СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ ИЗГИБА ТРУБЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КАНАЛА
METHOD AND DEVICE FOR CONTINUOUS MONITORING OF PROCESS CHANNEL PIPE BEND

Область техники
Изобретение относится к средствам проверки, контроля изгиба труб технологического канала, в ядерных установках, находящихся в эксплуатации в условиях ограниченного доступа к ним. Более конкретно, к трубам технологических каналов реакторов РБМК в процессе их эксплуатации. Изобретение может быть использовано в автоматизированных системах непрерывного контроля поведения труб технологических каналов как во время остановки, так и в режиме работы реактора РМБК.
Предшествующий уровень техники
При эксплуатации реакторов с графитовым замедлителем под действием нейтронов и температуры возникают одиночные и групповые дефекты графита, которые приводят к изменению его свойств. Возможны также отклонения режима работы ядерного реактора из-за аварий оборудования или ошибок обслуживающего персонала. В частности, остаточные искривления каналов могут произойти при возникновении более высокой температуры в центре по сравнению с торцами корпуса ядерного реактора.
Искривления технологических каналов приводят к изменению режимов работы ядерного реактора. Точный расчет условий работы активной зоны практически невозможен из-за сложности процессов и неопределенности влияния различных отклонений от первоначальных геометрических размеров. Для своевременного обнаружения и предупреждения развития опасных ситуаций необходим постоянный контроль параметров активной зоны. Поэтому приборы для контроля искривления технологических каналов можно отнести к приборам оперативного контроля. Приборы для контроля отклонения оси канала от вертикали необходимы также при строительстве ядерных реакторов. При этом часто возникает необходимость контроля искривлений в труднодоступных местах сооружений.
Пространственное положение трубы технологического канала определяется углом наклона (зенитным углом), азимутальным углом, расстоянием от нулевой отметки до точки измерения углов (уровнем измерения).
Азимутальный угол α - угол между направлением на север и проекцией оси канала или касательной к ней на горизонтальную плоскость.
Азимутальное направление - вектор, совпадающий с проекцией оси канала на горизонтальную плоскость, и направлением от точки пересечения оси канала и горизонтальной плоскости в сторону искривления трубы технологического канала.
Контроль искривления технологических каналов и графитовых колонн обеспечит более безопасную, надежную и эффективную эксплуатацию, прогнозирование срока службы действующих АЭС и позволит конструировать проектируемые вновь АЭС на более длительные сроки.
Известно устройство для контроля геометрических параметров технологических каналов ядерного реактора (патент РФ №2265252, от 03.11.2003, G21C 17/01, G21C 17/017, G01N 29/24, G01R 1/067, G01B 17/00, автор Афонасов А.А.), содержащее измерительный зонд с датчиком и передатчиком сигнала, сообщенным линией связи с приемником сигнала, средство для перемещения зонда по длине канала и источник питания.
Недостатком данного устройства можно считать ограниченность по месту и времени контроля работающего реактора, обусловленную проведением контроля с использованием перегрузочной машины. Кроме того, затруднено применение устройства при боковых изгибах технологических каналов на величину, большую радиуса технологического канала.
В качестве прототипа для устройства было выбрано устройство для контроля искривления технологических каналов ядерного реактора (патент РФ №2361173, от 13.08.2007, авторы: Антоненко М.В., Кохомский А.Г., Мастега Н.А., Чуканов В.Б.), в котором гибкий стержневой элемент, набранный из втулок, взаимодействует с датчиком, установленным в верхней части технологического канала. Втулки соединены крепежными муфтами посредством штифтов с обеспечением зазора между торцами втулок, при этом в верхней части стержневого элемента предусмотрен утяжелитель, а опорная муфта выполнена в виде стакана с отверстием в донной части.
Недостатком данного устройства можно считать низкую чувствительность к искривлению технологических каналов. Устройство не позволяет получить данные по азимутальному изгибу, а также получить информацию об изгибах на разных уровнях по высоте технологических каналов.
В качестве прототипа для способа было выбрано описание работы устройства для контроля искривления технологических каналов ядерного реактора (патент РФ №2361173, от 13.08.2007, авторы: Антоненко М.В., Кохомский А.Г., Мастега Н.А., Чуканов В.Б.), в котором гибкий стержневой элемент помещают в разгруженный технологический канал до упора в грибок разгрузочного механизма. Показания датчика перемещения устанавливают на нулевую отметку. В технологическом канале устанавливают заданный расход теплоносителя. По мере искривления канала в процессе его эксплуатации изменяется величина зазора между цилиндрическими втулками, в результате чего стержневой элемент изгибается, принимая форму канала, что приводит к изменению положения сердечника в датчике перемещения. Регистрация показаний датчика перемещения производится непрерывно с помощью вторичной аппаратуры, например самописца.
Недостатком данного способа можно считать низкую чувствительность к искривлению технологических каналов. Способ не позволяет получить данные по азимутальному изгибу, а также получить информацию об изгибах на разных уровнях по высоте технологических каналов.
Раскрытие изобретения
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является увеличение чувствительности устройства к искривлению технологического канала, повышение информативности способа измерения при непрерывном контроле.
Технический результат, достигаемый при решении этой задачи, заключается в использовании в устройстве механических связей, реагирующих на искривления на разных уровнях и в разных азимутальных направлениях, непрерывном контроле изгиба трубы как вовремя размещения устройства в канале, так и во время эксплуатации реактора.
Для получения указанного технического результата в способе для непрерывного контроля изгиба трубы технологического канала, включающем выставление датчика перемещения на нулевую отметку перед началом контроля, размещение гибкой измерительной штанги в разгруженной трубе технологического канала, создание в ней условий работающего реактора, изменение формы штанги, срабатывание механического индикатора, регистрацию показаний датчика перемещения, согласно изобретению при размещении измерительной штанги в непрямолинейной трубе технологического канала и изменении межсекционного изгиба измерительной штанги в заранее выбранном стыке на угол α переводят межсекционный изгиб в линейное смещение Δ конца части секции, свободно заходящего внутрь сопрягаемой секции на длину L, при этом Δ=α*L. При помощи механической связи смещение Δ переводят в пропорциональное смещение датчика перемещения; после запуска реактора и продолжения искривления трубы технологического канала контролируют динамику относительного смещения механического индикатора и определяют текущий изгиб контролируемой трубы, в т.ч. в процессе эксплуатации.
Совокупность существенных признаков позволяет осуществить непрерывный контроль изгиба трубы как вовремя размещения устройства в канале, так и во время эксплуатации реактора. Это повышает информативность способа измерения.
Смещение Δ в плоскости размещения механического индикатора можно перевести в смещение механического индикатора, соответствующего азимутальному направлению данной плоскости, при помощи отдельной механической связи.
Перед загрузкой в реактор штангу можно свободно вывешивать вертикально, затем выставлять датчик перемещения заранее выбранного стыка секций на нулевую отметку.
Технический результат достигается тем, что в устройстве непрерывного контроля изгиба трубы технологического канала, содержащем гибкую измерительную штангу, связанную с датчиком перемещения и состоящую из последовательно соединенных секций в виде втулок, соединенных последовательно между собой встык посредством муфт, согласно изобретению в любом из стыков торец одной секции заужен, свободно расположен внутри сопрягаемой секции и связан со связующим телом, которое пропущено внутри штанги и связано с датчиком перемещения, расположенным на верхнем торце контролируемой трубы и перемещаемым связующим телом.
Конец секции, свободно расположенный внутри сопрягаемой секции, может быть связан с двумя связующими телами, концы которых перекинуты через ролики, закрепленные на равном удалении друг от друга внутри сопрягаемой секции.
Совокупность существенных признаков позволяет использовать в устройстве механические связи - муфты, связующее тело, взаимное расположение и форма торцов секций, реагирующие на искривления трубы на разных уровнях и в разных азимутальных направлениях. Неизвестность достижения такой совокупностью признаков такого технического результата подтверждает неочевидность решения и его изобретательский уровень.
Связующее тело может быть выполнено в виде металлической проволоки.
Датчик может быть выполнен в виде реостата, или индукционным, или контактным.
Секции с зауженным концом могут быть расположены в тех стыках штанги, где предполагается искривление трубы технологического канала после расположения в ней штанги.
Для регистрации изгиба трубы технологического канала в заданном уровне и в заданном азимутальном направлении используется отдельная система, состоящая из секции, связующего тела, двух роликов, двух подпружиненных датчиков, разность смещения которых пропорциональна регистрируемому изгибу.
Натяжение связующего тела с обеих сторон стрелы обеспечивается подпружиненными датчиками и выбирается значительно меньшим, чем усилия изгиба стрелы.
Трубчатые секции имеют на своих концах разрезные муфты, упруго распираемые внутри трубы для выборки зазора и обеспечивающие необходимый канал для протекания воды в технологическом канале при работающем реакторе.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показано расположение штанги внутри технологического канала.
На фиг.2 показана схема перевода смещения секции в смещение датчика.
На фиг.3 показана схема соединения конца секции и двумя связующими телами.
Варианты осуществления изобретения
Как показано на фиг.1, в трубу 1 технологического канала через верхний торец вставляют и располагают на время контроля эксплуатации этой трубы многосекционную гибкую в межсекционных стыках измерительную штангу 2, содержащую отдельные трубчатые секции 3. Штанга 2 входит внутрь трубы 1 с минимально возможным зазором, но с обеспечением свободного перемещения вдоль трубы 1. Муфты 4, соединяющие секции 3, дают возможность изгиба штанге 2 относительно ее оси без возможности азимутального поворота. Муфты 4, как вариант, могут быть выполнены в виде сильфонов.
Конец секции 3, используемой для контроля изгиба трубы 1, выполняют зауженным, и на нем фиксируют связующее тело 5, например, в виде проволоки диаметром 1 мм. Тело 5 двумя своими концами проходит через ролики 6 и выходит наверх к датчику 7 через отверстия 8 в вышестоящих секциях 3. На выходе из трубы 1 концы связующего тела 5 фиксируются в механических датчиках 7 перемещения в виде металлических цилиндров. Датчики 7 подпружинены для выбора свободных изгибов связующего тела 5. Усилия пружин 9 много меньше усилия изгиба трубы 1, действующего на конец секции 3.
Концы связующего тела 5 образуют петлю, лежащую в одной плоскости с датчиками 7. Изгиб трубы 1 в плоскости расположения петли связующего тела 5, как это показано на фиг.2, в точке расположения конца секции 3 на угол α приведет к смещению конца секции 3 на величину Δ=α * L, где L - длина зауженного конца секции 3. Отклонение конца секции 3 на величину Δ приведет за счет механической связи через связующее тело 5 к разнонаправленному смещению механических датчиков 9 в соответствующую изгибу трубы 1 сторону и обеспечит зазор их уровней, равный 2* Δ.
При этом тепловое расширение, действующее на штангу 2 при работающем реакторе, одинаковым образом повлияет на оба конца связующего тела 5 и не приведет к дополнительной разнице уровней механических датчиков 7.
Для контроля изгиба трубы 1 в месте размещения стыка сопрягаемых секций 3 и в имеющемся азимутальном направлении до загрузки в реактор штангу 2 свободно вывешивают вертикально, затем выставляют механический датчик перемещения 7 для выбранного стыка секций 3 на нулевую отметку.
В процессе размещения измерительной штанги 2 в непрямолинейной трубе 1 технологического канала секции 3 штанги 2 изменяют взаимное угловое расположение в стыке. Зауженный конец секции 3 смещается и двигает связующее тело 5, которое смещает части механического датчика 7. При этом фиксируют первоначальное искривление трубы 1 в разные стороны относительно вертикальной оси. Смещение механических датчиков 7 на торце измерительной штанги 2 пропорционально величине и направлению углового межсекционного изгиба штанги 2. После запуска реактора по мере дальнейшего искривления трубы 1, секции 3 в штанге 2 в стыке, соответствующем искривлению по уровню, изменяют свое взаимное расположение, которое непрерывно отслеживают по изменениям в датчике 7 и фиксируют динамику искривления канала 1. Так получают систему реагирования на искривление трубы 1.
Для других азимутальных направлений в стыке секций 3 применяют другую аналогичную систему, связанную с одним и тем же концом секции 3.
Для контроля изгиба трубы 1 на других уровнях применяют аналогичные системы в других стыках секций 3, которые располагаются соответственно на уровне этих стыков. При этом обеспечивают беспрепятственное продольное смещение вдоль секций связующих тел от всех нижестоящих систем.
Промышленная применимость
Наиболее эффективно выглядит использование предложенного способа при проверке и контроле изгиба труб технологического канала, в ядерных установках, находящихся в эксплуатации в условиях ограниченного доступа к ним. Там, где в рабочем режиме невозможно близкое присутствие человека из-за агрессивной среды. Рассмотренный вариант выполнения изобретения может быть реализован на существующем в настоящее время оборудовании с применением известных материалов. Это показывает его работоспособность и подтверждает промышленную применимость.