CN1171081C - 应用速度传感器决定在导向器内移动目标上产生的摩擦力的方法 - Google Patents

Abstract

本方法是允许评估一定操作时间后导向器内移动目标上产生的抵抗的摩擦力的方法。本方法在于测量移动目标速度的变化，在于计算没有摩擦时的理论移动速度，组合这两种结果，并且通过计算移动目标的加速度，推导出外抵抗力。本方法特别用于评估作用在高压水运行的核反应堆芯内控制簇上的附加摩擦力。

Description

应用速度传感器决定在导向器内 移动目标上产生的摩擦力的方法

技术领域

本发明起因于测量在导向器内并且操作者不可接近的移动目标上的力，尤其是摩擦力。本方法的主要应用是测量作用在移动组件上的力，该移动组件由置入高压水核反应堆燃料组件内的控制棒和通常称作《grappe de contrle(控制簇)》的控制棒簇的控制小棒构成。

背景技术

为了制止原子核放射性，在高压水反应堆芯内的中子放射性通过向下置入燃料组件内的控制棒簇的控制应用来调整。因此高压水反应堆的安全部分取决于控制棒簇的正确操作。例如，核反应堆的紧急停机要求在控制簇的重力作用下在预定时间内，在2秒量级，下落，但是该时间取决反应堆类型。在重力作用下每一簇下落入反应堆芯内，因为4米量级的移动距离在该期限内最终被缓冲器刹住。

在所要求编程的维护运作期间，为改变燃料棒组件或控制簇，为了进行测量进行试验是必须的，以便控制这些控制簇的运作。实际上，在一定数量的操作条件下，诸如燃料组件的变形、控制簇导向器的摩损，存在异物，控制簇或控制棒的变形或膨胀，在燃料组件内过大的流速，增压室内的横向水流等可能破坏在控制簇的重力作用下的下落，并因此加速或延迟它们的向下运动或甚至引起其阻塞。接着，在这些特殊或恶化条件下始终获悉感应力，不管是派生或非派生力，以及它们沿着移动路径的位置是必须和基本的。

然而，控制簇的这整个机构、其导向器和其控制棒处于反应堆芯特殊外壳内，并因此对人的操作者而言是不可接近的。类似地，包含反应堆设备的该组件在内的材料装入该外壳内。因此通过人的干预或回收把待检查设备来控制它们的运转或者查明其变坏的原因是不可能的。

非常频繁地用于控制控制簇移动的一个量测器件是棒位置指示器(IPB)，它可以既量测移动或移动速度。正是在移动速度的量测中，IPB在上述范围内被使用。

直到本专利申请的申请日，通常测量和记录簇的下落速度及其行程终止时的减速。如果记录到在减速时间内显著增大，按照预定的判据，决定更换有缺陷的材料。一些没有污染的、实验室试验可能有助于改善这些量测和控制，但是不能再现在反应堆芯外壳内占优势的准确条件。

此外，借助这棒位置指示器(IPB)，下降速度(称为《cinematiquede chute下降运动学》)变化的量测仍然是近似的。

本发明的目的是通过确定用于评估或决定影响在控制簇下降的摩擦力的方法克服这些缺点，对于管理控制簇的运作效率和任意安排控制簇的更换或重新放置或燃料组件的更换或重新放置，本方法是最可靠的。因此达到本目的可以提供高压水反应堆芯的改善管理。

发明内容

为此目的，本发明的主要目的是借助速度传感器确定在导向器内移动目标上发生的摩擦力的方法，并包含下述步骤：

1)测量和记录在摩擦出现前开始时目标速度的变化：V₁＝f₁(t)；

2)为了得到作为位移函数的速度变化V₁＝g₁(d)，计算在摩擦开始前目标速度变化的积分位移： $d_1\left(t\right)={\∫}_{u=0}^{t}V\left(u\right)\mathrm{du};$

3)测量和记录在摩擦出现后目标速度的变化：V₂＝f₂(t)；

4)为了得到作为位移函数的该速度V₂＝g₂(d)，计算在出现摩擦之后目标速度变化的积分位移： $d_2\left(t\right)={\∫}_{u=0}^t{V}_{2}u\left(\mathrm{du}\right);$

5)计算在出现摩擦前和后，作为位移函数的两速度差，V₃＝(g₁-g₂)(d)＝g₃(d)；

6)应用预定的计算编程，计算在出现摩擦前，作为位移函数的目标速度的变化：V₄＝g₄(d)；

7)从该变化V₄减去在测量的速度变化之差V₃，V₅＝V₄-V₃＝g₅(d)；

8)通过V₄和V₅之间的微分和乘以重量M得到在目标运动上作用的附加摩擦力：∑附加摩擦力＝M(γ₅-γ₄)＝f(d)，其中， ${\mathrm{\γ}}_i=\frac{{\mathrm{dV}}_i}{\mathrm{dt}}.$

主要应用涉及在高压水的核反应堆内棒控制簇组件的下落，这时移动目标是控制棒和控制簇，速度传感器是棒位置指示器，导向器是下落的通道。

附图说明

在阅读了附加多个附图的下述实施例将会更好了解本发明的方法。

——图1是本发明方法的步骤流程图，

——图2示出作为时间函数的表示目标位移和速度变化的曲线，以此可以了解本发明的方法，

——图3示出表示作为位移函数的目标速度变化曲线，

——图4示出应用本发明方法评价的、表示作为位移函数的力变化曲线。

具体实施方式

在本发明应用于量测控制簇下落入高压水的核反应堆内的应用中作了本发明方法的描绘。下降通道由导向管、簇导向器、热衬套、一个连接器、机构外罩和棒套构成。

本发明的方法的步骤n°1是测量和记录步骤。它发生在反应堆启动时刻，即在控制棒使用前。假设本设备是完全新的，从未用过，没有在机构内提供干扰控制簇的任何对抗力的作用。因此本量测是基准量测。在这种情况，应用棒位置指示器(IPB)。更准确说，在这里它被用于量测作为时间函数的组件下落的瞬时速度，即V₁＝f₁(t)。

步骤n°2是根据第1步骤实现的预定量测进行计算的步骤。它在于计算在出现摩擦前目标速度变化V₁(t)的积分位移，目的是得到作为该移动组件位移d函数的该速度变化： $d_1\left(t\right)={\∫}_{u=0}^t{V}_1\left(u\right)\mathrm{du}.$

从该方程可以推导出作为位移函数的速度公式：V₁＝g₁(d)。

以下两步骤在于实现步骤n°1和n°2，但在核反应堆运作的一定时间之后，在影响移动控制棒组件的时间和下降速度的不希望的对抗摩擦力发生时。

因此，步骤n°3在于使用棒位置指示器IPB量测和记录作为移动组件下落时间函数的变差的瞬时速度V₂。

步骤4在于使用量测瞬时速度V₂(t)，计算移动组件速度变化的积分位移。因此通过积分得到位移： $d_2\left(t\right)={\∫}_{u=0}^t{V}_2\left(u\right)\mathrm{du}.$

由此可以推导出在出现摩擦力后作为位移函数的移动组件速度，即V₂＝g₂(d)。

步骤5可以得到在出现附加摩擦力前、后移动组件的下降速度之差。实际上，只要计算作为位移函数的速度差V₃＝(V₁-V₂)＝(g₁-g₂)(d)＝g₃(d)就够了。为了进行该计算，必须反应堆处于相同的运作条件下。

考虑到量测仪器的性能不能被完全控制的事实，在这种情况，棒位置指示器IPB，因为它安装在人不可操作的不可接近的外壳内，所以决定只用该指示器在步骤5计算的差之后。的确可以认为，该测量仪器可能有异常性能，并且提供变形的量测信号。在这里特别提及信息传输问题，如果安装了棒位置指示器时，这些信息是相对不变的。这些问题尤其是由压强和温度引起的。相反，认为这量测仪器固有的这种变形永远具有同一量级。

因此只利用在出现摩擦力前和后实现的量测差，IPB的任何操作错误被克服，以便只考虑用该仪器作量测的变化。因此，根据步骤6，在核反应堆启动前利用考虑了核反应堆启动前已知的热水力学，机械和空间条件的预定的计算代码，计算位移组件下落速度的基本大小。

显然，该计算代码未考虑不能预示的、在反应堆启动后发生的摩擦力。因此该计算代码给出在未变坏条件下移动组件的理论下落速度。

因此，用代码可以得移动组件理论速度的变化V₄＝g₄(d)。由此可以推导出垂直力的和：

               Mγ₄＝∑垂直力。

步骤7在于考虑第1步骤内量测的速度变化以及把这些合并到在上述步骤的计算结果内。这相当于从作为位移函数的理论速度减去应用量测计算的差：

               V₅＝(g₄-g₃)(d)＝g₅(d)。

由此，可以推导出外力的和：

               Mγ₅＝∑垂直力+∑附加摩擦力。

最后步骤，步骤8，在于从上述推出作为位移函数的外力Fext。为此目的，利用动力学的基本方程式。

应用力的平衡方程：

             Mγ₄＝∑垂直力。

∑垂直力＝组件相关力，套相关力，导向器相关力，其它力。

每一力F是与速度V、位移d、系统R几何结构，温度B和其它参量有关的函数，其中，

             M(γ₅-γ₄)＝∑附加的摩擦力。

图2、3和4表示的曲线有助于更好了解本发明方法的措施。

在图2，时间在用横坐标表示，而速度和位移两者都在纵座标上表示。如果只观测到在表示标准位移d₁和变差的位移d₂的两条曲线之间稍微的变化，则速度的变化是更加显著的。关于后者，观测到两测量的速度V₁和V₂大于计算速度V₄和方法终止时得到的速度V₅。显然，可以断定变更的速度V₂小于标准速度V₁。此外，发现在V₁和V₂之间的差转移到V₄和V₅之间的差。此外，在V₁和V₂之间的速度差V₃出现在图3表示的图上，其中应用了相同附注。

在表示作为位移函数(横坐标)的摩擦力(纵坐标)变化的图4，只应考虑其变化最大的两条曲线。这图示出本发明方法的结果，即在本发明方法的最后步骤，步骤8，计算的附加摩擦力以及这些经过滤的相同附加摩擦力。其它两条曲线涉及测量力。

Claims (2)

1.应用速度传感器决定在导向器内移动目标上发生的摩擦力的方法，包含以下步骤：

1)在出现摩擦前开始量测和记录目标速度的变化：

                       V₁＝f₁(t)；

2)为了得到作为位移函数的速度V₁＝g₁(d)，计算在出现摩擦前目标速度变化的积分位移 $d_1\left(t\right)={\∫}_{u=0}^{t}V\left(u\right)\mathrm{du};$

3)测量和记录在出现摩擦后目标速度变化，

                       V₂＝f₂(t)；

4)为了得到作为位移函数的该速度V₂＝g₂(d)变化，计算在出现摩擦后，目标速度变化产生的积分位移：

$d_2\left(t\right)={\∫}_{u=0}^t{V}_2\left(u\right)\mathrm{du};$

5)计算在出现附加摩擦前后，作为位移函数的两速度差，V₃＝(g₁-g₂)(d)＝g₃(d)；

6)借助预先建立的计算程序，计算在出现摩擦前，作为位移函数的目标速度变化，

                       V₄＝g₄(d)；

7)从这个变化V₄减去量测的速度变化的差V₃，V₅＝V₄-V₃＝g₅(d)；和

8)通过V₄和V₅之间的微分，并乘以重量M，导出作用在目标运动上的摩擦力：∑附加摩擦力＝M(γ₅-γ₄)＝f(d)，其中 ${\mathrm{\γ}}_i=\frac{{\mathrm{dV}}_i}{\mathrm{dt}}.$

2.根据权利要求1的方法，应用到高压水核反应堆时，移动目标是由控制棒和控制簇构成的移动装置，导向器是下降的通道，采用速度传感器作为测量速度的棒位置指示器。

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