СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ РЕЗОНАНСНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ ДАВЛЕНИЯ В НАПОРНОМ ТРАКТЕ РБМК ПРИ ПОМОЩИ ПЕРВИЧНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ШАРИКОВОГО РАСХОДОМЕРА ШТОРМ-32М
METHOD TO DIAGNOSE RESONANT PULSATIONS OF PRESSURE IN HIGH-POWER CHANNEL-TYPE REACTOR DISCHARGE CIRCUIT BY MEANS OF PRIMARY CONVERTER OF BALL FLOW METER STORM-32M

Область использования
Изобретение относится к способам измерения динамики давления в напорном тракте РБМК в различных режимах его эксплуатации, в частности к способам диагностики резонансных пульсаций давления в напорном тракте РБМК.
Данное изобретение может быть использовано, в частности, при установлении и изучении признаков, характеризующих возникновение пульсаций давления в напорном тракте ядерного реактора РБМК в различных режимах его эксплуатации, может применяться также в реакторах других типов с водой в качестве теплоносителя, в исследовательских теплогидравлических стендах, используемых для моделирования процессов в ядерных энергетических установках (ЯЭУ), 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
ШАДР-32М - первичный преобразователь шарикового расходомера ШТОРМ-32М
(ШАДР - шариковый датчик расходомера).
ШТОРМ-32М - шариковый расходомер, датчиком которого является ШАДР-32М.
РБМК - реактор большой мощности канальный.
КМПЦ - контур многократной принудительной циркуляции.
РГК - раздаточный групповой коллектор.
ЗРК - запорно-регулирующий клапан.
МИП - магнитоиндукционный преобразователь первичного преобразователя шарикового расходомера.
ГЦН - главный циркуляционный насос.
ЭДС - электродвижущая сила.
КРВ - контроль расхода воды.
PSD - Power Spectral Density - мощность спектральной плотности.
CPSD - Cross Power Spectral Density - взаимная мощность спектральной плотности.
ЯЭУ - ядерная энергетическая установка.
Известен способ контроля пульсаций давления в энергетических установках (например, в паровых турбинах) с помощью динамических датчиков давления (например, «Датчик давления измерительный ДДИ-220 5Д2.328.000 ТУ»). Такие датчики основаны на использовании пьезоэлектричества и изготавливаются из материалов, исключающих их длительную работу в реакторных условиях - высокая температура, агрессивность и радиоактивность среды. Это известное решение не обеспечивает в должной мере своевременное выявление и устранение причин возникновения пульсаций в циркуляционном контуре, что необходимо для повышения надежности и безопасности эксплуатации ЯЭУ.
Штатные приборы контроля давления в ЯЭУ основаны на методах измерения давления, пригодных для измерения только статического давления вследствие их инерционности (Канальный ядерный энергетический реактор РБМК. / Под общей редакцией Ю.М.Черкашова, - М.: ГУП НИКИЭТ, 2006, стр.355).
Расходомер ШТОРМ-32М, используемый для измерения расхода воды в топливных каналах РБМК, основан на измерении частоты импульсов ЭДС, генерируемых в катушке магнитоиндукционного преобразователя (МИП) при вращении ферромагнитного шара А в поле постоянного магнита (см. фиг.1 и фиг.2). (Лысиков Б.В., Прозоров В.К. Термометрия и расходометрия ядерных реакторов. - М.: Энергоатомиздат, 1985). Шар приводится во вращение потоком контурной воды. Таким образом, этот штатный прибор построен на анализе динамических характеристик движения шара. Это обстоятельство может быть использовано для исследования динамических процессов в контуре циркуляции РБМК, поскольку прибор встроен в контур и, следовательно, движение шара подвержено влиянию пульсаций давления, возникающих в контуре.
Известно также решение, которое может рассматриваться в качестве наиболее близкого аналога-прототипа.
Известно также решение, которое может рассматриваться в качестве наиболее близкого аналога-прототипа, которое включает операции, обеспеченные средствами автоматизации, средствами регулирования, средствами регистрации параметров, связанные с более чем одним параллельно включенным рабочим каналом перемещения текучих агентов, средствами измерения, средствами защиты по технологическим параметрам и средствами контроля.
Система поканального контроля расхода воды (КРВ) с помощью расходомеров ШТОРМ-32М на реакторе РБМК обеспечивает каждые 2 минуты: измерение и регистрацию расхода воды во всех каналах активной зоны и определение суммарных расходов воды в технологических каналах левой и правой половин реактора, а также на весь реактор. Для измерения подачи ГЦН (расхода воды, обеспечиваемого главными циркуляционными насосами) установлены дроссельные шайбы и дифференциальные манометры, при этом подача ГЦН на каждую половину реактора контролируется с помощью системы централизованного контроля «СКАЛА». (Канальный ядерный энергетический реактор РБМК./ Под общей редакцией Ю.М.Черкашова. - М.: Изд-во «ГУП НИКИЭТ», 2006 г., стр.366).
Однако это известное решение также не обеспечивает в должной мере извлечение информации, свидетельствующей о существовании резонансных пульсаций давления в контуре циркуляции (КМПЦ) РБМК.
Техническим результатом, на которое направлено данное изобретение, является извлечение информации, содержащейся в стохастических сигналах ЭДС магнитоиндукционного преобразователя (МИП) шарикового расходомера ШТОРМ-32М, свидетельствующей о существовании резонансных пульсаций давления в контуре циркуляции с целью выявления и устранения причин их возникновения для повышения надежности и безопасности эксплуатации ЯЭУ.
Этот результат обеспечен предложенной совокупностью существенных признаков.
α
Способ диагностики резонансных пульсаций давления в напорном тракте РБМК, заключающийся в том, что в системах, имеющих средства регулирования, подключенные к входам вычислительного устройства, измерительные и регистрирующие устройства, связанные с более чем одним параллельно включенным рабочим каналом перемещения текучих агентов, снимают, регистрируют показания измерительных устройств, причем для топливных каналов РБМК, расположенных в одном раздаточном групповом коллекторе (РГК), при регистрации показаний измерительных устройств производят записи ЭДС МИП первичного преобразователя шарикового расходомера ШТОРМ-32М, для промежутка времени, в котором проводилась запись ЭДС МИП выбранных каналов, распечатывают данные системы контроля технологических параметров реактора, суммируют и сравнивают данные по расходу воды через ГЦН соответствующей половины реактора и по суммарному расходу воды для этой половины, определенному по шариковым расходомерам ШТОРМ-32М, причем для полученных предварительно временных рядов ЭДС МИП выбранных технологических каналов строят графики мощности спектральной плотности (PSD) и графики взаимной мощности спектральной плотности (CPSD), для PSD каждого из рядов строят также графики в двойных логарифмических координатах, на построенных графиках выявляют характеристические точки PSD, являющиеся точками пересечения линий регрессии, при одновременном обнаружении 1/f - шума (фликкер-шума) и факта снижения суммарного расхода воды, определенного по шариковым расходомерам ШТОРМ-32М, относительно суммарной подачи ГЦН регистрируют факт обнаружения резонансных колебаний в напорном тракте РБМК и производят корректировку эксплуатационных параметров: расхода, давления воды, мощности реактора.
Изобретение иллюстрируется прилагаемыми чертежами.
Фиг.1. Первичный преобразователь шарикового расходомера ШТОРМ-32М.
Фиг.2. Шар в магнитном поле МИП.
Фиг.3. Мощность спектральной плотности ЭДС МИП канала 1.
Фиг.4. Мощность спектральной плотности ЭДС МИП канала 2.
Фиг.5. Фликкер-шум ЭДС МИП канала 1.
Фиг.6. Фликкер-шум ЭДС МИП канала 2.
Фиг.7. Взаимная мощность спектральной плотности ЭДС МИП в каналах 1 и 2.
На фиг.1 позициями обозначены:
1 - защелка МИП;
2 - постоянный магнит;
3 - катушка МИП;
4 - корпус МИП;
5 - камера вращения шара;
6 - прокладка;
7 - штифт;
8 - прочный корпус;
9, 11 - корпус датчика;
10 - струевыпрямитель;
12 - втулка;
13 - шар;
14 - шнек;
15 - гайка.
Типичные графики PSD и CPSD ЭДС МИП, как указано, показаны на фиг.3, 4, 7.
α
На построенных графиках выявляют участки с наклонами линий регрессии, свидетельствующими о существовании 1/f - шума (α≤2) (Тимашев С.Ф. Фликкер-шумовая спектроскопия. Информация в хаотических сигналах. - М.: Физматлит, 2007), возникающего вследствие метастабильных состояний и фазовых переходов воды в камере вращения шара первичного преобразователя шарикового расходомера ШТОРМ-32М, а также характеристические точки PSD, являющиеся точками пересечения линий регрессии PSD на соседних участках, свидетельствующие о различной природе фазовых переходов и метастабильных состояний (см. фиг.5 и фиг.6, точки А, В, С). (Скоков В.Н., Решетников А.В., Коверда В.П. "Самоорганизация критических флуктуации и 1/f спектры в кризисных режимах кипения". - Теплофизика высоких температур, том 38, №5, 2000, с.786-791).
Такой анализ дает возможность определить также общие для выбранных каналов и, следовательно, являющиеся характерными для всего напорного тракта РБМК, частоты колебаний ЭДС МИП;
Конструкция первичного преобразователя шарикового расходомера ШТОРМ-32М такова, что камера, в которой вращается ферромагнитный шар, образует тупиковую емкость, из которой газовая фаза выйти не может (см. поз.5 на фиг.1).
Работа элементов конструкции, показанной на фиг.1, происходит следующим образом. Вода, попадающая в первичный преобразователь через входной патрубок, проходит через струевыпрямитель 10, частично выравнивающий поток воды, и трехлопастной шнек 14, основное назначение которого состоит в закручивании потока в камере вращения шара. При этом измеряемый поток имеет как осевую, так и окружную составляющие скорости. Окружная составляющая скорости измеряемого потока, воздействуя на чувствительный элемент первичного преобразователя - шар 13, приводит его во вращательное движение вокруг продольной оси первичного преобразователя. Скорость вращения шара при этом тем больше, чем больше плотность и скорость воды. Движение шара при помощи катушки 3 магнитоиндукционного преобразователя МИП 4 преобразуется в электрический импульсный сигнал, частота которого имеет определенную связь с частотой вращения шара.
При некоторых режимных параметрах теплоносителя амплитуды пульсаций давления в тракте РБМК могут достигать такой величины, что теплоноситель в камере, где вращается шар (поз.13 на фиг.1), будет находиться в состоянии насыщения. При этом происходит запаривание камеры, плотность среды, под динамическим воздействием которой шар движется, уменьшается. Это приводит к снижению скорости вращения шара и в результате по показаниям штатной системы контроля расхода воды (КРВ) РБМК фиксируется ложное снижение расхода теплоносителя в топливном канале реактора.
α
Если одновременно обнаружен 1/f - шум и факт снижения суммарного расхода воды, определенного по шариковым расходомерам ШТОРМ-32М, относительно суммарной подачи ГЦН, то делается заключение о существовании резонансных колебаний в напорном тракте РБМК.
Эта информация является сигналом для выявления причин возникновения резонансных колебаний давления в КМПЦ и принятия мер по их устранению с целью обеспечения безопасных условий эксплуатации реактора, и, в частности, для предотвращения разрывов трубопроводов КМПЦ, потери устойчивости работы ГЦН и др.