RU2197759C2 - Method and device for measuring pressure of graphite contact ring onto zirconium tube in reactor process channel - Google Patents

Method and device for measuring pressure of graphite contact ring onto zirconium tube in reactor process channel Download PDF

Info

Publication number
RU2197759C2
RU2197759C2 RU2001102584/06A RU2001102584A RU2197759C2 RU 2197759 C2 RU2197759 C2 RU 2197759C2 RU 2001102584/06 A RU2001102584/06 A RU 2001102584/06A RU 2001102584 A RU2001102584 A RU 2001102584A RU 2197759 C2 RU2197759 C2 RU 2197759C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
graphite
khz
acoustic
emitter
receiver
Prior art date
Application number
RU2001102584/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
А.Н. Фадеев
М.Б. Бакиров
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное дочернее предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт атомных электростанций"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное дочернее предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт атомных электростанций" filed Critical Федеральное государственное унитарное дочернее предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт атомных электростанций"
Priority to RU2001102584/06A priority Critical patent/RU2197759C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2197759C2 publication Critical patent/RU2197759C2/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

FIELD: controlling parameters of reactor units. SUBSTANCE: method primarily designed for type RBMK reactors involves use of ultrasonic vibration receiver for recording acoustic signal produced due to ultrasonic action of acoustic transmitter onto acoustic system incorporating water-filled zirconium tube damped by graphite rings. Acoustic system is adjusted to working conditions with low Q-factor and high sensitivity to damping action of graphite rings. Scale showing amplitude of reflected ultrasonic radiation as function of graphite contact ring pressure onto zirconium tube is calibrated by means of auxiliary graphite ring fitted onto tube. Zirconium tube damped by graphite rings is scanned by acoustic transmitter and ultrasonic vibration receiver. Amplitude and phase of acoustic signals arriving from graphite rings are recorded. Graphite ring pressure onto tube is determined according to calibration scale obtained earlier. Device implementing proposed method has acoustic transmitter and ultrasonic vibration receiver, acoustic-transmitter oscillator, and detector signal converting module. It also has bushing incorporating acoustic transmitter and ultrasonic vibration receiver which are disposed in diametrically opposite ends of single line placed in tube when scanning location point of graphite ring. Linear displacement transducer records bushing position in zirconium tube. EFFECT: enhanced safety, reliability, economic efficiency, and operating precision of reactor unit. 4 cl, 3 dwg

Description

Изобретения относятся к регулированию параметров реакторных установок (РУ) и, в частности, могут быть использованы для определения силы давления контактного графитового кольца на циркониевую трубу в технологическом канале (ТК) реактора РБМК (реактор большой мощности канальный) на атомных электростанциях (АЭС). The invention relates to the regulation of the parameters of reactor plants (RU) and, in particular, can be used to determine the pressure force of the contact graphite ring on a zirconium pipe in the process channel (TK) of the RBMK reactor (high-power channel reactor) at nuclear power plants (NPPs).

Известен взятый в качестве прототипа ультразвуковой способ определения силы давления графитового кольца на циркониевую трубу (Научно-исследовательская работа (НИР) П/Я Р-6476 от 30.12.1988 г.), который основан на регистрации волны Лемба при резонансе в диапазоне частот f=250 кГц - 500 кГц. При этом подвергают ультразвуковому воздействию акустическую систему, состоящую из циркониевой трубы, заполненной водой и демпфируемой графитовыми кольцами. Силу давления графитового кольца на стенку трубы доводят до 46 кг. За счет поглощения волны Лемба регистрируют только касание графитового кольца стенки трубы. Полученные данные обрабатываются на персональном компьютере (ПК). A known ultrasonic method taken as a prototype for determining the pressure force of a graphite ring on a zirconium pipe (Scientific research work (R&D) P / R P-6476 dated 12/30/1988), which is based on the registration of a Lamb wave with a resonance in the frequency range f = 250 kHz - 500 kHz. In this case, an acoustic system consisting of a zirconium tube filled with water and damped by graphite rings is subjected to ultrasonic treatment. The pressure force of the graphite ring on the pipe wall is adjusted to 46 kg. Due to the absorption of the Lamb wave, only the contact of the graphite ring of the pipe wall is recorded. The received data is processed on a personal computer (PC).

Недостатками данного способа определения силы давления графитового кольца на циркониевую трубу в технологическом канале реактора являются:
1. Снижение безопасности и надежности работы РУ вследствие недостаточного контроля контакта между внутренней поверхностью графитового кольца и внешней стенкой циркониевой трубы в технологическом канале реактора из-за возможности регистрировать только касание графитового кольца стенки трубы при силе давления кольца в 46 кг.
The disadvantages of this method of determining the pressure force of a graphite ring on a zirconium pipe in the technological channel of the reactor are:
1. Reducing the safety and reliability of switchgear due to insufficient control of the contact between the inner surface of the graphite ring and the outer wall of the zirconium pipe in the technological channel of the reactor due to the ability to register only the contact of the graphite ring of the pipe wall with a ring pressure of 46 kg

2. Снижение точности и экономичности работы РУ вследствие низкой точности измерения силы давления графитового кольца на циркониевую трубу, которая не позволяет проводить диагностику и прогнозирование состояния технологических каналов в результате многолетней работы реактора. 2. Reducing the accuracy and efficiency of reactor operation due to the low accuracy of measuring the pressure force of a graphite ring on a zirconium pipe, which does not allow the diagnosis and prediction of the state of technological channels as a result of many years of operation of the reactor.

В той же НИР описано устройство для определения силы давления графитового кольца на циркониевую трубу в технологическом канале реактора, наиболее близкое к предлагаемому. Это устройство содержит излучатель и приемник ультразвуковых колебаний, которые находятся в одном секторе циркониевой трубы напротив разреза в графитовом кольце, расположены под углом и имеют зазор по отношению к внутренней стенке трубы. Излучатель работает под действием генератора, который управляется вручную, в диапазоне частот f=200 кГц - 500 кГц, а приемник подключен к входному усилителю, который, в свою очередь, подключен своим выходом к аналого-цифровому преобразователю (АЦП), работающему под управлением ПК. Недостатками данного устройства для определения силы давления графитового кольца на циркониевую трубу являются
1. снижение точности и экономичности работы устройства вследствие ручного управления генератором;
2. снижение точности работы устройства вследствие отсутствия предварительной обработки сигнала приемника;
3. снижение надежности и безопасности работы РУ вследствие усложнения конструкции устройства для определения силы давления графитового кольца на циркониевую трубу из-за необходимости жестких требований к расположению излучателя и приемника к "разрезам" в графитовых кольцах;
4. снижение точности работы устройства вследствие отсутствия помехозащищенности;
5. снижение точности работы устройства вследствие отсутствия механизма, отвечающего за место расположения датчиков в трубе.
The same R&D describes a device for determining the pressure force of a graphite ring on a zirconium pipe in the technological channel of the reactor, which is closest to the proposed one. This device contains an emitter and a receiver of ultrasonic vibrations, which are in the same sector of the zirconium tube opposite the cut in the graphite ring, are located at an angle and have a gap with respect to the inner wall of the pipe. The emitter operates under the action of a generator that is manually controlled in the frequency range f = 200 kHz - 500 kHz, and the receiver is connected to an input amplifier, which, in turn, is connected by its output to an analog-to-digital converter (ADC) running under PC control . The disadvantages of this device for determining the pressure force of a graphite ring on a zirconium pipe are
1. reduced accuracy and efficiency of the device due to manual control of the generator;
2. reduced accuracy of the device due to the lack of preliminary processing of the receiver signal;
3. reduced reliability and safety of the switchgear due to the complexity of the design of the device for determining the pressure force of a graphite ring on a zirconium pipe due to the need for strict requirements for the location of the emitter and receiver to the “cuts” in the graphite rings;
4. reduced accuracy of the device due to the lack of noise immunity;
5. reduced accuracy of the device due to the lack of a mechanism responsible for the location of the sensors in the pipe.

Предлагаемыми изобретениями решается задача повышения безопасности и надежности эксплуатации РУ, а также продление рабочего ресурса при контроле, диагностике и прогнозировании состояния технологических каналов в результате многолетней работы реактора при интенсивном нейтронном облучении и повышенной температуре. The proposed inventions solve the problem of improving the safety and reliability of reactor operation, as well as extending the working life during monitoring, diagnostics and predicting the condition of technological channels as a result of many years of operation of the reactor under intense neutron irradiation and elevated temperature.

Для получения такого технического результата в предлагаемом способе определения силы давления контактного графитового кольца на циркониевую трубу, приемником ультразвуковых колебаний регистрируют акустический сигнал, образующийся от ультразвукового воздействия излучателя на акустическую систему, состоящую из циркониевой трубы, заполненной водой и демпфируемой контактными графитовыми кольцами. To obtain such a technical result, in the proposed method for determining the pressure force of a contact graphite ring on a zirconium tube, an acoustic signal is recorded by the ultrasonic vibrations receiver from the ultrasonic action of the emitter on an acoustic system consisting of a zirconium tube filled with water and damped by contact graphite rings.

Отличительные признаки предлагаемого способа заключаются в том, что в акустической системе устанавливают рабочий режим с низкой добротностью и высокой чувствительностью к демпфированию графитовыми кольцами, проводят калибровку шкалы зависимости амплитуды отраженного ультразвукового излучения от силы давления графитового кольца на циркониевую трубу с помощью дополнительного графитового кольца, надетого на трубу, проводят сканирование излучателем и приемником ультразвуковых колебаний циркониевой трубы, демпфируемой графитовыми кольцами, фиксируют величину амплитуды и фазы акустических сигналов, поступающих от графитовых колец, и определяют силу давления графитового кольца на трубу в соответствии с ранее полученной калибровочной шкалой. Кроме того, отличительной особенностью является то, что для установления рабочего режима с низкой добротностью в акустической системе используют частоту ультразвукового сигнала излучателя f=51.2 кГц ± 0.1 кГц, или f= 58.1 кГц ± 0.1 кГц, или f=65.63 кГц ± 0.1 кГц, или f=77.87 кГц ± 0.1 кГц, или f= 89.85 кГц ± 0.1 кГц и амплитуду в размахе 5 В, при этом получают сигнал приемника противофазным относительно сигнала излучателя и с запаздыванием в пределах от 0 до 45o, что позволяет устанавливать в акустической системе режим вынужденной стоячей волны с амплитудой в диапазоне 0-0.5 В.Distinctive features of the proposed method are that the acoustic system sets the operating mode with low quality factor and high sensitivity to damping by graphite rings, calibrates the scale of the dependence of the amplitude of the reflected ultrasonic radiation on the pressure force of the graphite ring on the zirconium tube using an additional graphite ring worn on the pipe is scanned by the emitter and receiver of ultrasonic vibrations of the zirconium pipe damped by graphite to rings, record the magnitude of the amplitude and phase of the acoustic signals coming from the graphite rings, and determine the pressure force of the graphite ring on the pipe in accordance with the previously obtained calibration scale. In addition, a distinctive feature is that to establish an operating mode with a low quality factor in the speaker system, the frequency of the ultrasonic signal of the emitter f = 51.2 kHz ± 0.1 kHz, or f = 58.1 kHz ± 0.1 kHz, or f = 65.63 kHz ± 0.1 kHz, or f = 77.87 kHz ± 0.1 kHz, or f = 89.85 kHz ± 0.1 kHz and an amplitude in the range of 5 V, in this case, the receiver signal is out of phase with respect to the emitter signal and with a delay in the range from 0 to 45 o , which allows you to set it in the speaker system forced standing wave mode with amplitude in the range 0-0.5 V.

В результате практического применения предлагаемого способа повышаются безопасность и надежность, а также экономичность и точность работы РУ за счет возможности определения не только касания, но и непосредственно силы давления контактного графитового кольца на циркониевую трубу, что в свою очередь позволит проводить контроль, диагностику и прогнозирование состояния технологических каналов РУ. При этом, как показали лабораторные исследования, целесообразно использовать приведенные в предлагаемом способе параметры ультразвуковых сигналов. As a result of the practical application of the proposed method, the safety and reliability are increased, as well as the economy and accuracy of the switchgear due to the possibility of determining not only the contact, but also directly the pressure force of the contact graphite ring on the zirconium pipe, which in turn will allow for monitoring, diagnostics and prediction of the condition technological channels of RU. Moreover, as laboratory studies have shown, it is advisable to use the parameters of ultrasonic signals provided in the proposed method.

Для получения названного технического результата предлагается устройство, которое, как и наиболее близкое к нему, известное по работе (НИР П/Я Р-6476), включает излучатель и приемник ультразвуковых колебаний, генератор частот для работы излучателя и модуль преобразования сигнала приемника, содержащий аналого-цифровой преобразователь, работающий под управлением ПК. To obtain the named technical result, we propose a device that, like the one closest to it, known for work (R&D R-6476), includes an emitter and a receiver of ultrasonic vibrations, a frequency generator for emitter operation, and a receiver signal conversion module containing analog PC-to-digital converter.

Отличительные признаки предлагаемого устройства заключаются в том, что оно дополнительно содержит модуль, включающий втулку, содержащую излучатель и приемник ультразвуковых колебаний, которые расположены диаметрально противоположно на одной линий, помещаемую в циркониевую трубу при сканировании места расположения графитового кольца, датчик линейного перемещения, фиксирующий положение втулки в трубе, а модуль преобразования сигнала приемника устройства содержит дополнительно усилитель, активный двухполупериодный выпрямитель среднего значения и активный фильтр низких частот, при этом генератор частот для излучателя работает под управлением ПК. Кроме того, особенностью является то, что в устройстве использован кварцевый генератор с дискретностью установления частоты в 32 Гц. В результате практического применения предлагаемого устройства повышается безопасность и надежность, а также экономичность работы реакторной установки за счет повышения точности работы устройства для определения силы давления контактного графитового кольца на циркониевую трубу в технологическом канале реактора РБМК вследствие предварительной обработки сигнала приемника ультразвуковых колебаний, наличия помехозащищенности устройства, наличия механизма, отвечающего за место расположения излучателя и приемника ультразвуковых колебаний в трубе, наличия компьютерного управления генератором ультразвуковых колебаний, а также за счет упрощения конструкции устройства вследствие отсутствия жестких требований к расположению излучателя и приемника к разрезам в графитовых кольцах. Кроме того, как показали лабораторные исследования, используемый кварцевый генератор частот обеспечивает высокую точность и стабильность при установке рабочего режима по частоте и амплитуде. Distinctive features of the proposed device are that it additionally contains a module including a sleeve containing an emitter and a receiver of ultrasonic vibrations, which are located diametrically opposite on one line, placed in a zirconium tube when scanning the location of the graphite ring, a linear displacement sensor that fixes the position of the sleeve in the pipe, and the signal conversion module of the receiver of the device further comprises an amplifier, an active half-wave rectifier of the media values and an active low-pass filter, while the frequency generator for the emitter is controlled by a PC. In addition, a feature is that the device uses a crystal oscillator with a frequency resolution of 32 Hz. As a result of the practical application of the proposed device, the safety and reliability, as well as the efficiency of the reactor installation, are improved by increasing the accuracy of the device for determining the pressure force of a contact graphite ring on a zirconium pipe in the RBMK reactor channel due to preliminary processing of the signal from the ultrasonic vibrations receiver and the presence of device noise immunity the presence of a mechanism responsible for the location of the emitter and receiver of ultrasonic frigged in the pipe, the presence of a computer control a generator of ultrasonic vibrations as well as by simplifying the structure of the device due to the lack of strict requirements for the location of the transmitter and receiver to the cuts in the graphite rings. In addition, as laboratory studies have shown, the quartz frequency generator used provides high accuracy and stability when setting the operating mode in frequency and amplitude.

Заявленная группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку образует единый изобретательский замысел, причем один из заявленных объектов группы - "Устройство для определения силы давления контактного графитового кольца на циркониевую трубу в технологическом канале реактора" предназначено для осуществления другого заявленного объекта группы - "Способа определения силы давления контактного графитового кольца на циркониевую трубу в технологическом канале реактора", при этом оба объекта группы изобретений направлены на решение одной и той же задачи с получением единого технического результата. The claimed group of inventions meets the requirement of unity of invention, since it forms a single inventive concept, moreover, one of the declared objects of the group - "A device for determining the pressure force of a contact graphite ring on a zirconium pipe in the reactor channel" is intended to implement another claimed object of the group - "Method for determining the force pressure of the contact graphite ring on the zirconium pipe in the reactor’s process channel, "while both objects of the group of inventions channeling to solve the same problem to obtain a single technical result.

Предлагаемые изобретения иллюстрируются чертежами, на которых изображены: на фиг. 1 - фрагмент акустической системы, состоящий из циркониевой трубы, заполненной водой и демпфируемой графитовым кольцом при воздушном зазоре между ними, образованным бумажной полосой толщиной 0.2 мм с осциллограммой акустического сигнала; на фиг.2 - фрагмент акустической системы, состоящий из циркониевой трубы, демпфируемой графитовым кольцом с осциллограммой акустического сигнала; на фиг.3 - структурная схема устройства, осуществляющего предлагаемый способ. The invention is illustrated by drawings, which depict: in FIG. 1 - a fragment of the acoustic system, consisting of a zirconium tube filled with water and damped by a graphite ring with an air gap between them, formed by a paper strip 0.2 mm thick with a waveform of the acoustic signal; figure 2 is a fragment of the acoustic system, consisting of a zirconium tube damped by a graphite ring with an oscillogram of the acoustic signal; figure 3 is a structural diagram of a device implementing the proposed method.

Предлагаемый способ осуществляется в следующей последовательности: сначала в циркониевую трубу ТК реактора помещают специально сконструированную втулку, в которой расположены излучатель и приемник ультразвукового сигнала, устанавливают рабочий режим в акустической системе для обеспечения широкой равномерной частотной характеристики излучения и приема, позволяющей воспроизводить без искажений электрический сигнал в излучателе и акустический сигнал на электрической стороне в приемнике, который становится чувствительным к внешним воздействиям. Для этого используют частоту ультразвукового сигнала f= 51.2 кГц ± 0.1 кГц, или f=58.1 кГц ± 0.1 кГц, или f=65.63 кГц ± 0.1 кГц, или f=77.87 кГц ± 0.1 кГц, или f=89.85 кГц ± 0.1 кГц и амплитуду в размахе 5 В, при этом добиваются получения сигнала приемника противофазным относительно сигнала излучателя и с запаздыванием от 0 до 45o и устанавливают в акустической системе режим вынужденной стоячей волны с амплитудой до 0.5 В, при которой получают низкую добротность и высокую чувствительность к демпфированию графитовыми кольцами. При необходимости, для установления в акустической системе требуемого режима изменяют частоту ультразвукового сигнала с дискретностью в 32 Гц. При установлении рабочего режима втулка с излучателем и приемником должна находится вне зоны расположения графитовых колец в акустической системе. Далее переходят к выполнению режима калибровки, который необходим для установления чувствительности устройства и установления диапазона регистрации силы давления. Для этого на циркониевую трубу надевают отдельное контактное графитовое кольцо с металлическим хомутом, подводят и устанавливают втулку с излучателем и приемником ультразвуковых колебаний таким образом, чтобы центр приемника находился напротив середины графитового кольца. Стягивают металлический хомут с силой 5 кг по "силомеру" и регулировкой усиления приемника устанавливают минимальный уровень постоянного сигнала в диапазоне 50 - 100 мВ. Величина этого сигнала, соответствующая силе давления в 5 кг, заносится в память ПК. Сняв усилие с металлического хомута, заносят в память ПК постоянное напряжение, соответствующее нулевому давлению. В память ПК необходимо занести промежуточные значения для давлений в 1 кг, 2 кг и т.д., создав шкалу сил давлений до 5 кг. Далее калибровочное кольцо снимают или оставляют, переходя к режиму непосредственного измерения силы давления контактных графитовых колец на циркониевую трубу в зависимости от амплитуды и фазы акустического сигнала. С помощью электрического привода, перемещая втулку с излучателем и приемником со скоростью 1-2 см/с, проводят сканирование места расположения контактных графитовых колец по высоте циркониевой трубы, записывая в память ПК обработанный акустический сигнал, пропорциональный распределению сил давления колец в соответствие с калибровочной шкалой. При этом на экран монитора выводится диаграмма распределения давлений колец с указанием места расположения (высоты) втулки с датчиками. Сканирование можно проводить за два прохода по трубе ТК сверху вниз и обратно.The proposed method is carried out in the following sequence: first, a specially designed sleeve is placed in the zirconium tube of the reactor TC, in which the emitter and receiver of the ultrasonic signal are located, the operating mode is set in the speaker system to provide a wide uniform frequency characteristic of the radiation and reception, allowing the electric signal to be reproduced without distortion in emitter and acoustic signal on the electrical side in the receiver, which becomes sensitive to external impacts. To do this, use the frequency of the ultrasonic signal f = 51.2 kHz ± 0.1 kHz, or f = 58.1 kHz ± 0.1 kHz, or f = 65.63 kHz ± 0.1 kHz, or f = 77.87 kHz ± 0.1 kHz, or f = 89.85 kHz ± 0.1 kHz and the amplitude in the range of 5 V, while achieving the receipt of the receiver signal antiphase relative to the signal of the emitter and with a delay of 0 to 45 o and set the acoustic mode of the forced standing wave with an amplitude of up to 0.5 V, which gives a low quality factor and high sensitivity to damping graphite rings. If necessary, to establish the required mode in the acoustic system, the frequency of the ultrasonic signal with a resolution of 32 Hz is changed. When the operating mode is established, the sleeve with the emitter and receiver should be outside the zone of the graphite rings in the speaker system. Next, they proceed to the calibration mode, which is necessary to establish the sensitivity of the device and establish the range of registration of pressure forces. For this, a separate contact graphite ring with a metal clamp is put on the zirconium tube, a sleeve with an emitter and a receiver of ultrasonic vibrations is brought in and installed in such a way that the center of the receiver is opposite the middle of the graphite ring. The metal clamp is pulled together with a force of 5 kg according to the "force meter" and the gain control of the receiver sets the minimum level of a constant signal in the range of 50 - 100 mV. The value of this signal, corresponding to a pressure force of 5 kg, is recorded in the PC memory. After removing the force from the metal clamp, a constant voltage corresponding to zero pressure is entered into the PC memory. In the PC memory, it is necessary to enter intermediate values for pressures of 1 kg, 2 kg, etc., creating a scale of pressure forces up to 5 kg. Next, the calibration ring is removed or left, passing to the mode of direct measurement of the pressure force of contact graphite rings on a zirconium tube depending on the amplitude and phase of the acoustic signal. Using an electric drive, moving the sleeve with the emitter and receiver at a speed of 1-2 cm / s, they scan the location of the contact graphite rings along the height of the zirconium tube, recording the processed acoustic signal in the PC memory, which is proportional to the distribution of ring pressure forces in accordance with the calibration scale . In this case, the pressure distribution diagram of the rings with the location (height) of the sleeve with sensors is displayed on the monitor screen. Scanning can be carried out in two passes through the pipe TC from top to bottom and back.

Для осуществления способа разработано устройство, которое работает под управлением ПК, по специально разработанной программе Test. exe., которая состоит из трех подпрограмм: Rejim. exe, для установления рабочего режима в акустической системе, Kalibr. exe, для установления калибровочной шкалы и Registr. exe, для непосредственной регистрации силы давления контактных графитовых колец на циркониевую трубу при сканировании излучателем и приемником. To implement the method, a device has been developed that runs under the control of a PC, using the specially developed Test program. exe., which consists of three routines: Rejim. exe, to establish the operating mode in the speaker system, Kalibr. exe, to establish the calibration scale and Registr. exe, for direct registration of the pressure force of contact graphite rings on a zirconium tube when scanning by the emitter and receiver.

Пример 1. На фиг.1 представлен фрагмент акустической системы, состоящий из циркониевой трубы, заполненной водой и демпфируемой графитовым кольцом при воздушном зазоре между ними, образованном бумажной полосой толщиной 0.2 мм, для которой показана осциллограмма изменения амплитуды ультразвукового сигнала при сканировании этого кольца датчиками:
1 - графитовое кольцо,
2 - циркониевая труба,
3 - излучатель ультразвукового сигнала,
4 - приемник ультразвукового сигнала,
5 - ультразвуковой сигнал в месте расположения графитового кольца,
6 - направление перемещения датчиков.
Example 1. Figure 1 shows a fragment of an acoustic system consisting of a zirconium tube filled with water and damped by a graphite ring with an air gap between them formed by a paper strip 0.2 mm thick, for which an oscillogram of the amplitude change of the ultrasonic signal when scanning this ring with sensors is shown:
1 - graphite ring,
2 - zirconium pipe,
3 - emitter of an ultrasonic signal,
4 - receiver of an ultrasonic signal,
5 - ultrasonic signal at the location of the graphite ring,
6 - direction of movement of the sensors.

Из осциллограммы видно, что при сканировании места расположения графитового кольца за счет эффекта поглощения и отражения части ультразвукового сигнала происходит уменьшение амплитуды ультразвукового сигнала. При установленном режиме величина амплитуды обработанного акустического сигнала приемника принимает величину Uвых=350 мВ, что соответствует силе давления графитового кольца на трубу F=4.3 кг. The oscillogram shows that when scanning the location of the graphite ring due to the absorption and reflection of part of the ultrasonic signal, the amplitude of the ultrasonic signal decreases. In the established mode, the amplitude value of the processed acoustic signal of the receiver takes the value Uout = 350 mV, which corresponds to the pressure force of the graphite ring on the pipe F = 4.3 kg.

Пример 2. На фиг.2 представлен фрагмент акустической системы с плотно прилегающим графитовым кольцом к циркониевой трубе:
1 - графитовое кольцо,
2 - циркониевая труба,
3 - излучатель ультразвукового сигнала,
4 - приемник ультразвукового сигнала,
5 - ультразвуковой сигнал в месте расположения графитового кольца,
6 - направление перемещения датчиков.
Example 2. Figure 2 presents a fragment of an acoustic system with a tight-fitting graphite ring to a zirconium pipe:
1 - graphite ring,
2 - zirconium pipe,
3 - emitter of an ultrasonic signal,
4 - receiver of an ultrasonic signal,
5 - ultrasonic signal at the location of the graphite ring,
6 - direction of movement of the sensors.

Из осциллограммы видно, как в результате усиления демпфирования, эффекты поглощения и отражения выражены настолько сильно, что на границе раздела акустических сред ультразвуковой сигнал изменяет амплитуду и фазу, дважды переходя через ноль, а эффект поляризации выражен более сильно. Изменение амплитуды ультразвуковой волны на середине кольца пропорционально силе давления кольца. При установленном режиме величина амплитуды Uвых=350 мВ акустического сигнала приемника соответствует силе давления F=2 кг, а для Uвых= 100 мВ сила давления оказывается F=4.15 кг. The oscillogram shows how, as a result of increased damping, the effects of absorption and reflection are so pronounced that at the interface of the acoustic media, the ultrasonic signal changes the amplitude and phase, passing twice through zero, and the polarization effect is more pronounced. The change in the amplitude of the ultrasonic wave in the middle of the ring is proportional to the pressure force of the ring. In the established mode, the amplitude Uout = 350 mV of the acoustic signal of the receiver corresponds to a pressure force of F = 2 kg, and for Uout = 100 mV, the pressure force is F = 4.15 kg.

Предлагаемый способ прошел лабораторные испытания на заполненной водой циркониевой трубе длиной 1.5 м, на которой были установлены 8 графитовых колец с разной величиной давления. Регулировка давления обеспечивалась индивидуальными металлическими хомутами. The proposed method was laboratory tested on a water filled zirconium pipe 1.5 m long, on which 8 graphite rings with different pressure values were installed. Pressure adjustment was provided by individual metal clamps.

Устройство для определения силы давления разрезного контактного графитового кольца на циркониевую трубу (фиг.3) включает генератор ультразвуковых колебаний (1), датчик излучателя ультразвуковых колебаний (2), усилитель ультразвукового сигнала приемника (3), активный выпрямитель среднего значения (4), активный фильтр низкой частоты (НЧ) (5), датчик приемника акустического сигнала системы (6), датчик линейного перемещения (7), формирователь сигнала датчика линейного перемещения (8), 16-разрядный счетчик (9), аналого-цифровой преобразователь АЦП (10), параллельный интерфейс LPT (11) для обмена информацией с ПК (12), втулка с датчиками ультразвуковых колебаний (13). Графитовые кольца (14) являются принадлежностью акустической системы (15) циркониевой трубы. A device for determining the pressure force of a split contact graphite ring on a zirconium tube (Fig. 3) includes an ultrasonic oscillator (1), an ultrasonic oscillator emitter (2), a receiver ultrasonic signal amplifier (3), an active medium-voltage rectifier (4), active low-pass filter (LF) (5), system acoustic signal receiver sensor (6), linear displacement sensor (7), linear displacement sensor signal shaper (8), 16-bit counter (9), analog-to-digital converter of the ADC (10) ), P are parallel LPT (11), an interface for exchanging information with PC (12), the sleeve with ultrasonic vibration transducers (13). Graphite rings (14) belong to the speaker system (15) of the zirconium tube.

Работа устройства состоит из трех основных частей - это установка в акустической системе рабочего режима, затем калибровка и режим непосредственной регистрации силы давления при сканировании циркониевой трубы. В циркониевую трубу ТК устанавливают втулку с ультразвуковыми датчиками и включают устройство. На включенном ПК запускается программа Test. exe, из меню которой для установки рабочего режима акустической системы выбирается программа Rejim. exe. При запуске этой программы генератор (1) устройства вырабатывает сигнал ультразвуковой частотой в 51.2 кГц и амплитудой 5 В, который поступает на излучатель (2) и на аналого-цифровой преобразователь (10) и через параллельный интерфейс (11) в цифровом виде поступает на ПК (12), который по той же программе осуществляет обратное преобразование цифры в аналоговый сигнал и выводит сигнал излучателя на экран монитора ПК. Одновременно акустический сигнал с приемника (2) поступает на усилитель (3). С выхода усилителя (3) усиленный акустический сигнал системы поступает на АЦП (10) и оцифрованный через интерфейс (11) поступает в память ПК (12), который выводит на экран монитора аналоговый сигнал акустической системы. При наложении двух сигналов, излучателя и приемника, проводится оценка рабочего состояния акустической системы. При необходимости программа позволяет изменять частоту ультразвукового сигнала излучателя (2) с дискретностью 32 Гц. После установления рабочего режима в акустической системе переходят к режиму калибровки. Для этого необходимо на трубу надеть отдельное контактное графитовое кольцо с металлическим хомутом и напротив него расположить втулку с датчиками. На ПК из меню выбирается и запускается на выполнение программа Kalibr. exe. The operation of the device consists of three main parts - this is the installation of the operating mode in the acoustic system, then the calibration and the mode of direct registration of pressure when scanning a zirconium pipe. A sleeve with ultrasonic sensors is installed in the zirconium pipe TK and the device is turned on. On the included PC, the Test program starts. exe, from the menu of which Rejim is selected to set the operating mode of the speaker system. exe. When this program is started, the generator (1) of the device generates a signal with an ultrasonic frequency of 51.2 kHz and an amplitude of 5 V, which is transmitted to the emitter (2) and to the analog-to-digital converter (10) and digitally transmitted to the PC via the parallel interface (11) (12), which, according to the same program, performs the inverse conversion of a digit into an analog signal and displays the emitter signal on the PC monitor screen. At the same time, the acoustic signal from the receiver (2) is fed to the amplifier (3). From the output of the amplifier (3), the amplified acoustic signal of the system enters the ADC (10) and digitized through the interface (11) enters the PC memory (12), which displays the analog signal of the speaker system on the monitor screen. When superimposing two signals, the emitter and the receiver, an assessment is made of the working state of the speaker system. If necessary, the program allows you to change the frequency of the ultrasonic signal of the emitter (2) with a resolution of 32 Hz. After establishing the operating mode in the speaker system, they switch to the calibration mode. To do this, put on a separate contact graphite ring with a metal clamp on the pipe and place a sleeve with sensors opposite it. On the PC, the Kalibr program is selected and launched for execution from the menu. exe.

Выбрав диапазон регистрации силы давления, металлическим хомутом стягивают графитовое кольцо по указанию силомера, например 5 кг. В этом случае ультразвуковой сигнал рабочей частоты с генератора (1) поступает на излучатель (2). Акустический сигнал с датчика приемника (6) усиливается усилителем (3), выпрямляется активным выпрямителем среднего значения (4) в постоянное напряжение и, проходя через активный фильтр нижних частот (5), поступает на АЦП (10), оцифровывается и далее через интерфейс (11) поступает в память ПК (12), где программой постоянному напряжению присваивается значение силы сжатия в 5 кг. Величина этого соответствия заносится впамять ПК (12). Затем снимают сжатие графитового кольца и отцифрованное значение постоянного напряжения, соответствующее нулевому давлению, также заносится в память ПК (12). Для формирования шкалы зависимости выходного напряжения приемника от силы давления требуется занести в память ПК (12) несколько промежуточных значений для сил давления от 1 кг до 5 кг. После выполнения процедуры калибровки переходят к режиму непосредственного измерения силы давления графитовых колец на трубу. Для этого из меню программного обеспечения выбирается на запуск программа Registr. exe. В этом режиме устройство работает следующим образом: включается генератор (1), акустический сигнал системы с выхода приемника (6), пройдя усилитель (3), активный выпрямитель (4), активный фильтр Н.Ч. (5), АЦП (10) через интерфейс (11) поступает в память ПК (12). Одновременно с сигналом приемника на ПК (12) поступает сигнал с датчика линейного перемещения (7), который проходит через формирователь сигналов (8), 16-ти разрядный счетчик (9) и интерфейс (11). При сканировании технологического канала (ТК), которое осуществляется втулкой (13) с датчиками (2) и (6) посредством электрического привода, по программе Registr.exe в память ПК (12) заносятся значения обработанного акустического сигнала от графитовых колец и сигнал от датчика линейного перемещения, расположенного на краю циркониевой трубы. Программа Registr. exe работает в режиме ON-LINE, которая при сканировании выводит на экран монитора ПК (12) график распределения силы давления графитовых колец по высоте технологического канала. Having chosen the range of recording the pressure force, a graphite ring is pulled together with a metal clamp as indicated by a force meter, for example 5 kg. In this case, the ultrasonic signal of the working frequency from the generator (1) is supplied to the emitter (2). The acoustic signal from the receiver sensor (6) is amplified by an amplifier (3), rectified by an active medium-voltage rectifier (4) to a constant voltage and, passing through an active low-pass filter (5), is fed to the ADC (10), digitized and then through the interface ( 11) enters the PC memory (12), where the constant voltage program assigns a compression force value of 5 kg. The value of this correspondence is entered into the PC (12). Then, the compression of the graphite ring is removed and the digitized value of the constant voltage corresponding to zero pressure is also stored in the PC memory (12). To form a scale for the dependence of the receiver output voltage on the pressure force, it is required to store several intermediate values for pressure forces from 1 kg to 5 kg in the PC memory (12). After performing the calibration procedure, they switch to the mode of direct measurement of the pressure force of graphite rings on the pipe. To do this, the Registr program is selected to start from the software menu. exe. In this mode, the device operates as follows: the generator (1) is turned on, the acoustic signal of the system from the output of the receiver (6), passing the amplifier (3), the active rectifier (4), the active filter N.Ch. (5), the ADC (10) through the interface (11) enters the PC memory (12). Simultaneously with the receiver signal, a signal from the linear displacement sensor (7), which passes through the signal shaper (8), a 16-bit counter (9), and an interface (11), is sent to the PC (12). When scanning a technological channel (TC), which is carried out by a sleeve (13) with sensors (2) and (6) by means of an electric drive, the values of the processed acoustic signal from graphite rings and the signal from the sensor are entered into the PC memory (12) using the Registr.exe program linear displacement located on the edge of the zirconium pipe. Registr program. exe operates in the ON-LINE mode, which when scanning displays on the PC monitor screen (12) a graph of the distribution of the pressure force of graphite rings over the height of the process channel.

В настоящее время подготавливается программа и база для осуществления внедрения предлагаемого устройства на Смоленской атомной электростанции. Currently, a program and base is being prepared for the implementation of the proposed device at the Smolensk nuclear power plant.

Claims (4)

1. Способ определения силы давления контактного графитового кольца на циркониевую трубу в технологическом канале реактора РБМК (реактор большой мощности канальный) путем регистрации приемником ультразвуковых колебаний акустического сигнала, образующегося от ультразвукового воздействия излучателя на акустическую систему, состоящую из циркониевой трубы, заполненной водой и демпфируемой графитовыми кольцами, отличающийся тем, что в акустической системе устанавливают рабочий режим с низкой добротностью и высокой чувствительностью к демпфированию графитовыми кольцами, проводят калибровку шкалы зависимости амплитуды отраженного ультразвукового излучения от силы давления контактного графитового кольца на циркониевую трубу с помощью дополнительного графитового кольца, надетого на трубу, проводят сканирование излучателем и приемником ультразвуковых колебаний циркониевой трубы, демпфируемой графитовыми кольцами, фиксируют величину амплитуды и фазы акустических сигналов, поступающих от графитовых колец и определяют силу давления графитового кольца на трубу в соответствии с ранее полученной калибровочной шкалой. 1. A method for determining the pressure force of a contact graphite ring on a zirconium pipe in the technological channel of the RBMK reactor (high-power channel reactor) by recording by the receiver of ultrasonic vibrations of the acoustic signal generated from the ultrasonic action of the emitter on the acoustic system consisting of a zirconium pipe filled with water and damped with graphite rings, characterized in that the acoustic system sets the operating mode with low quality factor and high sensitivity to damping with graphite rings, calibrate the scale of the dependence of the reflected ultrasound radiation pressure on the pressure of the contact graphite ring on the zirconium pipe using an additional graphite ring worn on the pipe, scan the emitter and ultrasonic vibrations receiver of the zirconium pipe damped by the graphite rings, record the magnitude of the amplitude and phase acoustic signals coming from graphite rings and determine the pressure force of the graphite ring on the pipe in accordance According to the previously obtained calibration scale. 2. Способ определения силы давления по п. 1, отличающийся тем, что для установления рабочего режима с низкой добротностью и высокой чувствительностью к демпфированию графитовыми кольцами в акустической системе используют частоту ультразвукового сигнала излучателя f= 51,2 кГц ± 0,1 кГц, или f= 58,1 кГц ± 0,1 кГц, или f= 65,63 кГц ± 0,1 кГц, или f= 77,87 кГц ± 0,1 кГц, или f= 89,85 кГц ± 0,1 кГц и амплитуду в диапазоне от 4 до 5В в размахе, при этом получают сигнал приемника противофазным относительно сигнала излучателя и с запаздыванием в пределах 0-45o, что позволяет устанавливать в акустической системе режим вынужденной стоячей волны с амплитудой в диапазоне 0-0,5В.2. The method of determining the pressure force according to claim 1, characterized in that for the establishment of an operating mode with a low quality factor and high sensitivity to damping by graphite rings in the acoustic system, the frequency of the ultrasonic signal of the emitter is f = 51.2 kHz ± 0.1 kHz, or f = 58.1 kHz ± 0.1 kHz, or f = 65.63 kHz ± 0.1 kHz, or f = 77.87 kHz ± 0.1 kHz, or f = 89.85 kHz ± 0.1 kHz and an amplitude in the range of 4 to 5V in the sweep to afford antiphase signal receiver relative to the emitter and a signal delay in the range 0-45 o, allowing SET put into speaker forced standing wave mode amplitude 0-0,5V range. 3. Устройство для определения силы давления контактного графитового кольца на циркониевую трубу в технологическом канале реактора РБМК (реактор большой мощности канальный), включающее излучатель и приемник ультразвуковых колебаний, генератор частот для работы излучателя и модуль преобразования сигнала приемника, содержащий аналого-цифровой преобразователь и работающий под управлением персонального компьютера (ПК), отличающееся тем, что оно дополнительно содержит модуль, включающий втулку, содержащую излучатель и приемник ультразвуковых колебаний, которые расположены диаметрально противоположно на одной линии, помещаемую в циркониевую трубу при сканировании места расположения графитового кольца, датчик линейного перемещения, фиксирующий положение втулки в циркониевой трубе, а модуль преобразования сигнала приемника устройства содержит дополнительно усилитель, активный двухполупериодный выпрямитель среднего значения и активный фильтр низкой частоты, при этом генератор частот для излучателя работает под управлением ПК. 3. A device for determining the pressure force of a contact graphite ring on a zirconium tube in the technological channel of the RBMK reactor (high-power channel reactor), including an emitter and a receiver of ultrasonic vibrations, a frequency generator for emitter operation and a receiver signal conversion module containing an analog-to-digital converter and operating under the control of a personal computer (PC), characterized in that it further comprises a module including a sleeve containing an emitter and an ultrasound receiver new oscillations, which are located diametrically opposite on the same line, placed in a zirconium tube when scanning the location of the graphite ring, a linear displacement sensor that detects the position of the sleeve in the zirconium tube, and the signal receiver module of the device contains an additional amplifier, an active half-wave rectifier of average value and active low-pass filter, while the frequency generator for the emitter is running a PC. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что в устройстве использован кварцевый генератор частот с дискретностью установления частоты в 32 Гц. 4. The device according to claim 3, characterized in that the device uses a quartz frequency generator with a frequency resolution of 32 Hz.
RU2001102584/06A 2001-01-30 2001-01-30 Method and device for measuring pressure of graphite contact ring onto zirconium tube in reactor process channel RU2197759C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001102584/06A RU2197759C2 (en) 2001-01-30 2001-01-30 Method and device for measuring pressure of graphite contact ring onto zirconium tube in reactor process channel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001102584/06A RU2197759C2 (en) 2001-01-30 2001-01-30 Method and device for measuring pressure of graphite contact ring onto zirconium tube in reactor process channel

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2197759C2 true RU2197759C2 (en) 2003-01-27

Family

ID=20245342

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001102584/06A RU2197759C2 (en) 2001-01-30 2001-01-30 Method and device for measuring pressure of graphite contact ring onto zirconium tube in reactor process channel

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2197759C2 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ВОЛКОВ Л.П. и др. Разработка методики и установки для контроля затрубного зазора в технологическом канале реактора РБМК. Отчет о НИР, предприятие п/я Р-6476, 1988. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5225148A (en) Method for checking the thickness and the cohesion of the interface of a duplex tube
US8175822B2 (en) Method for measuring the pressure and/or molar mass of a gas in a housing, and corresponding measurement assembly
EP0655623B1 (en) Relative resonant frequency shifts to detect cracks
US5408880A (en) Ultrasonic differential measurement
Esward et al. Extending the frequency range of the National Physical Laboratory primary standard laser interferometer for hydrophone calibrations to 80 MHz
US4512194A (en) Method and apparatus for controlling or measuring the thickness of material layers
JPH10253339A (en) Method and apparatus for measurement by utilizing sound wave
US6823737B2 (en) Non-contact inspection system for large concrete structures
RU2197759C2 (en) Method and device for measuring pressure of graphite contact ring onto zirconium tube in reactor process channel
US4453238A (en) Apparatus and method for determining the phase sensitivity of hydrophones
Lu et al. A phase-comparison method for measurement of the acoustic nonlinearity parameter
JP2006313115A (en) Ultrasonic flaw detecting method and ultrasonic flaw detector
JP2000131297A (en) Leakage elastic surface wave measuring probe
JP2006313110A (en) Ultrasonic flaw detecting method and ultrasonic flaw detector
JPH0376419B2 (en)
Bouchard et al. Experimental measurement of scattered surface waves using a laser–Doppler technique
KR20040099762A (en) System and its method for processing digital ultrasonic image
SU574668A1 (en) Method of monitoring acoustic contact during supersonic fault detection
SU643796A1 (en) Article flaw dimension determining method
JPS59183364A (en) Ultrasonic microscope apparatus
KR100296375B1 (en) Method and apparatus for measuring oxide thickness of nuclear fuel rod using ultrasonic resonance
Good et al. Phase mapping of ultrasonic fields passed through centrifugally cast stainless steel
JPS60170764A (en) Ultrasonic flaw detector for turbine disk
JPH01203967A (en) Temperature compensation type ultrasonic flaw detector
JPS60170763A (en) Electron scanning type ultrasonic flaw detector for turbine disk

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160131