CN109196597A - 经辐射硬化的超声清洁系统 - Google Patents

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Abstract

在用于高度放射性的环境(例如清洁辐照核燃料组件)的潜水超声清洁系统中，用聚氨酯粘结剂例如Permabond PT326或3M DP‑190粘结剂来加强在能量产生换能器和辐射壁之间的粘合。在各种诊断测试中，一个或多个换能器以能量传输模式操作，而一个或多个其它换能器以能量检测模式操作，以检测减弱的换能器/壁粘合和/或工作流体的声学条件。

Description

经辐射硬化的超声清洁系统
交叉引用
本申请要求于2016年5月25日提交的标题为“Ultrasonic Cleaning”的美国临时专利申请号62/341,452的优先权利益，该临时专利的全部内容特此通过引用并入本文。
背景技术
1.发明领域
各种实施方案通常涉及用于超声地清洁核燃料组件的设备和方法。
2.相关技术的描述
开发了用于清洁辐照核燃料组件的多种超声清洁系统。例如在美国专利号6,396,892和8,372,206中描述了这样的超声清洁系统的例子，这两个专利的全部内容特此通过引用以其整体并入本文。
发明内容
一个或多个非限制性实施方案提供包括具有内壁的框架组件的潜水超声清洁系统。清洁区向内布置有内壁并配置成在其中容纳核燃料组件。系统包括多个超声换能器，其中每个用聚氨酯粘结剂(例如辐射硬化粘结剂、Permabond PT326)或3M DP-190粘结剂粘合到内壁中的一个以形成多个辐射表面。辐射表面布置成将来自换能器的超声能传输到清洁区内。
根据这些实施方案中的一个或多个，多个换能器配置成将至少10瓦/加仑的体积功率密度(bulk power density)传输到清洁区。
根据这些实施方案中的一个或多个，框架组件还包括多个外壁，其连接到内壁并围住在内壁和外壁之间布置的不透水换能器区中的多个换能器。
根据这些实施方案中的一个或多个，清洁系统布置在核电站的水下环境中。
一个或多个非限制性实施方案提供用于诊断在利用多个超声换能器来将超声能传输到工作流体内的系统中的能量传输退化的方法。该方法包括：在第一诊断测试中，以能量传输模式操作多个换能器中的第一个，同时以能量检测模式操作换能器中的第二个；在第二诊断测试中，以能量检测模式操作多个换能器中的第一个，同时以能量传输模式操作多个换能器中的第三个；以及分析由(1)第二换能器在第一诊断测试期间和(2)第一换能器在第二诊断测试期间传输的电信号以识别至少一个换能器将超声能传送到工作流体内的能力的减小。
根据这些实施方案中的一个或多个，换能器中的第二和第三个是相同的换能器。
根据这些实施方案中的一个或多个，该方法还包括：在第一和第二诊断测试之前，在清洁循环中使用系统来清洁物体，所述使用包括以能量传输模式操作多个超声换能器以将超声能传输到工作流体内，以便清洁至少部分地布置在工作流体中的物体。
根据这些实施方案中的一个或多个，换能器中的第二和第三个是不同的换能器。
根据这些实施方案中的一个或多个，该方法还包括向用户指示至少一个换能器将超声能传输到工作流体内的能力的减小。
根据这些实施方案中的一个或多个，该方法还包括响应于所述指示，校正由该指示揭示的问题以便增加系统能够传送到工作流体的能量的量。
根据这些实施方案中的一个或多个，该方法还包括操作多个换能器以便将至少10瓦/加仑的体积功率密度提供到清洁区。
一个或多个非限制性实施方案提供用于诊断在利用多个超声换能器来将超声能传输到工作流体内的系统中的能量传输退化的方法。该方法包括：通过以能量传输模式同时操作多个超声换能器中的一个或多个同时以能量检测模式操作多个超声换能器中的不同的一个或多个来进行一系列诊断测试，以及将至少一个换能器的操作模式从能量传输模式改变到能量检测模式和/或从能量检测模式改变到能量传输模式。该方法还包括分析通过换能器在该系列诊断测试期间以能量检测模式操作时传输的电信号以识别至少一个换能器将超声能传送到工作流体内的能力的减小。
一个或多个非限制性实施方案提供超声系统，其包括：框架；附着到框架并布置成将超声能传输到工作流体内的多个超声换能器；以及操作地连接到多个超声换能器中的每个的换能器监控器。监控器配置成交替地以能量传输模式和能量检测模式操作换能器中的选定换能器，并分析通过以能量传输模式操作的换能器传输的电信号以便识别至少一个换能器将超声能传送到工作流体内的能力的减小。
根据这些实施方案中的一个或多个，监控器包括配置成向用户指示至少一个换能器将超声能传送到工作流体内的能力的减小。
一个或多个非限制性实施方案提供超声系统，其包括：框架；附着到框架并布置成将超声能传输到工作流体内的多个超声换能器；以及操作地连接到多个超声换能器中的每个的换能器监控器。监控器配置成以能量传输模式操作一个或多个换能器的第一子集同时以能量检测模式操作一个或多个换能器的第二子集。监控器配置成分析由第二子集传输的电信号以便识别影响超声功率通过工作流体的传输的工作流体的声学条件。
根据这些实施方案中的一个或多个，监控器包括配置成向用户指示声学条件的输出装置。
根据这些实施方案中的一个或多个，声学条件包括在工作流体中的溶解气体浓度、工作流体的温度、工作流体的流体静压、在工作流体中的悬浮颗粒载量或工作流体的流体特性。
当参考附图考虑下面的描述和所附权利要求时，本发明的各种实施方案的这些和/或其它方面中的一个或多个以及结构的相关元件的操作方法和功能以及制造的零件和经济的组合将变得更明显，所有附图形成本说明书的一部分，其中相似的参考数字在各个附图中指定相应的部分。在一个实施方案中，在本文所示的结构部件按比例被绘制。然而应明确理解，附图是仅为了说明和描述的目的而并不意欲作为本发明的限制的定义。此外，应认识到，在本文的任一个实施方案中示出或描述的结构特征也可在其它实施方案中使用。如在说明书中和在权利要求中使用的，“一(a)”、“一(an)”和“所述(the)”的单数形式包括复数所指物，除非上下文另有明确规定。
在本文公开的值的所有封闭端(例如在A和B之间)和开放端(大于C)范围明确地包括落在或嵌套在这样的范围内的所有范围。例如，1-10的所公开的范围被理解为，除了其它范围以外，还公开2-10、1-9、3-9等。
附图说明
为了更好地理解各种实施方案以及其其它目的和另外特征，参考下面的结合附图来使用的描述，在附图中：
图1是根据本发明的实施方案的超声清洁组件的横截面视图；
图2是沿图1中的线2’-2截取的图1中的超声清洁组件的横截面视图；
图3是图1中的超声清洁组件的侧透视图；
图4是根据图1中的超声清洁组件的一个或多个实施方案的换能器监控器的操作的流程图。
具体实施方式
图1-3示出根据各种实施方案的超声清洁系统100。如图1和2所示，系统100包括具有内壁和外壁104a、104b的模块化组装框架104。中央清洁区106由内壁104a向内界定，并适合于接纳待清洁的物体的至少部分(例如辐照核燃料组件)和工作流体(例如水、在核反应堆处的燃料池内的水)，待清洁的物体的所述至少部分浸入工作流体中。根据各种实施方案，系统100用于在系统100和待清洁的燃料组件都布置在核电站的水下环境(例如，辐照燃料组件被储存于其中的核反应堆的燃料池、核电站的反应堆腔和/或核电站的传送管道)中时清洁高度放射性的燃料组件。
多个平面超声换能器102设置在不透水换能器区107中，不透水换能器区107由框架104围住并布置在内壁和外壁104a、104b之间。换能器102的喇叭粘合到内壁104a，使得内壁104a形成配置成从换能器102穿过壁104a传输超声能并进入清洁区106内的辐射表面。在区106中的物体(例如燃料组件)的清洁期间，壁104a界定在换能器102和区106中的工作流体之间的界面，其允许超声能穿过其传输但阻止区106中的工作流体穿过壁104a泄漏并进入换能器区107内，以便到达换能器102。
在清洁期间，待清洁的物体(例如燃料组件)的至少一部分位于区106内。系统100可包括导向器108，其倾向于根据哪个物体(例如系统100或燃料组件)相对于另一物体移动来将待清洁的物体引导到区106内的期望方向上或相反将系统100引导到燃料组件上。换能器的超声能穿过内壁104a行进，进入清洁区106内，并进入布置在区106中的核燃料组件内，以便清洁燃料组件的燃料棒，如在美国专利号8,372,206中解释的。框架104和换能器102的结构和布置可与在美国专利号8,372,206中公开的任一组件相似或相同，该专利的全部内容通过引用并入本文。根据各种实施方案，系统100的换能器102向清洁区106提供(1)至少10,20、30、40、50、60、70、80、90、100、150、200、250、300、350、400、450和/或500瓦/加仑、(2)小于1000、900、800、700、600、500、400和/或300瓦/加仑、(3)在10和1000瓦/加仑之间、在100和700瓦/加仑之间和/或在200和600瓦/加仑之间和/或(4)在任两个这样的值之间的范围内的体积功率密度。
申请人发现，系统100的高辐射操作环境可能减弱在换能器102的喇叭和内壁104a之间的粘合，换能器102的喇叭附着到内壁104a。这样的退化可导致换能器102与内壁104a的部分或完全脱离，这可阻碍能量从换能器102通过壁104a传输并进入清洁区106内，在该清洁区内中高能量密度是优选的以更好地清洁在区106中的核燃料组件。申请人因此努力发展改进的将换能器102附着到内壁104a的方式。
申请人发现，两种粘结剂(Permabond PT326和3M DP-190)经得起超声服务且也在相当于对900次燃料组件清洁的暴露的辐射(3x109雷姆伽玛辐射)之后维持良好的粘合强度。先前已知这些材料中没有一种适合于超声服务(例如换能器的粘合，其中超声能通过粘结剂传输)，也没有关于在高辐射环境(例如大约至少100、500、1000、104、105和/或106雷姆/小时和/或小于108、107、106和/或105雷姆/小时的伽玛辐射，如当燃料组件在清洁区106内时在反应堆的燃料池内的系统100的操作环境中常见的)中的性能的公开可得到的可靠信息。
这些结果表明PT326和DP-190粘结剂将类似地适合于实现换能器性能的期望提高。执行一个额外的测试，其中使用每种材料制造的换能器样本被辐射于1.5x109雷姆和3x109雷姆，且然后各自操作200小时的运行时间，并最终被破坏性地检查以在组合的辐射和超声服务之后测量换能器到壁的粘合强度。PT326粘合的换能器成功地操作200小时的测试运转的持续时间，并在被检查时展示良好的粘合整体性。1.5x109雷姆DP-190粘合的换能器完成200小时测试运转，但在该过程中失去它的大于75％的粘合强度。3x109雷姆DP-190换能器在200小时运转期间失灵。
这些测试揭示了几个意外的结果。
第一意外的结果是，在辐射之后PT326粘结剂的粘合强度明显提高。PT326粘合的强度在1.5x109雷姆暴露之后提高了30％并在3x109雷姆暴露之后保持它的几乎100％的原始强度，而一般在本申请中使用的原始粘结剂在仅1x109雷姆的暴露之后失灵。使用在辐射暴露之后的试样(粘合到板的圆柱体)来测量这个粘合强度。在剪应力(沿着圆柱体轴的扭曲)方面和沿着圆柱体轴的张力方面测量粘合强度。
第二意外的结果是，辐射暴露和超声服务可能协同地损坏将换能器粘合到超声清洁系统中的壁的粘结剂材料，使得粘结剂在辐射之后维持良好的粘合强度，且也证明适合于在正常操作条件下的超声服务，其可能不适合于超声服务和辐射。在组合的超声服务和辐射下的PT326和DP-190粘结剂的明显不同的性能鉴于它们的关于单独考虑的效应的可比较的性能来说是意外的。
与先前用于将换能器粘合到超声清洁组件中的壁的替代粘结剂比较，PT326的特性导致换能器102(在一个或多个实施方案中200％或更大的提高)和系统100的优异的操作寿命。
除了Permabond PT326以外，还可根据各种可选的实施方案使用其它聚氨酯粘结剂，例如其它双组分聚氨酯粘结剂。此外，3M DP-190(双组分环氧树脂粘结剂)的使用虽然不如PT326稳健但仍然优于先前用于超声清洁组件的构造的粘结剂。
根据各种实施方案，在换能器102和内壁104a之间的粘合(1)将超声能从换能器102有效地传输到壁104a并穿过壁104a，(2)可经得起穿过其传输的超声能的机械应力，(3)抵抗来自在系统的工作环境中(例如，在被辐射的燃料组件储存于其中的核反应堆的燃料池中，或高度放射性的燃料组件被布置于其中的其它水下环境中(例如在核计划的反应堆腔或传送管道中))高水平的辐射的辐射退化，和/或(4)可忍受在清洁核燃料组件方面的长使用生命周期。
给换能器102提供动力的电子器件通常包括报告去往换能器102的总电功率的功率监控特征。这个所报告的功率是由换能器102辐射到液体内的声能的量的隐含量度。然而，申请人发现，某些换能器故障模式可导致声能到工作流体的传输退化，而没有在电力负载中的相应减小。例如当换能器102部分地或完全从壁104a去耦时，这样退化的传输可出现。当将换能器102附着到壁104a的粘结剂作为辐射退化的结果而被减弱并抑制超声能从换能器102到壁104a和清洁区106的传输时，退化的能量传输也可出现。当这个传输退化出现时，所报告的换能器102的功率可保持在100％处，即使能量到清洁区106中的流体的有效传输小于100％。因此，可能存在一种情况，其中标准条件监控指标不充分反映在清洁区106中的工作流体的声条件，使得被清洁的物体(例如核燃料组件)不被清洁，以及什么由标准监控指标报告来报告。
根据一个或多个实施方案，系统100包括检测有故障的或传输退化的换能器102的换能器监控器120。监控器120经由适当的敷设电缆(例如向每个换能器102提供电功率的相应电力电缆)操作地连接到每个换能器102。监控器120通过(1)使传输子集通电以用与当系统100用于清洁物体(例如核燃料组件)时相同的方式产生并传输超声能以及(2)使用一个或多个换能器102的分立检测子集作为超声能检测器以检测在清洁区106中由传输子集有效地转换成超声能的电能的量来在一个或多个换能器102的能量传输子集上运行诊断测试。可以以能量检测模式使用用于经由超声换能器检测超声能的已知技术来使用换能器102。这样的已知技术导致来自检测换能器102的电信号，其指示一定数量的超声能被传送到清洁区106。监控器120因此能够通过检测由传输子集传送到清洁区106的能量而不是通过检测供应到传输子集的电能来识别传输退化(例如由换能器102的去耦或将换能器102附着到壁104a的粘结剂减弱引起)。
监控器120可通过以传输和检测模式的不同组合顺序地操作换能器102的不同子集来测试所有换能器102。因此，每个换能器102有时以其传输模式操作而有时以其检测模式操作。
根据一个或多个实施方案，一个换能器102一次以传输模式操作，使得换能器102的第一子集是单个换能器102。根据其它实施方案，2、3、4、5个或更多个换能器102的子集同时以它们的传输模式操作。
类似地，根据一个或多个实施方案，检测子集可以是单个换能器102。然而，根据可选的实施方案，检测子集包括2、3、4、5个或更多个换能器102。根据一个或多个实施方案，检测子集包括除了以传输模式操作的子集以外的所有换能器102。
根据各种实施方案，传输子集和检测子集离彼此布置在框架104的相对侧上。作为结果，在诊断测试期间，传输换能器102的喇叭指向检测换能器102的喇叭。例如，当在图1的左侧上的三个换能器102以它们的传输模式被测试并使用时，在图1的右侧上的三个换能器可以为那个测试作为检测子集来操作，反之亦然。可相对于在图1的底部上的三个换能器102对在图1的顶部上的三个换能器102完成相同的事情。这样的相对的换能器102可以很好地适合于检测来自相对的换能器102的传输退化，因为超声能往往从一个换能器行进到另一换能器，这因此导致高信噪比。然而，根据各种可选的实施方案，传输和检测换能器102相对于彼此布置在除了离彼此的框架104的相对侧以外的位置上。例如，根据各种实施方案，传输换能器102可布置为：(1)相邻于在框架104的单侧上的接收换能器102，(2)与接收换能器102成对角线，使得传输和接收换能器102在相邻壁上(例如彼此偏移90度)，(3)在相对于接收换能器102的任何其它位置上，和/或(4)在不同的相对空间布置的组合中(例如，一些换能器102在相对侧上，其它换能器在相同或相邻壁上)。虽然各种这样的选项可能减小由接收换能器102接收的信号的强度，但是这样的定位仍然可有益地促进在不同的时间选择不同的传输/接收换能器102时的较大灵活性，以便于更好地识别退化出现的地方(例如哪个换能器的安装退化，哪个换能器发生故障，等等)。
根据各种实施方案，监控器120可以为换能器102的传输和检测子集的特定组合存储基线诊断数据(例如在监控器120的存储器中)。例如，当已知换能器102正确地被耦合并能够将满超声功率传送到清洁区106(且相反检测满功率)时，监控器120可以一次为每个传输子集从每个检测子集收集数据。监控器120可接着比较随后的诊断数据与那个基线以识别在传输子集中的传输退化。
检测换能器102检测到由其它换能器102传送到清洁区106的能量的能力也被在检测换能器102和壁104a之间的退化的粘合削弱。如果粘合减弱，则检测换能器102将检测到比在清洁区106中实际接收的更少的能量。因此，从检测换能器102接收的电信号可帮助检测在传输换能器102和检测换能器102中的传输退化。如在下面更详细解释的，监控器120使用检测和传输换能器102的不同组合来运行多个不同的测试，以便帮助监控器120区分开(1)从传输换能器102到区106的受损能量传输，以及(2)由检测换能器102对这样的能量的受损检测。
根据各种实施方案，监控器120可在大系列的诊断测试中使用传输子集和检测子集的大量组合。每个换能器102可被包括在多个传输子集和/或多个检测子集中。监控器120可比较多个组合的诊断数据，以便在诊断测试期间调节基线数据来解释在周围环境操作条件中的差异。
传输和检测换能器102的不同顺序的组合的使用也可帮助识别减小的能量读数是否由在传输换能器102中的传输退化或在检测换能器102中的检测退化产生。
在清洁循环期间，所有换能器102一般都同时以传输模式操作以增加传送到清洁区106的清洁能量。根据各种实施方案，监控器120在这样的清洁循环之间在换能器102上运行诊断测试。然而，根据可选的实施方案，可在清洁操作期间通过以检测模式操作换能器102的子集来运行诊断测试，即使这么做减少被传送到被清洁的物体的超声能(即，因为一些换能器102将以它们的检测模式操作，且因此不将清洁能量传送到清洁区106)。
在所示实施方案中，监控器120被概略地示为与框架104物理地分离。在这样的实施方案中，监控器120可经由适当的敷线/敷设电缆(包括向换能器102提供电功率的电力电缆)连接到换能器102。监控器120可与换能器102的换能器电源定位在一起。监控器120可合并到换能器102内。可选地，监控器120可布置在换能器区107内部。
监控器120可存储来自换能器102的历史诊断测试的数据，以便于随着时间的过去/在系统100的清洁循环期间的退化的检测。
根据各种实施方案，监控器120用于识别影响在诊断测试期间的能量传输的工作流体的其它声学条件(例如在工作流体中的溶解气体浓度、工作流体的温度、工作流体的流体静压、工作流体中的悬浮颗粒载量或工作流体的流体特性(例如蒸汽压力)等)。根据各种实施方案，检测和传输子集的重叠子集的多个组合的使用帮助监控器检测这样的非换能器相关因素。这样的非换能器相关因素的影响可接着被过滤出，使得监控器120可聚焦于换能器相关变化，其将指示(1)由在换能器102和壁104a之间的减弱或破坏的粘合产生的传输退化，或(2)由传输换能器102引起的减弱的能量产生。
根据各种实施方案，监控器120可以可选地用于例如通过过滤出换能器特定的传输退化的效应(例如经由有故障的换能器的减弱的粘合)来特征化在清洁区106中的工作流体的特性。被检测到的工作流体的特性可包括溶解气体含量，其影响空化强度且因而影响通过工作流体的能量衰减。根据各种实施方案，被检测到的特性可此外和/或可选地包括影响在诊断测试期间的能量传输的工作流体的一个或多个声学条件(例如在工作流体中的溶解气体浓度、工作流体的温度、工作流体的流体静压、在工作流体中的悬浮颗粒含量或工作流体的流体特性(例如蒸汽压力)等)。
根据各种实施方案，系统100可用于在工作流体在清洁循环期间被使用之前从在清洁区106中的工作流体除去气体。这样的除气可通过可操作来将能量引导到清洁区106中的工作流体内以从工作流体(例如水)中驱除气体的换能器102实现。监控器120可在这样的除气期间(或在这样的除气之间的间歇停止期间)用于检测流体何时被足够除气以便于被插入到清洁区106内的物体(例如核燃料组件)的良好清洁。
根据各种实施方案，监控器120可包括计算机、控制传送到换能器102的功率的功率管理装备、接收并转换从单独换能器102(当以能量检测模式运行时)接收的检测信号并将这样的信号提供到监控器120的计算机的处理器的A/D转换器、数据存储器、使用户能够控制系统100和监控器120的用户接口、显示器以及音响指示系统(例如扬声器)。
在一些实施方案中，监控器120的计算机可包括被编程来执行本文所述的功能的一个或多个计算机装置。计算装置可包括一个或多个物理处理器或使用一个或多个计算机程序指令来编程的其它处理器、和/或其它部件。计算装置可包括通信线路或端口以经由有线或无线技术(例如以太网、光纤、同轴电缆、WiFi、蓝牙、近场通信或其它技术)来实现与网络(例如以太网、互联网等)或其它计算平台的信息的交换。计算装置可包括一起操作来提供在本文归属于监控器120的功能的多个硬件、软件和/或固件部件。例如，计算装置可由一起作为计算装置操作的计算平台的云实现。
监控器120的数据存储器可包括电子地存储信息的非临时存储介质。电子存储器的电子存储介质可包括与监控器120的计算机一起整体地提供的系统存储器或经由例如端口(例如USB端口、火线端口等)或驱动器(例如磁盘驱动器等)可移除地连接到计算机的可移动存储器中的一个或两个。数据存储器可包括光学可读存储介质(例如光盘等)、磁性可读存储介质(例如磁带、磁性硬盘驱动器、软盘等)、基于电荷的存储介质(例如EEPROM、RAM等)、固态存储介质(例如闪盘驱动器等)和/或其它电子可读存储介质中的一个或多个。数据存储器可包括一个或多个虚拟存储资源(例如云存储、虚拟专用网和/或其它虚拟存储资源)。数据存储器可存储软件算法、由计算机的处理器确定的信息、从用户计算平台接收的信息或使计算机能够如本文所述的起作用的其它信息。
监控器120的计算机的处理器可被编程为提供在计算机中的信息处理能力。因此，处理器可包括数字处理器、模拟处理器、设计成处理信息的数字电路、设计成处理信息的模拟电路、状态机和/或用于电子地处理信息的其它机构中的一个或多个。在一些实施方案中，处理器可包括多个处理单元。这些处理单元可物理地位于同一装置内，或处理器可代表协调地操作的多个装置的处理功能。处理器可被编程为执行计算机程序指令以执行监控器120或其它子系统的本文所述的功能。处理器可被编程为由软件、硬件、固件、软件、硬件或固件的某个组合和/或用于在处理器上配置处理能力的其它机构执行计算机程序指令。应认识到，本文所述的由监控器120提供的功能的描述用于例证性目的且并没有被规定为限制性的。
根据各种实施方案，监控器120包括信息输出装置，其以各种一个或多个方式中的任一个将换能器102的其诊断测试的结果提供给用户。根据一个或多个实施方案，监控器120向用户可访问的计算机(例如智能电话、PC、平板电脑)提供信号(例如经由网络、无线或有线连接)，其指示诊断测试的结果并记录是否以及哪个换能器102被识别为有故障的(例如由于在换能器102和壁104a之间的粘合的减弱、由于产生期望数量的超声能的换能器102的故障)。该信号也可揭示退化的程度。根据这些或可选实施方案中的一个或多个，监控器120包括视觉地显示诊断测试的结果的视觉显示器(例如LCD屏幕、监视器、TV等)。根据这些或可选实施方案中的一个或多个，监控器120包括可听得到地警告用户诊断测试的结果(例如通过识别换能器102的故障)的音响警报系统(例如扬声器)。此外和/或可选地，如果监控器120确定系统100中的能量传输退化超过预定阈值(例如被预期传送到清洁区的能量减小5、10、15、20、25、30、35％)，监控器120可经由信息输出装置来警告用户并阻止系统100用于清洁循环，直到能量传输退化问题被减轻为止。监控器120可阻止系统100在退化时操作，以便避免由系统100清洁的物体(例如核燃料组件)的不充分清洁。
如果诊断测试指示换能器102或换能器102的组合的传输退化超过预定阈值(例如5、10、15、20％)，则根据被影响的换能器102的进一步分析是否指示退化由弱的换能器/壁粘合或由在换能器102本身内的故障引起，监控器120可经由输出装置(例如经由显示器、音响警报、传送到单独的用户可访问的计算机的信息)来向用户提供一个或多个换能器102应更安全地附着到壁104a、被固定和/或替换的信息。
根据一个或多个实施方案，监控器120的计算机使用图4所示的算法/流程图来在多个换能器102上执行一系列诊断测试。这个算法可被实现为由监控器120的计算机的处理器实现的程序/代码。可选地，算法可被实现为数字或模拟电路。根据各种实施方案，算法可改变传输换能器102随着时间的过去的传输功率和/或频率(例如在换能器的谐振频率附近的不同频率)并监控这样的功率和/或频率变化如何影响由接收换能器接收的信号。例如，算法可首先使传输换能器102传输100％的功率，并随后使传输换能器102传输50％的功率。在由接收换能器102接收的信号中的因而产生的基于功率和/或频率的差异可指示特定的退化模式或问题。例如，与当在不同的功率电平或频率处操作时比较，当传输换能器102在特定的功率电平或频率处操作时，换能器/壁粘结剂退化可导致传输功率的相对更急剧的减小。
在步骤200，监控器120分别以传输和检测模式操作换能器102的子集的选定组合。在步骤210，监控器120然后接收并存储来自以能量检测模式操作的换能器102的子集的检测信号。在这个步骤，监控器120也可从传输换能器102收集数据(例如与传输换能器自己的操作有关，例如反映换能器维持目标功率水平的努力的数据)以便于信号的直接比较。在步骤220，监控器确定换能器102的子集的所有期望组合是否被测试，使得监控器120接收所有期望组合的检测信号。如果否，则算法继续进行到步骤230，其中监控器120分别以传输和检测模式操作子集的下一期望组合，并继续回到步骤210。在由监控器120在步骤200-230执行的诊断测试的过程中，可以可选地以传输和检测模式的每个使用一个、多个、大部分或所有换能器102。因此，在步骤200-230的不同诊断测试期间，将以每个模式(能量传输和能量检测模式)操作一个、几个或所有换能器102。
一旦换能器102的子集的所有期望组合被测试，算法就继续进行到步骤240，其中监控器120分析来自子集的多个所测试的组合的检测信号以确定一个或多个换能器102是否具有退化的能量传输或一个或多个换能器102具有退化的能量传输的程度。根据各种实施方案，这个分析可包括比较检测到的信号与所存储的基线信号(例如当已知换能器102正确地操作并完全附着到壁104a时在测试期间得到的信号；预定阈值)。
在步骤250，监控器120经由输出装置(例如上面讨论的显示器、扬声器、传输到计算机的信号)向用户提供信息，其指示一个或多个换能器102是否在诊断测试期间展示退化的能量传输或一个或多个换能器102在诊断测试期间展示退化的能量传输的程度。
根据各种实施方案，每当监控器120进行诊断测试时，监控器120评估系统100的每个换能器102的传输退化。可选地，每当监控器120进行诊断测试时，监控器120可以只评估一些换能器120，不同系列的诊断测试评估换能器102的连续部分。所有换能器102的评估在每个系列的诊断测试期间是优选的，但少于全部的换能器102可被评估，例如，如果诊断时间是有限的(例如在一系列核燃料组件的清洁之间)。
在所示实施方案中，监控器120用于诊断在超声清洁系统100的换能器102中的能量传输退化。然而，根据可选的实施方案，监控器120可用于诊断在包括多个超声换能器的任何其它系统中的换能器能量传输退化。
提供前述所示实施方案来说明各种实施方案的结构和功能原理，且并没有被规定为限制性的。相反，本发明的原理意欲包括其任何和所有变化、变更和/或替换(例如在接下来的权利要求的精神和范围内的变更)。

Claims (20)

1.一种潜水超声清洁系统，包括：
框架组件，其包括内壁，其中清洁区向内布置有所述内壁，其中所述清洁区配置成在其中容纳核燃料组件；以及
多个超声换能器，其中每个超声换能器用聚氨酯粘结剂粘合到所述内壁中的一个以形成多个辐射表面，所述辐射表面布置成将来自所述换能器的超声能传输到所述清洁区内。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述聚氨酯粘结剂包括经辐射硬化的粘结剂。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述聚氨酯粘结剂包括Permabond PT326。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述多个换能器配置成将至少10瓦/加仑的体积功率密度传输到所述清洁区。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述框架组件还包括多个外壁，所述外壁连接到所述内壁并围住在所述内壁和外壁之间布置的不透水换能器区中的所述多个换能器。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述清洁系统布置在核电站的水下环境中。
7.一种潜水超声清洁系统，包括：
框架组件，其包括内壁，其中清洁区向内布置有所述内壁，其中所述清洁区配置成在其中容纳核燃料组件；以及
多个超声换能器，其中每个超声换能器用3M DP-190粘结剂粘合到所述内壁中的一个以形成多个辐射表面，所述辐射表面布置成将来自所述换能器的超声能传输到所述清洁区内。
8.一种用于诊断在利用多个超声换能器来将超声能传输到工作流体内的系统中的能量传输退化的方法，所述方法包括：
在第一诊断测试中，以能量传输模式中的一个操作所述多个换能器中的第一个，同时以能量检测模式操作所述换能器中的第二个；
在第二诊断测试中，以所述能量检测模式操作所述多个换能器中的第一个，同时以所述能量传输模式操作所述多个换能器中的第三个；以及
分析由(1)所述第二换能器在所述第一诊断测试期间和(2)所述第一换能器在所述第二诊断测试期间传输的电信号以识别所述换能器中的至少一个将超声能传送到所述工作流体内的能力的减小。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述换能器中的第二个和第三个是相同的换能器。
10.如权利要求8所述的方法，还包括：在所述第一诊断测试和第二诊断测试之前，在清洁循环中使用所述系统来清洁物体，所述使用包括以所述能量传输模式操作所述多个超声换能器以将超声能传输到所述工作流体内，以便清洁至少部分地布置在所述工作流体中的所述物体。
11.如权利要求8所述的方法，其中所述换能器中的第二个和第三个是不同的换能器。
12.如权利要求8所述的方法，还包括：向用户指示所述换能器中的至少一个将超声能传输到所述工作流体内的能力的减小。
13.如权利要求12所述的方法，还包括响应于所述指示，校正由所述指示揭示的问题，以便增加所述系统能够传送到所述工作流体的能量的量。
14.如权利要求8所述的方法，还包括操作所述多个换能器以便将至少10瓦/加仑的体积功率密度提供到所述清洁区。
15.一种用于诊断在利用多个超声换能器来将超声能传输到工作流体内的系统中的能量传输退化的方法，所述方法包括：
通过下列操作来进行一系列诊断测试
以能量传输模式同时操作所述多个超声换能器中的一个或多个，同时以能量检测模式操作所述多个超声换能器中的不同的一个或多个，以及
将所述换能器中的至少一个换能器的操作模式从所述能量传输模式改变到所述能量检测模式和/或从所述能量检测模式改变到所述能量传输模式；
分析由换能器在所述系列诊断测试期间以所述能量检测模式操作时传输的电信号以识别所述换能器中的至少一个将超声能传送到所述工作流体内的能力的减小。
16.一种超声系统，包括：
框架；
多个超声换能器，其附着到所述框架并布置成将超声能传输到工作流体内；以及
换能器监控器，其操作地连接到所述多个超声换能器中的每个，所述监控器配置成交替地以所述能量传输模式和所述能量检测模式操作所述换能器中的选定换能器，并分析由以所述能量传输模式操作的所述换能器传输的电信号以便识别所述换能器中的至少一个将超声能传送到所述工作流体内的能力的减小。
17.如权利要求16所述的系统，其中所述监控器包括配置成向用户指示所述换能器中的至少一个将超声能传送到所述工作流体内的能力的减小。
18.一种超声系统，包括：
框架；
多个超声换能器，其附着到所述框架并布置成将超声能传输到工作流体内；以及
换能器监控器，其操作地连接到所述多个超声换能器中的每个，所述监控器配置成以能量传输模式操作一个或多个所述换能器的第一子集同时以能量检测模式操作一个或多个所述换能器的第二子集，并分析由所述第二子集传输的电信号以便识别影响超声功率通过所述工作流体的传输的所述工作流体的声学条件。
19.如权利要求18所述的系统，其中所述监控器包括配置成向用户指示所述声学条件的输出装置。
20.如权利要求18所述的系统，其中所述声学条件包括在所述工作流体中的溶解气体浓度、所述工作流体的温度、所述工作流体的流体静压、在所述工作流体中的悬浮颗粒载量或所述工作流体的流体特性。
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