Введение к работе
Актуальность темы
Анализ повреждений теплообменных труб (ТОТ) парогенераторов (ПГ) на атомных электрических станциях (АЭС), изготовленных из аустенитной стали, выявил, что причинами выхода из строя ТОТ являются эксплуатационные коррозионные повреждения: коррозионная трещина, коррозионная язва, коррозионный питтинг и коррозионное пятно (ГОСТ 9.908-85).
Для оценки состояния теплообменных труб ПГ проводится их контроль следующими методами: гидравлический с визуальным контролем протечек, гидравлический с дистанционным контролем протечек, гидравлический с люминесцентным индикаторным покрытием, пневмогидравлическии аквариумный и вихретоковый контроль.
Наиболее эффективным методом оценки состояния теплообменных труб ПГ на данный момент является вихретоковый метод контроля (ВТК). ВТК позволяет выявить не только сквозные дефекты, но и дефекты различной глубины и размеров, что позволяет превентивно заглушить трубы с дефектами, которые еще не пропускают теплоноситель из первого контура во второй, но могут развиться до сквозных. Многочастотный ВТК ТОТ ПГ с использованием внутреннего проходного дифференциального преобразователя дает возможность проконтролировать трубы по всей длине, позволяет зафиксировать наличие дефекта, локализовать его и оценить глубину.
В России эксплуатационный вихретоковый контроль теплообменных труб парогенераторов на АЭС с ВВЭР-440 и ВВЭР-1000 проводят либо аттестованные в установленном порядке специалисты ОАО «Атомэнергоремонт» (главные эксперты А.В.Жаров, В.Н.Жидов), либо сотрудники отделов неразрушающего контроля самой станции (например, на Кольской АЭС, главный эксперт С.В.Смирнов).
На российских АЭС многочастотный метод вихретокового контроля металла ТОТ ПГ применяется уже более 20 лет, но, несмотря на такой длительный срок, остаются проблемы с достоверностью получаемых результатов ВТК, связанной с субъективностью соответствующих экспертных решений. Одной из причин является сложность анализа эксплуатационных вихретоковых сигналов, обусловленная как наличием множества мешающих факторов, таких, например, как сигналы от ряда конструктивных элементов, так и влиянием различного рода шумов.
В связи с этим актуальной является задача исследования и разработки эффективных алгоритмов автоматической обработки вихретоковых сигналов, применение которых позволило бы повысить выявляемость дефектов и достоверность контроля. Для этого предлагается использовать математический аппарат вейвлет-преобразования и нечеткой логики.
Объект исследования. Вихретоковые сигналы, получаемые при контроле ТОТ парогенераторов АЭС вихретоковым проходным преобразователем.
Предмет исследования. Способы и алгоритмы на основе вейвлет-преобразования для идентификации сигналов от конструктивных элементов и дефектов. Алгоритмы классификации и параметризации дефектов на основе нечеткой логики.
Цель работы: Разработка эффективных способов и алгоритмов автоматической обработки вихретоковых сигналов, получаемых при контроле теплообменных труб парогенераторов АЭС, для повышения выявляемости дефектов и достоверности контроля.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
Разработать математическую модель сигнала на основе анализа выходных сигналов вихретокового преобразователя при контроле теплообменных труб ПГ.
Разработать способы и алгоритмы выделения информативных областей сигналов на основе вейвлет-преобразования.
На основе анализа параметров информативных областей предложить и разработать способы и алгоритмы классификации и параметризации дефектов труб, базирующиеся на теории нечетких множеств.
Экспериментально подтвердить эффективность разработанных алгоритмов анализа вихретоковых данных контроля.
Методы исследования. В работе использованы: теория распознавания образов, теория вероятностей и математической статистики, математический аппарат вейвлет-анализа и математический аппарат нечеткой логики.
В работе применялись пакеты прикладных программ: Matlab и встроенные в нее модули, MathCAD, Maple.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Предложена и разработана математическая модель для определения сигнала вихретокового преобразователя от дефекта под дистанционирующим элементом, с учетом влияния основных мешающих факторов при контроле теплообменных труб парогенераторов.
Разработан способ и алгоритм выделения информативных областей вихретоковых сигналов от дефектов и дистанционирующих элементов ТОТ ПГ, основанный на дискретном вейвлет-преобразовании и позволяющий решить задачу повышения выявляемости дефектов на свободных от дистанционирующих элементов участках труб.
Разработан способ и алгоритм выделения информативных областей вихретоковых сигналов от дефектов под дистанционирующими элементами ТОТ ПГ, позволяющий повысить выявляемость дефектов, основанный на непрерывном вейвлет-преобразовании.
Разработаны новые алгоритмы автоматизированной классификации и параметризации дефектов ТОТ ПГ, базирующиеся на теории нечетких множеств, позволяющие увеличить достоверность контроля.
Практическая значимость:
Разработанные методы автоматизации обнаружения, классификации и параметризации дефектов ТОТ ПГ позволили повысить выявляемость дефектов и достоверность эксплуатационного контроля, а также уменьшить погрешность определения глубины дефектов.
Результаты диссертационной работы могут быть использованы для обработки сигналов при многочастотном вихретоковом контроле и разработке новых средств неразрушающего контроля (НК).
Предложенные способы и алгоритмы обработки вихретоковых сигналов могут быть использованы для разработки новых программ обработки данных при вихретоковом неразрушающем контроле.
Результаты диссертационной работы использовались при выполнении кафедрой Электротехники и Интроскопии 2-х хоздоговорных НИР МЭИ с ОАО «Концерн РосЭнергоАтом» при разработке программного комплекса «PIRATE» для обработки и анализа сигналов вихретокового контроля теплообменных труб парогенераторов АЭС. Результаты были апробированы при контроле ТОТ на Кольской АЭС.
Основные положения, выносимые на защиту:
Способ выделения информативных областей на основе дискретного вейвлет-преобразования.
Способ выявления сигналов от дефектов под дистанционирующими элементами ТОТ на основе непрерывного вейвлет-преобразования.
Алгоритм классификации дефектов по вихретоковым сигналам на основе нечеткой логики.
Алгоритм параметризации дефектов на основе адаптивной сети нечеткого вывода.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, разработанных в диссертации, подтверждается сопоставлением с публикациями в научных изданиях, а также проверкой с использованием экспериментальными данных, полученных на модельных и реалистичных образцах.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях и семинарах:
XVII Российская научно-техническая конференция с международным участием "Неразрушающий контроль и диагностика". Екатеринбург. 5-11 сентября, 2005 г;
7-ой международный семинар по горизонтальным парогенераторам, г. Подольск, ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС». 3-5 октября 2006 г;
51,52 Internationales Wissenschaftliches Kolloquium Technische Universitat Ilmenau. September 11-15, 2006, 7-10 September 2009;
Summer School Advanced Aspects of Theoretical Electrical Engineering. Sozopol. 22-25 September 2007;
XVII-ый Научный Симпозиум с международным участием "Метрология и Метрологическое Обеспечение 2008". Sozopol. октябрь 2008.
3-я международная научно-техническая конференция «Современные методы и приборы контроля качества и диагностики состояния объектов», Могилев. 23-25 сентября 2009г.
12-ая, 13-ая, 14-ая, 15-ая Международные научно-технические конференции студентов и аспирантов «Радиотехника, электроника и энергетика»: МЭИ, 2006, 2007, 2008, 2009;
Конференция молодых специалистов ОАО ОКБ «ГИДРОПРЕСС». Подольск. 17-18 марта 2010г.
XV-ая, XVI-ая, XVIII-ая Международные научно-технические конференции студентов и аспирантов «Информационные средства и технологии: МЭИ, 2007, 2008, 2010;
Advanced Aspects of Theoretical Electrical Engineering Sozopol '2010 19 -22 September, Sozopol, Bulgaria. 2010.
Публикации. Результаты диссертации изложены в 18 печатных работах, в том числе в 7 статьях и 10 тезисах докладов на международных и Всероссийских конференциях. Получено свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2007011344.
Структура и объем диссертационной работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 109 наименований и 5 приложений. Основная часть работы изложена на 195 страницах машинописного текста и содержит 99 рисунков и 32 таблицы.
