автореферат диссертации по энергетике, 05.14.03, диссертация на тему:Контроль теплогидравлических параметров и диагностика состояния ядерных энергетических установок с применением статистических методов

165187

На правах рукописи УДК 621.039

КЕБАДЗЕ БОРИС ВИКТОРОВИЧ

КОНТРОЛЬ ТЕПЛОГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И ДИАГНОСТИКА СОСТОЯНИЯ ЯДЕРНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК С ПРИМЕНЕНИЕМ СТАТИСТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ

05 14 03 «Ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

/

Обнинск - 2007

003165187

Работа выполнена в Государственном научном центре Российской Федерации - Физико-энергетическом институте имени А И Лейпунского

Официальные оппоненты.

Доктор технических наук, Морозов Славий Алексеевич

Доктор технических наук, профессор, Митрофанова Ольга Викторовна

Доктор технических наук, профессор, Свиридов Валентин Георгиевич

Ведущая организация Федеральное Государственное Унитарное предприятие «Опытное конструкторское бюро машиностроения имени И И Африкантова»

/ Сот, л

Защита состоится « <Ы/ » г на заседании

диссертационного совета Д 201 0(/3 01 в ГНЦ РФ - ФЭИ по адресу Калужская обл , г. Обнинск, пл. Бондаренко, дом 1, тел (48439) 9-46-06, 9-83-30

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНЦ РФ-ФЭИ

Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв в одном экземпляре, заверенный печатью организации

Автореферат разослан " !Ь- " М^-^рП 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук

Ю.А. Прохоров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы Применение статистических методов для исследования ядерных реакторов отдетено от начальной стадии становления этой отрасти небольшим временным интервалом Уже в конце 40-\ - начале 50-\ годов на реакторах «путевой» мощности с помощью разработанных методов (корретяционный Росси-алъфа, вероятностный Могильнера, частотный Кона) определяются кинетические параметры систем (эффективность запаздывающих нейтронов) время жизни мгновенных нейтронов и др )

С вводом в строй энергетических реакторов центр тяжести применения статистических методов смещается в область контроля параметров и диагностики состояния этих установок Они представляют собой сложные системы в которых протекает совокупность нейтронных и теплофизических процессов, массопереноса и изменения фазового состояния вещества

Можно подразделить анализ шумов ЯЭУ на следующие основные направления

- измерение параметров установки (например абсолютной мощности реактора на низких уровнях, реактивности вплоть до глубоких подкритичностей, расхода теплоносителя и т п ),

- определение динамических характеристик системы, когда эксперименты, связанные с нанесением активных возмущений, нежелательны либо невозможны,

- диагностику состояния элементов ЯЭУ в целях регистрации аномалии и опредетения об части безопасных режимов установки

- оптимизацию систем контроля и управления с учетом характеристик шумов контролируемых параметров для повышения надежности и помехоустойчивости

Большой вклад в применение статистических методов на энергетических установках различных типов внесли сотрудники Физико - энергетического института под руководством профессора А И Могильнера (С А Морозов Д М Швецов и др) Значительные успехи в этой области применительно к реакторам ВВЭР достигнуты сотрудниками РНЦ им И В Курчатова (В В Булавин В И Павелко и др ) и НИКИЭТ (Б П Стрелков и др )

Полем деятельности автора диссертационной работы по приложению статистических методов были различные реакторные установки и стенды в том числе вводимые в строй новые установки (кипящий реактор ВК-50. быстрые натриевые реакторы БОР-бО БН-600) Применительно к действующим установкам (РБМК. ВВ ЭР-1000) разрабатывались усовершенствованные методики измерения расхода теплоносителя Обоснование и опробование методов опиралось на стендовые эксперименты с различными теплоносителями (Na. Na-K Pb-Bi. Li вода под давлением)

Цель работы состояла в создании и исстедовании новых методов контроля теплогидравлических параметров и диагностики состояния ядерных энергетических установок с применением статистических методов, разработке на их основе способов, измерительных устройств и систем, повышающих безопасность и надежность эксплуатации этих установок

С точки зрения новизны автор хотел бы отметить следующие результаты

- комплексный анализ шумов различных параметров при кипении натрия в активной зоце быстрого реактора, предложение использовать функцию когерентности акустических и нейтронных шумов для повышения достоверности обнаружения аномалии,

- анализ составляющих шумов температуры на выходе из TBC быстрого реактора и как следствие возможность повышения чувствительности температурного контроля, разработка и испытания быстродействующих датчиков пульсации температуры,

- корреляционный способ измерения расхода жидких металлов с помощью магнитных датчиков и бесконтактную модификацию этого способа,

- изучение периодических колебаний закрученного потока под воздействием магнитного поля и использование этого эффекта для реализации МГД-вихревого способа измерения расхода,

термокорреляционный способ измерения расхода жидкого металла без введения датчиков в поток теплоносителя,

- разработка и применение нелинейной модели шумов вблизи границы > стойчивости кипящего реактора

Весомым показатетем новизны являются 12 авторских свидететьств па разработанные способы и устройства

Практическая ценность и внедренне Рад предложенных методик способов и устройств реализован на действующих ЯЭУ и крупномасштабных стендах По результатам экспериментов по обнаружению кипения в быстром реакторе сформулированы рекомендации по построению соответствующей диагностической системы Предтожены и испытаны в реакторных условиях быстродействующие датчики пульсаций температуры тегпоноситечя

Коррепяционный метод на основе магнитных датчиков испотьзовался дпя оценки расхода в секциях парогенераторов БН-600 и градуировки магнитных расходомеров Бесконтактный корретяционныи способ применятся для измерения расхода на крупномасштабном стенде с тяжелым теплоноситепем в ОКБ «Гидропресс» Термокорреляционный способ применялся в РКК «Энергия» для оценки расхода в высокотемпературном литиевом контуре

Корреляционная система с использованием флуктуации активности N16 функционирует на 2-ом блоке Калининской АЭС в качестве внештатной

Разработанные расчетные и экспериментальные методики прогнозирования устойчивости использовались для определения границ устойчивости кипящего реактора при различных его модификациях Эти результаты послужили основой для обоснования использования кипящего реактора при пониженных давлениях в составе атомной станции теплоснабжения На защиту выносятся

1 Результаты комплексных экспериментально - расчетных исследований в обоснование систем диагностики аномальных теплогидравлических режимов в быстром натриевом реакторе

2 Результаты разработки и применения быстродействующих датчиков пульсаций температуры на установках с жидкометаллическим теплоносителем

3 Комплекс экспериментально - расчетных работ в обоснование новых методов и средств контроля расхода жидкометаллических теплоносителей и результаты их использования на реакторных установках и стендах

4 Рез\ тьтаты разработки и испытаний средств контроля расхода в реакторных установках с водяным теплоносителем на основе статистических методов

5 Результаты экспериментально - расчетных исследований динамики и прогнозирования границ устойчивой работы кипящего реактора

Лнчный вклад автора состоит в следующем :

- разработка новых методов и средств диагностики аномальных теплогидравлических процессов в быстрых натриевых реакторах,

- обоснование и разработка быстродействующих средств контроля температуры в ЯЭУ с жидкометаллическим теплоносителем,

- разработка новых методов и средств контроля расхода в ЯЭУ с жидкометаллическим теплоносителем на основе статистических методов,

- разработка новых методов и средств контроля расхода в ЯЭУ с водяным теплоносителем на основе статистических методов,

- выбор оптимальных методов статистического анализа,

- экспериментально - расчетный анализ и прогнозирование границы устойчивой работы кипящего реактора на основе статистических методов,

- математическое моделирование и критериальный анализ теплогидравлических процессов,

- анализ полученных результатов и выработка рекомендаций,

- разработка и оптимизация многоканальных систем измерения расхода

Апробация работы Основные результаты работы докладывались на

- семинарах по динамике секции №3 НТС № 1 Минатома 1971, 1978 1982, 1985 1994 гг

- международных совещаниях по реакторным шумам (1974 г - г Рим 1978 г - г Дрезден),

- межведомственной конференции «Теплофизика- 1996» «Методы и средства измерения теплогидравлических параметров ЯЭУ», российской межотраслевой конференции «Теплофизика - 2002» «Тепломассоперенос и свойства жидких металлов,

- российском научно - техническом форуме «Ядерные реакторы на быстрых нейтронах» (г Обнинск),

- II Всероссийской на\чно - технической конференции «Датчики и детекторы для АЭС» (ДДАЭС-2004)

- межд\ народных научно - технических конференциях «Безопасность эффективность и экономика атомной энергетики» (МНТК-2004 МНТК-2006)

Резуплаты представтенные в диссертации, опубликованы в 25 статьях в журналах «Атомная энергия» «Магнитная гидродинамика» «Теплоэнергетика» «Метротогия» и в 3 препринтах

Работа состоит из введения пяти пав. заключения, четырех прптоженнй изложенных на 284 страницах машинописного текста куда входит 128рис\нков 18 таблиц и список литературы включающий 144 наименования, в том числе 47 работ с участием автора

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ДИАГНОСТИКА АНОМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ В БЫСТРЫХ НАТРИЕВЫХ РЕАКТОРАХ

Высокая энергонапряженность быстрых натриевых реакторов, плотная упаковка активной зоны, малые проходные сечения для теплоносителя увеличивают вероятность теплогидравлических аномалий, например, в виде блокировок сечения TBC Локальные повышения температуры могут сказаться на прочности оболочек ТВЭЛов Развитие блокировки чревато перегревом и вскипанием натрия, перекрытием сечения и разрушением оболочки ТВЭЛов В худшем варианте возможно распространение аномалии на соседние TBC Этой проблеме \делячось серьезное внимание у нас и за рубежом На быстром реакторе БОР-бО проведен цикл комплексных испытаний с кипением натрия в активной зоне [1 21

Эксперименты по кипению

На период эксперимента в реактор устанавливалась кипящая сборка погр\жные и волноводные датчики Кипящая TBC расположена на границе активной зоны и состоит из 18 вольфрамовых стержней Расход натрия через

киияший бток 18 л/ч что обеспечивает выход в режим кипения при мощности реактора 9 МВт. при этом энерговыделение от у-излучения в вольфрамовых стержнях составляет ~ 5 кВт Использовались различные варианты взаимного расиотожения кипящей сборки и погружных и акустических датчиков Peí истрировались также сигналы нейтронных датчиков и термопар на выходе из сборки Было проведено несколько выходов в режим кипения которые отличались скоростью подъема мощности

При интенсивном вскипании, сопровождающемся выбросом значительного количества пара в недогретый натрий надзонного пространства, формируется достаточно продолжительный (0.1-1) с практически непрерывный акустический сигнал амплитуда которого превышает фон на ~ 20 дб и уверенно регистрируется всеми датчиками, для которых область схлопывания парового объема находится в прямой видимости

Вслед за этим наступает установившийся режим кипения, при котором от парового объема отрываются и схлопываются отдельные пузыри сравнительно небольшого размера, образуя случайную последовательность акустических

вспышек (рис 1) Их суммарная продолжительность составляет небольшую долю общего времени наблюдения, а осредненная мощность сигнала сопоставима с фоновым шумом

В режимах с более «мягким» выходом в кипение (например, при меньшей скорости подъема мощности) первоначальная

длительная вспышка отсутствует а характер сигналов с самого начала соответствует установившемуся режиму Для выявления такого режима предложена импульсная система [3 4|, использующая

а - последовательность вспышек, о - начальная фаза вспышки в — импульсы «быстрой» огибающей сигнала

Рис 1 Сигналы погружного акустического датчика в установившемся режиме кипения

«быструю» огибающею акустического сигнала Она вырабатывает аварийный сигнал при наборе определенного чиста импульсов (т) превышающих некоторый порог в течение заданного интервала времени Анализ выборки из 2000 нмпу чьсов показал, что распределение амплитуд хорошо описывается статистикой Рэлея а частота следования - распределением Пуассона Вероятность несрабатывания системы опредетяется следующим соотношением

р^ЕРОО+ХРМ

. где Р(к) = (?^Т)к/к'[е\р(-лТ)] - распрсдиепис

Пуассона а вероятность ложного срабатывания Р„ = ^

(>чТ)к к'

е\р(-Х. Т) где

= Т5()| е\р(-8:/2а^), ТЭф - эффективный период флуктуаций огибающеи фонового

сигнала Расчеты для параметров сигналов взятых из эксперимента (ст^Оф = 5.5 Х = 100 с"', - интенсивность пересечения нулевого уровня (порога) фоновым шумом, Х^ = 600 с"') при Т = 0,3 с показывают, что выбором порога можно обеспечить приемлемую вероятность погрешностей при малом времени

наблюдения

Достоверность регистрации факта вскипания повышается при использовании метода взаимной корреляции сигналов |?] На рие 2 показаны статистические характеристики акустических и нейтронных шумов в частотной области Особенностью спектров являются пики на частоте окото 1 Гц которые наблюдалась во всех режимах со вскипанием и отсутствуют в режимах без кипения

1,0

Л "

3,0 J ) Ч»

1,4 ¥

\ \ «4 <0 V

1 1

1 1 о,с

г | ¥ А 1 | а; 0,5

*

0 0,4

-01 1 03

42

-1/ V

-V . 1

0,2 ЦЧ 0,6 № 0

цг о,ч о,б о,е 1,гч

а - спектральные плотности (8) нейтронного (И) и огибающей акустического (А) сигналов

О - 8мм • - 5ДД,П - Яе 8мА,Д - 1т

Ь - функция когерентности акустического и нейтронного сигналов

Рис 2 Статистические характеристики шумов при кипении натрия в БОР-бО

Ввид> периодического характера процессов целесообразно использовать в системе обнарх жения ф\нкцню когерентности (ФК) У"(м) = —г—Ц—

преимущество которой состоит также в независимости ее от изменения коэффициентов передачи измерительных трактов Оценивалась статистическая надежность системы, срабатывание которой происходит при превышении функцией когерентности порогового значения П Контролируемый частотный диапазон - 1 - 10 Гц, иотоса разрешения В = 1 Гц

При проведении оценок воспотьзуемся известным соотношением для тотности распределения выборочных ФК для двух случайных процессов с нормальным законом распределения С = (п - 1)(1 - у2)"(1 -у)""2Р(п, п, 1, у2у) где у2 - истинное а \ = у2 - выборочное значение функций когерентности, п = ВТ - число степеней свободы, определяемое через полосу разрешения В и длительность измерения Т, Р - гипергеометрическая функция четырех аргументов Вероятность ложного срабатывания в отсутствие кипения (у2 = 0), те превышение порога хотя бы в одном из 10 интервалов В составляет Фл = 1 - (1-р)ш,

I

где р = |С0с1у = (1 - П)"~'. С0 = (п-1)(1-у)""2 Вероятность пропуска сигнала п

п

аварийной ситуации опредеаяется как Фп = |С<1у

о

Расчеты вероятностен ложного срабатывания и пропуска сигнала для некоторых значений параметров п и у2 показывают, что даже при сравнительно больших значениях когерентности и соответствующего порога дтя достижения примерно одного ложного срабатывания в год необходима длительность реализации примерно 100 с При этом выбором порога может быть обеспечена достаточно малая вероятность пропуска аварии По данным специальных экспериментов на реакторе БРЯ режим локального кипения может существовать достаточно дот го (часы) без разрушения ТВЭЛов Таким образом, имеется достаточный запас времени для проведения статистического анализа и принятия решения

Температурный контроль TBC в быстром натриевом реакторе

Для обнаружения аномалии на ранней стадии наиболее перспективен индивидуальный контрои. температуры на выходе из TBC На основе экспериментальных данных полученных на реакторе БОР-бО, проанализированы источники фпуктуации температуры и показана возможность повышения чувствительности системы температурного контроля TBC |6| Основным объектом исследования были термопары (ХА) установленные на расстоянии 20 мм от выходного отверстия головок TBC Чтобы определить источники фоновых температурных шумов, последние сопоставляли с флуктуациями расхода и нейтронного потока, которые регистрировались магнитными расходомерами и ионизационной камерой

Динамические связи между параметрами в виде импульсной переходной функции (ИПФ) h(0) находили путем решения интегрального уравнения Винера-

Хопфа для экспериментальных оценок авто- и взаимно-корреляционных функций

т

(АКФ, ВКФ) R4)(i)= jRsx(T-0)h(0)d0 Использовали принцип регуляризации, а

о

долю шума, соответствующую данному входному возмущению, определяли по т т

соотношению R4(t)= JJh(a)h(ß)Rvx(t + a-ß)dßda Нормированные АКФ и ВКФ

о о

нескольких термопар для номинального режима работы реактора (NT « 50 МВт, G=1000 mj/4) приведены на рис 3 Значительный коэффициент корреляции термопар (0,6 - 0 8) указывает на общий источник шума Некоторая асимметрия ВКФ может быть объяснена различием постоянных времени термопар Вклад шумов расхода в дисперсию ТШ значителен и для многих термопар достигает 50% В исследованных режимах вклад расхода в нейтронные шумы мал поэтому с хорошим приближением их можно принимать за независимое входное возмущение по отношению к температуре Показано, что большая часть ТШ в изучаемой области частот обусловлена шумами общереакторных параметров, что дает возможность реализовать компенсированную систему температурного контроля с учетом источников шума и динамических характеристик реактора

Ф1> ктуашш или неоотьшие детерминированные отклонения интегральных параметров пропускаются через бтоки моделирующие динамическую связь этих

параметров с выходной температурой и вычитаются из температуры на выходе что снижает уровень фоновых шумов и порог обнаружения аномалии в TBC Дисперсия выходной температуры при этом может быть снижена более чем в два раза [6 Для рассмотренных условий компенсированная система температурного контроля при одинаковой чувствительности (пороге) имеет в 10 раз меньшую вероятность ложного срабатывания по сравнению с некомпенсированной при контропе как отклонений, так и дисперсии

АКФ сигналов термопар 1 - Е-39, а = 0 287К, 2 - Г-22, а = 0 280К, 3 - Д-15, ст = 0 315К, 8 - Т35 ст = 0,460К, ВКФ сигналов термопар 4 - Е-39 и Д-15, 5 - Г-22 и Д-15, 6 - Е-39 и Г-22, 7 - ARe.39 - остаточная КФ температурных шумов

Рис 3 Нормированные корреляционные функции для термопар контроля каждой TBC

Моделирование температурного шума в тепловыделяющей сборке быстрого реактора

Чтобы сформулировать требования к быстродействию датчиков температуры выявить зависимость параметров распределения от расположения датчиков и профиля температуры использовалось численное моделирование [8]

При статистическом моделировании с испочьзованием принципа "обратной диффузии" (метод Монте-Карло) рассматривали траекторию некоторой частицы (в данном случае температурного "пятна"), переносимой потоком и подверженной

воздействию его турбулентных флуктуации. Координаты частицы па каждом временном шаге определяют с у четом трех компонентов скорости.

Некоторые результаты моделирования для модели, близкой по параметрам к реальной TBC быстрого реактора, представлены на рис. 4. При расчетах вариантов меняли расход и положение датчика по радиусу и высоте.

Параметры распределения для центрального и периферийного датчиков сильно различаются, отражая специфику температурного профиля. При сравнительно небольшом расстоянии 2 датчика от верхней границы ТВЭЛлов он контролирует практически лишь некоторую зону сечения, характерный размер которой z

близок — ■ и. Для номинальных и

значений скорости (2 м/с) время

корреляции т = jR(x)dx меньше 0.1 с.

о

Чтобы без искажения воспроизводить такие быстрые флуктуации, постоянная времени датчика должна быть < 0.1 с.

Применение термопары натрий - сталь

Удовлетворить этому требованию в сочетании с высокой надежностью может термопара натрий - сталь, в которой одним термоэлектродом является сам жидкометаллический теплоноситель. а вторым - стальной электрод, контактирующий с натрием через стенку защитного кожуха либо трубопровода |!>|-

Рассмотрение одномерной задачи нестационарной теплопроводности с учетом коэффициента теплоотдачи от стенки позволяет получить передаточные функции от изменения температуры натрия к температурам на границе раздела. H|(jco) и на внутренней стороне кожуха. H2Ü®):

1 - стационарный профиль температуры (z = 200 мм): 2 - датчики температуры: 3. 4 - центральное положение датчика (х = 0: у = 0: u = 1 и 0.5 м/с; ст = 6.5 • 10"2 и 7.14 ТО"2; А = 1,96 и 2,04: Е = 4.38 и 5.05 соответственно); 5 - периферийное

положение датчика (х = 36 мм: у = 0; и = 0.5 м/с: а = 2.47 К;А = 0.13:Е = - 1.47)

Рис. 4 Схема TBC (а) и корреляционные функции f (б)

1 4- Р'"1-

Н,Осо)= -Щ- Н 0®)= -^^-

а, а, а, а,

где и=-У — , В = (1 + - с обозначениями С = 5Ср.

л/2 уас " ° "

2Х

а, = —- ж - жидкость с - стенка, и - пленка 1 б

п

Дтя оценки коэффициента теплоотдачи использовались соотношения для конвективного теплообмена при омывании плоских пластин вынужденным потоком жидкости

Анализ амплитудно - частотных характеристик подтверждает преимущество датчика «натрий - сталь» по динамике, которая практически мало зависит от

Вт

толщины стенки При реальном значении коэффициента теплоотдачи а = 3 10! ——

м*с

граничная частота датчика составляет -30-40 Гц Это соответствует

1 .

эквивалентной постоянной времени т = — гзмс, что полностью удовлетворяет

со

э

требованиям с точки зрения рассмотренных аномалий

Термопары натрий - сталь (ТНС) в составе термозонда испотьзовались в эксперименте по моделированию режима расхолаживания и отвода остаточного тепловыделения при срабатывании БАЗ и обесточивании ГЦН на реакторе БН-600 [ 71 Сопоставление регистрируемых в переходном режиме температур показывает преимущество в быстродействии термопары натрий - сталь перед обычной

КОНТРОЛЬ РАСХОДА ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ КОРРЕЛЯЦИОННЫМ МЕТОДОМ

Корреляционный метод измерения основан на регистрации случайных флуктуаций параметра с помощью двух разнесенных на некоторое расстояние Ьв по потоку датчиков Запаздывание тш между сигналами XI х2 за время измерения Т определяемое по сдвигу максимума взаимнокорреляционной функции (ВКФ) 1 т

К,2(т) = 'щ /\(0 + относительно начала временной координаты, позволяет

' о

при известном базовом расстоянии определить среднестатистическую скорость переноса регистрируемых неоднородностей Расход определяется по соотношению V

О = К — где V — объем участка между измерительными сечениями Кс -с т

ГЛ

поправочный коэффициент, устанавливающий соответствие между средней скоростью потока и среднестатистической скоростью переноса неоднородностей для данного измерительного участка Он определяется в натурных либо модельных градуировочных экспериментах на метрологическом расходомерном стенде

Наиболее часто корреляционный метод реализовывался с использованием температурных шумов и соответствующих датчиков - термопар Развитие БН-реакторов и натриевой технологии в целом дало толчок к разработке новых более эффективных корреляционных методов измерения расхода, основанных на использовании магнитных датчиков 110 11] Эти результаты получены впервые в отечественной и мировой практике, они нашли также применение за рубежом 1

Первые результаты корреляционных измерений расхода с помощью магнитных датчиков были получены на установке БОР-бО [10] Для корреляций использовали флуктуации сигналов двух штатных расходомеров на одной из петель БОР-бО (рис 5) Расчетные и реальные времена запаздывания согласуются в пределах заданной погрешности предварительной градуировки расходомеров

Дтя уточнения природы пролетной компоненты были проведены эксперименты на натриевом стенде Корреляционные характеристики измерялись с использованием различных источников возмущения потока при разных базовых расстояниях между датчиками, различных ориентациях магнитного поля При взаимоперпендикулярном направлении полей первого и второго датчиков корреляция отрицательна Опыты подтвердили что источником наблюдаемого эффекта являются гидродинамические неоднородности потока типа вихрей интенсифицируемые естественными источниками возмущения потока в виде гибов тройников и т п

1 Патент США № 3967500 Способ измерения расхода электропроводной жидкости Приоритет 29 05 1975

1'^''.,00'-0,02с

Т1

Г

.•V

1 - в = 300 м7 ч. трасч (Д,) = 1,58 ± 0.08 с. трасч (Д2) = 1.54 ± 0.08 с:

2 - й = 500 м3/ ч, трасч (Д,) = 0,97 ± 0.05 с. трасч (Д,) = 0.95 ± 0.05 с

Рис. 5 ВКФ датчиков второго контура

Для получения наглядных представлений о взаимодействии вихря с магнитным полем проведены расчеты [10]. Вследствие их оценочного характера рассматривали упрощенную форму вихря в виде вращающегося цилиндра с некоторым характерным размером / и осью вращения, лежащей в плоскости х, у (рис. 6) и перпендикулярной к радиальному направлению от центра трубы к центру вихря. Принималось также, что проводимость стенки и жидкости одинакова, контактное сопротивление отсутствует. Невозмущенный профиль скорости является равномерным. Угловая скорость вращения вихря полагалась для

определенности равной со = . Чувствительность расходомера 8 = иАс/2ЯВ\'ср может быть определена решением уравнения Пуассона для двумерного случая = В— с граничным условием сЩ/ёг = 0 при г = Я и выражена через весовые

сп-

функции \у(х. у)2 Б = ■

£|\Чх.у)и/(х.у)с1хс1у _[|\'(х,у)с1хс1у

-. где \'(х. у) - профиль скорости в сечении

труоы.

- Шерклиф Дж.. Теория электромагнитного измерения расхода. - М.: Мир. 1965

-0,6

&,1 ц" а? с,6 о,7

I, 6 30ЛЯ1 *

Рис.6 Геометрические характеристики вихря и соотношение корреляций при согласном и взаимноперпендикулярном направлениях магнитного поля

Относительное изменение чувствительности при появлении вихря [М = — Б |1 ] определяется его характерным размером и расположением относительно магнитного поля и электродов. Расчеты показывают, что знак М может быть как положительным, так и отрицательным. В рамках упрощенных представлений (предполагается, что пространственная ориентация вихрей при перемещении неизменна, вклад в пролетную составляющую вносится вихрями некоторого эффективного размера / = сопБи распределенными равновероятно по сечению) можно оценить соотношение корреляции при согласном (К^) и взаимно перпендикулярном (Кх) направлениях магнитных полей

Рассчитанные по данном)' соотношению корреляции приведены на рис. 6. Отношение / Кц возрастает по абсолютной величине с увеличением /. Сопоставление полученной в эксперименте отрицательной корреляции (- 0.4) с расчетом позволяет оценить характерный размер вихря (0.4 - 0.6) Я.

р,

В результате первого этапа исследований были сформулированы предварительные требования к компоновке измерительной системы Важным достоинством корреляционного метода является возможность градуировки МР непосредственно на месте и\ установки По существу, может быть реализована самоконтролиру юпияся система измерений, с помощью которой в обычном режиме использования МР расход в контуре определяют по средней ЭДС. а в режиме корретяиионных измерений определяют либо контролируют граду ировочные характеристики В случае возможности и необходимости предварительной стендовой градуировки одним из традиционных методов целесообразно вести ее параллельно и корреляционным методом, чтобы использовать его впоследствии для контроля показаний датчиков Точность такого контроля не зависит от изменения магнитной индукции и других причин, приводящих к изменению постоянной ЭДС

Опыт корреляционных измерений расхода натрия на установке БН-600

Необходимость обеспечить прямые измерения расхода и градуировку штатных расходомеров по месту эксплуатации стала особенно очевидной в период пусконаладочных работ и энергопуска БН-600 Задача решалась корреляционным методом с использованием штатных магнитных преобразователей расхода [ 12]

Основными градуируемыми позициями являлись байпасная линия реактора с расходомерами ИРМУ-50 (ИРМУ-50 - индикатор расхода магнитный у инфицированный для трубопровода диаметром 50 мм) (4 позиции, первый контур) и секции парогенераторов (ПГ) с расходомерами ИРМУ-300, установленными на выходах из испарителей (24 позиции, второй контур)

Параметры измерительных участков выбирали на основе опыта корреляционных измерений на аналогичных трубопроводах БОР-бО и натриевых стендах Преобразователями с чу жили штатные и идентичные им по конструкции вспомогательные расходомеры ИРМУ Характеристика ИРМУ-300 (рис 7) существенно нелинейна при расходе более 500 м7ч Основной причиной нечинейности является искажение первичного магнитного поля вблизи концов зоны магнитного поля за счет индуцированных токов, оно проявляется тем сильнее, чем больше магнитное число Рейнотьдса Для номинальных расходов

через секции ПГ (О = 1000 м"/ч) Яет « 15 » 1 что при относительно малой длине выравнивающей магнитное поле пластины создает предпосылки для проявления концевого эффекта и нелинейности характеристики

Вид аппроксимационной зависимости можно указать на основе предположения о том что искажение первичного магнитного поля индуцированными токами пропорционально наведенной э д с Е = кС(В0 - аЕ) где В0 - индукция первичного поля, к а - коэффициенты пропорциональности Отсюда Е = кВ0О/(1 + ксЮ)

Оценка погрешностей показывает, что основной вклад дает неопределенность поправочного коэффициента Кс К моменту проведения измерений на БН-600 не было возможности провести систематическое обоснование метрологических характеристик для данной конфигурации

измерительных участков При выборе значения Кс ориентировались на опыт БОР-бО, магнитные расходомеры которого градуировались на стендах испытаний насосов с погрешностью ± 5 % В итоге суммарная погрешность составила ~ 7 % от измеряемой величины

Проведенные на стадии пусконаладочных работ прямые измерения расхода в основных тепловыделяющих контурах установки способствовали обеспечению уверенного энергопуска установки БН-600 В то же время стала очевидной необходимость совершенствования корреляционных расходомеров и их метрологического обоснования

¡/00 В00 1200 Расход м'/ч

1 — секция БЗ парогенератора 3,

2 - секция Б4 парогенератора 2,

3 - секция Б1 парогенератора 2, О - градуировка при TNa = 250 °С,

i.O - поверка при Tn3 = 340 и310°С соответственно

Рис 7 Граду ировочные характеристики ИРМУ-300

Изучение вихревой структуры потока и корреляционные измерения расхода с помощью бесконтактных магнитных датчиков

Источник сигнала МКР в отличие от ряда др>ги\ корреляционных расходомеров использующих скалярные метки потока (температура плотность радиоактивность), обладает векторными свойствами Целесообразно при измерениях ориентироваться непосредственно на векторный параметр (завихренность \\0) Такую возможность предоставляет бесконтактный корреляционный способ, основанный на регистрации флуктуаций магнитного поля индицированных при взаимодействии вихрей с приложенным постоянным полем [13] Очевидно, что вихрь, ось вращения которого направлена по оси трубопровода г при взаимодействии с поперечным полем В0 даст индуцированную составляющую В', перпендикулярную исходному полю и оси 2 (рис 8)

В экспериментах на натриевом расходомерном стенде использовалось несколько установленных последовательно по потоку источников магнитного поля

и приемников сигнала 1)4 15], расположенных за гибом трубопровода на расстоянии ~ 6,5 Б друг от друга В каждом измерительном сечении регистрировались составляющие флуктуации по трем координатным осям с помощью х-обмоток (ось их параллельна приложенному полю), у-Рис 8 К постановке задачи обмоток (ось перпендикулярна приложенному

полю и оси трубопровода) г-обмоток (ось направлена по оси трубопровода) (рис 8)

Изучение вихревой структуры проводилось путем сопоставления авто- и взаимно корреляционных функций сигналов обмоток как в одном измерительном сечении, так и в сечениях, разнесенных по потоку

Основные результаты измерений состоят в следующем 1) наибольший уровень флуктуации наблюдается на у-обмотках, эти же обмотки дают максимальное значение коэффициента корреляции р между сигналами разнесенных датчиков - он монотонно возрастает с увеличением расхода и в верхней части диапазона достигает значения -09 2) положительный знак и большое численное значение коэффициента корреляции для указанных обмоток

сохраняются и в том сту чае когда разнесенные датчики повернуты так что и\ магнитные потя перпендику тярны друг дру гу. 3) сигналы противопочожных согласно подключенных г-обмоток в одном сечении сильно коррелированы (р = 0 7 0 8) как в основном так и в повернутом потожении датчиков следовательно их пронизывает индуцированный поток одного направтения корреляция д-обмоток меньше по абсолютной ветчине и отрицатетьна (р = —0,3 0.5) Приведенные результаты показывают, что преобладающим источником сигналов при пролетных корреляционных измерениях с источником возмущения в виде гиба являются вихри продочьной (вдоль оси г) ориентации

Соответствующим образом ориентированные приемные обмотки при достаточно бочьшом диаметре сердечника позволяют реализовать интегральный датчик корреляционного расходомера регистрирующий все вихри, независимо от положения их оси в сечении Высокие коэффициенты корреляции и хорошее разрешение, определяемое отношением ширины корреляционного пика к временному сдвигу, обеспечивают измерение последнего с малой погрешностью и обеспечивают быстродействие бесконтактного корреляционного расходомера

где Ц]/2 - половина среднего интервала между максимумами случайного процесса,

Сопоставление расчета с экспериментом подтверждает, что заданная погрешность измерения может быть обеспечена за время на порядок меньшее чем при использовании электродных датчиков

Параметры модели бесконтактного корреляционного расходомера полученные в экспериментах на метрологическом стенде в диапазоне расходов в = 4 20 м3/ч. Яе = (0.9 4 5) 105, обеспечивают погрешность измерения в пределах ± 1 %

Модельная градуировка магнитных корреляционных расходомеров

Погрешность можно оценить по соотношению а

Ф = |Г2 (т)<1т - форм-фактор нормированной корреляционной функции [16, 171

Наиболее реальным путем метрологического обоснования магнитных корреляционных расходомеров на большие (в х 1000 м^/ч) пределы расходов

является моделирование Предпосылками для этого является возможность определения с высокой точностью геометрических размеров натурного и моде плюй) измерительных участков и основного параметра - временного сдвига Модельная градуировка может быть проведена на расходомерном стенде с производилелыюстыо. отличающейся на порядок от натурных условий При этом должны выполняться условия геометрического подобия измерительных участков включая источник возмущения в виде например гнба трубопровода и соответствие МГД - параметров потока Возможность моделирования корреляционного магнитного расходомера с верхним пределом О =1000 м7ч на расходомерном стенде с производительностью 0=100м7ч демонстрируется данными ыблнцы 1 Необходимым требованием является наличие на расходомерном стенде высоконапорного насоса ДР > 6 105 Па

Тйб шца 1 МГД - параметры потока Ыа для различных установок

Значение параметра Бу 300 (Б = 0,3 м) Бу 30 (Б = 0 03 м)

в = 1000 м7ч 100 м7ч

У=— м/с 5 3,93 39,3

v 3,04Е+06 3,04Е+0б

Яет = УБц0<х 8,92 8,92

аВ;Б Ы = — рУ 5 23Е-02 5 23Е-02

Б с 13,1 1310

Значения параметров

В0 = 1 10"2 Тл Во = 1 Ю-1 Тл

Т = 300 <С, V = 3 88 10'7 м2/с ст = 108/16 6 1/(Ом м) ц0 = 4л 10"7, р = 880 кг/м3

Применение бесконтактных корреляционных датчиков для измерения расхода тяжелых теплоносителей

Бесконтактные корреляционные расходомеры в особенности эффективны для тяжелых теплоносителей Наряду с указанными выше достоинствами, они дают и технологические преимущества, поскольку показания их независимы, в частности,

от сопротивления на границе «теплоноситель - стенка» Отсутствие необходимости введения в жидкий металл изолированных от стенки электродов упрощает констру кцию и повышает надежность контура 1181 Констру кция магнитной системы преобразователей (рис 9) предусматривает практически полное перекрытие позем сечения измерительного участка Магниты выполнены из специальных магнитотвердых материалов ЮНДК24 либо ЮНДК35БА а элементы магнитопровода - из магнитомягкого материала Ст 3 Конструкции как больших так и малых датчиков - разъемные В принципе измерения можно проводить не снимая теплоизоляцию с трубопровода Дополнительным преимуществом бесконтактного датчика является отсутствие гальванической связи приемной обмотки с контуром («землей»)

- измерите зьный участок трубопровода, 2 - магнитопровод, 3 - магнит, 4 - сердечник. 5 - индикаторные обмотки 6 - крепежный узел, 7 - полюсный наконечник

Рис 9 Конструкция бесконтактных электромагнитных датчиков для малого (а)

и большого (б) стенда

Некоторые результаты испытаний, стендовой градуировки и применения бесконтактных датчиков

Измерения проводили на малом и большом стендах Некоторые параметры контуров, включая максимальные значения расхода и критерии подобия для температур 300 и 400 °С. приведены в тлЗ шце 2 На малом стенде проводились предварительные испытания и определение метрологических характеристик а на большом — непосредственные измерения

I аблица 2 Параметры стендов и критерии подобия

Малый стенд Большой стенд

G м7ч 25 90

V,m/с 3.245 - 3 23 1 02 - 1 008

D. м (Т = 20°С) 0.052 0.175

Re, 10" 0,906 - 1 07 0.96-1,12

Rem 0 18-0.174 0.19-0,18

В, гс 550 140

N, 10"" 3,98 - 3 92 2,77 - 2,73

Критерий N для обоих стендов имеет сопоставимое и небольшое по абсолютной величине значение Заметное влияние магнитного поля на вихревую структуру потока происходит при значениях N > 0.2 Учитывая, что в нашем случае значение N на два порядка меньше, влиянием магнитного поля на структуру можно пренебречь Поэтому отличие значения N для большого и малого стендов несущественно Очевидно в то же время, что в принципе за счет относительно небольшого увеличения индукции датчика большого стенда (до 180 - 190 гс) можно добиться точного соответствия N Измерительные участки включая источники возмущения (гиб, ройник) подобны

Основная задача метрологических испытаний состоит в определении ветичины поправочного коэффициента Кс Они проводились на малом стенде объемно-временным методом [19] Опорный расход во определяется при заполнении мерного бака (МБ) во = Умб '' 'мб Одновременно с этим на измерительном участке проводятся корреляционные измерения для определения Ок = У/тт В результате получаем Кс = О0 /

На каждой из восьми ступеней по расходу проводилось от 3-\ до 12-ти заполнений мерного бака Осредненные значения Кс для каждой из ступеней использовались для представления с помощью линейной регрессии

В резу льтате расчета для поправочного множителя получено выражение K¡*' = 1 0157 + 2 996 10J G [л/с] Систематическая погрешность Kt, проведенная с учетом погрешности поверочной установки и корреляционных измерений составляет 05% для диапазона расходов G = (18-6) л/с Для измерении на большом натурном стенде для поправочного коэффициента используется соотношение Кс= 1 0157-rO,208Re"7

Подобие малого и большого стендов иллюстрируется хорошим соответствием формы спектральных характеристик сигналов (рис 10) [20] Практически совпадают также вид нормированных ВКФ и уровни корреляции сигналов

1 2 - датчики большого стенда, Ь = 6 5Б и 1_ = 10 5Б соответственно V = 0 6 м/с 1', 2'- датчики малого стенда, Ь = 5Э и Ь = 90 соответственно, V = 1 9 м/с, Яе6 = 5 5 105, Яем = 6 4 105, Яг = 0 горизонтальные участки

Рис Ю Нормированные спектральные плотности мощности сигналов датчиков большого и малого стендов

с

I

0,2 0,4 0,6 0,8 f отн ед

После проведения предварительных испытаний и определения метрологических характеристик разработанные метод и устройства использовались для корреляционных измерений расхода сплава свинец - висмут на малых стендах

(О, ~ 50) в диапазоне расходов 3-25 м"/ч и крупномасштабном стенде (В, - 175) в диапазоне расходов 15-100м7ч В частности корреляционный метод испотьзовался для градуировки и поверки турбинного расходомера, установленного на большом стенде Следует отметить практически неограниченный срок службы первичного преобразователя корреляционного расходомера в ло же время турбинный датчик вышел из строя после нспродотжнтетьнон серии измерений на сплаве свинец - висмут

Опыт измерений на различных стендах при вариациях в широких пределах параметров источников возмущения показал что значения поправочного множителя лежат в пределах К^ = 0 92 - 0 5 в зависимости от параметров источника возмущения потока и измерительного участка При этом значения коэффициента соответствия Кс < 1 характерны для плавных гибов (Яг > 30) при отстоянии первого измерительного сечения на 3 - 5Б Это означает практически, что при известных с достаточной точностью размерах измерительного участка (Ог Ь„) оценка расхода корреляционным методом может быть проведена и без предварительной градуировки с точностью ± 10 % Во многих случаях она достаточна Для обеспечения же более высоких метрологических характеристик, необходима градуировка измерительной системы в целом, включая измерительный участок с источниками возмущения, датчики и вторичную аппаратуру

Термокорреляционные измерения

В зарубежной и отечественной практике известны примеры использования термопар натрий - сталь вводимых в поток теплоносителя, для реализации корреляционного метода Они обеспечивают необходимые динамические характеристики Следующим шагом по пути упрощения первичного датчика расхода стала регистрация температурных флуктуаций по термо-ЭДС. возникающей на границе раздела жидкий металл - внутренняя поверхность трубопровода, с помощью электродов, расположенных на поверхности трубы |21 - 23] Возможность таких измерений обусловлена рядом факторов Материалы трубопроводов в виде нержавеющих сталей различных марок дают в сочетании с наиболее известными жидкометаллическими теплоносителями (Ыа, К, Ыа-К) достаточно высокие значения термо-ЭДС (10-15 мкВ/град) Проблемы

контактных сопротивлений при нормальных условиях эксплуатации для этих теплоносителей не существует

Из опыта корреляционных измерений известно, что пролетные компоненты взаимокорреляционных функций (ВКФ) определяются крупномасштабными сопоставимыми по размеру с диаметром грубы гидродинамическими неоднородностями потока 110] Создаваемые этими неоднородностями возмущения будут достигать и стенки вызывая в измерительном сечении флуктуации термо-ЭДС на границе раздела жидкий метали - стенка Такой датчик не вносит дополнительной инерционности кроме существующей инерции тепловых процессов в измерительном участке Рассмотрение простой плоской термоэлектрической модели [21] показывает, что конечная толщина стенки приводит к незначительному уширению измеренных ВКФ, поскольку она меньше характерного размера неоднородностей, дающих вклад в пролетную корреляцию

На рис 11 дан пример измерений на Ыа-К стенде При выборе частотного диапазона измерительного тракта учитывалась необходимость избежать влияния теплового взаимодействия потока со стенкой

Аналогичные измерения с использованием наружных электродов были проведены на высокотемпературном (Т = 800 °С) стенде с трубопроводами из ниобия и литием в качестве теплоносителя

ЧАСТОТНЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ЖИДКИХ МЕТАЛЛОВ

Одно из существенных преимуществ корреляционного метода состоит в том что он основан на использовании естественных источников возмущений (например гибов) и не вносит, таким образом, дополнительных гидравлических потерь в контур Приемники сигналов корреляционных расходомеров жидких

2 - сигналы с фильтрацией

Рис 11 Примеры нормированной ВКФ (1, 2) и функция отклика (3) на сигнал в виде 5 - функции

металлов приведенные в предыдущей паве, также находятся снаружи тр\бопровода Однако необходимость обеспечить приемлемые метрологические характеристики адаптируясь к различным модификациям источников возмущения потока требует дополнительных усилий и затрат Если по условиям эксплуатации контура допустима врезка специальных завихрителей. то измерительный участок в целом становится более компактным хотя за счет завихритетя создаются дополнительные гидравлические потери Как правило, такие устройства являются генераторами периодических импульсов в потоке Примерами могут служить вихревые расходомеры с закруткой потока либо с телом обтекания

Расходомеры с закруткой потока основаны на явлении прецессии, которые проявляются при выходе вращающейся струи в свободный объем либо специальную камеру Прибор обеспечивает основную допустимую погрешность на уровне 0 5 % от измеряемой величины Однако он содержит большое количество элементов и сложен по конструкции Использование взаимодействия магнитного поля с потоком жидкого металла позволило предложить способ измерения, при котором одни и те же элементы выполняют функцию возбуждения колебаний и регистрации полезного сигнала

Вихревые расходомеры жидкого металла с закруткой потока

Взаимодействие закрученного потока жидкого металла с магнитным полем приложенным поперек потока исследовалось на натриевом стенде [24] в диапазоне расходов до 20 м 7ч и температур 200 - 350 °С

Измерительный участок

(рис 12) представлял собой калиброванную трубу

внутренним диаметром

0 = 40*" мм Закрученный поток формировался с помощью одного витка одноходового шнека шагом Н = Б (либо 1 4 Э), диаметром центрального тела

с электродами 3 - бесконтактный датчик-

Рис 12 Структурная схема измерительного участка и аппаратуры

12 мм и то шиной попасти 2 мм Вниз по поток} от шнека устанавливались бесконтактные датчики завихренности с постоянными магнитами и приемными обмотками, ориентированными по координатным осям |14] а также системы электродов в сочетании с электромагнитами Для электродных измерений были предусмотрены три пары измерительных сечений установленных на расстояниях z = 5. 10 и 15 D от шнека Над каждой парой сечений можно было установить электромагнит с полюсными наконечниками размером 50 х 50 мм. позволяющий изменять индукцию в центре зазора в пределах до 0 1 Тл

Эксперименты с использованием электромагнитов показали что наблюдаемые явления носят пороговый характер который наглядно проявляется при постепенном увеличении напряжения магнитного поля До определенного его значения регистрируемые вихревые флуктуации носят чисто случайный характер (рис 13) Спектральная плотность мощности (СПМ) сигнала не содержит каких-либо особенностей По достижении магнитным полем некоторого уровня флуктуации начинают приобретать периодический характер, перемежаемый на начальной стадии случайными флуктуациями При дальнейшем увеличении напряженности поля на 10-12% колебания становятся практически чисто периодическими (рис 13), причем дисперсия их возрастает более чем на порядок по сравнению с исходным значением, СПМ вырождается в спектральную линию

I Полученные данные по пороговым

значениям были обобщены на основе критериального подхода с использованием параметра МГД взаимодействия N = aB2L/(pv) В качестве характерного размера использовался диаметр D а в

Рис 13 Осциллограммы сигналов до

(а В = 0 075 Тл) и после качестве скорости - усредненная осевая

(б, В = 0 084 Тл) перехода порога скорость потока v Отметим еще что периодичности при D = 40 мм Н = D, z = 10 D Т = 240 °С и v = 3.2 м/с периодическая неустойчивость под

ВПор= 0,08 Та воздействием реализуемых в наших

экспериментах магннтных полей проявляется при скоростях и проводимостях среды для которых значение комплекса Rm = pavD < 1 и лишь при минимальной температуре и верхней границе

по скорости Ят достигает значения 1 5 Это позволяет, опираясь при анализе взаимодействия на критерий N. испотьзовать в качестве В индукцию внешнего магнитного потя Пороговые значения Мпор при Н=1.40иг=50 1(Ш для более чем 80 % исследованных режимов по расходу и температуре находятся в интервале 0.5 — 0 05 что подтверждает пригодность выбранного критерия Среднее значение Ыпор для Н = О имеет практически то же значение, но несколько больший разброс Приведенное значение Ыпор соответствует определенной геометрии магнитной системы При совместном воздействии на нощь, двух вплотную расположенных электромагнитов с одинаковой индукцией ее пороговое значение понижается в 14-15 раза, что соответствует уменьшению Ыпор примерно вдвое

Аналогичные эксперименты были проведены на эвтектическом сплаве натрий - калий Значение 1Члор. пересчитанное на характерный размер полюсного наконечника Ь„ = 1.25 Б, составило Ыпор = 0,54 - 0 56 для Т =

Частота периодических колебаний £ непосредственно связана с закруткой потока в месте установки магнита Для исследованного диапазона закруток безразмерная частота ^ = 17 £, ^ = V / О лежит в пределах 0,5-1 Зависимость частоты Г от скорости близка к пропорциональной, наблюдается слабая нелинейность отражаемая в спаде ^ при малых скоростях Совокупность приведенных свойств периодических колебаний указывает на то, что происхождение и\ связано с явлением периодической неустойчивости, которое возникает при протекании закрученных потоков в устройствах с переменным сечением Примерами может служить либо выход закрученной струи в свободное пространство, либо движение ее на участке сужения и последующего расширения тру бы Магнитное поле, интенсивно взаимодействующее с периферийными слоями закрученной среды, имеющими наибольшую тангенциальную скорость, выполняет в данном случае роль сужения

На основе исследованного явления предложен МГД вихревой частотный способ измерения расхода электропроводной среды [25] Помимо близкой к пропорциональной зависимости частоты от расхода укажем еще ряд существенных достоинств превосходное частотное разрешение - в диапазоне скоростей 0,5 - 5 м/с относительная ширина спектрального пика на половинной

ГуптаА, ЛиллиД, Сайред Н, Закрученные потоки -М Мир 1987

высоте не превышает 1 %. определение частоты в максимуме может быть проведено с погрешностью менее 0.05 % стабильность частоты при изменениях магнитного поля, значительная амплитуда сигналов достигающая при соответствующем выборе электродов 1 мВ при индукции 0.1 Тл для верхнего диапазона расходов 50 - кратное перекрытие по диапазону расходов (скоростей) -v = 0 1 - 5 м/с - в режиме N к const и 30 - кратное в режиме В = const возможность выполнения одной магнитной системой функций частотного и кондукционного расходомера причем линейность последнего не нарушается В качестве примера применения разработана конструкция МГД-ВР которая является аналогом разработанных в ОКБМ (Н Новгород) устройств контроля расхода через тепловыделяющие сборки

Представляет также интерес сама возможность генерации достаточно мощного переменного тока, амплитуда и частота которого могут регулироваться в широких пределах изменением параметров приложенного магнитного поля и потока Проведенные на основе критериального подхода оценки показывают, что необходимые для получения периодических сигналов величины индукции находятся в легко реализуемом на практике диапазоне (рис 14)

О 500 1000 тсс)

D = 40 мм L(B) = 2 5 D, V = 4 м/с, N = 0.3. Li (•),№ (А), К (Д), Na - К (О)

Рис 14 Пороговая индукция магнитного поля

Вихревые расходомеры с телом обтекания

Вихревой расходомер с телом обтекания (РТО) хорошо известен однако опыт его применения для определения расхода жидких металлов ограничен Существует ряд отечественных и зарубежных вариантов РТО в которых для регистрации полезного сигнала используются электроды, расположенные в

магнитном noie 4 В рамках программы экспериментов бьпи испытаны некоторые известные модификации а также предложены новые варианты РТО с внешним расположением магнитной системы и приемных устройств бесконтактного и конду кционного типов [2(i -28J Применение магнитного поля для регистрации полезного сигнала в РТО имеет свои особенности Так. перпендикулярное относительно оси ТО магнитное поле может существенно влиять на процессы внхреобразования, что нежелательно с точки зрения обеспечения хороших метрологических характеристик С другой стороны более сильное взаимодействие МП с вихревой структурой позволяет осуществить эффективную регистрацию полезного сигнала В экспериментах использовалось несколько модификаций ТО

Экспериментально подтверждено, что при параллельной к оси ТО ориентации вектора индукции МП практически не влияет на частоту следования вихрей Отклонение частоты на единицу N, (Af/fo)/AN, в этом случае находится в пределах 1 - 2 % Существенно отличным образом воздействует на вихреобразование за ТО перпендикулярно направленное МП На рис 15 показано изменение характера спектральных характеристик сигнала пары поперечных электродов (2 - 8) при изменении величины перпендикулярного МП С увеличением поля и. соответственно, степени МГД-взаимодеиствня происходит увеличение частоты вихреобразования. сопровождающееся некоторым уширением спектрального пика

При дальнейшем увеличении поля происходит подавление вихреобразования и переход к безотрывному течению Кривая 4 (рис 15) соответствует значению N > NkT т е когда вихреобразование полностью подавлено Среднее критическое

Na МП 1 ТО, D = 40 мм, h = 10.6 мм,

Т = 250 °С, v = 2,1 м/с, 1 - N = 0 05, 2 - N = 0,35, 3 - N = 0,47, 4 - N = 0,80, электроды (2 - 8)

Pul 15 Влияние магнитного поля на спектральную характеристику сигналов

Pat 3775673 USA Int CI GOlr 33/00 Electromagnetic Karman Vortex Sensing Flowmeter / M W atanable - 1972

значение параметра МГД- взаимодействия составляет а 0.52 Для теплоноситепей с относительно малой электропроводностью и/или ботьшой плотностью при реальных значениях индукции МП реализуется условие N«1 и перпендикулярное поте не нарушая качества частотных характеристик, позвотяет осу ществить ботее эффективную регистрацию потезного сигнала

В работе рассмотрены различные способы регистрации сигналов, в том чисте вновь предложенные [26 - 28] Частотные характеристики РТО достаточно хорошо представляются тинейной зависимостью, а значение безразмерной частоты f" = 1 / Гч fx = V / D для типовых параметров ТО близки к единице

Сопоставление вихревых расходомеров различного типа

Частотная характеристика является основной для вихревого расходомера Частотное разрешение определяемое как отношение ширины СПМ на половинной высоте к измеряемой характерной частоте, находится на уровне 0,3 - 1 % для МГД-BP и согласно опыту измерений, обеспечивает погрешность определения измеряемой по максимуму СПМ частоты менее 0,05 % Разрешение РТО составляет 2-10% те на порядок хуже, чем у вихревых расходомеров с закруткой

Для МГД - BP достигнуто более чем 50-кратное перекрытие по диапазону расхода что заметно превышает показатели РТО (20 - 30-кратное перекрытие) В диапазоне рабочих индукций отклонения частоты МГД-BP при изменении магнитного поля составляет (Af/f0)/AN » 0 35% Согласно оценке, соответствующий коэффициент для РТО с параллельным полем не выходит за пределы 2 % Для РТО с перпендикулярным магнитным полем зависимость частоты от индукции весьма значительна ((Af/f0)/AN « 40%) и для получения стабильных показаний следует ограничивать величину N на уровне менее 0 1

Источником возмущения в контуре выше по потоку от тела обтекания оказывают заметное влияние на градуировочную характеристику РТО и в том случае когда в качестве ТО используются тела с оптимальной геометрией Согласно данным 1 этим влиянием можно пренебречь лишь при удалении более

' Mottram R С Rawat M S , Installation Effects on Vortex Flowmeters // Meas Control -1988 - V 21 -№8 -P 241 -246

чем на 50 О от источника возму щення когда Д£Т0 <05% Для устройств с закруткой потока условие ДСТ0 < 0,5 % выполняется уже при удалении на 10 0" При шаге винтовой закрутки равной 1 4 О гидравлическое сопротивление МГД-

ВР и тела обтекания РТО с типовыми параметрами практически одинаково Для шага закрутки Н = Б гидравлическое сопротивление выше, чем для ТО, однако по порядку величины оно совпадает например, с сопротивлением крутого гиба трубы (Я, = 0) и не является в большинстве случаев препятствием для применения вихревого датчика

Амплитудные характеристики датчиков, в которых расположение электродов учитывает направление вектора перемещения вихревых структур, имеют сопоставимые по величине значения крутизны Так. измерения на натрии при диаметре рабочего участка Б = 40 мм показали что амплитуда полезных сигналов для различных вихревых расходомеров превышает 1 мВ/(Тл м/с) Амплитудные показатели бесконтактных вариантов МГД - ВР и РТО с перпендикулярным полем и осевой приемной обмоткой сопоставимы после приведения их к одинаковым величинам индукции и числа витков

Использование спектральных характеристик сигналов магнитных датчиков

Одним из возможных методов контроля показаний магнитного расходомера является использование спектральных характеристик сигнала датчика либо вспомогательных катушек, установленных в магнитном поле При этом величине расхода ставится в соответствие средняя частота полученная из СПМ Г = ^^ Г/^Б В экспериментах с различными жидкометаллическими

теплоносителями определялись особенности СПМ сигналов, регистрируемых бесконтактными датчиками |20| Показано что для крутого гиба Яг = 0 (рис 10) сохраняется подобие СПМ при изменении расхода Для СПМ датчиков установленных за плавным гибом, наблюдается перераспределение спектрального состава которое приводит к нелинейной зависимости Г = Г(У) Особенности спектров должны учитываться при реализации системы контроля

Киясбейли А Ш , Перельштейн М Е , Вихревые счетчики — расходомеры — М Машиностроение 1974

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ВОДЯНОГО ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ

Опыт накопленный в области корреляционных и частотных методов измерения расхода жидких металлов использовался при разработке устройств аналогичного назначения для реакторов с водяным теплоносителем (РЬМК. ВВОР, исследовательские установки) Не случайно то. что для таких сложных условий предлагается использовать методы, основанные на использовании временных либо частотных параметров сигналов Характерная особенность этих разработок -широкое использование средств вычислительной техники позволяющих реализовать многоканальные системы с развитым и гибко используемым программным обеспечением

Система измерения расхода в раздаточном коллекторе РБМК на базе ультразвуковых частотных расходомеров

В реакторе РБМК расход контролируется в технологических каналах с помощью шариковых расходомеров типа ШТОРМ Предложена система измерения расхода (СИР) в раздаточном групповом коллекторе на основе вихревых датчиков с ультразвуковым способом съема сигнала |21>| Рабочий участок представляет собой отрезок трубопровода диаметром 325 x16 мм длиной не более 700 мм Структурно СИР состоит из трех независимых каналов, каждый из которых содержит собственный первичный преобразователь входной электронный блок, вторичный измерительный прибор и линии связи Первичный преобразователь представляет собой совокупность излучателя и приемника, установленных на диаметрально противоположных сторонах трубопровода и осуществляющих преобразование электрических сигналов в акустический и обратно

Принцип действия УЗВР основан на регистрации фазовых отклонений, Дер акустического сигнала под воздействием периодических вихрей, генерируемых источником возмущения потока с частотой пропорциональной расходу

Дф = со —^— где V- поперечная составляющая скорости Эх - характерный с:

поперечный размер ©о - круговая частота с - скорость звука Предварительные

испытания прибора проводились на различных стендах при диаметрах измерительных участков 30. 40 50 80 мм при давлениях в контуре до 100 атмосфер Диапазон измерения средних скоростей потока - 0.2- 10 м/с [291 По данным градуировки на аттестованном расходомерном стенде в диапазоне 2-40 \Г'Ч погрешность линейной регрессионной зависимости составила 0,12 %

Измерительная вставка для РБМК выполнена в виде участка сужения основного трубопровода до Бу 200 на котором \ станавливается тело обтекания на основе цилиндра диаметром 50 мм на тыльной стороне которого организованы две продольные фаски обеспечивающие стабильный режим вихреобразования Вслед за телом обтекания по потоку последовательно располагаются три пары «приемник - излучатель», оси которых перпендикулярны направлению потока Общая длина вставки составляет ~ 1400 мм или 7 калибров трубы на участке сужения Величина гидравлических потерь на измерительном участке находится в пределах 0,05 МПа Отметим, что на новых блоках РБМК имеются прямолинейные участки коллекторов протяженностью - 3 м

Чувствительные элементы первичного преобразователя в виде излучателя и приемника являются обратимыми и выполнены из высокотемпературной пьезокерамики ЦТС-26 с рабочей температурой Тр = 350°С Узлы токоподвода и съема сигнала выполнены идентично в виде выемной конструкции, помещенной внутри цилиндрического кожуха, днище которого представляет собой мембрану толщиной, кратной половине длины УЗ-волны в металле

Электронная трехканальная аппаратура содержит в качестве основных элементов предусилитель с гальванической развязкой фазовый детектор и цифровой сигнальный процессор Последний выполняет функции сбора и контроля параметров сигнала быстрого Фурье - преобразования определение частоты (периода) и расчет величины расхода

Полномасштабная модель первичного преобразователя в комплекте со вторичной аппаратурой испытывалась на расходомерной петле при давлении до 1 МПа и диапазоне расходов до 600 м7ч Анализ градуировочных характеристик показывает что доверительный интервал линейной регрессии составляет 0,1 % для измерительных каналов 1 2 и 0 25 % для канала 3, что позволяет обеспечить высокие точностные показатели прибора при градуировке его на высокоточном

метрологическом расходомерном стенде в соответствующем диапазоне расходов Частотный диапазон полномасштабного измерительного участка 60 Гц при G = 1000 ч'/ч) позволяет обеспечить необходимое быстродействие системы

Термокорреляционная система измерения расхода через тепловыделяющие сборки

При оснащении экспериментальных тепловыделяющих сборок, предназначенных например, для испытаний в исследовательских реакторах необходимо обеспечить достаточно полный контроль теплогидравлических параметров, в частности, расхода через TBC Условия измерения здесь достаточно сложные пространство для установки датчиков ограничено присутствует сильное радиационное поле В то же время датчик должен обеспечивать измерения в достаточно широком диапазоне расходов в течение длительного срока испытаний Наиболее приемлемым представляется термокорреляционный метод Основанием для его применения являются следующие соображения достаточно надежные и испытанные в реакторных условиях первичные преобразователи (микротермопары), малые габариты первичных преобразователей и измерительного участка в целом, отсутствие подвижных частей, выполнение контактирующих с теплоносителем (вода под давлением) поверхностей всех элементов измерительного участка исключительно из конструкционных материалов, отсутствие необходимости подвода питания к измерительному участку, возможность вывода полезных сигналов с помощью кабелей малого поперечного сечения (менее 1 мм)

Измерительный участок (ИУ) корреляционного расходомера, схематически показанный на рис 16 устанавливается в хвостовике экспериментальной инструментованной кассеты (ЭИК) [30]

Теплоноситель поступает через входные окна на измерительный участок оснащенный входным струевыпрямителем Это способствует выравниванию профиля скорости и подавлению крупномасштабных завихрений в измерительных сечениях Энерговыделение в тонкой стенке ИУ незначительно, а от боковой достаточно толстой стенки ЭИК участок отделен зоной за вспомогательной решеткой заполненной практически неподвижной водой Последняя играет роль

экрана либо теплоизолятора. гасящего колебания энерговыделения в стенке ЭИК

Основным источником формирования температурных шумов является входная зона (камера смешения) Суммарное энерговыделение в ее стенках в зависимости от режима реакторной петли можно изменять в пределах 400- 1200 Вт

Охлаждения стенок в условиях перемешивания входных потоков и интенсивного вихреобразования порождает флуктуации температуры При таком исполнении ИУ источник температурного шума четко определен При выборе диаметра измерительной трубки учитывались требования по быслродействию

Вторичная аппаратура рассчитана на 16 корреляционных каналов и построена по модульному принципу Каждый из четырех модулей содержит 8 идентичных каналов усиления и формирования аналогового сигнала, обеспечивающих 4 корреляционных канала Входной каскад собранный на малошумящем операционном усилителе служит для предварительного усиления сигнала датчика до уровня необходимого для нормальной работы усилителя с гальванической развязкой Для получения крутого спада усиления выше частоты 20 - 25 Гц используется фильтр низкой частоты 8-го порядка С помощью платы АЦП происходит преобразование аналогового выходного сигнала в цифровой код с заданным тактовым интервалом Цифровая последовательность обрабатывается затем с помощью специального программного комплекса

Программный комплекс на базе персонального компьютера Pentium обеспечивает корреляционную обработку одновременно по всем 16-ти каналам с последующим поиском максимума ВКФ и расчетом расхода теплоносителя

Рис 1Ь Измерительный участок в хвостовике ЭИК

в = Кс Сткр = Кс — Поправочный множитель К, определялся в ходе испытаний

т

на расходомерном стенде Реакторные испытания термокорреляционного расходомера в составе экспериментальной инструментованной кассеты (ЭИК) показали соответствие с опорными средствами измерения в пределах 2 5 % от измеряемой величины

Корреляционная система измерения расхода в первом контуре ВВЭР с использованием флуктуации активности 1Ч16

Корреляционная методика с использованием флукгуаций активности изотопа Ы16 в качестве прямого метода измерения расхода в первом контуре нашла применение на целом ряде зарубежных АЭС с водо - водяными реакторами Преимущество ее состоит в том, что не требуется введения датчиков в трубопровод контура

На втором блоке Калининской АЭС персоналом станции предпринималась попытка реализовать корреляционный метод, но она не дала положительного результата Анализ показал что причиной тому была низкая эффективность детекторов (импульсных счетчиков) Проведенные затем оценки указывают, что необходимая для уменьшения статистической погрешности скорость счета Ы> 106 1/с, может быть обеспечена ионизационной камерой объемом ~ 3 литра, заполненной аргоном под давлением 1 МПа

В ОКБМ сконструированы и изготовлены гамма-камеры для регистрации с высокой эффективностью «жесткой» составляющей спектра гамма-излучения характерного для горячей нитки ГЦТ ВВЭР и связанного с распадом ]Ч16 Газовое наполнение ИК - смесь 90 % технически чистого аргона и 10 % двуокиси углерода Рабочее давление смеси - 1 МПа В качестве материалов электродов использован листовой алюминий плакированный свинцом Протяженность чувствительных участков камер равна 350 мм Внешние габариты поперечного сечения корпуса камер составляют 90 х 130 мм Материал корпуса ИК - нержавеющая сталь

В ГНЦ РФ ФЭИ разработана и изготовлена 4-канальная аппаратура в составе токовых предуешштелей и основных усилителей и формирователей сигнала с уровнем собственных шумов ~2 10'12А в полосе частот 0,2-10 Гц В состав

основного усилителя входит аппаратный фильтр низких частот 8-го порядка с переключаемой частотой среза Фильтр {= 10 Гц предусматривает подавление возможной вибрационной составляющей, связанной с оборотами насоса (1000 об/мин, Г=16Гц) Аналоговые сигналы поступают на плату АЦП и преобразуются в цифровой код с тактовым интервалом Дт Для более тонкого формирования полосы частот программное обеспечение разработанное в ГНЦ РФ ФЭИ предусматривает широкий набор цифровых линейных фильтров осуществляющих преобразование сигнала в реальном масштабе времени Также в реальном масштабе времени проводится расчет функции взаимной корреляции (ВКФ), ее нормировка и отслеживание положения максимума ВКФ на оси временного сдвига В пределах заданной длины реализации (цикла измерения) рассчитываются приведенные ко входу уровни шума сигнала уровни корреляции р, спектральные плотности мощности ВКФ сигналов для одного из первых измерений при выходе реактора на близкую к номинальной мощность (Ы = 93%ЫН0Ч1) приведена на рис 17 Уровень корреляции (р > 0,6) достаточно высок, при выходе на номинальную мощность отмечен его рост до р к 0,7 Высокий уровень корреляции обеспечивает хорошую точность определения максимума временного сдвига Согласно предварительной оценке, погрешность определения времени транспорта теплоносителя между сечениями не превышает ± 1% от среднего значения при времени набора данных 15 минут [31, 32]

При выбранных параметрах измеритетьной системы отмечено сопасне результатов измерения расхода со штатной системой «Гиндукуш» в пределах 2 °о от измеряемой ветчины

Сопоставительный анализ статистических характеристик датчиков при ну зевой н номинальной мощностях позволил выявить состав 1яющне некоррелированных шумов обусловленных механическими факторами Это позволяет добиться в перспективе улучшения соотношения сигнал / шум

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНИЦЫ ДИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ КИПЯЩЕГО РЕАКТОРА

Наряду с проблемой критических тепловых нагрузок важным фактором определяющим эффективность и надежность эксплуатации кипящих реакторов являются особенности их динамики, определяющие склонность к резонансной неустойчивости Это связано со значительным изменением плотности замедлителя при изменении параметров аппарата и сильным обратным влиянием плотности (паросодержания) на реактивность активной зоны

Корпусной кипящий реактор ВК-50 представляет собой опытный образец предназначенный для освоения технологии и опыта эксплуатации аппаратов подобного типа Его основные параметры приведены в таблице 3

Та« ппы 3 Параметры реактора в номинальном режиме

№ Параметр Размерность Проект Факт

1 Тепловая мощность МВт 150 156

2 Расход теплоносителя т/час 4000 2300

3 Скорость циркуляции м/с 1 0 0.5

4 Среднее объемное паросодержание 20 0 46 0

Глубокая отрицательная обратная связь по паросодержанию обеспечивает саморегулирование мощности реактора в определенных диапазонах мощностей и давлений но в то же время может стать причиной неустойчивости реактора при наличии соответству ющих фазовых сдвигов в разомкнутой цепи

Исследование устойчивости реактора ВК-50 [33 36] проводилось с использованием метода периодических возмущений (осцилляция реактивности) и статистических методов |34] на некоторых режимах мощность реактора поднималась до значений при которых возникали автоколебания значительной амплитуды [35]

Эксперименты по осштяцин реактивности выявили резонансный пик в ам литудно - частотной характеристике на частоте 0 7 - 0 8 Гц. который явно проявляется в стационарных режимах при увеличении мощности и уменьшении давления в корпусе реактора Однако ограниченный частотный диапазон осциллятора на основе стержня со штатным приводом не позволил получить количественной оценки запаса устойчивости реактора

Предварительные данные показали, что граничная с точки зрения устойчивости мощность реактора лежит ниже уровня критических тепловых нагрузок Это позволило определить порог стабильной работы реактора путем увеличения его мощности до значений, при которых резонансные свойства проявляются наглядно в шумовых сигналах При этом автокорреляционная функция флуктуации нейтронной мощности реактора, близкого к области резонансной неустойчивости, хорошо описывается экспоненциально -косинусоидальной функцией вида e"7'Tcos и0т, где со0 - круговая резонансная частота, у - показатель затухания (ри^ 18)

Показатель затухания уменьшается с увеличением мощности при постоянном давлении теплоносителя его

экстраполяция к нулю для некоторого набора мощностей позволяет прогнозировать границу устойчивости реактора

Эта методика привлекательна не только простотой реализации Проведенные экспериментальные и расчетные исследования поведения реактора вблизи границы устойчивости

Phl 18 Автокорреляционная функция R(t) флуктуаций нейтронной мощности при NTeiM = 55 МВт, Р = 2,5 МПа

показали что несмотря на «мягкий» рел'им возбуждения колебаний их амплитуда быстро растет даже при малых изменениях тепловых параметров аппарата Более того в целом ряде исследованных режимов не удалось добиться стационарного режима авлоколебаний их взаимодействие с «медленными» тепловыми параметрами приводит к возникновению низкочастотных (с периодом 6-8 минут) колебаний давления, температуры на входе в активную зону и амплитуды высокочастотных колебаний [35] Указанные особенности затрудняют непосредственное определение порога устойчивости путем достижения режимов с колебаниями значительной амплитуды

Расчетная модель динамики

Для интерпретации экспериментальных динамических характеристик разработана модель реактора с точечной кинетикой и представлением обратной связи в виде линейной системы с распределенными по высоте параметрами Она использовалась для анализа резонансных характеристик, расчета автоколебательных режимов и нелинейных статистических характеристик реактора вблизи границы устойчивости

Передаточная функция обратной связи определяется из расчета динамического мощностного коэффициента реактивности на основе теории возмущений с учетом пространственного (по высоте) распределения параметров Реактор представляется при этом в виде кассеты с некоторыми осредненными значениями энерговыделения и других теплогидравлических параметров Для получения приращения реактивности рассматривалось одногрупповое модифицированное уравнение, определяющее распределение потока нейтронов Применение теории возмущений к этому уравнению и последующее преобразование по Лапласу позволило получить частотнозависимое выражение для реактивности через приращения теплофизических параметров активной зоны

5p(s) = ]x(z)4>; (z)50^ (s z)dz + jL(z>D;(z)5ycu (s.z)dz (1)

о 0

где Фт - поток тепловых нейтронов, z - пространственная координата, s — параметр преобразования Лапласа 5ycu(s z) - приращение плотности паро-водяной смеси 5©Sn(s z) - приращение температуры блока топлива, y_(z). L(z) - некоторые

ядернофизические параметры активной зоны получаемые через усредненные по пространственно - энергетическим переменным двухгрупповые константы

Для определения величин 5ycv,(s. z) o0fi.,(s. z) исходными являются нестационарные уравнения теплопроводности для трехслойного цилиндрического ТВЭЛа и уравнения сохранения энергии и массы для обогреваемого канала с соответствующими начальными и граничными условиями ТВЭЛ при этом рассматривается как бесконечный цилиндр а при расчете теплового потока с его поверхности приращения температуры теплоносителя считаются равными нулю ввиду малой длины участка с недогретым до энтальпии насыщения теплоносителем При описании динамики кипящего канала рассматриваются две составляющие генерация пара непосредственно в испарительном участке и генерация пара при сдвиге точки закипания и движение его через испарительный участок При этом в нестационарном уравнении для теплоносителя межфазовое проскальзывание пара не учитывается Путем перехода к уравнениям для приращений, линеаризации и преобразования по Лапласу при нулевых начальных и граничных условиях получается передаточная функция от мощности реактора к

параметрам 6усм, 50Й1 С использованием соотношения (1) выводится передаточная функция обратной связи реактора, WM, пример которой в области высоких частот приведен на рис 19 Анализ линейной устойчивости ведется с помощью ПФ разомкнутой цепи W0Wm на основе критерия Найквиста - Михайлова Охват точки с координатами (1, 0) соответствует неустойчивости При этом удобно определять прямую и обратную ПФ как соотношения долей мощности к реактивности в долях запаздывающих иеитронов и, соответственно обратного соотношения

^оЦш

/-V- 400mb

/Urn

«25 а о й? * <с S 41 40 i 75 2,1

Nt = 100 МВт Р = 4 0 МПа

Рис 1Амплитудно - фазовая характеристика обратной связи

В интерес\кэшей нас области частот (0 1-10 Гц) модуль ^'о близок к единице при небольшом (единицы градусов) фазовом сдвиге Основной поворот фазы обеспечивает статическое значение которой в указанном выше представлении составляет - 30 Значение \>*'0\\7т при о = 0 близко к этой величине

Расчетное значение резонансной частоты (Г^, а 0 6 Ги) достаточно хорошо согласуется с опытными данными (Г^, ^ 0 7 - 0 8 Гц)

Расчет амплитуд колебаний без учета шумов проводился методом гармонического баланса с учетом нелинейности кинетики и использованием гипотезы фильтра Периодические решения находились методом последовательных приближений [35 36]

Для расчета колебательных режимов с учетом шумов использовался метод статистической линеаризации применительно к упрощенной динамической модели кипящего реактора при сохранении нелинейности только в уравнении кинетики [37 38] Предполагается что обратная связь осуществляется только через паросодержание при постоянном давлении Система уравнений, включающая некоторый «внутренний» источник «шума», корректировалась по данным эксперимента Статистическая линеаризация мультипликативной нелинейности рЫ и последующее статистическое осреднение уравнения кинетики позволили получить связь между корреляционным моментом КДрп и постоянной составляющей реактивности рп, необходимой для осуществления установившегося режима

Для центрированных переменных линеаризованная система имеет следующий вид

Расчет колебательных режимов

Рп + КДрп = 0

(2)

7 Казаков И Е, Обобщение метода статистической линеаризации на многомерные системы // Автоматика и телемеханика -1965 -Т XXVI — №7 - С 29 — 40

^ п АС. ш - -

гле п = ц = . у* - вектор переменных Ь- линейный оператор.

описывающий кинетику предшественников запаздывающих нейтронов и обратную связь 0 - вектор источников шума Используя соотношение между спектральными плотностями динамических переменных и источников шума. 5Дрп = г'^г^'Э , где

Г1 - элемент матрицы, обратной матрице Я^соЕ-А где А - матрица правой

части системы (") Е - единичная матрица и выражение для коррреляционного момента

1

можно вычислить последний в функции реактивности р0

Кдрп = К(ро)

(4)

1

/ /

[/' / /f /

1 \ \ у у

\ iv /

1 г <

Совместным решением (2) и (4) определяются р0 и статистические характеристики реактора

На рис 20 приведена зависимость стандартного отклонения флуктуации нейтронной мощности и полуширины резонансного пика от стационарной мощности реактора Мощность источника шума выбиралась из условия совпадения спектра и дисперсии шумов с экспериментально измеренными для полуширины резонанса у «О 2 Усек На рисунке приведена также амплитуда автоколебаний в отсутствие источника шума Следует отметить что при реальной величине мощности источника шума флуктуации на границе линейной устойчивости достигают значительной величины (а « 16 %)

IN, У.

1 Г - расчет по линейной модели шумов, 2 2' - расчет по нелинейной модели шумов, 3 - расчет автоколебаний в отсутствии шумов

Рис 20 Зависимость стандартного отклонения а и полуширины резонансного пика спектральной плотности флуктуации мощности реактора у от стационарной мощности

Полуширина резонансного пика у рассчитанная по нетинейной модели с учетом шума отлична от нутя во всем диапазоне мощностей Для определения границы линейной устойчивости путем экстраполяции у к ну но стедует использовать статистические характеристики мощностей, достаточно далеких от указанной границы В противном случае необходимо учитывать уширение спектральных характеристик вследствие нелинейности системы В экспериментах на ВК-50 использовались спектры с у > 0 2 1 'сек. поправка на неишеиность при этом незначительна

US г

zoo

150

wo

50 О

Ч р %у

/ / о

/о / о

/ о о о о

/ / ооо о

л / о

о ооо

о о р

кйт/л

40

30

20

10

МПа

(точками показаны режимы работы, при которых проводился анализ шумов нейтронного потока)

Рис 2! Граница устойчивой работы реактора при использовании кассет с пониженным гидравлическим сопротивлением

Разработанные статистические методики с использованием специализированных коррелометров и ЭВМ систематически использовались для анализа устойчивости кипящего аппарата [39 40] Пример определения границы устойчивой работы для одной из модификаций активной зоны показан на рис 21

Для упрощения методики измерений в некоторых экспериментах [401 использовалась полярная (знаковая) корреляция, определяемая соотношением

] т

Ц(т) = — ^ЩП х(1)БЩП х(г - т)(1т

Применение знаковой корреляции не только упрощает аппаратную часть но и дает определенные методические преимущества При использовании обычной корреляции преимущественный вклад в коррелограмму дают участки с большей амплитудой, соответствующие меньшему показателю затухания Поскольку полярная корреляция нечувствительна к амплитудным характеристикам осреднение показателя затухания в ходе измерения оказывается более эффективным, и к стационарности режима реактора предъявляются менее жесткие требования

Результаты приведенные на рис 2! показывают, что кипящий реактор способен устойчиво работать с коэффициентом запаса 1 3 до границы резонансной неустойчивости при удельных тепловых нагрузках q4 = 11.5 — 32 кВт/л в диапазоне давлений 12-4 МПа и может быть испотьзован в качестве атомной станции теплоснабжения

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения комплексных экспериментально - расчетных программ по диагностике состояния и контролю параметров ядерных энергетических установок решен ряд крупных научных проблем имеющих важное значение для ядерной энергетики

1. Контроль расхода теплоносителя в контурах ЯЭУ. Основой решения проблемы является применение временных (корреляционных) и частотных методов Разработанные методы и средства предусматривают как прямые измерения расхода так и эксплуатационную градуировку других расходомеров

1 1 Впервые в мировой и отечественной практике предложен и реализован корреляционный метод измерения расхода жидких металлов с помощью магнитных датчиков

Результаты стендовых и реакторных испытаний в широком диапазоне расходов (G = 10 - 104 м3/ч, Ду 40 Ду 200 ДУ 300 ДУ 500, Re = 2 105 - 2 107) подтвердили его работоспособность и конкурентоспособность по точности с другими методами Показания корреляционного метода не зависят от старения магнитных систем, контактных сопротивлений и других причин, влияющих на выходной сигнал магнитных расходомеров Метод использовался для измерения расхода и градуировки магнитных расходомеров на парогенераторных секциях в период пусконаладочных работ на установке БН-600 в отсутствии других средств измерения расхода

1 2 Для метрологического обоснования корреляционного метода разработана методика модельной градуировки на основе принципа подобия с учетом критериев магнитогидродинамического взаимодействия, позволяющая

определять поправочные коэффициенты для натурных условий путем протеки моделей на стендах с меньшими на порядок верхними пределами по расходу

Испытания модели корреляционного расходомера на расходомерном стенде путем сопоставления с объемно - временным методом в диапазоне расходов 6 = 4 20 м7ч. Яе = (0.9 4.5) 10\ показали что поправочный множитель для

V

расчета истинного расхода б = К — где V - объем измерительного \ частка тт -

1 Тт

время пролета может быть определен с погрешностью менее 0.5 % Эго позволяет рассчитывать на измерения расхода корреляционным методом в натурных условиях с погрешностью ± (1.5 — 2) %

1 3 Впервые предложен бесконтактный корреляционный способ измерения расхода жидких металлов использующий флуктуации индуцированного магнитного поля (А с № 794379, 1981 г)

Ориентация приемных обмоток с учетом вихревой структуры за источниками возмущения потока позволила реализовать бесконтактный датчик интегрального типа обеспечивающий близкий к предельному уровень корреляции сигналов при больших базовых расстояниях Ь/Е)» 1, высокое временное разрешение а с ними - точность и быстродействие измерений

Применение бесконтактных датчиков особенно актуально для тяжелого теплоносителя, так как они позволяют преодолеть технологические проблемы связанные с большим контактным сопротивлением на границе жидкий металл -стенка Применение наружных электродов здесь практически невозможно Применение бесконтактного метода обеспечило измерение расхода на крупномасштабном стенде с теплоносителем свинец — висмут в ОКБ «Гидропресс» Разработанные магнитные датчики отмечены серебряной медалыо ВДНХ

1 4 Впервые предложен корреляционный способ измерения расхода жидкого металла с использованием пульсаций термо-ЭДС на границе жидкий металл -стенка трубы, регистрируемых наружными электродами (А с № 1455238, 1989 г) Отклонение градуировочной характеристики корреляционного расходомера в диапазоне Яе = 1,75 104 - 3,5 105 от линейной аппроксимационной зависимости с коэффициентом пропорциональности 0.975 не выходит за пределы ± 1 5% от максимального значения расхода

Термокорреляционные измерения проводились в контурах с теплоносителем натрий - калий и трубой из нержавеющей стали а также в литиевом контуре с ниобиевыми трубами при температуре до 800 °С

1 5 Обнаружено и исследовано явление периодической неустойчивости возникающее при приложении к закрученному потоку жидкого металла поперечного магнитного поля величиной выше порогового значения В результате исследований в широком диапазоне параметров потока (Яе = 6.3 1 03 - 5 1 05) с различными теплоносителями (Ыа, №-К) для параметров закрутки 1.18— 166 определены пороговые значения индукции магнитного поля в зависимости от скорости, температуры потока и протяженности магнитной системы, которые хорошо описываются параметром электромагнитного взаимодействия N. которое для магнитных систем протяженностью в один диаметр трубопровода составляет 0 6-0.75

Для большинства жидких металлов периодические режимы реализуются в широком диапазоне параметров потока при величинах поля, типичных для известных кондукционных расходомеров (для И = 40 мм В < 0.1 Тл)

1 6 На основе обнаруженного явления предложен МГД - вихревой способ измерения расхода жидкого металла (А с № 1597563, 1990 г ) и устройство для его реализации Метрологические исследования частотных характеристик датчика позволяют рассчитывать на достижение погрешности менее 1 % от измеряемой величины расхода в диапазоне Отах/ Отт = 50

1 7 На установках с различными жидкометаллическнми теплоносителями в широком диапазоне параметров потока и рабочих участков исследованы вихревые устройства с телом обтекания

Изучено влияние величины и ориентации МП на частоту вихреобразования на ТО Показано, что при параллельной ориентации МП относительно ТО влияние величины поля мало отклонение частоты, отнесенное к единице N. не превышает 2 % При перпендикулярной ориентации МП с ростом поля происходит увеличение частоты вихреобразования, отклонение частоты, отнесенное к единице N. составляет = 40 % Для конкретной геометрии рабочего участка и магнитной системы определены значения индукции перпендикулярного МП соответствующие прекращению вихреобразования. средняя величина ^ =0 52

1 8 Испытаны различные варианты РТО с внешним расположением магнитной системы и электродов Предложены новые способы регистрации полезного сигнала с помощью электродов и измерительных обмоток обеспечивающие максимальную величину сигнала и отношения сигнал/шум (А с № 1340296 1985 г. А с № 1570449 1998 г А с № 1668869 1998 г. А с № 1779132 1990 г)

Экспериментально исследованы метрологические характеристики вихревых устройств с ТО Частотное разрешение зависит от удаления предшествующих источников гидродинамических возмущений и составляет для исследованных устройств 2 - 10 %

1 9 Проведено сопоставление различных типов исследованных вихревых расходомеров По частотному разрешению вихревые расходомеры с закруткой потока в несколько раз превосходят устройства с телом обтекания Амплитуда сигнала РТО с МП ± ТО и поперечными электродами, а также с МП || ТО и боковыми продольными электродами сопоставима по порядку величины с амплитудой сигнала МГД - ВР, электроды которого ориентированы поперек закрученного потока Пространственная устойчивость периодических колебаний, сформированных в МГД-ВР, обеспечивает существенно большую в сравнении с РТО точность контроля показаний фазовым методом Осевая симметрия закрученного потока позволяет совместить в одном устройстве МГД - ВР и кондукционный магнитный расходомер с сохранением линейности последнего в пределах 0 5 %

1 10 Исследовано влияние естественных источников возмущений потока в виде гибов и места установки датчика на спектральные характеристики сигналов бесконтактных магнитных датчиков Показано что для широкого диапазона параметров потока, ИВ и ИУ частотный диапазон сигналов датчиков лежит в области Г. < 1

Продемонстрировано соответствие СПМ сигналов датчиков для стендов, различающихся парамелрами потока и диаметром трубопровода при наличии геометрического и МГД подобия что является необходимым условием для градуировки средств измерения расхода методом моделирования Интегральные параметры спектральных характеристик (средняя частота) могут использоваться

для приближенной оценки значений расхода и контроля показаний магнитных расходомеров в процессе эксплуатации

1 11 Разработана система измерения расхода в групповом раздаточном коттекторе реактора РБМК основанная на ультразвуковом методе регистрации вихрей генерируемых те том обтекания Разработан изготовлен и испытан полномасштабный экспериментальный образец первичного преобразователя расхода обеспечивающий три независимых измерительных канала Диапазон измерения 0= 120- 1200 м7ч Испытания показали что при соответствующем метрологическом обеспечении измерительная система позволяет измерять расход в указанном диапазоне с погрешностью <2% от верхнего значения диапазона Частотная характеристика полномасштабного измерительного участка (1^ абО Гц при С = 1000м7ч) обеспечивает быстродействие системы при номинальном расходе на уровне 1 сек

1 12 Разработан, изготовлен и испытан в стендовых и реакторных условиях опытный образец 16-канальной термокорреляционной системы, обеспечивающий измерение расхода через инструментованные кассеты в диапазоне 0,3 - 1,5 м7ч с погрешностью + 2,5 % при времени измерения Т > 3 минут Система предназначена для обеспечения петлевых испытаний

1 13 Проведено обоснование и разработка корреляционной системы измерения расхода теплоносителя первого контура по активности К16 С учетом этих обоснований в ОКБМ (Н Новгород) разработаны ионизационные у-камеры Установленная на 2-м блоке Калининской АЭС демонстрационная система включающая датчики вторичную аппаратуру и программное обеспечение является первой на АЭС с ВВЭР в России Трехлетний опыт ее эксплуатации показал возможность надежного непосредственного контроля расхода в петлях первого контура

Зарубежные данные и опыт измерений на Калининской АЭС показывают, что система обладает потенциальными возможностями обеспечения погрешности измерения расхода в первом контуре на уровне 2 % что значительно ниже, чем реальная погрешность (5-6 %) его измерения существующими на настоящий момент методами

2 Диагностика аномальных теплогидравлических режимов БН-реактора.

Проблема включает в себя разработку' алгоритмов обнаружения кипения натрия повышение чувствительности температурного контроля на выходе из TBC и испытания быстродействующих датчиков температуры

2 1 Сочетание различных способов выхода в режим кипения различных вариантов установки датчиков и сопоставление акустических, нейтронных и температурных сигналов позволило с достаточной определенностью выявить характерные особенности процесса вскипания и сформулировать основные алгоритмы его обнаружения При интенсивном вскипании, сопровождающемся выбросом значительного количества пара в недогретый натрий надзонного пространства формируется акустический сигнал амплитуда которого превышает фон на ~ 20 дб. и уверенно регистрируется всеми датчиками, для которых область схлопывания парового объема находится в прямой видимости

2 2 Для обнаружения постепенно развивающегося кипения предложен алгоритм использующий импульсный характер акустических сигналов Проведен статистическии анализ надежности (вероятность ложного сигнала и пропуска аварии), подтверждающий перспективность импульсной системы

2 3 Для повышения надежности идентификации кипения предложено использовать функцию когерентности нейтронного сигнала и огибающей акустического шума, для которых в режиме кипения характерно появление периодической компоненты Проведен расчет вероятностей ложного срабатывания и пропуска аварии для реальных статистических характеристик с высоким значением когерентности, y2(io) ~ 0.9 на частоте резонанса Для достижения одного ложного срабатывания в год необходима длительность реализации Т « 100 с

2 4 Значительная доля температурных шумов на выходе из TBC БН-реактора связана с флуктуациями таких интегральных параметров как расход через реактор и мощность реактора Разработанная методика выделения составляющих корреляционной функции и дисперсии температурного шума, связанных с этими параметрами позволила предложить компенсированную систему температурного контроля, дисперсия остаточного шума в которой более чем в два раза ниже исходной, а надежность обнаружения аномалий выше на порядок

2 5 Для модели, близкой по параметрам к TBC реактора БН-600 проведено статистическое моделирование температурного шума Численное моделирование позволило оценить зависимость уровня пульсаций температуры на выходе от неравномерности профиля, сформулировать требования к динамическим характеристикам датчика температуры

2 6 Расчет динамических характеристик упрощенной модели термопары «натрий - сталь» для характерных размеров 1 - 3 мм и реальных значений коэффициента теплоотдачи дает оценку постоянной времени в диапазоне 1-10 мс, что вполне достаточно для решения практических задач диагностики Реальная конструкция термопары «натрий - сталь» испытана в составе термозонда в переходных режимах расхолаживания установки БН-600

3 Определение границы устойчивости работы кипящего реактора.

3 1 Анализ нейтронных шумов использовался в качестве эффективного инструмента для определения границы устойчивой работы первого в России корпусного кипящего реактора ВК-50 Разработанные методики, алгоритмы и программы статистического анализа позволили получить необходимую информацию о степени приближения к границе устойчивости по показателю затухания корреляционной функции либо ширине пика СПМ, находясь на приемлемом отдалении от зоны колебаний с большой амплитудой Применение метода полярной корреляции полезно не только с аппаратной, но и с методической точки зрения так как в отличие от классического он не дает преимущества при оценке устойчивости интервалам шумовых колебаний с большей амплитудой

3 2 С использованием принципа статистической линеаризации разработана нелинейная модель кипящего реактора вблизи границы устойчивости в том числе и за ее пределами, позволяющая оценить уширение пика СПМ из-за нелинейности и вносить при необходимости коррективы в данные эксперимента

3 3 Статистический метод контроля устойчивости регулярно использовался, начиная с пуска и на протяжении дальнейшей эксплуатации реактора ВК-50 Показано что модернизация тягового участка дала небольшой эффект с точки зрения повышения мощности Значительный (не менее 1,5-кратный по предельной мощности) результат дал переход на кассеты с улучшенными гидравлическим характеристиками Применение разработанного метода позволило детально

обосновать возможность использования кипящего реактора в режимах с пониженным давлением применительно к атомным станциям теплоснабжения Последняя модификация реактора обеспечивает устойчивую работу (с коэффициентом запаса 1,3 до границы резонансной области) при удельных тепловых нагрузках q, = 11.5 - 32 кВт/л в диапазоне давлений р = 1.2-4 МПа

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах

1 Эксперименты по вскипанию натрия на реакторе БОР-бО / В А Афанасьев К А Александров Б В Кебадзе и др //Атомная энергия - 1978 - Т 45 - Вып 5 -С 338-342

2 The BOR-60 Sodium Boiling Experiment / V A Afanas'ev. К A Aleksandrov, В V Kebadze et al // Kernenergie - 1979 -№10 - P 357 - 363

3 Некоторые особенности акустических сигналов при локальном кипении натрия в быстром реакторе / К А Александров, Б В Кебадзе, Ю П Гребенкин, В В Голованов Препринт № 13 (372) - г Димитровград НИИАР. 1979

4 Кебадзе Б В, Александров К А. Голованов В В, О возможности акустического обнаружения кипения натрия в быстром реакторе с помощью импульсной системы // Атомная энергия - 1978 - Т 45 - Вып 6 - С 461 -463

5 Кебадзе Б В , Александров К А, О надежности обнаружения кипения натрия с помощью корреляции акустических и нейтронных шумов // Атомная энергия - 1979 - Т 47 - Вып 3 - С 197-198

6 О повышении чувствительности температурного контроля TBC в быстром натриевом реакторе / JI А Адамовский. В Н Ефимов, Б В Кебадзе. С А Маркин // Атомная энергия - 1982 - Т 52 - Вып 3 -С 164-168

7 Kebadze В V. LMFBR Core Monitoring by Means of Temperature Noise // Proceedings of Specialists Meeting on Instrumentation for Supervision of Core Cooling mFBRs - Kalpakkam, India - 12-15 December 1989 -P 179-189

8 Кебадзе Б В , Пыхтина Т В , Тараско М 3 Моделирование температурного шума в TBC быстрого реактора//Атомная энергия-1987-Т 62-Вып 1-С 57-59

9 Применение термоэлектрических преобразователей с жидкометаллическими электродами для измерения температуры лсндкометаллических теплоносителей / М Н Арнольдов Б В Кебадзе ФА Козлов и др //Атомная энергия - 1983 - Т 55 - Вып 1 -С 22-24

10 Корреляционные измерения расхода натрия с помощью магнитных датчиков / Б В Кебадзе, Н В Краснояров, JIА Адамовский и др // Атомная энергия - 1978 -Т 45 - Вып 1 -С 30-35

11 Типикин В Н Кебадзе Б В. А с 1340296 СССР, MKG01F1/58 Времяпролетный расходомер электропроводных жидкостей - 1985

12 Опыт корреляционных измерений расхода натрия на установке БН - 600 / J1 А Адамовский, В Г Высоцкий Б В Кебадзе и др // Атомная энергия - 1983 -Т 54 - Вып 2 - С 100-103

13 А с №794379 СССР Корреляционный способ измерения расхода электропроводной жидкости / К А Александров В А Афанасьев В В Голованов, Б В Кебадзе // Открытия Изобретения Пром образцы Товар знаки - 1981 - № 1 - С 22

14 Изучение вихревой структуры потока и корреляционные изменения расхода с помощью бесконтактных магнитных датчиков / Б В Кебадзе, В Н Типикин, Ю О Комиссаров и др // Магнитная гидродинамика - 1988 - № 4 -С 105 - 109

15 Liquid Metal Flow Investigation and Flovvrate Measurement by Means of Correlation and Spectral Methods / В V Kebadze S V Grishin et al // Proceedings iourth International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics (NURETH-4) Karlsruhe, FRG, October 10- 13, 1989 - V 1 -P 424-429

16 Кебадзе Б В Статистическая погрешность измерения расхода корреляционным методом / Сб «Вопросы атомной науки и техники» Серия Физика и техника ядерных реакторов - 1982 - Вып 3(25) - С 81

17 Кебадзе Б В, Анализ статистической погрешности и оптимизация корреляционных расходомеров //Атомная энергия-1984 -Т 56-Вып 1-С 15-20

18 Бесконтактные методы измерения расхода свинца и его сплавов / Б В Кебадзе Ю О Комиссаров В H Типикин и др // Сб «Использование жидких металлов в народном хозяйстве» (Теплофизика-91 ) -Обнинск. 1993 -С 151 - 155

19 Определение характеристик бесконтактного корреляционного расходомера с помощью проливки объемно - временным методом / Б В Кебадзе. В H Типикин ГП Полетаев С Г Колнинова//Метрология-1989-№ 8 С 36-45

20 Кебадзе Б В Комиссаров Ю О Типикин В H Спектральные характеристики сигналов магнитных датчиков корреляционного расходомера // Магнитная гидродинамика - 1989 -№3 -С 101-105

21 Кебадзе Б В. Гришин С В, Комиссаров Ю О Изучение термоэлектрических шумов на границе между жидким металлом и стенкой и корреляционные измерения расхода // Магнитная гидродинамика -1990 - №4-С 115-120

22 Термошумовые корреляционные измерения расхода жидких металлов/ M H Арнольдов, Б В Кебадзе, С В Гришин и др // Атомная энергия - 1990 -Т 68 -Вып 3-С 212-213

23 Кебадзе Б В , Гришин С В , Комиссаров ЮО, А с 1455238 СССР Корреляционный способ определения расхода жидкого металла Заявл 8 01 87//Открытия Изобретения -№4 -1989

24 Кебадзе Б В , Комиссаров Ю О , Адамовский JI А , Исследование периодических колебаний в закрученном потоке жидкого металла под воздействием магнитного поля // Магнитная гидродинамика -1991 -№ 2 - С 90-95

25 А с 1597563 СССР Вихревой способ измерения расхода электропроводной среды / Б В Кебадзе Ю О Комиссаров В H Типикин и др // Открытия Изобретения - 1990 -№37

26 Кебадзе Б В, Комиссаров ЮО.А с 1779132 СССР, G01F 1/32 Электромагнитный вихревой расходомер - 1990

27 Кебадзе БВ, Комиссаров ЮО, Ас 1570449 СССР, G 01 F 1/32 Электромагнитный датчик вихревого расходомера - 1988

28 Кебадзе БВ, Комиссаров ЮО. Ас 1668869 СССР G 01 F 1/32 Электромагнитный датчик вихревого расходомера - 1988

29 Кебадзе Б В Типикин В Н Возков С Д Ультразвуковой вихревой расходомер // Сб «Методы и средства измерения теплофизнческих параметров» -г Обнинск ФЭИ 1996 -С 106-109

30 Многоканальная термокорреляционная система измерения расхода через тепловыделяющие сборки / Б В Кебадзе, А А Лагутин В С Ланских и др // Сб докладов 2-ой Всероссийской научно-технической конференции «Датчики и детекторы для АЭС» - Пенза НИИ физических измерений 2004 - С 215-224

31 Обоснование разработка и испытания корреляционной системы измерения расхода по флуктуациям активности N 16 в первом контуре ВВЭР-1000 / В И Аксенов О Б Самойлов А Д Ефанов Б В Кебадзе и др // Сб докладов 4-ой МНТК «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики» -Москва ВНИИАЭС 2004 - С 323 -329

32 Опыт эксплуатации демонстрационной версии корреляционной системы измерения расхода теплоносителя первого контура ВВЭР-1000 по активности N16 на Калининской АЭС/В И Аксенов, О Б Самойлов, А Д Ефанов, Б В Кебадзе и др // Сб докладов 5-ой МНТК «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики» - Москва - ВНИИАЭС 19-21 апреля 2006 - С 62-67

33 Экспериментальное исследование устойчивости корпусного кипящего реактора ВК-50 / В А Афанасьев, Б В Кебадзе Г А Санковский и др // Атомная энергия - 1968 -Т 24 - Вып 4 - С 363 -367

34 Application of statistical methods in dy namics study of VK-50 boiling water reactor / В V Kebadze V M Gryazev, I N Sokolov at al // Proceedings of Symp on Statistical Methods in Experimental Reactor Kinetics and Related Techniques - Petten Netherland. - 1968 -P 72-77

35 Кебадзе Б В . Плютинский В И Некоторые особенности автоколебательных режимов кипящего реактора // Атомная энергия - 1971 -Т 31 -Вып 2 -С 89-92

36 Кебадзе Б В Динамические характеристики кипящего реактора вблизи границы устойчивости // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук - Димитровград, 1973

37 Кебадзе Б В Плютинский В И Адамовский Л А. Статистические характеристики кипящего реактора вблизи границы устойчивости // Атомная энергия - 1972 -Т 32 - Вып 5 - С 407-408

38 Kebadze В V. Adamovskv L А . Non-linearity consideration when analyzing rcjctor noise statistical characteristics // Annals of Nuclear Energy - 1975 — V 2 -№2-5 -P 337-340

39 Исследование характеристик кипящего реактора при пониженных давлениях /РЕ Федякин В Е Шмелев. Б В Кебадзе и др // Теплоэнергетика -1979 - № 5 - С 44-46

40 Адамовский Л А Голушко В В Кебадзе Б В Оперативный контроль устойчивости кипящего реактора с применением полярной корреляции реакторного шума // Атомная энергия - 1978 - Т 45 - Вып 4 - С 295 - 296

Подписано к печати 20 02 2007 г Формат 60x84 1/16 Уел п л 1,7 Уч -изд л 2,9

_Тираж 32 экз Заказ № тУ_

Отпечатано в ОНТИ методом прямого репродуцирования с оригинала автора 249033, Обнинск Калужской обл , ФЭИ

Список обозначений.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ДИАГНОСТИКА АНОМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ В БЫСТРЫХ НАТРИЕВЫХ РЕАКТОРАХ.

1.1. Общая характеристика задачи.

1.2. Краткое описание реактора БОР-бО.

1.3 Диагностика кипения натрия.

1.3.1 Эксперименты по вскипанию натрия на реакторе БОР-бО.

1.3.1.1 Экспериментальное оборудование.

1.3.1.2 Система измерений.

1.3.1.3 Результаты экспериментов.

1.3.2. Применение импульсной системы для обнаружения кипения натрия в быстром реакторе.

1.3.3 Оценка надежности обнаружения кипения натрия с помощью корреляции акустических и нейтронных шумов.

1.4 Повышение чувствительности температурного контроля ТВС в быстром натриевом реакторе.

1.4.1 Условия эксперимента и методика обработки данных.

1.4.2 Некоторые результаты эксперимента.

1.4.3 Компенсированная система температурного контроля.

1.4.4 Моделирование температурного шума в тепловыделяющей сборке быстрого реактора.

1.4.5 Динамические характеристики датчика температуры.

1.4.6 Применение термопар натрий - сталь в реакторном эксперименте.

1.5 Выводы.

ГЛАВА 2. КОНТРОЛЬ РАСХОДА ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ КОРРЕЛЯЦИОННЫМ МЕТОДОМ.

2.1. Общая характеристика проблемы.

2.2. Первый этап испытаний корреляционного метода с использованием магнитных датчиков.

2.3 Опыт корреляционных измерений расхода натрия. на установке БН-600.

2.4 Изучение вихревой структуры потока и корреляционные измерения расхода с помощью бесконтактных магнитных датчиков.

2.5 Модельная градуировка магнитных корреляционных расходомеров.

2.6 Применение бесконтактных корреляционных датчиков для измерения расхода тяжелых теплоносителей.

2.6.1 Постановка задачи.

2.6.2 Конструкция датчиков.

2.6.3 Аппаратурное обеспечение измерений.

2.6.4 Некоторые результаты испытаний, стендовой градуировки и применения бесконтактных датчиков.

2.6.5 Определение метрологических характеристик корреляционного метода и средств измерения.

2.6.6 Перенос данных модельной градуировки на натурный стенд.

2.7 Термокорреляционные измерения.

2.7.1 Общие положения.

2.7.2 Изучение термоэлектрических шумов на границе между жидким металлом и стенкой и корреляционные измерения расхода.

2.8 Выводы.

ГЛАВА 3. ЧАСТОТНЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ЖИДКИХ МЕТАЛЛОВ.

3.1 Общая характеристика задачи.

3.2 Вихревые расходомеры жидкого металла с закруткой потока.

3.2.1 Исследование периодических колебаний в закрученном потоке жидкого металла под воздействием магнитного поля.

3.2.2 Распространение результатов на другие жидкометаллические теплоносители.

3.2.3 Конструкция МГД - BP.

3.3 Вихревые расходомеры с телом обтекания.

3.3.1 Постановка задачи.

3.3.2 Параметры рабочего участка.

3.3.3 Влияние магнитного поля на частоту вихреобразования.

3.3.4 Способы регистрации сигнала.

3.3.5 Частотные характеристики.

3.3.6 Оценка метрологических характеристик.

3.3.7 Некоторые вопросы практического применения.

3.3.7.1 Оценка амплитудных характеристик.

3.3.7.2 Оценка гидравлических характеристик.

3.4 Сопоставление вихревых расходомеров различного типа.

3.4.1 Частотные характеристики.

3.4.2 Амплитудные характеристики.

3.4.3 Корреляционные характеристики.

3.4.4 Взаимное влияние контура и рабочего участка вихревого расходомера.;.

3.5 Спектральные характеристики сигналов магнитных датчиков.

3.6 Выводы.

ГЛАВА 4. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ВОДЯНОГО ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ.

4.1 Общие положения.

4.2 Система измерения расхода в раздаточном коллекторе РБМК на базе ультразвуковых частотных расходомеров.

4.2.1 Постановка задачи.

4.2.2 Первичный преобразователь системы измерения расхода РБМК.

4.2.3 Электронная аппаратура.

4.2.4. Программное обеспечение.

4.2.5 Некоторые результаты испытаний экспериментального образца системы.

4.3 Термокорреляционная система измерения расхода через тепловыделяющие сборки.

4.3.1. Постановка задачи.

4.3.2 Общие положения.

4.3.3 Измерительный участок.

4.3.4 Вторичная аппаратура.

4.3.5 Программное обеспечение.

4.3.6 Лабораторные испытания измерительного комплекса.

4.3.7 Доработка методики стендовой градуировки.

4.3.8 Результаты стендовых градуировок.

4.3.9 Измерения расхода с помощью ТКР при реакторных испытаниях.

4.4 Корреляционная система измерения расхода в первом контуре ВВЭР с использованием флуктуации активности N16.

4.4.1 Общие положения.

4.4.2 Характеристики детекторов.

4.4.3 Вторичная аппаратура и программное обеспечение.

4.4.4 Условия эксперимента.

4.4.5 Некоторые результаты испытаний.

4.5 Выводы.

ГЛАВА 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНИЦЫ ДИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ КИПЯЩЕГО РЕАКТОРА.

5.1. Общая характеристика проблемы.

5.2 Краткое описание реактора.

5.3 Система измерения основных параметров реактора.

5.4 Экспериментальные исследования устойчивости в первой кампании.

5.4.1 Эксперименты по осцилляции реактивности.

5.4.2 Определение порога устойчивости.

5.5 Экспериментальные исследования автоколебательных режимов.

5.6 Расчетные модели неустойчивости.

5.6.1 Линейная модель неустойчивости.

5.6.2 Расчет автоколебаний без учета шумов.

5.6.3 Анализ низкочастотной стабильности.

5.7 Статистические характеристики вблизи границы устойчивости.

5.8 Применение статистических методов для исследования устойчивости при модернизациях кипящего реактора.

5.8.1 Исследование устойчивости реактора с модернизованным тяговым участком.

5.8.2 Устойчивость реактора при использовании кассет с пониженным гидравлическим сопротивлением.

5.9 Выводы.

Применение статистических методов для исследования ядерных реакторов отделено от начальной стадии становления этой отрасли небольшим временным интервалом. Уже в конце 40-х - начале 50-х годов на реакторах «нулевой» мощности с помощью разработанных методов (корреляционный Росси-альфа, вероятностный Могильнера, частотный Кона) определяются кинетические параметры систем (эффективность запаздывающих нейтронов, время жизни мгновенных нейтронов и др.).

С вводом в строй энергетических реакторов центр тяжести применения статистических методов смещается в область контроля параметров и диагностики состояния этих установок. Они представляют собой сложные системы, в которых протекает совокупность нейтронных и теплофизических процессов, массопереноса и изменения фазового состояния вещества. В отличие от нейтронно - физических систем, построение общей стохастической модели такого объекта вряд ли возможно. Если в нейтронно - физических системах квант, характеризующий переход в новое состояние, по крайней мере, очевиден (захват нейтрона, появление его при делении и т.п.), то уже в теплофизической части такой ясности нет.

Шумы» нейтронного потока в энергетической установке обусловлены в основном случайными флуктуациями параметров топлива и теплоносителя. Очевидно, что выбор значения «кванта» обмена энергией между топливом и теплоносителем существенно влияет на мощность этих флуктуаций и, соответственно, на спектральный состав и мощность нейтронных шумов.

Неопределенность указанной величины затрудняет создание полной аналитической модели реакторных шумов. Поэтому для интерпретации получаемых данных целесообразно использовать достаточно простые «частные» модели, которые могут затем корректироваться по данным эксперимента.

Следует иметь также в виду, что для энергетической установки изучение температурных шумов, гидродинамических флуктуаций представляет самостоятельный интерес с точки зрения контроля различных элементов установки.

Можно подразделить анализ шумов ЯЭУ на следующие основные направления:

- измерение параметров установки (например, абсолютной мощности реактора на низких уровнях, реактивности вплоть до глубоких подкритичностей, расхода теплоносителя и т.п.);

- определение динамических характеристик системы, когда эксперименты, связанные с нанесением активных возмущений, нежелательны либо невозможны;

- диагностику состояния элементов ЯЭУ в целях регистрации аномалий и определения области безопасных режимов установки;

- оптимизацию систем контроля и управления с учетом характеристик шумов контролируемых параметров для повышения надежности и помехоустойчивости.

Это разграничение задач является в какой-то мере условным, поскольку их решение базируется зачастую на анализе шумов одних и тех же параметров, а определение, например, некоторой динамической характеристики может быть использовано для диагностики.

Как правило, исследования характеристик шумов и их приложения для диагностики и определения параметров установок тесно переплетены.

Помимо исследований нейтронных шумов реакторов нулевой мощности, заложивших основу и явившихся исходной базой шумовых исследований на ядерных энергетических установках, на развитие этих направлений оказывают .влияние направления,-""сформировавшиеся независимо от- теории ядерных реакторов. Это принципы и методы, развитые в статистической динамике и технической диагностике систем.

Как уже указывалось, одна из основных трудностей интерпретации статистических экспериментов на энергетическом реакторе состоит в том, что измеряемые статистические характеристики являются результатом сложного взаимодействия источников шума различной природы. Для шумов нейтронного потока, помимо случайного характера нейтронно - физических процессов, такими источниками могут являться случайные пульсации технологических параметров (расхода, входной температуры), случайные распределения примесей в теплоносителе и изменение его фазового состояния, неупорядоченные перемещения топлива, вибрации твэлов и кассет в потоке теплоносителя.

Статистические характеристики этих источников сами по себе являются достаточно сложным объектом исследования. Так, датчики температуры и расхода наряду с флуктуациями осредненных значений указанных параметров регистрируют локальные (турбулентные) пульсации температур и скоростей. Акустические шумы могут генерироваться турбулентным потоком теплоносителя, процессами генерации, движения и схлопывания пузырьков пара или газа, в особенности при кипении и кавитации, акустической эмиссией при образовании дефектов в материалах и другими причинами. В таких условиях необходимо расширять круг физических явлений и соответствующих датчиков, привлекаемых для статистических экспериментов. Эффективным методом является перекрестная корреляция сигналов различных датчиков.

Большой вклад в разработку методов контроля и диагностики с применением статистических методов на энергетических установках различных типов внесли сотрудники Физико - энергетического института под руководством профессора А.И. Могильнера (С.А. Морозов, Д.М. Швецов и др.). Значительные успехи в этой области применительно к реакторам ВВЭР достигнуты сотрудниками РНЦ им. И.В. Курчатова (В.В. Булавин, В.И. Павелко, С.Д. Малкин и др.) и НИКИЭТ (Б.П. Стрелков и др.).

Полем деятельности автора диссертационной работы были различные реакторные установки и стенды, в том числе вводимые в строй новые установки (кипящий реактор ВК-50, быстрые натриевые реакторы БОР-бО, БН-600). Применительно к действующим установкам (РБМК, ВВЭР-1000) разрабатывались усовершенствованные методики измерения расхода теплоносителя. Обоснование и опробование методов опиралось на стендовые эксперименты с различными теплоносителями (Na, Na-K, Pb-Bi, Li, вода под давлением). Составными частями исследований являются обработка и анализ случайных процессов во временной и частотной областях, разработка динамических моделей с учетом шумов, обоснование статистической надежности различных методов обнаружения аномалий, оценка статистической погрешности измерения параметров.

Диссертация состоит из пяти глав.

Первая глава посвящена проблеме диагностики теплогидравлических аномалий в быстрых натриевых реакторах. Базой для проведения экспериментальных работ были установки БОР-бО и БН-600.

На реакторе БОР-бО была реализована, по-видимому, наиболее обширная программа по обнаружению кипения натрия в БН-реакторе. Автор участвовал в разработке этой программы и отвечал за организацию статистической обработки данных. В ходе экспериментов сочетались различные способы выхода в режим кипения и различные варианты установки датчиков для регистрации акустических, нейтронных, температурных сигналов. Это позволило выявить характерные особенности процессов вскипания и сопутствующих сигналов.

С учетом этих особенностей автором предложена и проанализирована импульсная акустическая подсистема обнаружения кипения.

Для повышения достоверности идентификации кипения автором предложено использовать функции когерентности акустических и нейтронных шумов. Здесь также дан анализ статистической надежности обнаружения.

Наличие развитой системы контроля температуры на выходе из ТВС реактора БОР-бО (~ 20 ТЭП) позволило провести детальный анализ составляющих температурного шума и предложить компенсированную систему температурного контроля с более высокой чувствительностью к возможным аномалиям теплогидравлики ТВС.

1 Численное моделирование методом Монте-Карло позволило оценить влияние профиля температуры в ТВС на величину температурного шума на выходе, а также уточнить требования к динамическим характеристикам ТЭП, регистрирующим эти шумы.

Автором проведен цикл работ по изучению характеристик, в том числе и динамических, термопары «натрий - сталь». Некоторые результаты приведены в настоящей главе, в частности, отражены результаты испытаний ТЭП «натрий-сталь» в составе термозонда для БН-600 в переходных режимах расхолаживания установки.

Во второй главе рассматриваются корреляционные методы измерения расхода жидких металлов. Интерес к ним во многом связан с практическими потребностями при создании крупных установок с жидкометаллическим, в частности, натриевым теплоносителем. При относительно небольших (G < 100 м3/ч) расходах разработка датчиков в виде магнитных расходомеров и их градуировка не создают трудностей. Однако уже для расходов G« 1000 m3/4 появляются специальные требования к датчикам, и возникает проблема их градуировки.

Впервые предложен корреляционный метод с использованием магнитных датчиков, который может способствовать решению этой задачи. При этом используются флуктуационные сигналы, снимаемые с электродов магнитного расходомера.

Практическая пригодность метода для измерения расхода и контроля показаний магнитных расходомеров была продемонстрирована на действующих установках (БОР-бО, БН-600). К сожалению, оценка погрешности метода могла производиться в тот период лишь методом сличения с датчиками, точностные показатели которых были невысоки (± 5 % от верхнего диапазона измерений). Но и на таком уровне погрешностной оценки расхода через парогенераторные модули при пуске БН-600 были полезны.

В дальнейшем задача повышения метрологических характеристик решалась по нескольким направлениям.

Разработана методика модельной градуировки на основе геометрического подобия измерительных участков и равенства МГД-критериев для потоков теплоносителя.

Предложен новый бесконтактный корреляционный способ, который решает не только технологические проблемы съема сигнала, но и позволяет реализовать интегральный датчик корреляционного расходомера. При этом принципиально возрастает уровень корреляции сигналов, улучшаются метрологические и динамические характеристики метода.

В настоящей главе приведен пример модельной градуировки бесконтактных датчиков применительно к тяжелому теплоносителю. Метрологические характеристики для корреляционного расходомера на диапазон G«100m3Ai определялись на расходомерном стенде с производительностью 20 м3/ч.

Применительно к проблеме БН-реакторов, метрологическое обоснование метода для контуров с расходом G« 1000 m3/4 может быть проведено на аттестованном расходомерном стенде с производительностью G = 100 м3/ч.

В последнем разделе второй главы рассматривается новый термокорреляционный способ. Он использует флуктуации температуры на границе «жидкий металл - стенка измерительного участка» и не требует введения датчиков температуры в поток, не уступая при этом в точностных и динамических показателях. Метод испытан на различных сочетаниях материалов стенки и вида теплоносителей (сталь Х18Н9Т - натрий, сталь ЭП912 - натрий-калий, ниобий-литий).

Глава третья посвящена вихревым расходомерам. Идеологически они близки к корреляционным (времяпролетным), так как основной измеряемой величиной является не амплитуда сигнала, а в данном случае частота. Для организации периодических во времени структур необходимо вводить внутрь измерительного участка специальные устройства (завихрители). Это позволяет улучшить по сравнению с корреляционным методом метрологические характеристики, но требует повышенного внимания к соблюдению внешних условий. Так, работоспособность вихревого расходомера с телом обтекания сильно зависит от наличия газовой фазы в теплоносителе.

Предложен новый, МГД-вихревой способ измерения расхода, основанный на возбуждении периодических колебаний при наложении на закрученный поток жидкого металла поперечного магнитного поля, величина которого превышает некоторое пороговое значение. Метрологические характеристики прибора подтверждены аттестатом службы главного метролога ГНЦ РФ - ФЭИ.

По-видимому, полученный результат не ограничивается областью расходометрии. Проведенные исследования могут оказаться полезными при анализе более глобальных проблем МГД-неустойчивости, поскольку именно в закрученных потоках наиболее вероятна реализация электромагнитного самовозбуждения.

Для вихревых расходомеров с телом обтекания предложено несколько новых, в том числе и бесконтактных способов съема сигнала. В широком диапазоне изучено влияние величины магнитного поля на характеристики данного прибора вплоть до подавления периодической составляющей.

Для рассмотренных вихревых способов приведены критериальные соотношения, определяющие электромагнитное взаимодействие.

В заключительном разделе главы рассмотрены влияние естественных источников возмущения потока на спектральные характеристики бесконтактных магнитных датчиков и возможность использования интегральных параметров спектральной плотности мощности для контроля показаний магнитных расходомеров в процессе эксплуатации.

В четвертой главе отражено применение накопленного опыта в области статистических методов для разработки систем измерения расхода водяного теплоносителя в реакторных установках различного типа. На базе вихревого расходомера с ультразвуковой регистрацией гидродинамических неоднородностей разработана система измерения расхода в групповом раздаточном коллекторе РБМК, в которой три независимых измерительных канала расположены на участке длиной менее одного калибра трубопровода. Испытания полномасштабного экспериментального образца показали возможность обеспечения заданной погрешности и быстродействия.

Для обеспечения средством измерения расхода инструментованных сборок при петлевых испытаниях создана 16-канальная термокорреляционная система. Ее элементы, включая первичный преобразователь с микротермопарами, малошумящую электронику и программное обеспечение прошли испытания на исследовательском реакторе МИР (ГНЦ РФ - НИИАР, г. Димитровград), которые завершились защитой технического проекта.

В заключительном разделе главы дано описание разработанной корреляционной системы измерения расхода теплоносителя первого контура по активности N16. На основе сформулированных требований в ОКБМ, Нижний Новгород, изготовлены эффективные у-камеры. Более чем трехлетний опыт эксплуатации демонстрационной системы (камеры, вторичная аппаратура, программное обеспечение), установленной на 2-ом блоке Калининской АЭС, подтверждает возможность надежного прямого контроля расхода в петлях первого контура. Такая работа выполнена в России впервые.

В пятой главе изложены результаты исследований устойчивости кипящего реактора ВК-50. На первом этапе наряду со статистическим методом использовался и осцилляторный. В ряде случаев реактор выводился в режим с колебаниями значительной амплитуды. По мере приобретения опыта и отработки методик выявилось, что статистический метод анализа нейтронных шумов - наиболее практичный и надежный метод определения границы устойчивости. Осцилляторный метод требует скоростного привода стержней управления, который в ходе модернизации аппарата был исключен. Метод прямого выхода в режим автоколебаний небезопасен, поскольку вследствие слабой нелинейности малым изменениям рабочих параметров вблизи границы устойчивости соответствуют значительные, превышающие по размаху средний уровень мощности, колебания. Анализ шумов может проводиться на разумном удалении от этой границы.

Для оценки уширения пика спектральной плотности мощности разработана динамическая модель на базе статистической линеаризации, которая позволяет рассчитывать спектральные характеристики в окрестности границы линейной устойчивости, в том числе за ее пределами, и вносить при необходимости соответствующие поправки в экспериментальные значения.

Разработанные методики и аппаратура применялись для предсказания границы устойчивости различных модернизаций реактора ВК-50 (реконструкция тягового участка, переход на кассеты с улучшенными гидравлическими характеристиками).

Завершая данный краткий обзор, можно отметить, что цель работы состояла в создании и исследовании новых методов контроля теплогидравлических параметров и диагностики состояния ядерных энергетических установок на основе статистических методов, разработке на их основе способов, измерительных устройств и систем, повышающих безопасность и надежность эксплуатации этих установок.

Что касается новизны полученных результатов, то поскольку в диссертации рассматриваются новые области приложения статистических методов, практически каждый результат содержит существенную новизну.

Ряд достижений с позиции новизны автор хотел бы отметить отдельно: комплексный анализ шумов различных параметров при кипении натрия в активной зоне быстрого реактора, предложение использовать функцию когерентности акустических и нейтронных шумов для повышения достоверности обнаружения аномалии; детальный анализ составляющих шумов температуры на выходе из ТВ С быстрого реактора как основа для создания высокочувствительной системы температурного контроля; корреляционный способ измерения расхода жидких металлов с помощью магнитных датчиков и бесконтактную модификацию этого способа; изучение периодических колебаний закрученного потока под воздействием магнитного поля и использование этого эффекта для реализации МГД-вихревого способа измерения расхода; термокорреляционный способ измерения расхода жидкого металла без введения датчиков в поток теплоносителя; разработка и применение нелинейной модели шумов вблизи границы устойчивости кипящего реактора.

Весомым показателем новизны является то, что по материалам, изложенным в диссертации, автором получено 12 авторских свидетельств на разработанные способы и устройства.

Практическая ценность и внедрение. Как явствует из вышеизложенного, ряд предложенных методик, способов и устройств реализован на действующих ЯЭУ и крупномасштабных стендах.

Разработанные расчетные и экспериментальные методики прогнозирования устойчивости использовались для определения границ устойчивости кипящего реактора при различных его модификациях. Эти результаты послужили основой для обоснования использования кипящего реактора при пониженных давлениях в составе атомной станции теплоснабжения.

По результатам экспериментов по обнаружению кипения в быстром реакторе сформулированы рекомендации по построению соответствующей диагностической системы.

Корреляционный метод на основе магнитных датчиков использовался для оценки расхода в секциях парогенераторов БН-600 и градуировки магнитных расходомеров.

Бесконтактный корреляционный способ применялся для измерения расхода на крупномасштабном стенде с тяжелым теплоносителем в ОКБ «Гидропресс».

Термокорреляционный способ применялся в РКК «Энергия» для оценки расхода в высокотемпературном литиевом контуре.

Корреляционная система с использованием флуктуации активности N16 функционирует на 2-ом блоке Калининской АЭС в качестве внештатной.

На защиту выносятся:

1. Результаты комплексных экспериментально - расчетных исследований в обоснование систем диагностики аномальных теплогидравлических режимов в быстром натриевом реакторе.

2. Комплекс экспериментально - расчетных исследований в обоснование новых методов и средств контроля расхода жидкометаллических теплоносителей и результаты их использования на реакторных установках и стендах.

3. Результаты исследований и применения быстродействующих датчиков пульсаций температуры на установках с жидкометаллическим теплоносителем.

4. Результаты исследований и разработки средств контроля расхода в реакторных установках с водяным теплоносителем на основе статистических методов.

5. Комплекс экспериментально - расчетных. .исследований динамики и результаты прогнозирования границ устойчивой работы кипящего реактора с применением статистического анализа

Личный вклад автора состоит в следующем :

- разработка новых методов и средств контроля расхода в ЯЭУ с жидкометаллическим теплоносителем на основе статистических методов;

- разработка новых методов и средств диагностики аномальных теплогидравлических процессов в быстрых натриевых реакторах;

- обоснование и разработка быстродействующих средств контроля температуры в ЯЭУ с жидкометаллическим теплоносителем;

- разработка новых методов и средств контроля расхода в ЯЭУ с водяным теплоносителем на основе статистических методов;

- выбор оптимальных методов статистического анализа;

- экспериментально - расчетный анализ и прогнозирование границы устойчивой работы кипящего реактора на основе статистических методов;

- математическое моделирование и критериальный анализ теплогидравлических процессов;

- анализ полученных результатов и выработка рекомендаций;

- разработка и оптимизация многоканальных систем измерения расхода.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на:

- семинарах по динамике секции №3 НТС №1 Минатома в 1971г. (г.Горький), 1978 г. (Цахкадзор), 1982 г. (г.Обнинск), 1985 г. (г.Киев), 1994г. (г. Обнинск, тема: Методы и технические средства диагностирования ЯЭУ);

- Международном совещании по реакторным шумам SMORN-1, 1974 г. (г. Рим);

- школе по физике Центрального института ядерных исследований ГДР, 1977 г. (г. Дрезден);

- 11-м информационном совещании по реакторным шумам, 1978 г. (г. Дрезден);

- советско - американском семинаре по безопасности быстрых реакторов, ноябрь 1979 г. (г. Обнинск);

- 13-м совещании по магнитной гидродинамике, 1990 г. (г. Рига);

- межведомственной конференции «Теплофизика - 96» «Методы и средства измерения теплогидравлических параметров ЯЭУ», 11-14 ноября 1996 г. (г. Обнинск);

- Российской межотраслевой конференции «Теплофизика - 2002» «Тепломассоперенос и свойства жидких металлов», 29 - 31 октября 2002 г. (г. Обнинск);

- Российском научно-техническом форуме «Ядерные реакторы на быстрых нейтронах», 8-12 декабря 2003 г. (г. Обнинск);

- отраслевом научно-техническом семинаре «Проблемы технологии и теплогцдравлики жидкометаллических теплоносителей», 30 октября - 3 ноября 2000 г. (г. Обнинск);

- 14-й конференции Ядерного Общества России, 30 июня-4 июля 2003 г. (г. Удомля, Калининская АЭС);

- IIВсероссийской научно-технической конференции «Датчики и детекторы для АЭС» (ДЦАЭС-2004), 31 мая - 5 июня 2004 г. (г. Пенза);

- 4-й Международной научно-технической конференции «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики» (МНТК-2004), 16- 17 июня 2004 г. (г. Москва, ВНИИАЭС);

- 4-й Международной научно-технической конференции «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР», 23 - 25 мая 2005 г. (г. Подольск, ОКБ «Гидропресс»);

- 5-й Международной научно-технической конференции «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики» (МНТК-2006), 19-21 апреля 2006 г. (г. Москва, ВНИИАЭС).

Часть результатов, представленных в диссертации, опубликована в 25 статьях в журналах «Атомная энергия», «Магнитная гидродинамика», «Теплоэнергетика», «Метрология» и в 3 препринтах.

Работа состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 284 страницах машинописного текста, куда входит 128 рисунков и список литературы, включающий 144 наименования, в том числе 47 работ с участием автора.

Работы проводились по темам НИОКР в НИИ Атомных реакторов (ГНЦ РФ НИИАР), г. Димитровград и Физико - энергетическом институте (ГНЦ РФ - ФЭИ), г. Обнинск.

Большую помощь в подготовке и проведении исследований и разработок по теме диссертации оказали коллеги автора Адамовскнй JI.A., Афанасьев В.А., Голованов В .В., Комиссаров Ю.О., Лагутин А.А., Ланских B.C., Шурупов В.А. и другие. Всем им автор выражает свою глубокую благодарность.

Отдельная благодарность Генераловой И.Е за помощь в оформлении данной работы.

5.9 Выводы

1. Выявление механизма резонансной устойчивости и особенностей поведения кипящего реактора вблизи границы устойчивости проводилось с применением осцилляторных и статистических методов; в некоторых режимах достигались колебания нейтронного потока значительного 100 % от среднего значения) размаха.

2. Разработана методика статистического эксперимента и программы обработки случайных процессов, аппроксимации статистических характеристик, построения границы устойчивости в плоскости параметров «Р - N».

3. При проведении экспериментов, а также в режиме эксплуатации кипящих установок при пониженных давлениях следует иметь в виду, что ожидаемые изменения амплитуды колебаний, сделанные на основе изучения динамических характеристик в стационарных режимах, не могут распространяться на переходные процессы, в которых изменение некоторых параметров дает эффект, обратный наблюдаемому в стационаре. Так, подъем давления за счет парового потока может привести к резкому росту амплитуды колебаний. Хотя режим возбуждения колебаний является «мягким», даже малые изменения «тепловых» параметров реактора вблизи границы устойчивости могут вызвать рост амплитуды от уровня шума (< 3 % от среднего значения) до величин, препятствующих нормальной эксплуатации установки.

4. Для интерпретации резонансных характеристик и расчета автоколебательных режимов разработана модель реактора с точечной кинетикой и представлением обратной связи в виде линейной системы с распределенными по высоте параметрами. Резонансные частоты модели достаточно хорошо согласуются с экспериментом.

5. Предложена методика расчета статистических характеристик кипящего реактора вблизи границы линейной устойчивости, в том числе и за ее пределами, основанная на принципе статистической линеаризации. Обратная связь описывалась упрощенной сосредоточенной моделью. Представление реактора в виде нелинейной системы, находящейся под воздействием случайных возмущений, позволяет оценить их влияние на резонансные характеристики и внести соответствующие поправки при прогнозировании порога устойчивости на основе ширины резонансного пика.

6. Начиная с первого этапа и на протяжении дальнейшей эксплуатации статистический метод контроля устойчивости по показателю затухания корреляционной функции (либо ширине резонансного пика СПМ) регулярно использовался для прогнозирования границы устойчивости. Так, был выявлен лишь небольшой эффект от модернизации тягового участка.

Значительный (не менее 1,5-кратный по предельной мощности) результат дал переход на кассеты с улучшенными гидравлическим характеристиками.

Применение разработанного метода позволило детально обосновать возможность использования кипящего реактора в режимах с пониженным давлением применительно к атомным станциям теплоснабжения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения комплексных экспериментально - расчетных программ по диагностике состояния и контролю параметров ядерных энергетических установок решен ряд крупных научных проблем, имеющих важное значение для ядерной энергетики:

1. Контроль расхода теплоносителя в контурах ЯЭУ.

Основой решения проблемы является применение временных (корреляционных) и частотных методов. Разработанные методы и средства предусматривают как прямые измерения расхода, так и эксплуатационную градуировку других расходомеров.

1.1 Впервые в мировой и отечественной практике предложен и реализован корреляционный метод измерения расхода жидких металлов с помощью магнитных датчиков.

Результаты стендовых и реакторных испытаний в широком диапазоне расходов (G= 101104м3/ч, Ду40, Ду200, ДУ300, ДУ500, Re = 2-Ю5 + 2- 107) подтвердили его работоспособность и конкурентоспособность по точности с другими методами. Показания корреляционного метода не зависят от старения магнитных систем, контактных сопротивлений и других причин, влияющих на выходной сигнал магнитных расходомеров. Метод использовался для измерения расхода и градуировки магнитных расходомеров на парогенераторных секциях в период пусконаладочных работ на установке БН-600 в отсутствии других средств измерения расхода.

1.2 Для метрологического обоснования корреляционного метода разработана методика модельной градуировки на основе принципа подобия с учетом критериев магнитогидродинамического взаимодействия, позволяющая определять поправочные коэффициенты для натурных условий путем проливкн моделей на стендах с меньшими на порядок верхними пределами по расходу.

Испытания модели корреляционного расходомера на расходомерном стенде путем сопоставления с объемно - временным методом в диапазоне расходов G = 4 . 20 м3/ч, Re = (0,9 . 4,5) • 105, показали, что поправочный множитель для расчета истинного расхода G = Кс —, где V - объем измерительного участка, тт с т m время пролета, может быть определен с погрешностью менее 0,5 %. Это позволяет рассчитывать на измерения расхода корреляционным методом в натурных условиях с погрешностью ± (1,5 - 2) %.

1.3 Впервые предложен бесконтактный корреляционный способ измерения расхода жидких металлов, использующий флуктуации индуцированного магнитного поля (А. с. № 794379,1981 г.).

Ориентация приемных обмоток с учетом вихревой структуры за источниками возмущения потока позволила реализовать бесконтактный датчик интегрального типа, обеспечивающий близкий к предельному уровень корреляции сигналов при больших базовых расстояниях, L/D» 1, высокое временное разрешение, а с ними - точность и быстродействие измерений.

Применение бесконтактных датчиков особенно актуально для тяжелого теплоносителя, так как они позволяют преодолеть технологические проблемы, связанные с большим контактным сопротивлением на границе жидкий металл-стенка. Применение наружных электродов здесь практически невозможно. . Применение бесконтактного метода обеспечило измерение расхода на крупномасштабном стенде с теплоносителем свинец - висмут в ОКБ «Гидропресс». Разработанные магнитные датчики отмечены серебряной медалью ВДНХ.

1.4 Впервые предложен корреляционный способ измерения расхода жидкого металла с использованием пульсаций термо-ЭДС на границе жидкий металл -стенка трубы, регистрируемых наружными электродами (А. с. № 1455238,1989 г.).

Отклонение градуировочной характеристики корреляционного расходомера в диапазоне Re = 1,75 • 104 - 3,5 -103 от линейной аппроксимационной зависимости с коэффициентом пропорциональности 0,975 не выходит за пределы ± 1,5% от максимального значения расхода.

Термокорреляционные измерения проводились в контурах с теплоносителем натрий-калий и трубой из нержавеющей стали, а также в литиевом контуре с ниобиевыми трубами при температуре до 800 °С.

1.5 Обнаружено и исследовано явление периодической неустойчивости, возникающее при приложении к закрученному потоку жидкого металла поперечного магнитного поля величиной выше порогового значения. В результате исследований в широком диапазоне параметров потока (Re = 6,3 -103 — 5 • Ю5) с различными теплоносителями (Na, Na-K) для параметров закрутки 1,18- 1,66 определены пороговые значения индукции магнитного поля в зависимости от скорости, температуры потока и протяженности магнитной системы, которые хорошо описываются параметром электромагнитного взаимодействия N, которое для магнитных систем протяженностью в один диаметр трубопровода составляет 0,6-0,75.

Для большинства жидких металлов периодические режимы реализуются в широком диапазоне параметров потока при величинах поля, типичных для известных кондукционных расходомеров (для D = 40 мм В < 0,1 Тл).

1.6 На основе обнаруженного явления предложен МГД-вихревой способ измерения расхода жидкого металла (А. с. № 1597563, 1990 г.) и устройство для его реализации. Метрологические исследования частотных характеристик датчика позволяют рассчитывать на достижение погрешности менее 1 % от измеряемой величины расхода в диапазоне Gmax/ Gmin = 50.

1.7 На установках с различными жидкометаллическими теплоносителями в широком диапазоне параметров потока и рабочих участков исследованы вихревые устройства с телом обтекания.

Изучено влияние величины и ориентации МП на частоту вихреобразования на ТО. Показано, что при параллельной ориентации. МП относительно ТО влияние величины поля мало; отклонение частоты, отнесенное к единице N, не превышает 2 %, При перпендикулярной ориентации МП с ростом поля происходит увеличение частоты вихреобразования; отклонение частоты, отнесенное к единице N, составляет «40%. Для конкретной геометрии''рабочего участка и магнитной системы определены значения индукции перпендикулярного МП, соответствующие прекращению вихреобразования; средняя величина NKp = 0,52.

1.8 Испытаны различные варианты РТО с внешним расположением магнитной системы и электродов. Предложены новые способы регистрации полезного сигнала с помощью электродов и измерительных обмоток, обеспечивающие максимальную величину сигнала и отношения сигнал/шум (А. с. № 1340296, 1985 г.; А. с. № 1570449, 1998 г.; А. с. № 1668869, 1998 г.;

А. с. № 1779132, 1990 г.).

Экспериментально исследованы метрологические характеристики вихревых устройств с ТО. Частотное разрешение зависит от удаления предшествующих источников гидродинамических возмущений и составляет для исследованных устройств 2-10 %.

1.9 Проведено сопоставление различных типов исследованных вихревых расходомеров. По частотному разрешению вихревые расходомеры с закруткой потока в несколько раз превосходят устройства с телом обтекания. Амплитуда сигнала РТО с МП 1 ТО и поперечными электродами, а также с МП || ТО и боковыми продольными электродами, сопоставима по порядку величины с амплитудой сигнала МГД-BP, электроды которого ориентированы поперек закрученного потока. Пространственная устойчивость периодических колебаний, сформированных в МГД - BP, обеспечивает существенно большую в сравнении с РТО точность контроля показаний фазовым методом. Осевая симметрия закрученного потока позволяет совместить в одном устройстве МГД-BP и кондукционный магнитный расходомер с сохранением линейности последнего в пределах 0,5 %.

1.10 Исследовано влияние естественных источников возмущений потока в виде гибов и места установки датчика на спектральные характеристики сигналов бесконтактных магнитных датчиков. Показано, что для широкого диапазона параметров потока, ИВ и ИУ частотный диапазон сигналов датчиков лежит в области f. < 1.

Продемонстрировано соответствие СПМ сигналов датчиков для стендов, различающихся параметрами потока и диаметром трубопровода при наличии геометрического и МГД подобия, что является необходимым условием для градуировки средств измерения расхода методом моделирования. Интегральные параметры спектральных характеристик (средняя частота) могут использоваться для приближенной оценки значений расхода и контроля показаний магнитных расходомеров в процессе эксплуатации.

1.11 Разработана система измерения расхода в групповом раздаточном коллекторе реактора РБМК, основанная на ультразвуковом методе регистрации вихрей, генерируемых телом обтекания. Разработан, изготовлен и испытан полномасштабный экспериментальный образец первичного преобразователя расхода, обеспечивающий три независимых измерительных канала. Диапазон измерения: G= 120- 1200 м3/ч. Испытания показали, что при соответствующем метрологическом обеспечении измерительная система позволяет измерять расход в указанном диапазоне с погрешностью < 2 % от верхнего значения диапазона. Частотная характеристика полномасштабного измерительного участка (fpa6 «60 Гц при G=I000 m3/4) обеспечивает быстродействие системы при номинальном расходе на уровне 1 сек.

1.12 Разработан, изготовлен и испытан в стендовых и реакторных условиях опытный образец 16-канальной термокорреляционной системы, обеспечивающий измерение расхода через инструментованные кассеты в диапазоне 0,3- 1,5 м3/ч с погрешностью ± 2,5 % при времени измерения Т > 3 минут. Система предназначена для обеспечения петлевых испытаний.

1.13 Проведено обоснование и разработка корреляционной системы измерения расхода теплоносителя первого контура по активности N16. С учетом этих обоснований в ОКБМ (Н. Новгород) разработаны ионизационные у-камеры. Установленная на 2-м блоке Калининской АЭС демонстрационная система, включающая датчики, вторичную аппаратуру и программное обеспечение, является первой на АЭС с ВВЭР в России. Трехлетний опыт ее эксплуатации показал возможность надежного непосредственного контроля расхода в петлях первого контура.

Зарубежные данные и опыт измерений на Калининской АЭС показывают, что система обладает потенциальными возможностями обеспечения погрешности измерения расхода в первом контуре на уровне 2 %, что значительно ниже, чем реальная погрешность (5-6 %) его измерения существующими на настоящий момент методами.

2. Диагностика аномальных теплогидравлических режимов БН-реактора.

Проблема включает в себя разработку алгоритмов обнаружения кипения натрия, повышение чувствительности температурного контроля на выходе из ТВС и испытания быстродействующих датчиков температуры.

2.1. Сочетание различных способов выхода в режим кипения, различных вариантов установки датчиков и сопоставление акустических, нейтронных и температурных сигналов позволило с достаточной определенностью выявить характерные особенности процесса вскипания и сформулировать основные алгоритмы его обнаружения. При интенсивном вскипании, сопровождающемся выбросом значительного количества пара в недогретый натрий надзонного пространства, формируется акустический сигнал, амплитуда которого превышает фон на ~ 20 дб., и уверенно регистрируется всеми датчиками, для которых область схлопывания парового объема находится в прямой видимости.

2.2. Для обнаружения постепенно развивающегося кипения предложен алгоритм, использующий импульсный характер акустических сигналов. Проведен статистический анализ надежности (вероятность ложного сигнала и пропуска аварии), подтверждающий перспективность импульсной системы.

2.3. Для повышения надежности идентификаций кипения предложено использовать функцию когерентности нейтронного сигнала и огибающей акустического шума, для которых в режиме кипения характерно появление периодической компоненты. Проведен расчет вероятностей ложного срабатывания и пропуска аварии для реальных статистических характеристик с высоким значением когерентности, у2(со)» 0,9 на частоте резонанса. Для достижения одного ложного срабатывания в год необходима длительность реализации Т « 100 с.

2.4. Значительная доля температурных шумов на выходе из ТВС БН-реактора связана с флуктуациями таких интегральных параметров как расход через реактор и мощность реактора. Разработанная методика выделения составляющих корреляционной функции и дисперсии температурного шума, связанных с этими параметрами, позволила предложить компенсированную систему температурного контроля, дисперсия остаточного шума в которой более чем в два раза ниже исходной, а надежность обнаружения аномалий выше на порядок.

2.5. Для модели, близкой по параметрам к ТВС реактора БН-600 проведено статистическое моделирование температурного шума. Численное моделирование позволило оценить зависимость уровня пульсаций температуры на выходе от неравномерности профиля, сформулировать требования к динамическим характеристикам датчика температуры.

2.6. Расчет динамических характеристик упрощенной модели термопары «натрий - сталь» для характерных размеров 1 - 3 мм и реальных значений коэффициента теплоотдачи дает оценку постоянной времени в диапазоне 1 - 10 мс, что вполне достаточно для решения практических задач диагностики. Реальная конструкция термопары «натрий - сталь» испытана в составе термозонда в переходных режимах расхолаживания установки БН-600.

3. Определение границы устойчивости работы кипящего реактора.

3.1. Анализ нейтронных шумов использовался в качестве эффективного инструмента для определения границы устойчивой работы первого в России корпусного кипящего реактора ВК-50. Разработанные методики, алгоритмы и программы статистического анализа позволили получить необходимую информацию о степени приближения к границе устойчивости по показателю затухания корреляционной функции либо ширине пика СПМ, находясь на приемлемом отдалении от зоны колебаний с большой амплитудой. Применение метода полярной корреляции полезно не только с аппаратной, но и с методической точки зрения, так как в отличие от классического он не дает преимущества при оценке устойчивости интервалам шумовых колебаний с большей амплитудой.

3.2. С использованием принципа статистической линеаризации разработана нелинейная модель кипящего реактора вблизи границы устойчивости, в том числе и за ее пределами, позволяющая оценить уширение пика СПМ из-за нелинейности и вносить при необходимости коррективы в данные эксперимента.

Статистический метод контроля устойчивости регулярно использовался, начиная с пуска и на протяжении дальнейшей эксплуатации реактора ВК-50. Показано, что модернизация тягового участка дала небольшой эффект с точки зрения повышения мощности. Значительный (не менее 1,5-кратный по предельной мощности) результат дал переход на кассеты с улучшенными гидравлическим характеристиками. Применение разработанного метода позволило детально обосновать возможность использования кипящего реактора в режимах с пониженным давлением применительно к атомным станциям теплоснабжения. Последняя модификация реактора обеспечивает устойчивую работу (с коэффициентом запаса 1,3 до границы резонансной области) при удельных тепловых нагрузках qv = 11,5 - 32 кВт/л в диапазоне давлений р = 1,2-4 МПа.

1. Технические проблемы реакторов на быстрых нейтронах/ Ю.Е. Багдасаров и др. М.: Атомиздат. 1969

2. The Development of Techniques for the Surveillance of LMFBRs / E.J. Barton et al // Progress in Nuclear Energy. 1977. - V. 1. - P. 393 - 408

3. Guillou G., Berger R., Brunet M., Boiling Detection in Fast Reactors by Noise Analysis. Studies Performed in France // loc. cit. 2. P. 409 - 426

4. Macleod I.D., Catling E., Taylor C.G., Acoustic Detection of Boiling in LMFBRs. An Estimate of Sensitivity Derived from Experiments during the Comissioning of PFR // loc.cit. 2. P. 469 - 485

5. Krebs L., Weinkoetz G., Detection of local boiling in an LMFBR subassembly by temperature fluctuations analysis at the outlet // loc.cit. 2. P. 507 - 521

6. Ефанов А.Д., Сорокин А.П., Иванов Е.Ф., Исследования теплообмена и устойчивости кипения жидкометаллического теплоносителя в контуре естественной циркуляции // Теплоэнергетика. 2003. - № 3. С. 20 - 26

7. Экспериментальное и расчетное моделирование теплообмена при кипении жидкого металла в системе параллельных тепловыделяющих сборок в режиме естественной конвекции/Г.А. Сорокин, X. Ниноката, X. Эндо, А.Д. Ефанов,

8. A.П. Сорокин // Известия вузов. Ядерная энергетика. 2005. - № 4. С. 92-106

9. Основные результаты эксплуатации установки БОР-бО / О.Д. Казачковский,

10. B.А. Афанасьев, В.М. Грязев и др. //Атомная энергия. 1975. - Т. 38. - Вып. 3.1. C. 131-134

11. Эксперименты по вскипанию натрия на реакторе БОР-бО / В.А. Афанасьев, К. А. Александров, Б.В. Кебадзе и др. // Атомная энергия. 1978. - Т. 45. - Вып. 5. -С. 338-342

12. The BOR-6o Sodium Boiling Experiment / V.A. Afanas'ev, K.A. Aleksandrov, B.V. Kebadze et al. // Kernenergie. 1979. -№ 10. - P. 357 - 363

13. Кнэпп P., Дейлн Дж., Хэммит Ф, Кавитация. М.: Мир. 1974

14. Theofanos T.G., Isbin H.S., FauskeH.K., Sodium bubble collapse and pressure generation. // Trans. Am. Nucl. Soc. 1969. - V. 12. - № 2. - P. 909 - 911

15. Некоторые особенности акустических сигналов при локальном кипении натрия в быстром реакторе / К.А. Александров, Б.В. Кебадзе, Ю.П. Гребенкин, В.В. Голованов: Препринт № 13 (372). г. Димитровград: НИИАР, 1979

16. The Detection of Sodium Vapor Bubble Collapse in LMFBR / W.M. Carey et al. //loc. cit. 25.-P. 437-468

17. Кебадзе Б.В., Александров K.A., Голованов B.B., О возможности акустического обнаружения кипения натрия в быстром реакторе с помощью импульсной системы //Атомная энергия. 1978. - Т. 45. - Вып. 6. - С. 461 -463

18. Разработка, исследование и опытная проверка системы контроля за кипением натрия в активной зоне реактора БН-350: Отчет о НИР (заключительный) / ОКБМ; ДСП / 655, Г3325. г. Горький, 1982

19. Wright S.A., Albrecht R.W., Edelman M.R., Cross Correlation of Neutronic and Acoustic Noise Signals from Local Boiling // KFK 2069, Karlsruhe, 1974

20. Кебадзе Б.В., Александров K.A., О надежности обнаружения кипения натрия с помощью корреляции акустических и нейтронных шумов //Атомная энергия. 1979. - Т. 47. - Вып. 3. - С. 197 - 198

21. Бендат Дж., Пирсол А., Измерение и анализ случайных процессов. М.: Мир. - 1974

22. DFR Special Experiments / D.C.G. Smith et al. // International Symp. on Design, Construction and Operating Experience of Demonstration LMFBRs. IAEA-SM-225/49, 1978

23. Адамовскин JI.A., Кебадзе Б.В., Расчетно экспериментальное исследование шумов расхода в реакторе БОР-бО//Вопросы атомной науки и техники. Сер. Динамика ЯЭУ. - 1976. - Вып. 1(9). - С. 47 - 54

24. Адамовский Л.А., Кебадзе Б.В., Определение динамических связей реактора БОР-бО по данным статистических экспериментов //Вопросы атомной науки и техники. Сер. Динамика ЯЭУ. 1976. - Вып. 1(9). - С. 55 - 68

25. Edelmann M., Noise and DC Balanced Outlet Temperature Signals for Monitoring Coolant Flow in LMFBR Fuel Elements // loc.cit. 2. P. 552 - 567

26. О повышении чувствительности температурного контроля ТВС в быстром натриевом реакторе / JI.A. Адамовский, В.Н. Ефимов, Б.В. Кебадзе, С.А.Маркин // Атомная энергия. 1982. - Т. 52. - Вып. 3. - С. 164 - 168

27. Kebadze B.V., LMFBR Core Monitoring by Means of Temperature Noise // Proceedings of Specialists Meeting on Instrumentation for Supervision of Core Cooling in FBRs. Kalpakkam, India. - 12-15 December, 1989. - P. 179 - 189

28. An Analysis of Used and Under- Development Methods of Fast Reactor Core Subassemblies Monitoring in USSR/Yu.K. Buksha, I.A. Kuznetsov, B.V. Kebadze, V.G. Shchekotov // loc. cit. 27. P. 65 - 76

29. Корреляционные измерения расхода натрия с помощью магнитных датчиков/Б.В. Кебадзе, Н.В. Краснояров, JI.A. Адамовский и др.// Атомная энергия. 1978.-Т. 45.-Вып. 1.-С. 30-35

30. Кебадзе Б.В., Ефимов В.Н., Адамовский JI.A., О статистической погрешности вычисления баланса реактивности // Атомная энергия. 1977. - Т. 43. -Вып. 1.-С. 36-37

31. Кебадзе Б.В., Пыхтина Т.В., Тараско М.З., Моделирование температурного шума в ТВС быстрого реактора// Атомная энергия. 1987. - Т. 62. - Вып. 1. -С. 57-59

32. Experiments on local blockages / P. Basmer, B. Dorr, D. Kirsch et al. // Proc. of Meeting of Liquid Metal Boiling Working Group, Risley. UK, 1975, - P. 46 - 58

33. Firth D., A Monte-Carlo Approach to the Theoretical Prediction of Temperature Noise in LMFBR Subassemblies // Progress in Nucl. Energy. 1977. -V. 1.- №2-4. - P. 527-540

34. Sullivan P., Longitudinal dispersion within a two-dimensional turbulent shear flow // J. of Fluid Mech. 1971. - V. 49, part 3, - P. 551 - 559

35. Структура турбулентного потока и механизм теплообмена в каналах / М.Х. Ибрагимов, В.И. Субботин, В.П. Бобков и др. М.: Атомиздат. 1978

36. Применение термоэлектрических преобразователей с жидкометаллическими электродами для измерения температуры жидкометаллических теплоносителей / М.Н. Арнольдов, Б.В. Кебадзе, Ф.А. Козлов и др. // Атомная энергия. 1983. - Т. 55. - Вып. I. - С. 22 - 24

37. Кириллов П.Л., Юрьев Ю.С., Бобков В.П., Справочник по теплогидравлическим расчетам. М.: Энергоатомиздат. 1990. - С. 253,122

38. УонгХ., Основные формулы и данные по теплообмену. М.: Атомиздат.1979

39. Signal Processing Techniques for Sodium Boiling Noise Detection //Final

40. Report and Proceedinds of a Co-ordinated Research Programm Organized by IAEA (1985-1989).-Vienna, 1989

41. Типикин B.H., Кебадзе Б.В., А. с. 1340296 СССР, MKG01F1/58. Времяпролетный расходомер электропроводных жидкостей. 1985

42. Патент США № 3967500. Способ измерения расхода электропроводной жидкости Приоритет 29.05.1975

43. Raptis А.С., Forster G.A., A Signal Analysis Method Using Cross-Correlation of Turbulence Flow Signals to Determine Calibration of Permanent Magnet Sodium Flowmeters // IEEE Transactions on Nuclear Science. 1978. - V. NS-25. - № 1. - P. 278-281

44. Calibration method for electromagnetic flowmeter using cross-correlation of voltage fluctuations / A. Endou, F. Asakura, Y. Matsuno, S. Nomoto // Progress in Nucl. Energy. 1982. - V. 9. - P. 95 - 105

45. Zbinden M., Study of correlation method for liquid sodium flow rate measurements; experimental results obtained by EdF // Proc. 3rd Intern. Conf. Liquid Metal Eng. Technol. BNES. London, 1984. - P. 441 - 447

46. PrabhakarR., RajanK. K., Vyjajanthi R. K., Calibration of PM flowmeters in sodium by the noise correlation technique // Proc. 3rd Intern. Conf. Liquid Metal Eng. Technol. BNES. - London, 1984. - P. 449 - 450

47. Bentley P.G., Thatcher G., Mc. Gonigal G., Sodium Flow Measurement in PFR. // Nuclear Engineering Intern. V. 15. - № 173. - 1970. - P. 822 - 825

48. Статистические характеристики пульсаций температур в модели прямоточного парогенератора натрий вода / Б.В. Кебадзе, B.C. Сроелов, Б.В. Кульпин и др. // Атомная энергия. - 1975. - Т. 39. - Вып. 4. - С. 250 - 254

49. Шерклиф Дж., Теория электромагнитного измерения расхода. М.: Мир.1965

50. Голованов В. В., Кебадзе Б. В., Определение особенностей структуры жидкометаллического потока методом статистической обработки сигналов магнитных расходомеров // Магнитная гидродинамика. 1979. - № 4. - С. 123 -128

51. Опыт корреляционных измерений расхода натрия на установке БН-600 / JI. А. Адамовский, В. Г. Высоцкий, Б. В. Кебадзе и др. // Атомная энергия. -1983. Т. 54. - вып. 2. - С. 100 - 103

52. О влиянии температуры на показания магнитных расходомеров натриевых контуров энергоблока БН-600/А.И. Карпенко, А.А. Лыжин, В.И.Минин,

53. A.Г. Шейнкман // Атомная энергия. 1984. - Т. 57. - Вып. 3. - С. 202

54. Градуировка нелинейных магнитных расходомеров в натриевых контурах энергетического быстрого реактора / Л.А. Адамовский, В.В.Голованов, Ю.Н. Инкин, Э.П. Козубов // Атомная энергия. 1987. - Т. 62. - Вып. 2. - С. 120 -122

55. Рабинович Г.Д., Погрешности измерений. М.: Энергия, 1978

56. А. с. № 794379 СССР. Корреляционный способ измерения расхода электропроводной жидкости / К. А. Александров, В. А. Афанасьев,

57. B. В. Голованов, Б. В. Кебадзе // Открытия. Изобретения. Пром. образцы. Товар, знаки.-1981,- № 1. -С.22

58. Изучение вихревой структуры потока и корреляционные изменения расхода с помощью бесконтактных магнитных датчиков / Б.В. Кебадзе,

59. B.Н. Типикин, Ю.О. Комиссаров и др. // Магнитная гидродинамика. 1988. - № 4. -С. 105-109

60. Тананаев А. В., Гидравлика магнитогидродинамических машин. М.: 1970.-С. 271

61. Кебадзе Б.В., Статистическая погрешность измерения расхода корреляционным методом / Сб. «Вопросы атомной науки и техники». Серия: Физика и техника ядерных реакторов. 1982. - Вып. 3 (25). - С. 81

62. Кебадзе Б.В., Анализ статистической погрешности и оптимизация корреляционных расходомеров // Атомная энергия. 1984. - Т. 56. - Вып. 1.1. C. 15-20

63. Determination of thermocouples transfer functions and fluid flow velocities by temperature noise measurements in liquid sodium / Benkert J. et al. // Progress in Nucl. Energy. 1977.-V. l.-№2-4.-P. 55

64. Mica C., Messung der Stroemuengsgeschwindigkeit in beheizten Kuehlkanaelen aus der Korrelation fluktuirender Temperatursignale. Dissertation // TU Hannover, BRD. 1975

65. PWR primary flow measurements by correlation analysis of nitrogen 16 fluctuations / Bouchet J.M. et al. // Progress in Nucl. Energy. 1982. - V. 9. - P. 51 - 64

66. Endou A., Evaluation method of statistical error in transit time measured with cross-correlation of two detector signals // Nucl. Sci. Technology. 1983. - V. 20. -№8.-P. 32-40

67. Bazerghi H., Serdula K.J., Estimation and reduction of errors in flow measurements which use cross-correlation techniques // Progress in Nucl. Energy. -1977.-V. l.-№2-4.-P. 629-648

68. Левич Б.Р., Теоретические основы статистической радиотехники, книга первая и вторая. М.: Советское радио. 1974

69. Адамовский Л.А., Голованов В.В., Инкин Ю.Н., О двух характерных масштабах турбулентных меток потока, регистрируемых электромагнитными преобразователями корреляционного расходомера // Магнитная гидродинамика. -1985.-№3.-С. 124-129

70. Методы измерения теплогидравлических параметров свинца и его сплавов/Б.В. Кебадзе, Ю.О.Комиссаров, В.Н.Типикин и др. // Международное совещание по концепции безопасного быстрого реактора, охлаждаемого свинцом. Москва, 22 - 24 октября 1990

71. Бесконтактные методы измерения расхода свинца и его сплавов/Б.В. Кебадзе, Ю.О.Комиссаров, В.Н.Типикин и др. // Сб. «Использование жидких металлов в народном хозяйстве» (Теплофизика-91). -Обнинск, 1993.-С. 151-155

72. Определение характеристик бесконтактного корреляционного расходомера с помощью проливки объемно временным методом /Б.В. Кебадзе,

73. B.Н. Типикин, Г.П. Полетаев, С.Г. Колнинова // Метрология. 1989. - № 8.1. C. 36-45

74. Джонсон Н., Лион Ф., Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Т. 1. Методика обработки данных. М.: Мир. 1980

75. Кебадзе Б. В., Комиссаров Ю. О., Типикин В. Н., Спектральные характеристики сигналов магнитных датчиков корреляционного расходомера // Магнитная гидродинамика. -1989. № 3. - С. 101 - 105

76. Raes К.-Н., Systembedingte Fehler bei der Geschwindigkeitmessung aus der Korrelation von Temperatursignalen // Proceedings der Fachtagung der Kerntechnischen Gesellschaft. Berlin, 10-12 Marz, Paper FV 2.9

77. Reimche W., Stegemann D., Montes M., Velocity profile and flow measurements in liquid sodium by signal correlation of fast intrinsic thermocouples and electromagnetic flowmeters // Progress in Nuclear Energy. 1985. - V. 15. - P. 727-734

78. Кебадзе Б.В., Гришин С.В., Комиссаров Ю.О., Изучение термоэлектрических шумов на границе между жидким металлом и стенкой и корреляционные измерения расхода // Магнитная гидродинамика. 1990. - № 4. -С. 115-120

79. Термошумовые корреляционные измерения расхода жидких металлов/ М.Н. Арнольдов., Б.В.Кебадзе, С.В. Гришин и др. // Атомная энергия. 1990. -Т. 68. - Вып. 3.- С. 212 -213

80. Кебадзе Б.В., Гришин С.В., Комиссаров. Ю. О., А. с. 1455238 СССР. Корреляционный способ определения расхода жидкого металла. Заявл. 8.01.87 // Открытия. Изобретения. № 4. - 1989

81. Трофимов А.И., Приборы контроля ядерных энергетических установок. Учебное пособие по курсу «Приборы контроля ЯЭУ». Обнинск: ИАТЭ. 1991

82. Киясбейли А.Ш., Перельштейн М.Е., Вихревые счетчики расходомеры. -М.: Машиностроение. 1974

83. Киясбейли А.Ш., Перельштейн М.Е., Вихревые измерительные приборы. -М.: Машиностроение. 1978

84. Киясбейли А.Ш., Лифшиц Л.М., Первичные преобразователи систем измерения расхода и количества жидкостей. М.: Энергия. 1980

85. Кремлевский П.П., Расходомеры и счетчики количества. Л.: Машиностроение. 1989

86. ГуптаА., ЛиллиД., СайредН, Закрученные потоки.-M.: Мир. 1987

87. Калис Х.Э., Колесников Ю.Б., Поляков Н.Н., Исследование вращающегося течения в продольном магнитном поле // Магнитная гидродинамика. 1983. - № 1. -С.71 -76

88. Кебадзе Б.В., Комиссаров Ю.О., Адамовский Л.А., Исследование периодических колебаний в закрученном потоке жидкого металла под воздействием магнитного поля // Магнитная гидродинамика. 1991. - № 2. - С. 90 - 95

89. Адамовский JI.A., Голованов В.В., Кебадзе Б.В., Натриевый метрологический стенд для градуировки расходомеров // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика и техника ядерных реакторов. 1982. - Вып. 1 (23). -С. 70 - 76

90. Чиркин B.C., Теплофизические свойства материалов ядерной техники. Справочник.-М. 1968

91. А. с. 1597563 СССР. Вихревой способ измерения расхода электропроводной среды / Б.В. Кебадзе, Ю.О. Комиссаров, В.Н. Типикин и др. // Открытия. Изобретения. 1990. - № 37

92. Техническое задание CEFR113D1 на разработку устройства расходомерного для ТВС реактора CEFR. Инв.№ 0109304 /ОКБМ, Н.Новгород, 1995

93. Pat. 3775673 USA, Int. CI. GOlr 33/00. Electromagnetic Karman Vortex Sensing Flowmeter / M. Watanable. 1972

94. Pat. 3878715 USA, Int. CI. GO If 1/00. Vortex Type Flowmeter / T. Kobayashi et al. -1973

95. A. c. 798486 СССР, MKG01fl/32. Электромагнитный вихревой расходомер / И.Д. Вельт, Ю.А. Комаров и др. // Открытия. Изобретения. 1981. -№3

96. Pat. 4322982 USA, Int. CI. GOlf 1/32. Flowmeter / St. Muller et al. 1982

97. Влияние поперечного магнитного поля на возмущения скорости за круглым цилиндром, обтекаемым электролитом / Г.Г. Брановер, Ю.М. Гельфгат, С.В. Туруптаев, А.Б. Цинобер // Магнитная гидродинамика. 1969. - № 3. -С. 63-68

98. Кит Л.Г., Туруптаев С.В., Цинобер А.Б., Исследование воздействия магнитного поля на возмущения в следе за цилиндрами с помощью кондукционного анемометра// Магнитная гидродинамика. 1970. - №3. -С. 35-40

99. А. с. 868537 СССР, МК GO In 27/22. Детектор газовых включений в потоке электропроводящей жидкости / А.И. Могильнер и др. // Открытия. Изобретения. -1981.-№36

100. Кебадзе Б.В., Комиссаров Ю.О.,А. с. 1779132 СССР, G01F 1/32. Электромагнитный вихревой расходомер. 1990

101. Кебадзе Б.В., Комиссаров Ю.О., А. с. 1570449 СССР, G 01 F 1/32. Электромагнитный датчик вихревого расходомера. 1988

102. Кебадзе Б.В., Комиссаров Ю.О., А. с. 1668869 СССР, G 01 F 1/32. Электромагнитный датчик вихревого расходомера. 1988

103. Кутателадзе С.С., Боришанский В.М., Справочник по теплопередаче. -М. JL: Госэнергоиздат. 1959

104. Брановер Г.Г., ЦиноберА.Б., Магнитная гидродинамика несжимаемых сред. -М.: Наука. 1970

105. Mottram R.C., Rawat M.S., Installation Effects on Vortex Flowmeters // Meas. Control. -1988. V. 21. - № 8. - P. 241 - 246

106. Разработка системы измерения расхода в раздаточном групповом коллекторе для использования ее в аварийной защите реактора РБМК-1000: Техническое задание. № Э.091.6769 ТЗ / Концерн «Росэнергоатом», 1996

107. Кебадзе Б.В., Типикин В.Н., Волков С.Д., Ультразвуковой вихревой расходомер // Сб. «Методы и средства измерения теплофизических параметров». -г. Обнинск: ФЭИ, 1996. С. 106 - 109

108. LeQ.A.N, IshiiM., In-Vessel Fluid Flow Measurements Usingth

109. Thermocouples Cross-Correlations // 6 International Conference on Nuclear Engineering. San Diego CA, 1998

110. Боланд Дж., Приборы контроля реакторов. М.: Атомиздат. 1973

111. Измерение расхода методом корреляции случайных сигналов термопар в контурах с естественной циркуляцией теплоносителя / В.М. Селиванов и др. // Атомная энергия. 1977. - Т. 42. - Вып. 1. - С. 49 - 53

112. Использование температурного шума теплоносителя для измерения расхода в технологических каналах РБМК / В.М. Селиванов и др. // Атомная энергия. 1983. - Т. 54. - Вып. 3. - С. 166 - 169

113. Агапов С.А., Радиационные методы измерения параметров ВВЭР. М.: Энергоиздат. 1991

114. Aspects of Reactor Power Control: Technical report L041.C97. RY5. -Comanche Peak, USA. 1996.

115. DECOR. Direct measurement of the reactor coolant flow based on cross-correlation of Nitrogen 16 time fluctuation. Рекламный проспект Electricite de France. 1999.

116. Experience with the operation of an on-line primary coolant flowmeter system based on N-16 noise analysis at Paks PWR / S. Horanyi, D. Pallagi, T. Hargitai, S. Tozser //Progress in Nuclear Energy. 1985.-V. 15.-P. 709-717

117. Чертов А.Г., Международная система единиц измерения. Высшая школа. М.1967

118. Крамер Э., Ядерные реакторы с кипящей водой. М.: Изд-во иностр. лит., 1960

119. Крамеров А.Я., Шевелев Я.В., Инженерные расчеты ядерных реакторов. -М.: Атомиздат, 1965

120. Lipinski W.C., EBWR stability investigation / Transactions of ANS, V. 6, №2, 1963.-P. 131-135

121. Lipinski W.C., EBWR-Pu transfer function measurements / Transactions of ANS, V. 10, № 1,1967./P. 271 -278

122. Pluta P., Preliminary results of VBWR noise analysis // Noise Analysis in Nuclear Systems.- TID 7679, 1964

123. Case I.M., The interpretation of boiling water reactor stability data / «Reactor Kinetics and Control». Oak Ridge, 1964. - P. 91 - 135

124. Stability Measurements on BORAX-V Boiling Core B-2 / R.A. Cushman, D. Mohr, R.N. Curran, D.H. Brown / «Reactor Kinetics and Control». Oak Ridge, 1964.-P. 150-168

125. Performance characteristics of EBWR from 0-100 MW / E. Wimunc et al. // Conference on Operating experience with power Reactors. Vienna: IAEA, 1963, CN-15/3

126. Cheng H.S., Mallen A.N., WulffW., Causes of Instability at La Salle and Consequences from Postulated Scram Failure // loc. cit. 9.

127. State of the Art Report on Boiling Water Reactor Stability // Committee on the Safety of Nuclear Installations, OECD.NEA.- 1997

128. Seepolt R., Lorenz 0., Surveillance of Nuclear Thermohydraulic Stability in BWR Operation // Nuclear Engineering and Design. - 159. - 1995. - P. 183 - 188

129. Опытный реактор корпусного типа для изучения вопросов кипения и перегрева пара /И.Н. Соколов, Е.В.Куликов, В.И. Грицков и др. //Третья международная конференция по мирному использованию атомной энергии. -Женева, 1964

130. Экспериментальное исследование устойчивости корпусного кипящего реактора ВК-50 / В.А. Афанасьев, Б.В. Кебадзе, Г.А. Санковский и др. // Атомная энергия. 1968. - Т. 24. - Вып. 4. - С. 363-367

131. Кебадзе Б.В., Плютинский В.И., Некоторые особенности автоколебательных режимов кипящего реактора // Атомная энергия. -1971. Т. 31. - Вып. 2. - С. 89 - 92

132. Кебадзе Б.В., Динамические характеристики кипящего реактора вблизи границы устойчивости//Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Димитровград, 1973

133. Робишо Л., Буавер М., Робер Ж., Направленные графы и их приложение к электрическим цепям и машинам. М.: «Энергия». 1964

134. Кебадзе Б.В., Плютинский В.И,, Адамовский JI.A., Статистические характеристики кипящего реактора вблизи границы устойчивости // Атомная энергия. 1972. - Т. 32. - Вып. 5. - С. 407 - 408

135. Kebadze B.V., Adamovsky L.A., Non-linearity consideration when analyzing reactor noise statistical characteristics// Annals of Nuclear Energy. 1975. - V.2. -№2-5.-P. 337-340

136. Казаков И.Е., Обобщение метода статистической линеаризации на многомерные системы//Автоматика и телемеханика. 1965. - Т. XXVI. - № 7. -С. 29-40

137. Исследование основных параметров реактора ВК-50 при форсировании мощности малой активной зоны: Отчет о НИР/ИАЭ; Инв. № 0-9/1394. -Москва, 1970. - И.Н. Соколов, В.И. Барыбкин, И.А. Филатьев

138. Исследование характеристик кипящего реактора при пониженных давлениях / Р.Е. Федякин, В.Е. Шмелев, Б.В. Кебадзе, и др. // Теплоэнергетика. -1979.-№5.-С. 44-46

139. Адамовский JI.A., Голушко В.В., Кебадзе Б.В. Оперативный контроль устойчивости кипящего реактора с применением полярной корреляции реакторного шума // Атомная энергия. 1978. - Т. 45. - Вып. 4. - С. 295 - 296