JPS595925A - 衝突エネルギ−検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、原子炉圧力容器の外壁とに設置した音響検出
器からの信号を用い、炉内で発生した金属異物が同門の
構造物に衝突する際のエネルギーを求める几めのもので
ある。

従来のルースバーツモニタは、金属異物の衝突エネルギ
ーを測定す２次めの機能は有しておらず、金属異物の発
生後、人為的に数檜類のエネルギーの衝撃を与えること
により金属異物の衝突エネルギー金推定している。

本発明の目的は、金属異物の発生と同時に金属異物の衝
突エネルギー′を求め石装置を提供することにある。　
　　　　′ 上記目的を達成するために、本発明では、金属異物の衝
−突エネルギーカー、検出器から音源位置までの距離と
振幅値の積の２乗に比例すると匹う実験事実を使用する
。

原子炉圧力容器内でルースパーツ（金属異物）が発生し
た場合、冷却材の流れに乗って炉内構造物に衝突する。

同一個所への衝突が繰り返えされた場合、構造物が損傷
する可能性がある。ルースバーツの衝突強度は、流速に
依存するため、ルースバーツが検出された場合、原子炉
流祉（即ち流速）を減らすことで構造物に損傷ヲ与えな
い程度まで、衝突強＃Ｌを小さくすることができる。従
って、衝突エネルギーをルースパーツの発生と同時に険
出し、原子炉Ｒ量を制御することで、原子炉の安全性が
保たれる。

大型圧力容器内の１点で発生した音が容器壁上を伝わり
、検出器で検出される振幅■は、衝突エネルギーＥ１音
源位置から検出器までの距離ｒ１発生音の周波数、検出
器の種類や取付は場所に依存する。無限媒体や無限平板
を仮定した場合には、変位の振幅は、エネルギーの３１
５乗に比例し、距離の１乗又は１７２乗に反比例するこ
とは理論的に分っている。しかし、金属異物が炉内構造
物に衝突した場合には、発生する音の周波数が、ＫＺオ
ーダーであるため変位信号を取扱うよりも加速度信号を
用いる方が高感度になる。そのため、ルースバーツモニ
タでは、加速度検出器が用いられるが、加速度信号の振
幅は、周波数に依存すること、さらに圧力容器のように
有限の大きさでは、伝播経路が異なる音波が重畳して検
出されることから加速度信号の振幅値の衝突エネルギー
Ｅと音の伝播距離ｒに対する依存性は、これまで実験的
にも理論的にも明らかになっていない。

これまでの大型圧力容器を用いた試験の結果。

加速度信号の振幅値Ｖは、衝突エネルギーの平方根に比
例し、伝播距離ｒにほぼ反比例することが明らかに光っ
た。これから、検出器れる衝突信号の絶対振幅値Ｖｏは
、 Ｖｏ＝ＣＢ★ｒ−１・・・・・・・・・（１）と表わせ
る。上式を変形し、衝突エネルギーＥについて解くと、 Ｅ＝Ｃｏ（ｒＶｏ）”、　（ただし、Ｃｏ＝１／Ｃ）　
・”（２）となる。ここでｃｏは、検出器の種類と取付
は場所に依存する較正係数である。

較正係数ＣＯは、次のように決めることができる。大型
圧力容器で発生する金属異物を監視する場合、検出器の
種類とその取付は場所は固定される。今圧力容器上の既
知の１点を既知のエネルギーで衝撃すれば、その時得ら
れる絶対振幅値から（２）式を用いて検出器ごとにＣｏ
　ｋ求めることができる。（２）式かられかるように、
ルースパーツが炉内構造物に衝突したエネルギー金求め
るためには、ルースバーツの発生の検［：、ルースパー
ツによる衝突信号の振幅値および複数検出器で得られた
同−音に対する衝突信号間の時間差から音の伝播距離を
求めることができる装置が必要である。以下、それらを
実行する一実施例の動作につｉて詳細に説明する。

第１図は、本発明の一実施例のブロック線図である。図
中、１は原子炉圧力容器、２１〜２ｍはセンサ、３１〜
３ｍは増幅器、４１〜４ｍは全波整流回路、５１〜５ｍ
は一波回路、６１〜６ｍはコ、ンハレータ、７はＯ，Ｒ
回路、８はトランジェントレコーダ、９はマイクロコン
ピュータ、１０１流量調整信号発生器、１１は表示装置
、１２は記憶装置である。

圧力容器１ｈに配置したｍ個のセンサ２１〜２ｍからの
信号は、増幅器３１〜３ｍで増幅され。

全波整流回路４１〜４ｍで全波整流される。全波整流波
形を１チの精度でトランジェントレコーダ８に記録する
ためには、４０にワード以上の記憶容器が必要であり、
これをマイクロコンピュータの記憶装置内に確保するの
は、非常に困雌である。

そのため、全波整流波形は、検波回路５１〜５ｍにより
包結線検波され、立丘す時刻と最大振幅値を保存したま
ま低周波数化が図られる。この目的のため、検波回路５
１〜５ｍは、立上り時定数が１０μｓ、減衰時定数が１
０ｍ８程度のピークホールド型包絡線回路が使用される
。検波回路５の出力ｄ、）ランジエントレー−ダ８と、
コンパレータ６１〜６ｍに入力される。トランジェント
レコーダ８は、新しいデータを一定周期でサンプリング
しながら、古ｈデータを順番に廃棄してｉる。

そして、ルースバーツによる衝突音が発生し、検波回路
５１〜５ｍの出力の一つ以上がコンパレータロ１〜６ｍ
の設定値を起えた場合、ＯＲ回路７カラトランジエント
レコーダ８Ｋ）リガーパルスが送られる。トランジェン
トレコーダ８は、トリガーがあった時点から指定数サン
プリングして停止する。この時、トランジェントレコー
ダ８の記憶装置内には第２図に示すような波形が、検出
器ごとに時系列順に記録される。トランジェントレコー
ダ８のサンプリング周期は、立りり時刻の分解能から決
まるが、実験結果によれば、４０μＳ程度必要である。

又、このサンプリング同期で立りり時刻に：、　ｔｌ　
２０１１１　Ｂ程度遅れて発生する最大振幅値を記録す
るために、記憶容址としてはＩＫワード必要となる。ル
ースパーツモニタでは、通常６個程度のセンナが使用さ
れるが、この場合、波形記録に必要な容量は６にワード
であり、十分マイクロコンピュータ９の記憶装置内に確
保できる。

マイクロコンピュータ９は、）ランジエントレコーダ８
内に記録され九波形を取り込み、信号波形の立とり時刻
１．の差から求まる音源位置と最大振幅値Ｖ＋および記
憶装置１２内に記録されている較正係数とから衝突エネ
ルギーを算出する。測定結果は表示装置１１に表示する
と同時に、記憶装置１２内に記録される。衝突エネルギ
ーが、構造物を損傷する敷い値を越えている場合には、
信号が、流量調整信号発生器１０に送られ、そこから前
もって決められた値だけ流量を下げるための信号が原子
炉の制御装置へ送られる。

以下、マイクロコンピュータ９０機能について詳述する
。衝突エネルギーを求めるためには、音源位置と信号の
絶対振幅値が必要である。いくつかある音源位置推定法
のうち、ソフト的に簡単で比較的精度の良い時間差を用
いて位置推定を行なう。マイクロコンピュータ９内に取
り込まれた第２図に示すような信号波形からソフト的に
全ての検出波形に対して立Ｌす時刻１．と最大振幅値ｖ
Ｉを求める。全てのセンサに対する立りり時刻１゜の中
から、検出時刻の早い順（即ちｓ　　’ｌの小さい順）
に３個のセンサｊ、に、Ｉを選び、それらに対応する立
上す時刻と最大振幅値をそれぞれ。

’Ｉｓ　　’ｋｎ　　ｔ＋＋Ｖｔ＊Ｖｈ、Ｖｔとする。

検出時刻が早い３個のセンサを選ぶ理由は、音源位置推
定には、最低３個のセンサが必要なこと、および信号検
出時刻が早い方が、音源位置に近いセンサであるため音
波の減衰が少なく、ＳＮ比の良いデータが得られるため
である。

未知音源位置の座標１ｋ（Ｘ、　ｙ）、検出器ｊ。

ｋ、ｌの座標をそれぞれ（ｘＪ＋　Ｙｊ）＋　　（Ｘｋ
。

ｙｋ）、（ｘｌ、Ｙ＋）とすると、立上り時刻と音源位
置から検出器までの距離の間には次式が成立する。

Ｖ　（ｌ　Ｊ　　”ｋ）−（（Ｘ　Ｘｊ）”＋（ｙＹ４
）”　ｌ”−１（ｘ−ｘｋ）”＋（ｙ−ｙｋ）”　）漬
−Ｖ口３−ｔ　Ｉ）＝（（ｘ−ｘ、）”＋（ｙ−ｙｊ）
”　ｌ”　−１（Ｘ−Ｘ　ｒ　）”　＋　（）’−Ｙ　
ｒ　）”　）　”ここで、■は音速である。上式を解く
ことにより、音源位置（ｘ、ｙ）が求まる。従って、音
源位置から、検出器ｊ、　ｋ、　　ｌまでの距離’ｊｓ
’に、”１は、次式から求まる。

ｒ　、　＝　ｌ　（ｘ−ｘ、　）”　＋（ｙ−３’Ｊ　
）り”ｒｋ＝ｌ（Ｘ−Ｘｋ）”＋（Ｙ−）’ｋ）”ｌ”
ｒ　　＋　−（（Ｘ−ｘｌｌ”　＋（ｙ　　　ｙ、）”
　　）”センサｊ、に、ｌに対する絶対振幅値Ｖｏｊ＋
Ｖｏｍ＋Ｖｏ＋は、次式から求まる。

Ｖｏｌ″ｇＪＶＪ Ｖｏｋ＝ｇｈＶｈ Ｖｏ＋＝ｇ＋Ｖｓ ここで、ｇ　ｊ＋　ｇｋ＋　ｇｌ　　は、センサｊ、に
、ｌの振幅を絶対値に換算するための換算係数であり、
これらは、記憶装置１２内に前もって記録されている。

衝突エネルギーＥは、（２）式を用いて七ンｔｊ。

ｋ、Ｉに対して求まる衝突エネルギーの平均値とし−０
次のように表わせる。

Ｅ＝Ｈ（Ｅｊ＋Ｅｈ＋Ｂ＋） ＝査（Ｃｏｊ（ｒＪ■。３）”＋０ｏｋ（ｒｈＶｏｈ）
”−１−Ｃｏｔ（ｒｔＶｏＪ”）ここで、Ｃｏ５＊　Ｃ
ｏｋ、　Ｃｏｔは、センサｉ、ｊ、ｋに対する較正係数
である。以上の機能をフローシートに書くと第３図のよ
うになる。

丘述したように、金属異物の衝突音が検出された場合、
その音源位置と絶対振幅値を求め、（２）式の関係を用
いることにより第１図に示し九装置構成で衝突エネルギ
ーの測定が可能となる。

本発明によれば、大型圧力容器の外壁に設置した検出器
を用い、容器内で発生した金属異物が周囲の構造物に衝
突するエネルギーが検出でき、この衝突エネルギーが構
造物に損傷を与えるかどうかを自動的に判断して衝突エ
ネルギーが敷い値トリ下がるまで冷却材の流Ｉｌを減少
させることができる。従って、原子炉内に金属異物が発
生した場合、炉内構造物の損ｗ３を防ぐことができ、原
子炉の安全性向とに対する効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
トランジェントレコーダのメモリ内に記録される検波波
形を示す概略図、第３図は衝突エネルギー算出のフロー
シートである。 ４１〜４ｍ・・・全波整流回路、５１〜５ｍ・・・検波
回路、６１〜６ｍ・・・コンパレータ、７・・・ＯＲＩ
ＩＭ、８・・・トランジェントレコーダ、９・・・マイ
クロコンピュータ、１０・・・流量調整信号発生器、１
１・・・表示装置、１２・・・記憶装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数検出器からの信号を検波する手段、検波信号間
   の時間差又は振幅値から検出器と音源位置との距離を求
   める手段、検波信号の絶対振幅値を求める手段、検出器
   と音源位置との距離と絶対振幅値とかう衝突エネルギー
   を求める手段とから成ることを特徴とする衝突エネルギ
   ー検出装置。 ２４　　特許請求の範囲第１項において衝突エネルギー
   を求める手段が、検出器音源位置間の距離のベキ乗と絶
   対振幅値のべ自乗の積に較正係数を乗することから収り
   、上記距離と振幅値の指数および較正係数は、前もって
   既知エネルギーと既知音源位置の衝突音から求めておく
   ことを特徴とする衝突エネルギー検出装置。 ３、特許請求の範囲第１項において衝突エネルギーを求
   める手段が、検出器音源位置間の距離と絶対振幅値の積
   のベキ乗に、その値をエネルギーに換算するため較正係
   数を乗することから成り、ベキ乗の指数が１．６から２
   ：５の範囲の任意の値であることを特徴とする衝突エネ
   ルギー検出装置。