JPS609759Y2 - 加圧水形原子炉用オンライン衝撃監視装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は一般には金属振動監視装置、特に金属試料の
共振周波数でその試料に加えられる衝撃エネルギーを監
視して、衝撃が発生する頻度と衝撃エネルギーとの両方
を指示する出力を出す金属に対する加圧水溶原子炉用衝
撃監視装置に関するものである。

加圧水溶原子炉による発電所の運転に際しては、循環系
統、即ち一次冷却材系の諸構成要素の破損を早期に検出
および調査しうる装置を持つことが望ましい。

これらの要素の破損を早期に検出すると、破損状態で長
時間運転した場合に起こるかも知れない危険な運転状態
を現われるのを防止できる。

このような機械的要素の破損の結果、金属破片が生じ、
これが蒸気発生器入口プレナムおよび原子炉容器の底部
プレナムに集積する特徴がある。

これらの個所は最も集積しやすい場所であるので、破片
の検出に最も適している。

この破片は一次冷却材の常規的流れによって集積場所に
運ばれ、そして移送中、−次冷却材系の冷却材通路を囲
む金属壁に衝突するように進む。

従って、このような衝撃の結果金属壁に加えられるエネ
ルギ−を監視すれば一次冷却材系の要素の価値を指示す
ることができる。

ある機械の機械的状態を検出する類似的応用のために過
去に用いられていた装置は米国特許第３、５５４．０１
夢明細書に記載されている。

この装置は機械に発生する機械振動をピックアップによ
ってアナログ電気振動に変換器この出力電気振動を解析
する。

変換中、初期の衝撃波が衝撃点から伝播して測定装置に
機械的過渡状態を生じさせる。

この装置は、変換器を附勢して出力パラメータを得るた
めに、前記初期の衝撃応答ではなくて変換器の共振周波
数における過渡的応答を利用する。

この応答は変換器の共振周波数における比較的低振巾の
持続振動であって、この持続振動中の過渡状態を解析し
て所望の出力を得る。

その結果、所望の情報を分離させるように設計した信号
処理装置は比較的低い振巾レベル同志を弁別する役目を
割りあてられており、従って、装置の応答感度を低下さ
せる。

従って、衝撃エネルギーに無関係に衝撃の発生する頻度
およびこの頻度に無関係に個々の衝撃のエネルギーを指
示する個別の出力を得るような改良された金属衝撃監視
装置が要求されている。

簡単にいえば、前記要求をみたすため、この考案は、金
属試料外の発生源から生じる衝撃によって該試料に加え
られるエネルギーを検出する加圧水溶原子炉用金属衝撃
監視装置を提供する。

この監視装置は、かかる衝撃の頻度とエネルギーレベル
との両方を金属試料の共振周波数において検出し、そし
て金属試料が受ける衝撃のオンラインリアルタイムの連
続記録を得るように悪い運転環境でオンラインで使用す
るのに適している。

それ故この考案によれば、感知器は、試料を構成してい
る金属の共振周波数において、衝撃によって該試料に加
えられる機械的エネルギーをアナログ電気信号に変換す
る。

フィルタ回路装置は、この感知器の電気的出力を処理し
て衝撃が発生する頻度を表わす第１信号および衝撃エネ
ルギーレベルに相当する第２信号を得る。

所定期間に金属試料に加えられる最大衝撃エネルギーの
指示を得るような代りの装置もまた記載されている。

次にこの考案の好適な実施例について説明する。

この考案によれば、金属試料外の発生源から招来された
衝撃によって該試料に加えられたエネルギーを用いる装
置が提供されている。

このような衝撃を監視するため、外部発生源は、試料が
通常遭遇するものとは異なる。

試料にエネルギーを伝達する任意の発生源でよい。

この装置は、金属試料の共振周波数で衝撃の頻度とエネ
ルギーレベルとを検出して、試料が受ける衝撃の連続し
たリアルタイム（実時間）オンライン記録をあたえるよ
うに該試料の運転環境で使用するのに適している。

この考案で考慮される一つの推奨実施例は第１図、第２
図に説明されており、この実施例の金属衝撃監視装置は
、原子炉冷却材の囲い壁に衝突するように進む金属破片
のみならず、蒸気発生器入口プレナムおよび原子炉容器
の下部プレナムに捕捉される金属破片の存在を検出する
と共に、該金属破片の衝撃頻度およびエネルギーを連続
的に監視するために原子炉の一次冷却材系内で使用する
のに特に適している。

−次冷却材系の諸構成要素の破損から生じるこれらの破
片は一次冷却材の流れによって移動して、冷却材を閉じ
込めている容器や導管の壁面に衝突するように進められ
る。

囲い壁に加えられたエネルギーは、壁構造を形成する金
属材料の共振周波数で絶えず感知されて、それを表わす
電気的出力を生じる。

感知器の出力は衝撃が起こる頻度とエネルギーとにそれ
ぞれ相当する第１および第２の信号を得るように処理さ
れる。

各衝撃のエネルギーはその衝撃エネルギーレベルに比例
した振巾を有する信号に変換される。

帯域フィルタは金属衝撃に固有周波数範囲内の信号のみ
を通過させるようにその装置をろ波して、さもないと衝
撃応答を妨げるかも知れないバックグラウンド・ノイズ
を除去する。

前記第２信号と組合わされた別のピーク検出装置は、所
定期間中の最大衝撃エネルギーの指示をあたえる。

その結果の出力は原子炉の運転員が解析できるような形
で運転員に表示されるので、運転員は、構成要素の破損
が生じた場合に、過度の設備損傷を防する補正措置を講
じることができる。

第１図は加圧水溶原子炉による動力発生装置の平面図で
あり、この図は、原子炉冷却材を閉じ込めている一次冷
却材系の構成要素が受ける金属衝撃を監視するためこの
実施例に用いられた諸感知器の相対位置を説明している
。

圧力容器１０はその頭部組立体１２によって封じられる
とき圧力容器を形成することが示されている。

この容器はその筒壁と一体に且つそれを貫いて形成され
た冷却材人口１６と出口１４とを有する。

この分野で周知のように容器１０は、主に制御棒の位置
に依存して相当な熱量を発生する複数の被覆核燃料要素
から主として成る炉心（図示してない）を含む。

制御棒はそのハウジング１８が示されている。

炉心によって発生された熱は、入口１６を通って入り出
口１４を通って出る冷却材流によって炉心から運び去ら
れる。

出口１４から出る冷却材流はホットレッグ導管２０を通
って熱交換蒸気発生器２２に運ばれる。

蒸気発生器２２は、蒸気を発生するのに使われる水と熱
交換関係にある管（図示していない）を通って加熱冷却
材流が運ばれる形式のものである。

蒸気発生器２２によって生じた蒸気は、発電用のタービ
ン（図示していない）を駆動するのに一般に使われる。

冷却材流は蒸気発生器２２から導管２４を通ってポンプ
２６へそして入口１６へと運ばれる。

それ故再循環−次閉ループすなわち蒸気発生ループは容
器１０、蒸気発生器２２およびポンプ２６を結合する冷
却材管路を備えていることが分かる。

第１図に示した動力発生装置はそのような流体の閉路す
なわちループを４個有する。

ループの数は設備ごとに変えられることがわかるであろ
うが、一般に２個、３個または４個が用いられる。

滅多にないことであるが万一、炉心内で核分裂可能物質
を収容している燃料棒被覆に破損或は破断が生じた場合
には、放射性物質の放出が望ましくない程度となり、冷
却材に入る燃料に由来する核分裂生成物の可能性が増す
。

同様に、炉心によって生じた熱を散逸させる冷却材の能
力を害することになる炉心中の冷却材詰まりは、炉心構
造の溶融と、危険な生成物の冷却材中への放出とを生じ
る結果になる。

このような状態は一次冷却材系内の構造的破損の結果で
ある。

機械的構成要素の破損は金属破片となり、蒸気発生器入
口プレナムおよび原子炉容器底部プレナムに集積する。

このような破片は冷却材内に浮遊して前述のように冷却
材流路を止める。

破損した構成要素を早期に知って、炉心の構造的破損に
対して保障措置を講じるため、即ちセーフガードをもた
らすため、この考案は、−次冷却材系内の多くの個所に
おいて、冷却材流路を囲む金属壁が受ける衝撃を監視す
る。

金属衝撃は、このような構成要素の破損の結果冷却材中
に浮遊することになった破片から生じる。

それ故この考案は、原子炉冷却材をいれた一次冷却材系
容器の壁面に対する金属破片の衝突によって生じる衝撃
を検出および監視する機構を提供する。

第１．２．３．４．５図に示した実施例では、−次冷却
材系周辺の数個所を接続する他の導管において、また、
蒸気発生器入口プレナムおよび原子炉容器の底部プレナ
ムにおいて金属衝撃を主に監視する。

プレナム位置は最も集積の起こりやすい場所でありそれ
故破片の検出に最も適している。

この考案は監視される位置で捕捉された破片の大きさお
よび量の両方に関する連続した情報をもたらすものであ
る。

第１図は、原子炉冷却材を閉じ込めている金属囲いに加
えられる機械的エネルギーをアナログ電気信号に変換す
るのに使われる検出器の全体の配置を示す。

この分野で周知の加速度計がこの目的で図示の位置に使
われる。

可速度計はこの実施例では検出器すなわち感知器として
使われるが、金属衝撃から生じる金属囲いの機械的エネ
ルギーをその金属囲いの共振周波数でアナログ電気信号
に変換することができるような任意の他の検出器がこの
目的に使われ得ることを理解されたい。

その感知周波数はこのような衝撃については２キロヘル
ツから６キロヘルツの周波数帯にあることが特性上わか
っており、そしてループが通常の状態の運転によって生
じる周波数とは異なる。

第２図は、金属衝撃信号の特性周波数応答をループが通
常状態の場合の振動バックグラウンドとは別の金属衝撃
応答に変換するのに使用できる電気回路の概要の実施例
である。

この得られた衝撃信号は、（衝撃エネルギーとは無関係
に）衝撃の発生した頻度を指示する第１信号と、（衝撃
発生頻度とは無関係に）衝撃エネルギーレベルを指示す
る第２信号とを得るため更に処理される。

これらの両信号は表記され記録される。

これらは感知器位置にある金属破片の大きさくピーク衝
撃エネルギー）および量（衝撃発生頻度）に関する適切
な情報をあたえる。

それ故第２図を参照すると、加速度計から出た検出器信
号は、２キロヘルツから６キロヘルツの範囲内にある金
属衝撃の特性周波数応答のみを通過させる周波数帯域フ
ィルタに伝えられることが分かる。

この範囲はもちろん、監視中の金属の共振周波数に依存
し、そして、加速度計の共振周波数が使われたときに得
られる連続応答とは対照的に、個別の出力応答を得るの
に使用される。

帯域フィルタ２８からのろ波された信号はその後増巾さ
れそして積分回路３０によって単一パルスに変換される
。

積分回路３０の出力は変換器によって感知された金属衝
撃の衝撃エネルギーに比例してあり、動力装置運転員に
この情報をあたえるように直接表示できる。

しかしある特定のエネルギー範囲のみの応答が有益な場
合には、積分回路３０からの出力は、有益なエネルギー
範囲に遭遇するときにのみ出力を出す第２信号発生装置
、即ちパルスピーク検出器３２を通って伝送できる。

このようなパルスピーク検出器もまたその分野では周知
であって、所定期間に出合うピークエネルギーレベルを
指示する出力を出すメモリー回路と比較器回路とを具備
できる。

帯域フィルタ２８の出力は、衝撃発生頻度を指示する出
力を出す第１信号発生装置、即ちパルス頻度検出器３４
に結合されている。

ある用途では金属衝撃の発生時に運転員がその衝撃を聴
取することを助けるため可聴信号を運転員にあたえるこ
とが望ましい。

この理由で、別の並列出力を検出器から可聴装置３６へ
出して、原子炉制御室のスピーカによって放送すること
ができる。

第２図に符号２８．３０で概括的に示した帯域フィルタ
および積分回路（パルス変換回路）は第３図及び第４図
にもつと明確に示されており、パルスピークおよびパル
ス頻度の検出器３２．３４にそれぞれあたえられる信号
を処理する全般の入力信号を生ずる。

加速度計に検出され、予じめ増巾された衝撃信号、即ち
検出器信号は先づインピーダンス絶縁および増巾用の入
力増巾器４０にあたえられる。

金属に加えられた一つの衝撃によって生じる第３図の点
ａにおける検出器信号、即ち衝撃信号は第６図のａに概
略的に示す波形を有する。

次に入力増巾器４０の出力は、衝撃信号をバックグラウ
ンド・ノイズと区別するべく、衝撃応答とループ応答と
の比を増すように入力信号の周波数選択増巾を行なう帯
域フィルタとして機能する共振増巾器４２にあたえられ
、第６図のｂに示す波形となる。

共振増巾器４２の出力は前述した可聴装置３６の可聴増
巾器に直接あたえることができる（第２図）。

また、この出力は、その他の異質のループ応答を除去す
るため信号の整流と振巾弁別とを行ない且つ第２図に符
号３０．３４で示したパルス変換回路及びパルス頻度検
出器に入力をあたえるような半波整流器４４によって更
に処理され、第６図のＣに示す波形となる。

その他の回路要素は前述の要素に所望のバイアスと信号
整形の作用をあたえる。

共振増巾器４２及び半波整流器４４の出力側の点す及び
Ｃにおける信号の前記波形は第６図のｂ及びＣにそれぞ
れ示されている。

また、半波整流器４４の出力側の点Ｃにおける信号、即
ち帯域フィルタ２８の出力信号は後述する衝撃頻度及び
衝撃ピークエネルギーのような有意義な情報に到達する
前に生じる中間情報であり、この出力信号自体がパルス
頻度、或はパルスピークを表わすのではない。

パルス変換回路３０及びパルスピーク検出器３２は第４
図にもつと明確に示されている。

帯域フィルタ２８からの出力は、同出力を単一パルスに
変換する積分器４６を備えるパルス変換回路３０の入力
にあたえられる。

従って、積分器４６の出力側の点ｄにおける信号は第６
図ｄに示すように単一パルスである。

次に積分器４６の出力は電圧追従器として働く符号変換
器４８にあたえられる。

次に符号変換器の出力は感知された衝撃のピークエネル
ギーを指示する表示装置に伝送される。

図示のその他の要素は前述の要素に所望のバイアスおよ
び信号整形の作用をあたえる。

なお、第６図のＣに示すような波形の信号のピーク値を
検出するのに積分器を使用することは、信号処理の分野
において通常行なわれていることであり、従って、第６
図のｄに示す信号波形のピークが衝撃のピークエネルギ
ーを示すことになる。

パルス頻度検出器３４は第５図にもつと明確に示しであ
る。

帯域フィルタ２８の出力はシュミットトリガ５０に入力
される。

従って、第５図の点ｅにおける信号波形は第６図ｅに示
すように第３図の点ｃの波形に対応している。

このシュミットトリガ５０は、一つの金属衝撃に対応す
るパルス列の最初のパルスに応答し、そして単安定マル
チバイブレーク５２を点弧するように働かすパルス状出
力を発生する。

マルチバイブレーク５２の出力は、そのマルチバイブレ
ータによって供給されるパルスを積分して衝撃が発生す
る頻度に比例する単一の信号にする積分回路５４にあた
えられる。

次に積分回路５４の出力は原子炉運転員に対する表示用
として使用できる。

その他の要素は前述のものと同じように前記要素に所望
のバイアスおよびパルス整形の作用をあたえる。

ここにおいて、感知器の各出力は前述のものと類似の構
成を有する回路によって同じように処理されることが明
らかであろう。

それ故この考案は、補正動作を要するかも知れないよう
な異常な運転状態が存在する時を決定するために、加圧
水溶原子炉の運転を監視するセーフガード機構を提供す
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、代表的実施例で説明する検出器の大体の位置
を示す加圧水溶原子炉の平面図、第２図はこの考案の金
属衝撃監視装置の一つの代表的実施例を全般的に示すブ
ロック図、第３図は第２図に示したフィルタを含む入力
信号処理装置の概略回路図、第４図は第２図に示したパ
ルス変換回路およびパルスピーク検出器の概略回路図、
第５図は第２図で前述したパルス頻度検出器の概略回路
図、第６図のａ ” ｅは種々の点における信号の波形
図である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 加圧水溶原子炉の循環系統の少なくとも１つの構成要素
   に対し、該系統の通常運転中に該系統内に存在して前記
   構成要素に衝突する破片から与えられる衝撃エネルギー
   を測定するためのオンライン衝撃監視装置であって、前
   記構成要素に付着接続されていて、この構成要素に加え
   られる衝撃エネルギーを表す電気的出力を出すように作
   動可能な少なくとも１つの感知器と、前記感知器の出力
   に応答するフィルタ回路装置とを備え、該フィルタ回路
   装置は、前記構成要素のほぼ共振周波数での破片の衝撃
   を示す周波数を分離し、前記系統の運転中における構成
   要素の振動によって部分的に生じるバックグラウンド・
   ノイズを除いて第１の衝撃頻度信号と第２の衝撃エネル
   ギーレベル信号とすると共に、警告のため該第１、第２
   信号の出力を表示するインジケータとなっている加圧水
   溶原子炉用オンライン衝撃監視装置。