CN109991446A - 一种核电站主泵磁电式转速传感器试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核电站主泵磁电式转速传感器试验装置，包括：设置于密封容器(300)内的待试验磁电式转速传感器(320)；设置于所述密封容器(300)外的转速发生系统(100)，用于产生交变磁场；导磁杆(200)，连接所述转速发生系统(100)和所述密封容器(300)，用于将所述转速发生系统(100)产生的交变磁场引入密封容器(300)内供所述待试验磁电式转速传感器(320)感应。本发明通过将转速发生系统置于密封容器外，既保证了转速传感器有转速激励源，又保证了转速源能正常工作。

Description

一种核电站主泵磁电式转速传感器试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及核电技术领域，尤其涉及一种核电站主泵磁电式转速传感器试验装置及试验方法。

背景技术

核电站反应堆冷却剂泵为反应堆冷却剂提供驱动力，保证足够的强迫循环流量通过堆芯，把反应堆产生的热量送至蒸汽发生器，产生推动汽轮机做功的蒸汽，是保证核电厂正常运行的关键设备。转速是监测主泵运行状态的重要参数，主泵转速是标志反应堆安全与否的重要指标，核电站大多采用磁电式转速传感器来监测主泵转速，属于安全级(1E)，鉴定等级要求K2+(特殊环境)，要求测量准确、及时，可靠性高。为保证转速传感器的可靠性，主泵转速传感器需要进行试验鉴定。然而，在试验环境的高温、高压和化学环境中，一般的转速源无法正常工作，常规手段难以监测到磁电式转速传感器的运行状态，无法判定试验过程中磁电式转速传感器是否失效。

目前，国内大部分在役核电站使用的主泵转速传感器，为磁电式工作原理，现有技术存在以下问题：无法判定试验中转速传感器的工作状态，试验方案不完善。同时还存在如下缺陷：1)试验装置接口需专门定制，成本高；2)动轴密封难度大，成本高；3)对电机要求高，部分电机无法调速，如：交流电机；4)试验过程中转速发生装置易受高温高压蒸汽影响，产生振动，与转速传感器有碰撞风险，容易导致试验失效。

因此，有必要发明一种核电站主泵磁电式转速传感器试验装置及试验方法，为试验对象提供可靠的转速源信号，并实现试验全过程对试验对象工作状态的监测。

发明内容

为了解决现有技术存在的试验方案不完善及试验成本高、转速源易失效等技术问题，本发明提供了一种转速源稳定、成本低的核电站主泵磁电式转速传感器试验装置及试验方法。

本发明就上述技术问题而提出的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种核电站主泵磁电式转速传感器试验装置，所述

装置包括：设置于密封容器内的待试验磁电式转速传感器，设置于所述密封容器外的转速发生系统，用于产生交变磁场；导磁杆，连接所述转速发生系统和所述密封容器，用于将所述转速发生系统产生的交变磁场引入密封容器内供所述待试验磁电式转速传感器感应。

其中，所述待试验磁电式转速传感器一端连接所述导磁杆，用于感应所述导磁杆传递的交变磁场，并将感应到的交变磁场转换为转速信号。

其中，所述试验装置还包括：若干传输电缆，连接所述待试验磁电式转速传感器和二次仪表，用于将所述待试验磁电式转速传感器产生的转速信号传输至所述二次仪表；二次仪表，用于接收所述待试验磁电式转速传感器产生的转速信号，并将所述转速信号转化为电流信号；上位机，连接所述二次仪表，用于将电流信号转换成转速信号，并对转换后的转速信号进行存储和显示。

其中，所述转速发生系统包括：信号源，用于产生脉冲信号；功率放大器，连接所述信号源，用于调节所述信号源产生的脉冲信号的幅值；线圈，连接所述功率放大器，由若干根导线缠绕形成，用于感应调节幅值后的脉冲信号，并产生交变磁场。

其中，所述信号源为为函数发生器或上位机，用于产生频率可调的脉冲信号；或者：所述信号源为自耦变压器，用于产生固定频率的脉冲信号。

其中，所述密封容器包括：机械贯穿件，设置在所述密封容器与所述导磁杆连接处，并供所述导磁杆穿过，用于对所述导磁杆进行密封；电气贯穿件，设置在所述密封容器与所述传输电缆连接处，并供若干所述传输电缆穿过，所述电气贯穿件数量与所述传输电缆个数相同，用于对所述传输电缆进行密封；固定支架，贯通所述磁电式转速传感器，用于固定所述磁电式转速传感器。

其中，所述导磁杆与机械贯穿件之间还设置有密封件，用于进一步对所述导磁杆进行密封，所述密封件为加厚O型密封圈。

其中，所述二次仪表产生的电流信号为4-20mA信号，便于存储。

其中，所述上位机包括：机架，用于接收所述二次仪表产生的电流信号；主机，连接所述机架，用于将电流信号转换成转速信号并存储所述转速信号；显示器，连接所述主机，用于将存储的转速信号进行显示。

另一方面，本发明提供了一种核电站主泵磁电式转速传感器试验方法，所述方法包括：S100、通过转速发生系统产生交变磁场；S200、导磁杆将转速发生系统产生的交变磁场传输至密封容器；S300、密封容器接收由转速发生系统产生的交变磁场，并通过磁电式传感器将交变磁场转换为转速信号；S400、二次仪表通过传输电缆接收转速信号，并将转速信号转换为电流信号；S500、上位机接收电流信号，并将电流信号转换成转速信号后进行存储，实现对转速信号的监测；步骤S100具体包括：由信号源产生脉冲信号，并通过功率放大器对产生的脉冲信号进行调幅，线圈接收调幅后的脉冲信号，并产生交变磁场。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过将转速发生系统设置在密封容器外，避免了转速发生装置在高温高压密封容器中直接工作，既保证了转速传感器有转速激励源，又保证了转速源能正常工作；通过导磁杆将交变磁场导入密封容器内供转速传感器采集，试验过程仅需对导磁杆机械密封，实现简单，密封效果好；能够实现试验全过程转速传感器工作状态的监测与记录，为试验结论提供真实可靠的数据支撑；另外，通过增加贯穿件，无需定制试验装置，无需改动机械电气接口，密封难度小；导磁杆采用加厚O型密封，实现简单，成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种核电站主泵磁电式转速传感器试验装置示意图；

图2是本发明实施例一提供的转速发生装置函数发生器产生脉冲方案示意图；

图3是本发明实施例一提供的转速发生装置上位机产生脉冲方案示意图；

图4是本发明实施例一提供的转速发生装置自耦变压器产生脉冲方案示意图；

图5是本发明实施例一提供的密封容器内部结构示意图；

图6是本发明实施例二提供的一种核电站主泵磁电式转速传感器试验方法流程图。

具体实施方式

为了解决现有技术中转速试验不完整以及试验装置成本高，试验易失效等技术问题，本发明旨在提供一种核电站主泵磁电式转速传感器试验装置，其核心思想是：提供一种核电站主泵磁电式转速传感器试验装置，试验装置包括置于密封容器内部的待试验磁电式转速传感器、置于密封容器外的转速发生系统、导磁杆、传输电缆、二次仪表以及上位机；采用电磁感应原理，利用转速发生系统产生交变磁场，再由金属杆导磁方式将交变磁场引入密封容器内，供置于密封容器内部的待试验磁电式转速传感器感应产生转速脉冲信号，并通过传输电缆输出转速脉冲信号至置于密封容器外的二次仪表，二次仪表将转速脉冲信号转换成电流信号后传输至上位机进行监测和数据存储。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本发明实施例提供了一种核电站主泵磁电式转速传感器试验装置，参见图1，一种核电站主泵磁电式转速传感器试验装置，包括转速发生系统100，密封容器300以及连接转速发生系统100和密封容器300的导磁杆200，转速发生系统100设置于密封容器300外，用于避免转速发生系统100在充满高温高压蒸汽的密封容器300中时失效，保证转速发生系统100可正常工作，其中，转速发生系统100用于产生交变磁场；导磁杆200，连接转速发生系统100和密封容器300，用于将转速发生系统100产生的交变磁场引入密封容器300内，密封容器300内设置有待试验磁电式转速传感器320，待试验磁电式转速传感器320一端连接导磁杆200，用于感应导磁杆200传递来的交变磁场，并将感应到的交变磁场转换为转速信号；试验装置还包括：设置在密封容器300外的二次仪表500，二次仪表500通过若干传输电缆400连接密封容器300，用于通过若干传输电缆400将密封容器300中待试验磁电式转速传感器320产生的转速信号传输至二次仪表500，并在二次仪表500将转速信号转化为电流信号；上位机600，连接二次仪表500，用于接收二次仪表500产生的电流信号，并将电流信号转换成转速信号后进行存储和显示。通过导磁杆200将转速发生系统100产生的交变磁场导入密封容器300中，试验过程仅需对导磁杆200进行机械密封，实现简单，密封效果好。可通过设置密封件900对导磁杆200进行密封，其中，密封件900为加厚O型密封圈，其实现简单，成本低。

进一步的，二次仪表500产生的电流信号为4-20mA信号，便于信号存储，避免由于远距离的传输造成信号丢失，这是由于电流信号相对于转速脉冲信号具有不易丢失的特点。上位机600包括：机架610，主机620和显示器630，机架610连接二次仪表500，用于接收二次仪表500产生的电流信号，机架610上设置有数据采集卡(图中未示出)，数据采集卡用于采集二次仪表500产生的电流信号，需要说明的是，当机架610上设置的数据采集卡为频率采集卡时，可直接接收待试验磁电式转速传感器320产生的转速信号，无需通过二次仪表500将转速信号进行转换；可简化实验装置的结构，并降低成本；主机620，与机架610上设置的数据采集卡连接，用于将数据采集卡产生的电流信号转换成转速信号后对转速信号进行存储；显示器630，连接主机610，用于将存储的转速信号进行显示，可实现转速试验全过程的工作状态监测及数据存储，为试验提供数据支撑。

进一步的，转速发生系统100包括：信号源110，用于产生一定频率脉冲信号，脉冲信号可以为正弦、余弦、TTL电平和锯齿波等信号；功率放大器120，连接信号源110，用于调节信号源110产生的脉冲信号的幅值，进而调节交变磁场强度；线圈130，连接功率放大器200，由若干根导线缠绕形成，用于感应调节幅值后的脉冲信号，通过利用电磁感应原理，利用线圈耦合产生交变磁场，脉冲信号频率决定了交变磁场的变化频率。且由图中可以看出：导磁杆200水平插入由若干根导线缠绕形成的线圈130中，用于将线圈130产生的交变磁场由导磁杆200传输至密封容器300中。

进一步的，结合图2，信号源110可为函数发生器700，函数发生器700可产生频率可调的脉冲信号。具体的，函数发生器700一端连接电源，函数发生器700可通过内部函数对电源的频率进行调整，调整为所需要频率的脉冲信号，并将生成的脉冲信号依次传输至功率放大器120和线圈130，产生交变磁场。

进一步的，结合图3，信号源110可为上位机600，上位机600的主机620内置有编程软件，用户可根据需求编写出所需要的脉冲信号，脉冲信号通过主机620和机架610的通讯传递给机架610，并通过设置在机架610上的数据输出卡将脉冲信号依次传输至功率放大器120和线圈130，产生交变磁场。

进一步的，结合图4，信号源110可为自耦变压器800，用于产生固定频率的工频信号。具体的，自耦变压器800一端连接电源，电源为电压为220V的交流电，且电源频率为50Hz，则自耦变压器800产生频率为50Hz的工频信号，并将生成的脉冲信号传输至线圈130，产生交变磁场，磁场变化频率与工频一致，能够实现试验过程中定转速运行，即60rpm/Hz×50Hz＝3000rpm。

通过上述三种信号源可提高试验装置的适用性，当函数发生器700不可用时，可通过上位机600为试验装置提供频率可调的脉冲信号，而当上位机600和函数发生器均不可用时，通过自耦变压器连接电网，提供频率为50Hz的脉冲信号，保证试验装置可用。

进一步的，在图1的基础上结合附图5，可以看出：密封容器300还包括：机械贯穿件310，设置在密封容器300与导磁杆200连接处，用于对导磁杆200进行密封，机械贯穿件310用于通过机械方式连接装置内外，在实现密封的同时可供导磁杆200穿过，具体的密封方式为：在密封容器300的对应位置打孔，孔的大小与机械贯穿件310适配，机械贯穿件310中间开设有与导磁杆200相适配的孔，仅供导磁杆200穿过；导磁杆200穿过机械贯穿件310与待试验磁电式转速传感器320一端相抵持；磁电式转速传感器320另一端连接传输电缆400，用于通过传输电缆400将转速信号传出；电气贯穿件330，设置在密封容器300与传输电缆400连接处，并供若干传输电缆400穿过，用于对传输电缆400进行密封；具体密封方式为：在密封容器300的对应位置打孔，孔的大小与电气贯穿件330适配，电气贯穿件330中间开设有与传输电缆400相适配的通孔，仅供传输电缆400穿过；电气贯穿件330在实现密封效果的同时，可通过传输电缆400引出电信号。需要说明的是：也可通过加厚O型密封圈直接对传输电缆400进行密封；通过加厚O型密封圈密封的具体密封方式为：在密封容器300的对应位置打孔，孔的大小与传输电缆400的直径相适配，并在对应孔的位置设置有O型密封圈，O型密封圈由橡胶或硅胶等材料制成，密封效果好，密封方式简单，成本低；固定支架340，贯通待试验磁电式转速传感器320，用于固定待试验磁电式转速传感器320，避免试验过程中待试验磁电式转速传感器320受高温高压蒸汽影响，产生振动，与转速传感器有碰撞风险，容易导致试验失效的问题；其中，电气贯穿件330数量、传输电缆400数量及待试验磁电式转速传感器320数量均相同，在本发明的一个实施例中，密封容器300内放置有两个待试验磁电式转速传感器320，且待试验磁电式转速传感器320均属于安全级磁电式转速传感器(1E磁电式转速传感器)。

本发明实施例采用电磁感应原理，利用线圈耦合产生交变磁场，作为转速发生装置，并通过将转速发生装置置于密封容器外，通过金属杆导磁方式为转速传感器提供转速激励信号(交变磁场)，避免转速发生装置在恶劣环境中失效；转速源采用线圈耦合磁场的方式，通过金属杆件将交变磁场导入密封容器内供转速传感器采集，试验过程仅需对导磁杆机械密封，实现简单，密封效果好，通过将转速发生系统设置在密封容器外，避免了转速发生装置在高温高压密封容器中直接工作，既保证了转速传感器有转速激励源，又保证了转速源能正常工作；可采用函数发生器或上位机产生频率可调的脉冲信号，以便提供满足磁电式转速传感器不同转速要求的激励信号，也可采用自耦变压器输出交变磁场产生定频率的脉冲信号；通过上位机主机和显示器能够实现试验全过程转速传感器工作状态的监测与记录，为试验结论提供真实可靠的数据支撑；另外，通过增加贯穿件，无需定制试验装置，无需改动机械电气接口，密封难度小；导磁杆与机械贯穿件之间采用加厚O型密封，实现简单，成本低。

实施例二

本发明实施例提供了一种核电站主泵磁电式转速传感器试验方法，适用于一种核电站主泵磁电式转速传感器试验装置，参见图6，该方法包括：

S100、通过转速发生系统产生交变磁场；具体的：由信号源产生脉冲信号，并通过功率放大器对产生的脉冲信号进行调幅，线圈接收调幅后的脉冲信号，并产生交变磁场；其中，脉冲信号可为正弦、余弦、TTL电平和锯齿波等信号；脉冲信号频率决定了交变磁场的变化频率，信号源可选择函数发生器实现，输出频率可调的脉冲信号；也可由上位机产生，输出脉冲频率可根据需求定制；还可以自耦变压器产生工频信号，输出固定频率的脉冲信号；

S200、导磁杆将转速发生系统产生的交变磁场传输至密封容器；其中，导磁杆与密封容器的连接处通过密封件和机械贯穿件进行密封；具体密封方式为：在密封容器的对应位置打孔，孔的大小与机械贯穿件适配，并且机械贯穿件中心也开设有供导磁杆穿过的通孔，并在导磁杆穿过机械贯穿件对应通孔位置处套设有O型密封圈，其中，O型密封圈的材料为硅胶或橡胶等；O型密封圈密封效果好，密封方式简单，成本低；

S300、密封容器接收由转速发生系统产生的交变磁场，并通过磁电式传感器将交变磁场转换为转速信号；从而交变磁场的变化频率决定密封容器内转速传感器的转速信号；

S400、二次仪表通过传输电缆接收转速信号，并将转速信号转换为电流信号；转换后的电流信号为4-20mA；其中，传输电缆与密封容器的连接处通过电气贯穿件进行密封，具体密封方式为：在磁电式转速传感器与传输电缆相连接一端的密封容器对应位置的外壁处打孔，孔的大小与电气贯穿件适配，且电气贯穿件中间开设有与传输电缆相适配的通孔，仅供传输电缆穿过；电气贯穿件在实现密封效果的同时，可通过传输电缆引出电信号。需要说明的是：也可通过加厚O型密封圈直接对传输电缆进行密封；其具体密封方式为：在磁电式转速传感器与传输电缆相连接一端的密封容器对应位置的外壁处打孔，孔的大小与传输电缆的直径相适配，并在对应孔的位置设置有O型密封圈，O型密封圈由橡胶或硅胶等材料制成，密封效果好，密封方式简单，成本低；

S500、上位机接收电流信号，并将电流信号转换成转速信号后进行存储和显示，实现对转速信号的监测；为试验结论提供真实可靠的数据支撑。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

综上所述，本发明实施例提供的一种核电站主泵磁电式转速传感器试验装置及试验方法，通过将转速发生装置置于密封容器外，解决了现有技术中试验过程中转速发生装置易受高温高压蒸汽影响，产生振动，与转速传感器有碰撞风险，容易导致试验失效的问题。本发明将转速源置于密封容器外，既保证了转速传感器有转速激励源，又保证了转速源能正常工作，避免了转速发生装置在高温高压的密封容器内中直接工作；通过贯穿件和密封件实现密封，无需定制密封容器置，且无需改动机械电气接口，密封难度小；通过将转速信号转换为电流信号，能够实现长距离传输，并通过上位机实现试验全过程转速传感器工作状态的监测与记录，为试验结论提供真实可靠的数据支撑；实现简单，成本低。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种核电站主泵磁电式转速传感器试验装置，包括：

设置于密封容器(300)内的待试验磁电式转速传感器(320)，其特征在于，还包括：

设置于所述密封容器(300)外的转速发生系统(100)，用于产生交变磁场；

导磁杆(200)，连接所述转速发生系统(100)和所述密封容器(300)，用于将所述转速发生系统(100)产生的交变磁场引入密封容器(300)内供所述待试验磁电式转速传感器(320)感应。

2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述待试验磁电式转速传感器(320)一端连接所述导磁杆(200)，用于感应所述导磁杆(200)传递来的交变磁场，并将感应到的交变磁场转换为转速信号。

3.根据权利要求2所述的试验装置，其特征在于，所述试验装置还包括：

若干传输电缆(400)，连接所述待试验磁电式转速传感器(320)和二次仪表(500)，用于将所述待试验磁电式转速传感器(320)产生的转速信号传输至所述二次仪表(500)；

二次仪表(500)，用于接收所述待试验磁电式转速传感器(320)产生的转速信号，并将所述转速信号转化为电流信号；

上位机(600)，连接所述二次仪表(500)，用于接收电流信号，将电流信号转换成转速信号，并对转换后的转速信号进行存储和显示。

4.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于，所述转速发生系统(100)包括：

信号源(110)，用于产生脉冲信号；

功率放大器(120)，连接所述信号源(110)，用于调节所述信号源(110)产生的脉冲信号的幅值；

线圈(130)，连接所述功率放大器(120)，由若干根导线缠绕形成，用于感应调节幅值后的脉冲信号，并产生交变磁场。

5.根据权利要求4所述的试验装置，其特征在于，所述信号源(110)为函数发生器(700)或上位机(600)，用于产生频率可调的脉冲信号；

或者：所述信号源(110)为自耦变压器(800)，用于产生固定频率的脉冲信号。

6.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于，所述密封容器(300)还包括：

机械贯穿件(310)，设置在所述密封容器(300)与所述导磁杆(200)连接处，供所述导磁杆(200)穿过，用于对所述导磁杆(200)进行密封；

电气贯穿件(330)，设置在所述密封容器(300)与所述传输电缆(400)连接处，供若干所述传输电缆(400)穿过，用于对所述传输电缆(400)进行密封，所述电气贯穿件(330)数量与所述传输电缆(400)个数相同；

固定支架(340)，用于固定所述磁电式转速传感器(320)，所述磁电式转速传感器(320)贯通所述固定支架(340)。

7.根据权利要求6所述的试验装置，其特征在于，所述导磁杆(200)与机械贯穿件(310)之间还设置有密封件(900)，用于进一步对所述导磁杆(200)进行密封，所述密封件(900)为加厚O型密封圈。

8.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于，所述二次仪表(500)产生的电流信号为4-20mA信号，便于传输。

9.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于，所述上位机(600)包括：

机架(610)，用于接收所述二次仪表(500)产生的电流信号；

主机(620)，连接所述机架(610)，用于将所述电流信号转换成转速信号，并对转换后的转速信号进行存储；

显示器(630)，连接所述主机(610)，用于将存储的转速信号进行显示。

10.一种如权利要求1所述的一种核电站主泵磁电式转速传感器试验装置的试验方法，其特征在于，包括如下处理步骤：

通过转速发生系统产生交变磁场；

导磁杆将转速发生系统产生的交变磁场传输至密封容器；

密封容器接收由转速发生系统产生的交变磁场，并通过磁电式传感器将交变磁场转换为转速信号；

二次仪表通过传输电缆接收转速信号，并将转速信号转换为电流信号；

上位机接收电流信号，并将电流信号转换成转速信号后进行存储和显示，实现对转速信号的监测；

所述通过转速发生系统产生交变磁场具体包括：

由信号源产生脉冲信号，并通过功率放大器对产生的脉冲信号进行调幅，线圈接收调幅后的脉冲信号，并产生交变磁场。