CN115312221A - 一种核反应堆屏蔽主泵泄漏定位监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核反应堆屏蔽主泵泄漏定位监测方法及系统，涉及核反应堆泄漏监测技术领域；针对核反应堆屏蔽主泵中泵体、屏蔽电机和顶盖之间的第一连接组件和第二连接组件密封结构及顶盖的排气阀的易泄漏部位；通过对在易泄漏部位布置测点进行泄漏定位监测，并基于测点特征值进行泄漏识别并定位核反应堆屏蔽主泵发生泄漏的位置，填补了现有技术的不足和反应堆关键泵类设备泄漏监测与定位方法的缺乏，基于该方法能够实现对核动力反应堆屏蔽主泵易泄漏密封部位的泄漏监测和定位的目标，为核动力反应堆一回路压力边界全范围的泄漏定位监测奠定基础奠定技术能力，从而保障屏蔽主泵及核动力反应堆的安全运行。

Description

一种核反应堆屏蔽主泵泄漏定位监测方法及系统

技术领域

本发明涉及核反应堆泄漏监测技术领域，具体涉及一种核反应堆屏蔽主泵泄漏定位监测方法及系统。

背景技术

压水核动力反应堆屏蔽主泵是反应堆一回路冷却剂压力边界的重要组成部分，其主要功能是驱动冷却剂在反应堆冷却剂系统内循环，将反应堆堆芯产生的热量通过蒸汽发生器传递给二回路，并防止放射性物质外泄漏。屏蔽主泵主要由泵体、屏蔽电机、转子、顶盖和轴承等部件组成，屏蔽电机与泵体及泵顶盖通过带密封垫的法兰结构用螺栓相连接形成两个环形密封面，泵顶盖含有排气阀门。

核反应堆屏蔽主泵长期工作在高温高压、强辐照、流体冲击及多变工况等恶劣的条件下，上述密封结构和阀门密封部件不可避免地由于多次升降温材料热胀冷缩量不协调和密封垫材料辐照老化与冲击腐蚀磨损等因素，导致屏蔽主泵密封结构与阀门密封性能下降或失效而引发反应堆冷却剂系统发生泄漏、放射性物质外泄，严重危害核反应堆的运行安全，因此对核反应堆屏蔽主泵等关键压力边界进行泄漏监测和定位对保障核反应堆运行安全至关重要。

我国核动力反应堆针对屏蔽主泵目前仅在定子壳体内配置了液位或压力仪表对定子屏蔽套泄漏进行监测，对反应堆一回路压力边界的完整性监测也主要是通过监测堆舱内的温湿度、压力和辐射剂量水平来判断一回路是否发生了泄漏，这种监测手段灵敏度较低，且不能确定是一回路压力边界上的哪个设备的具体部位发生了泄漏。针对屏蔽主泵易泄漏法兰密封结构和阀门密封部件未配置相应的泄漏监测系统，也缺乏相应的泄漏定位监测方法与手段，无法有力地保障核动力反应堆一回路压力边界全范围的泄漏定位监测需求，因此需要开展屏蔽主泵泄漏定位监测方法研究，为核动力反应堆一回路压力边界完整性的定位监测奠定技术基础。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对核反应堆屏蔽主泵目前仅在定子壳体内配置了液位或压力仪表对定子屏蔽套泄漏进行监测，缺乏对屏蔽主泵易泄漏法兰密封结构和阀门密封部件的泄漏定位监测方法与手段，无法有力地保障核动力反应堆一回路压力边界全范围的泄漏定位监测需求；本发明目的在于提供一种核反应堆屏蔽主泵泄漏定位监测方法，通过对核反应堆屏蔽主泵的易泄漏部位进行泄漏定位监测，为核动力反应堆一回路压力边界全范围的泄漏定位监测奠定基础。

本发明通过下述技术方案实现：

本方案提供一种核反应堆屏蔽主泵泄漏定位监测方法，核反应堆屏蔽主泵包括泵体、屏蔽电机和顶盖；泵体与屏蔽电机通过第一连接组件密闭连通、屏蔽电机和顶盖通过第二连接组件密闭连通；

核反应堆屏蔽主泵泄漏定位监测方法包括：

在核反应堆屏蔽主泵的易泄漏部位布置测点并实时采集泄漏声信号；易泄漏部位包括：顶盖的排气阀所在位置、第一连接组件密闭连通位置和第二连接组件密闭连通位置；

对各测点的泄漏声信号进行预处理得到测点特征值，基于测点特征值进行泄漏识别并定位核反应堆屏蔽主泵发生泄漏的位置。

本方案工作原理：针对核反应堆屏蔽主泵目前仅在定子壳体内配置了液位或压力仪表对定子屏蔽套泄漏进行监测，对屏蔽主泵结构上易泄漏的密封连接结构和阀门密封部件未配置相应的泄漏监测系统，也缺乏相应的泄漏定位监测方法与手段，仅通过现有的堆舱内温湿度、压力和辐射剂量水平不能准确地判定发生泄漏的具体设备及部位，无法有力地保障核动力反应堆一回路压力边界全范围的泄漏定位监测需求；本方案提供的一种核反应堆屏蔽主泵泄漏定位监测方法，通过对核反应堆屏蔽主泵的易泄漏部位进行泄漏定位监测，通过对各测点的泄漏声信号进行预处理得到测点特征值，基于测点特征值进行泄漏识别并定位核反应堆屏蔽主泵发生泄漏的位置，填补了核动力反应堆关键泵类设备泄漏监测与定位方法的缺乏，为核动力反应堆一回路压力边界全范围的泄漏定位监测奠定基础。

进一步优化方案为，泵体和屏蔽电机均为圆柱体结构，第一连接组件和第二连接组件均为双端面法兰组件；

第一连接组件的第一端面连接屏蔽电机、第二端面连接泵体，第一连接组件的第一端面和第二端面形成第一环形密封面；

第二连接组件的第一端面连接顶盖、第二端面连接屏蔽电机，第二连接组件的第一端面和第二端面形成第二环形密封面。

进一步优化方案为，测点的布置方法为：

在顶盖的排气阀所在位置布设测点S₄；

在第二连接组件的第二端面布设测点S₃；

在第一连接组件的第一端面布设测点S₂和测点S₁；

核动力反应堆屏蔽主泵的屏蔽电机与泵体及顶盖的法兰连接密封结构和顶盖排气阀门在主泵长期运行过程中可能会发生泄漏，属于易泄漏密封部位。为了监测屏蔽主泵的法兰密封结构(第二连接组件和第一连接组件)和排气阀门在核动力反应堆长期运行状态下是否发生了泄漏，同时满足屏蔽主泵泄漏精细定位需求和最少化安装传感器测点原则，本方案通过分别在屏蔽主泵的泵体与电机连接法兰的上端面(第一连接组件的第一端面)布置2个、在电机与顶盖连接法兰的下端面(第二连接组件的第二端面)布置1个、在顶盖排气阀门附近布置1个共计4个声发射传感器测点，实现对屏蔽主泵易泄漏部位的泄漏声信号实时采集，通过后续对获得的声信号进行综合分析，从而监测并识别屏蔽主泵易泄漏部位是否发生了泄漏事件。

作为优选第一连接组件的第一端面与屏蔽电机为一体设计，第二连接组件的第二端面与屏蔽电机为一体设计，这样第一连接组件的第一端面、屏蔽电机与第二连接组件的第二端面就相当于一个整体，而主要的测点(测点S₁、测点S₂和测点S₃)也布设在这个整体结构上，相当于主要的测点布设在一个无断层的结构上，不仅同时保证三个测点的测量精度，还能同时检测到第一连接组件和第二连接组件两个易泄漏部位可能发生的泄漏，为后续泄漏点精细定位奠定基础。

进一步优化方案为，测点S₁、测点S₂和测点S₃垂直投影在同一圆面上时，任意两个相邻测点间的投影夹角α≥90°且α≤150°。

进一步优化方案为，在垂直投影圆面上，测点S₁和测点S₂间的投影夹角为130°，测点S₁和测点S₃间的投影夹角为120°，测点S₂和测点S₃间的投影夹角为110°。

进一步优化方案为，测点特征值的获取方法包括：

S1、获取各测点的本底噪声信号并计算其有效值U_0i作为各测点的噪声基准值；

S2、计算各测点实时采集到的泄漏声信号的有效值U_i；并根据式

计算测点特征值

其中i＝1,2,3,4为测点序号，U_0i为噪声基准值，所述噪声基准值为在核反应堆正常运行工况下，屏蔽主泵未发生泄漏时各测点的本底噪声信号的有效值。

进一步优化方案为，泄漏识别的方法包括：基于实时测点特征值进行判断：

在时间段T内，

持续大于或等于预设阈值N，则判定核反应堆屏蔽主泵发生泄漏；

在时间段T内，

和

至少任意两个值持续大于或等于预设阈值N，则判定核反应堆屏蔽主泵发生泄漏。

当通过上述方法识别出了顶盖、泵体和屏蔽电机之间的第一连接组件、第二连接组件或顶盖排气阀门发生了泄漏事件时，为了获得较精确的泄漏具体位置信息，下述方案通过基于实时测点特征值进行判断以确定了是屏蔽主泵的法兰密封结构泄漏还是顶盖排气阀门泄漏，如果得出是顶盖排气阀门泄漏，则泄漏定位计算结束；如果得出是法兰密封结构(第一连接组件或第二连接组件)泄漏，则再根据屏蔽主泵的尺寸和泄漏定位精度需求自动地对第一连接组件和第二连接组件划分成多个圆弧定位段，以此圆弧定位段为基础，对屏蔽主泵两组法兰上各圆弧定位段发生泄漏时的声信号特征值组进行计算，建立起了各圆弧定位段对应的特征值表；最后将屏蔽主泵实际泄漏声信号的特征值与上述建立的特征值表在连续一段时间内进行对比，寻找出特征值组间距离最近的圆弧定位段，即得到屏蔽主泵法兰密封结构泄漏时的精细定位计算结果。考虑到核动力反应堆屏蔽主泵电机高度与电机筒体半径比一般都大于π，基于屏蔽主泵结构尺寸与泄漏声信号传播衰减分析，建立定位核反应堆屏蔽主泵发生泄漏位置的方法；

进一步优化方案为，定位核反应堆屏蔽主泵发生泄漏的位置包括方法：

在时间段T内，

持续大于或等于预设阈值N，且测点S₄泄漏声信号的有效值U₄,为所有四个测点中的最大值，则判定核反应堆屏蔽主泵顶盖的排气阀发生泄漏；

在时间段T内，

和

至少任意两个值持续大于或等于预设阈值N，且测点S₃泄漏声信号的有效值U₃,为三个测点中的最大值，则判定核反应堆屏蔽主泵第二连接组件发生泄漏；

在时间段T内，

和

至少任意两个值持续大于或等于预设阈值N，且测点S₁泄漏声信号的有效值U₁,或测点S₂泄漏声信号的有效值U₂,为三个测点中的最大值，则判定核反应堆屏蔽主泵第一连接组件发生泄漏。

进一步优化方案为，当判定第一连接组件或第二连接组件发生泄漏时进行精确定位，精确定位的方法包括：

核动力反应堆屏蔽主泵两组法兰密封结构(第一连接组件或第二连接组件)泄漏定位属于空间二维弧面结构定位，本方案根据不同屏蔽主泵实际结构尺寸与法兰密封面(第一环形密封面和第二环形密封面)定位精度需求，建立了对法兰密封面自动划分定位段的方法，从而为两组法兰密封面泄漏时的精细定位奠定基础。具体方法如下：

T1，将屏蔽电机视为一个半径为R，高为H的圆柱体Y；以精度为K(如0.25米，精度可根据需要调整)，沿圆柱体Y圆周方向将第一环形密封面和第二环形密封面分别均匀分成M个圆弧定位段；其中

[]代表取整；

T2，获取各圆弧定位段的中心坐标以及测点S₁、测点S₂和测点S₃的坐标构建各圆弧定位段的特征值F，然后获取测点S₁、测点S₂和测点S₃的实际泄漏声信号构建特征值距离函数

定义第i环形密封面上的第j个(i＝1,2；j＝1,2,…,M)弧形定位段中心的坐标为P_ij(r,θ,h)，则：

泄漏源激励的声发射信号沿屏蔽主泵金属壁面传播其信号有效值随距离近似呈指数衰减规律，基于此衰减特性，当监测到屏蔽主泵发生了泄漏事件并利用前述泄漏部位定位判别方法得出是法兰密封面(第一环形密封面和第二环形密封面)泄漏时，利用安装在屏蔽主泵电机两组法兰上的3个测点所采集的泄漏声信号，结合对两组法兰自动划分的定位段实现对泄漏源更精细定位：

假设屏蔽主泵两组法兰密封面上被划分的圆弧定位段D_ij处(其中i表示圆弧定位段所属端面，i＝1或2；i＝1表示第一连接组件，i＝2表示第二连接组件；j表示圆弧定位段标号，j＝1,2,…M；M表示该法兰密封面上定位段总数)发生了泄漏，依次对两组密封面上的所有圆弧定位段作如下相同计算：

式中U_p为假定圆弧定位段D_ij处的声发射信号的有效值；α为屏蔽主泵电机外壁上声发射信号传播随距离衰减常数，可通过试验标定；U_ij1、U_ij2、U_ij3分别为假定圆弧定位段D_ij泄漏时测点S₁、测点S₂、测点S₃采集的理论泄漏声发射信号的有效值；

L_ij1、L_ij2、L_ij3分别表示第i连接组件上的第j圆弧定位段中心到测点S₁、测点S₂、测点S₃的距离，可利用圆柱体上任意两点间的距离公式进行计算。

对上式中的计算式作相除处理得到：

上三个式中等式右边为常量，与假定圆弧定位段D_ij的位置有关，即等式左边构建的圆弧定位段的特征值反映了不同圆弧定位段上发生泄漏时3个声信号测点有效值间应近似具备的关系，因此可将特征值

作为判断假定圆弧定位段D_ij发生泄漏的依据，对所有的圆弧定位段做相同的计算，从而建立起各圆弧定位段的特征值表。当在屏蔽主泵实际监测中判定第一连接组件或第二连接组件发生了泄漏时，对实际采集到的3个测点的泄漏声信号有效值按特征值形式作相同计算，分别得到

和

的值；

所述特征值距离函数

为：

其中，i＝1或2；i＝1表示第一连接组件的第一端面，i＝2表示第二连接组件的第二端面；j表示圆弧定位段标号，j＝1,2,…M；α为屏蔽电机外壁上声发射信号传播随距离衰减系数；L_ij1、L_ij2、L_ij3分别表示第i连接组件上的第j圆弧定位段中心到测点S₁、测点S₂、测点S₃的距离。

T3，标记使特征值距离函数

最小的特征值，并在时间段T内统计标记特征值出现次数，定位泄漏位置为出现次数最多的标记特征值所对应的圆弧定位段。

本方案还提供一种核反应堆屏蔽主泵泄漏定位监测系统，用于实现上述方案所述的方法，核反应堆屏蔽主泵包括泵体、屏蔽电机和顶盖；所述泵体与屏蔽电机通过第一连接组件密闭连通、屏蔽电机和顶盖通过第二连接组件密闭连通；

核反应堆屏蔽主泵泄漏定位监测系统包括：采集模块和泄漏定位模块；

所述采集模块用于在核反应堆屏蔽主泵的易泄漏部位布置测点并实时采集泄漏声信号；

所述易泄漏部位包括：顶盖的排气阀所在位置、第一连接组件密闭连通位置和第二连接组件密闭连通位置；

所述泄漏定位模块用于对泄漏声信号进行预处理后进行泄漏识别，并基于泄漏声信号定位核反应堆屏蔽主泵发生泄漏的位置。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明提供的一种核反应堆屏蔽主泵泄漏定位监测方法及系统，针对核反应堆屏蔽主泵中泵体、屏蔽电机和顶盖之间的第一连接组件和第二连接组件密封结构及顶盖的排气阀的易泄漏部位；通过对在易泄漏部位进行泄漏定位监测，并基于测点特征值进行泄漏识别并定位核反应堆屏蔽主泵发生泄漏的位置，填补了现有技术的不足和反应堆关键泵类设备泄漏监测与定位方法的缺乏，为核动力反应堆一回路压力边界全范围的泄漏定位监测奠定基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。在附图中：

图1为屏蔽主泵易泄漏部位示意图；

图2为屏蔽主泵泄漏声发射信号测量原理图；

图3为屏蔽主泵泄漏监测测点安装位置图；

图4为屏蔽主泵划分的圆弧定位段示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-泵体，2-屏蔽电机，3-顶盖，31-排气阀，4-第一连接组件，5-第二连接组件，6-泄漏源，7-应力波，8-屏蔽主泵金属壁面，9-声发射传感器，10-信号放大器，11-调理滤波器，12-数采系统。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

核动力反应堆屏蔽主泵主要由泵体、屏蔽电机、转子、顶盖和轴承等零部件组成，电机转子和泵的叶轮固定在一根轴上，用隔离套将电机的转子和定子隔开，泵和电机被封闭在一个被泵送介质充满的压力壳体内。如图1所示，本实施例的核反应堆屏蔽主泵包括泵体1、屏蔽电机2和顶盖3；所述泵体1与屏蔽电机2通过第一连接组件4密闭连通、屏蔽电机2和顶盖3通过第二连接组件5密闭连通；本实施例中第一连接组件4和第二连接组件5为法兰密封结构；上述顶盖3的排气阀31所在位置、法兰密封结构位置在主泵长期运行于多样工况条件下可能会发生密封泄漏，属于屏蔽主泵易泄漏部位。所述泵体和屏蔽电机均为圆柱体结构，第一连接组件和第二连接组件均为双端面法兰组件；第一连接组件4的第一端面连接屏蔽电机、第二端面连接泵体，第一连接组件4的第一端面和第二端面形成第一环形密封面；第二连接组件5的第一端面连接顶盖、第二端面连接屏蔽电机，第二连接组件5的第一端面和第二端面形成第二环形密封面。

核动力反应堆屏蔽主泵的法兰密封结构或阀门密封件发生泄漏时，在泄漏源6由于压差作用泄漏冷却剂会与屏蔽主泵金属壁面8发生作用，产生超声范围连续发射的应力波7并沿主泵金属壁面8传播，该应力波称为泄漏声发射信号，可以被压电式声发射传感器9进行探测。声发射传感器9响应泄漏声发射信号输出电压信号，电压信号经过信号放大器10放大、调理滤波器11调理滤波后被数采系统12采集，屏蔽主泵泄漏声发射信号测量原理如图2所示。

为了实现核动力反应堆屏蔽主泵上的法兰密封结构和阀门密封件的泄漏监测功能，同时满足主泵泄漏部位精细定位需求和最少化安装传感器测点原则，通过在屏蔽主泵的泵体与电机连接法兰(上图1中第一连接组件4)的上端面(在屏蔽电机上的第一端面)安装了2个声发射传感器S₁和S₂，两者与主泵法兰面圆心连线的夹角为130°；在屏蔽电机与顶盖连接法兰(上图1中第二连接组件)的下端面(在屏蔽电机上的第二端面)安装了1个声发射传感器S₃，其在第一连接组件构成的圆面上投影与圆心的连线和S₁、S₂的夹角分别为120°、110°；在顶盖3上靠近圆心和排气阀31附近位置安装了1个声发射传感器S₄，共安装了上述4个声传感器测点来实现屏蔽主泵易泄漏部位的泄漏探测，其中S₁、S₂和S₃三个传感器测点在空间上的夹角可根据主泵实际工程条件进行小幅调整，但在垂直投影面上任意相邻两个测点间的投影夹角应不小于90°且不大于150°，屏蔽主泵易泄漏部位泄漏监测测点的安装位置如图3所示。

实施例2

基于上一实施例，本实施例提供一种核反应堆屏蔽主泵泄漏定位监测方法，包括步骤：

步骤一、在核反应堆屏蔽主泵的易泄漏部位布置测点并实时采集泄漏声信号；易泄漏部位包括上一实施例中的：顶盖的排气阀所在位置、第一连接组件密闭连通位置和第二连接组件密闭连通位置；

步骤二、对各测点的泄漏声信号进行预处理得到测点特征值，基于测点特征值进行泄漏识别并定位核反应堆屏蔽主泵发生泄漏的位置。

测点特征值的获取方法包括：

S1、获取各测点的本底噪声信号并计算其有效值U_0i作为各测点的噪声基准值；

S2、计算各测点实时采集到的泄漏声信号的有效值U_i；并根据式

计算测点特征值

其中i＝1,2,3,4为测点序号，U_0i为噪声基准值，所述噪声基准值为在核反应堆正常运行工况下，屏蔽主泵未发生泄漏时各测点的本底噪声信号的有效值。

泄漏识别的方法包括：基于实时测点特征值进行判断：

在时间段T内，

持续大于或等于预设阈值N，(本实施例中N取1.5，N可根据屏蔽主泵泄漏监测灵敏度要求进行调整)则判定核反应堆屏蔽主泵发生泄漏；

在时间段T内，

和

至少任意两个值持续大于或等于预设阈值N，(本实施例中N取1.5，N可根据屏蔽主泵泄漏监测灵敏度要求进行调整)则判定核反应堆屏蔽主泵发生泄漏。

利用上述屏蔽主泵泄漏监测方法识别出主泵发生了泄漏事件时，考虑到核动力反应堆屏蔽主泵电机高度与电机筒体半径比一般都大于π，基于屏蔽主泵结构尺寸与泄漏声信号传播衰减分析，进行定位核反应堆屏蔽主泵发生泄漏的位置，具体包括方法：

在时间段T内，

持续大于或等于预设阈值N，且测点S₄泄漏声信号的有效值U₄,为所有四个测点中的最大值，则判定核反应堆屏蔽主泵顶盖的排气阀发生泄漏；

在时间段T内，

和

至少任意两个值持续大于或等于预设阈值N，且测点S₃泄漏声信号的有效值U₃,为三个测点中的最大值，则判定核反应堆屏蔽主泵第二连接组件发生泄漏；

在时间段T内，

和

至少任意两个值持续大于或等于预设阈值N，且测点S₁泄漏声信号的有效值U₁,或测点S₂泄漏声信号的有效值U₂,为三个测点中的最大值，则判定核反应堆屏蔽主泵第一连接组件发生泄漏。

通过利用上述方法确定了泄漏部位后，针对确定为主泵顶盖排气阀泄漏时，定位部位已精确，无需再进一步定位计算；针对当判定第一连接组件或第二连接组件发生泄漏时，可以先对两组法兰密封面(第一环形密封面和第二环形密封面)划分定位段，再根据泄漏声信号衰减特性进行泄漏源定位计算，具体精确定位的方法包括：

核动力反应堆屏蔽主泵两组法兰密封结构泄漏定位属于空间二维弧面结构定位，本实施例根据不同屏蔽主泵实际结构尺寸与法兰密封面定位精度需求进行

T1，将屏蔽电机视为一个半径为R，高为H的圆柱体Y；以精度为K(本实施例中为0.25米)，沿圆柱体Y圆周方向将第一环形密封面和第二环形密封面分别均匀分成M个圆弧定位段；其中

定义第i连接组件的第j个(i＝1,2；j＝1,2,…,M)弧形定位段中心的坐标为P_ij(r,θ,h)，则：

划分的屏蔽主泵两组法兰密封面(第一环形密封面和第二环形密封面)的定位段示例如图4所示。

T2，获取各圆弧定位段的中心坐标以及获取测点S₁、测点S₂和测点S₃的坐标构建各圆弧定位段的特征值F，在此基础上获取测点S₁、测点S₂和测点S₃的实际采集到的泄漏声信号构建特征值距离函数

泄漏源激励的声发射信号沿屏蔽主泵金属壁面传播其信号有效值随距离近似呈指数衰减规律，基于此衰减特性，结合对两组法兰划分的圆弧定位段实现对泄漏源更精细定位的计算：

假设屏蔽主泵两组法兰密封面上被划分的任意定位段D_ij处(i＝1,2,表示所属法兰密封面；j＝1,2,…,M,表示该法兰密封面上圆弧定位段总数)发生了泄漏，依次对两组法兰密封面上的所有圆弧定位段作如下相同计算：

上式中U_p为主泵法兰面上泄漏源处的声发射信号有效值；α为屏蔽主泵电机外壁上声发射信号传播随距离衰减常数，可通过试验标定；U_ij1、U_ij2、U_ij3分别为假定圆弧定位段D_ij泄漏时安装在屏蔽主泵电机法兰上3个测点(S₁、S₂、S₃)采集的泄漏声发射信号有效值；L_ij1、L_ij2、L_ij3分别表示第i连接组件上的第j圆弧定位段中心到测点S₁、测点S₂、测点S₃的距离。可利用圆柱体上任意两点间的距离公式进行计算。

对上式中的计算式作相除处理：

上式中等式右边为常量，与主泵两组法兰面上圆弧定位段的位置有关，即等式左边构建的特征值反映了不同定位段上发生泄漏时3个声信号测点有效值间应近似具备的关系，因此可特征值

作为判断主泵法兰定位段D_ij发生泄漏的依据，对屏蔽主泵两组法兰密封面上的所有定位段做相同的计算，从而建立起各定位段的特征值表。

当在屏蔽主泵实际监测中判定两组法兰密封面上(第一环形密封面和第二环形密封面)发生了泄漏时，对实际采集到的3个测点的泄漏声信号有效值按特征值形式作相同计算，分别得到

和

的值，定义特征值距离函数φ(ij)如下：

由于泄漏位置位于屏蔽主泵(第一环形密封面和第二环形密封面)可由前述泄漏部位判别方法确定，即代表法兰组编号的i值已知，因此利用采集到的3个测点声信号有效值代入上式计算出对应泄漏法兰上各定位段的距离函数φ(ij)值，找出φ(ij)最小时对应的j值(定位段编号)，然后对连续一段时间T内(T＝1min，可设置)的j的取值进行统计，。

T3，标记使特征值距离函数

最小的特征值，并在时间段T内统计标记特征值出现次数，定位泄漏位置为出现次数最多的标记特征值所对应的圆弧定位段。

本实施例针对核动力反应堆一回路屏蔽型结构主泵的屏蔽电机与泵体间的法兰密封连接件、电机与顶盖间的法兰密封连接件和顶盖的排气阀的易泄漏部位，满足精细定位需求和最少化安装传感器测点原则在屏蔽主泵上特定位置布置4个声发射传感器测点并对获得声信号进行综合分析从而识别屏蔽主泵是否发生泄漏的监测方法，基于判定规则的泄漏部位定位方法和基于主泵法兰密封面定位段自动划分结合声信号特征值衰减计算而实现的屏蔽主泵法兰密封面泄漏精细定位计算，填补了核动力反应堆屏蔽主泵作为一回路压力边界设备发生外泄漏时进行精细定位监测的技术空白，为核动力反应堆一回路压力边界完整性的定位监测奠定了技术能力。

实施例3

本实施例提供一种核反应堆屏蔽主泵泄漏定位监测系统，用于实现上一实施例所述的方法，核反应堆屏蔽主泵包括泵体、屏蔽电机和顶盖；所述泵体与屏蔽电机通过第一连接组件密闭连通、屏蔽电机和顶盖通过第二连接组件密闭连通；其特征在于，所述系统包括：采集模块和泄漏定位模块；

所述采集模块用于在核反应堆屏蔽主泵的易泄漏部位布置测点并实时采集泄漏声信号；

所述易泄漏部位包括：顶盖的排气阀所在位置、第一连接组件密闭连通位置和第二连接组件密闭连通位置；

所述泄漏定位模块用于对泄漏声信号进行预处理后进行泄漏识别，并基于泄漏声信号定位核反应堆屏蔽主泵发生泄漏的位置。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种核反应堆屏蔽主泵泄漏定位监测方法，所述核反应堆屏蔽主泵包括泵体(1)、屏蔽电机(2)和顶盖(3)；所述泵体(1)与屏蔽电机(2)通过第一连接组件(4)密闭连通、屏蔽电机(2)和顶盖(3)通过第二连接组件(5)密闭连通；其特征在于，所述方法包括步骤：

在核反应堆屏蔽主泵的易泄漏部位布置测点并实时采集泄漏声信号；

所述易泄漏部位包括：顶盖(3)的排气阀(31)所在位置、第一连接组件密闭连通位置和第二连接组件密闭连通位置；

对各测点的泄漏声信号进行预处理得到测点特征值，基于测点特征值进行泄漏识别并定位核反应堆屏蔽主泵发生泄漏的位置。

2.根据权利要求1所述的一种核反应堆屏蔽主泵泄漏定位监测方法，其特征在于，所述泵体(1)和屏蔽电机(2)均为圆柱体结构，第一连接组件(4)和第二连接组件(5)均为双端面法兰组件；

第一连接组件的第一端面连接屏蔽电机、第二端面连接泵体，第一连接组件的第一端面和第二端面形成第一环形密封面；

第二连接组件的第一端面连接顶盖、第二端面连接屏蔽电机，第二连接组件的第一端面和第二端面形成第二环形密封面。

3.根据权利要求2所述的一种核反应堆屏蔽主泵泄漏定位监测方法，其特征在于，测点的布置方法为：

在顶盖的排气阀所在位置布设测点S₄；

在第二连接组件的第二端面布设测点S₃；

在第一连接组件的第一端面布设测点S₂和测点S₁；

测点S₁、测点S₂和测点S₃垂直投影在同一圆面上时，任意两个相邻测点间的投影夹角α≥90°且α≤150°。

4.根据权利要求3所述的一种核反应堆屏蔽主泵泄漏定位监测方法，其特征在于，在垂直投影圆面上，测点S₁和测点S₂间的投影夹角为130°，测点S₁和测点S₃间的投影夹角为120°，测点S₂和测点S₃间的投影夹角为110°。

5.根据权利要求3所述的一种核反应堆屏蔽主泵泄漏定位监测方法，其特征在于，测点特征值的获取方法包括：

S1、获取各测点的本底噪声信号并计算其有效值U_0i作为各测点的噪声基准值；

S2、计算各测点实时采集到的泄漏声信号的有效值U_i；并根据式

计算测点特征值

其中i＝1,2,3,4为测点序号，U_0i为噪声基准值，所述噪声基准值为在核反应堆正常运行工况下，屏蔽主泵未发生泄漏时各测点的本底噪声信号的有效值。

6.根据权利要求5所述的一种核反应堆屏蔽主泵泄漏定位监测方法，其特征在于，泄漏识别的方法包括：基于实时测点特征值进行判断：

在时间段T内，

持续大于或等于预设阈值N，则判定核反应堆屏蔽主泵发生泄漏；

在时间段T内，

和

至少任意两个值持续大于或等于预设阈值N，则判定核反应堆屏蔽主泵发生泄漏。

7.根据权利要求5所述的一种核反应堆屏蔽主泵泄漏定位监测方法，其特征在于，定位核反应堆屏蔽主泵发生泄漏的位置包括方法：

在时间段T内，

持续大于或等于预设阈值N，且测点S₄泄漏声信号的有效值U₄,为所有四个测点中的最大值，则判定核反应堆屏蔽主泵顶盖的排气阀发生泄漏；

在时间段T内，

和

至少任意两个值持续大于或等于预设阈值N，且测点S₃泄漏声信号的有效值U₃,为三个测点中的最大值，则判定核反应堆屏蔽主泵第二连接组件发生泄漏；

在时间段T内，

和

至少任意两个值持续大于或等于预设阈值N，且测点S₁泄漏声信号的有效值U₁,或测点S₂泄漏声信号的有效值U₂,为三个测点中的最大值，则判定核反应堆屏蔽主泵第一连接组件发生泄漏。

8.根据权利要求7所述的一种核反应堆屏蔽主泵泄漏定位监测方法，其特征在于，当判定第一连接组件或第二连接组件发生泄漏时进行精确定位，精确定位的方法包括：

T1，将屏蔽电机视为一个半径为R，高为H的圆柱体Y；以精度为K，沿圆柱体Y圆周方向将第一环形密封面和第二环形密封面分别均匀分成M个圆弧定位段；其中

[]代表取整；

T2，获取各圆弧定位段的中心坐标以及测点S₁、测点S₂和测点S₃的坐标构建各圆弧定位段的特征值F，然后获取测点S₁、测点S₂和测点S₃的实际泄漏声信号构建特征值距离函数

T3，标记使特征值距离函数

最小的特征值，并在时间段T内统计标记特征值出现次数，定位泄漏位置为出现次数最多的标记特征值所对应的圆弧定位段。

9.根据权利要求8所述的一种核反应堆屏蔽主泵泄漏定位监测方法，其特征在于，所述各圆弧定位段特征值为：

其中，

所述特征值距离函数为：

其中，i＝1或2；i＝1表示第一连接组件，i＝2表示第二连接组件；j表示圆弧定位段标号，j＝1,2,…M；α为屏蔽电机外壁上声发射信号传播随距离衰减系数；L_ij1、L_ij2、L_ij3分别表示第i连接组件上的第j圆弧定位段中心到测点S₁、测点S₂、测点S₃的距离。

10.一种核反应堆屏蔽主泵泄漏定位监测系统，用于实现权利要求1-9任意一项所述的方法，所述核反应堆屏蔽主泵包括泵体(1)、屏蔽电机(2)和顶盖(3)；所述泵体(1)与屏蔽电机(2)通过第一连接组件(4)密闭连通、屏蔽电机(2)和顶盖(3)通过第二连接组件(5)密闭连通；其特征在于，所述系统包括：采集模块和泄漏定位模块；

所述采集模块用于在核反应堆屏蔽主泵的易泄漏部位布置测点并实时采集泄漏声信号；

所述易泄漏部位包括：顶盖(3)的排气阀(31)所在位置、第一连接组件密闭连通位置和第二连接组件密闭连通位置；

所述泄漏定位模块用于对泄漏声信号进行预处理后进行泄漏识别，并基于泄漏声信号定位核反应堆屏蔽主泵发生泄漏的位置。

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