автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Разработка автоматизированной системы контроля параметров технологических каналов ядерных реакторов

ОБНИНСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Р Г 5 ОЛ

1 О АПР 1035 На пРавах рукописи

УДК 621.039.58"68

ВИ НОГРАДОВ

Сергей Александрович

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КАНАЛОВ ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ

Специальность: 05.13.07 — Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Обнинск — 1995

Работа выполнена в Обнинском институте атомной энергетики.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор, действ, член АК, членчкорр. РАЕН А. И. ТРОФИМОВ.

доктор технических наук, профессор, действ, член МАИ В. М. РЫБИН;

кандидат технических наук, доцент В. В. МАЛОВ.

Ведущая организация: ГНЦ РФ Физико-Энергетический Институт, г. Обнинск.

Защита состоится 28 апреля 1995 г. в 14.00 часов на заседании специализированного Совета К 064.27.01 в Обнинском институте атомной энергетики по адресу: 249020, Калужская область, г. Обнинск, ИАТЭ.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатью) просим высылать по адресу: 249020, Калужская область, г. Обнинск, ИАТЭ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИАТЭ.

Автореферат разослан «¿3» . . 1995 г.

Ученый секретарь специализированного сове

Официальные оппоненты

кандидат технических на;

А. И. ПЕРЕГУДА.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Разработка и внедрение автоматизирован- . ных средств контроля параметров технологических каналов (ТК) ядерных реакторов канального типа и, в частности, средств контроля геометрических параметров (искривления и изменения диаметра) ТК является одним из основных направлений реализации концепции безопасности АЭС, основанной на внедрении систем раннего обнаружения отклонений от нормального режима эксплуатации оборудования АЭС. Искривление профиля и диаметр ТК являются исходными параметрами для оценки ряда важных для безопасной эксплуатации ТК параметров: напряжений в стенках ТК, верхнем и нижнем переходниках цирконий-сталь; величины зазора в системе ТК - графитовая колонна (ГК); интенсивности коррозионных процессов на внутренней поверхности ТК. Все указанные параметры являются определяющими также при оценке ресурса безопасной эксплуатации ТК.

Большое внимание контролю за искривлением профиля и изменением диаметра ТК уделяется на зарубежных АЭС с реакторами канального типа, в частности при эксплуатации тяжеловодных канальных реакторов типа САЫОи (Канада). Установлено, что искривление профиля и увеличение диаметра ТК приводит к нарушению зазора между ТК и трубами каландра, в результате чего существенно ускоряется коррозия циркония.

До настоящего времени вопросы разработки систем контроля геометрических параметров канальных труб (буровых скважин) активно разрабатывались в нефтяной и газовой промышленности. Однако разработанные для буровых скважин системы контроля искривлений профиля и диаметра более чем на порядок отстают по точности от требуемых параметров точности измерения для ТК ядерных реакторов. Кроме того, известные системы не соответствуют критериям радиационной стойкости. Первые шаги на пути решения проблемы контроля искривлений ТК были сделаны в направлении применения пьезоэлектриков. Это позволило решить вопросы радиационной стойкости и эксплуатационной надежности измерительных преобразователей. Однако остались открытыми вопросы разработки высокоточных угломеров и диаметромеров, вопросы автоматизации измерений, а также вопросы разработки методик измерения и расчета профилей ТК. Анализ проблемы позволяет сделать вывод о том, что решение поставленных вопросов возможно только на базе автоматизированных систем высокочастотного контроля с применением электронно-вычислительной техники.

Тема диссертации является составной частью целевой программы повышения безопасности АЭС в направлении поэтапного внедрения систем диагностики АЭС концерна "Росэнергоатом".

ЦЕЛЬ РАБОТЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Предлагаемая работа посвящена созданию автоматизированной системы контроля геометрических параметров ТК ядерных реакторов. Целью работы является разработка автоматизированной системы контроля искривления и диаметра ТК и ГК реакторов, обеспеченной современными программно - аппаратными средствами и методиками проведения измерений и обработки данных, имеющей высокую радиационную стойкость и высокочувствительные первичные измерительные преобразователи.

Для достижения сформулированной цели ставятся следующие задачи исследования:

-разработать измерительные преобразователи угловых и линейных смещений, имеющие высокий класс точности и радиационную стойкость для измерения искривления и диаметра ТК и ГК реакторов;

-разработать информационно-вычислительную систему контроля параметров ТК;

-разработать методики измерения и расчета геометрических параметров ТК;

-произвести исследование автоматизированной системы контроля геометрических параметров ТК в лабораторных и промышленных условиях на АЭС с реакторами типа РБМК. .

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Разработаны инженерные методики расчета пьезоэлектрических измерительных преобразователей для контроля искривлений и диаметра ТК, основы конструкторских решений, а также информационно-вычислительная система для обработки результатов измерений. Разработан новый метод контроля геометрических параметров ТК реакторов, основанный на одновременном измерении искривления и диаметра ТК, который дает качественно новый подход к контролю параметров ТК и ГК. Разработан оригинальный программно-аппаратный комплекс на базе микропроцессоров, позволяющий вести высокочастотный многоканальный опрос измерительных преобразователей. Созданы оригинальные методики расчета профилей ТК. На основе представленных разработок реализована система автоматизированного контроля геометрческих параметров ТК и ГК, позволяющая получать метрологически достоверную информацию о искривлении и диаметре ТК и ГК, на основе которой возможно прогнозирование ресурса безопасной эксплуатации ТК.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. Разработанная автоматизированная система представляет собой законченную научно-техническую разработку и используется в качестве штатного средства контроля ТК и ГК на

Смоленской (с 1991 года) и Курской (с 1993 года) АЭС. Система признана / перспективной для указанного типа реакторов и готовится к тиражированию в соответствии с количеством энергоблоков на Курской, Смоленской и других АЭС с реакторами канального типа.

Технико-эксплуатационные показатели системы делают возможным ее применение для высокоточного контроля отклонений профиля и диаметра буровых скважин.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:

-физические основы, методы расчета и принципы конструирования пьезоэлектрических измерительных преобразователей искривления и диаметра ТК РБМК;

-метод построения автоматизированных систем контроля параметров ТК, основанный на одновременном измерении искривления и диаметра ТК; -программно-аппаратный комплекс приема и обработки информации; -методики и алгоритмы расчета профилей ТК.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты работы докладывались: -на 1-ой всесоюзной конференции по научно - техническим проблемам эезопасности и подготовки кадров для АЭС, Обнинск, 1989 г.;

-на 3-ей международной конференции по научно - техническим проблемам безопасности и подготовки кадров для АЭС, Обнинск, 1993 г.;

-на международной научно - практической конференции "Пьезоэлектрические приводы и датчики", Обнинск, 1993 г.;

-на международной научно - практической конференции "Пьезотех-ника - 94", Томск, 1994 г.;

-на международном симпозиуме "Сегнето-пьезоэлектрические мате->иалы и их применение", Москва, 1994 г.;

-на семинаре секции динамики НТС МАЭ РФ "Методы и технические :редства диагностирования ЯЭУ", Обнинск, 1994 г.;

-на городских и внутриинститутских конференциях молодых ученых.

ПУБЛИКАЦИИ. Основное содержание работы отражено в 1-ой монорафии, 6 статьях, описаниях к 6-и авторским свидетельствам и патентам, в '.борниках трудов 7 конференций и семинаров.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, гати глав, заключения и приложения. Работа изложена на 156 страницах, в ом числе основного текста 136 страниц, 71 рисунок, 4 таблицы, библиографический список из 55 наименований на 6 страницах и приложение на 14 траницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВО ВВЕДЕНИИ обосновывается актуальность работы, определяется ее цель и кратко излагается содержание работы. -

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ исследуются особенности конструкции ТК как объекта контроля, проводится исследование существующих систем контроля параметров ТК, предлагаются новые системы контроля параметров ТК.

Технологические каналы - это каналы для установки топливных кассет, подвода и отвода теплоносителя, создания условий охлаждения и перег-- рузки топлива. Циркониевая "часть ТК находится в активной зоне реактора и испытывает наиболее мощное облучение (до 1013 нейтр/(см2-с)), одним из результатов которого является диаметральная и аксиальная ползучесть ТК и изменение его геометрии. Изменение геометрии ТК (искривление профиля и увеличение диаметра) приводит к нарушению нормального эксплуатационного режима ТК. Регламентом предусмотрен контроль искривления и диаметра как непосредственно ТК, так и ГК при его извлечении. Трудности, возникающие при контроле геометрических параметров ТК заключаются в том, что необходимо измерять достаточно малые углы отклонения от верти-кали и линейные смещения, поэтому измерительные системы должны иметь высокие значения чувствительности и точности. При этом измерительные преобразователи искривления и диаметра должны иметь высокую стойкость к внутриреакторному облучению и эксплуатационную надежность. Для снижения дозовых нагрузок на персонал АЭС в период плановых ремонтов (ППР) предъявляются также высокие требования к автоматизации и универсализации измерений.

Устройства измерения искривлений ТК практически измеряют угол наклона. Простейшим методом измерения угла наклона является метод измерения относительно вертикали. Смещение от вертикали может быть зафиксировано относительно маятника (отвеса), уровня жидкости, пузырька воздуха (тяжелого шарика) в изогнутой трубке, которые играют роль гравитационно - чувствительного элемента.

Недостатком гравитационно-чувствительных угломеров являются их колебательные свойства. Для подавления колебательных свойств угломеров и повышения их чувствительности разработаны пьезоэлектрические угломеры на принципе двух маятников, угломеры на принципе уровня жидкости с капиллярно-жидкостными волноводами, угломеры с гидротрансформатором, а также угломеры с каплей контрольной жидкости в капилляре.

В угломере на принципе двух маятников зона нечувствительности хорошо сдемпфированного короткопериодного маятника перекрывается точ-

ным длиннопериодным маятником, максимальная амплитуда которого задается посредством ограничивающих рычагов в пределах зоны нечувствительности короткопериодного маятника. Угломер не имеет четко выраженного резонансного пика и имеет малую постоянную времени измерений. Опытная эксплуатация маятниковых угломеров позволила выявить присущий им недостаток - низкая ударопрочность вследствие механической ненадежности маятникового подвеса.

Исследования показали, что угломеры на принципе уровня жидкости не имеют указанных выше недостатков, обладают более высокой точностью, надежностью и вибростойкостью, при этом имеют более простую конструкцию. В ИАТЭ разработаны первые промышленные образцы измерительных преобразователей, выполненные в виде и - образных сообщающихся сосудов. Исследования показали применимость угломеров для измерения малых углов наклона с точностью ~2'. При измерении больших углов наклона возникает погрешность замечет затирания поплавка о стенки сосуда. Для устранения этого недостатка и повышения точности разработан измерительный преобразователь угла наклона с капиллярными трубками, в котором граница отражения создается мениском. Эффект капилляра состоит в том, что мениск в нем не изменяет свою форму при наклоне корпуса измерительного преобразователя. Эксперименты показали, что мениск сохраняет свою форму при углах наклона близких к 90°.

Чувствительность измерительных преобразователей угла наклона на принципе уровня жидкости определяется величиной изменения высоты столба жидкости над пьезоэлементами. При измерении малых углов наклона для повышения чувствительности разработаны пьезоэлектрические гидротрансформаторы. Принцип работы гидротрансформаторов основан на вытеснении жидкости из широкого сосуда в узкий сосуд. При этом высота столба жидкости над пьезоэлементами увеличивается пропорционально отношению площадей поперечных сечений в узкой и широкой частях сосуда, что и определяет коэффициент трансформации. Вытеснение жидкости в узкую часть сосуда осуществляется либо массивным маятником, либо жидкостью с большим удельным весом. '

Общим недостатком выше описанных гидротрансформаторов является изменение чувствительности с ростом угла наклона, вызываемое обратным давлением столба жидкости в измерительных трубках.

Разработан угломер с гидротрансформатором, в котором величина чувствительности остается неизменной во всем диапазоне углов. Угломер содержит корпус, разделенный перегородкой на два отсека, которые сообщаются через канал в нижней части перегородки. Функцию вытеснителя выполняет жидкость, частично заполняющая корпус. Вытесняемой средой

является воздух, поступающий в измерительный капилляр через перепускные каналы. В центре капилляра размещен пьезоэлемент, посредством которого измеряется смещение капли контрольной жидкости. Эффект неизменной чувствительности достигается за счет того, что радиус гиба капиллярной трубки выбран так, что при любом угле наклона корпуса угломера в пределах заданного диапазона измерений, статическое равновесие жидкости в отсеках корпуса угломера каждый раз соответствует статическому равновесию капли жидкости в изогнутом капилляре. На рис.1,а показан измерительный преобразователь угла наклона (угломер), сочетающий преимущества гидротрансформаторов и измерительных преобразователей с капиллярными трубками.

Рис.1. Устройство измерения искривления и диаметра ТК

Для реализации единого принципа построения измерительной системы разработаны пьезоэлектрические диаметромеры с использованием упругих сильфонных камер, а также устройства одновременного измерения искривления и диаметра ТК. Использование таких устройств позволяет существенно сократить время измерения, т. к. за один проход по ТК производится измерение как искривления так и диаметра. Кроме того, измерительная система позволяет производить корректировку выходного сигнала диаметро-мера в зависимости от наклона его корпуса по отношению к стенкам канала, что повышает точность измерения диаметра.

Конструктивное объединение угломера с двумя диаметромерами позволяет компенсировать погрешность угловых измерений, вызванную эффектом нецентровки корпуса угломера в ТК. В приборе измерительные преобразователи диаметра канала конструктивно объединены с угломером в нижней и верхней частях корпуса (рис. 1,6). Компенсация погрешности угловых измерений, вызванных эффектом нецентровки производится в информационно - вычислительной системе. Устройство делает также возможным измерение профиля отложений на стенках ТК за счет использования слабожестких сильфонов в средней части прибора.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ приводятся результаты теоретических и экспериментальных исследований угломеров и диаметромеров как элементов автоматизированной системы контроля параметров ТК ядерных реакторов.

Динамические свойства угломеров исследованы на опытных образцах угломеров, а также на основе анализа передаточной функции колебательного элемента:

1 I

Ы(Г) =

2ит -Г2)]2 + (2у02'

здесь т - масса колебательного Элемента, (кг);

1о- собственная частота колебаний колебательного элемента, (Гц);

у - коэффициент затухания, (1/с).

Из передаточной функции получены кривые, характеризующие зависимость колебательных свойств маятников от их массы, приведенной длины и коэффициента затухания. На основе анализа кривых выработаны критерии оптимизации 'маятниковых угломеров. Исследованы угломеры на принципе двух маятников. Собственная частота и момент инерции маятников угломера показаны на кривых 1 и 2 (рис.2), полученных из'анализа формулы:

■4

та/ 111/2+ Ь '

где 1 - приведенная длина маятника; т - масса маятника;

1о- момент инерции маятника относительно его центру тяжести.

Точка С (кривая 1) соответствует параметрам легкого длиннопериод-ного маятника, точка О (кривая 2) параметрам массивного короткопериодно-го маятника. Угломер на принципе двух таких маятников имеет малую постоянную времени измерений и высокую статическую точность.

Исследована статическая точность маятников с разными типами подвесов. Установлено, что момент трения в подвесе кернового типа более чем на порядок меньше момента трения в опоре на основе шарикоподшипников.

Исследованы метрологические характеристики угломеров на принципе уровня жидкости. Разработан принцип оптимизации динамических свойств жидкостных угломеров путем регулирования величины расхода жидкости через импульсную линию между сообщающимися емкостями угломера.

2.5

Г* Гд

1

0.5 0

0 1крi 1кр2 5 10 /, см

Рис.2. Кривые зависимости собственной частоты колебаний маятников от приведенной длины: 1 - маятник с lo = 3-10"4 кг-м2; 2 - маятник lo = 6-10"2 кг-м2

Получено выражение для статической характеристики угломера на принципе уровня жидкости:

ДХ = S tg (а),

a также угломера с гидротрансформатором:

ДХ = k Rk а / [1 + к (р1/р2) cos(a)],

где ДХ - приращение столба жидкости над льезоэлементами; к - коэффициент трансформации, равный отношению проходных сечений широкой и узкой частей угломера; Rk - радиус угломера; а - угол наклона;

р1/р2 - отношение плотностей легкой и тяжелой жидкости.

Из выражений для статической характеристики угломеров получены кривые, характеризующие зависимость чувствительности R угломера от угла наклона по формуле:

R = ДХ / а,

где а - угол наклона.

На рис.3 показаны статическая характеристика и зависимость чувствительности от угла наклона для угломера на принципе уровня жидкости (рис.3,а) и угломера с гидротрансформатором (рис,3,б). Установлено оптимальное соотношение плотностей легкой и тяжелой жидкости (р1/р2 ~ 0.1) в гидротрансформаторе, при котором изменение чувствительности угломера

fo (Гц)

, 1 /

/ -о / D

/ \ 2

(езначительно в большом диапазоне углов наклона (рис.3,б, кривая 1). Ука-1анное соотношение плотностей реализуется, к примеру, при выборе пары кидкостей сплав Вуда - трансформаторное масло.

к мм р..

> I |.»мср Н.1 П]Ч П1П1ПС

>1»ИНЧ •АПДК' 1 1 1! /

1 \^

-г--""!

а) б)

Рис.3. Метрологические характеристики угломеров: 1- зависимость чувствительности от угла наклона; 2 - статическая характеристика

Разработан эффективный способ стабилизации границы отражения ультразвука путем создания мениска на границе отражения. Для образования мениска требуются капилляры, которые затрудняют движение ультразвука. Для минимизации потерь энергии акустического поля рассчитана измерительная трубка, имеющая узкую и широкую части, в конструкции которой учтены особенности формы и интенсивности акустического поля в направлении распространения ультразвука. В ближней зоне акустического поля гбл, определяемой как:

2бл=г21X,

где X - длина ультразвуковой волны, г - радиус пьезоэлемента, акустическое поле ультразвуковой волны осциллирует вдоль осей 2,Х,У (рис.4,а) по всей

пьеюизпучатепь

I л/а, <1П1нл'<)

а) б)

Рис.4. Акустическое поле пьезоэлемента (а) и схема ' измерительной трубки (б)

плоскости сечения (рис.4,б). В этой части измерительная трубка имеет диаметр 2 г. Далее трубка имеет диаметр капилляра. Таким образом момент

входа ультразвуковой волны в капилляр совпадает с моментом завершение осцилляции акустического поля, что позволяет достигнуть максимальной интенсивности акустического поля перед входом в узкую часть измерительной трубки (рис.4,6). Расчетным и экспериментальным путем показано, чтс при выбранной конструкции измерительной трубки амплитуда отраженного от мениска ультразвукового импульса достаточна для его надежной фиксации вторичной измерительной схемой.

.Рассчитан измерительный узел диаметромеров. Расчет проведен на основеЪетодик оценки цикпопрочности сильфонов с учетом величины рабочего хода и давления внутри сильфонов.

Рабочий диапазон давления внутри сильфонов диаметромера зависит от'типа и исходных параметров компенсатора объема внутри сильфонного узла. Возможно использование двух основных типов компенсаторов объема -воздушного и сильфонного. Получено выражение для расчета давления внутри воздушного компенсатора объема:

Рраб = Рисх \/исх / (Уисх - Э ДХ),

где Рисх - исходное давление;

\/исх - исходный объем компенсатора объема;

Э - суммарное поперечное сечение сильфонных камер;

АХ - суммарная величина поджатия сильфонных камер.

Анализ выражения показал преимущества сильфонного компенсатора объема перед воздушным. На основе данных о рабочем давлении внутри сильфонов и величине рабочего хода определено число циклов до разрушения сильфонов из нержавеющей стали, использованных в опытных образцах диаметромеров с компенсатором объема воздушного типа. По номограммам циклической прочности определен у ¿¿.процентный ресурс N7, который имеет у% изделий. Для рассматриваемого случая принято у = 98%. Средняя циклическая прочность №р определена по формуле:

1д №р = 1.251д N98.

Значение Ыср составило 125 ООО циклов, что удовлетворяет требованиям эксплуатационной надежности диаметромера.

Исследованы вопросы компенсации температурных погрешностей измерительных преобразователей угла наклона и диаметра. Установлено аналитическое выражение, на основании которого определяется коэффициент температурной компенсации показаний диаметромера по температуре внутри корпуса угломера:

где N(1) - код текущей температура внутри корпуса угломера; N(20°) - код температуры внутри корпуса угломера при 20°С; кс1 - коэффициент температурной компенсации для диаметромера; О - коэффициент кратности.

Установлена высокая температурная стабильность измерительных преобразователей с 16% раствором этилового спирта.

ТРЕТЬЯ ГЛАВА посвящена разработке принципов построения информационно-вычислительной системы (И ВС).

Основной задачей при разработке информационно - вычислительной системы (ИБС) является задача повышения скорости обработки и объема информации полученной от измерительных преобразователей искривления и диаметра ТК, содержащих от 6 до 20 излучающих пьезоэлементов, работающих при частоте опроса до 50 Гц. Для повышения производительности измерений рассмотрены составляющие интервала времени одного измерения и разработана структурная схема ИВС, состоящая из двух основных частеймикропроцессорного контроллера (МПК) и счетчика интервалов времени (СИВ) со схемами управления (рис.5).

Рис.5. Структурная схема информационно-вычислительной системы

МПК состоит из микропроцессора, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), параллель-

ного и последовательного портов, блока приоритетных прерываний и таймера. Все блоки взаимодействуют через шину процессора, состоящую из адресных линий, линий передачи данных и линии управления. Для иници: апизации блоков, входящих в состав МПИ служит дешифратор. К зоне обслуживания МПК также относятся блоки клавиатуры и индикации.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛА.ВЕ анализируются методики расчета отклонений профиля буровых скважин, приводятся оригинальные методики расчета профилей ТК: метод наложенных кривых, тангенциальный метод для случая многоточечных измерений, методика, учитывающая нецентровку корпуса угломера в ТК.

Наиболее известным и простым методом расчета отклонений профиля ТК является метод хорд, в котором приращение координат Дк на к-ом участке измерения определяется по формуле:

N

Дк = Н £ э^пш ,

к ]

где Н - база угломера, ш - текущий угол наклона.

.Таким образом профиль аппроксимируется отрезками с длиной, равной базе угломера Н. Для повышения плотности заполнения профиля расчетными точками разработан метод наложенных хорд, в котором исходный массив данных зенитных углов разбивается на п-ое число подмассивов, нулевые точки которых отстоят друг от друга на величину требуемого шага измерений. При этом объем исходного массива увеличивается за счет повышения частоты опроса угломера.

Получены формулы для оценки погрешности тангенциального метода. Установлено, что погрешность носит чисто методический характер и существенно зависит от величины шага измерения, а также от радиуса кривизны ТК. Величина погрешности пД одного измерения определяется по формуле:

пД= ,

где В - радиус кривизны ТК; И - шаг измерения.

Установлена величина суммарной погрешности метода № для всего технологического канала с длиной I. из выражения:

МД = 1_/Ь- [Р? - л/( К2"Ь2)] ,

которая находится в пределах 0.5 мм.

Разработан метод намерения геометрических параметров ТК и методика расчета отклонений профиля, позволяющие учитывать эффект нецентровки корпуса угломера в ТК. Метод основан на измерении углового смеще-

ния осевой линии угломера относительно оси ТК. Угол расхождения а оси ТК и оси корпуса угломера определяется по формуле:

а = агйд

((С + Р)/2-С)-((А+В)/2-А) Н

где а - погрешность центрирования корпуса угломера; А,В,С,Э - параметры нецентровки.

Привязка координат осевой линии ТК к системе координат гравитационного поля осуществляется автоматически при обработке данных на каждом шаге измерений путем внесения поправки в текущие угловые показания ф! измерителя углов на величину см по формуле:

<рист = ер | ± а I,

где фист - истинный угол наклона оси ТК.

Метод позволяет отделить спектр колебаний чувствительного элемента угломера от спектра колебаний его корпуса, что расширяет возможности анализа и компенсации динамических погрешностей. На рис.б показана схема эффекта нецентровки корпуса угломера в ТК и основные измеряемые параметры.

—осевая ТК осевая корпуса угломера погрешность центрирования

Рис.6. Схема эффекта нецентровки корпуса угломера в ТК

Изучен спектр колебаний чувствительного элемента угломера при движении в ТК. Обоснован выбор частоты опроса ¥ угломера, которая должна быть не менее чем на порядок выше частоты колебаний чувствительного элемента угломера для эффективной обработки данных методом наименьших квадратов.

В ПЯТОЙ ГЛАВЕ приводится программа и результаты исследований и испытаний работоспособности автоматизированной системы контроля в промышленных условиях Смоленской и Курской АЭС.

Оценка воспроизводимости показаний системы по результатам повторных замеров отклонений профиля и диаметра ТК без разворота и с разворотом корпуса устройства на 90 и 180° показала, что результаты отличаются не более чем на 1 мм.

Исследование влияния эффекта нецентровки корпуса угломера в ТК на точность измерения смещения верхней и нижней металлоконструкций реактора показало, что среднестатистическая погрешность определения указанных параметров угломерами без системы компенсации нецентровки (система УКГТКЛ) составляет 2 мм.

Проанализирована чувствительность системы при измерении среднегодовых темпов прироста внутреннего диаметра ТК и высоты коррозионных отложений на стенках ТК. Установлена высокая чувствительность системы по отношению к указанным параметрам, а также наглядность графического представления результатов замеров На рис.6 показана форма представления результатов замеров геометрических параметров ТК и ГК. Графики с достаточной точностью позволяют анализировать прирост внутреннего диаметра ТК, а также прирост высоты коррозионных отложений на стенках ТК.

О 6мм 3-10 О

80мм 80.8

Змм 0

\ -Г-

:

--1 V-

■ V

п

ГГ7 44

-1

рад

1

114 115мм

ип1НУ!

а) б) в) г) д)

Рис.6. Результаты измерения геометрических параметров ТК и ГК РБМК автоматизированной системой УКГТКЛ: а) отклонение профиля ТК; б) искривленность ТК; в) внутренний диаметр ТК; г) отклонение профиля ГК; д) внутренний диаметр ГК

Характеристика искривленности ТК (рис.6,б), получена из кривой профиля ТК по формуле:

к = 0 / Л/,

где р - приращение зенитного угла наклона оси ТК на элементарном участке его длины Л/.

Параметр к позволяет выявлять зоны ТК с наибольшим риском появления напряжений в режимах пульсации давления внутри ТК.

На основании данных многочисленных замеров геометрии ТК и ГК проведен корреляционный анализ отклонений профиля и диаметра ТК и ГК, расположенных в одной ячейке. Проведенный анализ позволяет обосновать вывод о принципиальной возможности экстраполяции данных о искривлении и диаметре ТК на состояние зазора в системе ТК-графит на разных отметках глубины по принципу "есть-нет".

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Разработаны физические основы, методы расчета и принципы конструирования пьезоэлектрических измерительных преобразователей искривления ТК и ГК РБМК: угломер на принципе двух взаимосвязанных маятников, угломер с каплей контрольной жидкости и линейной статической характеристикой, угломеры на принципе трансформации уровня жидкости, угломеры на принципе уровня жидкости с капиппярно-жидкостными волноводами.

2. Разработаны измерительные преобразователи для контроля диаметра ТК и ГК реакторов с использованием сильфонных камер и сильфон-ных компенсаторов, имеющие высокий класс точности.

3. Разработана автоматизированная система контроля геометрических параметров ТК реакторов, основанная на одновременном измерении искривления и диаметра.

4. Разработан оригинальный программно - аппаратный комплекс на базе микропроцессоров, позволяющий вести автоматизированный контроль искривления и диаметра ТК.

5. Созданы оригинальные методики расчета профилей ТК реакторов для случая многоточечных измерений: метод наложенных хорд, тангенциальный метод, методика, учитывающая нецентровку угломера в ТК, которые реализованы в программах расчета.

6. Разработана система автоматизированного контроля геометрических параметров ТК, позволяющая получать информацию о искривлении и диаметре ТК и ГК, на основе которой возможно прогнозирование ресурса безопасной эксплуатации ТК.

7. Произведены промышленные исследования системы на действующих АЭС с РБМК, на основе которых разработаны рекомендации по усовершенствованию системы.

8. На основании данных измерений геометрических параметров ТК и ГК РБМК системой УКГТКЛ сделан качественно новый подход к оценке состояния зазора в системе ТК-графит.

Основные материалы диссертации изложены и опубликованы в работах:

1 .Трофимов А.И., Виноградов С.А. Техника измерения искривления и диаметра технологических каналов ядерных реакторов.- Обнинск: ИАТЭ, 1994.

2.Трофимов А.И., Виноградов С.А., Стасенко В.В. Комплексная диатос-тика технологических каналов энергетических ядерных реакторов в России и за рубежом // Известий ВУЗов. Ядерная энергетика.- Обнинск: ИАТЭ.-1994. №6,- С.44-54.

3.Трофимов А.И., Виноградов С.А.,Стасенко BiB. Автоматизированная система контроля параметров технологических каналов ядерных реакторов // Известия ВУЗов. Ядерная энергетика,- Обнинск:ИАТЭ.-1994. №3.- С.82-87.

4.Трофимов А.И., Ермолаев П.Н., Виноградов С.А. Приборы контроля Геометрических параметров технологических каналов ядерных реакторов на основе пьезоэлектрических преобразователей./ Известия ВУЗов. Ядерная энергетика. Обнинск: №1,1993. - С.77-82.

5.Трофимов А.И., Ермолаев П.Н., Виноградов С.А. и др. Приборы для контроля искривлений технологических каналов реакторов типа РБМК. -Сборник научных трудов кафеДры автоматики, контроля и диагностики АЭС, Обнинск, 1990. - С.44 - 51.

6.Трофимов А.И., Ермолаев П.Н., Виноградов С.А. Приборы контроля геометрических параметров ядерных реакторов на основе пьезоэлектрических преобразователей. Сборник научных трудов кафедры "Автоматика, Контроль и Диагностика АЭС" ИАТЭ. Обнинск. 1993. Т.Ермолаев П.Н., Трофимов А.И., Виноградов С.А. Пьезоэлектрические приборы для измерения искривлений технологических каналов ядерных реакторов.- Измерительная техника, М.:изд. стандартов, №7, 1993.

. 8.A.C. N 1703971 СССР Устройство для измерения углов наклона, Виноградов С.А., Ермолаев П.Н., 1991 г., Бюл N 1.

9.Пат.ент по заявке №93002959/28 (Россия). Ультразвуковой измеритель смещений / Ермолаев П.Н., Трофимов А.И., Виноградов С.А. Положительное решение от 4.4,94.

10.А.С. № 1679193 (СССР).Ультразвукобой маятниковый угломер / Ермолаев П.Н., Виноградов С.А. - Опубл. В Б.И., 1991, № 35.

11 .А.С.Ма 1659706 (СССР). Устройство для определения угла наклона/ Трофимов А.И., Ермолаев П.Н., Виноградов С.А. Оп.в Б.И.,1991,№24.

12.Трофимов А.И., Виноградов СЛ., Ермолаев П.Н и др. Приборы для контроля искривлений технологических каналов ядерных реакторов. -Сборник докладов всесоюзной конференции "Научно-технические проблемы безопасности АЭС и проблемы подготовки специалистов для нужд ядерной энергетики", Обнинск, 1989.

13.Трофимов А.И., Виноградов С.А., Ермолаев П.Н. Устройства контроля геометрических параметров физических установок на базе ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей. - Труды международной научно -практической конференции "Пьезоэлектрические приводы и датчики", Обнинск, 1993.

14.Трофимов А.И., Виноградов С.А.,Стасенко В.В. Пьезоэлектрический угломер с капиллярно - жидкостными волноводами. Труды международной научно - практической конференции "Пьезотехника - 94", Томск, 1994.

15.Виноградов С.А. Датчики для измерения искривлений технологических каналов ядерных реакторов типа РБМК-1000,-Тезисы докладов 2-ой научно - технической конференции молодых ученых ИАТЭ, Обнинск: 1991. - С. 8-13.

16.Трофимов А.И., Гаджиев М.С.,Виноградов СЛ., Сандалюк И.В. Применение пьезоэлектрических преобразователей для измерения параметров ЯЭУ. - Сборник докладов 3-ей международной конференции "Научно-технические проблемы безопасности АЭС и проблемы подготовки специалистов для нужд ядерной энергетики", Обнинск, 1993.

М.Трофимов А.И., Виноградов СЛ., АнсимовЛ.Я., Ермолаев П.Н. Автоматизированная система диагностики технологических каналов ядерных реакторов. - Семинар секции динамики НТС МАЭ РФ "Методы и технические средства диагностирования ЯЭУ". - Обнинск, ГНЦ ФЭИ 1994.

18.Трофимов А.И., Виноградов СЛ. Применение пьезоэлектрических измерительных преобразователей для контроля геометрических параметров технологических каналов ядерных реакторов. - Тезисы докладов международного симпозиума "Сегнето-пьезоэлеюрические материалы и их применение", Москва, 1994.

19.Патент по заявке N293003715/28 от 18.01.93, (Россия). Ультразвуковой датчик угла наклона / Ермолаев П.Н., Трофимов А.И., Виноградов СЛ. Положительное решение от 2.2.95.

20.Патентлозаявке N593012982/25 от 11.03.93, (Россия). Ультразвуковой двухкоординатный измеритель наклона / Трофимов А.И., Виноградов СЛ. Положительное решение от 2.02.95.