Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор методов и технических средств вибродиагностирования оборудования АЭС РУ с ВВЭР 9
1.1 Предпосылки разработки методов и технических средств виброшумовой диагностики 9
1.2 Методы виброшумовой диагностики оборудования РУ с ВВЭР 9
1.3 Инциденты из-за аномально вибрирующих ВКУ и ТВС 17
1.4 Методы диагностирования, реализованные в импортных системах виброшумового контроля 18
1.5 Программно-технические комплексы зарубежных СВШК 22
1.6 Первый международный стандарт по вибрациям ВКУ 28
2. Методология и результаты проведения экспериментальных исследований виброхарактеристик РУ с ВВЭР-1000 с использованием опытного образца аппаратуры виброшумовой диагностики 30
2.1 Постановка задачи 30
2.2 Методика проведения измерений 30
2.3 Экспериментальные примеры спектральных характеристик 38
2.4 Технические решения, примененные при разработке опытного образца аппаратуры виброшумовой диагностики для исследования виброхарактеристик ВКУ и ТВС 49
2.5 Состав и краткое описание опытного образца аппаратуры СВШД 51
3. Принципы построения программно-технического комплекса СВШД 57
3.1. Анализ существующих СВШК и особенности построения ПТК СВШД 57
3.2 Особенности создания измерительных каналов ПТК СВШД 59
3.3 Особенности создания измерительных каналов датчиков вне - и внутризонного нейтронного потока 63
3.4 Особенности создания программно-технических средств обработки и анализа 64
3.5 Особенности создания методического и алгоритмического обеспечения 67
4 Программно-технический комплекс СВШД АЭС с РУ ВВЭР ...74
4.1 Технические характеристики и состав СВШД 74
4.2 Комплекс технических средств СВШД 75
4.3 Информационное обеспечение СВШД 95
4.4. Алгоритмическое обеспечение 99
4.5 Программное обеспечение СВШД 106
4.6 Методика проведения диагностирования на АЭС 108
Основные результаты и выводы 128
Библиографический список 130
- Методы виброшумовой диагностики оборудования РУ с ВВЭР
- Экспериментальные примеры спектральных характеристик
- Особенности создания измерительных каналов ПТК СВШД
- Комплекс технических средств СВШД
Введение к работе
Актуальность работы
Обеспечение надежной и безопасной эксплуатации энергоблоков АЭС является одной из важнейших задач ядерной энергетики.
Одним из мероприятий по обеспечению надежной и безопасной эксплуатации является эксплуатационный контроль показателей целостности и долговечности оборудования реакторных установок. Такой контроль, реализуемый через системы оперативной диагностики, дополняет традиционные виды освидетельствования технического состояния оборудования: входной и предэксплуатационный контроль, пусконаладочные испытания и измерения, неразрушающий контроль металла при ежегодных ревизиях оборудования, контроль за состоянием оборудования в ходе эксплуатации по технологическим параметрам. Стратегия раннего обнаружения аномалий находится в соответствии с общим подходом к обеспечению безопасности АЭС, так как позволяет снизить вероятность исходных событий аварии. Оперативная диагностика оборудования РУ выступает в качестве информационной составляющей автоматизированной системы контроля и управления энергоблоком, что повышает оперативность получения информации о причинах появления неисправности путем:
обнаружения и локализации дефектов;
анализа причин отказов;
прогнозирования технического состояния оборудования. В процессе эксплуатации оборудования РУ происходит старение и износ элементов оборудования, что приводит к появлению дефектов и снижению эксплуатационной надежности. Поэтому возникает необходимость контроля механической целостности и жесткости крепления основного оборудования и трубопроводов, который позволяет выявить узлы и компоненты, наиболее подверженные воздействию эксплуатационных нагружающих факторов для
4 оценки выработки проектного ресурса оборудования и возможности продления срока службы энергоблоков сверх назначенного ресурса.
На основе разработанных методов выделения диагностической информации из различных шумовых сигналов возможно диагностирование оборудования РУ для выявления на ранней стадии механических дефектов или аномальных изменений условий его закрепления с выходом на причину той или иной аномалии, а также оптимизация объема ремонтных работ для определения фактического вибросостояния оборудования.
Исходя из вышеизложенного, разработка, создание и внедрение на АЭС системы виброшумовой диагностики, является актуальной задачей,
*
направленной на обеспечение надежной и безопасной работы энергоблока,
продление срока службы, переход к обслуживанию по фактическому состоянию.
Данная работа посвящена решению этой задачи.
Цель и задачи исследования
Целью работы является создание и внедрение в практику эксплуатации АЭС с РУ ВВЭР отечественной системы виброшумовой диагностики (СВШД) нового поколения для раннего диагностирования вибрационного состояния РУ, что обеспечит повышение безопасности и эксплуатационной надежности.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решена задача по проведению комплекса исследовательских и проектно-конструкторских работ, по разработке новых технических решений и методов обработки шумовых сигналов, адаптированных к объекту контроля и реализованных в созданной системе виброшумовой диагностики.
Научная новизна работы
Научная новизна работы заключается в том, что в ней разработаны и внедрены новые принципы построения и технические решения комплекса программно-технических средств, новые : методы анализа реакторных шумов, что позволило создать автоматизированную систему виброшумовой диагностики, реализующую раннюю диагностику с автоматической постановкой
диагноза, которая по своим техническим характеристикам превосходит зарубежные аналоги, в том числе:
не имеющие аналогов в мировой практике количество (до 80) и номенклатура измерительных каналов: абсолютных и относительных перемещений, пульсаций давления, вне - и внутризонных датчиков нейтронного потока;
число точек одной временной реализации - 65000 шт., что позволяет достичь спектрального разрешения соответствующего 8196 точкам БПФ (в зарубежных системах только 1024 точки);
синхронная регистрация сигналов датчиков виброперемещений, пульсаций давления, сигналов ДПЗ и ИК, и запись их в базу данных многоканальных временных реализаций;
программное конфигурирование произвольного числа измерительных каналов для выбора соответствующего сценария;
прием как переменных составляющих сигналов ДПЗ и РІК в аналоговом виде, так и их постоянных составляющих в цифровом виде;
создание новых измерительных каналов перемещений, пульсаций давления, регистрирующих как шумовую, так и постоянную составляющие сигналов для контроля тепловых перемещений и перепадов давления на ГЦН;
* комплексирование широкого класса задач виброшумовой
диагностики и контроля тепловых перемещений оборудования и трубопроводов
ГЦК, в том числе: контроль вибрации ТВС при переходе на новое топливо,
контроль вибронагруженности ВКУ и ТВС для оценки остаточного ресурса
оборудования, оценки таких параметров АкЗ как барометрический и
температурный коэффициенты реактивности;
* изменение нижней границы исследуемого частотного диапазона
исследуемых шумовых сигналов до сотых долей Гц для оценки нейтронно-
физических параметров с использованием метода компенсации постоянной
составляющей сигналов ДПЗ.
6 Практическая ценность и реализация полученных автором результатов
Работа имеет непосредственное практическое применение, так как обеспечивает раннее диагностирование основного оборудования и трубопроводов ГЦК, ВКУ и ТВС АкЗ.
В настоящее время на АЭС с РУ ВВЭР находятся в промышленной эксплуатации следующие компоненты и программно-технические комплексы, в которых были использованы полученные результаты:
модернизированная система виброшумовой диагностики РУ ВВЭР-1000 (проект В-320) на блоке 3 Балаковской АЭС;
модернизированная система контроля вибрации РУ ВВЭР-440 (проект (В-179) на блоках 3,4 Нововоронежской АЭС);
датчики относительных перемещений на блоке 3 Балаковской АЭС, блоках 3 и 4 НВАЭС, 1 и 2 Кольской АЭС;
датчики абсолютных перемещений на блоке 3 Балаковской АЭС.
В 2003-2004гг. поставляются на отечественные и зарубежные АЭС системы виброшумовой диагностики:
контроля вибрации (блок 1 РУ В-446 АЭС «Бушер»);
виброшумовой диагностики (блоки 1и 2 РУ В-428 АЭС Тяньвань);
контроля вибрации (блоки 2 и 3 РУ В-320 Калининская АЭС). Конкретное личное участие автора в получении научных результатов. Автор является руководителем создания ПТК СВШД. В диссертации
обобщены результаты экспериментальных и опытно-конструкторских разработок, выполненных автором самостоятельно, а также совместно с сотрудниками коллектива, возглавляемого автором. При это автору принадлежат:
- постановка задачи при проведении экспериментальных исследований, непосредственное участие в проведении измерений виброхарактеристик РУ на блоке 1 Калининской, АЭС, блоке 3 Балаковской АЭС;
технические решения, примененные при создании опытного образца аппаратуры виброшумовой диагностики;
разработка новых принципов построения ПТК СВШД и новых технических решений, реализованных при создании ПТК СВШД.
На защиту выносятся:
методология проведения и результаты экспериментальных
исследований виброхарактеристик АЭС с РУ ВВЭР на блоке 1
Калининской АЭС, блоке 3 Балаковской АЭС с использованием опытного
образца СВШД для вибромониторинга ВКУ и ТВС;
новые технические решения, примененные при создании опытного
образца аппаратуры виброшумовой диагностики: цифровая компенсация
постоянной составляющей сигналов датчиков прямого заряда для
расширения нижней границы частотного диапазона, способы обработки
низкоуровневых сигналов переменной составляющей ДПЗ;
новые принципы построения ПТК СВШД на базе унифицированных программно-технических средств;
программно-технический комплекс системы виброшумовой диагностики АЭС с РУ ВВЭР.
Апробация работы
Основные результаты работ были представлены на следующих семинарах и конференциях: вторая Международная научно-техническая конференция концерна «Росэнергоатом» "Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики", г.Москва, 22-24.02 2001 г, вторая научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР», г. Подольск, 19-23 ноября 2001г., отраслевой семинар Минатома РФ «Методы и средства диагностики ЯЭУ», г.Обнинск, 2-5.10.2001г., третья Международная научно-техническая конференция концерна «Росэнергоатом» "Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики", г.Москва, .18-19.04 2002г. 14 ежегодная конференции ЯО России, г. Удомля, Тверская обл. 30.06-4.07.2003г., третья
научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»-Подольск, 26-30.05. 2003 г.
Публикации
Основное содержание диссертации опубликовано в 3-х статьях, 2-х научно-технических отчетах, 5-ти докладах [53-62].
Структура и объем работы
Работа изложена на 136 стр. машинописного текста, состоит из содержания, введения, четырех глав и выводов и включает 11 таблиц, 42 рисунка, список литературы из 62 наименований.
1. ОБЗОР МЕТОДОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ВИБРОДИАГНОСТИРОВАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ АЭС РУ С ВВЭР
Методы виброшумовой диагностики оборудования РУ с ВВЭР
Большой вклад в создание отечественных методов виброшумовой диагностики, внесли В.И. Павелко, В.В, Булавин, Д.Ф.Гуцев, С.А Морозов, В.И. Митин, Проскуряков К.Н. В работах В.И Павелко, Булавина В.В. [4-8] заложены основные принципы методологии виброшумовой диагностики, реализованные в виде уникального программного комплекса анализа временных рядов WING, на базе которого построено математическое обеспечение СВШД [9].
Шумы энергетического реактора представляют собой сложные, взаимосвязанные явления нейтронной физики, теплогидравлики и механики. Шумовая диагностика, а также шумовой контроль, как измерение динамических характеристик РУ, основываются на пассивном мониторинге флуктуирующих составляющих следующих физических полей: нейтронный поток в активной зоне и вне реактора; акустическое поле; флуктуации давления; флуктуации температуры; флуктуации расхода (скорости) теплоносителя - (ТН); вибрации оборудования РУ (ускорение, относительное и абсолютное перемещение).
В зависимости от физической природы регистрируемого шумового поля и параметров детектора этого поля (частотный диапазон, пространственная область чувствительности датчика, его динамический диапазон и т.д.), от физики неисправности (ее динамики) и от свойств самого объекта (его спектрального образа исправного состояния), исследуют ту или иную особенность спектральной характеристики. Чаще всего такой особенностью является резонанс, а признаком неисправности может являться изменение его величины (амплитуды), ширины (практики называют такой признак добротностью резонанса), местоположения на оси частот.
Другой класс признаков неисправностей связан с появлением новых резонансных особенностей, которых ранее у спектрального образа исправного объекта не наблюдалось: боковые полосы вокруг известного резонанса (признак появления нелинейных эффектов), гармоники и субгармоники известного резонанса (удары, изменение характеристик возбуждающих систему сил) или просто новые спектральные линии.
Вибрационный мониторинг с использованием методов шумовой диагностики основан на идентификации, интерпретации резонансов спектральных характеристик шумовых сигналов. В соответствии с принципами вибрационной механики деградация конструкций определяется как изменение амплитуды, ширины и частоты резонанса. Из-за большого размера конструкций колебания оборудования РУ находятся в нижнем диапазоне частот, как правило ниже 100 Гц. Кроме того, как показывает опыт эксплуатации, большинство аномалий развивается достаточно медленно во времени (кинетика изменения примерно на одно - месячном масштабе). Эти аномалии проявляются как в механических колебаниях сигналах датчиков виброперемещений, установленных на корпусе реактора, так и в сигналах ионизационных камер и ДПЗ. Периодическое изменение толщины водяных зазоров «выгородка A3 -шахта A3» и «шахта A3 — корпус реактора» вызывает модулирование потока нейтронов утечки, что в свою очередь приводит к возникновению флуктуационнои составляющей тока ионизационных камер.
Диагностическая информация извлекается не только из авто, но и из взаимных характеристик шумов. Мониторинг за взаимными спектральными характеристиками дает значительно более широкий круг выявляемых аномалий. Взаимные характеристики обладают большей помехозащищенностью чем автохарактеристики, так как исключают некоррелированные компоненты, и большей избирательностью, так как выделяют те явления, которые вкладываются сразу в оба процесса. Мониторинг за различными модами колебаний корпуса реактора, шахты активной зоны, внутрикорпусного оборудования осуществляется по функциям когерентности и фазам взаимной спектральной плотности. Мониторинг за величиной расхода теплоносителя в технологических каналах и обнаружение кипения ТН также осуществляется по взаимным характеристикам.
Экспериментальные примеры спектральных характеристик
Экспериментальные исследования, проведенные на блоках Калининской и Балаковской АЭС теоретически обоснованы и нашли отражения в методиках мониторинга ВКУ РУ ВВЭР по шумам .. ;; ; [5-7, 53-57). Соседние и удаленные ДПЗ В сигналах двух ДПЗ, установленных в соседних ТВС, всегда доминирует глобальный компонент Wp(co). Например, на рис. 2.9 изображены функции когерентности, убывающие на низкой частоте от значения порядка 0,9 до практически нулевого при увеличении расстояния между двумя ДПЗ. Это свойство позволяет разложить выражение для функции когерентности сигналов соседних ДПЗ до линейного члена. На характерных частотах, где наблюдаются коллективные вибрации ТВС, когерентность сигналов удаленных ДПЗ не велика, а фаза очень близка к 180. В то же время для рядом расположенных ДПЗ когерентность, в отличие от предыдущего случая, тем больше, чем больше амплитуда вибраций и соответствующие градиенты нейтронного поля: Здесь так же, как и для пар ДПЗ-ДПЗ резонансы функции когерентности пары удаленных датчиков на частотах вибраций соответствуют локальным минимумам функции когерентности пары соседних датчиков АСПМ ИК Они обладают высокой степенью воспроизводимости во времени (повторяемостью). В АСПМ ИК, пусть даже иногда и в очень неконтрастном виде, отображаются главным образом глобальные эффекты. В диапазоне (1,85 — 2,19) Гц резонансы коллективных вибраций ТВС «поглощены» глобальными эффектами, причем так, что резонанс основной моды вибраций ТВС на частоте 2,8 Гц вовсе оказался неразрешенным. По этой же причине не выделился в АСПМ резонанс компенсатора объема на частоте порядка 0,8 Гц. Едва различимы резонансы из диапазона (5,71 - 6,80) Гц, в котором доминирует 1-ая АСВ. Это результат известный: данная АСВ имеет в корпусе узел. Низкодобротный, размытый по диапазону частот (7,80 — 10,74) Гц резонанс соответствует 1-ой корпусной АСВ. Диапазон частот (12,10 — 13,40) Гц - 2-ой корпусной АСВ. Последние две АСВ имеют в корпусе пучность.
Значения функций когерентности ИК7-ИК14 (рис. 2.12.-):.. ч между двумя резонансами — 0,8 Гц (КО) и 8,6 Гц (АСВ) - близки к нулю. Здесь воспроизводимо от эксперимента к эксперименту с когерентностью не более 0,08 в диапазоне частот (1,80 - 3,90) Гц в практическом отсутствии глобального фона наблюдается размытый резонанс, возникающий из-за вибраций ТВС. Это есть экспериментальное подтверждение основного допущения традиционного метода (Wp(a))»0), по которому можно вести мониторинг за уровнем коллективных вибраций ТВС, а в качестве диагностического признака может быть использован следующий интеграл \rnnA(f)df. Однако качество (дисперсия оценки интеграла) будет низким из-за очень малой когерентности.
Семейство АСПМ ДПД во времени в логарифмическом масштабе. В таблицу 2.3 сведены частоты резонансов, интерпретированные в экспериментах на 1-ом блоке Калининской. АЭС. Это таблица не исчерпывает всех резонансов, наблюдаемых в спектральных характеристиках различных сигналов, а только тех резонансов, которые имеют какое-либо отношение к проблеме мониторинга за вибрациями ВКУ.
Вторая корпусная АСВ (12,8 — 13,4 Гц) основное воздействие оказывает на низ активной зоны, в частности, на хвостовики ТВС. После интерпретации спектральных особенностей шумовых составляющих данных сигналов, по совокупности амплитудных, фазовых, гармонических и многомерных авторегрессионых признаков установлено [57], что: - на частоте -2,6 Гц происходят коллективные вибрации ТВС с типом колебаний, соответствующим низшей моде колебаний стержня с двумя закрепленными концами, - частота коллективных вибраций ТВС сопровождается гармоническим рядом частот, что свидетельствует о нелинейном характере вибраций, - частота 4,8 Гц является собственной частотой колебаний шахты активной зоны (A3) и соответствует низшей моде маятниковых колебаний, что возможно при некотором износе виброгасителей. Для 1-ого блока Клн. АЭС в номинальных условиях, частоты 0,6; 6,1; 8,6; 12,8; 14,5; 17,5 Гц являются низшими частотами акустических стоячих волн (АСВ) давления ТН и на них происходят вынужденные вибрации внутрикорпусных устройств. Для серийных блоков ВВЭР-1000 частоты АСВ несколько отличаются и составляют ряд 0,6; 6,8; 9,3; 13,2; 15,5; 20,0 Гц, где: f 1 0,6 Гц - АСВ, зависящая главным образом от теплогидравлических параметров компенсатора давления (КД); fl 6,8 Гц - 1-ая петлевая АСВ с нулем амплитуды (узлом) в пределах корпуса реактора и экстремумами (пучностями) в петлях; - О 9,3 Гц - 1-ая корпусная АСВ и узлами в петлях; f f4 13,2 Гц - 2-ая корпусная ACB с пучностью в пределах корпуса реактора; - частоты АСВ и частота вращения ГЦН сопровождаются субгармоническими рядами частот, что свидетельствует о соударениях ВКУ (соударения дистанционирующих решеток ТВС, соударения внутришпоночных соединений шахты A3). На частотах АСВ КО (0,6 Гц) вибрации ВКУ не носят направленный харак « тер. На Балаковской АЭС в впервые проведены исследования по контролю за вибросостоянием оборудования петель в эксплуатационных условиях на ВВЭР-1000.
Особенности создания измерительных каналов ПТК СВШД
Особенностью создания измерительных каналов датчиков различной физической природы является увеличение количества и номенклатуры измерительных каналов по сравнению с существующими зарубежными СВШК.
Это объясняется тем, что контроль вибраций ТВС в эксплуатационных условиях необходимо проводить как совместно с контролем вибраций ВКУ и корпуса реактора, шумовыми измерениями расхода и пульсаций давления, так и с вибрациями оборудования петель, особенно ГЦН. Поэтому число измерительных каналов системы виброшумовой диагностики расширено за счёт каналов измерения виброперемещений основного оборудования и трубопроводов главного циркуляционного контура.[59]. Большая номенклатура измерительных каналов и их количество позволяет провести комплексный анализ вибрационного состояния РУ, включая оборудования ГЦК, ВКУ и ТВС АкЗ. Состав измерительных каналов: - измерительные каналы датчиков абсолютных и относительных перемещений и пульсаций давления; - измерительные каналы датчиков вне зонного и внутризонного нейтронного потока. Особенностью указанных измерительных каналов является: - универсальность; - возможность дистанционной калибровки и балансировки ; - улучшенная АЧХ канала измерения абсолютных перемещений. Анализ работ по разработке датчиков в составе диагностических систем , в зарубежной и отечественной практике показывает, что измерение виброперемещений оборудования РУ с большой массой (реактор, ГЦН, ПГ, трубопроводы) можно осуществить как с помощью акселерометров, так и с помощью индуктивных датчиков. При разработке датчиков для СВШД принималось во внимание более высокое соотношение сигнал/шум в низкочастотной области у индуктивных датчиков перемещений по сравнению с акселерометрами, большая чувствительность, возможность прямого преобразования измеряемой величины вибрации, измерение вибрации в диапазоне от нуля Гц и выше. Все эти предпосылки предопределили выбор индуктивных датчиков перемещений в СВШД. Измерение флуктуации давления обеспечивает ценную информацию как о внутренних вибрациях, так и источнике их вызывающем. Датчики абсолютных перемещений (ДАП) чувствительны ко многим типам колебаний корпуса реактора и ВКУ. Однако по сравнению с сигналами датчиков нейтронного потока, сигналы ДАП менее зашумлены (в них отсутствует глобальная реактивная составляющая), они, как правило, обладают высокой когерентностью именно из-за эффектов колебаний, а не побочных сильно коррелированных явлений, они легко пересчитываются в абсолютные единицы перемещения. Перечисленные особенности сигналов ДАП дают возможность разлагать сложные колебания корпуса РУ по элементарным типам колебаний. Применение индуктивных датчиков относительных перемещений обусловлено их двойным назначением (измерение перемещений и вибрации), простотой изготовления и наладки, эксплуатационной надежностью, что подтверждено их эксплуатацией в течении 10-ти лет в системах контроля вибрации РУ ВВЭР-440 на НВАЭС и КОАЭС.
Измерительные каналы датчиков абсолютных и относительных перемещений и пульсаций давления универсальны, так в их составе используются индуктивные датчики виброперемещений и тензометрические датчики пульсации давления, включенные по полумостовой схеме. Это позволило создать универсальный усилитель несущей частоты двойного назначения в отличии от систем SUS и KARD, в которых используются различные типы усилителей датчиков виброперемещений и пульсаций давления. На рис.3.1 показана структурная схема измерительного канала датчиков относительных перемещений и пульсаций давления.
Особенностью измерительных каналов датчиков виброперемещений и пульсаций давления является возможность измерения как флуктуационной составляющей, так и постоянной составляющей сигналов датчиков[59]. Измерительные каналы относительных виброперемещений измеряют как медленные квазистатические перемещения оборудования относительно строительных конструкций под воздействием температурных расширений, так и вибрации оборудовании ГЦК. Измерительные каналы абсолютных виброперемещений измеряют вибрации корпуса РУ относительно неподвижной точки. Измерительные каналы пульсации давления измеряют как пульсации давления (для оценки влияния вынуждающих сил, обусловленных гидродинамическими нагрузками ТН), так и перепады давления на входе и выходе ГЦН. Изменение режима работы УНЧ для измерения как вибрации, так и виброперемещения обеспечивается программным изменением коэффициентов усиления.
Разработано новое поколение датчиков абсолютных перемещений, особенностью которых является возможность измерения вертикальных колебаний шахты и корпуса реактора с высокой точностью. При габаритах 102x3300 мм и рабочей температуре 320 С датчик имеет низкую резонансную частоту (менее 2 Гц) и измеряет вибрации в диапазоне 1- 200 Гц с амплитудой +0,8 мкм. Датчик имеет калибровочную катушку, что позволяет осуществлять дистанционную калибровку при эксплуатации. Усовершенствованная конструкция отечественного первичного преобразователя (датчика) абсолютных перемещений ДАП08П позволила улучшить АЧХ датчика, при этом нижняя граница АЧХ отечественного датчика составляет 2Гц. В аналогичном датчике, используемом в SUS,SUS 95 нижняя граница АЧХ также составляет 2 Гц, но с использованием дополнительного корректирующего усилителя, для подъема нижних частот.
Датчик относительных перемещений (ДОП) измеряет перемещения оборудования и трубопроводов первого контура относительно строительных конструкций как в квазистатическом режиме (медленные температурные перемещения в режиме разогрева-расхолаживания), так и в режиме измерения вибрации. В режиме измерения вибрации статические перемещения (постоянная составляющая полного сигнала) компенсировалась в схеме измерения УНЧ и контролировалась только вибрационная составляющая перемещения, при этом коэффициент усиления УНЧ программно изменялся для получения необходимого значения нормированного сигнала. В связи с необходимостью измерения перемещений в широком диапазоне (от десятком микрон до десятка мм) выполнены требования как по точности измерения, так и дистанционной калибровке датчиков абсолютных и относительных перемещений [59]. Для этого в датчиках абсолютного и относительного перемещения имеется калибровочная катушка, которая позволяет перемещать шток датчика на калибровочное расстояние, соизмеримое с размахом вибрации, при этом определяется фактическая чувствительность канала измерения в рабочих условиях и контролируется работоспособность датчика.
Комплекс технических средств СВШД
В состав ПТК СВШД входят: - устройство информационно-измерительное УИИ (для нормализации, фильтрации, обработки и анализа сигналов датчиков), включая базовые программно-технические средства, БС-01Р-03 и БС-01Р-04 с системным и прикладным программным обеспечением; - измеритель абсолютных перемещений, предназначенный для измерения вертикальных колебаний корпуса реактора, состоящий из первичных преобразователей абсолютных перемещений ДАП08П, устанавливаемых с помощью узлов крепления на фланцах главного разъема верхнего блока реактора и электронного блока ДАП08ЭБ; - измеритель относительных перемещений, предназначенный для измерения горизонтальных колебаний и теплового перемещения оборудования ГЦТ при разогреве-расхолаживании, состоящий из первичных преобразователей (датчиков) относительных перемещений 16ИП-02, устанавливаемых с помощью узлов крепления попарно на ПГ, ГЦНА и ГЦТ и усилителя несущей частоты 16ИП-01; - измерительный канал пульсаций давления, состоящий из датчика пульсации давления и усилителя несущей частоты 16ИП-01; - измерительный канал датчиков ДПЗ и ИК для измерения шумовых составляющих сигналов, состоящий из штатных датчиков и блока приема сигналов ИК, ДПЗ.
Входные нормализующие блоки ДАП08ЭБ, ПТ-14, 16ИП-01 приводят все входные шумовые сигналы СВШД к нормализованному виду -переменному напряжению 6,3 В, симметричному относительно нуля. Входные блоки являются программно-управляемыми устройствами, связь с которыми осуществляется по последовательным интерфейсам RS-232 (ДАП-08 ЭБ и 16 ИП) и RS-485 (ПТ-14)с сигнальным процессором СП-80. СП-80 обеспечивает синхронные многоканальные временные реализации входных шумовых сигналов и осуществляет управление входными кондиционирующими блоками. С системным блоком БС-07-03 ГВУ СП-80 связан сегментом локальной сети ЕТНЕКМЩпротокол обмена TCP/IP), по которому идет обмен командами и данными.
Системный блок БС-07-03 осуществляет автоматическую обработку результатов диагностирования согласно выбранным алгоритмам. Входные кондиционирующие блоки, состав которых приведен в таблице 4.3 осуществляют предварительную обработку сигналов. Измеритель абсолютных перемещений (далее ДАП08) измеряет абсолютные вертикальные вибросмещения корпуса реактора, преобразуя механическую вибрацию в электрический сигнал по индуктивному принципу (полезный сигнал модулируется на несущую частоту). Выходной сигнал первичного преобразователя формируется индуктивным полумостом, и подключенным к усилителю несущей частоты, расположенный в электронном блоке ДАП-08ЭБ
Основными его особенностями являются: возможность измерять низкие частоты вибраций; ? возможность большого удаления от усилителя; дистанционная самодиагностика и дистанционная калибровка. Силовая часть электронного блока (ЭБ) выдает постоянное напряжение питания магнитного поля подвески инерционной массы датчика ДАП-08П и осуществляет автоматическую калибровку и настройку датчика для работы в оптимальных границах по электрическим параметрам. Управление калибровкой и настройкой ДАП осуществляется из программного обеспечения системы.
Усилитель несущей частоты, встроенный в электронный блок, предназначен для работы с датчиками абсолютного перемещения, обеспечивая необходимую для них несущую частоту. Кроме того усилитель выполняет демодуляцию поступающих от датчиков сигналов с последующим преобразованием их в сигнал напряжения с амплитудой максимум ± 10 В, пропорциональный вибрации контролируемого оборудования.
Состав изделия ДАП08 состоит из: - четырехканального электронного блока (ДАП08 ЭБ); - четырех первичных преобразователей ДАП08П с узлами крепления к объекту мониторинга; Первичные преобразователи крепятся на крышке корпуса реактора при помощи узлов крепления. Первичный преобразователь абсолютных перемещений ДАП08П является индуктивным датчиком для измерения абсолютных перемещений в вертикальном направлении. Основными его особенностями являются: - низкая измерительная частота; - возможность большого удаления от усилителя; - дистанционный контроль функций и калибровки. Датчики абсолютных перемещений ДАП08П регистрируют вибрации, так что нет необходимости в жесткой опорной точке. Они разработаны специально для использования на крышке реактора и чувствительны к вибрациям в вертикальном направлении.
Направление измеряемого перемещения совпадает с продольной осью корпуса. Основными частями датчика являются корпус, сейсмическая масса, индуктивная измерительная катушка, калибровочная катушка. Сейсмическая масса свободно подвешена в корпусе. Перемещение сейсмической массы по отношению к корпусу измеряется индуктивным датчиком перемещения. С помощью калибровочной катушки сейсмическая масса может двигаться относительно корпуса. Движение сейсмической массы ограничено упорами сверху и снизу. При движении корпуса датчика в направлении измерений сейсмическая масса остается в состоянии покоя из-за своей инерции в диапазоне частот выше собственной резонансной частоты. Таким образом возникает изменение положения между сейсмической массой и корпусом и меняется положение магнитного сердечника по отношению к катушке преобразователя. Следствием этого является изменение индуктивности измерительной катушки. Это изменение в усилителе несущей частоты преобразуется в изменение выходного напряжения. Качество и длительная стабильность определяются в решающей степени постоянством магнитного поля для подвески сейсмической массы. Напряжение питания магнита подается от стабилизатора тока в составе УНЧ. за счет изменения поступающего от стабилизатора тока напряжения сейсмическая масса может перемещаться в нижнее или верхнее конечное положение, в результате чего можно проводить калибровку датчика во время работы системы. Управление калибровкой выполняется с помощью программного обеспечения из меню. Корпус ДАП08П закреплен на объекте мониторинга (1) при помощи накидного фланца и прижат с усилием не менее 10000 Н. Отрезок интегрированного кабеля выведен через тепловую защиту в помещение с невысокой температурой, где к его разъему подключена кабельная трасса.
Особенностью ДАП08П является реализация его по схеме виброметра в виде сейсмомассы (2), подвешенной на слабых пружинах (5), причем, основная часть ее веса компенсирована подъемной силой электромагнита (4), который запитан постоянным током от платы регулятора ДАП08ЭБ. Перемещение сейсмомассы относительно корпуса ДАП08П, эквивалентное перемещению сейсмомассы относительно объекта мониторинга, фиксируется встроенным преобразователем (6) типа индуктивный полумост, который запитан от платы измерителя канала измерения ДАП08 ЭБ переменным напряжением с несущей частотой 5 кГц.
