СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ РАСХОДА ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ ПО ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОЙ ТОЧКЕ МОЩНОСТИ И СПЕКТРАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ ЭДС МАГНИТОИНДУКЦИОННОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ШАРИКОВОГО РАСХОДОМЕРА
METHOD OF DETERMINATION OF COOLANT FLOW RATE BY CHARACTERISTIC POINT OF POWER AND SPECTRAL DENSITY OF VOLTAGE OF MAGNET INDUCTION CONVERTER OF BALL FLOW METRE

Область использования
Изобретение относится к способам измерения расхода воды в напорном тракте РБМК в различных режимах его эксплуатации. Изобретение может применяться также в реакторах других типов с водой в качестве теплоносителя, в исследовательских теплогидравлических стендах, используемых для моделирования процессов в ядерных энергетических установках, а также в других отраслях промышленности, например нефтяной.
Во всех указанных сферах использования важна достоверность показаний рабочих расходомеров, устанавливаемая, например, сопоставлением суммы показаний расхода среды множеству потребителей к отпущенному им суммарному объему от общего источника, которые должны совпадать. Однако на практике при использовании шариковых расходомеров во многих случаях это равенство не выполняется.
Список аббревиатур
РБМК - реактор большой мощности канальный.
РГК - раздаточный групповой коллектор.
ШАДР-32М - первичный преобразователь шарикового расходомера ШТОРМ-32М (ШАДР - шариковый датчик расходомера).
ШТОРМ-32М - шариковый расходомер, датчиком которого является ШАДР-32М.
ЗРК - запорно-регулирующий клапан.
КМПЦ - контур многократной принудительной циркуляции.
НВК - нижние водяные коммуникации.
МИП - магнитоиндукционный преобразователь первичного преобразователя шарикового расходомера.
ТК - топливный канал.
ГЦН - главный циркуляционный насос.
PSD - Power Spectral Density.
ЯЭУ - ядерная энергетическая установка.
Известно техническое решение, см. патент РФ №2217704, МПК G01F 25/00, «СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ И ПОВЕРКИ СЧЕТЧИКОВ И РАСХОДОМЕРОВ ЖИДКОСТИ (ВАРИАНТЫ)», согласно которому на трубопровод вблизи от поверяемого рабочего средства измерения устанавливают образцовое средство и, последовательно пропуская через них один и тот же поток, сравнивают их показания. В качестве образцового средства используют группу из n аттестованных ультразвуковых расходомеров с внешним расположением датчиков.
Однако указанное решение не обладает достаточной точностью измерений и поверки, недостаточно удобно в эксплуатации.
По мнению Заявителя, в качестве наиболее близкого аналога - прототипа, можно рассматривать решение, заявка РФ №95104683, МПК G01F 25/00 «СПОСОБ КОРРЕКТИРОВКИ РАСХОДА И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ».
Способ корректировки расхода, определенного методом переменного перепада давления, путем измерения перепада давления на сужающем устройстве угловым и радиальным методами отбора, измерения давления на входе в сужающее устройство при угловом и радиальном методах отбора и температуры и состава измеряемого потока, отличающийся тем, что расход измеряемого потока принудительно изменяют от максимального до минимального допустимого значения и обратно, измерение параметров производят в момент перехода значениями расхода верхних пределов измерения ряда дифманометров, по измеренным параметрам рассчитывают в темпе измерений мультипликативную и аддитивную поправки, числа Рейнольдса в пределах измерения расхода в рабочих условиях и коэффициента расхода в рабочих условиях, по которому соответственно корректируют величину измеряемого расхода, причем при принудительном изменении расхода соответственно изменяют расход потока в параллельном канале, поддерживая таким образом неизменный общий расход в системе.
Однако это предложение не обеспечивает гарантированной точности измерений при изменяющихся рабочих условиях эксплуатации, при традиционных поверках требуется подключение в каждый из рабочих каналов образцового расходомера, либо, при опосредованных поверках, вносятся дополнительные погрешности измерений.
Технической задачей, решаемой настоящим изобретением, является установление взаимно однозначного соответствия характеристической точки на графике мощности спектральной плотности ЭДС МИП тарируемого первичного преобразователя шарикового расходомера с расходом теплоносителя, полученного в канале, оснащенном независимым расходомером, для условий совпадения критических точек в канале с тарируемым первичным преобразователем и в канале, расположенном с ним в одном РГК и оснащенном первичным преобразователем и независимым расходомером. Это дает возможность установить взаимно однозначное соответствие расхода и характеристических точек для множества процессов, которые могут иметь место в эксплуатационных условиях в рассматриваемом канале, то есть провести тарировку первичного преобразователя шарикового расходомера, установленного в данном канале.
Достоверно установленное однозначное соответствие расхода по показаниям образцового независимого расходомера и координат характеристической точки для последовательно установленного первичного преобразователя шарикового расходомера в данном канале дает возможность рассматривать этот первичный преобразователь как образцовый первичный преобразователь шарикового расходомера и сопоставлять координаты характеристических точек от множества других первичных преобразователей, установленных в других каналах, с координатами характеристической точки указанного образцового первичного преобразователя, что обеспечивает возможность установить взаимно однозначное соответствие расхода и характеристических точек для множества процессов, которые могут иметь место в эксплуатационных условиях в рассматриваемых каналах, то есть провести тарировку первичных преобразователей, установленных во всех каналах, и, соответственно, повысить точность измерений, производительность, снизить трудоемкость поверок.
Решение указанной технической задачи обеспечивается изложенной ниже совокупностью существенных признаков.
Способ идентификации расхода теплоносителя по характеристической точке мощности спектральной плотности ЭДС магнитоиндукционного преобразователя шарикового расходомера состоит в том, что в системах, имеющих средства регулирования, подключенные к входам вычислительного устройства, измерительные и регистрирующие устройства, связанные с более чем одним параллельно включенными рабочими каналами перемещения текучих агентов, принудительно изменяют расход в параллельно включенных каналах, по измеренным параметрам расхода рассчитывают и вводят корректирующие поправки показаний измерительных устройств, причем в качестве измерительных устройств используют первичные преобразователи шариковых расходомеров, генерирующие ЭДС, в одном из рабочих каналов устанавливают последовательно с первичным преобразователем шарикового расходомера образцовый расходомер, причем в образцовом расходомере используют отличный от шарикового расходомера принцип измерения расхода, вводимые раздельно в средства отображения и записи наборы данных в виде значений ЭДС от первичного преобразователя, установленного в рабочем канале и в канале с образцовым расходомером, математически обрабатывают и используют для построения графиков мощности спектральной плотности в двойных логарифмических координатах, сравнивая характеристические точки ЭДС МИП канала с образцовым расходомером и ЭДС МИП рабочего канала, средствами регулирования добиваясь того, чтобы отображаемые на графиках характеристические точки в рабочем канале и в канале с образцовым расходомером совпадали по координатам, после чего фиксируют показание образцового расходомера и ставят его в соответствие ранее установленной характеристической точке, одинаковой для обоих каналов.
При этом в образцовом расходомере используют принцип измерения расхода по перепаду давления на сужающем устройстве или ультразвуковой расходомер.
Предложенное изобретение иллюстрируется следующими чертежами:
Фиг.1. Шар в магнитном поле постоянного магнита.
Фиг.2. Зависимости ЭДС МИП ШАДР-32М от времени.
Фиг.3. ЭДС МИП в канале 41-44 3 блока КуАЭС.
Фиг.4. Гистограмма мощности спектральной плотности ЭДС МИП.
Фиг.5. Мощность спектральной плотности.
Фиг.6. Распределение числа событий.
Фиг.7. Аппроксимация огибающей линии на фиг.4.
Фиг.8. Мощность спектральной плотности ЭДС МИП в двойных логарифмических координатах.
Фиг.9. Схема идентификации расхода по характеристической точке.
Таблица 1. Вероятности при Пуассоновском законе распределения.
Таблица 2. Расчет показателей распределения мощности спектральной плотности.
Позициями на фиг.1 обозначены:
Д - ферромагнитный шарик.
Е - полюс магнита.
Позициями на фиг.8 обозначены:
А, В, С - точки, которые являются точками пересечения линий регрессии PSD для смежных участков.
Позициями на фиг.9 обозначены:
1 - канал К1 тракта РБМК.
2 - канал К2 тракта РБМК.
3 - независимый образцовый расходомер HP.
4 - регистратор сигналов ЭДС, например компьютер.
5 - штатный первичный преобразователь ШАДР-32М расходомера ШТОРМ-32М, установленный в канале 2.
6 - штатный первичный преобразователь ШАДР-32М расходомера ШТОРМ-32М, установленный в канале 1.
7 - РГК.
Штатный измеритель расхода воды в топливных каналах РБМК ШТОРМ-32М представляет собой шариковый расходомер, построенный на использовании импульсного характера изменения электродвижущей силы, генерируемой в магнитоиндукционном преобразователе ШАДР-32М. Ферромагнитный шарик Д (фиг.1) приводится во вращение потоком среды вокруг продольной оси МИП (см. Канальный ядерный энергетический реактор РБМК. под общей редакцией Ю.М.Черкашова, М.: Изд. «ГУП НИКИЭТ», 2006).
В обмотке постоянного магнита, входящего в состав МИП, происходит возбуждение ЭДС за счет изменения магнитной индукции в среде, в которой вращается шарик. При этом изменение во времени магнитной индукции резко возрастает при приближении шарика к полюсу магнита Е, то есть имеет импульсный характер. (См. Фиг.1. Шар в магнитном поле постоянного магнита.)
На фигуре 2 представлен характерный график изменения ЭДС МИП, полученный ранее экспериментально (сплошная линия) в реакторных условиях и теоретически (пунктирная линия) (А.И.Достов, «Диагностика резонансных явлений в напорном тракте РБМК», препринт РНЦ «Курчатовский институт», ИАЭ-6467/4, 2007). (См. Фиг.2. Зависимости ЭДС МИП ШАДР-32М от времени.)
Сравнение показывает, что во временном интервале 0-2 с число импульсов на экспериментальной и теоретической кривой одинаково. Однако полного совпадения кривых нет. Амплитуда импульсов теоретической кривой постоянна по времени. Амплитуда экспериментальной кривой изменяется в пределах от 4 до 20 Мв. Период, с которым следуют импульсы экспериментальной кривой, также не постоянен во времени. Это означает, что существуют флуктуации в движении шара, обусловленные неучтенными при теоретическом выводе ЭДС воздействиями на шар со стороны жидкости и стенок канала. Эти флюктуации носят стохастический характер. ЭДС МИП при записях с постоянным шагом по времени представляет собой временной ряд, который отражает как детерминированные, так и хаотические составляющие процесса движения шара.
Частота импульсов ЭДС измеряется на реальном объекте аппаратно (с помощью транзисторных измерительных блоков, коммутирующих устройств, нормирующих преобразователей, вычислительных комплексов и других электронных приборов). Полученное значение ставится в соответствие расходу воды, получаемому на поверочных установках, оснащенных эталонными приборами для измерения расхода. При этом обычно используется линейная регрессия
где Q - объемный расход воды, f - частота следования импульсов, а и b - коэффициенты регрессии. Импульсы ЭДС, частота которых фигурирует в формуле (1), формируются в электронных приборах, специально созданных для проведения таких измерений, исходя из условия, что модуль ЭДС превышает некоторую величину, устанавливаемую по корпоративному согласованию. Публикации, содержащие обоснование этой величины, отсутствуют.
Однако использование в соотношении (1) частоты следования импульсов, найденной указанным выше способом, предопределяет недостаточно высокую точность измерения расхода теплоносителя в топливных каналах РБМК. Действительно, силы, под действием которых шар движется в камере МИП, зависят от скорости воды, ее агрегатного состояния (наличие или отсутствие газовой фазы), теплофизических свойств несущей среды, от температуры шара, его магнитной проницаемости, формы и степени изношенности камеры вращения шара и других параметров. Это вносит существенную неопределенность в измерение расхода воды. Как результат, в частности, подача теплоносителя от ГЦН РБМК не совпадает с суммарным расходом теплоносителя, полученным при измерениях расхода в каждом канале шариковыми расходомерами ШТОРМ-32М. Это совпадение достигается только при номинальных параметрах ЯЭУ с РБМК при введении так называемой температурной поправки, происхождение которой, однако, недостаточно обосновано теоретически (см. Канальный ядерный энергетический реактор РБМК. под общей редакцией Ю.М.Черкашова, М.: Изд. «ГУП НИКИЭТ», 2006).
S
На фигуре 3 показан типичный временной ряд ЭДС МИП, записанный с помощью специального прибора ИВПР (измеритель-вычислитель параметров расходомера) в ТК 41-44 третьего энергоблока КуАЭС. Частота записи F=10000 Гц, длина записи T=1 с. (См. Фиг.3. ЭДС МИП в канале 41-44 3 блока КуАЭС.).
На фигуре 4 представлена гистограмма мощности спектральной плотности, соответствующая этому случаю, построенная методом Вэлча (Welch P. The Use of Fast Fourier Transformation for Estimation of Power Spectra: A Method Based on Over Shot, Modified Periodograms. IEEE Trans. AudioElectroacoust. Vol. AU-15 (June 1967. P.70-73.) (См. Фиг.4. Гистограмма мощности спектральной плотности ЭДС МИП.).
Временной ряд ЭДС МИП содержит стохастическую информацию, которая может быть использована для определения параметра рассматриваемого стохастического процесса, претендующего на роль идентификатора измеряемого расхода среды. Эмпирическую функцию распределения отсчетов ЭДС необходимо в связи с этим проверить прежде всего на соответствие Пуассоновскому распределению. Как известно, распределение Пуассона отличается от нормального распределения и выводится либо на основе допущений о случайных эффектах, либо из биноминального распределения. Пусть Р - общее число событий, a N - общее число рассматриваемых интервалов времени. Тогда среднее число событий в определенном интервале времени будет равно m=P/N. Вероятности появления определенного числа событий при Пуассоновском распределении приводятся в таблице 1.
Таблица 1
Число событий в одном интервале времени
Вероятность появления данного числа событий
0
e<sup>-m</sup>
1
m·е<sup>-m</sup>/1!
2
m<sup>2</sup>·e<sup>-m</sup>/2!
3
m<sup>3</sup>·e<sup>-m</sup>/3!
n
m<sup>n</sup>·е<sup>-m</sup>/n!
Для приближенной проверки на соответствие Пуассоновскому распределению воспользуемся графическим методом. Для этого найдем фактическое число ожидаемых интервалов времени для n-го члена
Преобразуем выражение (2) к виду
1
2
n
где C, C - постоянные, равные lnm и (lnN-m) соответственно. Уравнение (3) есть уравнение прямой. Таким образом, если график зависимости ln(E·n) от n представляет собой прямую линию или достаточно близок к ней, то можно предположить, что рассматриваемый ряд является Пуассоновским. Тогда можно считать, что появление событий происходит в результате воздействия чисто случайных факторов.
На гистограмме (фиг.4) видны три группы расчетных данных, распределенных по частотам по закону, похожему на Пуассоновское распределение. Каждой выделенной группе соответствует своя частота импульсов, генерируемых движением шара.
1
2
1
Рассмотрим группу с максимальной мощностью спектральной плотности. При вращении шара с окружной скоростью, соответствующей этой группе, события будут происходить с определенной периодичностью. Так 1 в этой последовательности будет соответствовать событие, заключающееся в том, что импульс ЭДС появляется с частотой f Гц, 2 - с частотой f≈2·f Гц и т.д. Каждое из этих событий осуществляется в период времени 0,0001 с (период следования отсчетов). При этом число интервалов, в которых осуществляется каждое такое событие, определяется амплитудой мощности спектральной плотности. График мощности спектральной плотности, соответствующий фиг.4, изображен на фигуре 5 (см. Фиг.5. Мощность спектральной плотности). Расчеты показателей распределения мощности спектральной плотности сведены в таблицу 2.
Таблица 2
Число событий в интервале продолжитель-ностью 0,0001 с
Частота появления импульсов ЭДС
Число интервалов,* продолжительностью 0,0001 с, в которых наблюдалось n событий (указанное в столбце число умножается на 10<sup>7</sup>)
Функция y=ln(E<sub>n</sub>*n!)
Число интервалов,* продолжительностью 0,0001 с, в которых наблюдалось n событий (указанное в столбце число умножается на 10<sup>7</sup>), определенное по формуле (1)
1
2
3
4
5
n
f, Гц
E<sub>n</sub>
ln(E<sub>n</sub>·n!)
E'<sub>n</sub>
1
8,5449
0,6537
15,6930
0,6530
2
17,0898
1,7147
17,3505
1,4759
3
25,6348
2,2818
18,7348
2,2236
4
34,1797
2,313
20,0537
2,5127
5
42,7246
1,9089
21,5521
2,2715
6
51,2695
1,3889
23,0259
1,7112
7
59,8145
0,97
24,6128
1,1049
8
68,3594
0,6756
26,3305
0,6243
9
76,9043
0,4778
28,1814
0,3135
10
85,4492
0,3434
30,1536
0,1417
11
93,9941
0,2499
32,2337
0,0582
12
102,5391
0,1753
34,3641
0,0219
13
111,084
0,1151
36,5083
0,0076
и более
0
0
* Всего рассматривается 1,32681·10<sup>8 </sup>интервалов
Таблица 2 содержит показатели:
8
Общее число событий Р=6,43362·10
8
Общее число интервалов времени N=1,32681·10
Среднее число событий в одном интервале времени m=P/N=4,849.
Заключение о достаточно высокой точности аппроксимации мощности спектральной плотности можно сделать из сопоставления соответствующих функций, изображенных на фигурах 6 и 7. (См. Фиг.6. Распределение числа событий. Прямая линия изображает соответствующее теоретическое распределение Пуассона, и Фиг.7. Аппроксимация огибающей линии на фиг.4 (жирная линия).)
2
Существование нескольких групп данных в спектре мощности свидетельствует, в частности, о нестационарности процессов, определяющих стохастические закономерности в движении шара. Для выявления природы этих процессов можно строить гипотезы, доказывая или опровергая их правомочность. Для этого используются обычно различные критерии: χ - критерий, t - критерий и др. Однако применение более тонких методов математической статистики не является целью исследований на данном этапе. К тому же, промежуточные пики при необходимости могут быть исключены из рассмотрения путем фильтрации. Как видно из анализа фиг.6 и 7, проведенная проверка доказывает стохастический характер ЭДС МИП. Только в этом случае временной ряд может быть использован для определения параметра, который можно использовать в качестве идентификатора измеряемого расхода среды. Однако, используя только фиг.3, 4, 5 и 7, такой параметр найти невозможно.
Для дальнейшего анализа представим мощность спектральной плотности рассматриваемого временного ряда в двойных логарифмических координатах. (См. Фиг.8. Мощность спектральной плотности ЭДС МИП в двойных логарифмических координатах.)
α
На фиг.8 можно отметить три точки - A, В и С, которые являются точками пересечения линий регрессии PSD для смежных участков. Заметим, что гиперболическая зависимость мощности спектральной плотности от частоты 1/f, где α - показатель степени, в двойных логарифмических координатах характерна для стохастического процесса, известного как фликкер-шум. При показателе α≈0 шум называется Лоренцевским. (С.Ф.Тимашев, Фликкер-шумовая спектроскопия. Информация в хаотических сигналах. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007 г.)
Существование точек пересечения линий регрессии обусловлено различиями внутренних динамических процессов, которые реализуются в камере вращения в соответствующих областях частот. Перелом прямой регрессии в точке A естественно связать с периодическим вращением шара относительно оси камеры. Области, непосредственно примыкающие к точке A слева и справа, могут отражать также наличие периодичностей в ЭДС МИП, связанных с внешним воздействием на поток в камере вращения шара, которое определяется пульсациями давления в напорном тракте РБМК и является специфическим для каждого рассматриваемого тракта. В этом процессе существенную роль играют стохастические процессы броуновского типа, обусловленные кипением воды в камере вращения шара. Кипение возникает вследствие нагрева шара за счет трения шара о стенки камеры и токов Фуко (См. Достов А.И. Диагностика резонансных явлений в напорном тракте РБМК. Препринт РНЦ «Курчатовский институт», ИАЭ-6467/4, 2007). Эти процессы зависят также от состояния конструкции камеры вращения шара, степени изношенности шара, содержания газовой фазы в камере и других важных параметров рассматриваемой системы. Можно утверждать, что точка A принадлежит единому физическому процессу, проявляющемуся как справа, так и слева от нее.
A
A
A
A
A
A
A
A
Таким образом, точка перелома типа точки A характеризует состояние системы и частоту вращения шара одновременно и поэтому может быть предложена в качестве идентификатора расхода теплоносителя в топливных каналах РБМК. Такую точку будем называть характеристической. Она определяется двумя координатами - характеристической частотой (обозначим ее как f) и характеристическим наклоном кривой регрессии слева от точки - α, то есть P=P(f, α). Заметим при этом, что частота f близка к частоте вращения шара в камере. Однако в общем случае f не совпадает с частотой в уравнении (1).
A
A
A
A
Координаты характеристической точки P(f, α) являются независимыми. Действительно, абсцисса точки f определяется как
,
a
a
a
a
1
2
1
2
1
А
2
A
0
0
где , , b, b - коэффициенты линий регрессии, пересекающихся в точке A, такие, что =α, =α+α, причем α - составляющая тангенса угла наклона к оси абсцисс прямой регрессии справа от точки A, которая определяется периодическими явлениями, обусловленными вращением шара относительно продольной оси камеры. Таким образом, в результате получаем
,
A
A
то есть f не зависит от α. Важной особенностью этих координат является отсутствие в их определении явной зависимости от значений PSD и, следовательно, от длины временного ряда ЭДС.
Идентификация расхода по характеристической точке принципиально меняет существующие методы тарировки шариковых расходомеров, так как требует проведения их в реакторных условиях. Для этих целей необходимо создать специальный канал в каждом РГК РБМК, оснащенный независимыми средствами измерения расхода. В этих специальных каналах можно было бы моделировать гидравлические условия в других каналах РГК, проводя при этом необходимые независимые измерения расхода воды.
Расход, найденный в канале с независимым средством измерения расхода, при определенных условиях ставится в соответствие характеристической точке, найденной для канала с тарируемым первичным преобразователем ШАДР-32М. Для определения этих условий используется мощность спектральной плотности ЭДС МИП ШАДР-32М, установленного в канале с независимым расходомером (PSD ЭДС2). Подчеркнем, что в канале с независимым расходомером используется один и тот же ШАДР-32М, а тарируемые преобразователи ШАДР-32М изменяются при переходе к каждому конкретному каналу.
A
i
A
i
Для получения мощности спектральной плотности в канале с тарируемым первичным преобразователем - PSD ЭДС1 и в канале с независимым расходомером - PSD ЭДС2 производятся синхронные записи временных рядов ЭДС соответствующих МИП при одинаковой степени открытия ЗРК соответствующих каналов. Графики этих функций в двойных логарифмических координатах могут быть разными. Эти различия выражаются в том, что характеристические частоты (f) и наклоны линий регрессии (α), где i=1, 2, будут, в общем случае, отличаться. Причина этого заключается в гидравлической неравноценности этих каналов, обусловленной их разными длинами, местными сопротивлениями, а также разной мощностью каналов, приводящей к разной величине паросодержания в каналах. Регулируя нейтронную мощность канала и степень открытия ЗРК с независимым расходомером, можно добиться совпадения координат критических точек в обоих каналах. Расход, фиксируемый в этот момент независимым расходомером, ставится в соответствие характеристической точке, определяемой для канала с тарируемым первичным преобразователем ШАДР-32М.
Определенный таким образом расход для разных степеней открытия ЗРК и разных мощностей канала представляется в виде
A
A
где функция F(f, α) есть двумерная поверхность, заданная таблично. Уравнение (4) определяет, таким образом, зависимость расхода воды от характеристической частоты и характеристического наклона кривой регрессии для индивидуального канала.
Заметим, что в зависимости от характера стохастических процессов в камере вращения шара при определении координат характеристической точки могут быть использованы либо методы, связанные с определением мощности спектральной плотности, либо вейвлет-анализ (К.Блаттер. Вейвлет-анализ, Основы теории. М.: ТЕХНОСФЕРА, 2006).
A
A
Предложенным способом осуществляют идентификацию расхода воды по характеристической точке, так что объемный расход воды определяется как функция Q=F(P), где Q - объемный расход воды в топливных каналах РБМК, а P - характеристическая точка, определяемая экспериментально в условиях реальной установки.
Идентификация расхода по характеристической точке имеет следующие особенности.
- Идентификация расхода среды по характеристической точке должна проводиться в реакторных условиях. Для этих целей необходимо создать специальный канал в каждом РГК тракта РБМК, оснастив их независимыми средствами измерения расхода.
- Зависимость расхода воды от формы шара и камеры вращения, состояния их поверхностей, от физических свойств воды и материалов, из которого изготовлен магнитоиндукционный преобразователь расходомера, а также от процессов тепло-массообмена в камере получает строгое функциональное выражение. Это впервые дает возможность строго сформулировать понятие точности измерения расхода воды в топливных каналах РБМК с помощью шариковых расходомеров.
Для обеспечения реализации предложенного способа согласно изложенной выше совокупности существенных признаков осуществляют в соответствии с представленными графическими материалами следующее.
Выбирают (см. фиг.9) Канал 1 (К1) в КМПЦ РБМК, содержащий штатный первичный преобразователь ШАДР-32М расходомера ШТОРМ-32М - позиция 1 на фиг.9.
Для этого канала устанавливается расход среды путем задания степени открытия ЗРК1 и мощность ТК1 (топливного канала, который является тепловыделяющим участком К1 для теплоносителя).
Выбирают (см. фиг.9) Канал 2 (К2) в КМПЦ РБМК, который расположен в том же РГК, где и канал 1. Канал 2 также содержит штатный первичный преобразователь ШАДР-32М расходомера ШТОРМ-32М, позиция 2 на фиг.9, и топливный канал ТК2, который является тепловыделяющим участком канала К2 для теплоносителя.
Дополнительно в этом канале 2 устанавливают независимый образцовый расходомер (HP), позиция 3 на фиг.9.
Для этого канала 2 степень открытия ЗРК2 и мощность ТК2 (топливного канала, который является тепловыделяющим участком общего канала для теплоносителя: присоединен к каналу К2) устанавливаются при дальнейшей регулировке.
Сигналы ЭДС1 (от МИП ШАДР-32 канала 1)) и ЭДС2 (от МИП ШАДР-32 канала 2)) подают синхронно на входы В1 и В2 регистратора 4 (например, компьютера) и ведут их запись в течение определенного промежутка времени (- этап I.).
Находят мощности спектральной плотности для каждого из полученных временных рядов (PSD ЭДС1 и PSD ЭДС2) и строят их графики в двойных логарифмических координатах (- этап II.).
A1
A1
A2
А2
На каждом из построенных графиков PSD ЭДС1 и PSD ЭДС2 (см. фиг.8. Мощность спектральной плотности временного ряда ЭДС МИП) определяют координаты (f, α) и (f, α) характеристических точек (точка А1) и (точка А2) соответственно для канала 1 и канала 2) (- этап III). Как правило, в реальных условиях соответствующие координаты точек А1 и А2 не совпадают.
A2
А2
A1
A1
При помощи изменения нейтронной мощности N2 топливного канала ТК2, соединенного с каналом 2, и степени открытия ЗРК2, добиваются совпадения координат (f, α) характеристической точки А2 с определенными ранее на этапе III координатами характеристической точки А1 (f, α) (- этап IV).
A1
A1
Фиксируют показания независимого образцового расходомера 3 (например, 6 кг/с) и принимают, что положению характеристической точки А1 с координатами (f, α) на графике PSD ЭДС1 для канала 1 (этап VI) соответствует расход, определенный по независимому образцовому расходомеру 3 в канале ТК2 (6 кг/с).
Изменяя мощность топливного канала ТК1 и (или) степень открытия ЗРК и повторяя процедуру в соответствии с этапами I-IV, получают зависимость расхода от координат характеристической точки (в виде двумерной функции) для тарируемого ШАДР-32М, расположенного в данном канале K1 (- этап V).
Выбирая в данном РГК в качестве канала 1 другой канал и следуя процедурам, указанным в этапах I-V, можно произвести тарировку первичных преобразователей шариковых расходомеров, расположенных во всех каналах этого РГК.
Описанная процедура поясняется графически (см. фиг.9. Схема идентификации расхода по характеристической точке.).
На фиг.9 условно показаны два канала 1 и 2, установленные в каналах 1 и 2 первичные преобразователи ШАДР-32М 5 и 6, дополнительно установленный независимый образцовый расходомер 3, линии передачи показаний ЭДС1 (от МИП1) и ЭДС2 (от МИП2 на входы В1 и В2 регистратора 4 (например, компьютера)).
Таким образом, выявлена и практически определена зависимость расхода воды от формы шара и камеры вращения, состояния их поверхностей, от физических свойств воды и материалов, из которого изготовлен магнитоиндукционный преобразователь расходомера, а также от процессов тепло-массообмена в камере, причем указанное получает строгое функциональное выражение. Это впервые дает возможность сформулировать понятие точности измерения расхода воды в топливных каналах РБМК с помощью шариковых расходомеров, что обеспечивает точность измерений расхода теплоносителя и, соответственно, повышает надежность эксплуатации ЯЭУ.