СПОСОБ КОНТРОЛЯ ВЕЛИЧИНЫ ПЕРЕКРЫТИЯ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ ВЕРХНЕГО ТРАКТА С ФЛАНЦЕМ ГРАФИТОВОЙ КОЛОННЫ КАНАЛЬНОГО ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Российский патент 2002 года по МПК G21C17/00 G21C17/10 G21C19/00 

Предложение относится к технике эксплуатации ядерных энергетических реакторов типа РБМК и может быть использовано при контроле состояния реактора и графитовой кладки.

Графитовая кладка реактора РБМК-1000 находится под сложным воздействием эксплуатационных факторов, важнейшими из которых являются повышенная температура и реакторное облучение. Вследствие этого графитовые блоки претерпевают необратимые изменения первоначальных геометрических размеров за счет протекания процессов термодинамической ползучести и радиационного роста. Характер изменения линейных размеров графитовых блоков в зависимости от флюенса нейтронного облучения очень сложный, хотя в общих чертах радиационное формоизменение графита всех марок одинаково - это усадка блоков до достижения критического флюенса и их последующее распухание.

Для оценки работоспособности и подтверждения ресурса реакторов данного типа периодически должен проводится ряд измерений, в том числе и высоты графитовых колонн. Графитовая колонна активной зоны реактора цилиндрическим хвостовиком фланца образует с верхним трактом реактора телескопическое соединение, которое при эксплуатации реактора компенсирует линейные формоизменения графитовой колонны. Величина перекрытия или зацепления этого телескопического соединения строго регламентирована и должна составлять 225 мм на новом реакторе. При усадке блоков графитовой колонны эта величина уменьшается, но не должна быть меньше 80 мм. Это предельное состояние, свидетельствующее о выработке реактором проектного ресурса. В связи с изложенным, величина перекрытия телескопического соединения верхнего тракта с фланцем графитовой колонны должна периодически контролироваться. Однако проведение указанного контроля затруднено тем обстоятельством, что внутри ячейки реактора, образованной верхним трактом и хвостовиком фланца графитовой колонны, находится технологический канал, являющийся основным конструктивным элементом активной зоны реактора. Для осуществления контроля величины перекрытия телескопического соединения верхнего тракта с фланцем графитовой колонны технологический канал вырезают и вертикальным перемещением извлекают из реактора. В ячейку с палубы центрального зала заводят эндоскоп или перископ и опускают его объектив до глубины расположения телескопического соединения (см. фиг.1). При этом определяют и строго фиксируют высотные отметки торца хвостовика фланца графитовой колонны и первого внутреннего бурта на трубе верхнего тракта. По результатам замеров определяют размер "Б". Поскольку в соответствии с конструкторской документацией на реактор РБМК-1000 расстояние от первого внутреннего бурта на трубе верхнего тракта до нижнего торца тракта известно и составляет 330 мм (размер "В"), от этой величины вычитают вычисленную величину "Б". Разность этих двух величин: проектного размера 330 мм и вычисленной величины "Б" дает искомую величину "А" перекрытия телескопического соединения.

Известен способ контроля величины перекрытия телескопического соединения верхнего тракта с фланцем графитовой колонны канального ядерного реактора, включающий определение высотных отметок торцов, сопрягаемых в соединении узлов и последующее вычисление величины перекрытия [1].

Недостатком известного способа, является то, что это не прямой замер искомой величины, а косвенный.

Кроме того, недостатком известного способа является необходимость извлечения и последующей утилизации технологического канала и постановки в ячейку нового.

Целью предложенного технического решения является прямой замер величины перекрытия телескопического соединения без извлечения технологического канала из ячейки реактора.

Поставленная цель достигается за счет того, что в способе контроля величины перекрытия телескопического соединения верхнего тракта с фланцем графитовой колонны ядерного реактора РБМК-1000, включающем определение высотных отметок торцов, сопрягаемых в соединении узлов и последующее вычисление величины перекрытия, на телескопическое соединение воздействуют переменным магнитным полем, улавливают ответный сигнал, фиксируют по нему изменение величины магнитного сопротивления граничных участков телескопического соединения и по расстоянию между этими изменениями судят о величине перекрытия. При этом целесообразно на телескопическое соединение воздействовать переменным магнитным полем с частотой 50-500 Гц.

Сопоставительный анализ заявленного технического решения позволил выявить отличительные признаки, что доказывает соответствие заявляемой совокупности признаков критерию изобретения "Новизна".

При поиске аналогов и прототипа не обнаружены технические решения, сходные с отличительными признаками заявляемого решения, что доказывает соответствие заявляемой совокупности признаков критерию изобретения "Изобретательский уровень".

Сущность предлагаемого способа раскрывается применительно к реактору РБМК-1000, фрагмент верхней части ячейки которого изображен на фиг.1 с предварительно извлеченной тепловыделяющей сборкой.

На фиг. 2 представлен полученный ответный сигнал (Г), совмещенный со схематически изображенным телескопическим соединением верхнего тракта реактора с хвостовиком фланца графитовой колонны (Д), нониусом глубины погружения электромагнитного датчика от отметки верхнего торца тракта (отм. +19.840) (Е) и нониусом замера величины перекрытия (Ж).

Конструктивной особенностью реактора РБМК-1000 является то, что верхний тракт 1 реактора и хвостовик 2 фланца 3 графитовой колонны 4 выполнены из стали перлитного класса. Технологический канал 5 в зоне телескопического соединения выполнен из аустенитной стали марки 08Х18Н9Т, не являющейся ферромагнитным материалом.

В полость технологического канала 5 через паровую трубу 6 обоймы 7 верхнего тракта 1 вводят дифференциальный датчик 8 электромагнитного излучения и вертикальным перемещением опускают до высотной отметки расположения телескопического соединения верхнего тракта 1 с фланцем 3 графитовой колонны 4. На телескопическое соединение воздействуют переменным магнитным полем с частотой 50-500 Гц. При этом воздействие ведется через стенку технологического канала 5 без ослабления магнитного поля. Одновременно улавливают и фиксируют (записывают) ответный сигнал (фрагмент Г фиг.2) о величине магнитного сопротивления участков телескопического соединения. Поскольку на границах перекрытия имеет место конструктивное изменение толщины магнитного материала, то при пересечении магнитным полем границ телескопического соединения наблюдается резкое изменение величины магнитного сопротивления, которое фиксируют электронной аппаратурой.

Отклик датчика на конструктивное изменение толщины магнитного материала состоит в изменении амплитуды импульсов, а именно: при переходе от тонкой трубы к толстой амплитуда импульсов уменьшается, а при обратном переходе - увеличивается. При воздействии электромагнитного поля на участки трубных конструкций реактора с постоянным магнитным сопротивлением, т.е. неизменной толщины, сигнал ответа остается постоянным и амплитуда импульсов не изменяется. В процессе сканирования зоны телескопического соединения сигнал с датчика оцифровывается и сохраняется в памяти компьютера в виде файла.

Как видно из фрагментов Д и Е фиг.2 границы телескопического соединения верхнего тракта с фланцем графитовой колонны находятся на глубине от палубы реакторного зала на 7525 мм - это глубина нижнего торца тракта и 7400 мм - это глубина верхнего торца хвостовика фланца. Разность этих значений дает величину перекрытия, равную 125 мм. В то же время расстояние между пиками сигнала ответа (фрагмент Г фиг.2) об изменении величины магнитного сопротивления граничных участков телескопического соединения по нониусу фрагмента Ж фиг. 2 также составляет 125 мм, что свидетельствует об удовлетворительной величине перекрытия и о возможности дальнейшей эксплуатации реактора.

Указанная выше диаграмма записана с реальной ячейки 31-56 2-го энергоблока Курской АЭС и подтверждает практическую осуществляемость предложенного способа.

Магнитные свойства охватывающих датчик конструкций изменяются при прохождении датчиком торцов, буртов, уступов, расточек этих конструкций и на границах этих конструктивных изменений толщин наблюдаются резкие изменения амплитуды ответного сигнала за счет изменения величины магнитного сопротивления этих участков.

Необходимо отметить, что отклик датчика на наличие градиента (конструктивное изменение толщины) зависит от расстояния между датчиком и вызвавших градиент магнитных свойств переходом, а также от наличия экранирующих электромагнитное поле материалов. Поэтому наличие небольших уступов на трубах, расположенных ближе к датчику может вызвать отклик, сравнимый по амплитуде с откликом от границ телескопического соединения. Для корректного выделения сигнала от таких уступов программа обработки содержит подпрограмму распознавания формы сигнала, исходные данные для которой получены на стендовых калибровочных измерениях. В дальнейшем специальная программа обработки измеренных данных находит в файле положения торцов телескопического соединения и с использованием аналогичных файлов, полученных на стенде при разных величинах перекрытия, вычисляет искомую величину перекрытия контролируемой ячейки. Датчиком для сканирования телескопического соединения может служить совмещенный электромагнитный датчик, содержащий две сигнальные, включенные встречно обмотки и одну возбуждающую обмотку. На эту обмотку подается переменное синусоидальное напряжение с частотой в диапазоне 50-500 Гц и амплитудой 1-10 В. На сигнальных обмотках наводится сигнал, амплитуда которого зависит от градиента магнитных свойств среды вблизи датчика.

Таким образом, совокупное выполнение признаков заявленного способа контроля величины перекрытия телескопического соединения верхнего тракта с фланцем графитовой колонны ядерного реактора РБМК-1000 позволяет провести прямой контроль величины перекрытия без извлечения и замены технологического канала.

Источник информации
1. Регламент эксплуатационного контроля технологических каналов, каналов СУЗ и графитовой кладки реакторов РБМК-1000, НИКИЭТ, 1993 г., инв. Е040-2703, стр. 7, 8, 10, 18, 19, 23.

Использование: в технике эксплуатации реакторов типа РБМК для проведения прямого контроля величины перекрытия без извлечения и замены технологического канала. Сущность изобретения: на телескопическое соединение воздействуют переменным магнитным полем, улавливают ответный сигнал, фиксируют по нему изменение величины магнитного сопротивления граничных участков телескопического соединения и по расстоянию между этими изменениями судят о величине перекрытия; воздействие ведут переменным магнитным полем с частотой 50-500 Гц. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ контроля величины перекрытия телескопического соединения верхнего тракта с фланцем графитовой колонны канального ядерного реактора, включающий определение высотных отметок торцов сопрягаемых в соединении узлов и последующее вычисление величины перекрытия, отличающийся тем, что на телескопическое соединение воздействуют переменным магнитным полем, улавливают ответный сигнал, фиксируют по нему изменение величины магнитного сопротивления граничных участков телескопического соединения и по расстоянию между этими изменениями судят о величине перекрытия. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что воздействие ведут переменным магнитным полем с частотой 50-500 Гц.