Введение к работе
СОСТОЯНИЕ! ПРОБЛЕЙ И АКТУАЛЬНОСТЬ. Каддгкость, безопасность и эффективность ЯЗУ сстаотся глобальной научно-техкнческс-З проблемой. Развятиэ теорзи, изтодов и средств получения достоверной оперативной информации о дикйуккє процессов в ЯЭУ - часть этой проблема. Однїзї из основна вопросоз динэкяня процессоэ з зкергоустгяевках является icl устойчивость, как способность сохранять значегпя параметров в прздзлаг допустигіах оїзлс::є:їтеЗ.
Вцз до создания пзрзщ раакюроз Есследозаннэ
кеустойчнвостз, хед явдєкяя дзуяфззЕоЯ гддроданлгзпег,
составляло пстоісі pscc?iaTjamceyca проблемы. С началом
оіяяілуатацаїї ЯЗУ, проблема теплогядравлпческой
устойчивости стала часты» стратегии ыэдегного теплоотводз кз активной эош, приобретя ег>е болкзуэ слояность с учетон влияния на таплогадравлику таїсга ііейтрошіо-фізкческах процессов. Обширные экеперяиенти п разлггчигз расчет;сые ;;отодика позволили добиться определенного успеха в плане, обеспечения устойчивости процессов ЯЗУ с достаточно Солыыыя запасами на стадии проектаро2аняя. Но в процзесе отаплуатацни проектные запаси ыогут претерпевать изменена/ и пуздаюгея з диагностике па осново реальной измерительной їїнформация. Велдчшщ запасов устойчивости' Ьпрзделявтсд-сочеташша рэякивнх и понструктавных параметров шея обобщенная! показателями. _ На изиепевпв запасов устойчивости !«огут оказывать гшіянїїє эволюция условий, пэрегода па другие розший, различные ігеитатшо ситуацій. Сйпгоние запасов устойчивости до нуля ышет обусловить гтзустоЗчвЕно процессы, наблэдаеиве- в ездо опасных гаяспекяа реакции параметров от поияналышх значений {ігїзко*:асгокгіо аолбйаияя сначптояьпоа емшштуды ' така пйрагйтроп как расход, дейлоідо, теїзіерзтура, реахтаяюсть и др.), что uos»? йрпззсїа к овгряа ала снизить ?;3з:;г!!т;6сть тоглологачаског .'проязссі. . Обьектазная тапдзштш укч;зг:о:-і'! одпегеках ікс^остеЗ А2С (удалыюго рпсргсп^Д'лгх'і d йзтажсЯ зона) таїгез еодзт зі уиапьпанга
запасов до критических (граничных) значений всех основных параметров технологических продэссов в ЯЭУ. Но при этой и чрезмерное завшеннЕе запасов неэффективно.
Очевидно, что как увеличение, так и уменьшение запасов устойчивости должно сопровождаться постоянный контролем их реальных текущих значений и рассматриваться с позиций классической теории устойчивости.Поскольку натурные испытания для выявления истинной степеня близости рабочих режимов к граничным в ЯЭУ как правило недопустимы, а прл мате&атическш моделировании пли стендовых экспериментах {с построением карт устойчивости/ невозмсзно учесть все особенности реальной эксплуатации,- только диагностика текущих запасов устойчивости, основанная из использовании технологически обоснованных и репрезєЕтатившх источников информации, позволяет сделать девиации запасов устойчивости оперативно, контролируемой и управляемой.
Источником информации для диагностики в кошнальшх реаимах могут слуккть шумы реавшных параметров, представлящиа собой низкочастотные ' ыалоамплитудные -стохастически колебания параметров вокруг соответствующих стационарных значений. Щуш, как правило естественным. образом сопровогдающие процесс нормальной эксплуатации (в некоторых задачех контроля в управления рассматриваемые как помехи), содержат в себе всю полноту информации о динамике процессов. Многообразие картини щуыов в ЯЭУ и сложные неявные, вззашзавасиаше, естественно-дисперсные обратные связи (что яаряду с другими особенностями отличает ату проблематяку в ЯЗУ. от аналогичной в других классах систем - например, в СДУ) , долгов время не позволяло сделать однозначный' выбор для анализа таких щуыов параметров, кото- рые были бы адекватены механизмам рассматриваемых веустоа- чивых процессов .(в злеиентах контуров ЯЭУ н контурах в целой). Выбор информационно репрезентативных щуыов, алгорит- ш их измерительного преобразования, отвечающие а целевому определении искомых характеристик (запасов устойчивости), и реальным условиям эксплуатации, а также соответствущве теоретические основы, метода к средства оставались до выполнения
настоящей диссертационной работы неудовлетворительно разработанными.Таким образом, для релгэния рассматриваемой проблемы ранее не было обоснованной базы, позволявщей эффективно использовать на практике пумы, как инструмент диагностики запасов устойчивости в ЯЗУ.
Другие концепции . диагностики, использующие результаты иумометрии, которые сводятся к внализу связи изменения характера шумов с исследуемыми процессами для выявления возникших дефектов и интерпретации пуыовых сигналов как признаков при обнаружении появяепнхся аномалий в ЯЭУ, привели к развитию другого направления, основанного на применении теории распознавания образов. Это расширяло область знаний о самих процессах и способствует раннему диагностированию возникших аномалий, но крешению проблемы диагностики и анализа именно запасов до потенциально аномальных (неустойчивых) процессов в ЯЭУ эти концепции диагностики пока не привели.
Таким образом, исключительная важность диагностики по шумам запасов устойчивости рабочих процессов в ЯЗУ с одной стороны и недостаточная разработанность концептуальной, методической и технической базы для ее разрешения с другой - определяют актуальность данной работы.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ состоит в разработке теории. диагностики запасов устойчивости процессов в ЯЭУ по шумам режимных параметров, а также разработке методов, объединенных данной теоретической основой, и принципов создания соответствуодих диагностических средств.
I. Разработана теория диагностики по шумам режимных параметров запасов докризисной теплоотдачи, ыежканальной и общесистемной тешюгидравлической устойчивости с учетом влияния нейтроннс-физических процессов, ыежконтурных эффектов и возможной пространственной подвижности ЯЭУ (в случае транспортного варианта ЯЭУ или с учетом внбро-сейсмического влияния на АХ).
В основу теории положено использование аппарата передаточных функций, однако отличив теории от других
известных теорий, как, например, теория "гармонических возмуцепкй" состоит в 'той, что для измерения частотних передаточных функций используются реализации пуков, Еі^орцацяокко-рапрозснтативнай выбор которых осуществляется аналитически, ко с учетом физики реальних процессов. В отличие от статистического анализа' пуков, из связанного с определением запасов устойчивости, выбор измеряемых передаточних функция, исходя из полояешй теории, ка мсгзт Сыть произвольней, а является в каадом. типичной случае таксами, чтобы по ним, , как конечный результат інуксіїетряп, , ыогли быть измерены оценка характеристических функция. Для определения запасов устойчивости прямекаш частотные критерии без размыкания систем, в основе которых леаят принцип аргумента.
-
Ка базе разработанной теории предложены методические, основи диагностики запасов устойчивости в ЯЭ7, ориентированные на выборочное использование ккфоматшшых технологических шумов режимных параметров. У.з5::рательность сумс-метрии обеспечивается, исходя ' из рассмотрения аналитического описания диагностируема процессов и практического анализа когерентной (корреляционной) свяьи реальних пулов. На этой основе определяемые по результатам практической избирательной Еуиоаетрии передаточные (характеристические) функции отражают реальнуэ (фактическую) динамику диагностируемых процессов и соотвэтетвукяще реальные запасы устойчивости.
-
Разработан новый метод диагностики запасов ыехканальной тешюгкдравлаческоЗ устойчивости. Основными шумами, измерение и акалхз котормх используется для определения искомых передаточных функций и в конечном счете - запасов устойчивости, являются: шум расхода и пум; перепада давления или другая равносильная пара: кум перепала давления на входном необегреваемоы участке канала и, шум перепада давления, на участке, . последукдем; за
ВХОДНЫМ. ~- фи,.: 1-
4. Разработан новый метод диагностик докризисных
запасов устойчивости . теплоотдачи в парогенеряртп^лх
системах. Оскоіі-.ізгл шумами, намерение к анализ когокс
используется длл сиррдолеійц' jickolijx ;пар^діто'-иЕіх \1ум:<-у.Л
к в конзчпш счете - запасов устойчивости являются зуи температуры стегай какала (ТЗЭЛ) и пун теплового потека.
-
Разработан новий іієтод диагностики запзеев обцесистєіягси устойчивости в контурах. Для диагностики запасов сб^екоьтурноЯ устойчивости циркуляционных петол:» с контролируемся подпиткой (контролируемой утачкой) основными цуыаыи является: цты расхода подпитки н пум расхода на иеобогреваеной ("холодной") части контура. Дат коптуроз баз подпитки (утечки) - это разност&за гуц расхода на обогреваемой и кеобогреваеыой частях кокгура и пум на кеобогрезаецой часта петли.
-
Предложена новые принципы осуществления рскашной тестовой диагностики для определения запасов устойч;ъост:г с использованием синтезируемого зоїдарукцаго дума з условиях возиогного технологического зукоподавленкя.
-
Вперше поставлена и решена задача применения суповой диагностики запасов устойчивости в условиях коррелированности (когерентной связи) реакторных суцев, з том числе - адаптация к условиям стохастпческол подвижности ЯЭУ при транспортном исполнении или при работа АЭС в сейсмической зоне.
-
Разработана новые принципы проектирования и создания диагностических систеи проишдекного назначения, исходя из которых предложен ряд различных . технических решения для осуществления диагностики запасов устойчивости в ЯЭУ по шумам реззшяах параметров.
-
Выполнена опытная проверка предложенной концепции диагностики запасов устойчивости, . ее основних теоретических положений, а также методических а систецотехнических решений на экспериментальких устзяовхэх и в прошаленных условиях иумометрии на АЭС.
Новизна и приоритет предложенных принципов диагностики и. соответствующих методов подтзергденз авторскиш свидетельствами на способы, а новизна и приоритет предлозеекнах принципов проектирования диагностических систеы - авторскими свидетельствами на устройства.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ результатов работа состоит в
следующем. Разработанная теория впервые позволила обосновать выбор анализируемых шумов режимных параметров при диагностике запасов устойчивости потока кипящего (подкипающего) теплоносителя - как в каналах, так и в
. контурах.
Эти результаты, в свою свою очередь, обеспечивают возможность целенаправленной, а не всевозможной ("поисковой" или методом случайного выбора из всей совокупности вуыов) регистрации тех сигналов в процессе шумометрии, обработка которых дает информация о запасах устойчивости исследуемых процессов. Практически это сводит к минимуму затраты времени и средств на поиск способов получения достоверной инфрнации об удаленности текучего стационарного режима от режима граничного (кризисного).
При этом ценность оперативного знания запасов геплогидравляческой устойчивости (в том числе - с учетом нейтронных аффектов) или запасов до кризиса теплоотдачи заключается в возможности повышения эффективности работы энергооборудованяя благодаря увеличению энергонапряген-ности при обоснованном допущении снижения рабочих запасов.
Практическая - ценность другого плана' заключается в возможности учета при диагностике запасов по шумам влияния. стохастической пространственной подвижности оборудования ЯЭУ, например, при землетрясении с затяжкой во времени, что обуславивает практический интерес для сейсмических районов сосредоточения АЭС. Практическая заинтересованность в этом плане проявилась в Японки, где автором проводились исследования по этой части работы.
Опосредованный практический эффект за счет эффективности диагностики состоит, кроме того, в повышении надежности установок и безопасности исследований на безе натурных измерений, а также снижении затрат на ремонтно-восстановительные работы.
Побочный офіскт заключается в возможности сопместить в практике НИР и ОКР по безопасности и надежности ЯЭУ изучение вопросов динамики и - статики на одном теплогидравлаческом оборудовании, что благоприятствует позышешш эффективности исследовали на дорогостоящих . стендах.
РЕАЛИЗАЦИЯ ?АЬОТЫ. диссертационная работа в целой u
по, частям выполнялась с . использованием ее результатов в
соответствии. с Украинской научно-технической программой
PH.0I.09 (раздел У.С4.КІ8) "Исследовать
теплогидравлическу» устойчивость параллельно работавдсЕ каналов" (І984-І986гг.), в соответствии с общесоюзный (в період СССР) задакиеы 0.01.04 "Создать коше е:їц энергоблоков с ядернкш реактораїм для выработка электроэнергии и тепла" (совместное постановление ГКК2 а АН СССР й 537/137 от 10.II.85), В соответствии с координационный планом СССР/СНГ по теыз 1.9.3.3.4 "Дшкияка процессов теплообмена з знергеотчесжгх установках при нормальных и аварийках pesiuaz" (І936-І99ІГГ.), в соответствии с ггездунзродаша програшами, координяруеиша МАГАТЭ в области безопасности ядерних технологій, в раыках- планов работ Токийского университета (I992-IS94rr.) и согласно национальной програне Украины "Критичные технологии" по направленна "Технология повышения безопасности и развитие атснной энергетики Украины" (подраздел 1.3 "Разработка методов и технических средств диагностики текущего состояния", 1995г.)
Результаты работы назли реализацию также в развитии учебных дисциплин "Технические системы диагностики АХ" и "Проектирование, монтаж и наладка оборудования АЭС" Одесского политехнического университета.
Основные ; разработки .и результата исследований внедрены в практику наутзю-исслэдовательскнх работ отдела высокофорсированного теплое<Зиена, гидродкнаьшш а. диагностики двухфазных потоков института технической теплофізики НАН Украины, использованы на крупномасетабЕси стенде высокого давления "Кольцо" НАН Украины (г.Киев), внедрены на предприятиях П30 "Одессаэнерго"(г.Одесса), НПО "Криогенная" (г.Балашиха), НЖЮТ(г.Кїосква), НПО "Аврора" (г.Санкт-Петербург), на Запорожской и Вшс-Ухраннскоа АХ и в др.предприятиях и организациях.
Ограниченно результаты работы реализовав такая в" рамках технических предложений и практических рзкоиовдзцая
в лабораторий Ядерных' реакторов Токийского университета, где проводались исследования автором по данной тематике в течение двух лет по прісглаиенаю японской стороны.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Различные аспекты диссертационной работи представлялись и. обсуждались в различии* странах .(в тш числа США, Японки, Австралии, Полыае, Литве, Украине, России и др.), ка международных, Всесоюзных и Всеукраянсхих конференциях, семинарах и симпозиумах по автоматике, диагностике и проблемам ядерной энергетики - в той числе:
на научно-технической конференции общества Энергетики и электротехнической прошлаяеккости им.Г.М.Крзихаковского (Свзрдловск-1985. Одесса-1936), на семинаре "Моделирование и оптимизация .динамики технологических процессов в энергетике" (Кпэв-1985), на научно-технической конференции "Актуальные проблзш моделирования и управления системами с распределенными параметрами" (Киев-1987), на научно-технической конференции "Процессы тепломассообмена в одно- и двухфазных системах" (Днепропвтровск-1987), на научно-технической конференции "Безопасность эксплуатации судовых энергетических установок" (Севастсполь-1983), на научно-технической конференции "Тепломассообмен в энергетических установках и технологических агрегатах" (Днепропетрозск-1938),. на научно-технической конференции ЭНИН и семинаре "Автоматизация проектирования и производства радиоэлектронных устройств и систем управления" (Москва-ІЗОЗ), на семинаре "Двухфазные потоки в тепловой оборудовании АЭС" (Одесса-1988), на конференции "Теплообмен в парогеквраторах" (Новосибирск- 1983), яа цеадународноц симпозиуме "комплексная автоматизация промшленностн" (Польша, Вроцлав-1988), на научно-практической семинаре АН СССР "Динамика теплофизических . процессов в элементах энергетических аппаратов" (Челябинск-1989), на ыввдусародеом научно-практическом сеідшаре "Эргономика и эффективность систем "человек-техника" (Вильнюс, Игналина- 1990,1991г.), на научно-практическом семинаре' '"Коибинатерио-сгатастические нзтода анализа и обработки яґфрм&щьГ
(Кнев-0д2ссз-І320), на научно-технической конфереа^пі "Двухфазные' потоки в энергетических машет и аппаратах" (Саккт-Петєрбург-1991), на научно- технической конференции Ядерных обществ и стран - пользователей стойкой энергией "Проектирование и безопасность перспективных ядерних энергетических установок" (Япония, Токко-1992), ка международной конгрессе по автоматике /секция энергетики (Австралия, Скдней-1993), на конференции по проблемам надежности и безопасности АЗС - Американского Ядерного общества (С2А, Гїитсбург-1994) и др.
личннм екладом автора в работу является следующее:
-
Еабор научного направления, изучєняе проблематикя, критический анализ современных теорий и методов, постановка цели и задач диссертационной работы.
-
Разработка теории диагностики по пумам параметров запасов докризисной теплоотдачи, ысяканпльной и общесистемной теплогидрзвлической устойчивости с учетом влияния пейтрошю-фнзичэских процессов, меххептуршх эффектов и возможной пространственной подзигпости ЯЭУ.
-
Разработка ряда методов на база объединявши их теории и сово-дуякоста различных способов ах практической реализации для диагностики запасов устойчивости процессов в ЯЭУ по й7шц реявших параметров. . _, '
-
Разработка устройств и систем ' технического осуществления вунопараматрнческой диагностики запасов устойчивости. -.
-
Создание специального опытного оборудования, руководство экспериментами и личное учасгао в зкеперхзгентадышх исследованиях, направленных на подтзерздаше результативности предлояенных принципоз днащостики.
$. Практические рекомендации, перспективы дальнейшее работ, и выводи по работе.
Личный творческий вклад автора подтверядан рядом научно-технических отчетов, 56 опубликованными научными трудами, в том числе 23 авторскими свидетельствами (патентами) на изобретения. Некоторые полояекия работы использованы в ряде монографий и учебников.
СТРУКТУРА И OBWA РАБОТЫ. Диссертация содержит список сокращений, предисловие, введение, 7 глав, выводи по работе, заключение, приложения и изложена на 300 страницах, исключая 53 рисунка и 5 таблиц (не помещенные в приложения), исключая пралохеиия (3 прил.) и список литературы (526 источников).
В ПРЕДИСЛОВИИ к диссертационной работе обозначена ее теоретические истока и область ее прилогения, а такта связь с известными научныуи направлениями и место данной работы в о&х-й системе знаний. Отмечены обстоятельства, споспеягествушгга Еиполяакио работы.
Во ИЩШа обозначен класс объектов, на которые ориентирована предлагаемые теоретические и прикладные разработки, формулирован предмет диссертации и проблематика работы, ее отличия от подобной проблематики в других классах систем, например в системах автоматического управления (неясные взаиноэавмеишо естественно-дисперсные обратные связи, неоднозначность и неочевидность выбора возмущений для анализа динамических процессов, интерпретация иуков реэашшх параметров не как помех, а как инфориацколныл ' временных функций, диагностический ракурс проблема, существенные ограничения .в использовании гармонических возмущений и др.). Во введении такхе обоснована актуальность вопросов, связанных с диагностикой запасов устойчивости процессов в ЯЭУ, сформулфозапа цель и дана общая характеристика работы.
П2РВАЯ ГЛАВА дассертацка посвящена исследована» возможных подходов и альтернативных методов оценки запасов устойчивости в ЯЭУ в рейках рйзличных научных направлешй.
ВТОРАЯ ГЛАВА диссертации посвящена разработке теории и соответствующего метода дхагностшш запасов устойчивости теплогидравлических процессов по шумам реашных параметров в параллельных пзрогекерирувдих каналах.
ТРЕТЬЯ ГЛАВА диссертации посвящена разработке теории и соответотвувдего «зтода даагностюш запасов до кризиса устойчивой теплоотдачи по шумам режимных порамотров.
ЧЕТВЕРТАЯ Ш5А диссертации посаядаиа разработке теорія и соотзетствуидегр метода даягпостики запасов
обцзсистеыной устойчивости теплогидравлических процессов по шумам рс^гаиьгх параметров в контурах ЯЗУ.
ЕТГАЯ ГЛАВА дассергацаа посвячена вопросам учета динашші нейтронного влияния и механических з<К«ктоз возііозпзой пространственной подвижности ЯЗУ при диагностика запасов устойчивости по сумам режимных паракс тров.
ШЕСТАЯ ГЛАВА диссертации посвящена экспериментальной проверке теоретических и методических прикхршов диагностики по пумам режимных параметров запасов устойчивости.
СЗД>?.!АЯ ГЛАВА диссертации посвящена разработке принципов построения, структуры и состава специализированных систем промыалешгаго применения в ЯЗУ для диагностики запасов устойчивости технологических процессов по пумам режимных параметров.
В дополнение к основным глзвац диссертации п приложениях полечены решения задач, связанных с программным обеспечениеы систем автоматизированной диагностики, расширением функциональных возможностей разработанных методов, часть экспериментального материала и некоторые математические выкладки.
ОСНОВНОЕ С0ДЕР2АН2Е РАБОТЫ '-'"
