FI82562B - Foerfarande och apparatur foer detektion av vilsekomna partiklar i en kaernreaktor. - Google Patents

Description

82562

Menetelmä ja laitteisto ydinreaktorissa harhaan-joutuneiden kappaleiden ilmaisemiseksi Förfarande och apparatur för detektion av vilse-komna partiklar i en kärnreaktor 5

Ydinreaktorissa harhaanjoutuneet kappaleet saattavat aiheuttaa huomattavaa vahinkoa rakenteita vasten hakkaantuessaan, mikäli niiden läsnä-10 olo reaktorissa pitkittyy.

Eräs ratkaisu harhaanjoutuneiden kappaleiden ilmaisemiseksi käsittää reaktorin primääripiirin seinämän kanssa kosketuksiin asennetusta anturista (tavallisesti kiihtyvyysmittari) saatujen signaalien säännöllisin 15 väliajoin, esimerkiksi päivittäin tapahtuvan kuuntelemisen ja mittaamisen.

Tämä ratkaisu sisältää lukuisia rajoituksia. Mikäli kuunteluja ei toteuteta useammin, saattaa vaarana olla, että harhaanjoutuneen kappa-20 leen läsnäolo huomataan vasta niin myöhään, että huomattavaa vahinkoa on jo tapahtunut. Lisäksi epänormaaleja ääniä on vaikeata yhdistää jostakin tietystä lähteestä tuleviksi, kaikkia mahdollisia lähteitä ajatellen, ja joihin lähteisiin kuuluu erityisesti höyrypäästöjen olemassaolo sekä vaarattomien häiriöilmiöiden aiheuttamat iskut.

25

Eräässä toisessa ratkaisussa (EP-A-00 49659) käytetään lukuisia antureita, joita kutakin kannattaa reaktorin erillinen elin, ja jotka on yhdistetty diskriminaattorin käsittävään ilmaisinkanavaan. Kaikki kanavat on kytketty koodauslaitteeseen, joka luokittelee eri antureista 30 saapuvat impulssit saapumisjärjestyksessä, ja vertaa näin saatua sarjaa johonkin määrättyyn sarjaan. Tällä menetelmällä ei voida tunnistaa harhaanjoutuneiden kappaleiden aiheuttamia iskuja, mikäli taustahäiriöt ovat huomattavia.

35 Julkaisussa FR-A-2 215 624 esitetään puolestaan sellainen ilmaisinlai-te, joka määrittää anturin ilmaisimien sysäysten rytmin ja niiden energian, ja joka mittaa energiamaksimin jonkin tietyn ajanjakson aikana.

: Tällä menetelmällä iskujen alkuperän erottaminen ei ole mahdollista.

2 82562

Reaktoriastiassa esiintyvien, epätavallisten tai väliaikaisten värähtelyjen paljastamiseksi on edelleen ehdotettu kysyvää laitetta, joka mittaa reaktorin primääripiirin seinämän kanssa kosketuksissa olevan 5 kiihtyvyysmittariin vaikuttavien värähtelyjen kynnyskertoimen. Hälyttäminen tapahtuu, mikäli tämä kerroin ylittää tietyn arvon. Tällä laitteella iskuja ei voida erotella niiden alkuperän mukaan, ja erityisesti se on yhtä herkkä paikoillaan olevien elimien heilumisen aiheuttamille iskuille kuin harhaanjoutuneille kappaleiden läsnäolollekin.

10

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä ja laitteisto, jotka aikaisemmin tunnettuja paremmin vastaavat käytännön vaatimuksia, erityisesti siten, että niillä voidaan toteuttaa jatkuvatoiminen erottelu normaalin melunlähteen ja harhaanjoutuneiden kappaleiden aiheuttamien 15 sysäysten tuottamien melunlähteiden välillä.

Tätä tarkoitusta silmällä pitäen keksinnössä käytetään hyväksi sitä tosiasiaa, että reaktoriin sisäänuppoavien elinten kannattelemien antureiden, jotka tavallisesti ovat kiihdytysmittareita, ja joita ei ole 20 kytketty primääripiirin uikoseinämään, havaitsemat sysäykset tuottavat harhaanjoutuneiden kappaleiden primääripiirin seinämää vasten aiheutuneita sysäyksiä vastaten vuorovaikutteisia signaaleja, koska sysäykset virittävät eri antureita hetkinä, jotka eivät eroa kuin häiriön esiintymisen ajallisten erojen suhteen.

25

Sitä vastoin ilmaisimia kantavien rakenteiden heilumisen tai värähte-lemisen aiheuttamat iskut eivät kaikissa ilmaisimissa aiheuta vuorovaikutteisia signaaleja.

30 Keksinnössä käytetään hyväksi tätä tosiseikkaa yhdessä seuraavan seikan kanssa: iskun puuttuessa värähtelymäinen taustahäiriö on luonteeltaan satunnaisia, ja kynnysarvon sekä tehoarvon välinen suhde, jota kutsutaan "kynnyskertoimeksi", ei ylitä arvoa 4-5, signaalin tilastollisesta luonteesta johtuen. Näin ollen jatkuvan, jopa voimakkaankin, 35 taustahäiriön sysäykset voidaan erottaa siitä seikasta johtuen, että niiden tuottama kynnyskerroin on kynnystä korkeampi. Kun taustahäiriön

II

3 82S62 suuruus on lähes suuruusluokkaa neljä kertaa tehoarvo, niin kynnysker-toimen kynnykseksi voidaan valita arvo 12, sysäysten onnistuneen erottamisen saavuttamiseksi.

5 Näin ollen keksinnössä ehdotetaan ydinreaktorissa harhaanjoutuneiden kappaleiden ilmaisemiseksi sellaista menetelmää, jossa menetelmässä käytetään mekaanisten iskujen antureiden, kuten kiihtyvyysmittareiden, tuottamia signaaleja, joita antureita kannattavat reaktorin elimet ja joihin antureihin on liitetty huipun ilmaisin, jossa menetelmässä kun-10 kin anturin tuottaman signaalin tehoarvo määritetään ja lähtöimpulssi annetaan aina kun signaalin huippuarvolla on huippukerroin, joka on suurempi kuin ennalta määrätty taso, jolle menetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista, että lähtöimpulssit niitä signaaleja varten, joilla on ennalta määrättyä tasoa korkeampi huippukerroin, havaitaan vähin-15 tään kahdessa kanavassa, jotka kukin on liitetty eri anturiin, joita antureita kannattaa reaktorin primääripiirin ulkoseinämästä irtikytketyt elimet ja joihin kuhunkin anturiin on liitetty huipun ilmaisin, ja että mainittujen impulssien keskinäinen samanaikaisen esiintymisen tiheys määritetään kahdessa kanavassa, jolloin hälytys saadaan aikaan 20 tiheyden ylittäessä kynnyksen.

Samanaikaisen esiintymisen tiheyden kynnys valitaan satunnaisten, samanaikaisten esiintymisien aiheuttamien sopimattomien hälytysten välttämiseksi. Samoin kynnyskertoimen (signaalin kynnysarvon ja tehoarvon 25 välinen suhde) taso valitaan siten, että taustahäiriön iskujen aiheuttamat impulssin kaltaiset signaalit voidaan poistaa, joka taustahäiriö vaihtelee reaktorin toimintatilan mukaan, ja joka taso voidaan kohottaa primääri- tai sekundääripiirin höyrypäästön tapauksessa.

30 Yleensä, ainakin sellaisen reaktorin tapauksessa, jossa vettä käytetään vaimennukseen ja jäähdytykseen, käytetään sellaisten ilmaisimien välistä samanaikaista esiintymistä, jotka ilmaisimet on viety ohjaus-putkien avulla reaktoriastian seinämän läpi. Täten harhaanjoutuneiden kappaleiden aiheuttamat iskut voidaan erottaa niistä iskuista, joita 35 reaktorin sisäisen instrumentoinnin suojauksen sysäykset tuottavat : vastaavan polttoainelaitteiston jalustaa vasten. Tämänkaltainen sysäys 4 82562 siirtyy astian alaosaan saakka ohjausputken välittämänä, mutta muiden ohjausputkien kantamat anturit eivät tunnista sitä.

Yhteenvetona mainittakoon, että keksinnössä yhdistyvät kynnyskertoi-5 men, joka on fysikaalisesti oikeutettu parametri, määrittäminen, hetkellisesti mittauksesta ja tehoarvon määrittämisestä lähtien, joka tehoarvo on määritetty varhaisemmasta mittauksesta lähtien, ja useiden kanavien välinen vuorovaikutus. Tehoarvon mittapiirin aikavakio (il-maisinpiiri RMS) valitaan siten, että vaiheistettujen impulssien läsnä-10 olo signaalissa ei käytännöllisesti katsoen muuta tätä arvoa.

Edullisella tavalla menetelmä saattaa myös käsittää signaalin tehoarvon vertaamisen toiseen kynnykseen. Menetelmällä voidaan täten ilmaista jopa erittäin lähellä toisiaan olevia iskuja (joita aiheuttavat esimer-15 kiksi useat harhaanjoutuneet kappaleet). Tässä tapauksessa todellakin tehoarvo kasvaa ja kynnyskerroin pienenee. Mutta tehoarvon korottaminen johtaa ilmaisukynnyksen ylittämiseen, joka kynnys on esimerkiksi kolme kertaa normaalin tehoarvon suuruinen harhaanjoutuneen kappaleen puuttuessa, ja se saa aikaan hälytyksen.

20

Keksinnössä ehdotetaan edelleen ydinreaktorin astiassa olevien harhaanj outuneiden kappaleiden ilmaisemiseksi laitteistoa, jolla edellä määritelty menetelmä voidaan toteuttaa, ja joka käsittää lukuisia mekaanisten impulssien antureita, kuten kiihtyvyysmittareita, joita antu-25 reita astian eri rakenteet kannattavat, ja joka laitteisto on tunnettu siitä, että se käsittää sellaisten impulssimaisten signaalien välisen samanaikaisen esiintymisen ilmaisukeinon, joita signaaleja eri anturit tuottavat, ja joiden kynnyskerroin on ennalta määrättyä tasoa suurempi, ja keinon hälytyksen aikaansaamiseksi, joka hälytys on reaktio siitä, 30 että samanaikaisen esiintymisen tiheys on ylittänyt ennalta määrätyn kynnyksen.

Keksintö on paremmin ymmärrettävissä sen kuvauksen perusteella, joka kuvaus seuraa keksinnön erityisen toteutusmuodon jälkeen, joka toteu-35 tusmuoto on esitetty esimerkin vuoksi keksintöä kuitenkaan rajoittamatta. Kuvauksessa viitataan oheisiin piirustuksiin, joissa 5 82562 kuvio 1 on periaatekaavio, joka esittää yksinkertaista, harhaanjoutu-neiden kappaleiden ilmaisulaitteistoa, joka on käyttökelpoinen sellaisissa ydinreaktoreissa, jotka ovat painevesityyppiä, 5 kuvio 2 esittää mahdollista signaalien kehittämismuotoa, jonka kynnys-kerroin on säädeltävissä, ja joka sallii kuviossa 1 esitetyn laitteis-totyypin kalibroinnin.

10 Laitteistolla, jonka periaatekaavio on esitetty kuviossa 1, voidaan samanaikaisesti ilmaista harhaanjoutuneiden kappaleiden läsnäolo sekä muun kaltaisten, normaalien tai epänormaalien häiriöiden läsnäolo. Se käsittää lukuisia samanlaisia kanavia, joista kolme on esitetty ja merkitty viitteillä 10a,10b ja 10c sekä yhteisen osan. Kunkin kanavan 15 sisääntuloelin käsittää iskuanturin, jonka oletetaan olevan kiihtyvyys-mittari 12a, 12b tai 12c. Kukin näistä kiihtyvyysmittareista on kiinnitetty erilaiseen ohjausputkeen 14. Kussakin kanavassa 10a,10b tai 10c kiihtyvyysmittarin ulostulosignaali joutuu panoksen vahvistajaan 16, joka esitetyssä toteutusmuodossa toimii kahdessa erillisessä piirissä. 20 Toinen näistä piireistä on varustettu siten, että se kykenee tuottamaan signaalin tehoarvon ja vertaamaan sitä kynnykseen, jonka on tuottanut joko säätävällä potentiometrillä 20 varustettu sisäinen lähde tai ulkoinen lähde 22. Kun signaalin tehoarvo ylittää määrätyn kynnyksen, esimerkiksi sellaisten impulssien ilmaisemisen seurauksena, joiden 25 impulssien toistumistiheys on korkea (tämä tapaus syntyy esimerkiksi useista harhaanjoutuneista kappaleista) tai huomattavan taustahäiriön ilmaisemisen seurauksena (höyrypäästön tapaus) piiri 18 saa hälytyksen 24 aikaan. Toisaalta piiri 18 tuottaa tehoarvoa vastaavan jännitteen toiseen piiriin 26, jonka tehtävä on erillisten impulssien läsnäolon 30 ilmaiseminen. Tämä piiri 26 käsittää kynnysilmaisimen ja keinon kynnysarvon vertaamiseksi siihen tehoarvoon, jonka se saa piiriltä 18 säätöpotentiometrin 28 välittämänä. Tämä potentiometri kiinnittää siis kynnyskertoimen kynnyksen siihen arvoon, jolla piirin 26 ulostuloim-pulssin lähettäminen tapahtuu. Yleisenä sääntönä on, että kynnyskerroin 35 valitaan 10:n ja 15:n väliltä siinä tapauksessa, että kiihtyvyysmitta-rit on asetettu ohjausputkien päälle. Varoitusvalo 30, joka on varus- 6 82562 tettu ylläpitojärjestelmällä, joka toimii riittävän pitkän ajan havaitsemisen takaamiseksi, voidaan asettaa kunkin piirin 26 ulostuloon. Lisäulostulo voidaan asentaa rekisteröintilaitteen 31 kohdalle.

5 Esitetty laitteisto käsittää lisäksi kolmannen ryhmäilmaisinpiirin 32, joka hälytyksen tapauksessa sallii myös edustavan signaalin rekisteröimisen ryhmäsignaalin joukosta.

Kaikkien kanavien 10a,10b ja 10c ulostulot liittyvät yhteiseen moduu-10 liin 34, jonka tehtävä on harhaanjoutuneiden kappaleiden ilmaiseminen. Esitetyssä toteutusmuodossa tämän moduulin tarkoitus on määrittää kolmesta kanavasta tulevien signaalien samanaikainen esiintyminen. Sellaisen moduulin 34 suunnittelu olisi mahdollinen, jossa moduuli ilmaisisi kaikki samanaikaiset esiintymiset kahden kolmesta kanavan välillä, tai 15 m:n n^stä välillä (n on kanavien kokonaismäärä ja m on kokonaisluku, joka on pienempi tai yhtäsuuri kuin e). Esitetyssä tapauksessa kunkin kanavan ulostulosignaali joutuu hidastuspiiriin 36, joka käsittää esimerkiksi monostabiilin, jonka ulostulo on yhdistetty jonkin porteista ET 38 johonkin sisäänmenoon. Tämän portin ulostulo on yhdistetty nol-20 lauksen sisäänmenoon, jota monostabiilit käyttävät, ja kunkin monostabiilin ylläpidon kestoksi valitaan arvo, joka on jokseenkin sama kuin se suurin ääniaaltojen etenemisaikojen välinen ero aallon kulkiessa sysäyskohdasta kaikkiin antureihin. Portin ET 38 ulostulo liittyy samanaikaisten esiintymisten tiheyden mittariin 40, joka on yhdistetty 25 kynnyspiiriin, joka on mahdollisesti säädettävissä potentiometrin 42 avulla. Kun samanaikaisten esiintymisten tiheys ylittää kynnyksen, joka on valittu suuremmaksi kuin satunnaisten samanaikaisten esiintymisten suurin tiheys, niin piiri 40 laukaisee hälytyksen 44.

30 Tämän lisäksi laitteistoon voi kuulua kanavia, jotka on yhdistetty pri-määripiirin seinämään asennettuina antureihin, jolloin valvonta on mahdollisimman täydellistä (anturit, jotka ovat reaktioastian pohjalla tai höyrynkehittimien vesisäiliön pohjalla, eivät ole kovin herkkiä säätösauvojen aiheuttamille häiriöille).

- 35 7 82562

Keksinnön mukaisen menetelmän toteuttaminen saattaa riippua reaktorin toiminnan tilasta.

Normaalin toimintavaiheen aikana eli kun reaktori on stabiili, jolloin 5 teho voi olla nolla, mutta jolloin reaktori on kuuma ja paineen alainen, ainoan harhaanjoutuneen kappaleen astian seinämää vasten aikaansaamat vaiheistetut iskut (vähintään 50 ms) virittävät kaikki kiihty-vyysmittarit 12a,12b ja 12c. Mikäli näiden iskujen kynnyskerroin kussakin kanavassa ylittää ennalta määrätyn kynnyksen, niin kanavat lähettä-10 vät impulssin kaltaisia signaaleja aikaerolla, joka on pienempi kuin monostabiilien 36 ylläpidon kesto. Kynnys voidaan valita kunkin reaktorin erityisten tunnusomaisten piirteiden funktiona. Kuitenkin on todettu, että taustahäiriön kynnyskerroin on tavallisesti noin 4, mikä johtaa siihen, että kynnykseksi valitaan noin 12, jolloin herkkyys vastaa 15 tavallisen signaalin kolminkertaista kynnysarvoa. Käytännössä tavallisesti riittää se, että kynnyksen säätäminen arvoon 5-20 kertaa tehoarvo on mahdollista.

Piirien 18 läsnäolon tarkoitus on erityisesti se, että ne antavat häly-20 tyksen useiden harhaanjoutuneiden kappaleiden ollessa läsnä. Iskun aiheuttama häiriö muuttuu tällöin lähes jatkuvaksi ja tehoarvo kasvaa niin kauan, kunnes se saavuttaa laukaisukynnyksen 24, jolloin moduuli 34 ei enää saa signaaleja.

25 Sitävastoin pysähdyksen sattuessa reaktorin ollessa kylmä, jolloin paine on tavallisesti alle 100 bar, taustahäiriön taso kasvaa huomattavasti (5-10-kertaiseksi tavallisesti). Iskujen aiheuttama kynnyskerroin pienenee, ja vaarana saattaa olla, että harhaanjoutuneitä kappaleita ei enää kyetä ilmaisemaan. Sitävastoin piirit 18 ovat virittyneet. Häly-30 tysten 24 asiaankuulumattomien laukaisemisten välttämiseksi laitteistoon saattaa olla liitetty ulkopuolinen viite 22, joka saatetaan kytkeä suurempaan arvoon primääripiirin paineen alentumista vastaten. Muutkin ratkaisut perusteettomien hälytysten välttämiseksi ovat mahdollisia.

8 82562

Kunkin kanavan 10a,10b ja 10c laukaiskynnykset voidaan kontrolloida simuloimalla, jolloin sisäänmenoon syötetään jaksottaisia signaaleja, joiden kynnyskerroin on tunnettu F.

5 Koska toivottavaa on, että kynnyksen säätämisalue on laaja, F:n arvoon saakka ulottuen, joka arvo voi olla 20, niin on edullista käyttää jaksottaisia, toisen potenssin signaaleja, joiden jakso on T, ja joiden vaihesuhde a - r/T on säädettävä (kuvio 2). Mikäli A on signaalin amplitudi, niin: 10 F - A/Jk2 · a - 1/Ja Täten saadaan helposti erittäin vaihtelevia tiheyksiä, kuten seuraava taulukko osoittaa, joka vastaa taajuutta 100 Hz: 15 20 a 1/2 1/100 1/400 F 1,44 10 20

25 aT 5 ms 0,1 ms 25uS

30

Neliömäisten impulssien, joiden jakso ja impulssin leveys ovat säädeltävissä tällä alueella, tuottajia on kaupallisesti saatavina tai niitä voidaan toteuttaa tätä tarkoitusta silmällä pitäen.

35 ii

Claims (9)

9 82562

1. Menetelmä ydinreaktorissa harhaanjoutuneiden kappaleiden ilmaisemiseksi, jossa menetelmässä käytetään mekaanisten iskujen antureiden 5 (12a,12b,12c), kuten kiihtyvyysmittareiden, tuottamia signaaleja, joita antureita kannattavat reaktorin elimet ja joihin antureihin on liitetty huipun ilmaisin, jossa menetelmässä kunkin anturin tuottaman signaalin tehoarvo määritetään ja lähtöimpulssi annetaan aina kun signaalin huippuarvolla on huippukerroin, joka on suurempi kuin ennalta määrätty 10 taso, tunnettu siitä, että lähtöimpulseit niitä signaaleja varten, joilla on ennalta määrättyä tasoa korkeampi huippukerroin, havaitaan vähintään kahdessa kanavassa (10a,10b,10c), jotka kukin on liitetty eri anturiin (12a,12b,12c), joita antureita kannattaa reaktorin primääripiirin ulkoseinämästä irtikytketyt elimet ja joihin kuhun-15 kin anturiin on liitetty huipun ilmaisin, ja että mainittujen impulssien keskinäinen samanaikaisen esiintymisen tiheys määritetään kahdessa kanavassa (10a,10b,10c), jolloin hälytys saadaan aikaan tiheyden ylittäessä kynnyksen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että samanaikaisen esiintymisen tiheyden kynnys asetetaan siten, että satunnaisten samanaikaisten esiintymisien aiheuttamat asiaankuulumattomat hälytykset vältetään.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että huippukertoimen ennalta määrätty taso asetetaan siten, että heilahtelevan taustahäiriön iskujen aiheuttamat, impulssisignaalit voidaan poistaa.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tehoarvo määritetään aikavakiolla, joka on sellainen, että jaksottaisten impulssien läsnäolo ei olennaisesti muuta tehoarvoa.

5. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, 35 tunnettu siitä, että signaalien tehoarvo verrataan kynnysarvoon, ja siitä, että hälytys laukeaa, kun tämä tehoarvo ylittää kynnyk- 10 82562 sen, jonka arvo voi olla suuruudeltaan noin kolme kertaa tehoarvo, iskujen puuttuessa.

6. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, 5 tunnettu siitä, että ilmaiseminen suoritetaan kanavissa, joiden lukumäärä on n, ja siitä, että hälytys aiheutuu, kun samanaikaisten esiintymisten tiheys ylittää kynnyksen samanaikaisesti m:ssä kanavassa, missä m on kokonaisluku, joka on vähintään 2 ja pienempi kuin n.

7. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä harhaanjou- tuneiden kappaleiden ilmaisemiseksi reaktorissa, jossa vettä käytetään hidastimena ja jäähdyttimenä, tunnettu siitä, että niiden antureiden (12a,12b,12c) välisiä samanaikaisia esiintymisiä käytetään, joita antureita reaktoriastian seinämän läpäisevät ohjausputket (14) 15 kannattavat.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että impulssien samanaikaisten esiintymisien tiheys määritetään jälkimmäisen keston pidentämisen jälkeen käyttämällä vastaavia monosta- 20 biileja, joiden varausaika on olennaisesti yhtä suuri kuin maksimiero ääniaallon etenemisaikojen välillä impulssipisteestä kaikkiin anturei-hin.

9. Laitteisto ydinreaktoriastiassa olevien harhaanjoutuneiden kappa- 25 leiden ilmaisemiseksi, patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän toteuttamiseksi, joka laitteisto käsittää lukuisia mekaanisten impulssien antureita (12a,12b,12c), kuten kiihtyvyysmittareita, joita astian erilliset rakenteet (14) kannattavat, ja huipun ilmaisimen, tunnettu siitä, että se käsittää samanaikaisten esiintymisten il- 30 maisemiskeinon (10a,20b,10c,36,38,40) eri antureiden tuottamien impuls-simaisten signaalien välillä, ja joiden signaalien huippukerroin on ennalta määrättyä tasoa suurempi, ja keinon (42,44) hälytyksen aikaansaamiseksi, kun samanaikaisen esiintymisen tiheys on ylittänyt ennalta määrätyn kynnyksen. li 35 11 82562