Устройство контроля и диагностики работоспособности каналов регулирования ядерного реактора

 

1. УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ КАНАЛОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА, содержащее привод, якорь которого соединен с органом регулирования, блок сигнализации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и увеличения метрологической надежности контроля, в каждом канале регулирования установлены динамометрическая пружина и герметизированный патрон, внутри которого размещен источник акустических сигналов, управляемый внутренним магнитным контактором, который связан с помощью магнитного зацепления с внешним магнитным контактором, установленным на штоке, жестко соединенном с нижней частью якоря, причем нижняя часть якоря связана динамометрической пружиной с верхней частью якоря, в которой размещен герметизированный патрон.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник акустических сигналов выполнен в виде ударника с изменяемой длиной плеча набора акустических резонаторов, настроенных на разные резонансные частоты. Изобретение относится к области ядерной энергетики и к технике измерений, и может быть использовано для контроля целостности сцепления якоря привода с органом регулирования (кластером) в ядерном реакторе, для выявления повреждений в зоне перемещения органа регулирования; для оценки усилий, действующих на узлы и детали агрегатов в особо жестких условиях эксплуатации. Известно устройство дистанционного ультразвукового контроля и диагностики работоспособности каналов регулирования ядерного реактора. В этом устройстве оценку состояния электрооборудования реактора выполняют косвенно оценивая силу, действующую на привод по углу поворота ротора относительно результирующего поля статора электродвигателя. Однако практическое осуществление измерения сил, действующих на привод, вызывает серьезные трудности. В активную зону, где находится регулирующий орган, сцепленный с приводом, практически нет доступа. Высокая температура (до 300^оС), давление до 160 атм, наконец, интенсивная радиация в комплексе порождают значительные трудности даже для подвода к регулирующему органу электрических цепей. Наиболее близким по технической сущности является устройство контроля диагностики работоспособности каналов регулирования ядерного реактора, содержащее привод, якорь которого соединен с органом регулирования, и блок сигнализации. Устройство, принятое за прототип, обеспечивает контроль и прогнозирование работоспособности каналов регулирования ядерного реактора, включающих привод и сочлененный с ним орган регулирования. Устройство предусматривает осуществление необходимого контроля путем измерения угла поворота ротора, причем этот угол предлагается оценивать по величине переменного электрического сигнала, наводимого в третьей обмотке двигателя при подаче его на две другие обмотки. Таким образом, известное устройство контроля работоспособности канала предусматривает, что по величине наводимого в 3-ей обмотке сигнала косвенно определяют угол наклона ротора, затем по углу наклона ротора косвенно оценивается нагрузка на узел сцепления, далее по оценкам нагрузки на узел сцепления при движениях привода на опускание и подъем подсчитывается КПД канала, а по вычисленному значению контролируют состояние и прогнозируют работоспособность канала регулирования ядерного реактора. Недостатком известного устройства является косвенный характер оценки усилий, действующий на узел сцепления и сравнительно низкая точность и малая метрологическая надежность оценок (результатов измерений), полученных при их посредстве. Целью изобретения является повышение точности и увеличение метрологической надежности контроля работоспособности каналов регулирования ядерного реактора. Поставленная цель достигается тем, что в устройство контроля и диагностики работоспособности каналов регулирования ядерного реактора, содержащее привод, якорь которого соединен с органом регулирования, блок сигнализации, в каждом канале регулирования установлена динамометрическая пружина и герметизированный патрон, внутри которого размещен механический источник акустических сигналов, управляемый внутренним магнитным контактором, который связан с помощью магнитного зацепления с внешним магнитным контактором, установленном на штоке жестко соединенном с нижней частью якоря, причем нижняя часть якоря привода связана динамометрической пружиной с верхней частью якоря, в которой размещен герметизированный патрон. Кроме того, источник акустических сигналов выполнен в виде ударника с изменяемой длиной плеча и набором акустических резонаторов, настроенных на разные резонансные частоты. Принципиальными особенностями устройства являются: переход от косвенной, заведомо ориентировочной оценки, зависящей от многих меняющихся во времени и трудно учитываемых факторов, к прямому измерению интересующей величины измерению, ставшему возможным благодаря предлагаемой акустической связи между первичным динамометрическим преобразователем, компануемым непосредственно в реакторе, и оконечным преобразователем того же, по сути, средства измерения, размещаемым за пределами прочного корпуса реактора. Устройство позволяет осуществлять контроль и диагностику каналов непрерывно в процессе эксплуатации pеактора, без отключения контролируемых каналов от источника питания. Изобретение поясняется чертежом, где представлено устройство контроля и диагностики работоспособности каналов регулирования ядерного реактора. Устройство содержит верхнюю часть якоря 1 привода, перемещаемую двигателем, динамометрическую пружину 2, нижнюю часть якоря 3 привода, соединенную с органом регулирования, источник акустических сигналов 4 с набором акустических резонаторов 5, приемник 6 акустических сигналов, блок сигнализации 7, герметизированный патрон 8, внешний магнитный контактор 9 внешний по отношению к герметизированному патрону, внутренний магнитный контактор 10, и размещенный внутри герметизированного патрона и связанный с источником акустических сигналов, шток 11, соединенный с внешним магнитным контактором, канал регулирования 12, ударник 13 с изменяемой длиной плеча. Шток 11 и герметизированный патрон 8 соединен с механически разделенными, но связанными через динамометрическую пружину 2 частями якоря нагрузкой. Внешний и внутренний магнитные контакторы 9 и 10 находятся в магнитном зацеплении (через стенку герметизированного патрона 8) и в совокупности составляют магнитную муфту. Процесс контроля и прогнозирования работоспособности каналов заключается в следующем. При работе привода, т.е. при последовательном перемещении якоря и сочлененного с ним органа регулирования реактора вверх и вниз, под действием механических толчков и вибрации источник акустических сигналов, установленный внутри прочноплотного корпуса привода на якоре, формирует акустические сигналы. Эти сигналы передаются по элементам конструкции привода и могут быть приняты с помощью приемника 6 акустических сигналов, размещенного за пределами прочноплотного корпуса привода в безопасной зоне. Параметрами сигналов источника акустических сигналов управляет динамометрический преобразователь. В качестве примера управляемого источника акустических сигналов может служить "колокольчик" с изменяемой длиной свободного подвеса "язычка" плеча ударника, при чем корпус такого "колокольчика" может быть выполнен из отдельных металлических полосок (резонаторов) разной длины, размещенных в порядке нарастания длины (периода свободных колебаний) и закрепленных на деревянном основании, например, наподобие ксилофона. В случае износа канала, вследствие появления заметных сил трения органа регулирования о стенки канала, при движении якоря вверх преобразователь получает дополнительное растяжение, а при движении якоря вниз дополнительное сжатие. Эти изменения состояния преобразователя через посредство модулятора, соответственно, изменяют параметры сигналов источника 4. В частности, выполнив источник 4 в виде "колокольчика" с корпусом из набора резонаторов, удобно управлять периодом сигналов, изменяя длину плеча ударника, при этом ударник будет перемещаться над набором резонаторов и заставлять звучать от ударов по нему тот из резонаторов, который, соответственно, будет определять и частоту воспроизводимого (в импульсе) акустического сигнала. Принятые приемником сигналы после усиления поступают в блок сигнализации 7, подвергаются в нем анализу и по результатам анализа, в частности, по оценке КПД канала, формируются показания блока сигнализации 7, определяющие ресурс контролируемого канала и прогноз работоспособности. Сцепленная с нагрузкой нижняя часть якоря 3 соединена динамометрической (калиброванной) пружиной 2 с верхней частью якоря 1, в которой размещен герметизированный патрон 8. Герметизация механического источника акустических сигналов 14 обусловлена тем, что внутри прочноплотного корпуса, охватывающего якорь, находятся перегретый пар и вода под давлением 160 атм и при температуре до 300^оС. Источник акустических сигналов предлагается выполнить в виде звонка с двумя упорядоченными наборами металлических резонаторов (типа ксилофона сверху и снизу) и ударного устройства между ними. Причем в качестве ударного устройства предлагается применить плоскую пружину с ударником на конце, с одной стороны зажатую между двумя подшипниками, фиксирующими "точку подвеса" длину плеча ударника. За подшипниками (по левую сторону от осевой линии на чертеже) пружина подсоединена и устройству управления источника, который сконструирован в виде свободно вращающегося на оси (ступенчатого) шкива, на котором закреплена и намотана упомянутая плоская пружина, и свободно вращающегося ролика, связанного со шкивом посредством "шнуровой" передачи. К "шнуру" передачи, который предлагается выполнить из металлического тросика, прикреплен магнитный контактор 10 и со сдвигом в 180^о по окружности "шнура" -- равный по массе контактору противовес. Контактор может быть изготовлен из сплава типа ЮНДК, хорошо работающего при высоких температурах. За пределами патрона 8, корпус которого целесообразно сделать из немагнитной стали, находится внешний магнитный контактор 9, выполненный, например из железа и закрепленный на штоке 11 из немагнитной стали. При этом шток установлен на нижней части якоря. Контакторы 9 и 10 находятся друг с другом в магнитном зацеплении, выполняя в совокупности функции магнитной муфты. Устройство работает следующим образом. При эксплуатации реактора, толчки при переключении фаз линейного шагового двигателя и вибрация привода контролиpуемого канала регулирования вызывают колебания плоской пружины и удары ее бойка о резонаторы источника акустических сигналов. В зависимости от длины плеча ударника, при вибрации ударник будет ударять по различным резонаторам из набора. Соответствующие резонаторы будут "звучать". Эти периодические сигналы прослушиваются посредством микрофона приемником акустических сигналов. При подъеме якоря привода пружина сжимается, причем ее сжатие тем больше, чем больше трение органа регулирования в соответствующем канале. При сжатии пружины часть якоря и шток отходят от якоря, внешний магнитный контактор 9 перемещается вниз и тянет за собой внутренний магнитный контактор 10. Перемещение контактора 10 через "шнуровую" передачу приводит к повороту ступенчатого шкива и сматывание с него плоской пружины. Соответственно, на освободившуюся часть пружины увеличивается длина плеча (ударного механизма) источника сигнала. В результате, частота сигналов, точнее, частота заполнения импульсов, принимаемых приемником 6 соответственно порядку расположения резонаторов изменяется (например, понижается). Низшее значение частоты регистрируется и запоминается в блоке сигнализации 7. При опускании якоря привода пружина растягивается тем больше, чем больше трение органа регулирования. Соответственно, шток 11 углубляется в якорь, внешний магнитный контактор 9 поднимается и перемещает за собой внутренний магнитный контактор 10. В результате плоская пружина наматывается на ступенчатый шкив, укорачивая длину плеча ударника и период колебаний, заполняющих импульсы, формируемые источником сигналов. Аналогично предыдущему, акустические сигналы принимаются приемником, высшее значение частоты регистрируется в блоке сигнализации 7, а затем, по отношению высшей и низшей частот принятых сигналов, оценивается КПД канала. Полученный результат даст возможность контролировать текущее состояние и прогнозировать на будущее работоспособность контролируемого канала регулирования. При использовании рассмотренного выше устройства, для его осуществления в реакторе с клестерным управлением, где обычно имеется, примерно, сто каналов регулирования, изобретение позволяет оператору непосредственно в процессе эксплуатации своевременно и надежно выявлять каналы с повышенным износом и уменьшать интенсивность их работы, обеспечивать необходимое управление мощностью реактора за счет других каналов, находящихся в лучшем состоянии. В конечном счете, предлагаемое техническое решение должно привести к равномерному расходованию ресурса каналов регулирования системы управления и защиты ядерного реактора. Это означает резкое понижение вероятности выхода из строя даже одного канала регулирования, возможность работы энергетической установки с минимальной мощностью и полное сжигание ядерного топлива, загруженного в реактор. Предлагаемое техническое решение повышает также безопасность работы ядерного реактора, поскольку обеспечивает существенно большие надежность и скорость падения органа регулирования "самоходом" в канал при аварии реактора.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ КАНАЛОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА, содержащее привод, якорь которого соединен с органом регулирования, блок сигнализации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и увеличения метрологической надежности контроля, в каждом канале регулирования установлены динамометрическая пружина и герметизированный патрон, внутри которого размещен источник акустических сигналов, управляемый внутренним магнитным контактором, который связан с помощью магнитного зацепления с внешним магнитным контактором, установленным на штоке, жестко соединенном с нижней частью якоря, причем нижняя часть якоря связана динамометрической пружиной с верхней частью якоря, в которой размещен герметизированный патрон. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник акустических сигналов выполнен в виде ударника с изменяемой длиной плеча набора акустических резонаторов, настроенных на разные резонансные частоты.

РИСУНКИ

Рисунок 1