Введение к работе
Актуальность темы. На сегодняшний день в мире работает около 440 атомных электростанций, которые сосредоточены в 30 странах. 104 АЭС находятся в США, 58 - во Франции, 54 - в Японии и 32 - в России. В настоящее время строится еще 30 реакторов, большая часть которых находится в развивающихся странах. По сообщению замглавы Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) к 2030 году число АЭС в мире вырастет на 60 %.
Для перемещения различных грузов в реакторном отделении АЭС используются полярные краны, устанавливаемые под куполом гермооболочки реакторного здания. Они выполняют транспортно-технологические и ремонтные операции по обслуживанию атомного реактора в период эксплуатации АЭС с грузами, включая ядерно-опасные грузы, операции по загрузке ядерного топлива в контейнер и выгрузке отработанного топлива в транспортный коридор, подъёмно-транспортные и строительно-монтажные операции в период строительства АЭС. Одним из основных элементов оборудования полярного крана является канатная оснастка. Состояние канатов в значительной степени определяет уровень безопасности крана в целом. В настоящее время стальные канаты подвергаются ежесменным, периодическим и специальным осмотрам в соответствии с РД РО- СЭК 012-97. В связи с тем, что вероятность обрывов проволок стального каната зависит от количества циклов работы и нагрузки, периодический контроль, проводимый с использованием дефектоскопов, не позволяет своевременно обнаружить критическое состояние стального каната. Также малая эффективность использования периодического контроля подтверждается особенностью условий работы стального каната. Стальной канат находится под воздействием ионизирующего излучения, вследствие чего происходит изменение в кристаллической структуре металла на атомарном уровне и возникают радиационные дефекты. Их появление резко меняет физические свойства стального каната, что приводит к изменению прочности, объемного размера и элементного состава из-за появления в них трансмутантов. Предупреждение развития аварийной ситуации, вызванной разрушением стального каната, возможно при постоянном контроле его состояния. Разработка алгоритмов для автоматического обнаружения дефектов затрудняется в связи со сложной конструкцией стальных канатов, их пространственной и магнитной неоднородностью, разным характером дефектов. В связи с этим возникает необходимость разработки новых методов обнаружения дефектов и устройств автоматического контроля стальных канатов.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с приоритетным направлением развития науки, технологий и техники РФ «Безопасность и противодействие терроризму» (утверждено указом Президента РФ №899 от 7 июля 2011 г.); научным направлением ЮРГТУ (НПИ) «Теория и методы построения устройств и систем управления, контроля и диагностики» (утверждено решением ученого совета университета от 20.09.11 г.); в рамках НИОКР с ОАО «Атоммашэкспорт».
Цель работы. Разработка методов, алгоритмов и устройств автоматического магнитного контроля стальных канатов системы управления полярным краном АЭС для повышения безопасности его эксплуатации.
Для достижения поставленной цели в рамках диссертационной работы решались следующие основные задачи:
анализ особенностей режимов работы полярного крана АЭС, обзор устройств контроля стальных канатов (УКСК), постановка задачи исследований;
разработка метода регистрации локальных дефектов (ЛД) на основе измерения изменения направления вектора индукции магнитного поля;
разработка метода регистрации повреждений типа «Потеря металлического сечения» (ПМС) путем определения индукции магнитного поля с использованием магнито- резистивных датчиков (МРД);
разработка методики проектного и поверочного расчетов магнитной системы магнитного датчика для УКСК;
разработка методики и алгоритма автоматизированного обнаружения локальных дефектов и потери металлического сечения стальных канатов, разработка цифровых алгоритмов обработки сигналов дефектов;
экспериментальное исследование и практическая реализация УКСК для системы управления полярным краном АЭС.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
-
-
Методы обнаружения ЛД и ПМС, конструкции модулей регистрации дефектов.
-
Математические модели и методика проектирования магнитных датчиков для УКСК.
-
Методика и алгоритмы автоматической регистрации ЛД и ПМС стальных канатов, алгоритмы цифровой обработки сигналов дефектов.
-
Программно-технический комплекс для магнитного контроля стальных канатов системы управления полярным краном АЭС.
-
Методика и результаты экспериментальных исследований устройств магнитного контроля стальных канатов для системы управления полярным краном АЭС.
Научная новизна:
предложен новый метод обнаружения ЛД, позволяющий повысить достоверность обнаружения дефектов и отличающийся тем, что для регистрации дефекта определяется изменение направления вектора индукции магнитного поля путем использования МРД на основе анизотропного магниторезистивного (АМР) эффекта;
предложен новый метод обнаружения повреждений типа «потеря металлического сечения», позволяющий повысить в пять раз чувствительность модуля ПМС и отличающийся тем, что измерение изменения металлического сечения стального каната осуществляется за счет регистрации изменения индукции магнитного поля в полюсных наконечниках путем использования МРД;
разработана методика проектного и поверочного расчетов магнитного датчика, отличающаяся от существующих тем, что учитывает особенности конструкции модуля регистрации ЛД;
разработаны новые методики и алгоритмы автоматического определения ЛД и ПМС стальных канатов с цифровой обработкой сигналов дефектов, обеспечивающие работу устройства в условиях помех;
Практическая ценность:
-
-
Создана методика проектного и поверочного расчетов магнитного датчика и модуля ЛД, позволяющая определить рациональные конструктивные параметры магнитных датчиков стальных канатов, работающих в условиях АЭС.
-
Разработан новый программно-технический комплекс УКСК для системы управления полярным краном АЭС.
-
Созданы опытные образцы магнитных датчиков на базе МРД, проходящие опытную эксплуатацию на АЭС.
-
Разработаны новые методики экспериментальных исследований и получены результаты экспериментальных исследований УКСК для системы управления полярным краном АЭС, позволяющие оценить адекватность предложенных моделей и работоспособность устройства.
-
Практически реализовано УКСК для системы управления полярным краном АЭС в НИИ Электромеханики ЮРГТУ (НПИ).
Реализация работы. Теоретические и практические результаты работы используются в ООО НПП «МагнетикДон» г. Новочеркасск и НИИ Электромеханики ЮРГТУ (НПИ) при разработке и изготовлении магнитных датчиков и УКСК. Разработанное УКСК полярного крана АЭС внедрено в ООО НПП «МагнетикДон». Опытно- промышленный образец устройства используется в составе системы управления полярным краном Калининской АЭС. Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе кафедры «Электрические и электронные аппараты» ЮРГТУ (НПИ) для студентов специальности 14060265 - «Электрические и электронные аппараты».
Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались и получили одобрение на: ежегодных конференциях молодых ученых, аспирантов и студентов ЮРГТУ (НПИ) (Новочеркасск, 2007-2010, 2012 гг.), Всероссийской научной школе для молодежи (Новочеркасск, 2-15 ноября 2009 г.), научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава ЮРГТУ(НПИ) (Новочеркасск, 2010, 2011 гг.), заседании совета Атомного кластера Ростовской области (Ростов-на-Дону, 2012 г.). Работа представлена на Всероссийском конкурсе на лучшую научную работу студентов по естественным, техническим и гуманитарным наукам в вузах Российской федерации в 2007 г., по результатам которого автор был удостоен медали «За лучшую научную работу». Работа удостоена золотой медали «Х Московского международного салона инноваций и инвестиций» (Москва, 2010 г.) и серебряной медали и диплома на 15-м Московском международном салоне изобретений и инновационных технологий «АРХИМЕД» в номинации «Лучшее молодежное изобретение в интересах защиты и спасения человека» (Москва, 2012 г.), диплома XI выставочно-конгрессного мероприятия «Дни малого и среднего бизнеса в России-2012» (Москва).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе 8 в научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получено 2 патента РФ на полезную модель и 2 свидетельства о государственной регистрации программы для ПЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 117 наименований и приложений. Общий объем работы 200 страниц, включая 45 страниц приложений, 21 таблица и 100 иллюстраций.
Похожие диссертации на Методы и устройства магнитного контроля стальных канатов для системы управления полярным краном АЭС
-
-
