Канал измерительный акустический
ACOUSTIC MEASURING CHANNEL

Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть использовано, в частности, в системах обнаружения, локализации и определения величины течи теплоносителя из трубопроводов и оборудования водо-водяных энергетических реакторов (ВВЭР).
Из уровня техники известна акустическая система контроля течи, образующая акустический измерительный канал, включающий волноводный пьезоэлектрический акустический датчик, который соединен с помощью аналоговой линии связи с информационно-измерительным устройством (см. «Атомная энергия», т.103, вып.6, декабрь 2007, с. 342-347).
При использовании такого канала акустический датчик закреплен на трубопроводе путем приварки торца волновода непосредственно к трубопроводу.
Недостатком такого канала является его относительно низкая чувствительность, не позволяющая обнаружить малую течь трубопровода. Недостаток обусловлен наличием в составе канала длинной аналоговой линии связи, ослабляющей передаваемый по ней широкополосный сигнал малой амплитуды. Кроме того, недостатком такого канала является то, что его конструкция не предусматривает специальных мер, обеспечивающих безопасность персонала, обслуживающего канал в процессе его эксплуатации в условиях повышенных дозовых нагрузок ионизирующего излучения.
Наиболее близким решением к предложенному изобретению является система акустического контроля течи трубопровода АЭС, образующая акустический измерительный канал, включающий акустические датчики, коммутационные коробки, соединенные с акустическими датчиками, вычислительное устройство и блок обработки сигналов, при этом выходы коммутационных коробок соединены с входом блока обработки сигналов посредством аналоговых линий связи, проходящих через гермопроходку гермооболочки реакторной установки АЭС, а выход блока обработки сигналов соединен с входом вычислительного устройства посредством цифровой линии связи (см. Патент RU 2709474, опубликован 18.12.2019 г.).
Совокупность перечисленных компонентов наиболее близкого решения позволила повысить его чувствительность к обнаружению течи за счет использования технических решений, позволяющих заменить длинную аналоговую линию связи, ослабляющей передаваемый по ней широкополосный сигнал, на информационную цифровую линию связи, передающую информацию без ее потери.
Однако недостатком такой конструкция канала является то, что он не в полной мере обеспечивает безопасность персонала, обслуживающего канал в процессе его эксплуатации в условиях повышенных дозовых нагрузок ионизирующего излучения. Недостаток обусловлен не технологичностью проведения операций по обслуживанию канала, например, операции по замене акустического датчика на месте его установки, приводящая к дополнительным дозовым нагрузкам обслуживающего персонала.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является устранение указанного недостатка, а именно, реализация канала измерительного акустического, обеспечивающего повышенную безопасность при его эксплуатации.
Техническим результатом изобретения является повышение безопасности эксплуатации канала измерительного, снижение дозовых нагрузок на эксплуатационный персонал при обслуживании канала измерительного.
Технический результат изобретения достигается благодаря тому, что канал измерительный акустический содержит акустический датчик, соединенный посредством узла соединения с аналоговой линией связи, соединенной с входом усилителя-преобразователя, выход которого соединен с входом информационного устройства посредством цифровой линии связи, причем канал снабжен акустической линией связи, включающей соединенные друг с другом посредством первого быстросъемного соединителя первый и второй волноводы и соединенные друг с другом посредством второго быстросъемного соединителя полухомуты для плотной установки на контролируемом трубопроводе, при этом первый волновод жестко соединен с акустическим датчиком, второй волновод жестко соединен с одним из полухомутов, а узел соединения выполнен в виде разъемного соединителя, приборная часть которого связана с акустическим датчиком, а кабельная часть связана с аналоговой линией связи.
Кроме того, второй волновод может быть выполнен в виде металлического стержня, один конец которого может быть жестко соединен с одним из полухомутов с помощью сварки.
Кроме того, второй волновод может быть выполнен из нержавеющей стали диаметром от 5 до 15 мм и длиной, превышающей толщину теплоизоляции контролируемого трубопровода не менее, чем на 10 мм.
Изобретение поясняется чертежом, на фигуре которого схематично изображен предложенный канал измерительный акустический.
Предложенный канал измерительный акустический содержит волноводный акустический датчик 1, который соединен (с одной стороны) с акустической линией связи и (с другой стороны) с аналоговой линией 2 связи.
Датчик 1 соединен с аналоговой линией 2 связи посредством узла соединения, выполненного в виде разъемного соединителя 3, имеющего приборную часть и кабельную часть. Приборная часть разъемного соединителя 3 связана с акустическим датчиком 1, при этом приборная часть соединителя 3 может быть встроена в акустический датчик 1, или любым возможным способом интегрирована с корпусом акустического датчика 1. Кабельная часть разъемного соединителя 3 связана с аналоговой линией 2 связи.
Акустическая линия связи включает в себя основной (первый) волновод 4, дополнительный (второй) волновод 5, а также два полухомута 6 и 7. Волновод 4 одним своим концом жестко соединен с акустическим датчиком 1, при этом такое соединение может быть выполнено любым возможным способом, в том числе волновод 4 может быть интегрирован с корпусом акустического датчика 1, либо любым иным способом встроен в датчик 1. Другим своим концом волновод 4 соединен с волноводом 5 (с одним его концом), причем такое соединение осуществлено посредством быстросъемного соединителя 8 (например, резьбового или байонетного, или шлицевого, или любого другого соединителя, обеспечивающего быстрое соединение/разъединение элементов). Волновод 5 другим своим концом жестко соединен с полухомутом 6, причем такое соединение может быть осуществлено, например, с помощью сварки. При этом волновод 5 выполнен в виде металлического стержня (прутка) из нержавеющей стали диаметром от 5 до 15 мм, однако, преимущественно, диаметр волновода 5 составляет от 8 до 10 мм. При этом длина волновода 5 превышает толщину теплоизоляции 9 контролируемого трубопровода 10 не менее, чем на 10 мм (предпочтительно на 30-50 мм). Полухомут 6 соединен с полухомутом 7 посредством быстросъемного соединителя 11 (например, замкового или болтового, или любого иного, обеспечивающего быстрое соединении/разъединение полухомутов 6 и 7), при этом полухомуты 6 и 7 предназначены для плотной установки на контролируемом трубопроводе 10.
Канал измерительный акустический также содержит усилитель-преобразователь 12 и информационное (вычислительное) устройство 13. При этом вход усилителя-преобразователя 12 соединен с аналоговой линией 2 связи, проходящей через гермопроходку 14 в гермооболочке 15 реакторной установки, а выход усилителя-преобразователя 12 соединен с входом информационного устройства 13 посредством информационной цифровой линии 16 связи.
Количество акустических датчиков 1 в предложенном измерительном канале может быть любым от одного и более, при этом каждый из них посредством своей аналоговой линии 2 связи соединен с соответствующим усилителем-преобразователем 12, либо с единым блоком усилителей-преобразователей, который, в свою очередь, соединен с помощью цифровой линии 16 связи с информационным устройством 13.
Установка предложенного канала измерительного акустического осуществляется следующим образом.
На контролируемом трубопроводе 10, расположенном в гермозоне реакторной установки в теплоизоляции 9, устанавливают полухомуты 6 и 7, которые соединяют друг с другом посредством быстросъемного соединителя 11 до плотного контакта полухомутов 6 и 7 с трубопроводом 10. При этом волновод 5 проходит через теплоизоляцию 9. Соединяют волновод 5 с волноводом 4 датчика 1 с помощью соединителя 8. Соединяют приборную часть разъемного соединителя 3 (связанную с датчиком 1) с кабельной частью соединителя 3 (связанной с аналоговой линией 2 связи, проходящей через гермопроходку 14).
Канал измерительный акустический работает следующим образом.
Источником акустической эмиссии является турбулентность вытекающей из образовавшегося дефекта 17 в корпусе трубопровода 10 струи водяного теплоносителя. Образующиеся при этом акустические волны распространяются вдоль корпуса трубопровода 10. Плотно присоединенные к трубопровду 10 с помощью быстросъемного соединителя 11 полухомуты 6 и 7 имеют с ним акустический контакт, позволяющий передать акустические волны по дополнительному волноводу 5 и основному волноводу 4 к чувствительному элементу акустического датчика 1, который преобразует их в широкополосный электрический сигнал. Аналоговая линия 2 связи передает электрические сигналы акустического датчика 1 через гермопроходку 14 в гермооболочке 15 реакторной установки к входу усилителя-преобразователя 12, который преобразует сигналы в оцифрованное постоянное напряжение, пропорциональное среднеквадратическому значению амплитуды сигнала акустического датчика 1. Соединенная с выходом усилителя-преобразователя 12 информационная цифровая линия 16 связи передает информацию в информационное устройство 13 для ее регистрации, дальнейшей ее обработки на предмет установления факта течи трубопровода 10 и выдачи информации потребителю о результатах контроля состояния трубопровода 10.
Предложенный канал измерительный акустический может быть использован также в системах контроля течи трубопроводов и оборудования 1-го и 2-го контуров водо-водяного энергетического реактора, включая контроль течи теплообменников системы пассивного отвода тепла.
В составе аналоговой линия 2 связи для передачи электрического сигнала акустического датчика 1 через гермопроходку 14 в гермооболочке 15 реакторной установки к входу усилителя-преобразователя 12 могут использоваться коробки 18 коммутационные. Использование коробок 18 коммутационных в составе аналоговой линия 2 связи является предпочтительным, однако возможно применение разъемов и других коммутационных устройств.
Быстросъемный соединитель 8 предназначен для оперативного механического и акустического соединения/разъединения основного волновода 4 с дополнительным волноводом 5, и позволяет осуществить быструю замену волноводов 4 и 5 соответственно с полухомутом 6 и датчиком 1, быстрый их монтаж и демонтаж. Разъемный соединитель 3 обеспечивает оперативное соединение/разъединение акустического датчика 1 и аналоговой линии 2 связи, что также позволяет в процессе эксплуатации предложенного акустического измерительного канала осуществить быструю замену датчика 1 или  аналоговой линии 2 связи в случае их выхода из строя или повреждений. Быстросъемный соединитель 11 позволяет при необходимости быстро осуществить замену полухомутов 6 и 7, в том числе полухомута 6 совместно с волноводом 5, а также быстро установить полухомуты 6 и 7 до плотного контакта с трубопроводом 10.
Таким образом, предложенный канал измерительный акустический выполняет свою основную функцию - установление факта наличия течи трубопровода 10. При этом выполнение датчика 1 с приборной частью разъемного соединителя 3, выполнение аналоговой линии 2 связи с кабельной частью разъемного соединителя 3, применение быстросъемной конструкции крепления акустического датчика 1 на трубопроводе 10, использование вышеописанной акустической линии связи, позволяют повысить технологичность, снизить трудоемкость и продолжительность работ по его техническому обслуживанию. Тем самым существенно повышается безопасность выполнения операций оперативным персоналом по обслуживанию измерительного канала за счет возможности быстрого соединения/разъединения элементов, быстрого их монтажа/демонтажа  быстрой их замены в случае необходимости. Так, например, продолжительность проведения операции по замене акустического датчика 1 в предложенной конструкции акустического измерительного канала занимает на порядок меньше времени по сравнению с проведением этой же операции на канале-прототипе, где акустический датчик установлен методом приварки к трубопроводу. Учитывая тот факт, что техническое обслуживание канала в гермозоне проводится в условиях интенсивного ионизирующего излучения и, что количество каналов акустического контроля течи может достигать нескольких десятков на один блок АЭС, то становится понятным значимость предложенного технического решения в обеспечении безопасности эксплуатации канала, в снижении дозовых нагрузок на обслуживающий персонал.
Техническая реализуемость предложенной конструкции канала измерительного акустического обоснована положительными результатами экспериментов, проведенных на опытном образце канала.