СПОСОБ КОНТРОЛЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ГЕЛИЯ В ТВЭЛЕ Российский патент 2024 года по МПК G21C17/06 

Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано при изготовлении тепловыделяющих элементов (твэлов) на этапе проведения контроля концентраций гелия в них, в частности, в условиях конвейерного производства твэлов.

Известен резонансный метод контроля давления гелия в твэлах ТВС РУ ВВЭР-1000, рассмотренный в работах «Неразрушающие ультразвуковые методы исследования облученного топлива ядерных реакторов. (ОАО «ГНЦ НИИАР», 2013) и «Автоматизированная система контроля давления и состава газа в твэлах ядерных реакторов» (Юбилейный сборник трудов МИФИ, 2002).

Данный метод реализован в виде установки на НЗХК.

Метод заключается в возбуждении и регистрации определенных резонансных колебаний оболочки твэлов в области топливного столба. Основным принципом работы служит тот факт, что увеличение давления гелия в твэле приводит к улучшению акустической связи между оболочкой твэла и таблетками топливного столба, что приводит к уменьшению добротности механической колебательной системы.

Известен способ и устройство контроля сплошности топливного столба для его реализации, при применении в измерительной системе реализован способ, основанный на возбуждении внутри газовой полости твэла ультразвуковых резонансных колебаний столба газа и регистрации резонансных частот и их изменения при импульсном тепловом воздействии на канальный участок поверхности оболочки твэла. (патент РФ на изобретение №2222063, Заявка: 2001134087/06, 13.12.2001, МПК: G21C 17/00 (2000.01) - прототип).

Состав и давление газовой среды определяют по значениям резонансных частот и динамике их изменения вследствие импульсного нагрева оболочки, с использованием градуировочных зависимостей.

Скорость изменения частоты газового резонанса после теплового воздействия зависит от исходного давления гелия или от его концентрации и служит информативным параметром при измерениях.

Недостатком данной схемы измерения является необходимость регистрации и анализа динамически изменяющейся амплитудно-частотной характеристики системы при импульсном нагреве, что приводит к усложнению процесса измерения, низкая точность измерения концентрации гелия в твеле.

С точки зрения автоматизации, более предпочтительным является подход, использующий методы контроля амплитуды резонанса.

Задачей изобретения является повышение точности измерения концентрации гелия в твэле.

Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном способе контроля концентрации гелия в твэле, основанном на возбуждении внутри газовой полости твэла ультразвуковых резонансных колебаний столба газа, регистрации и анализе частотных характеристик твэла, согласно изобретению, при контроле твэл в зоне топливного столба горизонтально устанавливают на двух опорах, одну из которых механически соединяют с выходом ультразвукового излучателя, а другую - с входом ультразвукового приемника и производят снятие амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) твэла в диапазоне 50÷350 кГц, далее выполняют два последовательных поворота твэла вокруг продольной оси на 120° со снятием АХЧ, после чего АХЧ усредняют по трем полученным значениям, затем, по изменению амплитуды в контрольных значениях частот, соответствующих резонансам топливных таблеток, относительно результатов, полученных в эталонных образцах с известной концентрацией гелия, определяют концентрацию гелия в контролируемом твэле.

В варианте применения способа, предварительно контролируют суммарный зазор в топливных таблетках и по его значению определяют корректирующий коэффициент для определения действительной концентрации гелия.

Сущность предложенного изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показано устройство для реализации предложенного способа контроля, на фиг 2 показан поперечный разрез А-А устройства механизма нормированного поворота твэла, на фиг. 3 показан поперечный разрез Б-Б устройства механизма нормированного поворота твэла, на фиг. 4 показан поперечный разрез В-В устройства механизма нормированного поворота твэла.

На фигурах обозначено:

1 - контролируемый твэл;

2 - ролики транспортной системы с механизмом вертикального перемещения;

3 - излучатель ультразвуковых колебаний;

4 - приемник ультразвуковых колебаний;

5 - подъемно-поворотный механизм;

6 - блок управления и контроля;

7 - поворотные ролики;

8 - паразитная шестерня;

9 - механизм нормированного поворота твэла;

10 - зубчатая рейка;

11 - механизм подъема.

12 - ложемент;

13 - обгонная муфта.

Предложенный способ реализуется следующим образом:

Контролируемый твэл 1 (далее - твэл) при помощи роликов 2 транспортной системы с механизмом вертикального перемещения; вводится на позицию контроля, так чтобы оси излучателя 3 и приемника 4 ультразвуковых колебаний размещенные на основании подъемно-поворотного механизма 5 и подключенные к блоку управления и контроля 6, находились в зоне топливного столба твэла. При опускании роликов 2 транспортной системы с механизмом вертикального перемещения; твэл выкладывается на поворотные ролики 7 подъемно-поворотного механизма 5. Поворотные ролики 7 через паразитную шестерню 8 связаны между собой для обеспечения поворота твэла в одну строну и размещены на подвешенном относительно основания механизма нормированного поворота твэла 9. Один из поворотных роликов связан с зубчатой рейкой 10, соединяемой с механизмом подъема 11. Ход рейки, до контакта с основанием механизма нормированного поворота твэла 9 выбран таким образом, чтобы обеспечивать поворот твэла на 120° вокруг продольной оси. При подъеме подъемно-поворотный механизм 5 за счет относительного движения рейки 10 выполняется поворот твэла вокруг продольной оси на 120°, после чего твэл 1 вывешивается на ложементы 12 излучателя 3 и приемника 4 ультразвуковых колебаний, при этом происходит отрыв твэла от поворотных роликов 7. При помощи блока управления и контроля 6 формируется частота возбуждения излучателя 3 ультразвуковых колебаний в диапазоне от 50 до 350 кГц с одновременной регистрацией выходного сигнала с приемника 4 ультразвуковых колебаний. Поворотные ролики 7 связаны с зубчатой рейкой 10 через обгонные муфты 13 таким образом, чтобы обеспечивать поворот твэла на 120 вокруг продольной оси только при движении вверх, причем при движении вниз твэл не вращается, что позволяет за три подъема провернуть твэл на 360° вокруг продольной оси и снять его АЧХ в трех положениях.

По результатам эксперимента выполняют построение амплитудно-частотной характеристики. Полученная АЧХ на резонансных частотах топливных таблеток сравнивается с АЧХ, полученными на известных концентрациях гелия в твэле и при минимальном суммарном зазоре в топливном столбе, после чего определяется концентрация гелия в твэле.

При суммарном зазоре в топливном столбе, отличном от исходного, эталонного, результат измерения концентрации гелия корректируется с учетом поправочного коэффициента, связанного с количественной оценкой суммарного зазора.

Использование предложенного технического решения позволит упростить процесс определения концентрации гелия в твэле, и повысить точность измерения концентрации гелия в твэле.

Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано при изготовлении тепловыделяющих элементов (твэлов) на этапе проведения контроля концентраций гелия в них, в частности, в условиях конвейерного производства твэлов. Способ контроля концентрации гелия в твэле основан на возбуждении внутри газовой полости твэла ультразвуковых резонансных колебаний столба газа, регистрации и анализе частотных характеристик твэла. При контроле твэл в зоне топливного столба горизонтально устанавливают на двух опорах, одну из которых механически соединяют с выходом ультразвукового излучателя, а другую - с входом ультразвукового приемника, и производят снятие амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) твэла в диапазоне 50÷350 кГц. Выполняют два последовательных поворота твэла вокруг продольной оси на 120° со снятием АЧХ, после чего АЧХ усредняют по трем полученным значениям. По изменению амплитуды в контрольных значениях частот, соответствующих резонансам топливных таблеток, относительно результатов, полученных в эталонных образцах с известной концентрацией гелия, определяют концентрацию гелия в контролируемом твэле. Изобретение позволяет повысить точность измерения концентрации гелия в твэле. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ контроля концентрации гелия в твэле, основанный на возбуждении внутри газовой полости твэла ультразвуковых резонансных колебаний столба газа, регистрации и анализе частотных характеристик твэла, отличающийся тем, что при контроле твэл в зоне топливного столба горизонтально устанавливают на двух опорах, одну из которых механически соединяют с выходом ультразвукового излучателя, а другую - с входом ультразвукового приемника, и производят снятие амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) твэла в диапазоне 50÷350 кГц, далее выполняют два последовательных поворота твэла вокруг продольной оси на 120° со снятием АЧХ, после чего АЧХ усредняют по трем полученным значениям, затем по изменению амплитуды в контрольных значениях частот, соответствующих резонансам топливных таблеток, относительно результатов, полученных в эталонных образцах с известной концентрацией гелия, определяют концентрацию гелия в контролируемом твэле.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительно контролируют суммарный зазор в топливных таблетках и по его значению определяют корректирующий коэффициент для определения действительной концентрации гелия.