堆热工水力实验技术领域，具体涉及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案。

背景技术

无人潜航器(UUV)具有自主性、灵活性和多功能性，是水下勘探、资源开发、开发利用的有效工具。热管冷却反应堆(HPR)由于其良好的固有安全性、可控性和隐蔽性，被认为是UUV动力源中最有前途的选择之一。由于热管冷却反应堆的应用场景不同，其结构也各不同。大多数热管冷却反应堆使用静态热电转换装置，但随着功率需求的增加，动态热电转换装置正变得越来越流行。采用热管型反应堆耦合超临界CO₂布雷顿循环系统具有高清醒、高功率密度、高可靠性等优点，其十分适用于结构紧凑的水下无人潜航器。

这种新型核动力系统具有较好的应用前景，因此针对该种新型核动力系统的冷态启动特性研究具有重要意义。由于这种新型核动力装置启动过程中涉及到较大的热延迟线性、较强的热膨胀阻力以及回路切换流量变化剧烈等特点，同时启动过程还需满足一定的限制条件，这些增加了热管堆耦合超临界CO2布雷顿循环核动力系统的启动方案设计的复杂性和难度。

目前，现有的热管冷却反应堆启动方案大多是针对静态热电转换器的，相对而言较为简单不具有分析该种新型耦合系统冷态启动的能力。因此，探索出一个合理的具有较好的安全性和稳定性的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案具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对新型核动力装置启动特性研究的不足，提供一种用于热管堆耦合超临界CO₂布雷顿循环核动力系统启动控制方法，同时考虑了堆芯升功率限制、转动鼓精度限制等安全和稳定因素。

本发明采用以下技术方案来实现的：

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，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。