ES2640736T3 - Aparato y procedimiento para conmutar rutas de señales ultrasónicas en un área de radiación moderadamente alta - Google Patents

Aparato y procedimiento para conmutar rutas de señales ultrasónicas en un área de radiación moderadamente alta Download PDF

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ES2640736T3 ES13865092.4T ES13865092T ES2640736T3 ES 2640736 T3 ES2640736 T3 ES 2640736T3 ES 13865092 T ES13865092 T ES 13865092T ES 2640736 T3 ES2640736 T3 ES 2640736T3
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Abstract

Un aparato de conmutación remota, que comprende: un reactor de agua ligera; una estación (25) de control; una carcasa (10) situada en un campo de radiación del reactor de agua ligera, que comprende: una superficie exterior; una cavidad (18) formada por la superficie exterior; una primera pared (12a); una segunda pared (12b); uno o más conectores (20) de entrada montados en la primera pared (12a); y uno o más conectores (22) de salida montados en la segunda pared (12b); un dispositivo de conmutación de señales alojado dentro de la cavidad (18) de la carcasa (10), que comprende: al menos una placa de circuito impreso; y una pluralidad de conmutadores de relé montados en la al menos una placa de circuito impreso; dos o más dispositivos (28) de generación/recepción de señales; uno o más cables (24) de conexión de señales conectados de forma correspondiente a los uno o más conectores (20) de entrada, para controlar de forma remota la pluralidad de conmutadores de relé del dispositivo de conmutación de señales desde la estación (25) de control; y uno o más cables (26) de salida conectados de forma correspondiente a los uno o más conectores (22) de salida y los dos o más dispositivos (28) de generación/recepción de señales, para conmutar de forma remota los dos o más dispositivos (28) de generación/recepción de señales desde cada uno del uno o más cables (24) de conexión de señales.

Description

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DESCRIPCION
Aparato y procedimiento para conmutar rutas de senales ultrasonicas en un area de radiacion moderadamente alta Campo de la invencion
Esta invencion se refiere en general a aparatos y procedimientos para conmutar de forma remota dispositivos de senal que son operados en campos de radiacion relativamente alta en un reactor nuclear, tal como un reactor de agua en ebullicion.
Antecedentes de la invencion
La inspeccion y la reparacion de reactores nucleares de agua en ebullicion consisten tipicamente en polos y cuerdas controlados manualmente para manipular dispositivos de servicio y/o posicionar estos dispositivos. Se prefiere la operacion a distancia, y a veces es obligatorio, debido a los riesgos de seguridad asociados con la radiacion dentro del reactor. Durante el apagado del reactor, el mantenimiento de algunos componentes requiere la instalacion de manipuladores de inspeccion o dispositivos de 30 a 100 pies (9,14 a 30,48 metros) de profundidad dentro del refrigerante del reactor. Los manipuladores o dispositivos de inspeccion estan conectados a una estacion de control remoto a traves de cables de conexion. Los cables de conexion son costosos y engorrosos para instalar y retirar. Los conductores de senal individuales tambien deben ser relativamente grandes para mejorar la relacion de senal a ruido considerando la longitud requerida del cable de conexion. Ademas del alto coste, el tamano mas grande de los cables de conexion puede impedir el acceso a ubicaciones dentro del reactor que tengan areas de acceso limitadas. Los cables de conexion mas pequenos proporcionan un mejor acceso al manipulador y maniobrabilidad. Ademas, los cables de conexion tienden a ser una fuente de radiacion y exposicion de contaminacion al personal de manipulacion. En algunos casos, se pueden realizar menos instalaciones de manipuladores y si se utiliza un cable de conexion mas pequeno en los manipuladores, se reduce la manipulacion y la exposicion del personal. La idea de utilizar multiplexores de senal no es necesariamente nueva. Sin embargo, la tecnologfa de multiplexor tfpica utiliza semiconductores que son susceptibles al dano por radiacion y, por lo tanto, no se pueden utilizar con los altos niveles de radiacion dentro del reactor. Ademas, los dispositivos de senal convencionales (por ejemplo, sondas ultrasonicas) no requieren un numero significativo de conductores de senal, que creana un deseo de multiplexacion. Aunque los avances tecnologicos recientes en algunos dispositivos de senal, tales como sondas ultrasonicas y camaras de video, requieren mas conductores de senal que la tecnologfa anterior, que impulsa el deseo de multiplexacion. Por ejemplo, las sondas ultrasonicas de alineamiento en fase requieren un numero significativamente mayor de conductores para operar. El numero de conductores puede ser mas de 128 veces la cantidad requerida para las sondas ultrasonicas convencionales. Con un accionamiento para utilizar ultrasonidos de alineamiento en fase y, por lo tanto, mas cables de conexion de senal principales, el deseo de multiplexacion o conmutacion ha aumentado.
En general, un reactor nuclear de agua en ebullicion produce energfa electrica mediante el calentamiento de agua en un recipiente de reactor que contiene un nucleo de combustible nuclear para generar vapor, que se utiliza a su vez para accionar una turbina de vapor. La figura 1 muestra una disposicion general de un recipiente 4 de presion de reactor (RPV). El agua de alimentacion se admite en el RPV 4 a traves de una entrada de agua de alimentacion (no mostrada) y un rociador 6 de agua de alimentacion, que es un tubo en forma de anillo provisto de aberturas adecuadas para distribuir circunferencialmente el agua de alimentacion dentro del RPV 4. El agua de alimentacion desde el rociador 6 fluye hacia abajo a traves del anillo 8 descendente, que es una region anular entre una cubierta 2 de nucleo y el RPV 4.
La cubierta 2 del nucleo es un cilindro de acero inoxidable que rodea el nucleo de combustible nuclear, cuya ubicacion esta designada generalmente por el numero 9 en la figura 1. El nucleo esta constituido por una pluralidad de conjuntos de haz de combustible. Cada matriz de conjuntos de haz de combustible esta soportada en la parte superior mediante una grna superior y en la parte inferior mediante una placa de nucleo (ninguna de las cuales se muestra). La grna superior del nucleo proporciona un soporte lateral para la parte superior de los conjuntos de combustible y mantiene la separacion correcta del canal de combustible para permitir la insercion de la varilla de control.
El agua fluye a traves del anillo 8 descendente, alrededor del borde inferior de la cubierta y en la camara 11 inferior del nucleo. El agua entra posteriormente en los conjuntos de combustible, en el que se establece una capa lfmite de ebullicion. Una mezcla de agua y vapor entra en la camara 13 superior del nucleo bajo la cabeza 15 de la cubierta. La mezcla de vapor-agua que fluye a traves de los conductos verticales (no mostrados) encima de la cabeza de la cubierta y entra en los separadores de vapor (no mostrados), que separan el agua lfquida del vapor. El agua lfquida entonces se mezcla con el agua de alimentacion en la camara de mezcla, la cual vuelve entonces al nucleo a traves del anillo 8 descendente. El vapor se extrae del RPV 4 a traves de una salida de vapor.
El BWR incluye tambien un sistema de recirculacion de refrigerante que proporciona el flujo de conveccion forzada a traves del nucleo necesario para alcanzar la densidad de potencia requerida. Una porcion del agua es aspirada desde el extremo inferior del anillo 8 descendente a traves de la salida de agua de recirculacion (no visible en la figura 1) y es forzada mediante una bomba de recirculacion centnfuga (no mostrada) en conjuntos 19 de bomba de
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chorro (dos de los cuales se muestran en la figura 1) a traves de entradas 21 de agua de recirculacion. El BWR tiene dos bombas de recirculacion, cada una de las cuales proporciona el flujo de conduccion para una pluralidad de conjuntos de bomba de chorro. Los conjuntos de bomba de chorro estan distribuidos circunferencialmente alrededor de la cubierta 2 del nucleo.
Los componentes y las estructuras en el recipiente de presion del reactor necesitan examinarse periodicamente para determinar su integridad estructural y la necesidad de reparacion. La inspeccion por ultrasonidos es una tecnica conocida para detectar y dimensionar grietas en componentes de reactores nucleares. Un area de inspeccion de interes primario es la superficie exterior de la cubierta del nucleo cilmdrico. Sin embargo, la cubierta del nucleo es de difmil acceso. El acceso a la instalacion esta limitado al espacio anular entre el exterior de la cubierta y el interior del recipiente de presion del reactor, entre bombas de chorro adyacentes. El acceso a la operacion de exploracion esta adicionalmente restringido dentro del estrecho espacio entre la cubierta y las bombas de chorro. Las areas de inspeccion son muy radioactivas, y se encuentran bajo el agua de 50 a 65 pies (15,24 a 19,81 metros) por debajo de la plataforma de trabajo del operador. El documento US5712886A desvela un aparato para conmutacion remota segun el preambulo de la reivindicacion 1.
Un objeto de esta invencion es proporcionar un aparato y procedimientos que permiten las operaciones de manipulacion para posicionar dispositivos en diferentes areas de difmil acceso que tienen campos de radiacion relativamente altos, y para varios dispositivos de generacion/recepcion de senal para ser controlados por un cable de conexion principal.
Sumario de la invencion
La invencion proporciona aparatos y procedimientos para la inspeccion de los componentes internos del reactor en un recipiente de reactor segun las reivindicaciones 1 y 12. En las reivindicaciones 2 a 11 se definen realizaciones mas espedficas.
Breve descripcion de los dibujos
Una comprension adicional de la invencion se puede obtener a partir de la siguiente descripcion de las realizaciones preferidas cuando se lee conjuntamente con los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 es un esquema que muestra una vista en alzado de porciones pertinentes de un BWR convencional;
la figura 2 es una carcasa para alojar un dispositivo de conmutacion de senal; y
la figura 3 es un esquema de un circuito para su uso en un dispositivo de conmutacion de senal.
Descripcion detallada
La invencion se refiere a aparatos y procedimientos para conmutar de forma remota dispositivos de senal a traves de un cable de conexion de senal principal compartido. Un cable de conexion principal conecta una estacion de control a una carcasa, por ejemplo, una caja de conexiones, que aloja un dispositivo de conmutacion de senal. El dispositivo de conmutacion de senal permite controlar varios dispositivos de generacion/recepcion de senales, por ejemplo, camaras, sensores ultrasonicos, sondas ultrasonicas de alineamiento en fase y similares, mediante un cable de conexion principal. Ademas, el dispositivo puede ser accionado en campos de radiacion relativamente altos en los que los dispositivos multiplexores convencionales pueden no ser operables.
Segun la invencion, se emplea mas de un cable de conexion principal.
Haciendo referencia a la figura 2, se ilustra una carcasa 10. La carcasa 10 tiene cuatro paredes que incluyen una primera pared 12a y una segunda pared 12b (no se muestran dos de las paredes), una superficie 14 inferior y una cubierta 16 superior, que forman una cavidad 18 en su interior.
La cavidad puede incluir una amplia variedad de formas, tales como, pero no limitado a piramides, octogonal, hexagonal, y cilmdrico o similares. Por ejemplo, cuando la carcasa tiene forma cilmdrica, la carcasa incluye un tubo cilmdrico, una cubierta extrafble, una cubierta opuesta, una cavidad formada por esta estructura, uno o mas conectores de entrada montados en al menos una superficie y uno o mas conectores de salida montados en al menos otra superficie.
La carcasa 10 (como se muestra en la figura 2) puede construirse de un material que es adecuado para su uso en reactores nucleares de agua ligera, tales como reactores de agua en ebullicion. Por lo tanto, la carcasa 10 es adecuada para su uso en areas de radiacion y tambien es adecuada para inmersion bajo el agua. Un dispositivo de conmutacion de senal (no mostrado) esta dispuesto dentro de la cavidad 18. Los dispositivos de conmutacion de senal de acuerdo con la invencion incluyen al menos una placa de circuito impreso y una pluralidad de conmutadores de rele.
Los dispositivos de conmutacion pueden incluir reles en espiral, y pueden disenarse para ondas de radio de alta frecuencia. Ademas, los dispositivos de conmutacion pueden ser conmutadores de senal de doble tiro de doble polo y pueden ser conmutadores de senal de impedancia adaptados de 50 ohmios.
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Por otra parte, la al menos una placa de circuito puede contener conectores conductores coaxiales montados en la placa.
La cubierta 16 superior se puede unir a las cuatro paredes y es extrafole para insertar y retirar el dispositivo de conmutacion de senal. La primera pared 12a tiene montados en la misma tres conectores 20 de entrada. Se contempla que pueden emplearse mas o menos conectores 20 de entrada. Un extremo de los cables 24 de conexion de senal esta unido a cada uno de los conectores 20 de entrada y el otro extremo de los cables 24 de conexion de senal esta unido a una consola 25 de control y de generacion de senales. La segunda pared 12b tiene montados cinco conectores 22 de salida. Tambien se contempla que pueden emplearse mas o menos conectores 22 de salida. Los conectores 22 de salida estan conectados a al menos un dispositivo 28 generador/receptor de senales, tal como una camara o sensor ultrasonico, a traves de cables 26 de salida. Ademas, un cable 30 de control de conmutacion conecta la consola 25 con un conector 32 en la carcasa 10.
Cada conjunto de cable de conexion principal sirve como una entrada de cable de senal bidireccional al dispositivo de conmutacion de senal y sirve como una salida de cable de senal bidireccional desde el equipo en la estacion de control. Cada cable de conexion principal puede contener una pluralidad de conductores de cable coaxial con conectores sobremoldeados densos de contacto.
La carcasa tambien facilita una transicion desde un pequeno cableado coaxial micro flexible conectado al dispositivo de senal, a cables coaxiales mas grandes conectados a la consola de control. Los cables microcoaxiales se pueden conectar entre la caja de conmutadores de la carcasa y el dispositivo de senal (por ejemplo, sonda ultrasonica de alineamiento en fase) para permitir un diseno compacto y un movimiento flexible del manipulador. Sin embargo, estos cables micro coaxiales resultan en pulsos de excitacion severamente atenuados y senales de retorno si se utilizan para longitudes de cable largas. Por lo tanto, se pueden conectar cables coaxiales mas grandes entre la carcasa y la consola de control para minimizar la atenuacion total de la senal y obtener una relacion senal/ruido aceptable.
El dispositivo conmutador de senales puede ser de diversos disenos y configuraciones conocidas en la tecnica. Haciendo referencia a la figura 3, se ilustra un ejemplo de un circuito que puede utilizarse en el dispositivo de conmutacion de senal y contenido dentro de la carcasa 10 de la invencion.
En ciertos casos, la invencion incluye las siguientes caractensticas. Se emplea una carcasa para alojar un dispositivo de conmutacion de senal. La carcasa es adecuada para su uso en areas de radiacion relativamente alta y puede sumergirse bajo el agua. El dispositivo de conmutacion de senal incluye tres placas de circuito impreso, cada una de las cuales contiene treinta y dos conmutadores de rele de microchip coaxiales con conectores coaxiales enchufables que se sueldan a las placas de circuito impreso. Las placas de circuito impreso utilizan la tecnologfa lineal de cinta y los reles que emparejan la impedancia para las aplicaciones de alineamiento en fase. El rele de metal tambien puede utilizarse para proporcionar blindaje contra interferencias electromagneticas externas. Pueden utilizarse tambien conexiones coaxiales individuales en las placas de circuito impreso para proporcionar la adaptacion de impedancia y minimizar las longitudes de ejecucion de senal en las placas de circuito impreso. Se conectan tres cables coaxiales a cada uno de los reles con los extremos opuestos de los cables soldados para contactar con conectores submarinos densos montados y sellados dentro de la carcasa. En ciertas realizaciones, tres conjuntos principales de cable de conexion estan conectados a la carcasa subacuatica. Cada cable de conexion principal contiene treinta y dos conductores de cable coaxial con contacto denso sobremoldeado bajo conectores de agua. El dispositivo de conmutacion de senal tambien incluye cinco conectores subacuaticos densos de contacto utilizados como salida del dispositivo de conmutacion de senal. Estos conectores de contacto denso estan conectados al dispositivo de salida de senal (por ejemplo, sensores ultrasonicos).
Los conmutadores de rele del dispositivo de conmutacion de senal se controlan de forma remota desde la estacion de control. Los conmutadores de rele se pueden conectar en paralelo o en serie para proporcionar salidas adicionales para una entrada dada. En ciertas realizaciones, los conmutadores de rele estan cableados en paralelo para crear dos salidas por cada entrada y para minimizar el riesgo de atenuacion de senal asociado con cada rele. Alternativamente, los conmutadores de rele estan cableados en serie para dividir cada salida en una entrada en otro rele. Si se utilizan dos capas de reles en serie, cada entrada utilizana tres reles y creana cuatro salidas. Si se utilizan tres capas de reles en serie, cada entrada utilizara siete reles y creana 8 salidas. Los controles de conmutacion de reles estan unidos entre sf de tal manera que una sola senal de control conmutara todos los reles en cada una de las placas de circuito impreso. Por lo tanto, solo se requieren cuatro conductores para controlar tres placas de circuito impreso controladas individualmente, cada una con 32 conmutadores de rele de senal coaxial. Hay un conductor para cada contacto de control individual por placa y un conductor compartido para alimentacion. Se puede utilizar un solo conductor de control para conmutar todos los reles juntos.
El dispositivo conmutador de senal descrito anteriormente ilustra un caso mediante el cual se utilizan y estan cableadas tres entradas, tres placas de circuitos impresos, treinta y dos conmutadores por placa, cinco salidas en paralelo, y estan contenidos dentro de una carcasa. Sin embargo, se contempla que se puedan utilizar una amplia variedad de combinaciones de entradas, salidas, conmutadores o cableado en serie para acomodar las necesidades de manipuladores espedficos.
Los tipos de componentes utilizados en este dispositivo conmutador de senal son componentes pasivos con reles en espiral, ya que no son tan susceptibles a los fallos inducidos por la radiacion. La tecnolog^a moderna puede utilizar componentes basados en transistores que son mas susceptibles a fallos de radiacion. Sin embargo, la tecnologfa moderna ha reducido el tamano y ha aumentado la robustez de la tecnologfa de reles y placas de circuitos impresos, 5 lo que hizo mas factible el desarrollo y el despliegue de este dispositivo, dado las condiciones operativas dentro de un reactor nuclear, tal como una o mas de requisitos de temperatura, tamano, potencia y costes.
Aunque realizaciones espedficas de la invencion se han descrito en detalle, se apreciara por parte de los expertos en la tecnica que diversas modificaciones y alternativas a esos detalles podnan desarrollarse a la luz de las ensenanzas globales de la divulgacion. De acuerdo con ello, las realizaciones particulares desveladas pretenden ser 10 ilustrativas y no limitativas en cuanto al alcance de la invencion, que se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (12)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un aparato de conmutacion remota, que comprende:
    un reactor de agua ligera; una estacion (25) de control;
    una carcasa (10) situada en un campo de radiacion del reactor de agua ligera, que comprende: una superficie exterior;
    una cavidad (18) formada por la superficie exterior; una primera pared (12a); una segunda pared (12b);
    uno o mas conectores (20) de entrada montados en la primera pared (12a); y uno o mas conectores (22) de salida montados en la segunda pared (12b);
    un dispositivo de conmutacion de senales alojado dentro de la cavidad (18) de la carcasa (10), que comprende:
    al menos una placa de circuito impreso; y
    una pluralidad de conmutadores de rele montados en la al menos una placa de circuito impreso; dos o mas dispositivos (28) de generacion/recepcion de senales;
    uno o mas cables (24) de conexion de senales conectados de forma correspondiente a los uno o mas conectores (20) de entrada, para controlar de forma remota la pluralidad de conmutadores de rele del dispositivo de conmutacion de senales desde la estacion (25) de control; y
    uno o mas cables (26) de salida conectados de forma correspondiente a los uno o mas conectores (22) de salida y los dos o mas dispositivos (28) de generacion/recepcion de senales, para conmutar de forma remota los dos o mas dispositivos (28) de generacion/recepcion de senales desde cada uno del uno o mas cables (24) de conexion de senales.
  2. 2. El aparato de la reivindicacion 1, en el que los conmutadores de rele estan montados en la al menos una placa de circuito impreso en paralelo.
  3. 3. El aparato de la reivindicacion 1, en el que la al menos una placa de circuito impreso utiliza la tecnologfa de lmea de banda o de coincidencia de impedancia de micro banda.
  4. 4. El aparato de la reivindicacion 1, en el que los dos o mas dispositivos (28) de generacion/recepcion de senales se seleccionan del grupo que consiste en al menos una camara y al menos un sensor ultrasonico.
  5. 5. El aparato de la reivindicacion 4, en el que el sensor ultrasonico es una o mas sondas ultrasonicas de alineamiento en fase.
  6. 6. El aparato de la reivindicacion 1, en el que hay tres conectores (20) de entrada montados en la carcasa (10) y tres cables (24) de conexion de senales conectados de manera correspondiente a los tres conectores (20) de entrada.
  7. 7. El aparato de la reivindicacion 1, en el que hay cinco conectores de salida montados en la carcasa y cinco dispositivos de generacion/recepcion de senales conectados de manera correspondiente a los cinco conectores (22) de salida.
  8. 8. El aparato de la reivindicacion 1, en el que el reactor de agua ligera es un reactor de agua en ebullicion.
  9. 9. El aparato de la reivindicacion 1, en el que la carcasa (10) esta sumergida bajo el agua en el reactor de agua ligera.
  10. 10. El aparato de la reivindicacion 1, en el que la al menos una placa de circuito impreso contiene conectores de conductores coaxiales montados en la placa.
  11. 11. El aparato de la reivindicacion 1, en el que la carcasa es una caja de conexiones.
  12. 12. Un procedimiento de conmutacion remota, que comprende:
    proporcionar un reactor de agua ligera;
    proporcionar una estacion (25) de control;
    identificar un campo de radiacion en el reactor de agua ligera;
    posicionar una carcasa (10) en el campo de radiacion, que comprende:
    una primera pared (12a); una segunda pared (12b); una superficie exterior; y
    una cavidad (18) formada por la superficie exterior;
    que aloja un dispositivo de conmutacion de senales dentro de la cavidad de la carcasa (10), que comprende: al menos una placa de circuito impreso; y
    una pluralidad de conmutadores de rele montados en la al menos una placa de circuito impreso; montar uno o mas conectores (20) de entrada en la primera pared (12a) de la carcasa (10);
    5 montar uno o mas conectores (22) de salida en la segunda pared (12b) de la carcasa (10);
    obtener al menos un cable (24) de conexion de senales;
    conectar correspondientemente el al menos un cable (24) de conexion de senales a los uno o mas conectores (20) de entrada para controlar de forma remota la pluralidad de conmutadores de rele del dispositivo de conmutacion de senales desde la estacion (25) de control;
    10 proporcionar al menos dos dispositivos (28) de generacion/recepcion de senales;
    conectar los al menos dos dispositivos (28) de generacion/recepcion de senales a los uno o mas conectores (22) de salida; y
    conmutar de forma remota los al menos dos dispositivos (28) de generacion/recepcion de senales desde cada uno del al menos un cable (24) de conexion de senales.
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