СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ ПЕРЕКРЫТИЯ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ ВЕРХНЕГО ТРАКТА С ФЛАНЦЕМ ГРАФИТОВОЙ КОЛОННЫ КАНАЛЬНОГО ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR DETERMINING OVERLAPPING VALUE OF TELESCOPIC JOINT OF UPPER PATH WITH FLANGE OF GRAPHITE COLUMN OF CHANNEL NUCLEAR REACTOR, AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области контроля работоспособности ядерного реактора, при котором производится определение величины перекрытия телескопического соединения верхнего тракта с фланцем графитовой колонны канального ядерного реактора.
Канальный ядерный реактор содержит 1400 ячеек, каждая из которых состоит из помещенного в графитовую колонну технологического канала (ТК) с расположенной внутри тепловыделяющей сборкой (ТВС). Весь тракт технологического канала вместе с графитовой колонной на работающем реакторе находится при высокой температуре и огромном радиационном облучении от работы ТВС. В наибольшей степени от нейтронного облучения страдает графитовая колонна, которая цилиндрическим хвостовиком фланца образует с втулкой верхнего тракта реактора телескопическое соединение. В результате длительного облучения нейтронами графит распухает, механическая прочность графитовой колонны уменьшается и со временем она начинает проседать. При этом фланец также проседает, т.е. опускается вниз, и величина перекрытия телескопического соединения, установленная в 225 мм на новом реакторе, начинает уменьшаться. Минимально допустимая величина перекрытия составляет 80 мм, после чего решается вопрос о возможности дальнейшей эксплуатации ядерного реактора.
Известен способ контроля величины перекрытия телескопического соединения верхнего тракта с фланцем графитовой колонны канального ядерного реактора, включающий определение высотных отметок торцов сопрягаемых в соединении узлов и последующее вычисление величины перекрытия (Регламент эксплуатационного контроля технологических каналов, каналов СУЗ и графитовой кладки реакторов РБМК-1000; НИКИЭТ, 1993, инв. Е 040-2703). Для осуществления способа извлекают ТВС, вырезают технологический канал, вертикальным перемещением извлекают его из реактора, внутрь ТК заводят технический эндоскоп, опускают его объектив до глубины расположения телескопического соединения, далее проводят необходимые замеры и вычисления.
Недостатком известного способа является то, что производится косвенный замер величины перекрытия. Кроме того, недостатком является необходимость извлечения и последующей утилизации технологического канала и постановки в ячейку нового.
Указанные недостатки устранены в способе контроля величины перекрытия телескопического соединения верхнего тракта с фланцем графитовой колонны ядерного реактора, описанном в патенте РФ №2184996 от 08.12.2000. Способ содержит воздействие на телескопическое соединение переменного магнитного поля с частотой 50-500 Гц, улавливание ответного сигнала, фиксирование по нему изменений величин магнитного сопротивления на границах перекрытия телескопического соединения и последующее вычисление величины перекрытия по расстоянию между этими изменениями.
Способ осуществляется с помощью устройства, содержащего аксиально расположенный в технологическом канале вертикально подвижный измерительный преобразователь (ИП), состоящий из двух сигнальных, включенных встречно, обмоток и одной возбуждающей обмотки, механизмы перемещения измерительного преобразователя и блок электронной обработки сигнала, коммутированный с измерительным преобразователем и компьютером.
Недостатком известного способа является неточность определения величины перекрытия телескопического соединения верхнего тракта с фланцем графитовой колонны ядерного реактора, обусловленная следующими факторами. Обойма верхнего тракта и хвостовик фланца изготовлены из ферромагнитной стали, технологический канал и расположенные на нем центрирующие втулки - из аустенитной немагнитной стали. Поскольку на телескопическое соединение воздействуют переменным магнитным полем с частотой 50-500 Гц, то на ответный сигнал ИП влияет не только магнитное сопротивление на границах перекрытия, но и электропроводимость составляющих телескопическое соединение ферромагнитных труб из-за возникновения в них вихревых токов, что является мешающим фактором для точного определения величины перекрытия телескопического соединения.
Кроме того, сильное влияние на ответный сигнал ИП оказывает и электропроводимость самого ТК с центрирующими втулками, через который воздействуют переменным магнитным полем, особенно в случае близкого расположения центрирующих втулок к контролируемому перекрытию. При максимальном значении величины перекрытия (225 мм) и минимальном (80 мм) ответный сигнал с ИП получается суммарным от границы перекрытия и границы втулки, что дополнительно увеличивает погрешность определения величины перекрытия телескопического соединения.
На точность определения величины перекрытия влияет еще один фактор. Так как в зоне контроля (в остановленном и охлажденном реакторе) температура составляет 70-90°С, то при помещении ИП, состоящего из двух сигнальных, включенных встречно, обмоток и одной возбуждающей обмотки, в эту среду происходит изменение комплексного сопротивления этих обмоток, что приводит к разбалансу ИП и, как следствие, к потере чувствительности и снижению точности измерений.
Целью изобретения является повышение точности определения величины перекрытия телескопического соединения верхнего тракта с фланцем графитовой колонны ядерного реактора.
Поставленная цель достигается тем, что в способе определения величины перекрытия телескопического соединения верхнего тракта с фланцем графитовой колонны канального ядерного реактора, содержащем воздействие на телескопическое соединение магнитного поля, улавливание ответного сигнала, фиксирование по нему изменений магнитных характеристик поля на границах перекрытия с помощью устройства, выполненного в виде аксиально расположенного в технологическом канале вертикально подвижного измерительного преобразователя с механизмом его перемещения, и блока электронной обработки сигнала, соединенного с измерительным преобразователем и компьютером, и последующее вычисление величины перекрытия по расстоянию между точками максимального изменения магнитных характеристик поля, на телескопическое соединение воздействуют постоянным магнитным полем и фиксируют его напряженность в зазоре между полюсами П-образного магнита и границами перекрытия телескопического соединения, с помощью расположенных у полюсов магниточувствительных элементов, включенных дифференциально и скомпенсированных на поверхности однородной ферромагнитной среды.
Отсутствие вихревых токов при использовании постоянного магнитного поля исключает влияние электропроводимости как ферромагнитных труб телескопического соединения, так и ТК с центрирующими втулками, позволяет проводить измерение напряженности в зазоре между измерительным преобразователем и границами перекрытия телескопического соединения, исключает дополнительное увеличение погрешности измерений, что гарантирует повышение точности определения величины перекрытия.
Измерительный преобразователь, выполненный в виде П-образного постоянного магнита с высокой коэрцитивной силой, например, из сплава неодим-железо-бор, у полюсов которого расположены магниточувствительные элементы, включенные дифференциально, обеспечивает работу в режиме нулевого начального сигнала, обладает более высокой термостабильностью и простотой в изготовлении, так как отсутствует необходимость в намотке катушек.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, на которых изображены:
на фиг.1 - фрагмент верхнего тракта технологического канала с извлеченной ТВС;
на фиг.2 - разрез А-А фиг.1 - структурная схема устройства;
на фиг.3 - график сигналов от измерительного преобразователя на границах перекрытия телескопического соединения.
На фиг.1 изображены: обойма 1 верхнего тракта ядерного реактора, хвостовик 2 фланца 3 графитовой колонны 4. В технологическом канале 5 аксиально расположен вертикально подвижный измерительный преобразователь 7, через трос 8 связанный с механизмом перемещения 9.
Измерительный преобразователь 7 связан с П-образным постоянным магнитом 10 (фиг.2), изготовленным из сплава неодим-железо-бор, имеющего коэрцитивную силу Нс не менее 1000 кА/м. Непосредственно у полюсов магнита 10 расположены магниточувствительные элементы 11, включенные дифференциально, что обеспечивает работу измерительного преобразователя 7 в режиме нулевого начального сигнала. В качестве магниточувствительных элементов 11 могут быть использованы феррозонды или специально изготовленные датчики Холла, работающие при уровне радиационного облучения более 100 рентген/сек. Магниточувствительные элементы 11 связаны через блок 12 электронной обработки сигнала с компьютером 13.
Устройство работает следующим образом.
Измерительный преобразователь 7 на тросе 8, связанном с механизмом перемещения 9, опускают внутрь технологического канала 5 до высотной отметки расположения телескопического соединения обоймы 1 верхнего тракта с хвостовиком 2 фланца 3 графитовой колонны 4. На телескопическое соединение воздействуют постоянным магнитным полем через стенку технологического канала 5, улавливают и фиксируют ответный сигнал. Поскольку на границах перекрытия имеет место конструктивное изменение толщины магнитного материала, то при пересечении их магнитным полем наблюдается изменение вектора напряженности магнитного поля как по величине, так и по фазе, что улавливают магниточувствительные элементы 11.
В блоке 12 электронной обработки сигнала ответный сигнал предварительно усиливают, осуществляют амплитудно-фазовую обработку, затем с помощью управляемых фильтров низкой и высокой частоты фильтруют сигнал для отстройки от мешающих факторов, например, когда изменение зазора между измерительным преобразователем и стенкой ТК вызвано коррозионными отложениями.
Далее ответный сигнал оцифровывают и передают его в виде файла данных для последующей обработки на компьютер 13, при этом осуществляется оперативное отображение текущих показаний на экране дисплея. Время контроля одного ТК составляет 10 минут.
На фрагменте диаграммы измерений с отстройкой от мешающих факторов (фиг.3) видно, что при воздействии постоянного магнитного поля на участки трубных конструкций с постоянной толщиной сигнал с магниточувствительных элементов 11 сбалансирован и равен 0. При переходе от толстой трубы к тонкой (и наоборот) возникает его разбаланс и происходит изменение амплитуды импульсов, снимаемых с магниточувствительных элементов 11. Время между пиками импульсов, умноженное на известную скорость перемещения измерительного преобразователя 7, соответствует величине перекрытия.
Предполагается проведение испытаний способа и устройства на Смоленской АЭС РФ.