Способ контроля состояния активной зоны ядерного реактора

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССР(71) Институт ядерной энергетики АН БССР(56) Патент ГДР Мг 240277.Авторское свидетельство СССР М 1632242. кл. (5 21 С 17/02. 1989.(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ АК-.ТИВНОЙ ЗОНЫ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА(57) Сущность изобретения изменяют автоспектральные плотности мощности шумов температуры от датчиков. размещенных на разной высоте над активнойзоной. и давления теплоносителя. Определяют взаимныеИзобретение относится к области ядерной энергетики. а именно к контролю за состоянием ядерного реактора с водой поддавлением. Известен способ контроля за состояни ем активной зоны ядерного реактора, заключающийся в измерении спектральной.плотности мощности шума нейтронного потока в низкочастотной области и определении функции когерентности между нейтронными шумовыми сигналами детекторов 1. Хотя данный способ позволяет осуществлять контроль возникновения локального кипения в активной зоне. однако он не позволяет контролировать возникновение и развитие парогазового пузыря над активной зоной в корпусе реактора. что снижает его безопасность.Из известных наиболее близким техническим решением ЯВЛЯЕТСЯ СПОСОО КОНТООЛЯспектральные плотности мощности шумов давления и температуры в частотной полосе от 0.1 до 10 Гц. Вычисляют функции когерентности между давлением и сигналом от каждого температурного датчика. При достижении непрерывной функцией когерентности амплитуды. равной единице. в частотной полосе 0.15 Гц и наличии пиков с амплитудой до единицы в частотной полосе 51 О Гц в функции когерентности между давлением и температурой в нижней точке и существовании в-функции когерентности между давлением и температурой в верхней точке отдельных пиков с амплитудой до 1 в частотной полосе О.110 Гц судят о наличии парогазового пузыря.1 ил.за состоянием активной зоны ядерного реактора. заключающийся в измерении спектральной плотности мощности шума давления в низкочастотной области с цепью определения парогазового пузыря над активной зоной ядерного реактора 2. Недостаток существующего способа заключается в том. что он не позволяет осуществлять контроль за возникновением и развитием парогазового пузыря под крышкой корпуса реактора в результате вскипания теплоносителя. дЦелью изобретения является повышение точности и достоверности за счет контроля процесса вскипания теплоносителя и появления пара над активной зоной.Цель достигается тем, что в способе контроля за состоянием активной зоны ядерного реактора. заключающемся в измерении автоспектрапьной плотности мощности шу ВЕдомстввнны АРХИВма давления в реакторе. в частотной полосе 0.110 Гц измеряют взаимную спектраль ную плотность мощности шумов давления в реакторе и температуры теплоносителя по высоте над активной зоной, автоспектральную плотность мощности шума температу ры теплоносителя по высоте над активной зоной. определяют функцию когерентностимежду ШУМЗМИ ДЗБЛЗНИЯ В ПВЗКТООЕ И ТЕМпературой теплоносителя по высоте над ак тивной зоной и по наличию пиков и достижении их амплитуды единицы судят о вскипании теплоносителя и появлении пара над активной зоной. Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. Как показали теоретические и экспериментальные исследования, в реакторе с водой под давлением для однофазного потока теплоносителя существуют флуктуации давления и температуры. общей причиной которых является турбулентнооть. В автоспектральной плотности мощности шума давления существуют резонансные частоты. полученные в результате1 НЭЛОЖВНИЯ СТОЯЧИХ ВОЛН давления С ОДИНН ковой амплитудой и частотой, фазовая скорость которых равна нулю. и отражения стоячих волн в соединительных трубопроводах между двумя сосудами.С увеличением нагрева теплоносителя флуктуации температуры и давления становятся более интенсивными. что вызывает увеличение втоспектральных плотностей мощности шума температуры и давления и функции коге ентности у) между шумами сигналов дав ения и температуры в области частот от 0,1 до 10 Гц. При этом резонансные частоты в автоспектральной плотности мощности шума давления незначительно смещаются в область более низких частот в связи с изменением скорости звука в среде. Так, увеличение температуры теплоносите. ля на 20 С приводит к смещению резонанс ных частот на б 8.Функция когерентности точнее показывает связь между флуктуациями давления и температуры. С ростом температуры наряду с общим увеличением амплитуды до 1 происходитобразование провалов до О на резонансных частотах а функциикогерентности между давлением и температурой теплоносителя.Выбор частотного диапазона обусловлен тем, что при частотах выше 10 Гц и ниже 0.1 Гц никаких изменений спектральных плотностей мощности шума давления и температуры и Функций когерентности с изменениемтемпературы теплоносителя неТЭПЛОФИЗИЧЕСКИХ ПООЦВССОВ лежит В пределах О 110 с.где Зрдт взаимная спектральная плотность мощности шума давления и темпераТУРЫЗ т 5 рр(ъ) автоспектральная плотность мощности шума давлениятт(т) автоспектральная плотность мощности шума температуры.Возникновение парогазового пузыря над активной зоной ядерного реактора вследствие вскипания теплоносителя вызывает заметное перераспределение спектра шума давления. существенное снижение интенсивности пульсаций и амплитуды Здрт на резонансных частотах в связи с появлением эффекта демпфирования и существенным уменьшением скорости звука в двухфазном потоке по сравнению с однофазным. А .Режим кипения теплоносителя с образованием парового пузыря над активной зоной ядерного реактора соответствуеткипению жидкости в большом объеме с не догревом до температуры насыщения. при котором- среднеквадратичное отклонение флуктуаций температур возрастает в 7-10 раз. При всплытии после Апарообразования паровые пузыри объединяются в болеевсплытия которых таковы. что в 5(т) от нижнего температурного датчика появляются резонансы в области частот от 0.1 -до 5 Гц. При этом функция когерентности между шумами сигналов давления и температуры от нижнего датчика. которая точнее показывает связь между давлением и температурой и наиболее полно характеризует данный процесс. имеет отдельные пики в частотной полосе О.15 Гц.При недостаточно интенсивном кипении теплоносителя пузыри пара. пройдя нижний температурный датчик. будут конденсироваться. не достигая верхнего датчика температурым крышки реактора,Поскольку структура потока в верхней часту ти реактора будет однофазная. то функцияПООИСХОДИТ. ПОСКОЛЬКУ ПОСТОЯННЗЯ времени чкогерентности между сигналами давления и температуры от верхнего датчика будетиметь монотонно-убьлвающий вид без резо нансов и провалов. Как показали экспериментальные исследования. при достаточно интенсивномвскипании. когда пузыри пара. не конденсируясь. скапливаются над активной зоной под крышкой реактора. образуя большой паровой пузырь. в котором находятся капли жидкости. унесенныевместе с паром. происходит увеличение амплитуды 51,10) шума температуры в верхней точке в частотной полосе 0,140 Гц с появлением резонансов в области 510 Гц и. как следствие, увеличение значений амппитуды до 1 в непрерывной Функции когерентности между шумами сигналов давления и температуры от верх него датчика в частотной полосе от 0.1 до 5, Гц и появление отдельных пиков самплитудой до 1 в области от 5 до 10 Гц.Таким образом. возникновение И развитие парогазового пузыря над активной зоной приведет к появлению резонансов на определенных частотах в частотной полосе 015 Гц с амплитудой до 1 в функции когерентности между шумами сигналов давления и температуры от нижнего датчика и непрерывным значением функции когерентности между шумами сигналов давления и температуры от верхнего датчика в области частот 0.11 О Гц. Наличие парогазового пузыря вызовет появление пиков с амплитудой до 1 в частотной полосе 5-10 Гц при непрерывных значениях в области 0.15 Гц в Функции когеретности между шумами сигналов давления и температурой от верхнего датчика отдельных пиков с амплитудой до 1 в частотной полосе 01-10 Гц.В качестве примера использования предложенного способа контроля за состоянием активной зоны ядерного реактора рассмотрим применение его для реакторной установки ВВЭР-ЮОО.При работе реакторной установки на номинальной мощности осуществляется постоянное измерение автоспектральной плотности мощности шума давления теплоносителя в реакторег автоспектральнойплотности мощности шума температуры теп лоносителя. взаимной спектральной плотности мощности шума давления и температуры в частной полосе от 0.1 Гц до 10 Гц.Для этого используются штатный датчик давления и размещенные на разной высоте над активной зоной термопары, к которым подключены малошумящие предусилители. благодаря емкости на входе которых измеряются переменные со СТ 8 ВЛЯЮЩИЕЗ СИГНЭЛОВ ДЗВПЗНИЯ И ТЭМПЭОЭтуры. Переменные составляющие давления и температуры. усиленные предусилителем. полоса пропускания которых от 0,1 до 10 Гц. поступают на частотный анализатор спектра СКЧ 72. который измеряет автоспект 5ральные плотности мощности шумов давления и температуры. взаимную спектральную плотность мощности шумов давления и температуры. Измеряют функцию когерентности между шумами сигналов давления и1 температуры от нижнего датчика. функциюкогерентности между шумами сигналов давления и температуры от среднего датчика и функцию когерентности между шумами сигналов давления и температуры от верхнего датчика.Пр-и нормальных условиях работы реакторной установки в частотной полосе от 0.1когерентности лежит в пределах 0,40.б с провалами до 0 при частотах 0.6 Гц, 2.2 Гц,8.9 Гц (см. фиг.1 а Функция когерентности между шумами сигналов давления и температуры). С возникновением кипения в активной зоне. когда пузыри пара конденсируются. не достигая крышки реактора. появляются резонансы амплитудой 0.5 и 0.95 соответственно при частотах 1.6 Гц и 4.3 в частотной полосе 0.15 Гц в Функции когерентности между шумами сигналов давлеНИЯ И ТЕМПЗОЭТУОЫ ОТ нижнего датчика(фиг.1 в). При этом функция когерентности между шумами сигналов давления и температурой от верхнего датчика имеет непрерывное значение (фигдб).Зарож ение парогазового пузыря объемом 1.1 м над активной зоной приведет к увеличению значений амплитуды резонансов до единицы в частотной полосе 2.Б 4,3 Гц и появлению резонансов амплитудой до 0.65 и 0.85 при частотах соответственно 5.8 Гц, 92 Гц в частотной полосе 031-10 Гц в функции когерентности между шумами сигналов давления и температуры от верхнего датчика при существовании на частотах 2.6 Гц. 4,3 Гц пиков амплитудой соответственно 0.5 и 0.95 в частотной полосе О.15 Гц в функции когерентности между шумами сигналов давления и температуры от нижнего датчика. Увеличение значений амплитуды резонансов до единицы на этих доминирующих частотах в частотной полосе 0.15 Гц и появление амплитуды до 0.65 и 0.85 при частотах соответственно 5.2 Гц,9.2 Гц в области частот 5-10 Гц в функции когерентности между шумами сигналов давления и температуры нижнего датчика свидетельствуют о наличии парогазового пузыря объемом 8 м 3. При корреляции функций когерентности между шумами сигналов давления и температуры от нижнего датчика и шумами сигналов давления и температурой от среднего датчика суЩеСТВУеТ парогазовый пузырь объемом 16 м . Причастотах меньше 0.1 Гц и больше 10 Гц амплитуда функции когерентности соответственно принимает значения 0.45-0.55 и ноль и не меняет их при различных вышеперечисленных режимах течения теплоносителя ввыбора частотного диапазона 0.140 Гц в функции когерентности.Предложенный способ позволяет повысить безопасность реакторной установки. содержащей реактор с водой под давлением, за счет непрерывного и надежного контроля за возникновением и развитиемопределении его объема. Надежный контроль возникновения парового пузыря под крышкой реактора позволяет принять меры, ИСКЛЮЧЭЮЩИЭ его ДЗЛЬНВЙШЗЗ РЗЗВИТИВ Ипопадание И ВЫХОДНЫЗ патрубки ПЕРВОГО контура. ЧТО МОЖЕТ ППИБЭСТИ К срыву ГЛЭВСпособ контроля состояния активной зоны ядерного реактора. заключающийся в измерении автоспектральной плотности мощности шума давления в реакторе. отличающийся тем,что.сцелью повышения точности и достоверности контроля вскипании теплоносителя и появления пара над активной зоной. в частности полосе О.110 Гц определяют взаимную спектральнуюплотность мощности шумов давления в реакторе и температуры тепло.НОСИТВЛЯ ПО ВЫСОТЕ над ЗКТИВНОЙ ЗОНОЙ. ЭВтоспектральную плотность мощности шума температуры теплоносителя по высоте над активной зоной. вычисляют функцию когерентности между шумами давления в реакторе и температурой теплоносителя по высоте над активной зоной и по наличию пиков функции и достижению амплитудой пика единицы судят о вскипании теплоносителя И появлении пара над активной зоной.