SK114394A3

SK114394A3 - Method and apparatus for detection of failed fuel rods

Info

Publication number: SK114394A3
Application number: SK1143-94A
Authority: SK
Inventors: Richard G Mcclelland
Original assignee: Siemens Power Corp
Priority date: 1992-03-26
Filing date: 1993-03-25
Publication date: 1995-04-12
Also published as: JPH0618697A; KR930020478A; EP0566862A1; BG99112A; ES2075734T3; HUT76794A; DE69300320T2; FI931338A0; HU9402753D0; JP3431660B2; FI931338A; DE69300320D1; CZ227494A3; WO1993019472A1; KR100270724B1; EP0566862B1

Description

Oblasť techniky

Vynález sa dotýka zariadenia a spôsobu z i sťovan i a chybných jadrových palivových tyčí, najmä zariadenia a spôsobu na vykonávanie relatívneho merania vnútorného tlaku palivových tyčí meraním zoslaben i a závislého na frekvencii spektra akustickej energie, čím sa zistí chybná palivová tyč.

Doterajší stav techniky

Z i sťovan i e chýb jadrových páli vových tyčí sa normálne vykonáva buď u1trazvukovým i skúškam i alebo meran í m presakovania. Pri ultrazvukových skúškach sa voda v pali vových tyčiach (čo znamená chybu) zisťuje meraním rozdielu zoslabenia ultrazvukovej energie vracajúcej sa z vodného rozhran i a (chybná palivová tyč) alebo plynného rozhrania (zvuková tyč) plášťa vnútornej steny.

Príklad tohoto prístupu je opísaný v patente US 4 879 088, postúpenom rovnakému prihlasovateľovi ako predložený vynález.

Pri zisťovaní presakovania, mokrého alebo suchého, spôsob zisťuje uvoľnené štiepne plyny z chybnej palivové tyče.

V každom prípade existuje stav, ako napríklad interakcie plášťa palivových tabliet alebo extrémne malé presakovanie, ktoré obmedzuje účinnosť oboch spôsobov.

V patente US

126 514 je opísaný spôsob zisťovania chybných palivových elementov izolovaním kontaktu medzi vonkajšou plochou plášťa palivového elementu a normálne pouáí vaňou zos1aben i a chladiacou kvapalinou a potom vykonanie merania *

ozvien impulzov na zisťovanie prítomnosti nadmerne nabobtnaných palivových peliet. Meranie prítomnosti buď chladiacej kvapaliny v palivovom elemente alebo počtu nabobtnaných palivových peliet sa vykonáva vhodnou interpretáciou ozvien impulzov.

V patente

US 3 350 271 je opísaný sn í mač j adrového reaktora, ktorý v sebe obsahuje kvapa1 i nu takže prestupom tepla do tohoto snímača dôjde k zohr i at i u kvapaliny v ňom obsiahnutej.

Pr i normálnych pracovných podmienkach tlak udržuj e kvapa1 i nu ako kvapalinu. Var kvapaliny v snímači, z i stený ultrazvukom môže byť použitý ako údaj o dosiahnutí vopred stanoveného tlaku. Ak existuje v palivovej tyči netesnosť, musí dôjsť k poklesu tlaku, a preto k odparovaniu kvapaliny a expanzii otvorom, čo udáva.

že došlo k vzniku netesnosť i.

Ani uvedený patent US nemeria napätie pomocou ultrazvuku na zistenie vnútorného tlaku v palivovej tyči, ako bude ďalej opísané v súvislosti opisom vynálezu.

patente US

009 616 je opísaný akustický spôsob merania tlaku plynu v hermeticky utesnenom plášti. Vykonáva sa určovaním zmeny rýchlosti a oslabenie ultrazvukového s i gnálu, spôsobenou tlakom plynu vo vnútri plášťa (palivovej tyče).

Tento proces vyžaduje, aby plynom bol vyslaný signál a účinky signálu prijatého cez plášť boli minimalizované. Tým sa tento spôsob merania íši od ďalej opísaného zariadenia a spôsobu podľa vynálezu, ktorý meria relatívne napätie v materiále plášťa palivovej tyče, ktoré je výsledkom tlaku plynu, ktorý je vo vnútri. Navyše spôsob podľa patentu

US 4 009

616 nie je praktický na použitie, pretože všetky palivové tyče majú v zmienenom priestore mnoho pružín, ktoré by mohl buď úplne zablokovať alebo zničiť všetky potrebné informácie, v akustických údajoch (to je rých*losť a oslabenie) .

obs i ahnuté

Úlohou vynálezu je odstrániť vyššie uvedené nedostatky známych spôsobov · zisťovania chybných palivových tyčí a vytvoriť spoľahlivejší a opakovateľný spôsob a zariadenie na zisťovanie chybných palivových tyčí.

Podstata vynálezu

Uvedenú úlohu splňuje zariadenie na zisťovanie chybných jadrových palivových tyčí, podľa vynálezu, ktorého podstatou je, že pozostáva 'z vysielacieho prostriedku na vytvorenie zdroja impulzovej elektrickej energie, z prvého snímacieho prostriedku, reagujúceho na vysielací prostriedok, pre aplikáciu impulzovej ultrazvukovej energie špecifickej frekvencie priamo do vonkajšieho plášťa jadrovej palivovej tyče, z druhého snímacieho prostriedku, vzdialeného od prvého snímacieho prostriedku, pre príjem ultrazvukovej energie vysielanej palivovou tyčou a pozdĺž nej, a pre vytvorenie elektrického signálu ako reakcie na tento príjem, pričom druhý snímací prostriedok je umiestnený pri vonkajšom plášti uvedenej jadrovej palivovej tyče, z prijímacieho prostriedku, reagujúceho na uvedený signál z druhého snímacieho prostriedku, na spracovanie vysokofrekvenčných a nízkofrekvenčných komponentov uvedeného signálu a na vytvorenie výstupného signálu, a z hradlovaného viackanálového spektrálneho analyzátoru, reagujúceho na uvedený výstupný signál z prijímacieho prostriedku, na určenie spektrálneho komponentu prijatej ultrazvukovej energie v nízkofrekvenčnom a vysokofrekvenčnom rozsahu a na vytváranie výsledných signálov úmerných amplitúde každého frekvenčného komponentu, pričom výsledné signály sú mierou napätia v plášťu a následne tlakových rozdielov, takže akákoľvek strata tlaku plynu v palivovej tyči bude priamou mierou vady plášťa palivovej tyče.

Uvedenú úlohu ďalej splňuj*e spôsob zisťovania chybných jadrových palivových tyčí, podľa vynálezu, ktorého podstatou je, že pozostáva 2 aplikovania širokopásmových impulzov ultrazvukovej energie do jadrovej palivovej tyče, zo snímania zmeranej ultrazvukovej odozvy uvedenej palivovej tyče, a to z aplikovanej ultrazvukovej energie, z prevedenia takto zmeranej odozvy na elektrický signál, z určenia spektrálnou analýzou spektrálneho komponentu elektrického signálu v nízkofrekvenčnom a vysokofrekvenčnom rozsahu a vytvárania výsledných signálov úmerných amplitúde každého frekvenčného komponentu, pričom výsledné signály sú mierou napätia v plášťu palivovej tyče a následne rozdielov tlakov, takže akákoľvek strata tlaku plynu v palivovej tyči bude priamou mierou chyby plášťa palivovej tyče.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález bude ďalej bližšie objasnený na príkladnom vyhotoveniu podľa priložených výkresov, na ktorých obr. 1 znázorňuje zjednodušenú blokovú schému zariadenia podľa vynálezu, obr. 2 a 3 znázorňujú skutočné dáta, získané z palivovej tyče s nízkym tlakom a dvoch palivových tyčí s vysokým tlakom. Príklady vyhotovenia vynálezu

Zariadenie a spôsob podľa vynálezu všeobecne meria relatívne napätie v plášti jadrovej palivovej tyči vyvolané tlakom plynu vo vnútri palivovej tyče. Pritom sa vykonáva určovanie pomeru zoslabenia dvoch špecifických frekvencií zo širokopásmového nízkofrekvenčného spektra akustickej energie. Relatívne rozdiely tlaku sú merateľné, a preto akákoľvek *

strata tlaku plynu vo vnútri palivovej tyče je priamym označením toho, že plášť palivovej tyče je chybný.

Na obr. 1 je znázornené zariadenie podľa vynálezu. Je vykonávaná skúška palivovej tyče 10 aplikáciou širokopásmovej impulzovej ultrazvukovej energie na palivovú tyč 10 . Táto aplikácia sa vykonáva privádzaním elektrickej energie z vysielača 11 do prvého akustického snímača 12. Vysielač 1 1 je vyhotovený s výhodou vo forme piezoe1ektrického kryštálu, ktorý pracuje pri rezonančnej frekvencii 300 kHz. Druhý akustický snímač 1.3, vzdialený od prvého akustického snímača 12. funguje ako prijímací element. Oba akustické snímače 12, sú usporiadané na pretlakovom priestore 30, aby okolo tohoto pretlakového priestoru 30 vznikla skrutkoví tá akustická dráha s mnohými závitmi. Akustické snímače 12, 13 nie sú v priamom kontakte s palivovými tyčami 10. Na minimalizovanie blízkeho účinku póla akustických snímačov 12, 13 je ponechaná medzera 1,27 mm. Táto vzdialenosť však nie je rozhodujúca. Druhý akustický snímač 13 dodáva svoju energiu do prijímača obsahujúceho zosilňovaciu časť a pásmové priepuste vysokých a nízkych frekvencií. Výstupné signály pásmových priepust! sa potom privádzajú do hradíovaného viackanálového spektrálneho analyzátora 17 s príslušnými pásmovými priepusťami. Spektrálny analyzátor 17 je hradlovaný signálom z vysielača 11.

Vysielač 11 vydáva impulzy vopred stanovenej intenzity a frekvenčné spektrum energie, ktoré prešlo plášťom sa sníma snímacím kryštálom druhého akustického snímača 13 a cez prijímač 14 sa privádza do spektrálneho analyzátora 17. Spektrálny analyzátor 17 filtruje dve príslušné frekvenčné pásma a vytvára signály 15, 16. ktoré sú úmerné amplitúde každého frekvenčného komponentu ~ 100 kHz, je výraznejší, ako vzhľadom k napäťovým faktorom

Oslabenie nižších frekvencií, oslabenie vyšších frekvencií v plášti. Veľkosť zoslabenia nižších frekvenci í sa priamo vzťahuje k napätiam (čiže tlaku plynu vo vnútri) v plášti.

Vynálezca vykonal mnoho špecifických skúšok na určenie toho, či (max i mum v počas tyčiach pr í tomnosť očakávané pali vového iba zvýš i z pálivových s plášťom zo pe 1 predstavuje päť pruž i nam i, pr i čom vnútri 414 kPa, nešpec i f i kované alebo neprítomnosť plynu o tlaku 3450 kPa na konci životnosti palivovej tyče PWR;

cyklu sa tlak vo zvukových palivových vzhľadom k uvoľňovaniu štiepneho plynu iet) vo vnútri inertných palivových tyčí K) iatiny zircaloy 4. Experimentálne vzorky pali vových jedna má vo jedna tlaky.

obvykle tlak ~ 2691 kPa.

má tyčí 10, vždy s vnútornými vnútri nulový tlak, jedna má vo

2691 kPa,

Palí vové tyče

Pa1 i vové tyče vnútri tlak ~ 414 kPa. Skúšky prebiehali nutné zdôrazniť, že merania nemusia byť aj keď je akustického musia byť vystavenia

Ak j e tu prijateľné spojovacie

PWR dve majú vysoké majú vo vnútri

BWR vo majú obvykle vo vodnej dráhe. Je vykonávané pod vodou, médium na priechod signálu. Na aplikáciu na ožiarenej palivovej tyči všetky skúšky personálu pali vová množstvo plynu vody (~ účinku tyč 10 vykonávané pod vodou na zníženie veľmi vysokej radiácii.

chybná, predpokladá sa, že váčš i e unikne a zbytok sa vyrovná s vonkajším akom

103,5 kPa zvonku aktívnej zóny reaktoru, kde skúšky prebiehal i) .

Pr i skúškach bol vysielačom vyslaný širokopásmový impulz s väčš i nou svojej ’energ i e rozsahu od 50 kHz do

MHz. Tento impul bol z i sťovaný dvoma kanálmi s rôznymi pásmovým i pri epusťam i , výhodou

100 až 300 kHz a 600 až

1200 kHz.

Vzd i alenosť akust i ckých snímačov 12, bo 1 a s výhodou

152,4 mm.

Je taktiež výhodné, keď odstup medzi akustickými snímačmi

12.

čo priestor (obvykle 152,4 pokrýva mm až 279.4 mm).

naj väčš í

11akový

Akust i cké sn í mače

12, 13 mali strednú frekvenciu 300 kHz. Prijatý signál bol d i g i ta 1 izovaný a použitý pre výpočet frekvenčného spektra použitím rýchlej Fourierovej transformácii (FFT).

Na obr. 2 je znázornený displej frekvenčného spektra 100 až 300 kHz na základe merania palivovej tyče s nulovým tlakom a dvoch palivových tyčí s pretlakom 2691 kPa, ktorý udáva požadovanú opakovateľnú koreláciu s vnútorným tlakom v palivových tyčiach 10. Ľavá sada rozptylových dátových bodov predstavuje nulový vnútorný tlak, zatiaľ čo pravé sady pochádzajú z dvoch rôznych palivových tyčí s vnútorným tlakom 2691 kPa. Zvislý rozmer (posuv v smere osi y) rozptylových dátových bodov predstavuje rozdiel faktorov zoslabenia.

Na obr. 3 je znázornený rozdiel medzi energetickými hodnotami pre rovnaké tri palivové tyče, a to medzi energetickými hodnotami 100 až 300 kHz a 600 až 1200 kHz, ktorý označuje požadovanú koreláciu s menším rozptylom (s nulovým tlakom vľavo). Na oboch obr. 2 a 3 je stav s nulovým tlakom jasne odlíši teľný od stavov s vysokým tlakom.

Proces merania je zmien rýchlosti zvuku založený na schopnosti merania a zoslabenia priečnych vln ma1ých oprot i pozdĺžnym.

Predpokladá sa, že tieto zmeny sú priamo úmerné napätiu v

P1 ášť u a spôsobujú interakcie vln v prijímacom akust ickom snímaču 13.

Najlepšie pomery zoslabenia boli pri frekvenciách 100 až

300 kHz oprot i 600 až 1200 kHz. ako ukázali skúšky, hoci aj predložený vynález nie je špecificky zariadenie podľa vynálezu nie je určené na vytvorenie štandardu merania, avšak skôr na určovanie jednotlivých chybných tyčí. ktoré je

I založené na rozloženiu amplitúd signálov jednotlivýchí

I i palivových zostáv.I *í i

g

Tým by sa štandardizovali chyby spôsobené rôznym uvoľňovaním štiepneho plynu (mierne tlakové rozdiely medzi jednotlivými palivovými tyčami).

Aj keď predchádzajúci opis a výkresy predstavujú výhodné vyhotovenie vynálezu, môže odborník vykonávať v rámci vynálezu rôzne zmeny a modifikácie, bez toho aby vybočil z jeho rozsahu.

W 41<ι3' <7ý

TENTOVÉ

Claims

NÁROKY

1. Zariadenie na zisťovanie chybných jadrových palivových tyč í, vyznačuj úce sa tým, že pozostáva z vysielacieho prostriedku na vytvorenie zdroja impulzovej elektrickej prvého prostriedok, špeci f ickej energ i e, snímacieho prostriedku, reagujúceho na vysielací na aplikáciu impulzovej ultrazvukovej energie frekvencie priamo do vonkajšieho plášťa jadrovej palivovej tyče, druhého snímacieho prostr i edku, vzdialeného od prvého snímacieho prostriedku, pre príjem ultrazvukovej energie vysleiané páli vovou tyčou a pozdĺž nej, a pre vytvorenie elektrického signálu ako reakcia na tento príjem, pričom druhý snímací prostriedok je umiestnený pri vonkaj šom plášt i uvedenej jadrovej palivovej tyče, prijímacieho prostriedku, reagujúceho na uvedený s i gnál z druhého snímacieho prostriedku, na spracovanie vysokofrekvenčných a nízkofrekvenčných komponentov uvedeného signálu a na vytvorenie výstupného signálu, a hradíovaného viackanálového spektrálneho analyzátoru, reaguj úceho na uvedený výstupný signál z pri j ímacieho prostriedku, na určenie spektrálneho komponentu prijatej ultrazvukovej energie v nízkofrekvenčnom a vysokofrekvenčnom vytváranie výsledných signálov úmerných amplitúde rozsahu a na každého frekvenčného komponentu, pričom výsledné signály sú mierou napätia v plášťa a následne tlakových rozdielov, takže akákoľvek strata tlaku plynu v palivovej tyči bude pr i amou m i érou chyby plášťa palivovej tyče.
2.

Zariadenie podľa nároku 1, e sa tým, že vysielací prostr i edok vysiela impulzové signály o frekvencii približne 300 kHz.

*
3. Zariadenie podľa nároku 1, v y z n u j ú c e sa tým, že druhý prijímací prostriedok je š i rokopásmovým pr i j í mačom.
4. Zariadenie podľa nároku 1, v y z u j ú c e sa tým, že spektrálny ana1yzátor ana1yzuj e s i gnál y v nízkofrekvenčnom rozsahu od 100 do

300 kHz a signály vo vysokofrekvenčnom rozsahu od 600 do 1200
5.

Zariadenie podľa nároku 1, vy j ú c e sa tým, že prvý snímací prostriedok použ í va š i rokopásmové impulzy v rozsahu od 50 kHz do 1 MHz.
6.

Zar i adeni e podľa nároku 1 , vy tým, že palivové tyče sú ponorené do vodnej kúpele.
7.

Zar i aden i e podľa nároku , vy tým, že výsledné signály predstavuj ú zmenu zos1aben i a n í zkeho rozsahu frekvencií.
8.

Zariadenie podľa nároku ý m, že prijímací prostriedok obsahuje zos i 1ňovac i a časť pásmové priepusti vysokých a nízkych frekvencií.
9. Spôsob zisťovania chybných jadrových palivových yznačujúci sa tým, že pozostáva z aplikovania širokopásmových energie do jadrovej palivovej tyče, snímanie zmeranej ultrazvukovej impulzov ultrazvukovej odozvy uvedenej palivovej tyče, a to z aplikovanej ultrazvukovej energie, prevedenie takto zmeranej odozvy na elektrický signál, určenie spektrálnou analýzou spektrálneho komponentu elektrického signálu v nízkofrekvenčnom a vysokofrekvenčnom rozsahu a vytváranie výs1edných*s igná1ov úmerných amplitúde

1 každého frekvenčného komponentu, pričom výsledné signály sú mierou napätie v plášti palivovej tyče a následne rozdielov tlakov, takže akákoľvek strata tlaku plynu v palivovej tyči bude priamou mierou chyby plášťa palivovej tyče.

Zoznam vzťahových značiek palivová tyč 10 vys i e 1ač 11 prvý akustický snímač 12 druhý akustický snímač 13 pri j ímač 14 signál 15 signál 16 spektrálny analyzátor 17 tlakový priestor 30 /\