Способ обнаружения развивающейся межконтурной течи в парогенераторе Советский патент 1991 года по МПК G01M3/24 

(46) 07.09.91. Бюл. № 33

(21)43241144/28

(22)U6.10.87

(72) B.C. Югай, Ф.А. Козлов, A.Hi Волов и С.А. Морозов

(53)620.165.23(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР №1104369, кл. G 01 М 3/24, 1982.

(54)СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ РАЗВИВАЮи1ЕЙСЯ МЕЖКОНТУРНОЙ ТЕЧИ В ПАРОГЕНЕРАТОРЕ

(57)Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и позволяет повысить чувствительность и

достоверность обнаружения развивающейся межконтурной течи в парогенераторе с натриевым теплоносителем. При появлении течи регистрируется повышение уровня шума в контролируемых полосах частот. Одновременно регистрируется возникновение максимума в спектре шума истекающей струи.Вследствие саморазвития течи воды в натрий и ее увеличения регистрируется последовательное увеличение шума и смещение частоты максимума в спектре шума истекающей струи. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в атомной энергетике, химической технологии, металлургической промыйшенности, теплоэнергетике, преимущественно для обнаружения течей в парогенераторе АЭС.

Цель изобретения - повышение чувствительности и достоверности путем регистрации развития течи по вгорог у параметру - частоте, не зависящему от первого уровня акустического сигнала.

На чертеже изображено устройство для реализации способа.

Устройство содержит акустический датчик 1, соединенный с предварительным усилителем 2, выходы которого соединены с двумя параллельными цепочками: блок определения превышения уровня, включающий четьфехполосовой фильтр. 3, детектор 4 интегрального уровня, регулятор 5 уровня,схема 6 сравнения, формярояатель 7 сигнала

течИ и блок измерения сдвига частоты максимума, включающий прибор 8 для исследования корреляционных характеристик, прибор 9 для исследования энергетического спектра сигналов и вычислительный блок 10.

Способ обнаружения развивающейся межконтурной течи в парогенераторе осуществляется следующим образом.

В результате течи воды в натрий генерируется широкополосный шум в диапазоне частот по меньшей мере 1 - 200 кГц, измерения в котором по техническим возможностям в условиях промышленного парогенератора более предпочтительно.

Первоначально образовавшаяся микротечь порядка 0,1 г/с способна стремительно развиться за время порядка 30 с до (большой) порядка десятков грамм в секунду и вызвать катастрофические разрушения парогенератора. При этом существующие средства и системк конт(Л

I

txijiii IK; нсегда сш собны обеспечить гляонврр.мяниое обнаружение таких ге.чей,

При уяеличеиин течи уровень П1ума tmr pacTc-ier во всем спектре, причем эаписимости зфовня шума от величины течи в звуковой-и ультразвуковой области частот отличаются.

Акустический шум, возникающий при течи, обусловлен как взаимодействием воды с натрием, так и-истечением струи пара в натрий. Регистрация только акта превышения .акустическим си1 на- лом начальной пороговой уставки в случае течи без учета влияния другой состaвляюp eй гаума течи - шума истекающей в натрий струи пара, снижает достоверность обнаружения течи, что связано с возможностью изменения фонового уровня шума.

Дпя Достижения указанной цели предлагается в способе обнаружения течи в парогенераторе натрий-вода наряду с измерением возрастания уровня шума при течи в контролируемых полосах час тот регшизовать вклад шума истекающей струи пара путем измерения сдвига частоты максимума в спектре шума течи. С возникновением течи возрастает уровень гаума в различных полосах час- тот исследуемого спектра. Наряду с отмеченным фактом существует еще одни признак течи: уменьшение частоты мак симума, соответствующех о частоте турбулентных пульсаций струи по мере развития течи. Образование высокоскоростной струи, являющейся уюточникон интенсивного акустического излучения при возникновении тре1цины в трубке, вызвано значительной разницей давле-, НИИ в пароводяной и натриевой средах.

Для случаев пульсаций давлений в зонах отрыва потока вьпголняется эмпирический закон постоянства числа Струхаля:

Sh f. d/U 0,2-0,3, где f - частота турбулентных пульсаций; d - характерный размер (диаметр

отверстия или наименьший поперечный размер для некруглого отверстия); и - скорость истечения струи .

Экспериментально устаноплег о, что дефект, через которьш истекает струя, интенсивно разрушается под воядейст- вием реакции водяного пара с натрием. Расход вытекающего пара пропорпяона- лен площади проходного сечения:

(; р и -S,

где S м с1/ 4; р - плотность пара.

Г норость истечения определяется перепадом давления и плотностью пара и в данном случае стремится к местной скорости звука,

При развитии течи для двух различных моментов времени согласно крите- -рию Sh будет.вьшолняться равенство:

Q Q

0

Следовательно, по мере возраста- . ния течи максимум спектра струи будет смеп1аться в сторону уменьшения частоты.

Выявить развитие течи необходимо при изменении расхода в интервале от 0,1 до 1 г/с, когда течь еще не успеет разру1Ш1ть соседние трубки в парогенераторе. Определим частоту максимума спектра струи для конкретных условий испарителя (ИС) и пароперегревателя (Ш1) парогенератора ЬН-ЬОО для установления границ рабочего частотного диапазона.

Заметим, что скорость истечения не может быть больше скорости звука так как для образования сверхзвуковой струи необходимо сопло Лаваля. РЗсли в реальньгх условиях скорость истечения будет меньше скорости звука, то это вызовет появление максимума в более низкочастотной части спектра, который заведомо войдет в рабочий частотный диапазон, например для G пара 1 г/с и t пара .

В табл. 1 приведены данные частоты f максимумов спектра шума струи при различных скоростях U истечения.

В табл. 2 приведены значения температуры Т пара, соответствующей различным скоростям его истечения.

В табл. 3 приведены значения максимумов частей f спектра шума струи на входе и выходе испарителя и на выходе из пароперегревателя, соответ ствующие различным значениям расхоДг G вытекакщего пара.

Исходя из этого задаемся скоростью истечения пара, равнп % rKfpocii зпука.

Ч.чс Г ота мл КС им ум я c.ne KTpa шумя струи вычисляется при Sh 0,2;

Таким образом, при рабочем частотном диапазоне - М() кГц смещение максимума с увеличением расхода течи от и,3 до 1 г/с будет составлять:

f,, Jb 1,

Отмеченное смещение максимума частотного спектра весьма значительно, что позволит подтвердить наличие

развивающейся течи с пЪмощью аналого цифровой аппаратуры для исследования энергетических спектров.

Данный способ может быть реализован устройством, изображенным на чертеже. Акустический сигнал, зарегистррованный пьезоэлектрическим акустическим датчиком 1 с чувствительность 20 мкВ/Па на 50 кГц при t усиленный предварительным усилителем 2, поступает на блок определения превышения уровня акустического сигнала в. контролируемых полосах частот над начальными уставками, состоящий из четырехполосового фильтра 3, охватывающего весь рабочий диапазон частот детектора 4 интегрального уровня, регулятора 5 уровня, схемы 6 сравнения и формирователя 7 сигнала течи, и на блок измерения сдвига частоты максимума, вызванного шумом истекающей струи при развитии течи, который состоит из прибора 8 для исследования корреляционных характеристик (Х6- 4.03.031.037),прибора 9 для, исследовния энергетического спектра сигналов (3,036,024) и вычислительного блока 10,

В моменты, предшествующие возникновению речи, измеряется уровень шума в контролируемых полосах частот.

Стабильный во времени уровень фоново-

го ргумл и K(iHTpojrvrpyемых чл(;- TCIT и отсутствие максимума в расчетном диапазоне частот снидетел1 струют об отсутствии течи.

При появлении течи регистрируется повышение уровня в контролируемых полосах частот, одновременно регистрируется возникновение максимума

10 в спектре шума истекающей струи. Вследствие саморазвития течи воды в натрий и ее увеличения регистрируется последовательное увеличение тума в контролируемых полосах частот и смеJ5 щение частоты максимума в спектре шума истекающей струи.

0

5

0

5

0

При превьичении допустимых отклонений в виде уставок на приращение уров- ня шума и величины смещений максимума делается вывод о наличии течи воды натрий. Измерение этих двух независимых признаков течи уменьшает вероятность ложного срабатывания и тем самым повышает достоверность обнаружения течи. Кроме того повьш ается чувствительность, так как частота более заметно реагирует на течь, чем уровень шума.

Формула изобретения

Способ обнаружения развиваюй ейся межконтурной течи в парогенераторе с натриевым теплоносителем путем ре- гистра1Ц1и повышения уровня акустического сигнала над заданным уровнем и сдвига во времени параметра акусти- ческох о сигнала, характеризующего размеры течи, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения чувствительности и достоверности, в качестве параметра, характеризующего размеры течи, выбирают частоту максимума акустического сигнала в спектре шума йсТаблица 1

Таблица 2

и, м/с

492

аметр г/с

кГц, вход С

кГц, выход ИС

кГц.выход ПП

Значение

0,1 I 0,5 I 1,0 I 1,

401,6179 5126,9103,5

339,3151,7107,2

87,5

276,4 123,4 87,2 71,2

I.

Редактор Н. СильнОгина

Составитель Л. Овсянникова

Техред Л.Олийнык Корректор Н, Король

Заказ 3723

Тираж

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР М3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

475445

Таблица 3

87,5

Подписное