УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СНИМАЕМОЙ АЛЬФА-ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ТВЭЛА Российский патент 2024 года по МПК G21C17/06 G01T1/16 

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно - к контролю снимаемой альфа-загрязненности твэлов и может быть применено при производстве твэлов для ядерных реакторов.

Известен способ определения поверхностной загрязненности и устройство отбора проб с загрязненной поверхности. Способ определения загрязненности исследуемой поверхности основан на создании тракта нагнетания-отсоса воздуха. При этом нагнетают воздух в замкнутый объем под углом к исследуемой поверхности, сдувают с исследуемой поверхности и осаждают загрязнения, пропуская поток воздуха через фильтр. Затем анализируют количество и активность радионуклидов, осажденных на фильтре, и пересчитывают их на единицу площади исследуемой поверхности. Для реализации этого способа предложено устройство для отбора проб с загрязненной поверхности, состоящее из корпуса, внутри которого установлен фильтрующий элемент с подводящими и отводящими патрубками, отсасывающего насоса. Нижняя часть корпуса выполнена открытой. Кроме того, подводящие патрубки соединены с отверстиями, выполненными в нижней части корпуса и расположенными под углом к исследуемой поверхности. Способ и устройство предназначены для выполнения контроля за окружающей средой, в том числе для контроля загрязненности различных твердых поверхностей (патент РФ на изобретение №2408003, G01N 15/00, опубликован 27.12.2010 г.).

Указанный способ и устройство решают задачи контроля радиоактивной зараженности окружающей среды и не предназначены для определения альфа-загрязненности находящихся в производстве длинных и тонких твэлов.

Известен способ автоматического контроля снимаемой альфа-загрязненности твэлов, при применении которого контролируемый твэл подают пошагово на позицию контактирования его поверхности с материалом, выполненным в виде тканевой ленты, причем ленту также пошагово поперечно направляют к твэлу, при этом поверхность последнего механически плотно обжимают лентой снизу с нормированным усилием, не превышающим предела прочности тканевой ленты и твэла, но достаточным для сорбции в нее альфа-частиц, затем твэл протягивают через ленту до получения сухого мазка (пятна), снимают поджимающее механическое усилие и перемещают ленту с полученным пятном на шаг под установленный над ней α-детектор, регистрирующий наличие загрязненности, причем обзорная возможность детектора должна превышать размер пятна контакта, после чего уровень загрязнения твэла определяют в установленном порядке с использованием известного измерительного оборудования (патент РФ на изобретение №2615036С1, Заявка №2016104856 от 12.02.2016, MTIK: G01T 1/16).

Основными недостатками данного способа является недостаточно высокая точность контроля снимаемой альфа-загрязненности твэлов, обусловленная отсутствием исходных данных по возможной предварительной альфа-загрязненности используемой ленты, а также невозможность оценки физической загрязненности стенки тепловыделяющей сборки. Таким образом, отсутствие механизации автокалибровки детектора и необходимость создания специального рабочего места по обращению с кассетами (хранение, дезактивация, перегрузка использованных и свежих рулонов ленты) значительно усложняют эксплуатацию устройства.

Известен способ автоматического контроля снимаемой альфа-загрязненности твэлов и устройство для его реализации, согласно которому твэл подают с помощью транспортного средства в узел снятия мазка на позицию контактирования его поверхности с тканевой лентой, направленной к твэлу поперечно его оси, затем в узле снятия мазка производят плотное обжатие поверхности твэла лентой, далее твэл протягивают через узел снятия мазка, снимают его обжатие, после этого перемещают ленту с полученным активным пятном контакта на мазке по направляющим роликам на заданный шаг в узел детектирования, где радиометром производят регистрацию α-активности пятна контакта на мазке, далее расчетом определяют уровень снимаемой α-загрязненности поверхности твэла и формируют сигнал о качестве твэла, кроме того, контролируют количество израсходованной ленты и по мере необходимости производят замену рулонов ленты на питающей и приемной катушках, при этом перед процедурой штатного контроля снимаемой α-загрязненности поверхности твэлов калибруют чувствительность радиометра β по эталонной мере α-активности, встроенной в узел детектора, устанавливают заданную силу трения F_к в узле обжатия твэла и показатель чувствительности коэффициента снятия мазка к вариации силы трения λ, устанавливают время измерения скорости счета n_сч исходя из заданной статистической точности измерения скорости счета и площади активного пятна контакта на мазке, калибруют коэффициент снятия мазка K_к по испытательным образцам с известной величиной снимаемой α-загрязненности поверхности твэла (калибрам), при штатном контроле твэл протягивают через зону обжатия, контролируя при этом силу трения скольжения твэла по обжатой ленте F, после снятия обжатия, перемещения ленты с мазком на шаг l_ш под радиометр и измерения скорости счета n_сч от α-активности пятна контакта на мазке производят расчет плотности потока α-частиц q, усредненной по протертой поверхности твэла, по формуле q=n_сч/(β*K), где K=K_к*[l+λ*(F*F^l_к-1)] (патент РФ на изобретение №2687081, Заявка: 2018121235 от 07.06.2018, МПК: G21C 17/06 (2006.01), G21C 17/06 (2018.08), G21C 21/00 (2018.08) - прототип).

Недостатками указанного способа является то, что для контроля необходимо предварительно установить заданную силу трения F_к в узле обжатия твэла и показатель чувствительности коэффициента снятия мазка к вариации силы трения λ, установить время измерения скорости счета n_сч исходя из заданной статистической точности измерения скорости счета и площади активного пятна контакта на мазке, откалибровать коэффициент снятия мазка K_к по испытательным образцам с известной величиной снимаемой альфа-загрязненности поверхности твэла (калибрам), что ведет с значительному усложнению процесса, его удорожанию и снижению точности измерений. Также недостатком является сложность обеспечения одинакового коэффициента снятия мазка при наличии конической части твэла, как, например, у твэлов ТВС РУ БРЕСТ-ОД-300.

Задачей предложенного изобретения является устранение указанных недостатков и создание устройства для автоматизации контроля снимаемой альфа-загрязненности твэла, применение которого позволит значительно упростить процесс определения альфа-загрязненности с обеспечением требуемой степени точности.

Решение указанной задачи достигается тем, в предложенное устройство для автоматизации контроля снимаемой альфа-загрязненности твэла, содержащее устройство с обтирочной лентой, механизм обжима ленты к поверхности твэла, блок пружин, датчик усилия и нормирующий преобразователь, привод линейного перемещения, согласно изобретению, дополнительно введено устройство задания усилия обжатия, вычитающее устройство и пропорционально-интегрирующий регулятор, при этом выход устройства задания усилия обжатия подключен к первому неинвертирующему входу вычитающего устройства, ко второму вычитающему входу которого подключен выход нормирующего преобразователя датчика усилия, выход вычитающего устройства подключен ко входу пропорционально-интегрирующего регулятора, выход которого подключен ко входу двигателя привода линейного перемещения.

Сущность предложенного технического решения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан контролируемый твэл, на фиг.2 приведена принципиальная схема предложенного устройства.

На фиг.1 обозначено:

D₁ - минимальный диаметр твэла;

D₂ - максимальный диаметр твэла;

L₁ - длина конусной части твэла.

На фиг.1 и фиг.2 обозначено:

1 - контролируемый твэл;

2 - лента обтирочная хлопчатобумажная;

3 - катушки с обтирочной лентой;

4 - механизм обжатия твэла;

5 - блок пружин;

6 - датчик усилия;

7 - нормирующий преобразователь;

8 - привод линейного перемещения;

9 - приводной двигатель;

10 - устройство задания усилия обжатия;

11 - вычитающее устройство;

12 - пропорционально-интегральный регулятор (ПИ-регулятор).

Устройство для автоматизации контроля снимаемой альфа-загрязненности контролируемого твэла 1, содержит ленту обтирочную хлопчатобумажную 2, намотанную на катушки 3, механизм обжатия твэла 4 с блоком пружин 5, датчик усилия 6 с нормирующем преобразователем 7, привод линейного перемещения 8 с приводным двигателем 9. В устройство дополнительно введено устройство задания усилия обжатия 10, вычитающее устройство 11 и пропорционально-интегральный регулятор (ПИ-регулятор). 12.

Выход устройства задания усилия обжатия 10 подключен к первому неинвертирующему входу вычитающего устройства 11. Ко второму инвертирующему входу вычитающего устройства 11 подключен выход нормирующего преобразователя 7 датчика усилия 6. Выход вычитающего устройства подключен ко входу ПИ-регулятора 12, выход которого соединен со входом приводного двигателя 9.

Предложенное устройство для автоматизации контроля снимаемой альфа-загрязненности твэла работает следующим образом.

Контролируемый твэл 1 подается в исходное положение снятия мазка. На выходе устройства задания усилия обжатия 10 устанавливается значение сигнала, соответствующее определенному коэффициенту снятия, механизм обжатия начинает обжим твэла лентой до значения сигнала на выходе нормирующего преобразователя датчика усилия, отличающегося на величину «ошибки» замкнутой системы управления И_з=И_нп+Δ. Транспортная система установки начинает перемещение твэла через устройство снятия мазка. За счет конической формы части твэлва, путем воздействия боковой составляющей усилия протяжки, происходит увеличение сигнала на выходе нормирующего преобразователя датчика усилия и величина И_нп становится больше значения И_з, сигнал ошибки на выходе вычитающего устройства приобретает отрицательное значение, что приводит к изменению полярности сигнала на выходе ПИ-регулятора и реверсивной отработке привода механизма на большее раскрытие губок обжимающего устройства до восстановления равенства И_з=И_нп+Δ, где |Δ|≤Δ_доп.

Данный процесс будет осуществляться непрерывно в процессе снятия мазка с динамической погрешностью, обусловленной коэффициентами настройки ПИ-регулятора.

Использование предложенного технического решения позволит создать устройство для автоматизации контроля снимаемой альфа-загрязненности твэла, применение которого даст возможность значительно упростить процесс определения альфа-загрязненности с обеспечением требуемой степени точности.

Изобретение относится к средствам контроля снимаемой альфа-загрязненности твэлов и может быть применено на объектах использования атомной энергии. Устройство для автоматизации контроля снимаемой альфа-загрязненности твэла содержит устройство с обтирочной лентой, механизм обжима ленты к поверхности твэла, блок пружин, датчик усилия и нормирующий преобразователь, привод линейного перемещения. Дополнительно введено устройство задания усилия обжатия, вычитающее устройство и пропорционально-интегрирующий регулятор. Выход устройства задания усилия обжатия подключен к первому неинвертирующему входу вычитающего устройства, ко второму вычитающему входу которого подключен выход нормирующего преобразователя датчика усилия. Выход вычитающего устройства подключен ко входу пропорционально-интегрирующего регулятора, выход которого подключен ко входу двигателя привода линейного перемещения. Техническим результатом является возможность создать устройство для автоматизации контроля снимаемой альфа-загрязненности твэла, применение которого позволит упростить процесс определения альфа-загрязненности с обеспечением требуемой степени точности. 2 ил.

Устройство для автоматизации контроля снимаемой альфа-загрязненности твэла, содержащее устройство с обтирочной лентой, механизм обжима ленты к поверхности твэла, блок пружин, датчик усилия и нормирующий преобразователь, привод линейного перемещения, отличающееся тем, что в него дополнительно введено устройство задания усилия обжатия, вычитающее устройство и пропорционально-интегрирующий регулятор, при этом выход устройства задания усилия обжатия подключен к первому неинвертирующему входу вычитающего устройства, ко второму вычитающему входу которого подключен выход нормирующего преобразователя датчика усилия, выход вычитающего устройства подключен ко входу пропорционально-интегрирующего регулятора, выход которого подключен ко входу двигателя привода линейного перемещения.