Нейтронно-измерительный канал

Полезная модель - нейтронно-измерительный канал (обозначаемый далее «КНИ) относится к технике измерения ионизирующих излучений и контроля энерговыделения в ядерных реакторах. КНИ иснользуются для контроля за состоянием активной зоны ядерных реакторов и относятся к оборудованию системы внутриреакторного контроля.
КНИ нредставляет собой, как нравило, сборку детекторов прямой зарядки (ДНЗ), расположенных на одной вертикали и объединенных между собой конструктивно. КНИ функционируют в тяжелых условиях работы: высокая температура, давление, интенсивное у- и нейтронное . При этом КНИ должны обладать достаточно высокими метрологическими и надежностными характеристиками, иметь небольшие размеры и конструктивно сопрягаться с внутрикорпусными агрегатами.
Известен КНИ, содержащий корпус с фланцем и герметичной проходкой, в котором расположены защитный экран и сборка детекторов прямой зарядки, расположенных на одной вертикали и снабженных кабе.лями, пропущенными через проходку (В.А. Брагин, И.В. Батенин, М.Н. Голованов и др.; Под ред. Г.Л. Левина. - Системы внутриреакторного контроля АЭС с реакторами ВВЭР. М.: Энергоатомиздат, 1987, с. 19-22).
Существенным недостатком указанной конструкции являются ее невысокие метрологические и надежностные характеристики вследствие невозможности точной привязки ДПЗ к определенным координатам активной зоны реактора.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является КНИ, содержащий корпус с фланцем и герметичной проходкой, в котором расположена траверса с закрепленными на ней
детекторами прямой зарядки, снабженными кабелями, пронущенными через проходку (Патент РФ № 2 140 105, он. 20.10.1999, МПК G 21 С 17/00, G 01 Т 3/00, Н 01 J 49/00. Сборка детекторов системы внутриреакторного контроля). Траверса выполнена в виде плиты, например, корытообразного профиля с прорезями. В траверсу установлены ДПЗ, кабели которых через прорези выведены на противоположнзтю сторону траверсы, при этом ДПЗ закреплены на траверсе либо посредством фиксатора, прикрепленного припоем к плите, либо с помощью хомутов. Траверса одновременно сочетает в себе функции защитного экрана для защиты кабелей от р-из.пучения ДПЗ.
В указанной конструкции траверса с прорезями имеет недостаточную жесткость для обеспечения ее досыла в корпус канала и точной привязки ДПЗ к определенным координатам активной зоны реактора, что отрицательно сказывается на метрологических характеристиках КНИ. Существенным недостатком описанной конструкции является ее недостаточная технологичность вследствие большого количества деталей и операций, применяемых при изготовлении и сборки элементов конструтащи и ЮЖ в целом.
Перед авторами заявленной полезной модели стояла задача повысить технологичность изготовления КПИ и его метрологические и надежностные характеристики.
Поставленная задача достигается тем, что в нейтронно-измерительном канале (КПИ), содержащем корпус с фланцем и герметичной проходкой, в котором расположена траверса с закрепленными на ней детекторами прямой зарядки, снабженными кабелями, пропущенными через проходку, траверса выполнена в виде трубы с прорезями и щелями, расположенными по ее образующей, и снабжена наконечником, выполненным из ферромагнитного материала, при этом детекторы прямой зарядки установлены в траверсе напротив указанных прорезей, закреплены на ней и Э1фанированы от кабелей при помощи фольги из циркониевого сплава, имеющей выступы, которые пропущены через щели в траверсе, а герметичная проходка представляет
собой фланец с герметично закрепленными в нем с помощью втулок кабелями детекторов.
Выполнение траверсы в виде трубы с прорезями и щелями, расположенными по ее образующей, позволяет осуществить монтаж ДПЗ, кабелей, элементов их ьфепления и сборку КНИ в целом с меньшим количеством перегибов кабелей, исключая крепление кабелей между ДПЗ, и меньпшм количеством крепежных элементов. Траверса указанной конструкции обладает большей жесткостью и предохраняет кабели и ДПЗ от повреждения при их монтаже в корпус канала, обеспечивая более точную координатную привязку расположения ДПЗ в корпусе КПИ, а в последующем и в активной зоне реактора.
Установка на траверсу наконечника, выполненного из ферромагнитного материала, позволяет осуществлять технологический контроль точности расположения траверсы с ДПЗ в корпусе КНИ в процессе изготовления, например, вихретоковым методом. При этом точно фиксируется величина зазора между наконечником траверсы и внутренней торцевой поверхностью корпуса КПИ, тем самым, при необходимости, обеспечивается возможность переустановки траверсы в корпус до получения допустимого зазора.
Закрепление ДПЗ в прорезях траверсы осуществляется при помощи фольги из циркониевого сплава, которая одновременно выполняет функцию защитного Э1фана кабелей от р-излучения ДПЗ. При этом со1фащается количество крепежных элементов и исключаются технологические операции по пайке. Использование в качестве материала защитного экрана циркониевой фольги нозволяет уменьпшть толщину экрана, сохраняя его защитные свойства, и обеспечить суммарные размеры поперечного сечения ДПЗ, защитного экрана и кабелей в объеме траверсы. Тем самым повыщается технологичность сборки КНИ в целом и его надежность.
улучшить надежностные харатеристики КНИ за счет повышения радиационной и термической стойкости герметичного соединения элементов проходки и кабелей. Кроме того, такая конструкция проходки позволяет обеспечить индивидуальный контроль герметичности всех соединений проходки в процессе изготовления, допуская устранения возможных технологических дефектов отдельных элементов проходки. Повышение технологичности и надежности герметичной проходки обеспечивает поддержание требуемого уровня герметичности КНИ в процессе эксплуатации, сохраняя массу газового наполнителя, например, гелия, во внутреннем объеме КНИ, необходимую для протекания процессов теплообмена между элементами конструкции. Нри этом метрологические характеристики КНИ сохраняются в заданных пределах в течение всего срока эксплуатации. Предложенная конструкция герметичной проходки характеризуется большей надежностью в качестве второго барьера для теплоносителя первого контура реакторной установки.
На фиг. 1 приведено схематическое изображение КНИ. На фиг. 2 показана форма циркониевой фольги. На фиг. 3 показано поперечное сечение КНИ в области крепления ДПЗ к траверсе. На фиг. 4 показано увеличенное поперечное сечение герметичной проходки.
Нейтронно-измерительный канал содержит корпус, состоящий из трех частей 1, 2 и 3 (см. фиг. 1), в котором размещена траверса 4 с закрепленными на ней детекторами прямой зарядки (ДПЗ) 5. ДПЗ 5 снабжены кабелями 6, пропущенными через проходку 7. По образующей траверсы 4 в местах установки ДПЗ 5 выполнены прорези 8 и щели 9. Траверса 4 снабжена ферромагнитным наконечником 10. ДПЗ 5 за1фегшены на траверсе 4 и экранированы от кабелей 6 при помощи фольги из циркониевого сплава 11с выступами 12 (см. фиг. 2). Выбором материала фольги из циркониевого сплава уменьшается толщина защитного экрана. При этом выступы 12 фольги 11 пропущены через щели 9. Выступы 12 позволяют уплотнить монтаж ДПЗ 5 к траверсе 4, закрепляя ДПЗ 5 и высвобождая пространство
Г/// //
внутри траверсы 4 для кабелей 6 (см. фиг. 3). Герметичная нроходка 7 (см. фиг.4) выполнена в виде фланца 13, в котором с помощью втулок 14 герметично закреплены кабели 6 ДПЗ 5. Вьшоды кабелей 6 ДПЗ 5 подсоединены к электрическому соединителю 15, размещенному в части 3 корпуса КНИ.
КНИ изготавливается следующим образом.
Корпус КНИ состоит из трех частей 1, 2 и 3 (см. фиг. 1). Часть 1 корпуса с фланцем предназначена для размещения траверсы 4 с детекторами прямой зарядки (ДПЗ) 5. Часть 2 корпуса предназначена для соединения траверсы 4 с корпусом. Часть 3 корпуса содержит электрический соединитель 15 для вывода кабелей 6 к измерительному блоку (на фиг. не показан). Все части 1, 2 и 3 корпуса соединяются между собой при помощи сварки и изготавливаются из коррозионно-стойкого и обладающего радиационной стойкостью материала, например, из нержавеющей стали марки 08Х18Н10Т. Длина корпуса КНИ составляет обычно 84-12 м, а внешний диаметр внутриреакторной части корпуса - около 10 мм при толщине стенки 0,84-1 мм.
Траверса 4, на которой размещаются ДНЗ 5, представляет собой трубу длиной, превыщающей суммарную длину детекторов, и толщиной 0,2-f 0,5 мм и изготавливается из нержавеющей стали. В трубе выполнены прорези 8 для установки детекторов 5 по их количеству, а также щели 9 для крепления детекторов с помощью циркониевой фольги 11 по четыре щели на каждый детектор.
ДПЗ 5 с кабелями 6 размещаются напротив прорезей 8 в траверсе 4 с точностью 1 мм по ее длине. Кабели протягиваются по длине траверсы. Циркониевая фольга 11 толщиной 0,24-0,3 мм вьфезается длиной, превышающей длину детектора, и ппфиной, перекрывающей детектор после его закрепления, например, 120 мм и 6 мм соответственно. Фольга 11 отделяет детекторы 5 от кабелей 6 (за исключением ближнего к ферромагнитному наконечнику 10 траверсы 4). Фольга 11 имеет
прямоугольную форму и четьфе выступа 12, по два с каждой длипой стороны (см. фиг. 2). В траверсе 4 в области прорезей 8 выполнены четьфе щели 9 для выстзшов 12 фольги 11. При креплении детекторов 5 фольгой 11 к траверсе 4 ее выступы 12 пропускаются в щели 9 заподлицо с поверхностью траверсы с ее внепшей стороны и прикрепляются к ней, например, сваркой. Кабели 6 от соседних ДПЗ 5, проходящие поверх циркониевой фольги 11, за1феш1яются на ней поджатием краев прямоугольной прорези 8 траверсы 4 (как показано на фиг. 3). Затем к свободному от кабелей 6 концу траверсы 4 при помощи сварки присоединяется наконечник 10 из ферромагнитного материала, например, из стали 20X13.
Для закрепления кабелей 6 ДПЗ 5 в герметичной проходке 7 на кабели 6 при помощи лазерной сварки герметично присоединяются втулки 14 из нержавеющей стали (см. фиг. 4) в месте прохождения конкретного кабе.пя через проходку 7. Затем втулки 14 лазерной сваркой герметично присоединяются к фланцу 13. Фланец 13 представляет собой шайбу из стали 08Х18П10Т диаметром 20 мм и толщиной 5 мм с отверстиями для закрепления втулок 14 с кабелями 6.
Полученный таким образом узел, состоящий из траверсы 4 с наконечником 10 и с закрепленными на ней ДПЗ 5 с кабелями 6 и из герметичной проходки 7, подвергается испьгганиям на герметичность. При необходимости проводятся исправления дефектов сварных соединений. После этого указанный узел и часть 2 корпуса вдвигаются в часть 1 корпуса до упора наконечника 10 во внутренний торец части 1 корпуса, проводится контроль положения ферромагнитного наконечника 10 траверсы 4 в части 1 корпуса вихретоковьпл методом, и эти элементы соединяются между собой и с частью 1 корпуса с последующей проверкой на герметичность. Затем внутренняя полость конструкции заполняется гелием при давлении 12 атм.
После этого проводится распайка выводов кабелей 6 ДПЗ 5, выходящих из герметичпой проходки 7, на электрический соединитель 15, установленный на части 3 корпуса, которая затем соединяется с частью 2,
образуя единую конструкцию КНИ. После этого проводится полный комплекс приемо-сдаточных испытаний.
После размещения КНИ в корпусе реакторной установки производится уплотнение посадочных поверхностей КНИ в корпусе реактора и подключение электрических соединителей к кабельным шлейфам, которые в свою очередь подключены к измерительной аппаратуре. Нри выходе реактора на мощность под воздействием потока нейтронов ДГО выдают токовый электрический сигнал, пропорциональный плотности потока нейтронов.
По сравнению с известными КНИ заявленный 1СНИ характеризуется повышенной технологичностью изготовления и более высокими метрологическими и надежностными характеристиками за счет уменьшения количества элементов и операций, применяемых при сборке и монтаже КНИ, за счет большей жесткости траверсы, которая обеспечивает ее досыл в корпус канала, точной привязки ДНЗ к определенным координатам активной зоны реактора, а также за счет возможности обеспечения пооперационного технологического контроля на всех этапах изготовления КНИ.
За счет повьппенной технологичности изготовления заявленный детектор в сравнении с прототипом имеет меньшую стоимость изготовления более чем на 20%. Отбраковка заявленных детекторов после изготовления до этапа размещения в измерительный канал реакторной установки снизилась более чем на 10% в сравнении с прототипом.
ФГУП «НИИ НПО «Луч были разработаны, спроектированы и изготовлены опытные партии заявленных ДПЗ в соответствии с ГОСТ Р 15.201-2000 СР1Ш «Продукция производственно-технического назначения. Порядок разработки и постановки продукции на производство и ОСТ 95 332-93 «Изделия ядерного приборостроения и радиационной техники. Правила приемки.
1.Приёмо-сдаточные испытания изготовленных нейтронноизмерительных каналов и их составных частей (ДПЗ, кабель) в объёме:
1.1.ДПЗ.
1.1.1.Контроль габаритных, установочных и присоединительных размеров, внешнего вида и маркировки.
1.1.2.Контроль электрического сопротивления изоляции (Киз) при температуре (25±10)° С между выводами ДПЗ и между выводами ДПЗ и корпусом, Киз не менее .
1.1.3.Контроль электрического сопротивления изоляции (Кш) при температуре (350-30)°С между выводами ДПЗ и между выводами ДПЗ и корпусом, Киз не менее .
1.1.4.Контроль электрической ёмкости (С) при температуре (25±10)°С между выводами ДПЗ и между выводами ДПЗ и корпусом, фактические значения.
1.1.5.Контроль герметичности, натекание по гелию не более 6,65-10 .
1.2.Кабель.
1.2.1.Контроль габаритных, установочных и присоединительных размеров, внешнего вида и маркировки.
1.2.2.Контроль электрического монтажа и целостности электрических цепей.
1.2.3.Контроль электрического сопротивления изоляции (Киз) при температуре (25±10)С между контактами электросоединителей и между контактами элекгросоединителей и экранов, Киз не менее .
1.2.4.Контроль электрической ёмкости (С) между контактами электросоединителей и экранами, фактические значения.
1.2.5.Контроль герметичности оболочки кабеля, натекание по гелию не более 6,65-10 м1Па/с.
2Л. ДПЗ.
2.1.1.Контроль электрического сопротивления изоляции и ёмкости в соответствии с п.п. 1.1.2, 1.1.3,1.1.4.
2.1.2.Устойчивость к изгибам части ДПЗ с  диаметром 7,5 мм (радиус изгиба 1000 мм, угол изгиба - 30), количеств изгибов - не менее 15, с последующим контролем электропараметров по п. 2.1.1.
2.1.3.Контроль герметичности ДПЗ п
ри температуре (25±10)°С, сопротивление изоляции Кш не менее , натекание по гелию не более 6,65-10  м.Па/с.
2.1.4.Контроль герметичности ДПЗ при температуре (350-30)°С, натекание по гелию не более 6,65-10 м.Па/с.
2.1.5.Контроль герметичности ДПЗ при температуре (150±10)С, натекание по гелию не более 6,65-10 м.Па/с.
2.1.6.Испытания на устойчивость ДПЗ к внешнему давлению 24 МПа при (25±10)С, сопротивление изоляции после воздействия давления не менее .
2.1.7.Испытания на чувствительность к потоку тепловых нейтронов (коэффициент преобразования 3.0-10 ±2% Кл.м нейтрон), разброс чувствительности к потоку тепловых нейтронов (не более ±1%), погрешность определения абсолютной чувствительности ДПЗ к линейному энерговыделению (не более 5% при доверительной вероятности 0,95) и эффективность циркониевых экранов.
2.1.8.Испытания на устойчивость ДПЗ к воздействию температуры (350-30)°С, сопротивление изоляции при температуре испытаний Кш не менее .
2.1.9.Функционирование датчика контроля герметичности, сопротивление изоляции при установке в нейтронно-измерительный канал не менее , при погружении в воду .
2.2.1.Испытания на устойчивость к изгибам кабеля (радиус изгиба 150 мм 10 изгибов). Проверка целостности электрических цепей и сопротивления поп. 1.2.3.
2.1.2.Испытания на помехоустойчивость по методике и на оборудовании РНЦ «Курчатовский институт.
2.3. Нейтронно-измерительный канал.
2.3.1. Испытания на устойчивость к механическим (вибрационным) воздействиям и сейсмостойкость, вибропрочность по ГОСТ 30630.1.2-99 метод 103-1.1, сейсмостойкость по ГОСТ 17516.1-90 - метод фиксированных частот. При проведении испытаний контроль электропараметров по п. 1.1.2. и 1.1.4., по окончании испытаний по п.п. 1.1.2,1.1.3,1.1.4.
2.3.2 Контроль внешнего вида и габщ)итных размеров нейтронноизмерительного канала и его составных частей.
Результаты испытаний положительные. Установлено, что заявленный нейтронно-измерительный канал соответствует своему функциональному назначению: измерению ионизирующих излучений и контролю энерговыделения в ядерных реакторах. Заявленный нейтронноизмерительный канал превосходит известные аналоги и прототип по технологичности изготовления и более высоким метрологическим и надежностным характеристикам.
,