KR102586992B1 - 음향 유량계들 및 이를 사용하는 방법 - Google Patents

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제임스 피. 시네스
딘 디. 모리나로
윌리엄 씨. 던
윌리엄 제이. 가르시아
오스카 엘. 미크
패트릭 케이. 데이
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지이-히타치 뉴클리어 에너지 어메리카스 엘엘씨
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Abstract

진동 기초의 유량계들은 접근 불가능한 원자로 공간들 내에 사용될 수 있다. 유량계들은 경로 상의 유체 유동을 블로킹하는 연장부 및 상기 연장부 주변의 상기 유체 유동에서의 맴돌이 발생에 의한 진동들을 감지하는 감지기를 포함한다. 상기 감지된 진동들의 주파수는 유동률을 결정한다. 스트로우홀 수는 연장부 표면 직경 및 감지된 맴돌이 발생 주파수를 사용하여 유동의 속력을 계산하는 데 사용될 수 있다. 몇몇 연장부들은 일정 범위의 주파수들 및 유동 속력들을 커버할 수 있다. 파이프 오르간 형태의 유량계들은 수축된 개구를 갖는 통로 및 그 다음의 넓어지는 부분을 포함한다. 출구에서 상기 유동에 터뷸런스를 일으키는 연장부 및 상기 출구는 상기 연장부 및/또는 전체 유량계에 정상파 및 진동을 발생시킨다. 상기 유량계를 통과하는 상기 유체의 유동률은 상기 통로의 길이 및/또는 상기 유체의 알려진 특성들을 사용하여 계산될 수 있다. 복수의 커스터마이징된 물리적 속성들 및 유형들의 유량계들이 함께 사용될 수 있다.

Description

음향 유량계들 및 이를 사용하는 방법
도 1은 예를 들어, ESBWR 압력 용기와 같은 관련 원자로 압력 용기(1)의 단면도이다. 용기(1)는 노심 보호벽(10) 내의 노심(15)을 포함한다. 노심 보호벽(10)은 노심(15)을 통과하는 냉각수의 상향류를 주 급수 라인(3) 및 증기 분리기 및 건조기들로부터 분리된 액체로부터 받아들여 강수관 고리(downcomer annulus)(4) 내에 흐르는 하향류로부터 분리한다. 급수 정화 시스템(20)은 원자로 용기(1)로부터의 급수를 재순환하고 여과하여 주 급수 라인(3)으로 보내며, 하나 혹은 그 이상의 제어 막대 드라이브들(50)은 노심(15) 내의 상태들을 제어하고 모니터링하기 위해 용기(1)의 바닥을 관통하여 연장될 수 있다. 노심(15) 내에서 액체 냉각수가 끓으면서, 증기와 물의 가열된 혼합물은 액체 물을 상승하는 증기-물 혼합물로부터 분리하는 증기 분리기들 및 건조기들 내부를 향해 위로 흐른다. 상기 증기 분리기들 및 건조기들로부터의 액체 냉각수는 재순환을 위해 외벽(10)과 용기(1)의 내벽 사이의 강수관 고리(4) 내부로 향한다. 증기 건조기들로부터 방출된 건조 증기는 이후 전력 생산을 위한 주류 라인들(2) 내부로 향한다.
여기에 참조로서 전체적으로 결합되는 ESBWR 디자인 제어 문서, Tier 2, 2013에 개시된 바대로, 노심(15)을 통과하는 유동(flow)은 열평형 계산으로부터 파생되며; 노심(15)을 통과하는 유체 유동에 대한 직접 측정은 없다. 노심(15)으로부터 생성되어 추출되는 열과 전체 에너지의 평형은 오퍼레이터들로 하여금 전체 노심 유동을 산정하거나 모델링할 수 있도록 한다. 예를 들어, 100% 파워의 ESBWR에 대해 31,553 ton/hr의 냉각수가 하부 노심 영역에 유입될 수 있다. 이러한 파생 노심 유동은 플랜트 상태의 계측 및 천이 상태의 진단 보조로서 오퍼레이터들에게 직접 제공될 수 있다.
예시적인 실시예들은 접근 불가능한 원자로 공간들 내에 존재하는 것을 포함하여, 특정 유동에서 유도된 진동 혹은 소리의 사용을 통해 작동하는 유량계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
예시적인 실시예들은 접근 불가능한 원자로 공간들에 설치된 것들을 포함하여, 특정 유동에서 유도된 진동 혹은 소리를 사용함으로써 작동하는 유량계를 포함한다. 예시적인 실시예에 따른 유량계는, 노심 보호벽 및 원자로 용기 사이의 원자로 강수관 고리 내에서와 같이, 유체 유동에서 유동을 블로킹하는 고형 연장부 및 상기 연장부 주변의 맴돌이 발생에 의한 진동들을 픽업하는 감지기를 포함한다. 컴퓨터 프로세서는 상기 진동들의 감지된 주파수를 사용하여, 상기 연장부의 알려진 형상, 밀도와 같은 유체 유동 특성들, 진동 주파수와 유동 속력 사이의 경험적인 관계 등과 같은 것들을 사용하여, 상기 연장부를 통과한 유체의 유동률을 계산할 수 있다. 예를 들어, 상기 컴퓨터 프로세서는 동그란 외표면을 갖는 연장부에 대한 스트로우홀 수를 사용하여 상기 표면 직경 및 감지된 맴돌이 발생 주파수로부터 유동의 속력을 계산할 수 있다. 상기 연장부는 상기 연장부에서의 직접 모니터링이 가능하도록, 예상되는 유동 속력(들)에서의 맴돌이 발생 주파수와 매칭되는 자연 진동 주파수를 가질 수 있다. 이에 따라, 각각이 고유한 진동 주파수들을 갖는 몇몇 연장부들이 사용되어 맴돌이 발생 주파수 범위를 커버할 수 있으며, 이에 따라 상기 공간 내의 유동 속력들의 완전한 범위를 커버할 수 있다.
다른 예시적인 실시예는 파이프 오르간 형태의 유량계로서, 상기 유량계 내의 통로를 통해 유체가 흐를 수 있다. 상기 유량계의 개구는 축소될 수 있으며, 상기 개구에 이어 웨지 혹은 다른 연장부 및 출구를 갖는 점차 넓어지는 부분이 형성될 수 있고, 이들은 상기 출구에서 상기 유동에 터뷸런스를 발생시킬 수 있다. 상기 통로 내의 상기 터뷸런스 혹은 소용돌이는 상기 유체 유동에 정상파를 생성하며, 이는 상기 연장부 및/또는 전체 유량계 내에 진동을 유도한다. 진동 감지기 및 프로세서는 상기 통로의 길이 및/또는 상기 유체의 알려진 특성들을 사용하여, 상기 진동 주파수를 상기 유량계를 통과하는 상기 유체의 유동률로 변환할 수 있다. 상기 통로는 출구에서 넓어질 수 있으며, 원하는 길이 및 상기 통로 내의 진동 주파수를 얻기 위한 굽이들 및 커브들을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들은, 파이프 오르간 형태의 유량계가 연장부 형태의 유량계를 관통하도록 설치하는 것과 같이 이들을 함께 사용가능하며, 양쪽 모두에서 감지되는 맴돌이 발생 및 정상파 진동들 모두에 대해 진동을 감지할 수 있다. 물론, 예시적인 실시예들은 독립적으로 사용가능하며, 이들은 유동 통로 내에 독립적으로 혹은 배타적으로 설치될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따른 방법들은 유동이 직접 측정되기를 원하는 통로 내부에 파이프 오르간 타입의 개구가 형성될 수 있는 연장부를 설치하고, 그러고 나서 상기 연장부 내 혹은 주변의 정상파 혹은 맴돌이 발생으로 인한 진동의 주파수를 감지한다. 그러고 나서 상기 감지된 진동 주파수에 기초하여 유동률이 계산된다. 예를 들어, 추정된 스트로우홀 수, 상기 연장부의 폭 및 상기 주파수를 사용하여, 유동률이 결정될 수 있다. 이 유동률은 그리고 나서 상기 계산된 유동률을 사용하여 상기 유동의 레이놀즈 수를 계산하고, 그리고 상기 레이놀즈 수로부터 나오는 경험적 스트로우홀 수를 상기 추정된 스트로우홀 수에 비교하여 체크된다. 만약 상기 경험적 및 추정된 스트로우홀 수들이 서로 충분이 근접하면 상기 유동률은 수용된다. 그렇지 않으면, 새로운 스트로우홀 수가 추정되고, 상기 방법이 반복된다. 유사하게, 예시적인 실시예들에 따른 방법들은 연장부 타입의 실시예(들)에서의 추정된 스트로우홀 수와 파이프 오르간 타입의 실시예(들)에 의해 결정된 유동률을 서로 비교하여 결정된 유동률의 정확성을 검증할 수 있다. 또한, 파이프 오르간 타입의 실시예에서 진동이 감지되지 않는 경우는 2-상 유동의 존재를 나타낼 수 있다.
예시적인 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여 자세히 설명함으로써 보다 명확해질 것이며, 동일한 구성 요소들은 동일한 참조 부호를 부여하지만, 이는 단순히 설명을 위한 것이지 이들이 묘사하는 용어들을 한정하지는 않는다.
도 1은 관련 원자력 반응로 열평형 개략도이다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 음향 유량계의 사시도이다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 음향 유량계 내의 맴돌이 발생 및 유도된 진동을 도시한다.
도 4는 레이놀즈 및 스트로우홀 수들 사이의 경험적 관계를 도시한다.
도 5는 다른 실시예에 따른 음향 유량계의 단면도이다.
도 6은 몇몇 음향 유량계를 사용하는 예시적인 실시예에 따른 유동 측정 시스템을 도시한다.
도 7은 유체 유동에 관한 스트로우홀 및 레이놀즈 수들 사이의 경험적 관계의 그래프이다.
이것은 특허 문서이므로, 이를 읽거나 이해할 때, 일반적으로 광범위한 해석의 원칙이 적용되어야 한다. 이 문서에 기재되고 도시된 모든 것들은 첨부된 청구항들의 범위 내에 속하는 주제(subject matter)의 예시이다. 여기에 기재된 어떠한 특정 구조나 기능적 세부 사항들은 단순히 예시적인 실시예들이나 방법들을 제조하거나 사용하는 방법을 기재하기 위한 목적일 뿐이다. 여기에 구체적으로 기재되지 않은 몇몇 다른 실시예들은 청구항 범위 내에 속하며, 이에 따라 청구항들은 많은 다른 형태로 구체화될 수 있고 여기에 개시된 실시예들에만 한정되도록 해석해서는 안 된다.
제1, 제2 등의 용어들이 다양한 구성 요소들을 기재하는 데 여기에서 사용될 수 있지만, 이러한 구성 요소들은 이 용어들에 한정되어서는 안 된다. 이러한 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 것과 구별하기 위해서만 사용된 것이다. 예를 들어, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 지칭할 수도 있으며, 이와 유사하게, 예시적인 실시예들의 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제2 구성 요소 역시 제1 구성 요소로 지칭될 수도 있다. 여기에 사용된 "및/또는"의 용어는 관련된 아이템들의 하나 혹은 그 이상의 어떠한 조합도 포함한다.
하나의 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결", "결합", "짝지어짐", "부착" 혹은 "고정"된다고 기재하는 경우, 이는 그 다른 구성 요소에 직접 연결 혹은 결합되거나 혹은 매개 구성 요소가 존재할 수도 있다. 이와는 반대로, 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결" 혹은 "직접 결합"되는 것으로 기재된 경우에는, 어떠한 매개 요소들도 존재하지 않는다. 구성 요소들 사이의 관계를 기재하기 위해 사용하는 다른 단어들(예를 들어, "사이"와 "직접 사이", "인접"과 "직접 인접", 등)도 이와 같이 해석되어야 한다. 유사하게, "통신가능하게 연결"과 같은 용어는 중간의 장치들, 네트워크들 등을 포함하여 무선으로 연결되든지 혹은 아니든지, 두 개의 장치들 사이에 정보 교환의 모든 다양한 변형들을 포함한다.
여기에 사용된 바와 같이, "하나" 혹은 "상기"와 같은 단수 형태는, 예를 들어, "오직", "단수의" 및/또는 "한 개"와 같이 언어적으로 명백하게 단수만을 포함하는 경우가 아닌 한, 단수형뿐만 아니라 복수형도 포함한다. 또한 "포함한다"의 용어는 여기에 사용될 때, 언급된 특징들, 단계들, 작용들, 구성 요소들, 아이디어들 및/또는 부품들의 존재를 명시하는 것이지만, 하나 혹은 그 이상의 특징들, 단계들, 작용들, 구성 요소들, 아이디어들 및/또는 그룹들이 존재하거나 이들을 추가하는 것을 배제하지는 않는다.
이하에서 논의될 구조들 및 동작들은 도면에서 기술되거나 지적된 순서와 다를 수도 있다. 예를 들어, 두 개가 동작들 및/또는 도면들이 연속적으로 도시된 경우라도, 관련된 기능/작용들에 따라, 실제로는 동시에 혹은 때때로는 그 반대 순서로 실행될 수도 있다. 유사하게, 이하에 기재될 예시적인 방법들 내에서 개별적인 동작들은 반복적으로, 개별적으로 혹은 연달아 실행될 수 있으며, 이에 따라 이하에서 기대될 하나의 동작들 이외에, 순환 혹은 다른 일련의 동작들을 제공할 수도 있다. 이하에서 기재될 특징들 및 기능을 갖는 어떠한 실시예도 실행 가능한 어떠한 조합 내에서 예시적인 실시예들의 범위 내에 속할 수 있다.
발명자들은 원자로 냉각수/감속재 유동의 열-평형 파생은 전체 노심 유동에 대해 단지 일반적인 정밀하지 않은 값들만을 제공함을 알게 되었다. 원자로 내에서, 특히 ESBWR과 같은 보다 큰 노심 및 원자로 내에서, 정밀한 위치들에서의 유체 유동의 직접 및/또는 독립적 측정은 열평형 유동 산정에 대한 중요한 검증 및 원자로 상태 및 천이 시나리오의 보다 정밀한 반영을 제공한다. 구체적으로, 모든 재순환된 그리고 주입된 급수를 설명하기 위한, 강수관 고리 내부로의 전체 하향 유동의 정밀한 측정은 노심을 통과하여 상부로 향하는 전체 냉각수/감속재 유동을 확인하는 데 유용하며, 정밀하고 직접적인 유동 측정은 노심 안전에 필수적인 안정성 마진에 대한 보다 훌륭한 계산 및 제어 요소들의 보다 훌륭한 전략적인 동작을 가능하게 한다. 노심 유동의 직접적/비-파생적 측정은 시작과 정지에 도움을 주며, 노심 출력 진동 및 연료 소비 변형을 포함하여, 바람직하지 않거나 혹은 천이 시나리오를 진단하는 데에도 도움을 준다. 이하에서 기재되는 예시적인 실시예들은 발명자들에 의해 인식된 이러한 문제들 및 다른 문제들을 예시적인 실시예들에 의해 가능한 특유한 해결책들을 통해 해결한다.
본 발명은 음향 유량계들 및 이를 사용하는 방법들에 관한 것이다. 본 발명에 대하여, 아래에서 논의되는 적은 수의 예시적인 실시예들 및 예시적인 방법들은 본 발명으로서 및/또는 이것과 연계되어 사용될 수 있는 서로 다른 구성들의 부분 집합을 단순히 예시한다.
도 2는 동작하는 원자로 환경에서 사용 가능한 예시적인 실시예에 의한 음향 유량계(100)를 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 예시적인 실시예에 따른 유량계(100)는 유체 유동(20) 내부로 이에 수직하게 연장되는 형상을 가진 돌출부(101)를 포함한다. 돌출부(101)는 베이스에 고정되어 무거운 유동들에서도 수직한 위치를 유지할 수 있다. 예를 들어, 돌출부(101)는 비등수 원자로 혹은 ESBWR(도 1)의 노심 보호벽(10)의 외측과 같은 강수관의 벽에 설치될 수 있으며, 동작 중에, 돌출부(101)를 통과하여 흐르는 정제수 혹은 다른 냉각수/감속재(20)에 담길 수 있다. 돌출부(101)의 크기 및 전형적인 유속 때문에, 유동(20)은 돌출부(101) 주변에서 층류에 의한 우회(21)를 겪으며, 이는 작은 양의 터뷸런스를 발생시키고 돌출부(101) 주변에 빈 공간을 만든다.
도 3은 유체 유동(20) 내의 예시적인 실시예에 따른 유량계(100)의 정면도이다. 도시된 바와 같이, 충분한 속도에서 유동(20)은 돌출부(101)로부터 부서지고 솟구치며, 나부끼는 보이드(25)를 생성한다. 유동 우회들(21)이 주변 유동 내에서 아래로 진행함에 따라서, 이들은 일반적으로 최초 우회(21)로부터 본래대로 되돌아가며, 앞뒤로 진동한다. 이는 각 우회(21)가 수직 유동 하류로 되돌아가면서, 반대편 위치들에 보이드들(25) 혹은 터뷸런스 영역들(25)을 생성한다. 이러한 맴돌이 발생(vortex shedding)으로 알려진 현상은 보이드들(25) 사이에 주파수 f(주어진 시간 간격에서의 하나의 보이딩(voiding) 주기를 보여줌)의 전후로 진동하는 유동을 생성한다. 상기 맴돌이 발생은 돌출부(101) 혹은 인근 구조물들 내에 주파수 f의 진동, 혹은 관련 진동을 유도한다.
위치와 압력 내 진동들-돌출부(101) 내의 진동은 감지되고, 마이크로폰, 다른 음향 픽업, 변환기 등과 같은 진동 감지기(90)에 의해 전기적 신호로 변환될 수 있다. 진동 감지기(90)는 돌출부(101)에 내장되거나 이에 연결된 픽업을 가지고, 돌출부(101)에 직접 결합될 수 있다. 이와는 달리, 진동 감지기(90)는 돌출부(101)로부터 노심 보호벽(10)과 같은 구조물의 하류 혹은 반대편 내부나 표면에 내장될 수도 있으며, 여전히 맴돌이 발생에 의해 돌출부(101) 혹은 인근 구조물들 내에서 픽업 진동은 발생할 수 있다.
진동 감지기(90)는 상기 진동에 의해 자체 전력이 생성될 수 있으며, 다른 곳에서 증폭될 수 있는 상대적으로 작은 전기적 신호를 전송할 수 있다; 이에 추가적으로 혹은 이와는 달리, 진동 감지기(90)는 배터리나 전기 격자 연결을 포함할 수도 있으며, 상기 진동으로부터 생성되어 완전히 증폭된 전기적 신호들 및/또는 무선 신호들을 전송할 수 있다. 예를 들어, 원자로 압력 용기(1)의 외측 상에 형성된 보정 음향 픽업은 격납 건물 내의 전기적 연결들을 통해 전력을 공급받을 수 있으며, 예상되는 주파수들에 적절히 튜닝되고 용기(1) 및 주변들로부터 다른 배경 노이즈를 필터링하면, 고리형 강수관 내의 돌출부(101)에 의해 생성되는 유체 유동 내의 진동을 검출할 수 있다.
진동 감지기(90)에 의해 감지된 진동 주파수를 가지고, 유동률(flow rate)이 결정될 수 있다. 이 결정은 진동 감지기(90)로부터 진동 주파수를 입수하는 컴퓨터 프로세서(95)에 의해 수행되며, 컴퓨터 프로세서(95)는 진동 감지기(90)와 통신가능한 연결을 통해 얻는 데이터를 입수하고, 그리고 잠재적으로 증폭 및 세탁할 수 있는 로컬 프로세서 및/또는 원거리 플랜트 컴퓨터를 포함한다. 상기 유동률의 결정은 상기 맴돌이 발생 주파수 f와 유속(flow velocity) 사이의 결정적인 혹은 역사적으로 측정된 관계로부터 만들어질 수 있다. 예를 들어, 돌출부(101)가 대체로 매끈하고 적실 수 있는 표면을 갖고 실질적으로 실린더 형상인 경우, 돌출부(101)로부터의 상기 맴돌이 발생 주파수 f와 유체 유동(20)의 비율(rate) 사이의 관계는 스트로우홀(Strouhal) 방정식에 의해 주어진다.
St = (f*d)/U (1)
여기에서, f는 진동 감지기(90)에 의해 감지된 주파수 혹은 이로부터 도출된 맴돌이 발생 주파수; d는 유동(20) 내부로 돌출된 돌출부(101)의 직경; 그리고 U는 구하려고 하는 유동(20)의 일정한(steady) 유속이다. 상기 스트로우홀 수(Strouhal number) St는 처음에는 알 수 없지만, 유동률들에 대한 역사적으로 정확한 수들 혹은 합리적인 추정을 통해 추정가능하며, 전형적인 강수관 유동률 및 조건하에서라면 예를 들어, 0.2가 가능하다.
상기 스트로우홀 수는 경험적 데이터(empirical data)로 검증가능하며, 이는 훨씬 더 훌륭한 결과를 산출할 수도 있다. 도 4는 제어된 조건들 하에서 경험적 결정으로부터 산출된 레이놀즈 수(Reynolds number) 수 및 스트로우홀 수를 보여주는 예시적인 그래프이다. 이에 따라, 상기 결정된 유동률에 대한 레이놀즈 수를 계산함으로써, 도 4의 그래프에 의해 스트로우홀 수를 체크할 수 있으며, 이것이 충분이 꼭 맞음을 확인할 수 있다. 예를 들어, 전형적인 비등수 원자로 강수관 내에서, 큰 수압 직경 조건들 하에서 돌출부(101) 주변의 열린 유량을 가정할 경우, 레이놀즈 수는 다음 식에 의해 계산될 수 있다.
Re = (ρ*U*d)/μ (2)
여기서 ρ는 유체 밀도, U는 방정식 (1)로부터 결정된 유동률, d는 돌출부(연장부)(101)의 직경, μ는 유체 점성을 나타낸다. 상기 유체 밀도 및 유체 점성은 상기 강수관 혹은 돌출부(연장부)(101)를 둘러싸는 다른 유동 공간 내에서의 냉각수/감속재 유형, 온도 및 압력으로부터 알 수 있다. 상기 계산된 레이놀즈 수 Re는 이제 도 4로부터 관련된 스트로우홀 수를 얻는 데 사용될 수 있으며, 이는 상기 추정된 혹은 그렇지 않으면 방정식 (1)에서의 원래 사용된 스트로우홀 수와 비교되어 잘 맞는지 확인할 수 있다. 만약 상기 원래 사용된 스트로우홀 수가 허용범위 바깥에 있거나 혹은 도 4로부터 관련된 스트로우홀 수와 충분히 잘 맞지 않으면, 새로운 스트로우홀 수가 추정될 수 있다. 상기 새롭게 추정된 스트로우홀 수는 좀 더 커질 가능성이 있으나, 상기 비교 결과들은 그 추정이 어떤 방향이어야 하는지 지시해줄 수 있다. 특정 유동률에 대해서 경험적으로 관련된 스트로우홀 수와 추정된 스트로우홀 수 사이의 일치가 있으면, 그 계산된 유동률은 검증된 것이다.
물론, 감지된 음향 진동 정보로부터 유동률들을 계산하는 데 다른 분석들이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 유동률과 맴돌이 발생 주파수(혹은 연장부(101)의 어떠한 형상/특징) 사이의 직접적 경험적 관계가 알려진 경우, 상기 검출된 주파수는 직접적으로 유동률을 계산하는 데 사용될 수 있다. 그러한 분석들은 연장부(101)의 알려진 물리적 특성들, 유체 속성들 및 유동 경로 특성들을 사용하여 적절히 프로그래밍되거나 설정된 컴퓨터 프로세서(들) 상에서 수행될 수 있다. 상기 컴퓨터는 각 예시적인 실시예에 따른 음향 유량계(100)로부터 상기 계산된 유동률을 예를 들어, 제어 룸 내에서, 플랜트 컴퓨터 및/또는 오퍼레이터에게 출력하여 냉각수 유동률에 대해 직접 알 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 맴돌이 발생 주파수 f는 진동 감지기(90)에 의해 직접적으로 측정될 수도 있고, 혹은 연장부(101) 내의 진동으로부터 측정될 수도 있으며, 이는 직접적으로 혹은 맴돌이 발생 주파수 및 연장부 진동 사이의 알려진 관계를 통해 측정될 수 있다. 만약, 연장부(101)와 같은 고형 구조물(solid structure) 내에서의 단순화 혹은 보다 용이한 진동 검출을 위해서와 같은 이유로, 연장부(101) 내의 직접 측정 주파수가 바람직하다면, 연장부(101)는 유속 결정에 사용되는 맴돌이 발생 주파수 f와 매칭되거나 혹은 이로부터 결정적으로 계산될 수 있는 진동 특성을 확인할 수 있도록 설정될 수 있다.
연장부(101)는 예상되는 맴돌이 발생 주파수들을 커버하는 자연 주파수로 설정될 수 있으며, 이에 따라 연장부(101)는 맴돌이 발생 주파수 f에서 공진하고 진동할 수 있다. 대부분의 고형 구조물들은 특정 맴돌이 발생 주파수들에 노출될 때에만 진동할 것이므로, 유동(20) 내에서 예시적인 실시예에 따른 음향 유량계(들)(100)의 적절한 설정들(configurations) 및 계수들(numbers)이 사용될 수 있다. 예를 들어, 연장부(101)가 맴돌이 발생 주파수 f에서 진동하게 하는 자연 주파수들의 전형적인 대역폭은 다음과 같이 주어진다:
ωBW = ωn√((1-2ζ2)+(ζ4-4ζ2+2)) (3)
여기서, ωn은 연장부(101)의 자연 주파수이고, ζ은 모드 해석으로부터 결정된 유체 내에서 연장부(101)의 감쇠율이다. 바람직한 감쇠율은 예를 들어, 길이/축 혹은 폭/반경 방향으로 어떠한 진동하는 부분의 강도(stiffness)를 변화시켜 주어진 유량에 대해 예상되는 주파수들을 커버함으로써 얻을 수 있다. 부가물을 순차적으로 부착하거나 용접하여 연장부(101)와 같은 부분을 추가적으로 제작하거나 만듦으로써, 감쇠율을 용이하게 커스터마이징(customization)하여 자연 주파수들의 대역폭이 커버될 수 있다.
예를 들어, 만약 연장부(101)가 금속과 같은 강체로 만들어진 실린더형 연장부로서 주어진 범위에 걸쳐 상대적으로 일정한 탄성률은 갖는다면(즉, 예상되는 주파수들에서 플라스틱과 같이 변형되지 않는다면), 자연 주파수 ωn은 다음과 같다.
ωn = α2√((E*I)/(m*L4)) (4)
여기서 E는 탄성률; I는 관성 모멘트(실린더의 경우 πr4/4); m은 질량; 그리고 L은 연장부(101)의 길이이다. 하나 이상의 하모닉 노드(harmonic node) 혹은 자연 주파수를 갖는 구조물에 대해서, α는 모드 수(modal number)를 나타내며, 이는 경험적으로 결정될 수 있다. 추가 제작과 같은 커스터마이징을 사용하여, 반경들, 길이들 및/또는 강도들(stiffnesses)은, 연장부(101)가 예상되는 유동 조건들 및/또는 원하는 주파수 범위에 기초하여 원하는 자연 주파수들 및 모드들을 갖도록, 얻어질 수 있다. 상기 자연 주파수는 이제 2π로 나눠져 방정식 (1) 및 (2)에 사용된 맴돌이 발생/진동 주파수 f와 상관관계를 맺을 수 있다.
이전의 방정식 (3) 및 (4)에서 알 수 있듯이, 연장부(101)는 예상되는 맴돌이 발생 주파수들 f를 충분히 커버하는 물질, 길이 및 반경을 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 예시적인 실시예에 따른 음향 유량계(100)는, 연장부(101)의 속성들이 예상되는 유동률들에서 상기 맴돌이 발생과의 공진을 확인할 수 있도록 이전의 파라미터들에 따라 설정되면, 진동하여 유동(20)에서 유동률 범위에 대한 사용가능한 데이터를 생산할 것이다. 물론, 알려진 물질 속성들 및 결정가능한 자연 주파수들을 갖는 연장부(101)의 다른 형상들 및 구조들이 선택될 수도 있으며, 이에 따라 유체 유동에 따라 진동하는 구조들로서 사용가능하다.
연장부(101)가 단지 관심있는 가능한 유동률들의 부분집합만을 커버하는 자연 주파수 대역폭을 갖는다면, 복수의 연장부들(101)이 사용될 수 있으며, 복수의 예시적인 실시예에 따른 음향 유량계들(100)이 구현되어, 자연 주파수들을 변화시켜 가면서 관심있는 유동률 범위를 커버하도록 할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 서로 다른 연장 속성들을 갖는 복수의 예시적인 실시예들에 따른 유량계들(100)이 강수관 공간 내의 노심 보호벽(10) 상에 실장되어 시작으로부터 일정한 상태의 동작들, 천이 상태들까지 유동률들을 측정할 수 있다. 예시적인 실시예에 따른 유량계들(100)은 각각 그들 특유의 공진 대역폭에 구체적으로 튜닝된 그 자신의 음향 픽업을 포함하거나, 혹은 진동 감지기들 및 이들 사이에 통신가능한 연결을 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 예시적인 실시예에 따른 유량계(100)는 다른 예시적인 실시예에 따른 유량계(200)를 포함할 수 있다. 이와는 달리, 예시적인 실시예에 따른 유량계(200)는 유량계(100)의 동작없이, 단독으로 구성될 수도 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 예시적인 실시예에 따른 유량계(200)는 강수관 고리 내의 액체 냉각수와 같은 유체가 유동(20)하여 유량계(200)를 통과하도록 하는 내부 통로(204)를 포함한다. 내부 통로(204)는 예를 들어, 연장부(101) 내에 형성될 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 유량계(200)는 유체 유동(20)이 유량계(200)로 진입하도록 허용하는 상단 개구(201)를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에 따른 유량계(200)는 파이프 오르간 디자인과 매우 흡사하게, 개구(202)에서 유동(20)을 방해하는 웨지(wedge)(203)까지 유동(20) 방향으로 확장될 수 있다. 상단 개구(201), 웨지(203) 및 개구(202)를 따르는 확장의 조합은 유동(20)이 소용돌이치고 개구(202)를 통해 부분적으로 방출되도록 한다. 상기 유동의 나머지는 아래로 통과하여 통로(204)를 통해 예시적인 실시예에 따른 유량계(200) 바깥으로 빠져 나간다.
예시적인 실시예에 따른 유량계(200) 내부의 소용돌이들은 유량계(200) 내에 정상파를 생성하며, 유체 유동(20)의 속도에 따른 주파수에서 유량계(200)의 진동을 강제한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 유체 하나만의 속도는 홀로 사용된 웨지(203) 내에서 생성된 유체 속도 및 주파수 사이의 선형 관계(701)로부터 결정될 수 있다. 이와는 달리, 도 7에 도시된 바와 같이, 파이프와 같은 내부 통로(204)를 포함하는 예시적인 실시예에 따른 유량계(200) 내에 생성된 주파수는 유동 속도에 기초한 조화파 레벨들(harmonic levels)(702) 사이에서 점프할 수 있다. 서로 다른 주파수들 및 유동 속력 범위들 사이의 관계는 다음과 같다.
fn = n*ν/2L (5)
여기서 fn은 진동 주파수, ν는 유체 내의 음속, L은 통로(204)의 길이, 및 n은 상기 파이프를 통과하는 유체 유동 속력에 관련된 노드 혹은 조화파수(number of the harmonic)이다.
진동 감지기(90)는, 예시적인 실시예에 따른 유량계(200)의 예상되는 주파수들을 위해서, 예시적인 실시예에 따른 유량계(100)에서와 동일한 설치 및 측정(calibration)을 통해, 예시적인 실시예에 따른 유량계(200) 내의 진동을 감지할 수 있다. 통로(204)의 길이, 및 흐르는 냉각수 내의 음속을 그 유형, 온도 및 압력으로부터 알아내는 것; 및 예시적인 실시예에 따른 유량계(200)의 감지된 진동 주파수, 및 조화파수 n은 로컬 혹은 원거리 프로세서를 통해 결정될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 각 조화파 레벨(702)은 예시적인 실시예에 따른 유량계(200) 내부로 향하는 유동 속도들의 구별되는 범위와 관련이 있으며, 이는 조화파 범위에 대한 관찰을 통해 혹은 유량계 조화 함수(harmonics)의 마디 분석(nodal analysis)을 통해 경험적으로 결정될 수 있다. 주파수 fn을 결정함에 따라 이에 매칭되는 유동률 범위가 설정될 수 있으며, 이에 따라 원자로 내에서 독립적으로 측정될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 예시적인 실시예에 따른 음향 유량계(200)는 통로(204)에 대해 확장하는 혹은 나팔 모양의 개구(205)를 포함할 수 있다. 개구(205)의 상기 증가하는 영역은 예시적인 실시예에 따른 음향 유량계(200) 내의 공진에 의해서 생성된 음파들을 감지기(90)로 픽업하기 위한 주변 매질 내부로 보다 잘 전도할 수 있다. 통로(204)는 또한 S자 형상이거나 그 유동 경로를 늘이도록 구부러질 수 있으며, 이에 따라 방정식 (5)에 나타낸 주파수 fn을 낮출 수 있다. 보다 낮은 주파수는 감지기(90)에 의해 보다 쉽게 감지가능하거나 주변 노이즈 및 진동으로부터 보다 쉽게 구별된다. 유사하게, 통로(204)는 유체가 완전히 흐르도록 하면서도, 진동 감지의 필요성에 맞도록 보다 긴 혹은 보다 짧은 형상으로 재설정될 수도 있다. 예를 들어, 제작의 단순성을 위해서, 통로(204)는 완전히 일직선이어서 나팔 모양의 개구(205)를 포함하지 않을 수도 있으나, 여전히 음향 유량계로서 작동할 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 유량계(200)의 모든 구성 요소들은 기계 가공, 몰딩, 용접 등을 통해 도 5에 도시된 바와 같이 각 실시예의 부품들이 함께 예시적인 실시예에 따른 유량계(100)의 연장부(101) 내로 추가적으로 제작될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따른 유량계들(200)의 어떠한 개수도 단일 연장부에 혹은 복수의 연장부들로부터 사용될 수 있다. 서로 다른 음향 유량계들(200)은 서로 다른 길이들, 웨지 형상들, 혹은 다른 특성들을 포함하여, 검출 및 검증을 위해 주파수 노드들을 갖는 서로 다른 유동률들을 커버하거나 서로 다른 주파수들을 생산할 수 있다.
함께 사용된 경우, 예시적인 실시예에 따른 유량계들(100, 200)은 서로 검증하여 하나로부터 읽은 유체 속도가 다른 것의 수용가능한 범위 내에 해당되는지 확인하는 데 사용될 수 있다. 또한, 예시적인 실시예에 따른 유량계(200)는 예를 들어, 증기를 포함하는 2-상(two-phase) 유동과 같이, 유동(20) 내에서 개구(201)를 향해 흐르면서 급격하게 다른 밀도들을 겪을 경우 공진하지 않지만, 예시적인 실시예에 따른 유량계(100)는 2-상 유동 내에서 진동할 것이기 때문에, 동일한 연장부를 사용한 예시적인 실시예들에 따른 유량계들(100, 200) 사이의 작동/비작동 차이는 특정 위치에서 2-상 유동의 존재를 지시할 수 있다. 그러한 2-상 유동은 오퍼레이터들에게, 증기 건조기 고장, 급수 과열, 보호벽 누수 등과 같은 바람직하지 않은 상태에 대해 경고할 수 있다. 이와는 달리, 각 예시적인 실시예에 따른 음향 유량계(200)는 예시적인 실시예에 따른 음향 유량계(100)의 사용없이, 관심있는 유동(20) 내에 독립적으로 실장된 각 구조물들일 수 있다.
예시적인 실시예들 및 방법들이 기재된 바, 당해 기술 분야의 통상의 기술을 가진 자라면 상기 예시적인 실시예들은 다양하게 변형될 수 있으며, 이하 청구항들의 범위에 여전히 속하면서도 통상적인 실험을 통해 변형 또는 대체 가능할 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시예들이 고리형 강수관 내에 흐르는 정제수를 사용하는 것으로 기재되고 있으나, 다양한 서로 다른 타입의 냉각수 및 유동 통로들이 단순히 적절한 치수를 맞추거나 예시적인 실시예들에 따른 물질 선택을 통해서, 청구항들의 범위에 속하면서도 예시적인 실시예들 및 방법에 적용될 수 있다. 그러한 변형들은 청구항들의 범위를 벗어나지 않는 것으로 간주되어야 한다.

Claims (20)

  1. 원자로의 노심(15)을 둘러싸는 노심 보호벽(10);
    원자로 압력 용기(1); 및
    상기 노심 보호벽(10)의 외표면 및 상기 원자로 압력 용기(1)의 내표면이 형성하는 강수관 고리(4) 내에 고정되고,
    상기 원자로 강수관 고리(4) 내의 유체 유동(20)을 블로킹하는 형상의 연장부(101); 및
    상기 연장부(101)로부터의 맴돌이 발생(25) 진동을 감지하고 상기 맴돌이 발생(25) 진동의 주파수를 보고(report)할 수 있는 진동 감지기(90)를 포함하는 음향 유량계(100)를 구비하는 원자로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 음향 유량계는 컴퓨터 프로세서(95)를 더 포함하며,
    상기 진동 감지기(90)는 상기 주파수를 상기 원자로 강수관 고리(4) 내의 유체의 유동률(flow rate)로 변환하도록 프로그램된 상기 컴퓨터 프로세서(95)에 결합된 원자로.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 연장부(101)는 실질적으로 원형의 외측 둘레를 포함하며, 상기 컴퓨터 프로세서(95)는 상기 외측 둘레의 직경 및 상기 유동 유체의 스트로우홀 수를 사용하여 상기 주파수를 유동률로 변환할 수 있는 원자로.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 컴퓨터 프로세서(95)는 상기 유동률을 사용하여 상기 유동의 레이놀즈 수에 대해 상기 스트로우홀 수를 검증할 수 있는 원자로.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 연장부(101)는 상기 노심 보호벽(10)에 고정되고 상기 강수관 고리(4) 내부로 수평으로 연장되어 상기 강수관 고리 내(4)의 수직 유동(20)을 블로킹하며, 상기 진동 감지기(90)는 상기 원자로 압력 용기(1)의 외표면 상에 형성되어 상기 원자로 압력 용기(1)를 통한 진동을 픽업하도록 튜닝된 원자로.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 음향 유량계는 복수의 연장부(101)들을 더 포함하며,
    상기 각 연장부(101)들은 실린더 형상으로서 축(axial) 및 방사형(radial) 치수(dimension)로 형상화되고, 각 연장부들(101)이 서로 다른 자연 진동 주파수들을 갖도록 하는 물질로 제조된 원자로.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 음향 유량계는 상기 연장부(101) 내의 독립된 파이프 오르간 형상의 음향 유량계(200)를 더 포함하며,
    상기 독립된 파이프 오르간 형상의 음향 유량계(200)는 상기 유동(20) 내부로 향하는 수축된 개구(201) 및 상기 수축된 개구(201)보다 넓은 상기 연장부(101)를 관통하는 통로(204)를 포함하는 원자로.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 독립된 파이프 오르간 형상의 음향 유량계(200)는 상기 통로(204) 내의 웨지(203) 및 입구(202)를 더 포함하고, 상기 진동 감지기(90)에 결합되며,
    상기 진동 감지기(90)는 상기 웨지(203)에서의 정상파 생성에 따라 발생하는 상기 독립된 파이프 오르간 형상의 음향 유량계(200) 내의 진동을 감지하여 보고할 수 있는 원자로.
  10. 닫힌 통로(4) 내에 연장부(101)를 설치하고;
    상기 연장부(101)로부터의 맴돌이 발생(25) 진동을 감지할 수 있는 통로(4) 외측의 음향 픽업을 사용하여 상기 연장부(101) 주변의 맴돌이 발생(25)에 의한 진동의 주파수를 감지하고;
    추정된 스트로우홀 수, 상기 연장부의 폭, 및 상기 주파수에 기초하여 유동률(20)을 계산하고;
    상기 계산된 유동률(20)에 기초하여 상기 유동의 레이놀즈 수를 계산하고;
    상기 레이놀즈 수로부터 경험적인(empirical) 스트로우홀 수를 결정하고;
    상기 경험적인 스트로우홀 수와 상기 추정된 스트로우홀 수를 비교하고; 그리고
    만약 상기 비교에 의해 상기 경험적 및 추정된 스트로우홀 수들이 서로 매칭되면 상기 계산된 유동률을 수용하고, 만약 상기 비교에 의해 상기 경험적 및 추정된 스트로우홀 수들이 서로 매칭되지 않으면 새로운 추정 스트로우홀 수를 위해서, 상기 유동률을 계산하고, 상기 레이놀즈 수를 계산하고, 상기 경험적 스트로우홀 수를 결정하고, 그리고 상기 경험적 및 추정된 스트로우홀 수들을 비교하는 것을 반복하는, 청구항 1항에 기재된 상기 음향 유량계(100)를 사용하여 상기 원자로의 닫힌 통로(4) 내에서 유동(20)을 측정하는 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2717701C1 (ru) * 2019-09-10 2020-03-25 Акционерное общество "Промышленная группа "Метран" Способ измерения объемного расхода в вихревых расходомерах
US20210223073A1 (en) * 2020-01-21 2021-07-22 Battelle Energy Alliance, Llc Flow meters and related systems and methods
US11768091B2 (en) * 2020-03-23 2023-09-26 Rosemount Inc. Thermowell vibration sensing

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3802264A (en) 1972-07-10 1974-04-09 Geoscience Ltd Fluid temperature differential flow meter
US4052895A (en) * 1977-01-12 1977-10-11 Fischer & Porter Co. Obstacle assembly for vortex-type flowmeter
US4169376A (en) * 1978-06-26 1979-10-02 Fischer & Porter Company External sensing system for vortex-type flowmeters
US4404858A (en) * 1981-10-26 1983-09-20 Ford Motor Company Velocity and mass air flow sensor
US4584883A (en) * 1981-11-10 1986-04-29 Fuji Electric Company, Ltd. Karman vortex flowmeter
JPS5937495A (ja) * 1982-08-25 1984-02-29 株式会社日立製作所 電導性流体の流速、温度および音響を検出するためのセンサ並びに検出装置
US4610167A (en) * 1984-07-23 1986-09-09 Westinghouse Electric Corp. Apparatus for measuring flow velocity of fluids
US4604902A (en) 1984-10-24 1986-08-12 Geoscience Ltd Means and techniques useful in mass flowmeters for multiphase flows
US4770035A (en) * 1987-01-15 1988-09-13 Tek-Air Systems, Inc. Airflow measurement utilizing vortex shedding
US4922759A (en) * 1988-02-03 1990-05-08 Flowtec Ag Vortex frequency flow meter
US4896540A (en) 1988-04-08 1990-01-30 Parthasarathy Shakkottai Aeroacoustic flowmeter
US5095760A (en) * 1989-05-08 1992-03-17 Lew Hyok S Vortex flowmeter with dual sensors
US4961304A (en) 1989-10-20 1990-10-09 J. I. Case Company Cotton flow monitoring system for a cotton harvester
US5347873A (en) * 1993-04-09 1994-09-20 Badger Meter, Inc. Double wing vortex flowmeter with strouhal number corrector
US5880377A (en) * 1996-10-15 1999-03-09 Lsi Logic Corporation Method for low velocity measurement of fluid flow
GB0123987D0 (en) 2001-10-05 2001-11-28 Bae Sema Ltd Underwater sound source
US7054767B2 (en) 2004-02-12 2006-05-30 Eldridge Products, Inc. Thermal mass flowmeter apparatus and method with temperature correction
US8017858B2 (en) 2004-12-30 2011-09-13 Steve Mann Acoustic, hyperacoustic, or electrically amplified hydraulophones or multimedia interfaces
JP2006258676A (ja) 2005-03-18 2006-09-28 Hitachi Ltd 熱式流量計
EP1936332A1 (en) * 2006-12-22 2008-06-25 Nederlandse Organisatie voor Toegepast-Natuuurwetenschappelijk Onderzoek TNO Karman vortex flowmeter assembly comprising a fiber Bragg grating sensor and method to measure a fluid flow rate
JP4836864B2 (ja) 2007-05-16 2011-12-14 日立オートモティブシステムズ株式会社 熱式流量計
JP5209232B2 (ja) 2007-05-24 2013-06-12 アズビル株式会社 熱式流量計
US8532244B2 (en) * 2007-06-14 2013-09-10 General Electric Company System and method for determining coolant level and flow velocity in a nuclear reactor
US7726201B2 (en) * 2007-08-22 2010-06-01 Invensys Systems, Inc. Triple redundancy vortex flowmeter system
US8459127B2 (en) * 2008-10-29 2013-06-11 Rosemount Inc. Flowmeter body with a groove in a flowmeter outlet surface
US8042411B2 (en) * 2009-06-04 2011-10-25 Invensys Systems, Inc. Small line size vortex flowmeter
US8567259B1 (en) * 2010-02-10 2013-10-29 Stc.Unm Optical phase shift fluid flow velocity measurement mechanism
US8576084B2 (en) * 2010-07-26 2013-11-05 Invensys Systems, Inc. Accuracy improvement in flowmeter systems
US9513147B2 (en) * 2013-11-04 2016-12-06 South Jersey Engineering & Research, LLC Flowmeter comprising piezoelectric sensor
US9945704B2 (en) 2014-07-07 2018-04-17 Nuscale Power, Llc Flow rate measurement in a volume
US20170358374A1 (en) * 2016-06-09 2017-12-14 Ge-Hitachi Nuclear Energy Americas Llc Nuclear reactor fluid thermal monitoring array
JP2019521350A (ja) * 2016-07-21 2019-07-25 マイクロ・モーション・インコーポレーテッドＭｉｃｒｏ Ｍｏｔｉｏｎ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ プロセス侵入が低減された渦流量計

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