ISIS-mf—9057
Diagnostika zařízení jaderných elektráren --.v-
Československá komise pro atomovou energii
Diagnostika zařízení jaderných elektráren SBORNÍK REFERÁTŮ Z CELOSTÁTNÍHO SEMINÁŘE VE ZVÍKOVSKÉM PODHRADÍ, 23. - 2 4 . LISTOPADU 1981
1982 Ústřední informační středisko pro jaderný program Praha 5 — Zbraslav
DIAGNOSTIKA ZAŘÍZENÍ JADERNÝCH ELEKTRÁREN Sborník původních referátů z 2. celostátního semináře "Diagnostika zařízení jaderných elektráren", uspořádaného ZP ČSVTS závodu Energetické strojírenství k.p. škoda Plzeň ve dnech 23. a 24. listopadu 1981 ve Zvíkovském Podhradí Editor: ing. Ladislav Pečínka, CSc. Vydala Československá komise pro atomovou energii v ťJSTftEDNÍM INFORMAČNÍM STREDISKO PRO JADERNÝ PROGRAM 255 45 Praha 5 - Zbraslav 1982 Vedoucí vydavatelského \iseku ing. Oldřich Suchánek Ocelová publikace pro pracovníky jaderného programu bez jazykové úpravy Náklad 200 ks 57-806/82 019 59
OBSAH Úvod Vibrácie hlavných komponent primárneho okruhu jadrovej elektrárne V 1 pri stacionárnych režimoch Ingk Ivan Jaroš
7
Niektoré výsledky aplikácie výkonového cepstra pri analýze vibroakustických diagnostických meraní kmitania hlavných cirkulačných čerpadiel 1 bloku JE V 1 Ing. Ján Bahna , cSc.
17
Vliv změny provozních a konstrukčních parametrů na ustálené kmitání soustavy tlaková nádoba-vnitřní části reaktoru Ing. Ladislav Pečínka,CSc., Doc.Ing. Vladimír Zeman, CSc.
39
Monitorování vibrací nosného válce reaktoru typu W E R vněreaktorovými ionizačními komorami Ing. Karel Dach, CSc.
49
Příspěvek k detekci lomu z hlediska zkušeností při provádění únavových zkoušek NT oběžných lopatek parních turbín Ing. Jaroslav Hyrát, Ing. Miroslav Randa, CSc.
57
Zjišťování netěsností za provozu mezi tlakovými okruhy parního generátoru pomocí akceleřometru Ing. Oldřich Mátal, C S c , RNDr. Jan Kunovský, Ing. Josef Rybníček, Ing. František Varvařovský
65
Systém kontroly těsnosti ochranných krytů kolektorů parogenerátoru jaderné elektrárny s reaktory typu V 213 Č prom, fyzik Miroslav Kawalec
73
Geometrická akustických prom. fyzik Ing. Václav
přesnost a jednoznačnost lokalizace zdrojů v rovině František Jonák, Ing. Jiří Merta, Svoboda
83
Aplikace teorie rozpoznávání obrazů v diagnostice jaderných elektráren Ing. Jaroslav Čech, CSc.
93
Návrh diagnostického systému primárního okruhu jaderné elektrárny typu W E R 440 Ing. Jiří Liška, C S c , Ing. Josef Majer, Ing. Jiří Vlček
99
Diagnostický systém jaderné elektrárny Ing. Karel Prokop, Ing. Jaroslav Hulín, Ing. Jaromír Volavý
IM
Zpracování vibroakustických signálů Ing. Karel Prokop, Ing. Ivan Zahrádka
12^
Závěry semináře
1 3 7
ÚVOD
S blížícím se nasazením jaderných elektráren s reaktory typu W E R do elektrizační soustavy ČSSR roste i význam diagnostiky jejich provozu. Pojem diagnostika provozu jaderných zařízení zahrnuje dosti širokou škálu prací, které lze principiálně rozdělit na - diagnostiku funkce zařízení, - diagnostiku celistvosti. Program tohoto semináře byl cílevědomě zaměřen na diagnostiku funkce, zejména na její speciální partie týkající se - monitorování vibrací komponent primárního okruhu .- detekce ulomených částic a netěsností - diagnostických systémů a jejich nadstavby, tj. teorie rozpoznávání obrazů. Z referátů přednesených k prvému tématu vyplynulo, že výzkumná základna jaderného průmyslu v podstatě danou problematiku zvládla. Dále nezbývá nic jiného než měřit a znovu měřit. Tím se vytvoří nezbytná knihovna dat na jejímž základě bude možno upřesnit některé matematické modely, které pak ve zpětné vazbě lépe umožní předpovídat mezní stavy, jejichž nežádoucí překročení má za následek např. rozvoj únavové trhliny. Pokud se týče druhého tématu, pak nejlépe je rozpracována detekce netěsností, speciálně ta část, která se týká parogenerátorů. Používané metody jsou založeny bu3 na přetlakovém, nebo vakuovém principu, nebo na aplikaci snimačů zrychlení. Každá metoda má své specielní určení, použití akcelerometrů lze rozšířit např. i na netěsnosti vřeten uzavíracích armatur. Detekce ulomených částic je poněkud zanedbávána, i když, jak vyplynulo z jediného předneseného referátu, je spjata se zajímavými úlohami. .„ Třetí téma je dosti rozsáhlé a v logickém sledu jej lze rozdělit na posloupnost: diagnostický
systém- zpracování
naměřených
signálů- predikce
nežádou-
cích stavů, s čímž souvisí teorie rozpoznávání obrazů. Pokud se týče prvních dvou podskupin, lze opět konstatovat, že problém je v rámci ČSSR zvládnut. Teorie rozpoznávání obrazů se zatím nedostala do stadia praktické aplikace a tomuto oboru bude nutno v budoucnu věnovat zvýšenou pozornost. Závěrem nutno poznamenat, že cílem semináře bylo informovat příslušná pracoviště o daném stavu problematiky a umožnit řešitelům vzájemnou konfrontaci názorů a výměnu zkušeností. Je tedy na čtenáři tohoto sborníku a účastnících semináře, aby posoudili, do jaké míry byl tento záměr splněn.
Ing. Ladislav Pečínka, CSc. odborný garant semináře
VIBRÄCIE HLAVNÍCH KOMPONENT PRIMÄRNEHO OKRUHU JADROVEJ ELEKTRÄRNE V-l PRI STACIONÄRNYCH REŽIMOCH Ing. Ivan Jaroš Výskumný ústa\ "'adrových elektrární, Jaslovské Bohunice
Otázkou dynamickej stability jednotlivých komponent /okrem reaktora/ primárneho okruhu jadrovej elektrárne s W E R 440 sa vo VÚJE zaoberáme od roku 1979, kedy bola vo VtÍJE riešená úloha P O9-125-2O1/O5.1O.6 "Vplyv vibrácií, účinkov rázového zaťaženia a existujúcich materiálových vád na životnost potrubného systému primárneho okruhu JE V-l". Táto úloha bola do značnej miery riešená v kooperácii s VÚ SIGMA Praha a v oblasti určenia vplyvu vibrácií na životnost potrubného systému primárneho okruhu VÚJE zabezpečovalo realizáciu a vyhodnotenie meraní vibrácií jednotlivých komponent ako aj potrubia a VÖ SIGíiA Praha riešil úlohu po teoretickej a výpočtovej stránke. Čo sa týka vlastného reaktora, tento sa pri týchto výpočtoch a oceneniach považoval za pevný bod. Z uvedeného dôvodu meranie chvenia tlakovej nádoby reaktora sa uskutočnilo až v poslednej dobe za účelom získania komplexnejšieho pohladu na chovanie sa hlavných komponent primárneho okruhu z hladiska ich dynamiky pri stacionárnom režime prevádzky bloku. Nakolko sa jedná o problematiku, na popísanie a objasnenie ktorej zdaleka nepostačuje predpísaných desat strán, obmedzím sa v tomto príspevku len na uvedenie základných poznatkov. 1. Reaktor Meranie chvenia tlakovej nádoby reaktora sa uskutočnilo pomocou piezoelektrických snímačov zrýchlenia typu 8308 fy Bruel and Kjaer, ktoré sú trvale nainštalované na vonkajšej strane tlakovej nádoby pomocou magnetických upíneičov a ktoré tvoria súčast vibroakustického diagnostického systému, navrhnutého a relizovaného VÚJE. Povodne boli nainštalované štyri snímače & 90 v rovine výstupných nátrubkov a jeden snímač ra dne nádoby. V dôsledku poškodenia kabelaže počas revízie bloku ostali v činnosti len 3 snímače a síce snímače 2 ä 90° v rovine výst. nátrubkov /Rl a R3/ a na dne nádoby /R5/. Po upravení signálov nábojovým zosilňovačom typu 2634, ich zosilnení, frekvenčnom ohraničení /20 Hz/ a opätovnom zosilnení, boli signály zaznamenané na meracom magnetofóne typu 7003 fy Bruel and Kjaer. Frekvenčná analýza bola realizovaná na frekvenčnom analyzátore typu SBA 101 s konštantnou relatívnou šírkou pásma 8,5 %. Výsledky frekvenčnej analýzy sú uvedené na obr. č. 1. Z nich je vidiefc, že výrazné diskrétne zložky sa v oblasti do 20 Hz prakticky nevyskytujú, hoci na druhej straně, sú pozorovatelné nevýrazné "peaky" na frekv. A / 0,9 H Z V prípade snímača Rl a R5, dalej na frekvencii
2. Hlavné cirkulačné čerpadlá /HCČ/ Hlavným cirkulačným čerpadlám sme doteraz venovali najväčšiu pozornost, nakolko sú to jediné zariadenia v primárnom okruhu obsahujúce rotačné časti a sú vhodnými objektami pre realizáciu diagnostiky vibroakustickou metódou. Pri tejto diagnostike sa väčšinu pohybujeme v oblasti 20 Hz až 15 kHz, avšak za účelom zistenia dynamickej stability HCČ ako celku je potrebné ís£ aj do oblasti nižších frekvenicí. Merania takéhoto druhu sa uskutočnili v januári 1980, kedy sa v rámci horúcich skúšok II. bloku vykonali pomerne podrobné merania vibrácií telesa HCČ č.2 a jeho podpier /Ll/. V tejto časti sa však zamerátn na ilustráciu a porovnanie charakteru vibrácií všetkých šiestich HCČ z I. bloku. Aj v tomto prípade boli použité signály zo snímačov zrýchlenia typu 8308 vibroakustického diagnostického systému, ktoré sú upevnené v hornej časti telesa elektropohonu každého HCČ tak, že ich os citlivosti leží v horizontálnej rovine a je kolmá ha os potrubia. Meranie a analýza sa uskutočnila obdobne ako v prípade meraní na reaktore /samozrejme však bez filtra s ULF 20 Hz/ a výsledky sú prezentovaný na obr. č. 2 a 3. Frekvenčné spektrá sú charakterizované prítomnosťou otáčkovej /24,5 Hz/ a lopatkovéj /122,5 Hz/, v prípade HCČ č. 6 však nie velmi výraznej/ frekvencie, avšak vyskytujú sa aj značné rozdiely medzi jednotlivými HCČ. Za zmienku stojí výrazná zložka s frekvenciou rJ 11,5 Hz v prípade HCČ č. 2, ktorá má, ako bude uvedené v ďalšej kapitole, nepriaznivý dopad na vibrácie studenej hlavnej uzatváracej armatúry tejto slučky. Ďalej je to napr. zložka o frekvencii */ 37 Hz v prípade HCČ č. 3, « 73 Hz v prípade HcC č. 6 atá. .Z hladiska celkovej úrovne vibrácií, vyjadrenej parametrom "výchylka", meraným taktiež v hornej časti telesa elektropohonu v horizontálnej rovine, najnepriaznivejší stav bol zistený u HCČ č. 1 a 2, kde efektívna hodnota výchylky v rozsahu 10 Hz až 10 kHz bola až 120 M. m. Údaje z ostatných HCČ ako aj z meraní v ďalších miestach sú uvedené v nasledujúcej tabulke. HCČ vertik. smer i-i
30
2 3 4
30 40 30
5 6
20 40
Efektívna hodnota výchylky / /cm/ horizontál, rovina v hornej horizonálna rovina v dolnej časti časti 120 100 50 60 80 80
-
120 60 100 100 100
70 60 40 40 40 40 - 50
3. Hlavné uzatváracie armatúry /HOA/ Okrem toho, Že šok II. bloku spolu dy na HOA studených cie, následkom čoho orientačných meraní
HOA na horúcej vetve slučky c; 2 bola meraná počas horúcich skús HCČ a VQ tejto slučky, HUA vstúpili na scénu v marci 1981, kevetiev slučiek č. 1 a 2. na I. bloku boli zistené zvýšené vibráboli premerané všetky HUA z paluby HCČ. Na základe výsledkov sa všetky HUA merali v dvoch bodoch:
- na prevodovej skrini pohonu HUA v horizontálnej rovine s osou snímača kolmou na os potrubia /bod 1/ - na puzdre vretena taktiež v horizontálnej rovine v smere kolmom na os potrubia.
8
Podrobné výsledky sú prezentované v /L2/, na obr. č. 4 a 5 stí uvedené frekvenčné charakteristiky vibrácií studených HUA slučiek č. 1 a 4 a horúcej HOA slučky c. 4. Z nich je dobre zřetelný rozdiel efektívnej hodnoty na frekvencii 11,5 12 Hz v prípade studenej HUA slučky č. 1 / *v 80/un/ oproti studenej HUA slučky c. 4 f (v 20 Aim/. Domnievame sa, že v diagramoch uvedené výrazné zložky o frekvencii 11,5 - 12,0 Hz u studených HUA stí vlastné torzné hmity HUA s prilahlou častou potrubia a v prípade horúcich HUA je táto frekvencia o niečo nižšia / ŕ^ 9 Hz/. V dôsledku prítomnosti zložiek o frekvencii 11,5 - 12,0 aj v prípade HCČ 1 a 2 dochádza k rezonancii, výsledkom čoho sú zvýšené amplitudy výchylek studených HUA slučiek č. 1 a 2. V nasledujúcej tabulke sú uvedené amplitúdy výchyliek všetkých HUA v bode 1 /frekv. rozsah 2 Hz - 1,O kHz/ a v bode 2 /10 Hz - 1 kHz/. HUA ls
lh 2s 2h 3s 3h
Miesto 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
Ampl. rýchl. / < * « / 21O 7O 80 35. 265 110 82 30 110 45 75 55
HUA 4s 4h 5s 5h 6s 6h
Miesto 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
Ampl. rýchl. 120 40 60 20 140 60 90 30 110 45
/ ^m/
ao 25
4. Parogenerátor /PG/ Dynamická stabilita parogenerátora bola zisťovaná počas horúcich skúšok 2. bloku JE V-l pri parametroch v primárnom okruhu blízkych parametrom počas prevádzky bloku na nominálnom výkone. Snímače zrýchlenia typu 4368 fy Bruel and Kjaer boli pomocou magnetických príchytiek umiestňované tak, aby bolo možné zistiť nielen posuvy PG vo včetkých troch smeroch, ale aj jeho natáčanie okolo jeho vertikálnej osi. Na obr. č. 6 sú uvedené frekvenčné spektrá vibrácií /zrýchlenie aj posuvy/ z dvoch miest: A - horizontálna rovina, os snímača rovnobežná s pozdlžnou osou PG B - horizontálna royina, os snímača kolmá na pozdĺžnu os PG. Analýza výsledkov meraní ukázala, že PG koná kmitavý pohyb prevažne v smere jeho pozdĺžnej osi, kde boli zistené dve výrazné frekcencie: /v 9 Hz a 24,5 Hz. Amplitúda výchyliek na týchto frekvenciách dosahuje hodnot do 15 Xt-m. V horizontálnej rovine v smere kolmom na pozdĺžnu os PG je možné nájsť zložky o frekvenciách
9
•J
Z tohto hladiska nedajú sa údaje, uvedené v tab. v kapitole 2, brat absolútne, ale len relatívne. V prípade HUA nám úplne chýba kritérium, na základe ktorého by sme posúdili přípustnost ich kmitania. To vystupuje zvlášt markantne v prípade studených HUA slučiek č. 1 a 2 na I. bloku, kde sa vyskytujú torzné kmity HUA vzhladom k potrubiu. Aj keä by sa principiálne dali určit príslušné šmykové napätia v potrubí, aj tak ostáva problém ocenenia vplyvu týchto prídavných dynamických napätí na celkovú životnostt potrubného systému primárneho okruhu. Reaktor ako celok a parogenerátory sa pri ustálenom nominálnom režime javia ako stabilné telesá/ čo však sa nedá tvrdit u PG v prípade pôsobenia rázového zataženia /napr. v dôsledku zemetrasenia, pádu lietadla atd./ /Ll/.
Literatúra /I/ Jaroš: Vplyv vibrácií, účinkov rázového zataženia a exisujúcich materiálových vád na životnost potrubného systému prim. okruhu JE V-l. VtfjE, 30/80, august 1980 /2/ Jaroš: Protokol z merania chvenia hlavných uzatváracích armatúr I. bloku JE V-l v dňoch 27.3. až 3.4.1981, VOJE 16.4.1981 /3/ Jaroš: Protokol-o stave HCČ I. bloku JE V-l ku dňu 8.5-1980, VIÍJE 14.5.1980
10
Obr. 1
Spektrogramy vibrácii tlakovej nádoby reaktora I. bloku JE V-l vo formo efektívnych hodnot
11
Obr. 2
12
Spektrogramy vibrácií el. pohonov HCČ č. 1-3 I. bloku JE v-1 vo forme efektívnych hodnot
TÔ
A S6
2
Obr. 3
2S J
* SS
ú h« »
is so f» A to
1 9 40 4i 16
wot
i*t*m»{M
Spektrogramy vibrácii el. pohonov HCČ č. 4-6 I. bloku JE V-l vo forme efektívnych hodnot
13
Obr. 4
14
Spektrogramy vibrácií HUA I. bloku JE V-l vo forme efektívnych hodnot
O/S
Jí
HOfim/2
-40
fA
-
-20
j
* jr~3"? m* rryf
A At
-•
-w
2
---
fJ i.V ŕ
•— -30
Obr. 5
.— . x* -
3
\ s u
7
QP 1102
\
•
30
—
'
•
'
-
•
"
_
-
•
"
•
.
wmvffol
Spektroqreuny vibrácií HUA I. bloku JE V-l vo forme efektívnych hodnot
15
M
Opiß
ÍS JC ^fO
/?*«/
W/ß~ -20 -30 -4í?
-W
~SÔ
-50
Ohr. 6
,,.,.
Spektroqramy vibrácii PG S. 2 z II. bloku JE V-l vo forme Špičkových hodnot
1.,^
f ff/i]
NIEKTORÉ VÝSLEDKY APLIKÁCIE VÝKONOVÉHO CEPSTRA PRI ANALÍZE VIBROAKUSTICKÍCH DIAGNOSTICKÍCH MERANÍ KMITANIA HLAVNÍCH CIRKULAČNÍCH ČERPADIEL 1. BLOKU JE V-l Ing. Ján Bahna, CSc& Výskumný. ústav jadrových elektrární Jaslovské Bohunice
1. OVod Cepstrum ako charakteristika vo všeobecnosti náhodných signálov bolo po prvý raz definované v r. 1963 / I / slovne ako "výkonová spektrálna hustota logaritmu výkonovej spektrálnej hustoty /časového priebehu signálu/11. Jeho názov bol vytvorený parafrázou termínu spectrum. Podobne vzniklo aj pomenovanie nezávislej premennej cepstra, kvefrencie, ktorej fyzikálny rozmer je sekunda. Neskôr sa v literatúre objavil pojem tzv. komplexného cepstra definovaného ako "inverzná Fourierova transformácia /komplexného/logaritmu Fourierovej transformácie" / I , 2/. Komplexné cepstrum na rozdiel od cepstra definovaného v r. 1963, tzv. výkonového, zachováva informáciu o fázových pomeroch v signále. Je reverzibilnou charakteristikou, tj. z komplexného cepstra možno inverznými operáciami rekonštruoval priebeh pôvodného časového signálu. V praktických aplikáciách boli skúmané aj vlastnosti dalších charakteristík typu cepstra / I , 3/. Výpočet komplexného cepstra a príbuzných charakteristík je však náročnější než vyhodnotenie výkonového cepstra, preto sa pozornost praktikov v prvej fáze sústredila hlavne na výkonové cepstrum. / 4 , 5/. 2. Výkonové cepstrum Majme časový signál x(t) a jeho' Fourierovou transformáciu X
{}
Príslušná výkonová spektrálna hustota nech je S
X(UÍ)
= l x 0<*>)\Z
Matematická formulácia výkonového cepstra je potom daná ako / I , 2, 3/
Jednou v praxi využitelných vlastností výkonového cepstra je, že konvolúcii dvoch funkcií odpovedá za určitých podmienok súčet cepstier daných funkcií. Majme časovú funkciu x(t) daný konvolúciou funkcií f(t) a g(t ) .
»f
x(t)»f f(T)g(t-T) dT» f(t)*
17
Vo frekvenčnej oblesti odpovedá signálu x(t) súčin obrazov funkcií f (t)a g (t).
X<j<»») * F(JO*.
G(ju»)
Ffju») * 3T{f
) - T{gtt)} Pre logaritmus výkonovej spektrálnej hustoty /VSH/ funkcie x(t) platí log S x ( o ) *
log |x(jco) |2
«
log | F ( J < M ) 1
2
+
log|G(jcj)l2
a pra výkonové cepstrum funkcie x(t ) možno pisat c
x c
f (*") + C g ( T ) + zmiešaný cien
Ak majú cepstrá C f ( t ) a C (t) významné, velké hodnoty na navzájom disjunktných kvefrenčných intervaloch, možno zmiešaný člen zanedbat a platí
cx ( D * efcr> + cg(T) Operácia logaritroovania zvýrazní aj menšie maximá v priebehu VSH, čím sa okrem iného stáva cepstrum "citlivé" na periodicity vo vstupnom signále. Jadnou z prvých aplikácií výkonového cepstra bolo zistovanie doby oneskorenia echa v signále zloženom zo základného priebehu a jeho echa /I/. Majme časový priebeh x(t) s echom oneskoreným o dobu T voči originálu. xít) • f ft) + af(t-T) Jeho Fourierova transformácia je
Xfju)
F(jtu) + a e " j w T
«T{x(t)} « -Ffjto)
íl+ae-3
wT
F(j«) »
)
Logaritmus VSH priebehu x (t) bude daný vztahmi:
log |x(jw)l 2 » loglFÍJuí)!2
+ log| ( 1 + a e"
+ log (l + 1+a 2
Posledný Sien n pr« a / + 1 a pre cos W T log (l + aocoswT) s
\ +^*~
2 a 1+a 3
18
ml
-LzH— TIt
+ 1 dá rozvinúc do radu / 3 / . (a Q cos u T) ™
Tento člen spôsobuje periodické zvlnenie priebehu logaritmu VSH, čo sa v cepstre prejaví radom maxím na kvefrencii T a jej násobkách. Z polohy prvého maxima sa dá určit doba oneskorenia echa voči základnému priebehu. Podobne sa prejavuje vo výkonovom cepstre aj přítomnost periodického neharmonického signálu /periodický signál si možno představit ako superpozíciu základného «igaálu a ekvidistantných ech s časovými odstupmi rovnými perióde neharmonického priebehu/. 3. Aplikácia výkonového cepstra pri analýze záznamov vibroakustických diagnostických meraní kmitania HCČ 1. bloku JE V-l V rámci návrhu a overovania digitálnych metód spracovania a analýzy signálov pre potreby vibroakustickej diagnostiky bola na našom pracovisku venovaná pozornost aj aplikácii výkonového cepstra. Prakticky pri všetkých doteraz vykonaných výpočtoch odhadov výkonovej spektrálnej hustoty kmitania HCČ boli súčasné vyhodnotenia odhadov výkonového cepstra. Okrem toho bol vykonaný menší overovací program merania kmitania štyroch malých ventilátorových jednotiek. V prvej fázi bolo cielom vybrat a odskiíšat viaceré varianty výpočtu odhadov výkonového cepstra. študoval sa vplyv použitia okienkových funkcií a volby úrovne obmedzenia. Ukázalo sa/ že v našej situácii v dôsledku používania pomerne dlhých vstupných realizácií /2O48 alebo 4096 vzoriek signálu v jednej vzorkovanej realizácii/ nemá použitie okienkových funkcií badatelný vplyv. Pre ilustráciu vplyvu úrovne obmedzenia ako aj pre dokumentáciu typických priebehov VSH a výkonových cepstier kmitania HCČ slúžia obr. 1 až 6. Velmi malé hodnoty odhadov VSH ntožu mač logaritmus o velkej absolútnej hodnote. Tieto hodnoty sú z informačného hladiska málo releventné, avšak môžu značne vplývat na tvar odhadu výkonového cepstra. Preto sa pri výpočtoch volila tzv. úroveň obmedzenia, tj. pomer maximálnej hodnoty priebehu VSH a najmenšej hodnoty, ktorá sa pri výpočte brala do úvahy. Hodnoty odhadu VSH menšie než táto úroveň, boli nahradené pred výpočtom odhadu výkonového cepstra hodnotou úrovne obmedzenia. Na obr. 1 je graf odhadu VSH kmitania čerpadla č.3 na 1. bloku JE V-l v období krátko po uvedení do prevádzky. Prerušovanou čiarou je naznačená hladina úrovne obmedzenia 1O~ . Štandardne sa používala úroveň obmedzenia Í0~ , čo pokrývalo takmer celý rozsah vypočítavaných hodnot odhadov VSH kmitania HCČ. Na obr. 2 je graf vyhladaného odhadu výkonového cepstra pri úrovni obmedzenia •«•V
10
a na obr. 3 je graf odhadu výkonového cepstra, taktiež pre čerpadlo č. 3, pri
zvolenej úrovni obmedzenia 10~ . Na oboch grafoch je dobre pozorovatelná štruktúra maxím na násobkách kyefrencie cca 40,5 ms daná periodicitou vo vstupnom signále, opakovacia frekvencia 24,4 Hz /nominálna otáčková frekvencia HCČ je 24,5 Hz/. Na obr. 4 je graf odhadu VSH iného čerpadla, č. 6, a na obr. 5 a 6 sú grafy príslušných odhadov výkonového cepstra s úrovňou obmedzenia 10~ resp. 10~ . Badat, že pri úrovni obmedzenia 1O~ je štruktúra maxím od otáčkovej periodicity menej výrazná, než u čerpadla č. 3, zmena úrovne obmedzenia na 10~ viedla však k jej zvýrazneniu. Pre ilustráciu rôznorodosti charakteristík čerpadiel uvádzame ešte na obr. 7 graf odhadu VSH čerpadla č. 1 a na obr. 8 graf príslušného odhadu výkonového cepstra pri úrovni obmedzenia 10~ .
19
Okrem rozsahu frekvencií 0-1 kHz boli záznamy meraní vyhodnocované aj v rozsahu O - 101 kHz. Na obr. 9 /odhad VSH/ a 10 /odhad výkonového cepstra/ sú grafy odhadov získaných touto cestou. Vidiet, že v spektrách VSH sa výrazné diskrétne zložky vyskytujú asi len do 2 -3 kHz. Zaujímavé je, že v grafe odhadu výkonového cepstra nie je výrazné maximum dané periodicitou o otáčkovej frekvencii, je však pozorovatelná štruktúra maxím na kvefrencii 10 ms a jej násobkoch svedčiaca o prítomnosti periodicity o opakovacej frekvencii 100 Hz. Pri jednom z meraní bola zistená v zázname signálu čerpadla č. 3 anomália - přítomnost rázesr dobre počuteľných pri spomalenom prehrávaní záznamu. Rázy mali rôznu intenzitu, vyskytovali sa v skupinkách po 2 až 6, časové odstupy skupiniek rázov boli rôzne. Oscilografický záznam ukázal, že odstupy rázov v skupinách boli pravidelné a približne rovné perióde otáčania rotora HCČ. Presnú hodnotu časového odstupu rázov však nebolo možné takto zistit. Anomálny signál bol podrobený dôkladnejšej analýze na počítači. Jedným z cielov bolo zisti): presnejšie hodnotu časového odstupu rázov. Prvým krokom bolo vykreslenie časového priebehu vzoriek signálu. Boli vybrané dva úseky záznamu, jeden bez počutelných rázov a druhý s výraznými rázmi. Z technických dôvodov bola použitá 2x nižšia vzorkovacia frekvencia, než požaduje vzorkovacia teoréma. Získané digitalizované priebehy sú na obr. 11 a 12. Z grafu priebehu úseku s rázmi sa nedá zistit přítomnost rázov a tým ani ich časový odstup. Ma obr. 13 a 14 sú hrubé odhady VSH spomenutých úsekov, z ich charakteru sa nedá usudzovat na hodnotu časového odstupu rázov. Tretím krokom bolo vyhodnotenie výkonového cepstra. V cepstre úseku bez rázov /obr. 15/ sa dá nájst štruktúra maxím na kvefrenciách 10, 20, 30 a 40,2 ms svedčiaca o prítomnsti neharmonickej periodicity s dobou opakovania 10 ms a maximum na kvefrencii 40,9 ms dané otáčkovou periodicitou /perióda nominálnych otáčok HCČ je 40,81 ms/. V grafe odhadu výkonového cepstra úseku s rázmi /obr. 16/ je badatelné prakticky iba jedno výraznejšie maximum na kvefrencii 40,8 ms. Pretože oba úseky sú vzaté z toho istého záznamu merania a líšia sa len prítomnosťou či absenciou rázov, toto maximum zrejme odpovedá perióde výskytu rázov. Pri revízii čerpadla č. 3 bola v ňom zistená volná čast - kúsok zaisťovacej podložky z hljavnej časti čerpadla zaklínený medzi lopatky pomocného vodného čerpadla chladenia HCC. 4. Záver Prvé výsledky s praktickou aplikácou cepstrálnej analýzy ukazujú, že táto môže byt vhodným doplnkom spektrálnej analýzy signálov. Z hladiska rozlišovacej schopnosti sa obe skupiny metodík dopĺňajú. Tam, kde je odčítanie hodnoty frekvencie z grafu odhadu VSH zatažené väčšou relatívnou chybou /nižšie frekvenčné zložky/, má hodnota periódy opakujúceho sa signálu odlčítaná z grafu odhadu cepstra menšiu relatívnu chybu a naopak. V ďalšom období bude potrebné hlbšie rozpracovat postupy vyhodnocovania odhadov výkonového cepstra,'napr. v smere použitia vhodného filtrovania časových priebehov resp. tvaru VSH, s cielom zřetelnéjšieho vykreslenia štruktúr maxím
20
podávajúcich relevantná informáciu. To vunozní vytvořit si úplnejSiu predstavu o praktických možnostech cepstrálnej analýzy. Literatúra /I/ Childers D.G., Skinner D.P., Kemerait R.C.- The cepstrum: a giude to processing?. /2/ /3/ /4/
/5/
Proceedings of the IEEE, Vol. 65, No. 10, October 1977 Randall R.B.: The complex cepstrum as a diagnostic tool. Zborník medzinárodnej konferencie Technická diagnostika, Praha 22.-25.8.1977 Noll A.M.: Cepstrum pitch determination. J.A.S.A., Vol. 41, No. 2, 1967 čurda Z.: Příspěvek k měření mechanického kmitání a ke kvefrenční analýze. Kandidátská dizertačná práca, Ustav merania a meracej techniky SAV, Bratislava 1978 Randall R.B.: Efficient machine monitoring using an FFT analyzer and calculator,, firemný materiál fy Brüel et Kjaer, B et K Monitor 31/79, Application Notes
21
h r ; £L_LJ _:._]:: L.L; .ť...i
r
ľ1~T~"i r
DÍšk« 2048 .l Vaorkoraala .; _. !_.. ,_ fr«kr«noia :. 4,923 kHt . Po3«t raalixáciíi 8 L.
ÚROVEŇ OBMEDZENIA 1 0 " 3
1000
1200
14Ö0"
"160Ö frakvenela
Obr. 1
[Hl]
Ir-* ". a
:& II
i : i > !
u
'•1
«M
ii-l-H • •*
«•
*<
.C
.O
k
J3 O e
-4 •» A •»U
b
»U
! j...(...^.„L
......
1
i
.
-.
.i
1
t
j
.
... i •
,
. . .. .
!
{
_ i
j.„.._i._..j.......t
i
.
..<
' í' : l.::.. i
. .
f i
BP
OS
•nj}id*o
23
777!
T: ' ..!
"i
-
MO
•ä-
. !.:.j...
Í""
:
! i
:
DttlM.Haraala: 3t.3.187fl
d O T ů obMditii)
-
m. •I : ) •
• Hrnky Bfíitánf i «dlMriii »SK ak» "pŕt*a*ru r - a h b + b t éhtiůf »SH
h:-Í
r
Í0~
Tob
5oökvafrcnala
Obr.
0"*l
3
ŤSaima£-:-S.\~rr
-20
200
4O0
600
800
1000
1200
r :6X-.--~T—r—
1400
Vzorkorácia:
1000 frt)cv«noU
IO Cil
Obr. 4
1800 [HE]
i
——r
p
~-
-H-TFí-r 1-
,:•;.•: i:•;:;•;
r:-|Trr;
Obr. 5
' ~nrátoiTn»ŕiiníi:
31.3.1979
jSnléaí-fr.--j—rf" «*~
120
:
- J-=-
;Urubt_ odhadl TýksaoTiho »patra ]p*Citanŕ * «Uiadu VSH ako . .. pri»»ru z 8 hrubých odhídor TSHT ,~ ' Ére»eň obnadzsai«:
IO~* -
Obr. 6
fO
Dátum «rania SnímáS'S.
i ; 31.3.1979
;V
Poíat Xaalizi- • oií pri v/po£ta VSH . L. obmedzanla
:
6k" — . . . a 10"1-4
IO 00
- --T-
• ~TT"T
i -•j
I
•
•!
i
; •:
'••':
1 í
—-I
~T~>•-!••
[
••--. '
''••= f -
í
•i Mtua»araaiaí7^i . ?1.3>19T9. 9T?::..;. í.
L-
.'. ..:. I..""" ;...*! ~i"IT ."i "Bactarf í. i ; !„.»"..j "U j . r*"~ -7—: —Hn |—I i r ^ ŕ - f t-^-a—j j—
j •
J ••
_j_
•;
120
::;J:
J. .. i
I.
j -
!
:
; j
Obr. •
7
:
r
S U k a n a l l x á e M . . i ; 2.Q48 j. . ! :
Ťaorkovacla i . • . • M . . L.. i
2000
i
j.
t
j .• | • • ] -
..
-I—H-t-i-*-..i
. 1..1. |.. i j
iI — i . i
-r-f-T-f
| i
•
•'
1—»—la»-;—i-
f
•ff! "S- •
'
•
..._1
i .
•
U
K ? •
j • _.f_..: . . . l ; -
I
1.. :H . „ „ . . i Ml
Í...L
: • v! ""š ; !i: fIf
i t ;5 i
-|
I.. .._-._
;••••; S I - 1 5 & l
...JJ... :
,; • , . -i . - _ . !
:.].:..
•
•
!
•
!
,, ..! ... i
i ..
....
1 .
i
1
•
•
'
•fT Í
"
;
. ;
.J.. • . i .
-i..
.; j . .
•
• ••"' :
i .
. i .j
4 .4..,.L...Í...:.i , , H , J...;. í... i i
: . i.
«p O Í
29
..._. -^1.4_ i_.._l..;_ i
LĽ:.-".
!
__
Tioŕko'Ťácl« fr«kT«ficia'i* fríika r t a l i ž i c i i :
7
Irekvencia
Obr. 9
8
[kHz]
\
10
31.3";i97ST
IM •«rania:: . ..!
.
.
J
.
i
. Úr»T«ň obaedzenia t . »yhl»d«ný odhad, priaaer i o 4 hrubých odhador
-
.
._
: 10" .
- • ••• • • .
m
•a
o n
S. « y
•m >
š >
kTefrencia [mi*]
Obr. 10
CO
i... .1
-i
•
:
j _ ! : ' .. i
. . . u _iJ5J..__j
:
! . L_: L-i.-i
; [ j...
r r T ~ r T }":T"1 ••!;!
f8
is !
r í ::í" i • T : " I " :
32
U Si
o
A
..'..
....
I.
J
i !..... L
1. .. .!
.. •
33
'i M
r' !
^!--J_i
4»
~
.:
~
;•
i""
.:..:
so.
i S40 Í M
m
t
30
0
5 frekvencia
Obr. 13
6 [kHí]
Anoailny aignil čerpadla 1.3
Vzorkovněia frekvencia: 20.17 kHz
úsek a tázmi
DIzka r e a l i z e d « :
'••
Hrubý odhad
Obr. 14
4066 vzoriek
; j
; j_ j
ľ ' ' j - + 4 M 4 4 • '-f í— f f - í: : • i. í— —I < • f • ' •• • ! 1
!MJ±i4W
•s r-l
I
36
J.. _..!._ i
-Ľ-_L L •I
••
v
-i—
;
•4-
Anoaálnj ilgnál fsrpadla £.3
.
úa«k'"i rižmi ' —/Hrubý odhad- rýkoboTého cepatr«/
L *«••!•!...
1
30
kvefrnncia
CO
i.
40
Obr. 16
C-"1
-
••
f
50
VLIV ZMENY PROVOZNÍCH A KONSTRUKČNÍCH PARAMETRB NA USTJSLENÉ" KMITANÍ SOUSTAVY TLAKOVÁ* NÄDOBA - VNITŘNÍ ČASTI REAKTORU Ing. Ladislav Pečínka, CSc.
- k.p. SKODA-ZES
Doc. Ing. Vladimír Zeman, CSc. - vSSE, Plzeň
Náhradou reaktoru typu V 213-C dvěma diskrétními kmitavými systémy se čtyřmi stupni volnosti popisujícími vzájemný horizontální a vertikální pohyb byla provedena výpočtová analýza změny frekvenčního spektra a amplitudo - frekvenčních charakteristik jako důsledek změny tuhosti vazbových pružin, tlaku či teploty chladivá a počtu pracujících čerpadel. 1. Vymezení problematiky V 'pracích / I / * / 3 / byla provedena analýza ustáleného kmitání tlakové nádoby a vnitřních částí reaktoru typu W E R . Výsledky lze stručně charakterizovat takto: - reaktor V 213-C je možno nahradit diskrétním kmitavým systémem s osmi stupni volnosti, přičemž lze provést jeho dekomposici na dva subsystémy, každý se čtyřmi stupni volnosti. Prvý popisuje horizontální složku pohybu tlakové nádoby a nosného válce se dnem jako tuhých těles, druhý modeluje vzájemný vertikální pohyb tlakové nádoby, nosného válce se dnem, koše aktivní zóny s palivem a bloku ochranných trub. Prekvenčně-modální vlastnosti se určí programem SVK 2. - u vzájemného horizontálního pohybu je možno pomocí programu IDENT stanovit matici dynamické přídavné hmoty, vstupy tvoří výpočtově a experimentálně stanovená frekvenční spektra f„
a
ff
U=1
4, f,, >
f*
- pomocí programu ANL je možno u vzájemného horizontálního pohybu vypočítat amplitudo-frekvenční /dále jen AF/ charakteristiky při pararelní práci jednoho až šesti čerpadel. Uvedené programové vybavení tvoří teoretický základ pro monitorování vibrací vnitřních částí reaktoru, které se obvykle realizuje pomocí vně reaktorové instrumentace t j . akcelerometrů, snímačů tlakových pulsací a ex-core ionisačních komor. Je známo, že pokud se na elektrárně tato měření provádí, pak těžiště zájmu je obvykle zaměřeno na období počátečního provozu, kdy měřením při různých výkonových režimech se vytvoří "knihovna" referenčních AF charakteristik, které v budoucnu slouží jako základ pro porovnání. Z množství provedených experimentů vyplynulo, že vzorové charakteristiky jsou navzájem odlišné, což se vysvětluje náhodným charakterem budících sil, což je námi neovlivnitelné a dále pak - proměnností teplofyzikálních parametrů chladivá/lze ovlivnit či modelovat / - změnou tuhosti konstrukčních elementů / -"/ - odlišným počtem pracujících čerpadel
/
-"-
/
Cílem tohoto příspěvku je kvantitativně objasnit podstatu posledních tří výše uvedených jevů.
39
2. Analýza vzájemného vertikálního pohybu Zde se budeme zabývat pouze změnou tuhosti vazbových pružin. Matematický model soustavy je na obr. 1, výsledky výpočtů jsou v tabulce T 1. tfloha byla zadána tak, že každá z uvedených tuhostí se změnila o + 20 % a stanovil se její vliv na výsledné spektrum. Probereme v dalším praktickou aplikovatelnost. Z hlediska provozu bude zřejmě požadováno sledování stavu pružin BOT resp. pružinek v hlavici palivových Slánku. Z tabulky T 1 je zřejmé, že - vliv změny tuhosti pružin BOT /&*-,/> kteí.ý může být vyvolán počtu se výrazně projeví v posuvu frekvence t%.
f
11
c
C
l?
14
C
41
f
l
1 ,12 . 1 0 1 .4 . 1 0 1 1 1,68 . 1 0 1 1
3.805 3.805
7 .69 . 1 0 9 9 .614. 1 0 9 11.54 . 1 0 9 •
3.803 3.805 3.807
3.805
3 .81 . 1 0 7 4.76 . 1 0 7 5 .71 . 10 7
3.448 3.805 4.108
0 .294. 1 0 7 0 .367. 10/ 0 .44 . 1 0 7
3.801 3.805 3.8O9
1 .522. 1 0 7 1 .99 . 1 0 7 2 .39 . 1 0 7
3.728 3.805 3.834
2
f 3
prasknutím určitého
f
4
4.558 4.558 4.558
58 .555 59 .56 60 .168
101 .15 111 .17 120 .55
4. 557 4.558
53 .96 59 .56 64 .36
109 .85 111 .17 112 .71
59 .53 59 .56
111 .17 111 .17 111 .17
4.558 4. 537
4.558 4.605 4.47
4.558 4. 645
4.238 4.558 4. 9
59 .59
111.17 111 .17
59 .56 59 .56 59 ,56
111 .17
59 .56 59 .56 59 .56
111 .17 111 .17 111 .17
Tabulka T I
Ta je monitorovatelná pomocí akcelerometrů umístěných na přírubě Si na dně
TN. - vliv změny tuhosti pružinek v hlavici palivových článků se nevýrazně odrazí opět na frekvenci f j . Monitorování tohoto jevu pro malý rozptyl zřejmě nepřichází v úvahu. K podstatné změně tuhosti opěrného rámu / c Q 1 / během provozu zřejmě dojít nemůže, al« lze-předpokládat změnu tuhosti pružiny c... To se výrazně projeví na frekvenci f 3 , monitorování stejné jako v případě pružiny c^.. Vliv změny ohybové tuhosti horní des.ky DNV je monitorovatelný na frekvenci f., prakticky asi ale nastat nemůže.
40
3. Analýza vzájemného horizontálního pohybu 3.1. V pracích / 3 / -r / 5 / bylo za určitých předpokladů výpočtově stanoveno rozdělení tlaku po obvodu nosného válce při paralelní práci jednoho až šesti čerpadel v nesymetrickém uspořádání a na tomto základě pak výsledná síla a její složky do směrů x a z. Příslušné hodnoty jsou uvedeny v následující tabulce T 2. Počet čerp.
Konfigurace '
1
1
0°
2 3
2
0°
CTi
7 8
4 4
9
5
O° 0° 0°
60° 60° 60°
120° 180° 240°
0°
60°
120° 120° 120°
0° 0°
60° 60°
Fz
X
l 1 ,414 Fj.
I 1,118 Fj
1 ,414 F t 1 ,732 Fj. 1 ,732 Fj
1,118 Fj 1,225 F ľ 1,5 FI
1 ,732 Fj 2 Fj
1,225 Fj
180°
1,58 Fj
240° 240°
2 FI 2 ,236 Fj
1,323 Fj. 1,6583 Fj
0
F
0, 866 F I X 0, 866 P IX 225 F T o,866 .1 FX 1,225 F, X 1, 222
rH
3 3
F
celk F
60°
0° 120°
2 3
4 5
F
1,5 F x 1,5
F
1
I
Tabulka T 2
Výpočet byl proveden pomocí vztahů F(t)
F
ix(t)
N
F
-
l
c o s
IF
(t)j
?i
»
F
iz^>»
F
l
sin<
(t)
/la/
íi
přičemž F
I *2
R
1
LC
l,l,l h(^iRí)
-
12.187 . 1 0 ~ 8 c o P r R L L
.sila
od jednoho čerpadla /10 6 Nm" 3 /
Pj.
objemová síla
&1
vnější poloměr nosného válce /m/
L
/2/
axiální délka nosného válce, nacházející se v poli tlakových pulsací /m/
cQ
rychlost zvuku chladivá /ms" 1 /
Pomocí tabulky T 2 lze tvrdit, že : - při počtu čerpadel N je výsledná sila F(t)
<
/rľ F x (t)
- při práci tří čerr>adel lze doporučit konfigurace 4 a 6 - při práci čtyř čerpadel se z hlediska silových tíčinků na NV jeví konfigurace 8 - největší silové zatížení NV je při pěti pracujících čerpadlech. •
41
Amplitudo-frekvenCní charakteristiky pro dva mezní případy, tj. konfigurace 4 nebo 6 a 9 jsou vyneseny na obr. 2. Odlišení amplitud je výrazné. 3.2 Vliv zraěnv tuhosti c-, zi oh Pomocí výkresové dokumentace byla stanovena hodnota ohybové tuhosti přítlafiných trubek nosného válce /v dělící rovině TN/ c~, =• 25 . 10 Nm. Během provozu reaktoru může dojít ke změně, na př. zplastisovaní v důsledku dotahování přírubového spoje po výměně paliva. Stanovme vliv tohoto jevu na amplitudo-frekvenční charakter is tiky. Na obr. '3 jsou vyneseny výsledky výpočtů pro hodnoty 0,9 c 1 2 a 1.1 c 1 2 . Lze konstatovat nejen amplitudové posuvy, ale i změny v resonančních frekvencích. 3.3 Yliv_změnx_termomechanickj2ch_Barametrů_chladiva Bezprostředním důsledkem změny tlaku resp. teploty chladivá je změna jeho měrné hmotnosti, což se teoreticky projeví na - rychlosti zvuku - dynamické přídavné hmotě Proveďme v dalším detailní analýzu. Vliv změny rychlosti zvuku se nejlépe objasní pomocí vztahu /2/. Označíme-li cQ jako referenční rychlost pro jmenovité provozní parametry P , t , pak pro libovolné parametry P, t platí F
l«Fo1
%
m
Pro názornou představu jsou v obr. 4 vyneseny amplitudo-frekvenční charakteristiky pro poměr c/c
m 0,9 a 1.
Je patrný posuv
4>t *(7)
směrem k nižším hodnotám.
Vliy dynamické přídavné hmoty, která je přímo úměrná měrné hmotnosti Q jevuje v posuvu vlastních frekvencí směrem k nižší hodnotě. Funkční závislost ^ « f /P,t/ lze vyjádřit pomocí vztahu: -
, se pro-
^-(A o + BOP) + t { A + BXP + t [ Ä + B2P + tA3]} X
2
P /MPa/
t /°C/ 1
• 1 000 . 59Ô1 m - 0,4203473 4 * - 2,819898 . 10~ • - 6,030078 . 10~
B o = 6.59993 . 10*" B
6
1 4 6 1 4
10
l = " ' • ~ 5 B 2 = 3,42134 . lo"
3
K numerické ilustraci vlivu změny P resp,.t na frekvenční spektrum použijeme výsledků uvedených v /6/ a Gontkevičova vztahu f.. f voda " d
42
součinitel dynamické přídavné hmoty,
Pro jmenovité provozní stavy P Q , t byla spočtena nejnižší vlastní frekvence f° « 6,9 Hz, přičemž cT Q » 3,295. Zvolime-li nyní ^ - 1,1 (£ o a<£ 2 - 1/2^>O, bude cf. « 3,625 a efj • 3,954, čemuž odpovídají frekvence f^ » 6,65 Hz a f 1 m 6,42 Hz, což lze klasifikovat jako posuv, který je možno monitorovat. Závěr Výsledky uvedených analýz lze stručně shrnout takto: změny konstrukčních a provozních parametrů, které zákonitě doprovází monitorování vibrací vnitřních částí reaktoru se projeví rozptylem amplitudo-frekvenčních charakteristik, na př. výkonových spektrálních hustot výchylek a pod. přičemž tento jev je.kvalitativně odlišný od rozptylu vyvolaného náhodným charakterem buzení. Lze tvrdit, že a nejvýrazněji se projeví vliv změny tuhosti pružiny c._ změny počtu pracujících čerpadel. Z toho tedy plyne, že je nutno provádět plánované experimenty v širokém rozsahu provozních stavů s pečlivým záznamem provozních parametrů a na jejich základě stanovit přípustné mezní hodnoty amplitudo-frekvenčních charakteristik. Ty pak budou sloužit jako výchozí předpoklad pro rozhodování, zda monitorované vibrace jsou přípustné.
Literatura / I / Zeman VI. a kol.: Analýza pohybu nosného válce a tlakové nádoby reaktoru W E R 440. Zpráva vSSE Plzeň, 1976 / 2 / Zeman VI. a kol.: Analýza pohybu hlavních komponent aktivní zóny reaktoru W E R 440. Zpráva vSSE Plzeň, 1978 /3/ Zeman VI. a kol.: Analýza ustálených kmitů tlakové nádoby a nosného válce reaktoru W E R 440 při buzení tlakovými pulzacemi nesymetricky umístěných čerpadel. Zpráva vSSE Plzeň, 1980 / 4 / Pečínka L.: Graficko-numerické řešení rozdělení tlaku po obvodu nosného válce reaktoru typu W E R při paralelní práci jednoho až šesti čerpadel. Interní zpráva o.p. ŽKODA-ZES /5/ Pečínka L., čechura M.: Analýza ustálených kmitů tlakové nádoby a nosného válce reaktoru V 213-C při změněných provozních a konstrukčních parametrech. Interní zpráva k.p. S K O D A - Z E S /6/ Jindra P., Klášťerka H.: Výpočet vlastního kmitání šachty a dna šachty reaktoru V 213-C. Interní zpráva k.p. OKODA-ťíVZtf
43
4
tlaková nádob«
I" •"
I «M*
13 KAZ+palivo |
2 lacht« «a dnaa iaehty
Obr.
44
1
21 2t
1
Ä
22 20
9
2.65 1.43 11.33 2.65 1.18 6 . 9
j
1
(im ( L* 6m) 90.63 55.25
Pozn. 5 Ctrpadtl 3 čerpadla
7 * 2.65 ... ko«r. naladení, vymesného kaitáoí. (f * 25 H»)
n
9
K
1
K
7
12
e
»
5
t
4
f
J
«
2
J
1
0
0
Obr.
2
Vliv počtu pracujících čerpadel
(5 8«rpad«l) (3 carpadla)
H M
ftm(Lm$m)
X
2.Í5 1.A
ít
2.*5
13.2M
10Í.33
t.43
75.»
P»zn.
7 » 2.45 ... katf. aÉLaaini výmen** (ť fc 25 •§)
n n M
m
/ - /x\ \\
t t
4. 2 e
Obr. 3
c
n
Vliv zrněný v 2 oh * horizontálni pohyb
#, it «
t
•
22
h
fÁ.m(L*6m)
AMTJ.
2.65 1.43
H.09
88.73
r«ř. st«f
2.65 1.15
7.38
59.04
0.9c o
i
10 1$
9
n
t
H
7
12
e
to
5
f
« •
6
3
«
Ž
2
1
0
0
ct'l200má'
2
Obr. 4
2 ts
v >
3
*
Vliv změny termodyn. parametrů pro 5 čerpadel 1200 m/sec 7.9223*16*f, 6.417 « X f i
?
MONITOROVANÍ VIBRACÍ NOSNÉHO VÄLCE REAKTORU TYPU W E R VNĚREAKTOROVÍMI IONIZAČNÍMI KOMORAMI Ing. Karel Dach, CSc. k.p. ŠKODA Plzeň
1. (Jvod Provoz jaderného energetického reaktoru je provázen mechanickými vibracemi jeho vnitřních částí. Primární příčinou vzniku mechanických vibrací v systému je vznik budících sil akustického a hydrodynamického původu,což v konečném efektu vlivem vzájemné vazby mezi nuceně cirkulujícím teplosměnným mediem a komponentami reaktoru, respektive celého primárního okruhu vede k jejich mechanickým vibracím. Tyto mechanické vibrace jsou v korelaci s fluktuacemi hustoty toku neutronů, jejichž analýza v časové, ale zejména ve frekvenční oblasti je základním principem monitorování mechanických vibrací a výchozím údajem pro predikci vzniku provozně nepřijatelných stavů, tj. pro diagnostiku poruchy. Protože monitorování neutronových šumů nevyžaduje dodatečný zásah do systému, je pro tuto svoji vlastnost, t.zv. pasivnost vhodnou metodou doplňující ostatní způsoby rozpoznání okamžitého stavu zařízení. Z množství komponent, vibrujících vlivem výše uvedených sil v tlakovodním reaktoru jsou z hlediska bezpečnosti jeho provozu nejméně žádoucí vibrace nosného válce aktivní zóny. 2. Vymezení problematiky Neutronový šum lze v zásadě snímat všemi detektory hustoty toku neutronů, které jsou doplněny vhodnými měřícími kanály. Monitorování vibrací nosného válce však vyžaduje umístění detektorů vně mechanické soustavy "tlaková nádoba - nosný válec", což prakticky eliminuje použití detektorů vnitroreaktorové instrumentace. Zbývá tedy možnost využít pro tento účel vněreaktorových ionizačních komor SKŘ reaktoru. V případě reaktoru WER-440 se jedná o sovětské komory KNK-56 s citlivostí 1 0 " 1 2 Ascm 2 /n a KNK 57 M s citlivostí 6.1O~ 15 Ascm 2 /n /l/. Vzhledem k tomu, že mechanismus přenosu mechanických vibrací do neutronového šumu lze vysvětlit fluktuacemi reaktivity, je definiční obor přenosové funkce "mechanické vibrace - neutronový šum" ve frekvenční oblasti shora omezen jadernou charakteristikou poměru efektivní hodnoty podílu zpožděných neutronů k době života okamžitých neutronů Pef / 1. Tato hodnota limituje monitorování vibrací u tlakovodního reaktoru do frekvence cca 50 Hz. Na základě výpočtů provedených v k.p. Skoda Plzeň a SVÚSS Běchovice /2/, lze v definovaném frekvenčním rozsahu očekávat při: 6,9 Hz - 1-ní tvar kmitu soustavy "tlaková nádoba-nosný válec" 18,8 Hz - Skořepinový tvar kmitu nosného válce na 2,m«l 25,1 Hz - Skořepinový tvar kmitu nosného válce n»3,m«l 35,5 Hz -2-hý tvar kmitu soustavy :TN - NV" 48,8 Hz - Skořepinový tvar kmitu nosného válce n-4,m-l Fundamentální problém monitorování vibrací vněreaktorovými ionizačními komorami spočívá v zajištění odezvy detektoru na pohyb nosného válce. Protož« výchylka
49
—4 nosného válce je malá /řádově inn/, bude malá i odezva detektoru, /okolo 10 relativní změny signálu na 20£tm výchylky/. Z tohoto důvodu vyžaduje řešení problému kromě zajištění vhodných měřících kanálů i zabezpečení spolehlivými matematickými modely a výpočetními kódy. Jedná se především o matematické modely vhodných číslicových filtrů, výpočty převodního faktoru konverze odezvy detektoru na pohyb nosného válce a převodu monitorovaných mechanických charakteristik pohybu na diagnostiku strukturálních změn v materiálu konstrukce a jednoznačné rozhodovací možnosti z hlediska přípustnosti provozu v závislosti na únavě materiálu. 3- Metodika měření neutronových šumů Započni měřícího kanálu je teoreticky jednoduché. Signál z vněreaktorové - komory je po předchozím předzesílení a zesílení zpracováván prostřednictvím řídící jednotky počítačem, nebo frekvenčním analyzátorem, eventuelně zaznamenáván na magnetofon pro následující "off-line" analýzu. Osvědčenou technikou detekce oscilačních signálů je sledování frekvenčního, spektra šumových signálů. Náhodně vzniklé oscilační komponenty zůsobují vznik rezonančních piko ve frekvenčním spektru na frekvencích, odpovídajících frekvencím oscilací. Pro monitorování kyvadlového pohybu nosného válce je nezbytné použít dvou vněreaktorových detektorů hustoty toku neutronů, umístěných symetricky podle středu aktivní zóny reaktoru. Z analýzy vzájemných spektrálních charakteristik lze potom extrapolovat komponentu indukovanou pohybem nosného válce z neznámých dalších složek šumových signálů obou detektorů. Vlastní velikost pohybu nosného válce je možno určit použitím převodního faktoru konverze odezvy detektoru na pohyb nosného válce. 4. Informační obsah Šumového signálu detektoru hustoty toku neutronů časový průběh proudového signálu detektoru lze vyjádřit jako superpozici jeho střední hodnoty a hodnoty fluktuační složky okolo střední hodnoty:
1 (t)
* I +
íl ( t)
/I/
Za předpokladu platnosti principu superpozice lze celkovou fluktuační složku vyjádřit jako součet fluktuací.: způsobených detekovanou poruchou cfl ( t ) ; statistickým charakterem štěpného procesu ďl« ( t ) a procesu detekce
+
:
Z jednotlivých detektorů pák lze obdržet časové záznamy fluktuačních složek 0 *! tt) , O l j {t) , atd.. a Fourierovou transformací těchto.signálů, s periodou T frekvenční složky Ij (f) , %2 (fj, atd, jejichž komplexně sdružené hodnoty jsou
jl*(t)
50
lze provést odhad výkonové spektrální hustoty jednoho detektoru:
nebo vzájemné výkonové spektrální hustoty dvou různých detektorů:
1)2
(t) = <
kde <" _> představují proměřované hodnoty. Posledná člen rovnice / 4 / u rovnice / 5 / chybí, nebot statistická fluktuace detekčního procesu různých detektorů.jsou nekorelované. Ve výkonové spektrální hustotě neutronového šumu se zobrazí mechanické vibrace vnitřních částí formou rezonance na frekvenci odpovídající příslušné vlastní frekvenci. Pro monitorování vibrací vnitřních částí je vhodné vyhodnocovat koherence mezi signály dvou detektorů dané výrazem:
f Funkční hodnota koherenční funkce leží v intervalu ^ 0 , 1 ^ . Jestliže v určité frekvenční oblasti je signál způsobený poruchou téhož druhu zachycen detektorem č. 1 i 2, koherenční funkce v daném pásmu se blíží 1. Koherence je tedy významným statistickým parametrem pro monitorování vibrací vnitřních částí detektory hustoty toku neutronů. Užitečným prostředkem pro monitorování vibrací vnitřních částí je studium fáze signálu detektorů:
V případě dvou osově symetricky umístěných detektorů bude při kývavém pohybu nosného válce fáze 180°. Bude-li tedy v určitém frekvenčním pásmu hodnota koherenční funkce blízká 1 a fáze -180°, lze usuzovat, že v tomto frekvenčním pásmu je monitorován kývavý pohyb nosného válce.
51
5. Kritéria detekce Detekce rezonance ve spektru neutronového šumu vněreaktorové ionizační komory, způsobené vibracemi nosného válce je optimální, zvolíme-li pro určení frekvenčního spektra filtr P (f, f ) o střední frekvenci f á a šířce 2 C .
= ir 1
f- - n At
" Lo'
éz
f *ž
f„ + m
jinde
šířka filtru 2 C je definována
- (2m + lj
( 2m + l) frekvenčními body.
Střední frekvence filtru je vybírána tak, aby se co nejvíce blížila rezonanční frekvenci f , jejíž přesná hodnota není přesně známa. Známa je pouze frekvenční oblast á F, kde mohou rezonance vzniknout. Střední frekvence filtru F (f, f ) musí tedy v určitém časovém intervalu Ä T projít celým frekvenčním pásmem ŮF. Jestliže v tomto pásmu existuje rezonance, pak suma q
i-a-m má maximum na frekvenci f
piku
, ( ^, 0 ) .
/v
referenční
Výkonovou spektrální hustotu S, ( f., f j lze sledovat prostřednictvím speciál ní funkce V ( t ) , zahrnující šířku piku, který musí být ve studované frekvenční oblasti detekován:
ft) = MAX B
kde B. a Bj jsou hranice frekvenční oblasti. Pik je detekován, překročí-li hodnota V (t) prahovou hodnotu Q, která je stanovena tak, aby pravděpodobnost výskytu falešného signálu byla minimální. Detekčním kriteriem je tedy vztah: V (t) sky
52
£
Q
Za předpokladu, že odhad výkonové spektrální hustoty se řídí V -(2m + l) stupni volnosti, pak
/li/ rozložením
kde
( ) Střední hodnota v
= S
í*! » *)
/13/
je
UV Prahová hodnota Q , kterou hodnota V
( t ) překročí s pravděpodobností (l -J/)
je dána:
ň 1
Q =
• v? X
-^1 k
=f(2a (
Pro M statisticky nezávislých bodů je pravděpodobnost R (M,n) , že funkce V překročí prahovou hodnotu Q v n
z M
(t)
bodů popsána binomickým rozložením:
Pravděpodobnost E (M ) , že během měření bude prahová hodnota Q překročena ve všech bodech je M
H fir) pro oí á
ÍO
H
= 2- (*»
•
Objeví-li se pik v čase t = 0, hodnotu
jn
v(t) na frekvenci f
lze vyjádřit:
s it )
kde: S (f) - je PSD v bezporuchovém režimu g (t )
popisuje časové chování piku
6. Konverze odezvy detektoru na pohyb nosného válce Öloha spočívá v nalezení převodního faktoru /PF/, kterým by bylo možno převést velikost signálu detektoru na výchylku nosného válce v Jim. Jesliže {fl / I představuje poměrnou změnu odezvy detektoru na vibrace nosného válce, pak jeho výchylka y je /20/
63
Experimentálně bylo prokázáno /3/, že pro výchylky řádu ^O-m lze dat za konstantní, tj. nezávislé na okamžité velikosti výchylky.
PF poklá-
Protože detektor je umístěn vně tlakové nádoby v suchých kanálech, nelze pro výpočet použít difúzni teorii. Nezbytné je použití teorie transportní a poruchové. Poruchy jsou způsobovány změnami tloušťky vodní vrstvy mezi aktivní zónou a detektorem. Na výpočet PF lze tedy hledět jako na klasickou úlohu teorie stínění, tj. výpočet nenásobícího prostředí se zdrojem, braným jako střední výkon zóny. Příspěvek do gama je zanedbán. Takto redukovaný problém značně zjednoduší výpočtové obtíže. Lze tedy: - použít existujících transportních kódů - použít knihovnu účinných průřezů pro výpočty stínění V operátorové formě lze úlohu transportu v nenásobícím prostředí zapsat ve tvaru:
Pro referenční polohu nosného válce je rovnice /21/ ve tvaru: P
R
f R =
/22/
S
Detekční rychlost v referenčním stavu je /23/ Při poruše způsobené vychýlením nosného válce z referenční polohy lze psát:
P' 4 ' = S
/24/
Pro tento případ je výhodné zavést funkcionál F, váhovou funkci y ný operátor P* tak, že
a sdruže-
/25/ Sdružený operátor
P
definujeme: /26/
Váha
y
je řešením rovnice
**<£* s ^l
Jestliže P = P * a r ~ T reakční rychlost v poruchovém stavu.
v
poruchovém stavu, pak
/27/ F
představuje
Převodní faktor lze vyjádřit tvarem: /Di - D B / kde D^ je reakční rychlost detektoru pro 1 /trn výchylky. Pro řeSení převodního faktoru doporučuje /3/ tyto metody: - zpětná přímá metoda - sdružená přímá metoda - sdružená diferenční metoda - sdružená diferenční aproximační metoda.
54
/28/
7. Závěr Vyřešení úlohy diagnostiky vibrací nosného válce aktivní zóny reaktoru WER-440 by významně přispělo ke zvýšení provozní bezpečnosti a spolehlivosti zařízení. Pro aplikaci perspektivní metody analýzy neutronových šumů na jaderných elektrárnách v ČSSR je nezbytné: - zabezpečit paralelní vývod šumového signálu z vněreaktorových ionizačních komor SKŘ, - ze stávajících výpočtových kódů vybrat vhodné programy pro výpočty konverze odezvy detektoru na pohyb nosného válce a realizovat příslušné výpočty - realizovat měření na jaderné elektrárně a navrhnout zapojení měřícího kanálu a příslušného softwaru pro vlastní provozní diagnostiku.
Literatura /I/ Rauschmess - system PM - 3652, Technische Information, VEB Messelektronik "Otto Schön", Dresden, 1975 /2/ Pečínka L.: Soukromá informace* /3/ Robinson J.C., Shahrokki F., Kryter R.C.: Influence of Core Barrel Motion from Neutron Spectral Density. ORNL /NUREG/ TM-100 /4/ Dach K.: The influence of the vibration of PWR core components to the local chatacteristics of reactor noise. 14-th Informal Meeting on Reactor Noise Analysis, 28.4.-30.4.1981, St. Englmar, NSR
55
PŘÍSPĚVEK K DETEKCI LOflU Z HLEDISKA ZKUŠENOSTÍ PŘI PROVADĚNÍ ÚNAVOVÝCH ZKOUŠEK KONCOVÝCH NT OBĚŽNÍCH LOPATEK PARNÍCH TURBÍN Ing. Miroslav Randa, Ing. Jaroslav Hyrát ŠKODA Plzeň
Jednou z částí parních turbin, kterým je věnována maximální pozornost jak při vývoji, tak ve výrobě i v provozu jsou koncové nízkotlaké oběžné lopatky, nebot v nich je zkomentován i když mnohdy v kompromisní formě poslední stav znalostí z oblasti statické i dynamické pevnosti, spolu s dosaženými poznatky z aerodynamiky a dalších vědních oborů. Náročnost vývoje a možné-relativně těžké následky havárie oběžných lopatek vedou všechny výrobce parních turbin k intenzivním pracem jak v oblasti jejich preventivního ověřování ve výrobě i v provozu tak ke snahám o vývoj diagnostických metod, které by přispěly k potlačení rizik havárií z titulu oběžných lopatek koncových stupňů, které mnohdy pracují i 2a podmínek odlišných od předpokladů při jejich návrhu, zejména po dalších provozních údobích od spuštění stroje. Jak již zmíněno je tedy hlavně oblast dynamiky tou oblastí, do které se soustřeaujj možno říci maximální pozornost výrobců parních turbin a ze zpětnovazebního hlediska jedním z maximálních zdrojů informováni pro event, oblast diagnostiky. V tomto příspěvku, lépe snad sdělení, jsou shrnuty některé poznatky z dynamických zkoušek, které mohou mít dopady i v širších souvislostech pro otázky diagnostiky. V tom je smysl i účel jejich přednesení na tomto semináři. Jedním z nejzajímavějších zjištění při únavových zkouškách oběžných lopatek koncových nízkotlakých stupňů, které jsou prováděny v závodě Energetické strojírenství na únavových aparaturách SVtfsS Běchovice pracovníky Strojírenského výzkumu ÚVZO Škoda při druhém tvaru kmitu /v provozu je prvý tvar kmitu prakticky "vymazán" na základě vazby mezi dvěma tlumícími dráty z Ti-slitiny/ je velmi malá citlivost frekvence vůči existujícím trhlinám, které vznikají přibližně ve 3/4 délky lopatky. Vždy změně několika desetin Hz odpovídají změny v délce trhliny až cca 10 mm. Výsledky těchto zjištění jsou shrnuty na diagr. 1. Nutno poznamenat, že vlastní konstrukce lopatek se vyznačuje nožkou lopatky stromečkového typu s délkou listu lopatky 840 mm. Stromečkový závěs sám o sobě - vedle samozřejmě výrobních odchylek listu lopatky - může být příčinou rozptylu vlastních kmitočtů lopatky, nebofc vlastní kmitočetza rotace závisí od pořadového čísla ozubu závěsu lopatky, v němž dojde k dosednutí v drážce oběžného kola. Vliv zatěžující síly ve frekvenci volného kmitání modelu lopatky /tedy obdoba působení odstředivé síly na vlastní kmitočty, tedy vlivu rotace/ukazuje tuto diagram na obr. 3. Závislost délky únavových trhlin v závislosti na počtu cyklů a předpětí střídavého charakteru - symetrického cyklu ukazuje diagram 4. Tolik jenom o některých problémech, které mohou přispět k nákladům na jednotlivé vlivy, které je nutno uvažovat při řešení otázky diagnostiky oběžných lopatek koncových nízkotlakých stupňů tak, jak byly zjišťovány v rámci prověřování těchto lopatek na turbin ŠKODA.
57
Závěr Ve sdělení jsou shrnuty některé poznatky, získané při výzkumu oběžných lopatek parních turbin ŠKODA, který je směrován na zajištění jejich maximální provozní spolehlivosti. Snahou väech výrobcu je i zavedení ííčelních diagnostických metod. A protože některé tyto vlivy se mohou objevit při diagnostice nejen oběžných lopatek a lze je pokládat za zajímavé i pro jiné oblasti, tak byly zahrnuty do tohoto příspěvku.
58
Seznam vyobrazení:
Obr. 1 - Závislost volného kmitání lopatky 840 mm na délce trhliny
Obr. 2 - Vliv zatěžující síly na frekvence volného kmitání modelu lopatky
Obr. 3 - Součinitel vlivu rotace na jednotlivé tvary kmitání oběžných lopatek Obr. 4 - Délky únavových trhlin v závislosti na počtu cyklů a namáhání lopatka 840 mm.
59
O + < * •
S f
H
I INHUUNX 0H3NX» i
60
'
i
61
VLNU n o m f c
MÍ
Ott&JSr£H
NO
JMHÖTLNC
TWQV
LOHffEK
2 TVOR VC MC LOPflTKV
\
JEDKOU2LCWE KMIT. LOP.
\
TWO VOUKK UOPRTW
soo
TOO
40O
DCLKß
O&R.i
62
a.
1 ?
"í
i i
63
ZJIŠŤOVANÍ NETĚSNOSTÍ ZA PROVOZU MEZI TLAKOVÝMI OKRUHY PARNÍHO GENERÄTORU POMOCÍ AKCELEROMETRU Ing. Oldřich Mátal, C S C , RNDr. Jan Kunovský, Ing. Josef Rybníček, Ing. František Varvařovský Výzkumný dstav energetických zařízení, Brno
1. ďvod Parní generátor využívající jako nositele tepla tekutý sodík je z bezpečnostního a spolehlivostního hlediska jednou z nejexponovanějších částí jaderné elektrárny s rychlým reaktorem. Hlavním zdrojem potenciálního nebezpečí jsou netěsnosti v teplosměnné ploše, které jsou příčinou intenzivní reakce mezi sodíkem a vodou a mohou vést k vážné havárii. Zjistit chování parního generátoru čs. koncepce při takových poruchách bylo cílem experimentů, z nichž předkládáme některé dílčí výsledky zpracování signálů akcelerometrů, které podle našeho názoru jsou užitečným přínosem i pro diagnostiku výměníků tepla jiných typů. Slo tedy o praktickou aplikaci vibroakustické diagnostické metody na čs. článkovém parním generátoru 30 MW /L 1, 2, 3/, vyhřívaným sodíkem. 2. Stručný popis parního generátoru a měřícího řetězce Obr. 1 znázorňuje zmíněný čs. článkový parní generátor. Sestává z osmi paralelních větví, z nichž každá je tvořena třemi články tvaru U a spojovacího potrubí 0 89 mm na sodíkové straně. V plástové trubce 0 159 mm článku je uložen svazek 19 teplosměnných trubek. Větev, ve které byly uměle vyvolávány netěsnosti /místa VI, V2, V3/ mezi tlakovými okruhy parního generátoru, byla osazena m j . též akcelerometry typu 8308 BaK, označenými na obr. 1 o H až cC6. Je však třeba poznamenat, že volba typu i polohy akcelerometrů na větvi s uměle vyvolanými netěsnostmi byla primárně podřízena hlavnímu účelu a to zjištění dynamických účinků reakce sodíku s vodou na konstrukci parního generátoru. Tomu odpovídá i rozložení snímačů : 2 páry akcelerometrů na spojovacím potrubí s menší tuhostí, kde se dala očekávat podstatně intenzivnější odezva na dynamické jevy probíhající uvnitř parního generátoru. V místech c61, oč 2, oC3, <Ĺi, oĹ5, oÍ6 byly upevněny ve dvojicích /každá dvojice svírala úhel 90° v rovině kolmé na podélnou osu článku a měřila tudíž vertikální a horizontální vibrace/ akcelometry fy Brüel-Kjaer, Dánsko, typu 8308. Signál z akcelerometrů byl zesílen předzesilovači typu 2634 a uveden do hlavního zesilovače, prototypu VÖEZ a dále nahráván na měřicí magnetofon Tesla. Frekvenční rozsah akcelerometrů, konstruovaných pro práci do 400°C, byl lHz až lOkHz se vstupní citlivostí 9,81 mV/g, frekvenční rozsah předzesilovačů 2634 byl lHz až 20kHz při vstupní citlivosti 0,9 - lOmV a nastaveném zesílení 1. Zesilovač VÜEZ pracoval do 40kHz a měl nastaveno zesílení 200. Blokové schéma měřicího řetězce je na obr. 2.
65
3. Hodnocení naměřených výsledků Zaznamenané spojité záznamy náhodných procesů zrychlení pomocí akcelerometrů oĹ 1 až e£ 6 byly rozděleny na tři časové úseky: stacionární proces I popisuje vibrace vyvolané průtokem sodíku bez netěsnosti, tedy šum PG, přechodový proces XI zachycuje přechodovou oblast formování signálu při vzniku netěsnosti až do jejího časového ustálení /M • konst/ a stacionární proces III představuje vibrace vyvolané jak průtokem sodíku tak i důsledky netěsnosti tlakových okruhů spojené s reakcí pronikající vodní páry do sodíku. Signály zaznamenané na měřicím magnetofonu EMM 141 byly zpracovány programem pro statistickou analýzu náhodných procesů / VÚEZ Brno, verze programu 8103/ na číslicovém informačním systému CIS 3000, metodikou uvedenou v /L 4 / . Blokové schéma pro programový segment "Vzorkování" a "Statistika" je na obr. 3. Z analýzy provedené v L 5 vyplynulo, že procesy I a III obsahovaly frekvence 50Hz a 150kHz. Původ frekvencí blízkých 50Hz a 150Hz je třeba hledat jednak v rušení a dále pak v mechanických kmitech konstrukce parního generátoru, potrubí a nosné konstrukce. Jejich výskyt v celkovém signálu není zcela zanedbatelný a bylo by účelné se jimi podrobněji zabývat. Pro potřeby diagnostiky se vsak ukázalo užitečné a vyhovující všechny procesy před zpracováním filtrovat pomocí hornopropustného filtru /dolní mezní frekcěnce f •180Hz/. Na obr. 4 jsou zobrazeny funkce spektrálních hustot šumu /před vstřikem - 1/ a signálu /během vstřiku - 111/ získané ze snímače umístěného na obalové trubce článku /4a/ a snímače umístěného na vstupním potrubí sodíku /4b/. Hodnoty G> jsou na rozdíl od hodnot G._ , přepočítány na základě znalosti přenosu magnetofonu a zesílení zesilovačů na hodnoty, odpovídající výstupnímu napětí akcelerometrů. Obecně lze shrnout poznatky plynoucí z rozboru charakteristik náhodných procesů zaznamenaných akcelerometry takto: a/ Hodnoty rozpětí časových průběhů procesů III jsou větší resp. podstatně větši /v závislosti na daném experimentu/ než hodnoty rozpětí odpovídajících časových průběhů procesů I, přičemž střední hodnoty dvojic procesů III a I jsou stejné. b/ Rozptyly /autokorelační funkce v čase t-0 s/ dosahují větších resp. podstatně větších hodnot /v závislosti na daném experimentu/ pro procesy III než pro odpovídající procesy I, přičemž průběhy autokorelačních funkcí dvojic procesů III a I nemají stejný charakter. c/ U funkcí spektrálních hustot dochází ke snížení dílčích rozptylů pro nižší frekvenční intervaly a ke zvýšení dílčích rozptylů pro vyšší frekvenční intervaly u procesů III oproti odpovídajícím procesům I /plochy pod křivkami spektrálních hustot, které se rovnají rozptylům, jsou u procesů III větší resp. podstatně větší než u procesů I/. d/ Spektrální distribuční funkce procesů III dosahují dané hodnoty rozptylu pro značně vyšší frekvence /narůstají ve stejné frekvenční oblasti k dané hodnotě rozptylu pomaleji/ než odpovídající spektrální distribuční funkce procesů I. e/ Relativní četnosti normovaných polygonů četností procesů III dosahují vyšších hodnot než odpovídající relativní četnosti normovaných polygonů četností procesů I; polygony četností procesů III jsou užší /v důsledku vyšších frekvenčních složek je při dosažení většího rozpětí nakupen větší počet hodnot kolem střední hodnoty/ než odpovídající polygony četností procesů I.
66
Na základě rozboru číselných charakteristik / L 5 / byly zvoleny bezrozměrné poměry P resp. bezrozměrné rozdíly R prvních čtyř momentů procesů III a I, pro které platí: a/ těsný parní generátor: P • 1 resp. R • O b/ netěsnost mezi tlakovými okruhy parního generátoru: PJÍI resp. R ^ O Z prvních čtyř momentů byl vybrán druhý moment rovnající se rozptylu / P 2 •> 1/ a čtvrtý moment vyjadřující exces /R 4 > 0/ a zamítnut první moment rovnající se střední hodnotě /P. i 1/ a třetí moment vyjadřující asymetrii /Rj « 0/. Nejvýhodnější signifikantní charakteristika náhodného procesu vibrace parního generátoru před a po vzniku netěsnosti mezi tlakovými okruhy za provozu parního generátoru se sodíkem je rozptyl či poměr rozptylu P 2 . Na obr. 5 je patrná závislost poměru rozptylů P 2 signálu během netěsnosti a před netěsností /šumu/ na velikosti netěsnosti M v přehříváku parního generátoru. Za předpokladu nezávislosti hodnot P., získaných z filtrovaných procesů na prostorné orientaci a parametrech dvojic akcelerometrů oí»3, cC 4 jsou na uvedeném obrázku spojeny odpovídající body třemi lomenými čarami. Od teoretické nulové netěsnosti, zobrazené na obr. 5 bodem A £ 0; 1J • , narůstá s rostoucí hodnotou veličiny M poměr rozptylů Pj v závislosti na vzdálenosti akcelerometrů od místa vstřiku, na poloze tohoto vstřiku a na umístění akcelerometrů na dané trubce. Bod B £ O , O 8 4 ; O,728j podává informaci o citlivosti zkoumané metody /vzdálenost akcelerometrů od místa vstřiku L m 17,55 m, hmotnostní tok II • 0,084 gs" 1 /. Položíme-li P 2 « 2 jako diagnostickou mez zaručené informace o vzniku netěsnosti mezi tlakovými okruhy, pak lze naznačenou metodou měření a vyhodnocování fixovat netěsnosti 11 > 0,25 až 0,35 g s " 1 . Průběh funkce P 2 = f/M/ jednotlivých čidel při konstantní zátěži parního generátoru navíc naznačuje, Se sledování pouze jedné sifnifikantní veličiny náhodného signálu nemusí vždy být dostačujícím či dokonce zcela jednoznačným kritériem spolehlivé provozní diagnostiky parního generátoru. 4. Závěr - Signál akcelerometrů s odfiltrovanými nízkými frekvencemi /f Q "180Hz/ je nositelem informací o netěsnosti mezi tlakovými okruhy parního generátoru, protože děje spojené s míšením medií vyvolávají emisi rozruchů s frekvencemi převážně vyššími. - Poměr rozptylů signálů a šumu roste se zvětšováním průniku. - Frekvenční spektrum signálu je zesílením frekvenčního spektra šumu rozšířeného o nové vrcholy v oblastech vyšších frekvencí. - Intenzita signálu jen nepatrně- závisí na vzdálenosti čidla od místa netěsnosti. Na parním generátoru však lze nalézt místa s podstatná větší odezvou než mají místa jiná. Výběr je závislý na tvaru, tuhosti a velikosti součásti a jejím napojení na ostatní části parního generátoru. - Výsledky vibroakustické metody při experimentálním měření na parním generátoru 30 MW se sodíkem potvrdily její aplikovatelnost na parním generátoru v rámci provozní diagnostiky.
67
Literatura /I/ Natal O. a j.: Havarijní experiment na československém článkovém parním generátoru 30 MW pracujícím na zařízení BOH 60, Jaderná energie 26, 1980, č. 4, s. 150 / 2 / Dubšek F. a j . : Výzkum, vývoj a realizace sekcní článkové koncepce parních generátoru vytápěných sodíkem v První brněnské strojírně, Jaderná energie, 22, 1976, c. 8, s. 283 / 3 / Mátal O. a j . : Havarijní experiment na čs. článkovém parním generátoru pracujícím na BOR 60, diagnostika po experimentu a znovuuvedení parního generátoru do provozu, Výzkumná zprava Bo-ONT-Z-196-80, VTÍEZ Brno, srpen 1980 / 4 / Kunovský J., Anděl J., Koňařík M.: Vyhodnocení náhodných procesů systémem CIS 3OOO. Výzkumná zpráva Bo-ONT-ZP-207-80, VÚEZ Brno, prosinec 19C0 /5/ Kunovský J., Hatal"O., Rybníčeh J., Varvařovský F.: Statistické charakteristiky náhodných procesfi zrychlení zaznamenaných akcelerometry při havarijním experimentu na čs. článkovém parním generátoru pracujícím na BOR 60. Výzkumná zpráva PBO-ONT-ZP-223-81, VTÍEZ Brno, 1981
68
Obr. 1
Rozmístění akcelerometrů <**! až (K.6 a míst vstřiku VI až V3 na čs. článkovém PG
69
•*-
2
Obr. 2
a)
4
9
3
4
• * •
Bloková schéma měřícího řetězce
5
8
Hf
6
•
10
•
11
•*-
7
*-
B
->-
9
• 1
Obr. 3
Blokové schéma programovaného segmentu Vzorkování /3a/ a Statistika /3b/ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
70
- akcelerometr typ 8308 - předzesilovafi typ 2634 - zesilovač - měřicí magnetofon EMM 141 - homopropustný filtr / f Q « 180 Hz/ - zesilovač - analogově digitální převodník - magnetický buben - číslicový informativní systém CIS 3OOO - psací stroj - souřadnicový zapisovač
ft
4,0
I r
a)
o,s
0,0
Obr. 4
AI
J
/Ĺ kHz] f
Funkce spektrální hustoty náhodného procesu zrychlení před vstřikem /!/ a během vstřiku /III/ vody do sodíku pro akcelerometr p£ 3 /4a/ a ož^ /4b/
71
?
<* •¥
25", 33*,
b*
17-,55 m
C- 1 i
Xť
/
0,2.Sm /a.
5 /
H
*
J
——-
o
3
A
—
2
é
s./ pj
bi
U
Závislost bezrozměrné veliäiny P- • 6$ / <Sx na hmotnostním toku voäy do sodíku M - dM/dt
72
-—"""c
/ * *
•
5
//
?*
z
SYSTÉM KONTROLY TESNOSTI OCHRANNÍCH K R Y T B K O L E K T O R B PAROGENERÄTORU JADERNÉ ELEKTRÄRNY S REAKTORY TYPU V-213 Č prom.fyzik Miroslav Kawalec k.p. VÍTKOVICE - železárny a strojírny Klementa Gottwalda, Ostrava
1. Úvod Význačným prvkem komplexního systému diagnostiky komponent primárního okruhu jaderných elektráren je diagnostika /v jednodušší formě monitorování/ netěsností či líniků. U parogenerátorů jaderné elektrárny W E R - 440 je již v rámci standardního souboru kontrolních měřících přístrojů /tzv. KIP/ uplatněno několik takových systémů pro monitorování netěsností /úniků/. Jedním z nich je právě systém kontroly těsnosti ochranných krytů kolektorů parogenerátorů. Systém KPV má pro řádnou funkci a provoz parogenerátorů poměrně značný význam. Vzhledem k tomu, že pro systém KPV je znám strom poruch /systém je z hlediska funkce poměrně jednoduchý/ a jsou stanoveny diagnostické testy, můžeme o něm hovořit nejen jako o systému monitorování netěsností, ale dokonce v plné šíři jako o systému diagnostickém. Stávající provedení tohoto systému KPV má však řadu nevýhod, z nichž nejvýznamnější jsou složitá příprava systému k práci, složitá a zdlouhavá obsluha a manipulace se systémem během provozu parogenerátorů /PG/, možnost výskytu nesprávných indikací a možnost pozdní indikace průniku vodní páry či vody ze sekundárního okruhu do systému KPV. Pokud k takovémuto průniku dojde a jeho hodnota přesahuje stanovené množství vlhkosti, parogenerátor je nutno odstavit a provést technicky i časově velmi náročnou prohlídku event, i opravu systému KPV. Vzhledem k tomu, že základními požadavky kladenými na diagnostické systémy jsou vedle vysoké provozní spolehlivosti a jednoznačnosti výsledků také co možno nejjednodušší provoz a obsluha, je zpracován návrh úpravy systému KPV z přetlakového na vakuový, který splňuje požadavky výše uvedené. 2. Stávající řešení systému KPV /přetlakový systém plněný dusíkem/ 2.1 Účel_sv.stému_KPy Systém kontroly těsnosti ochranných krytů kolektorů parogenerátorů je určen pro kontrolu těsnosti ochranných krytů kolektorů I. okruhu v průběhu provozu PG. Ochranné kryty /obr. 1/ ochraňují základní materiál kolektorů /austenitická ocel O8CH18N1OT/ a oblast obvodového svarového spoje horní a střední části kolektoru od bezprostředního kontaktu s kotlovou vodou sekundárního okruhu na rozhraní voda - pára. Systém KPV byl na horizontálních parogenerátorech jaderné el ktrárny WER-440 zplatněn dodatečně na základě poznatků z provozu a jeho konstrukční řešení bylo postupně zdokonaleno až do dnešní podoby - proto např. konstrukční provedení ochranných krytů kolektorů na parogenerátorech jaderné elektrárny V-l a V - 2 jsou navzájem odlišná. Důvodem, proč je nutno chránit kolektory před stykem s kotlovou vodou na rozhraní voda - pára, je možnost výskytu štěrbinové koroze, koroze pod napětím i
73
dalších druhů korozního napadení. Při poklesu hladiny vody vlivem provozu PG dochází k usazování solí /mezi nimi i chloridů/ a dalších látek, obsažených v kotlové vodě, na povrchu kolektorů. Při opětovném stoupnutí hladiny se usazeniny rozpouští a v místach jejich výskytu vzniká lokálně velmi vysoká koncentrace látek, které umožňují a podporují vznik korozního napadení. Nepříznivým faktorem pro rozvoj koroze je rovněž opakování tohoto cyklu při provozu PG /kolísání rozhraní voda pára nelze zabránit/. 2.2 KonstrukCní_Brovedeníi_BřÍBrava_k_grovozu_a_re|im_Bráce_svstému KPV Systém KPV /obr. 2/ sestává z ochranných krytů kolektorů, kontrolního potrubí pro každý parogenerátor /jeho Sást se nachází uvnitř a část vně tělesa parogenerátoru/, oddělovacích armatur /ventilů/, kontaktního elektrického manometru s vývodem signálu na blokovou dozornu a z čidla signalizace vlhkosti. Za oddělovací armaturou jsou na základní linii i na linii pro plnění systému KPV a odběr vzorků namontovány snímatelné převleSné zaslepovací matice. Při provozu parogenerátoru je systém KPV zaplněn dusíkem pod přetlakem 0,39 + 0,098 Mpa /4 + 0 , 1 atp/. Při poklesu přetlaku pod 0,34 MPa nebo stoupnutí nad 0,44 MPa, což svědčí o porušení těsnosti systému KPV, vysílá kontaktní elektrický manometr zvukový nebo světelný signál. Systém KPV musí zabezpečit udržení tlaku /přetlaku/ dusíku na hodnotě 0,39 MPa s přípustným únikem ne větším než O,049 MPa za 1O dní. Těsnost systému se před uvedením PG do provozu prověřuje dvěma zkouškami: a/ heliovou zkouškou těsnosti přetlakovou metodou se speciální sondou /"čichačenT/. Přetlak helia v systému KPV při zkoušce činí 0,59 MPa. Zkoušku je nutno provádět 3 3 tak, aby bylo možno zjistit tínik v rozmezí 4,0 až 2 x 10 cm /rok v přepočtu na vzduch. b/ tlakovou zkouškou sekundárního okruhu PG s výdrží na přetlaku 4,6 - 5,5 MPa po dobu 3 hodin. V systému KPV, který je zaplněn dusíkem, je nutno udržovat po dobu tlakové zkoušky přetlak /vůči tlaku atmosférickému/ 0,39 MPa. K naplnění systému KPV se musí použít dusík o kvalitě odpovídající GOST 9293 - 74 s vlhkostí ne více než O,l g/ijjtt /při teplotě 20°C a tlaku 0,1 MPa/. Před zaplněním dusíkem musí být systém KPV odvakuován na tlak 133 Pa /I torr/. Po provedení tlakové zkoušky se dusík ze systému KPV profukuje přes násobu s hygroskopickým materiálem tak dlouho, až se přetlak sníží na hodnotu 0,2 - 0,25 MPa. Přípustné vlhkosti ve vypuštěném dusíku činí max. 1 g. Při rozhřevu parogenerátoru na pracovní teplotu je nutno systém KPV vakuovat na tlak 133 Pa. Pak musí být zaplněn dusíkem předepsané kvality /včetně požadavků na jeho suchost/. Po ustálení přetlaku v systému KPV na hodnotě 0,39 MPa se systém odpojí od tlakové nádoby nebo potrubí s dusíkem pomocí uzavírací armatury a nasadí se snímatelná záslepka. Potom se na kontaktním elektrickém manometru nastaví signální body 0,34 a 0,44 MPa. V okamžiku změny tlaku na tyto hodnoty musí být na blokové dozorně vyvolán výstražný zvukový nebo světelný signál. Při snížení přetlaku v systému KPV na nižší než přípustný /O,34MPa/ je nutno prověřit svarové a závitové spoje vně PG a odstranit netěsnost v systému. Při zvýšení přetlaku v systému KPV na vyšší než přípustný /O,44 MPa/ je nutno prověřit správnost funkce manometru. Pokud je v pořádku, je nutno urychleně odstavit PG z provozu. Přitom se musí prověřit přítomnost vlhkosti v dusíku způsobem níže uvedeným,
74
Jedenkrát za 10 dní je nutno provést kontrolu manometru srovnáním jeho funkce s manometrem kontrolním. Přitom je nutno provést přes linii odběru zkoušek vypuštění té části dusíku, která se nachází v potrubí systému KPV vně tělesa PG, což představuje cca 0,020 - 0,025 Nm dusíku. Odběru tohoto množství dusíku odpovídá pokles přetlaku v systému KPV o 0,064 - 0,078 IlPa. Při zjištění více jak 10 g vody /vlhkosti/ v odebraném vzorku je nutno provést odstavení PG a jeho revizi. Při menším množství vody, což může být ddajně způsobeno náhodně vytékající vláhou zároveň s dusíkem, je nutno vypustit všechen dusík, systém KPV znovu naplnit dusíkem a během 10 dní opakovat kontrolu /pokud se mezitím znovu nevyskytne signál manometru nebo signalizátoru vlhkosti/. Kontrolu vlhkosti vypuštěním uvedeného množství dusíku je nutno provést také v případě, kdy se vyskytl signál od čidla signalizátoru vlhkosti. Po odstavení PG z provozu v důsledku překročení povoler»4ho přetlaku nebo výskytu vlhkosti v systému KPV následuje hledání netěsnosti. Po zjištění místa netěsnosti, ale i v případě že se toto nepodařilo přičemž zvýšení tlaku nebo přítomnost vlhkosti v systému byly prokázány, nutno provést výřez oken v ochranném krytu kolektoru, vizuální prohlídku a odběr vzorků z povrchu kolektoru pod ochranným krytem. Pokud jsou při kontrole zjištěny nepřípustné vady na základním materiálu nebo na svarovém spoji kolektoru, nutno ochranný kryt sejmout, vady opravit a ustavit nový ochranný kryt,což je technicky i časově velice náročné. 2.3 Nev£hody_stáva}ícího_sy^tému_KPV Přesný matematicko-fyzikální popis termodynamických dějů a procesů průniku vody a páry netěsnostmi v systému KPV není prakticky možný. I poměrně hrubý model, jehož podrobný popis však není v této přednášce z důvodu omezeného rozsahu možný, nám však dovoluje konstatovat, že řada požadavků a kriterií, stanovených projektantem PG a uvedených v kapitole 2.2, neodpovídá fyzikální skutečnosti a často si i protiřečí. a/ Jde zejména o tu skutečnost, Se na jedné straně se od systému KPV vyžaduje těsnost v rozmezí úniků 4,0 až 2 x 10 cm /rok v přepočtu na vzduch, prověřovaná heliovou zkouškou těsnosti, a na druhé straně se připouští při pracovním režimu tfnik 0,049 MPa za 10 dní, což odpovídá netěsnosti daleko vyšší. Kovněž výskyt 1 g vody /vlhkosti/ v dusíku vypuštěném po tlakové zkoušce o 10 g vody /vlhkosti/ v 0,020 - 0,025 Nm dusíku vypuštěného po 10 dnech normálního provozu PG /horní provozní limity/ není ani řádově v relaci s těsností, požadovanou a ověřovanou při heliové zkoušce systému KPV. b/ Ke vzrůstu přetlaku v systému KPV o 0,049 MPa /t.j. na hodnotu 0,44 ilPa/ během doby kratší než 10 dnů může dojít pouze při destrukci svarového spoje nebo základního materiálu trubky systému KPV či při výskytu tak velké netěsnosti, kterou pronikne do systému KPV několik kg vodní páry event, vody. Ta část systému KPV, která je vně. tělesa PG v prostoru kobky parogenerátorů, kde je během provozu teplota max. 60°C, funguje totiž jako kondenzátor. Při průniku řádově několika gramů /více než cca 2,5 g/ až stovek gramů páry či vody ze sekundárního okruhu do systému KPV bude v tomto systému parciální tlak vodní páry odpovídat tlaku nasycené vodní páry při 60°C, t j . 0,0199 MPa a celkový tlak /přetlak/ pak 0,41 MPa /tj. abs. tlak 0,51 MPa/. Nebezpečný průnik /z hlediska možného vzniku vad na kolektoru pod ochranným krytem/ až stovek gramů vodní páry event, vody může být tedy odhalen teprve po 10 dnech při pravidelné kontrole.
75
o/ K vlastní heliové zkoušce těsnosti systému KPV je nutno podotknout, že je k tomuto ričelu zvolena metoda přetlaková s tzv. "očicháváním", která neumožňuje zjistit integrální těsnost celého systému, má nejnižší citlivost a je značně závislá na zodpovědném přístupu pracovníka, který zkoušku provádí. Jak již bylo v úvodu uvedeno, vlastní příprava k práci a manipulace a obsluha systému během provozu PG jsou pracné a velmi zdlouhavé/napouštění a vypouštění dusíku, nutnost pravidelné kontroly každých 10 dní čta./. Výsledek může být ovlivněn neopatrnou manipulací při napouštění Si vypouštění dusíku, kdy může dojít k přisátí vzdušné vlhkosti. Závažnou nevýhodou je také ta okolnost, že vodní páru či vodu proniklou do systému KPV není možno /vzhledem ke skutečnostem výše uvedeným/ včas odstranit a zabránit tak překročení povolených limitů, po nichž následuje revize včetně výřezů oken do ochranných krytů kolektorů, a to i tehdy když netěsnost se nepodařilo nalézt. 3. Navrhované řešení systému KPV /vakuový systém/ 3.1 Konstrukční_řešeníi_2ř£grava Návrh konstrukčního uspořádání vakuového systému je na obr. 3. Celá část systému KPV uvnitř parogenerátoru zůstává beze změny. Na potrubí systému KPV vně PG co nejblíže k tělesu' PG se připojí pomocí vakuových spojů termoměrka /4/ a elektrický vakuoraěr /5/ s nastavitelným spínacím tlakem, jakož i dvoustupňová olejová rotační vývěva. Rotační vývěvu, elektrický vakuoměr i vývod potrubí systému KPV, uzavřený záslepkou /8/, lze oddělit pomocí ventilů /7/ od systému. Signál z termoměrky je vyveden na vakuoměr, umístěný na blokové dozorně. Při překročení nastaveného spínacího tlaku je dávána zvuková nebo optická signalizace. Tlak, měřený vakuoměrem, je možno průběžně zaznamenávat na lineárním zapisovači a vyhodnocovat tak natékací křivky. • Vzhledem k tomu, že potrubí systému KPV uvnitř PG má u československých parogenerátoru nominální vnitřní průměr 13,2 mm /trubky 16 x 1,4 mm/ a délku přibližně 10 m, je pro tlak 133 Pa /I torr/ jeho vodivost L = 5,1 x lo" 1 . s" 1 , tj. 1,85 m 3 /h /pro vzduch při 20°C/. Pro každý PG postačuje proto plně dvoustupňová rotační vývěva o čerpací rychlosti S • 4 - 5 m /h. Celková efektivní čerpací rychlost činí pak pro vzduch při 20°C S&£ = 1,30 - 1,35 m /h, pro vodní páru /nutno čerpat s otevřeným ventilem gassbalastu u rotační vývěvy/ při 20°C S ß f - 2,25 - 2,34 m 3 /h. Pokles čerpací rychlosti s rostoucí teplotou je pro náš případ vzhledem k uvažovanému teplotnímu intervalu nepodstatný. Jako spínací tlak pro elektrický vakuoměr zvolíme tlak 133 Pa /I torr/. Tento tlak odpovídá průniku řádově 0,016 g vodní páry či vody a nedochází při něm ještě ke kondenzaci vodní páry v žádné části systému KPV. Signál elektrického vakuoměru současně při dosažení uvedeného tlaku zapojí rotační vývěvu, která započne systém KPV odčerpávat. Pro výše uvedené hodnoty S _ dostáváme při tlaku 133 Pa množství vodní páry, odčerpané rotační vývevou za jednotku času, rovné Q = 8,3 x 10~ 2 - 8,6 x lo" 2 Pa.itŕ'.s"1 /6,25 x lo" 1 6,50 x 1O~
torr . 1 . s~ /. Pokud se v systému KPV vyskytne netěsnost menší nebo
rovná výše uvedeným hodnotám Q, je možno odčerpáváním systému KPV rotační vývěvou
76
zabránit vzrůstu tlaku nad hodnotu spínacího tlaku vakuoméru /tj. 133 Pa/ a parogenerátor provozovat až do nejbližší plánované odstávky. -6 ' 3 -1 Maximální dovolená integrální netěsnost systému KPV činí 6,7 x 10 Pa.m .s /5 x 10~ torr.1.s" / pro helium, což představuje 2 x 10 cm /rok v přepočtu na vzduch při normálních podmínkách. Při integrální heliové zkoušce těsnosti u výrobce se v praxi dosahuje těsnosti 10 - 10 Pa.m .s~ , tj. o 3 až 4 řády vyšší, než je vyžadováno. Zkouška se provádí metodou vakuovou /vakuum uvnitř systému KPV/ s heliovou atmosférou uvnitř pláště PG /100 % helia, abs. tlak 0,2 řIPa/. Délka expozice min. 30 minut. V systému KPV se při zkoušce dosahuje vakua 10~ - 1 Pa. Po smontování celého systému KPV na jaderné elektrárně je nutno heliovou zkoušku těsnosti provést znovu. Zkouška se provede opět metodou vakuovou, nyní ovšem s ofukováním jednotlivých spojů systému heliem nebo umístěním obalu z polyetylénové folie na tyto spoje s vytvořením heliové atmosféry pod obalem. Při rozhřevu parogenerátoru na pracovní teplotu se provede vakuování systému KPV na tlak nižší než 1 Pa. Systém KPV se při tomto vakuování dokonale odplyní. Pak se nastaví spínací tlak na vakuoměru /signální bod/ na hodnotu 133 Pa. Prověří se, zda se při dosažení uvedené hodnoty tlaku objeví výstražný signál na blokové dozorně a zda se automaticky rovněž 2apojí vývěva. Pro tyto práce je výhodné instalovat na místo záslepky / 8 / na potrubí systému KPV jehlový ventil vhodné velikosti nebo alespoň ventil zavzdušňovací. Při uvedení parogenerátoru do provozního stavu se změří nátékací křivka systému KPV a porovná s teoretickou, stanovenou výpočtem z celkové netěsnosti systému, ověřené při heliové zkoušce, a ze známých provozních parametrů. Tlak v systému KPV musí být pravidelně sledován. Měření nátékací křivky je možno kdykoliv opakovat a vyhodnocovat na lineárním zapisovači. Pokud vzrůst tlaku odpovídá původní nátékací křivce, je možno systém KPV znovu odčerpat tak, aby nedošlo k překročení nastaveného spínacího tlaku 133 Pa. Když v systému KPV vznikne během provozu PG netěsnost, dojde ke vzrůstu tlaku nad hodnotu 133 Pa a na blokové dozorně se objeví výstražný signál, přičemž se současně automaticky zapojí vývěva. Ta opět sníží tlak pod hodnotu 133 Pa. Parogenerátor je přitom možno i nadále provozovat. Pouze v případě, kdy ani po zapojení vývěvy nelze zabránit vzrůstu tlaku nad hodnotu 133 Pa, tj. při existenci velké netěsnosti v systému KPV, je nutno parogenerátor odstavit. 3.2 V^hgd^_navrhoyaného_řešení_SYStému_KPV Jak vyplývá z popisu v kapitole 3.1, je uvedení vakuového systému KPV do provozu i jeho obsluha při provozu velmi jednoduché. Je možno spolehlivě a prakticky okamžitě zaregistrovat vznik netěsností v systému KPV a zapojením vývěvy zabránit vzrůstu tlaku a tím i shromažďování vodní páry a vody v systému. Parogenerátor může přitom být provozován až do nejbližší plánované odstávky, Spoje systému KPV vně parogenerátoru je v případě nutnosti možno prověřit bez odstavení PG heliovou zkouškou těsnosti - heliový hledač se připojí k linii systému KPV uzavřené záslepkou / 8 / . Jedině při výskytu tak veliké netěsnosti, že ani odčerpávání systému KPV nemůže zabránit vzrůstu tlaku nad hodnotu 133 Pa, musí být parogenerátor odstaven.. Vakuový systém spolehlivě zabraňuje styku vodní páry či kotlové vody s povrchem kolektorů pod ochranným krytem a tím i výskytu vad. Nebude tedy nutno
77
provádět pracné a zdlouhavé revize a opravy ochranných krytů a kolektorů, což představuje značný přínos jak z hlediska zvýšení pohotovosti parogenerátorů, tak i z hlediska nákladu na provoz a údržbu. 4. Záver Výhody vakuového systému KPV ve srovnání se systémem přetlakovým, plněným dusíkem, jsou zcela evidentní. Domníváme se proto, že je žádoucí, aby provozovatelé jaderné elektrárny /EBO, EDU/, generální dodavatel technologie /ZVE SKODA/ a výrobce PG /VÍTKOVICE/ předložený návrh komplexně posoudili a projednali pak se sovětským partnerem, který je projektantem i dodavatelem systému řízení jaderné elektrárny.
78
Obr. 1
Kolektor I . okruhu s ochr. krytem
OCHft.fcftYT KOLEKTORU
OBVQPOVy 3VAR
lMOL6K.TOft.ZI
VÍTKOVICE-ŽELEZÁRNY A STROJÍRNY KLEMENTA GOTTWALDA národní" podnik OSTRAVA 6
List
79
Obr. 2
Systém KPV, s t á v a j í c í
provedeni
SIGNALIZACE VLHKOSTI
MANOMCrR TYPO 5KTTTTM-»oo-iM%fc-cr
i SV# TEL NÝ NSftO ZVUKOVÝ v StfiWXL NA 0ĹOKOVC P920HHE
O
DUSl'KU, HELIA OPi̫.
i
UCPÁVKA
VÍTKOVICE-ŽELEZÁRNY A STROJÍRNY KLEMENTA GOTTWALDA
národní' podnik OSTRAVA 6
80
List
Obr. 3
Systém KPV - navrhovaná řešení
1... HORKY KOLEKTOR 3 . . . POTftU»! SYSTÉMU
If... TEHMOMÍRKA.
VTSTIA2Nr Stft NA tLOKO VOU DOZ.
51... VAKUOMřft S TLAKOVÝM 5PIWAC*feM £... ROTAČNÍ' 7. .. VCWTILV 8 . . . ZÁSLEPKA
VÍTKOVICE-ŽELEZÁRNY A STROJÍRNY KLEMENTA GOTTWALDA národní" podnik OSTRAVA ó
List
81
s t
GEOMETRICKÍ? PŘESHOST A JEDNOZNAČNOST LOKALIZACE AKUSTICKÝCH ZDROjB V ROVINĚ František Jonák, prom. fyz. - Ústav jaderného výzkumu, Řež Ing. Jiří Merta, Ing. Václav Svoboda, Sigma Modřany, Praha
Předpoklady: Změřením časové diference příchodu signálu z akustického zdroje k-e dvěma snímačům určíme větev hyperboly, na které zdroj leží. Body, v nichž jsou umístěny snímače, jsou ohniska hyperboly. Při použití více snímačů určíme více větví hyperbol a zdroj lokalizujeme do jejich společného bodu. Použijeme zjednodušujících předpokladů: 1/ Zdroj i snímače se nacházejí v jediné rovině nebo rozvinutelné ploše. 2/ Akustický signál má tvar impulsu,, šíří se zezdroje současně všemi směry, přímočaře, konstantní rychlostí a bez út;X umu. 3/ Doby příchodu signálu ke snímačům měříme s absolutní přesností. Za těchto předpokladů je přesnost a jednoznačnost lokalizace problémem ryze geometrickým, je závislá jen na počtu a rozmístění snímačů a na poloze zdroje. Dva snímače: Přesně a jednoznačně lokalizujeme v jednom rozměru body, ležící na dsečce mezi snímači. Zanedbání druhého rozměru zjednodušuje plošnou lokalizaci na lokalizaci lineární. Nepřesnostlokalizace je dána nejen neurčitostí polohy zdroje v druhém rozměru, tuto nepřesnost vědomě připouštíme, ale je snížena i přesnost v prvém rozměru. Použití je možné u objektů převážně lineárních, ku př. u potrubí, postačf-li nám lokalizovat zdroj pouze v délce potrubí. Potrubí mezi snímači A a B rozvineme dle obr. 1. Dostaneme obdélník o délce 1 a šířce Td, kde d je průměr potrubí. V obdélníku je naznačeno několik lokalizačních hyperbol. Je-li akustický zdroj ku př. na větvi hyperboly, vyznačené silnou čarou, je jeho poloha v délce určena souřadnicí x + 4 x. Nepřesnost £ x je po délce 1 proměnná, v desetinásobném zvětšení je zakreslena v grafu v horní části obrázku. Pro zdroje, lokalizované kritickou hyperbolou, označenou k, nabývá nepřesnost Ax největší hodnoty ^ xmax* Velikost 4 x max Z 3 i s t * m e z grafu na obr. 2., kde po hodnotu d/1 vyhledáme příslušné ^Xjnajj/1» P° vynásobení 1 dostaneme ^xmaxV blízkosti snímačů je A x malé, ale jen při lokalizaci zdrojů, ležících v obdélníku. Lokalizaci zdrojů, lesících vně obdélníka, ku př. v bodě Y, musíme vyloučit. Někdy je vyloučení dáno tím, že vně obdélníka zdroje neexistují, nebo tím, že se vzdáme lokalizace zdrojň v úseku x. . Velikost x. určíme též z grafu na obr. 2. pomocí vztahu x. = 2 A x . Jinou možností je přidání dalšího snímače. Umístíme-li třetí snímač vlevo od A do bodu C, lokalizujeme body vlavo od A, tedy i bod Y, dvojicí snímačů A a C. Průběh A x po délce BC je zakreslen v obr. 3. slabou Čarou. Můžeme však lokalizovat i dvojicí snímací! P a C, pru ní je průběhAx zakreslen čárkovaně.
83
Vhodným výběrem dvojic AB, AC a BC pro lokalizaci jednotlivých zdrojů dosáhneme zlepšení průběhu A x , vyznačeného silnou čarou. Snímačů můžeme do jedné řady přidat i více, tím přesouváme A*max i problém zdrojů vně obdélníka ke krajním snímačům řady. Je možné, že zde velikost ů x m a x ani zdroje vně obdélníka nejsou na závadu. V opačném případě je nutno použít plošné lokalizace, k té je třeba minimálně tří snímačů. Tento počet snímačů máme k dispozici, důležité je jejich umístění. O tom je pojednáno dále. Tři snímače: Lokalizace je plošná, v obou rozměrech absolutně přesná. Je ale možné, že někdy je dvojznačná nebo mnohoznačná. Výsledkem jsou dva body, nebo nespočetná množina bodů, a žádným způsobem nelze rozhodnout, ve kterém z nich se akustický zdroj nachází. Dvojznačně nebo mnohoznačně lokalizované body zaujímají v rovině při každém rozložení snímačů zcela určitá místa. Na obr. 4. jsou snímače v bodech A, B a C. Dvojice sdružených bodů, to jest bodů, jejichž lokalizace je navzájem dvojznačná, leží v oblastech, vyznačených šrafovaním. Vždy jeden bod je v hustě a druhý v řídce šrafované části téže oblasti. Body na hranici oblasti jsou sdruženy s body v nekonečnu. Body, ležící v oblasti ve vrcholech trojúhelníka snímačů a na polopřímkách prodlužujících strany trojúhelníka, vyznačených slabými čarami, jsou lokalizovány jednoznačně. Hranice oblastí jsou jediná křivka pátého stupně, která má tři větve a tři asymptoty. Přesná konstrukce je pracná, zpravidla stačí přibližný odhad. Nejprve sestrojíme asymptoty. Ty probíhají vždy rovnoběžně se stranami trojúhelníka v jedné čtvrtině výšky. Hranice zakreslíme přibližně dle obr. 4. až 8. Na obr. 5. hranice při pravém úhlu přesahuje nepatrně asymptoty a konverguje k nim z opačné strany. Na obr. 6., při úhlu 125° je přesah větší a hranice se přibližně dotýká protilehlé strany trojúhelníka. Přibližně proto, že průběh hranice je, i když jen v malé míře, závislý na poměru stran trojúhelníka. Při ještě větším úhlu, 170° dle obr. 7., nabývá část hranice tvaru kružnice. Průměr kružnice je přibližně jedna čtvrtina průměru kružnice, opsané trojúhelníku. Hustě šrafované oblasti při dalších dvou vrcholech jsou tak úzké, že na obrázku nejsou znatelné. V mezním případě, při úhlu 180° dle obr. 8., mění se trojúhelník v úsečku. Body, ležící na úsečce mezi krajními snímači, vyznačené tenkou čarou, jsou lokalizovány jednoznačně. Koncové body úsečky a body na polopřímkách, prodlužujících úsečku, vyznačených silnými čarami, lokalizujeme mnohoznačně. Můžeme pouze určit, na které polopřímce zdroj leží. Všechny ostatní body roviny jsou lokalizovány dvojznačně. Sdružené body jsou rozloženy symetricky dle přímky snímačů. Mnohoznačné výsledky eliminujeme rozložením snímačů, nesmí ležet v přímce. Dvojznačné lokalizace existují při použití tří snímačů vždy. Pokud se nějakým způsobem neomezíme na lokalizaci v místech, kde je jednoznačná, musíme použít čtvrtého snímače.
84
Čtyři snímače:
,
Eliminace dvojznačných lokalizací je principiálně jednoduchá. Máme-li k dispozici čtyři snímače, můžeme z nich vybrat čtyři různé trojice. Je-li lokalizace pomocí některé trojice dvojznačná, předpokládáme, že při použití jiné trojice bude jednoznačná. Běžně se v literatuře' uvádí, že čtvrtým snímačem dvojznačné lokalizace odstraníme. Toto tvrzení je však nutno upřesnit. Může totiž nastat případ, kdy lokalizace některého zdroje, pomocí kterékoliv trojice, dává vždy tentýž dvojznačný výsledek. Dvojznačně lokalizované body zaujímají v rovině zcela určitá místa v závislosti na rozmístění snímačů. Jsou-li dle obr. 9., umístěny v rovině čtyři snímače v bodech A, B, C a D, jsou dvojznačně lokalizovány akustické zdroje, ležící na dvou silně vyznačených křivkách, s výjimkou bodů P a Q. Ty jsou lokalizovány jednoznačně. S každým bodem křivky je sdružen bod, ležící na téže křivce na opačné straně od bodu P nebo Q. Koncový bod křivky dvojznačnosti je sdružen s bodem téže křivky v nekonečnu. Obě křivky jsou částí jediné křivky šestého stupně, která má dvě větve. Zbývající částí této křivky jsou vyznačeny slabou čarou. Přibližně je možno křivky dvojznačnosti sestrojit takto: Prodloužíme strany čtyřúhelníka snímačů AB a CD tak, že se protnou v bodě P. Öhel při P rozpůlíme na dva tíhly, označené ot . Půlící rameno aproximuje křivku dvojznačnosti na jedné straně od bodu P. Na opačné straně pokračuje plynulou křivkou do koncového bodu. Ten určíme tak, že sestrojíme rovnoběžky se stranou AB v jedné čtvrtině výšky strojtíhelníků ABC a ABD. Dále sestrojíme rovnoběžky se stranou CD v jedné čtvrtině výšky trojúhelníků ACD a BCD. Koncový bod leží přibližně ve středu rovnoběžníka, vymezeného rovnoběžkami. Analogicky sestrojíme křivku dvojznačnosti, procházející bodem Q. Z obr. 10. je zřejmé, při větším tíhlu při vrcholu C, zde při 125°, je aproximace méně přesná. Křivky dvojznačnosti jsou vyznačeny silnou čarou, jejich aproximace slabou čarou. Při ještě větších úhlech zmenšuje se dále přesnost aproximace, jak je zřejmé z obr. 11., nakresleném pro úhel 170°. Limitním případem je úhel 180°, kdy se dle obr. 12- mění čtyřúhelník snímačů v trojúhelník čtyř snímačů. Křivky dvojznačnosti zanikají a všechny body jsou v rovině lokalizovány jednoznačně. Stejně je tomu. i dle obr. 13., kde čtvrtý snímač leží v trojúhelníku snímačů. Zvláštním případem je lichoběžník snímačů dle obr. 14. Můžeme sestrojit jen jedinou křivku dvojznačnosti, všechny dvojznačně lokalizované body roviny leží pouze na této jediné křivce. Je-li čtyřúhelníkem snímačů rovnoběžník, dle obr. 15. kosodélník, kosočtverec, obdélník nebo čtverec, nelze sestrojit žádnou křivku dvojznačnosti a všechny akustické zdroje v rovině jsou lokalizovány jednoznačně. Zvláštním případem jsou čtyři snímače, ležící na jediné úsečce dle obr. 16. 0 nich platí vše, co o třech snímačích na úsečce dle obr. 8. čtvrtý snímač je nadbytečný. Tvrzení o eliminaci dvojznačných lokalizací pomocí čtvrtého snímače upřesníme takto:
85
Dvojznačné výsledky lokalizace prováděné trojúhelníkem snímačů, na obr. 17plné kroužky, eliminujeme úplně jen tehdy, umístíme-li čtvrtý snímač do ploch vymezených prodlouženými stranami trojúhelníka nebo do plochy trojúhelníka nebo na hranice těchto ploch, vyznačených šrafovaním, nebo do bodu, vyznačených prázdnými kroužky, které doplňují trojúhelník na rovnoběžník. Stručněji lze říci : Všechny akustické zdroje v rovině lokalizovány pomocí čtyř snímačů jednoznačně tehdy a jen tehdy, je-li obrysem snímačů trojúhelník nebo rovnoběžník. Pět a více snímačů: Máme-li v rovině pět snímačů v bodech A, B, C, D a E , je těmito body určena kuželosečka. Je-li touto kuželosečkou hyperbola a leží-li všechny snímače na její jediné větvi, jako ku př. na obr. 18., kde je hyperbola naznačena slabou čarou, existují v rovině vždy dva sdružené body, jejichž lokalizace je navzájem dvojznačná. Tyto dva body, označené dvojitými kroužky, jsou ohniska hyperboly. Je zřejmé, že i větším počtem snímačů, pokud leží všechny na jediné větvi hyperboly, lokalizujeme dvojznačně akustické zdroje, ležící v ohniskách této hyperboly. Zvláštním případem je pět nebo více snímačů, z nichž alespoň tři leží v přímce a alespoň jeden mimo tuto přímku. Jimi lokalizujeme všechny body roviny jednoznačně. Zvláštní je též případ, kdy všechny snímače leží na jediné úsečce. Zde platí totéž, co pro tři snímače na úsečce dle obr. 8. Mimo tří jsou všechny ostatní snímače nadbytečné. Závěr Všechna uvedená tvrzení jsou absolutně platná. Tvrdíme-li, ku příkladu, že je některé řešení dvojznačné, neexistuje způsob, jak mezi oběma výsledky rozhodnout. Nebo, je-li řešení jednoznačné, musí existovat způsob, jak je nalézt. Přibližné konstrukce jsou odvozeny z přesných, také obrázky jsou v mezích kresličských chyb přesné. Samozřejmě je nutné, snažit se v praxi vždy co nejvíce přiblížit předpokladům, uvedeným úvodem.
86
Obr. 1.
t
0.6
f
0.5
0.4
0.3
y
0.2
/
/
/
/
/
/
0.1
005
*«««/|
0.15
Obr. 2 .
87
Obr. 5 .
88
Obr. 8 .
89
Obr.
90
Obr. 13.
Obr. 12..
Obr. 14
Obr. 15.
91
Obr. 17.
Oto. 18.
92
APLIKACE TEORIE ROZPOZNÄVÄNÍ OBRAzB V DIAGNOSTICE JADERNÍCH ELEKTRÄREN Ing. Jaroslav Čech, CSc. ÖJV Rež
V referátu je zvažována problematika aplikace teorie rozpoznávání obrazu diagnostikování obecné jaderné elektrárny jako celku i jejich systémů a podsytémů. Jsou uvedeny potřebné pojmy pro řešení úlohy, nezbytné charakteristiky diagnostikovaného objektu, schéma systému pro rozpoznávání obrazů, sestavování jednotek dat, výběr odpovědi, determinace vhodné informace a základní dva druhy organizování systému rozpoznávání. Dále jsou uvedeny metody učebních výkonů, posouzení lineárních a nelineárních modelů a jsou formulovány problémy aplikovaného výzkumu s naznačením možné aplikace pro jaderné elektrárny. Klíčová slova: OBRAZ, ROZPOZNÁVÁNÍ, SYSTÉM, DIAGNOSTIKA, ADAPTABILNÍ, DETERMINACE, POČÍTAČ, MODEL, MNOŽINA, PARAMETR, LINEÄRNÍ, NELINEÄRNÍ, PARAMETRICKÍ, SAMOUČENÍ, PERCEPTRON. Zpracováním optimálního modelu diagnostikovaného zařízení je k dispozici základní podmínka pro tvorbu specializovaného systému rozpracování obrazů. Můžeme předpokládat, že dosud nediagnostikovaný systém nepředává v důsledku rušivých vlivů žádné informace dle vztahu
fx i 5 f A, kde
A/
x^ je výstupní znak o stavu objektu A
je výsledek rozpracování, čili odpověa diagnostické soustavy.
Neurčitost vztahu x. a A je potom maximální, což lze vyjádřit vztahem ' H (x, A j i
m
max H (x, A J
/2/
Očekávaný cíl, tj. předávaná informace pak odpovídá výrazu T(x, AJ r O
.....
/3/
Aby byl tento nežádoucí stav postupně zlepšován k určité míře spokojenosti, je nezbytné zvyšovat uspořádanost diagnostikovaného systému a potlačovat prosazování se druhého zákona termodynamiky. Jestliže lze stav objektu v každém okamžiku popsat znakem X » x,, x 2 , ..., x , což je v podstatě n- rozměrný vektor výstupních znaků objektu v prostoru indikací, je úkolem tuto situaci přiřadit určité třídě poruch w^, W j , ..., w . Diagnostický proces je možno z hlediska teorie rozpoznávání obrazů charakterizovat následujícími prvky: 1. složitý diagnostický objekt, popsaný značnou mohutností množiny X jako výstupního znaku objektu, množiny Z jako vstupního znaku objektu, a množiny S, představující všechny stavy objektu. Dále se pak vyžaduje charakteristika funkcí vazby mezi parametry na rozdíl od dostatečných předběžných informací o vnitřních stavech a blokovém schématu konkrétního objektu, které zpravidla neexistují. 2. působící vnější vlivy na objekt, které jsou převážně rušivého charaktaru. Takovým
93
nežádoucím vlivem může být v případě složitých systémů i subjekt, zejména ve stresových situacích. 3. systém rozpoznávání obrazů, který je po stránce hardwaru obvykle sestaven ze vstupních převodníků, vyhodnocovacích a rozhodovacích bloků, komparátorů rozhodnutí, výstupních převodníku, interface atd. Zanedbáme-li jinak funkčně důležité detaily systému pro rozpoznávání obrazů, lze obecné schéma vyjádřit dle obr. 1. Tok informací tvoří množina tříd stavů /12/, uzavřený prostřednictvím bloku /7/, znázorňujícím okolní prostředí a produkující nejen rušivé vlivy /8/, ale i korekce subjektu /9/. Zpětná vazba je tvořena vazbou učení /10/. Předpokládejme, že znázorněný systém je inteligentní a má schopnost se organizovat v důsledku programovaného a opakovaného diagnostikování. Cílem pak je výběr a presentace správné odpovědi pro každou určitou situaci. Pro tento, již více vymezený proces je nezbytné definovat základní podmínky a pojmy. Rozpoznávání obrazů /character recognition/ je v podstatě automatická identifikace znaků vyjádřených soustavou signálů. Dále je speciálním případem automatické kategorizace signálních obrazů obecnějších a složitějších objektů. Znaky jsou potom elementární jednotkou dat, rozlišitelnou v rámci daného zpracování, a presentovány mohou být např. skupinou bitů a ve vnější formě dvojkovým číslem. Odpovídá-li znak některému ze symbolů vnějšího kódu, lze jej vyjádřit příslušným grafickým symbolem. Sestavujeme-li jednotky dat, vyžadujeme, aby data byla vyjádření skutečnosti a byla schopná přenosu a zpracování. Strojově orientované dělení pak může mít hierarchii, bit, slovo, blok, svazek, a aplikačně orientované dělení začíná znakem a pokračuje položkou, větou a souborem. Výběr správné odpovědi soustavy vyžaduje doplňující informaci o správnosti přiřazení stav - odpověd. Tuto informaci lze získat od učitele z okolního prostředí / 7 / formou zpětné vazby /10/. Následkem toho se snižuje a odstraňuje kvantitativní neurčitost, a vzniká pohyb k mezním hodnotám: H ( X , A J i — • O, a T (X, A J±—•- max T (X, A).
/4/ /5/
Tím samozřejmě vyžadujeme, aby přírůstek informace odpovídal požadavku T X, A s» O. /6/ Za informaci důsledně považujeme míru množství neurčitosti nebo nejistoty o nějakém náhodném ději, odstraněné realizací tohoto děje a získáním výsledku. Neprázdná množina výsledků náhodného děje T je konečná s pravděpodobností p(t)výsledku t ( T . Je nutno upozornit, že se jedná o podmíněnou pravděpodobnost tím, že již nastal výsledek. Každému výsledku pak přiřazujeme reálné číslo I(t; po splnění požadavků: 1. I(t)je spojitou funkcí pravděpodobnosti pit) 2. jestliže pravděpodobnost p(t)klesá, tím více se sníží neznalost jevu, I(t) je klesající funkci p(t) 3. v případě současnosti dvou výskytů výsledků (t, yt Tj je poskytnutá znalost rovna součtu znalostí. Je-li množina T konečná, lze informaci definovat jako reálnou nezápornou neklesající funkci argumentu p(t)vztahem
94
I(tj= I [p (ti] = - log p (t), kde: (O ť p(t) ^ 1). Je-li množina T interval, nahrazuje se p pomocí p(tja potom: I(tJ- l[f(tj]= - log f (t)
PI
/8/
Pro ostatní informace v rozpoznávacím systému rovněž platí uvedené zásady a pro vyloučení hrubého omylu se doporučuje průběžná kontrola. V procesu diagnostikování se navíc předpokládá, že: 1. na samotný složitý diagnostikovaný objekt během diagnostikování nepůsobí rušivé vlivy 2. opravy, seřizování a konečné úpravy se provádí před nebo po diagnostikování. V problematice rozpoznávání obrazů se zatím nebudeme zabývat zvláštním případem statistického modelu, kterým je deterministický model. Důvodem je náhodný charakter většiny rozpoznávaných objektů i jeho procesů. Öloha je plnitelná i přes zašumění a nedostatek předběžných'informací o složitém diagnostikovaném objektu. Systém rozpoznávání obrazů může být organizován dvěma způsoby: a/ učeni s učitelem b/ samoučení. Předpokladem prvního případu rozpoznávání, tj. učení s učitelem probíhá při rozpojené kladné zpětné vazbě /10/, učební výběr je reprezentativní a učitel ovládá správnou klasifikaci situaci. Potom lze řešit tři známé úlohy: 1. úloha " Sd , X, R Š ", kde ž>2=|w,. w, ..., w l j e daná množina tříd stavů, X = {x,, x 2 , ..., x \ je množina výstupních znaků objektu, R je daná přípustná velikost ztrát vyvolaných chybným rozpoznáváním, a je tzv. diskriminační funkce /rozhodovací pravidlo/. Tato funkce za zvláštních okolností zajistí rozpoznání prvků množiny Si v prostoru příznaků X s maximálními ztrátami R. 2. úloha " íč? , X, S , Ř ", kde uvedené symboly označují tytéž množiny a jevy. Při daných Sp , X a h se v podstatě odhadují očekávané ztráty R. Úloha se obvykle zkoumá jako úloha pomocná. 3. úloha " Si , S , R, x ", při které se hledá takový znak X, který by zabezpečil pro systém rozpoznávání obrazů maximální informaci dle vztahu /5/. Za zvláštní okolnosti při řešení úloh je považována co největší jednoduchost a nenáročnost realizace ve formě strojového algoritmu nebo speciálního zařízení. Druhý případ rozpoznávání, nazvaný organizování samoučením, vyžaduje kladnou zpětnou vazbu uvnitř systému rozpoznávání. Dle obr. 1 ji uskutečňuje komparátor rozhodnutí /3/, plnicí funkci bloku hodnocení efektivnosti výsledku. V prostoru příznaků X se zdá množina S /množina všech stavů objektu/, která se pomocí diskriminační funkce o rozdělí na určitý počet vybraných prvků množiny 52 , aby se nepřekročily povolené ztráty R. Pokud však neproběhlo žádné předběžné učení, nelze proces samoučení prakticky vůbec zahájit. Nulová počáteční informace může být zorganizována pouze tzv. nekonečným perceptorem. Řešení konkrétních úloh rozpoznávání obrazů proto sleduje pouze fyzicky realizovatelné systémy samoučení. Hledaly se přibližně metody řešení a samoučení bylo klasifikováno. Pro praktické úlohy, včetně diagnostických úloh se přistoupilo na kompromis, spočívající ve dvou etapách učení: v první etapě se systém učí s učitelem, ve druhé je organizováno samoučení.
95
I po tomto zdárném východisku je v automatizovaném procesu rozpoznávání nutno rozhodnout mezi dvěmi učebními metodami. Jsou nám principiálně známy z matematické statistiky jako metoda parametrická a neparametrická. V případě parametrické metody se učební výkon využije k ocenění hodnot parametrů, jež se dále využití ke stanovení diskriminační funkce. Tato metoda je sice lépe vyvinutá ve srovnání s neparametrickou, vyžaduje však určitá omezení charakteru stavových tříd objektu /např. Gaussovo rozdělení podmíněných pravděpodobností, funkční nezávislost parametru atd./. Neparametrická metoda se jeví i pro diagnostiku perspektivnější, protože není omezována v uvedeném smyslu. Navíc se apriori nevyžadují žádné představy o charakteristických kritériích. Diskriminační funkce pak obsahuje neznámé koeficienty volené tak, aby se na učebním výběru dosáhlo požadované rozdělení. Zásadní otázkou v problematice rozpoznávání však je konstrukce systému rozpoznávání obrazů, která závisí na: a/ typu rozdělení pravděpodobnosti tříd b/ na volbě jejich podmíněných rozdělení. V praxi nejsou žádné dosud uspokojivé znalosti těchto rozdělení a musí se aproximovat.Tak se např. využívají předpoklady o statistické nezávislosti prvků znaku X nebo očekávání normality rozdělení. Pro uvedení dalšího řešení postačí poznamenat, že první případ vede na lineární a druhý na kvadratický model. Lineární modely jsou optimální pro monotónní rozdělení se stejnými kovariačními maticemi /momentovými m., jejíž prvky jsou centrální momenty druhého řádu nějakého k- rozměrného rozložení/. V případě nelineárních modelů jsou dělící plochy hyperkvadratické, využití se nabízí pro mnohorozměrné normální rozdělení a bývá optimální m j . pro Pearsonovo rozdělení. Oblast praktických aplikací je však podmíněna dosud nedostatečnými znalostmi o vlastnostech nelineárních modelů a o jejich linearizaci. Zatím se tento nedostatek řeší konstrukcí systémů rozpoznávání obrazů s postupně se komplikující strukturou a adaptací. Zpočátku se předpokládá lineární modeli s růstem počtu informací se jeho struktura mění v nelineární, přičemž se ve smyslu minimální chyby přibližuje k modelu optimálnímu. Pro diagnostické účely je zajímavé, že lze systémy rozpoznávání obrazů dělit na statické a dynamické. Statický systém je schopen rozpoznat pouze okamžitou udáslost, kdežto v dynamickém systému je rozpoznávání procesem. Není pochyb, že i první typ je schopen plnit základní úkoly diagnostického systému současné jaderné elektrárny, ale s mnohaletou perspektivou by nás nejvíce měly zajímat systémy dynamické. Jejich rozpracování je však ještě ve stadiu teoretických výzkumů a praktické aplikace jsou stále zvláštností. Pro perspektivní využití systémů rozpoznávání obrazů v diagnostice jaderných elektráren obdobně jako v případě jiných složitých systémů je zřejmé, že se bude jednat o optimální modely, které budou organizovat optimální rozpoznávací algoritmus. K tomu musí být dokonale prostudována komplexní struktura a funkce jaderné elektrárny. Za tím účelem by měly být formulovány následující problémy ke studiu: - vyřešit mnohostavový model a optimalizovat rozčlenění stavů jaderné elektrárny na třídy - z hlediska bezpečnosti a spolehlivosti stanovit předem ztráty, vzniklé z nesprávného rozpoznání
96
•J
- sestavit množiny diagnostických parametrů, optimalizovat je a konečně i minimalizovat - vyřešit aplikaci neparametrických učebních metod, maximálně eliminovat omezení povahy tříd, počet těchto tříd stanovit a vyzkoumat jejich rozdělení pravděpodobností - celky jaderných elektráren dle typů rozdělit na systémy a podsystémy z hlediska konstrukce systému rozpoznávání a jeho specifikace, včetně orientace na využití lineárních modelů v prvním kroku - vytvořit metodiky konstrukce determinafiních funkcí a využít teorie rozmazaných /rozmytých/ množin - důsledně rozpracovat adaptabilní systémy rozpoznávání obrazů. Některé z těchto «íloh zasahují až do oblasti základního výzkumu, v některých lze využít vlastnosti této multidisciplinární teorie, a u zbývajících tiloh musí být nejdříve důsledně a účelově proveden a ukončen aplikovaný výzkum. V této souvislosti lze doporučit orientaci na postupný proces rozpoznávání a na mnohovrstevné stroje /perceptrony/. Po stránce realizace se dnešní systémy rozpoznávání obrazů staví na bázi číslicových počítačů nebo speciálních zařízení za předpokladů uspokojivé nákladové analýzy. Řešení úloh rozpoznávání se rovněž u počítačů vyznačuje pružností a adaptabilností, avšak s menší rychlostí rozhodování, nedostatečnou operativní pamětí, složitostí programu atd. Rozvoj počítačů zná samozřejmě ve prospěch možnosti realizace systému rozpoznávání, ale přesto je možno, že by se speciální systémy pro rozpoznávání obrazů v jaderných elektrárnách jevily jako vhodnější. Závěrem je nutno dodat, že nelze mít pochyb o maximální efektivnosti aplikace systému rozpoznávání obrazů pro diagnostické systémy v jaderných elektrárnách, pokud by k nim došlo. Cloha by však musela být nejdříve formulována pro aplikovaný výzkum a následující vývoj, než by se naskytla možnost akutního použití.
Literatura /I/ Diagnostika i identifikacija, izd. "Zinatne", Riga 1974 /2/ Milenskij A.V.: Opredelenije statističeskich charakteristik rozpoznávajemych obrazov v režime samoobučenija, Kibernetika, NO 3, 1967 /3/ Vulf G.N., Osis Ja. Ja.: Metody i sredstva rozpoznávánija obrazov i ich prigodnost dlja diagnostiky složných objektov. Kibernetika i diagnostika, III, Riga 1969 /4/ Feldbaum A.A.: 0 někotorych principach rozpoznavanija obrazov, Kniga Samoobučajuščiesja automatičeskije sisterny, Nauka, 1966 /5/ Fralic S.C.: Learning to Recognize Patterns Without a Teacher, IEEE Trans Inform. Theory/ 13, 1967
97
.J Obr. I 1 - vstupní převodník
98
2 3 4 5 6 7
-
rozhodovací jednotka komparátor rozhodnutí výstupní převodník výstupní signály z objektu složitý diagnostikovaný objekt okolní prostředí /vlivy/
8 9 10 11 12 13
-
rušivé vlivy korekce subjektu vazba učení vazba samoučení informace o stavech objektu odpověď
v
NÄVRH DIAGNOSTICKÉHO SYSTÉMU PRIMÄRNÍHO OKRUHU JADERNÉ ELEKTRÄRNY TYPU W E R 440 Ing. Jiří Liška C S c , Ing. Josef Majer, Ing. Jiří Vlček SKODA k.p., Závod Energetické strojírenství Plzeň
1. Úvod V referátu se stručně shrnují otázky koncepce a realizace diagnostického systému primárního okruhu jaderné elektrárny s reaktorem typu W E R . Diagnostický systém lze definovat jako zařízení, které umožňuje zjištovat stav určitého objektu a predikovat další vývoj tohoto stavu. Diagnostický systém primárního okruhu jaderné elektrárny je součástí systému kontroly a řízení jaderné elektrárny. Hlavní cíle instalace diagnostického systému na jaderné elektrárně lze formulovat takto: a/ zvýšení provozní bezpečnosti b/ zvýšení provozuschopnosti /předcházení vážným poruchám, které vedou k dlouhým odstavením/ c/ zvýšení ekonomičnosti provozu /možnost zvyšování parametrů při zachování provozní bezpečnosti/. Diagnostický systém popsaný v referátu bude užíván při chodu elektrárny. Je tedy koncipován jako provozní systém. Vzhledem k tomu, že diagnostika jaderných zařízení je oborem, jehož vývoj zdaleka není ukončen, je nutno počítat s možnostmi určité variability systému, aby mohl sloužit také jako nástroj diagnostického výzkumu. Tato práce navazuje na dříve provedené práce v ZES ŠKODA, rozšiřuje dřívější práce v oblasti obecnějšího přístupu k problematice diagnostiky, nástinu metod vyhodnocování a navrhuje k realizaci diagnostický systém schopný provozu na jaderných elektrárnách. Je samozřejmé, že v postupu dalších prací může docházet později k určitým změnám v navrženém diagnostickém systému. 2. Koncepce diagnostického systému Diagnostický systém primárního okruhu jaderné elektrárny s reaktorem W E R je orientován na diagnostiku - reaktoru - hlavních cirkulačních čerpadel - parogenerátoru - hlavního potrubí - uzavíracích armatur Z tohoto pohledu pokrývá /dle návrbu vybraných zařízení pro JE Mochovce - EGP Praha - říjen 1980/ technologická zařízení bezpečnostní třídy I /mimo kompensátoru objemu, navazující potrubí na primární okruh a uzel pohonu regulačního orgánu SOR a část zařízení bezpečnostní třídy IX, které jsou součástí primárního okruhu/. Jevy, které by měly být sledovány jsou tytos a/ Abnormální vibrace důležitých komponent /zjištění nebezpečného namáhání/ b/ Uvolněné části a cizí tělesa c/ Úniky chladícího media
99
d/ e/ f/ g/ h/ i/
Výskyt nadměrných budících sil hydrodynamického původu Výskyt varu v aktivní zóně Nestabilita přestupu tepla a proudění Výskyt nehomogenit polí fyzikálních veličin v aktivní zóně Výskyt nestacionárních jevů Poškození materiálů komponent
Diagnostické signály, tj. signály z výstupu snímačů fyzikálních veličin, umístěných na objektu, budou získány využitím signálů - některých snímačů, instalovaných pro provozní měření - nově instalovaných snímačů, určených pouze pro diagnostické účely - snímačů instalovaných v diagnostické kazetě. Pro účely diagnostického systému bude použita jedna diagnostická kazeta, zavezení do aktivní zóny v provedení diagnostickém či metrologickom. Diagnostický systém bude používán ve dvou oblastech: a/ Jako provozní diagnostický systém b/ Pro ilčely diagnostického výzkumu. Diagnostický systém může být konstruován na různé úrovni, závisející v podstatě na množství informace, které je schopen získat a využít. Diagnostický systém popsaný v referáte je koncipován se snahou současně - využít omezeného množství informace ze všech měřících kanálů průběžně - využít maximálního množství informace z omezeného počtu měřících kanálů s možností libovolné volby těchto kanálů. Nyní se věnujeme vlastní koncepci diagnostického systému. Tok informace z jednoho měřícího kanálu diagnostickým systémem lze sledovat na jednoduchém schématu na obr. 1. Signál ze snímače je veden k předzesilovaSi. Tato část je nejnáročnější částí celého systému, vzhledem k těžkým provozním podmínkám, nízké úrovni signálu na vysoké impedanci a rušivým signálům. Není-li jejímu návrhu věnována maximální pečlivost, může být kvalita celého systému nepříznivě ovlivněna. Dalším problémem je odstranění zemních smyček v systému, což vede v některých případech k nutnosti galvanického oddělení přenosových tras. Po zesílení hlavním zesilovačem je signál připraven k vyhodnocení. Vyhodnocení je provedeno analogovou i číslicovou cestou. Analogové vyhodnocení, předcházející číslicovému, je výhodné, v případě zpracování signálů vyšších frekvencí dokonce nutné. Jedná se o vyhodnocení typu filtrace, určování průběžné střední a středně kvadratické hodnoty, měření obálky signálu apod. Cílem užití analogové techniky je odlehčení číslicového vyhodnocovacího zařízení od operací, které jsou analogovou cestou snadno realizovatelné. S ohledem na fyzikální povahu měřených veličin lze v případě diagnostiky primárního okruhu jaderné elektrárny rozdělit měřené signály do těchto skupin: a/ měření neutronového toku. b/ měření teplot c/ vibroekustická měření d/ měření tlakových pulzací •/ akustická měření. Každé z těchto měření se uskutečňuje jiným typem čidla a proto měřící řetězec dle obr. 1 musí být zajištěn individuelně pro každý typ měření. - N& obr. 2 je pricipiální schéma celého diagnostického systému. Významné body
100
na trase průchodu signálu systémem jscu označeny čísly v kroužku. Jsou to: 1. Vstupní signály systému /signály z výstupu předzesilovačů/. Je to U1 + N 2 =f N 3 + N 4 + N 5 signálů; index - 1 2 3 4 5
neutronový tok teplota vibroakustioké signály tlakové pulzace akustické signály
2. Výstupní signály multiplexu I. /reléový nízkoúrovňový/. Počet signálů M odpovídá počtu bloků pro analogové zpracování signálu. 3. Výstupní signály analogové části. Počet signálů je k . M, kde k je počet výstupů jednoho bloku pro analogové zpracování signálu. 4. výstupní signál multiplexu II. /rychlý multiplex spínající voltové úrovně/. Multiplex má pouze jeden výstup. 5. Výstupní signál analogocíslicového převodníku, který je zpracován číslicovou vyhodnocovací jednotkou. Vyhodnocení diagnostických signálů, které jsou vstupními signály diagnostického systému, lze znázornit jednoduchým schématem S
*- P
*~CJr
S je vektor diagnostických signálů s^, tj. S
s
S
-í ľ 2
S
NJ
P je vektor příznaků p^, tj.
Příznak p^ lze definovat jako charakteristiku diagnostického signálu, která obsahuje informaci o určitém stavu objektu z množiny stavů, které jsou pro současný a budoucí provoz objektu závažné. j
je množina tříd, reprezentující jednotlivé stavy
objektu. Vyhodnocení spočívá v určení hodnot příznaků na základě zpracování diagnostických signálů a přiřazení vektoru příznaků určité třídě, tj. stavu objektu. Informace o stavu objektu je předána operátorovi objektu, který na základě apriorní informace o závažnosti stavu z hlediska provozu objektu provede příslušný zásah. Kvalita provedené klasifikace závisí hlavní měrou na množství apriorní informace, kterou o sledovaném objektu máme i k dispozici. U tak složitého objektu, jakým je reaktor i ostatní komponenty primárního okruhu, není řada jevů dostatečně prozkoumána. V takových případech je někdy nutno se spokojit s klasifikací na nejnižší úrovni, což je rozhodování mezi dvěma stavy: normální stav, odchylka od normálního stavu. Představu o nárocích na vyhodnocení získáme z přehledu typických režimů činnosti diagnostického systému. a/ Průběžné monitorování všech měřících kanálů v reálném čase. Jedná se o průběžné sledování základních charakteristik diagnostických signálů.
101
•J tzn. sledování nejjedodušších příznaků. Jedná se o charakteristiky typu - střední hodnota signálu - rozptyl - střední četnost průchodů signálu nulou apod. Tyto charakteristiky je možno měřit analogovou technikou a jejich hodnoty srovnávat se zadanými mezními hodnotami. Cílem vyhodnocení je zjišťování odchylek od normálního stavu. b/ Periodická sledování vybraných charakteristik diagnostických signálů. Jedná se o charakteristiky s větším informačním obsahem typu - korelační funkce - výkonová spektrální hustota - koherenční funkce - rozdělení pravděpodobnosti apod. Protože vyhodnocení je náročnější, není možno jej provádět průběžně v reálném case. Cílem vyhodnocení je sledování trendu vývoje určitého obrazu objektu /napr. spektra/ v čase, tzn. zjištění odchylky od normálního stavu. c/ Klasifikace dobře prozkoumaných jevů. Jedná se o určování hodnot příznaků přesně definovaných jevů a provedení jejich klasifikace. Volba příznaků a určitá metoda klasifikace jsou obvykle výsledkem složité výzkumné etapy. Klasifikace se provádí v reálném Sase. Předpokládá se užití specielních vyhodnocovacích metod /rozpoznávání obrazců/. d/ Diagnostický výzkum Pod tímto pojmem se rozumí - hledání vhodných příznaků definovaných jevů a zjišťování jejich informovativnosti z hlediska rozlišení různých stavů - identifikace vazeb mezi diagnostickými signály - zjišťování příčin výskytu odchylek charakteristik diagnostických signálů od stacionárního stavu - ověřování metod klasifikace. činnost tohoto charakteru vyžaduje velkou variabilitu diagnostického systému. Pro vyhodnocování bude kromě číslicového vyhodnocovacího zařízení užíván i stochastický analyzátor, případně další přístroj /měř&cLí magnetofon apod./. 3. Sledované objekty a jevy " Návrh diagnostického systému uvažuje sledování těchto důležitých objektů primárního okruhu 1. 2. 3. 4. 5.
Reaktor /RE/ Hlavní cirkulační čerpadla /HCČ/ Hlavní uzavírací armatury /HUA/ Hlavní potrubí /HP/ Parogenerátoru /PG/
Porucha funkce na kterémkoliv z výše uvedených zařízení, zmenšujících nebo zabraňujících odvodu tepla z reaktoru směrem k parogenerátorům je nebezpečná a musí se sledovat.
102
3.1 RE Sledované jevy jsou tyto: 1. Vzájemný pohyb tělesa tlakové nádoby a soustavy nový válec - dno nosného válce 2. Kmitání palivových a regulačních kazet 3. Kmitání palivových tyčí 4. Kmitání součástí vnitřní vestavby 5. Kmitáni tělesa tlak. nádoby 6. Teplotní pole chladivá a teplotní pulzace na výstupu z aktivní zóny 7. Rozložení zdrojů tepla a jejich fluktuací po průřezu a výšce aktivní zóny 8. Tlakové pulzace při vstupu a výstupu z reaktoru 9. Teplota chladivá a její pulzace na vstupu a výstupu z reaktoru • 10. Zjištování uvolněných částí 11. Zjištování úniků 3.2 HCČ Sledované jevy jsou tyto: 1. Kmitání rotoru a lopatek oběžního kola a tělesa 2. Poškození ložiska 3. Kmitání rotoru a statoru motoru 4. Tlaková pulzace chladivá na vstupu a výstupu 5. Zjišťování úniků 6. Zjištování uvolněných částí 3.3 HUA Sledované jevy jsou tyto: 1. Kmitání vlastního šoupátka a vřetene 2. Tlaková pulsace na výstupu 3. Zjištování uvolněných částí 4. Zjištování úniků 3.4 HP Sledované jevy jsou tyto: 1. 2. 3. 4.
Kmitání potrubí Zjištování uvolněných částí Zjištování úniků Zjištování akustického pole v- hermetickém prostoru primárního okruhu
3.5 PG Sledované jevy jsou tytos 1. Kmitání tělesa a závěsné soustavy 2. Kmitání teplovýměníkových trubek 3. Tlaková pulzace na vstupu a výstupu 4. ZjiStování úniků 5. Zjj-štování uvolněných částí
103
Ke sledování výše uvedených jevů se považují následující čidla rozdělené dle skupiny Neutronové toky - neutrocoax ionizační komory štěpné komory kalorimetry Teploty a tlaky - termočlánky /+ pom. odpor, teploměry/ tlakové převodníky Chvění - akcelerometry Tlakové pulzace - snímače tlak. pulzací Akustické pole - akcelerometry mikrofony Souhrnný počet signálů využívaných diagnostickým systémem primárního okruhu je 293 a jeho struktura je uvedena níže: RE Neutronové toky
-
29
HCČ
HUA
_
HP
PG
Celkem
_
_
29
81 /6/
-
-
-
-
87
Chvění
14
30
24
24
30
122
Tlakové pulzace
14
12
12
-
12
50
Teploty /tlaky/
Akust. pole
2 /akcel./
3 /mikrofon/
5
Ve výše uvedených počtech čidel pro RE je zahrnuto 64 čidel z DK. 4. Návrh realizace diagnostického systému Realizační návrh je uveden ve l zprávě šKODA-ZES Ae 4868/Dck /prosinec 1980/, jako podrobné rozpracování do úrovně nutné pro rozhodnutí o koncepci dodatku úvodního projektu DPS 01.16 /51.16/ ve zprávě SKODA-ZVE J S 704 Z /květen Ů981/. Zde se omezíme na stručný popis. Souhrnné realizační řešení diagnostického systému je schematicky znázorněno na obr. 3. Všechny signály z výstupu předzesilovačů jsou vedeny kabelovou trasou /kabely typu BYFY/ do místnosti měření a vyhodnocování /MMV/, počet žil a kabelů odpovídá plnému počtu čidel, zvětšenému o pomocné signály a reservu. Kabelová trasa končí v MMV ve svorkovnicových skříních SV, na nichž je třeba vytvořit konektorové pole pro kontrolu signálů a ladění funkce diagnostického systému. Skříně SV jsou podobné typu jako pro pasivní termostaty. Signály čidel neutronových toků /IK, ŠK, DPZ/, teplot tlaků a tlakových pulzací se přivádějí na vstup 16 kanálových reléových multiplexerů CAM 4.08-21. K výstupu z multiplexerů jsou připojeny zesilovače.s pásmovým filtrem a řiditelným ziskem CAM 4.16 a ke každému zesilovači je připojen blok analogového vyhodnocování AVB /přesný typ dosud není určen/, AVB by měl provádět vyhodnocení signálů daného měřícího řetězce, případně po ukončení určitých etap diagnostického výzkumu by mohl být doplněn dalšími analogovými vyhodnocovacími obvody. Dále signály postu-
104
pují na 32 kanálový analogový multiplexer CAM 4.07 a odtud přes 16 kanálové reléové* multiplexery CAI1 4.06 do integračního A/č převodníku CAM 4.06-2 anebo rychlého A/č převodníku a dále do číslicové řídící a vyhodnocovací jednotky ŘVJ /typ TPA/. Celý systém CAMAC včetně ŘVJ TPA muže představovat kompletní dodávku z KFKI Budapest. Signály čidel akcelerometrů a měřicích mikrofonů jsou zpracovávány víceúčelovými monitory typu BK 2505 /výrobek Brüel a Kjaer - Dánsko/, jemuž jsou předřazeny multiplexery typu BK 5834 /4 kanálový/ a BK 5833 /8 kanálový/, část bloků analogových vyhodnocení je součástí monitoru. Výstupy z AVB se připojují k 8 kanálovému multiplexeru CAM 4.07-2, respektive na vstup multiplexeru CAM 4.07. Odtud jsou vedeny signály přes CAM 4.08-21 na vstupy A/č převodníků a dále do ŘVJ. Při realizaci systému měření chvění se doporučuje využít pomocných zařízení přímo od výrobce Brüel a Kjaer jako např. spojovací krabice WB 0230 včetně místa pro předzesilovače, spojovací krabice WB 0239, skříně VJA 0068 a pod. Tento systém může představovat kompletní dodávku fy Brüel a Kjaer. Všechny bloky systému /zesilovač, multiplexery, A/Č převodníky/ jsou řízeny z ŘVJ přes jednotku řízení bloků systému. Měřící a vyhodnocovací systém je třeba doplnit o stochastický analyzátor typu NSA-1OOO /výrobek KFKI Budapest, MLR/, sloužící k diagnostickému výzkumu jevů. Závěrem je třeba poznamenat následující. Systém měření a vyhodnocování navržený k realizaci nemůže být dodán jediným výrobcem a přesto musí plnit jedinou funkci, při níž spolupracují bloky různých výrobců. Proto je potřeba možné úpravy tohoto systému resp. zjednodušení projednat s hlavním dodavatelem, tj. KFKI Budapest, MLR. Jedná se v podstatě zajištění kompatibility se systémem měření chvění Brüel a Kjaer.
1. Byl navržen diagnostický systém primárního okruhu jaderných elektráren typu W E R 440 a W E R 1000, jehož koncepce umožňuje jeho použití na různých jaderných elektrárnách. , 2. Navržená koncepce technického řešení diagnostického systému může být dále doplněna a přizpůsobena konkrétním požadavkům vyplývajícím z projektu jednotlivých jaderných bloků. 3. Navržené technické řešení respektuje poznatky, které byly v této oblasti získány dosavadním provozem jad. bloků W E R 440 a současně integruje výsledky prací, které byly v ČSSR dosaženy v rámci dkolů státního plánu RVT PÖ9-123-OO5 a PO9-125-2O1. 4. Úspěšná realizace diagnostického systému primárního okruhu nutně předpokládá, že v létech 1981 - 1985 budou dokončeny všechny vývojové a výzkumné práce týkající se problému diagnostiky primárního okruhu /ověřování metodik, vývoj některých technických doplňků, uživatelský software/, které se začaly řešit v rámci vSkolů státního plánu RVT v létech 1975 - 1980.
105
I SW»AČ
>$
1
Iap«d«nčnl pŕiipuaobwií • s«all«nl aignálu
ytĚDZSSIlO« j
ZESILOVAČ
| 1
'
Zaallaní aignálu na drortň vhodnou pro vyhodnocanl
Filtraea aignálu a afiŕanl vrbran/eh eharaJctariatik aignálu
AKUU.0COVK
•I \čfsLicová vr\iOĎNOC. ZA*.
ZAŘ/gCHl'
Obr. 1
106
Digitalisaca a číslicové vyhodnoeanl
Intarpratae« výsledků ve vhodné for««
Tok informace z měřícího kanálu
u
o K)
xo •H •M U)
gO B
u M
C H -H
a u •H
(M
107
BK mcao*
/tm CAtHUO+tfNHG&X»
Obr. 3
108
Realizační schéma diagnostického systému
DIAGNOSTICKÍ SYSTÉM JADERNÉ ELEKTRÄRNY Ing. Karel Prokop, EGI - závod Jaderná elektrárna Dukovany Ing. Jaroslav Hulín, Jaderná elektrárna Dukovany k.p. Ing. Jaromír Volavý, ORGREZ Brno Úvod Kontinuální kontrola stavu zařízení jaderné elektrárny s tlakovodním reaktorem je stále více uplatňována v praxi jako důležitá součást opatření k zajištění její bezpečnosti / I / a / 2 / . V tomto smyslu je možné diagnostický systém definovat jako systém sloužící ke kontinuálnímu sledování stavu technologického zařízení pomocí souboru detekčních /diagnostických/ metod. Toto sledování se děje na zařízení ve smontovaném stavu bez přerušení jeho činnosti. Cílem diagnostiky je stanovit správně stav zařízení v daném okamžiku. Podrobněji o zpracování vibroakustických signálu pojednává lit. 5 jako o jedné z diagnostických metod. Vezmeme-li v úvahu rovněž hledisko času je možné rozlišovat / 3 / . a/ zajišťování stavu vyšetřovaného objektu v přítomnosti b/ předvídání stavu vyšetřovaného objektu v budoucnu c/ zkoumání stavu, v němž se objekt nacházel v minulosti K těmto účelům mohou v zásadě posloužit následující diagnostické metody: /resp. vhodné kombinace .těchto metod/ / 4 / . 1/ vibroakustická metoda 2/ monitorování uvolněných čáo1-./ 3/ měření neutronových šumů 4/ snímání tlakových pulzací 5/ monitorování úniků chladivá 6/ akustická emise 7/ další /např. měření teplot atd./ Dále jsou uvedeny základní informace o diagnostických systémech používaných na jaderných elektrárnách s tlakovodními reaktory v SSSR, NDR, MLR, ČSSR a USA. Autoři vycházeli z dostupných literárních údajů, a proto si nečiní nárok na úplnost informací a ocení každé další doplnění týkající se diagnostických systémů používaných na světě. Při realizaci diagnostického systému na jaderné elektrárně Dukovany velmi citelně se projevuje nedostatek normativně technické dokumentace týkající se technické diagnostiky. Proto byly za základ převzaty principy zakotvené v /6/. V referátu jsou obsaženy pouze stručné údaje. Při hlubším zájmu odkazují autoři na literaturu uvedenou na konci referátu. Diagnostika v Novovoroněžské JE /SSSR/ / 7 / On - line sledování a/ Vibrační šum šířený konstrukcí Na obrázku č. 1 je blokové schéma systému, čidla D 1 až O 24 jsou piezoelektrické snímače zrychlení typu IPA-6, umístěné po jednom na hlavních cirkulačních čerpadlech a čtyři na tlakové nádobě reaktoru. Signál ze snímačů úměrný zrychlení je zesilován v zesilovačích Z 1 až Z 24 a zaveden do zpracující aparatury umístěné na blokové dozorně. Tato aparatura má tři paralelní vstupy, umožňující zpracování a využití,signálu současně třemi způsoby.
109
V registrátoru zrychlení je indikováno překročení zadané hladiny zrychleni pomocí diskriminátorů DU 1 až DU 24. V registrátoru rychlosti vibrací se provádí postupné testování jednou integrovaného signálu /úměrného rychlosti/ z jednotlivých snímačů. Komutátor K 1 postupně přepíná jednotlivé kanály jejichž číslo je indikováno. Testování probíhá tak, že bloky DET a SUM je vytvořena efektivní hodnota za čas T. Výsledný" signál je veden na komutátory KP.^ a KP 2 , kde se získaná efektivní hodnota chvění z každého snímače porovná s max. a min. přípustnou hodnotou. Po ukončení analýzy signálu od určitého snímače«logický blok LB dá impulz k přepnutí komutátoru na další snímač. V případě překročení zadané úrovně začne fungovat signalizace a je blokováno přepnutí komutátoru. Indikátor kanálů ukáže kanál v němž došlo k překročení úrovně. Další práce komutátoru je možná jen na povel operátora. V měřící jednotce je možno měřit výchylku a zrychlení, signál zrychlení se navíc průběžně odposlouchává přes reproduktor. Signál výchylky se získává dvojnásobnou integrací signálu z akcelerometru, propuštěného přes dolnofrekvenční propust 5-3o Hz /FNF/. "Při měření velikosti zrychlení /druh měřené veličiny se ručně přepíná přepínačem K/ se ze signálu odfiltruje rušivá frekvence sítě 50 Hz /ZF/» Signály jednotlivých akcelerometru se na vstupu měřící jednotky přepínají ručně /K,/« Aparatura tedy umožňuje využití signálu z akcelerometru k těmto účelům: 1. K indikaci překročení maximálního zrychlení. 2. K indikaci a varovné signalizaci při překročení maximální rychlosti. Ve shodě s celosvětovým vývojem posuzování mohutnosti kmitání je kladen důraz na velikost rychlosti. 3. K měření výchylky a zrychlení, přičemž měření výchylky je omezeno na frekvence nižší než 30 Hz, pro něž je výchylka nejdůležitější mírou mohutnosti kmitání. 4. K průběžnému odposlechu signálu zrychlení, který nejlépe indikuje údery uvolněných částí a cizích přemetů uvnitř primárního okruhu. b/ Neutronový šum Na obr. 2 je uvedeno blokové schema systému. Signál ze čtyř ionizačních komor KNK-56 /IK/ je zesílen /Z/, normalizován /SN/ a signály ze dvou protilehlých komor jsou zavedeny na vstup diferenciálního zesilovače /DZ., DZ2/.fna jehož výstupu je signál úměrný mechanickým vibracím. Při překročení předem zadané hodnoty výchylky vibrací se uvede do činnosti signalizace /IND., ... , IND 4 /, napojená na prahové jednotky /P^, ..., P 4 /. Výchylku a'rychlost vibrací lze kontrolovat na digitálním měřidle /IND/ podle toho, je-li přepnuto na detektor výchylky /DVP/ nebo měřič rychlosti /MVR/. c/ Provozní stav čerpadel kondenzátu Na levé části obr. č. 3 je schema měření chvění hřídele. Signály od čidel D,, Dj, D j , D^, umístěných okolo hřídele po 90°, v místě, kde hřídel opouští ložisko, jsou vedeny na zesilovače Z. až Z^. Signály od diametrálně protilehlých čidel postupují do diferenciálních zesilovačů /DZ.,, D Z 2 / , na jejichž výstupu je signál proporcionální mechanickému pohybu hřídele tzn. vůli v ložisku. Při zvětšení vflle v ložisku nad hodnoty dané projektem, uvede se pomocí indikátoru IND. .... , IND, připojených k prahovým jednotkám P^, ...., P^ do činnosti signalizace. Velikost vůle v ložisku je presentována na číslicovém indikátoru /IND/ připojeném na výstup z detektorů vibračních pohybů hřídele /DPH^ DPH 2 /.
110
V pravé části obr. č. 3 je uveden systém kontroly kavitace čerpadel. Signál od piezoelektrického snímače /D5/, upevněného na tělese čerpadla, je veden přes zesilovač Z 5 na filtr /F/. Prahové jednotky /Pg, Pg/ dávají povel k signalizaci vzniku kavitace /INDg/ a jejího rozvoje /INDg/. Off - line diagnostika V Novovoroněžské JE se k off-line diagnostice využívá analogový třetinooktávový frekvenční analyzátor v reálném čase. Diagnostika je založena na srovnávání spekter prvotní realizace a spekter v průběhu provozu. Budiž zde poznamenáno, že o přístrojích k této diagnostice použitých v Novovoroněžské JE nemáme k dispozici literární prameny. Diagnostika v JE HORD /NDR/
/ 8 / , /9/, /10/,/li/
Pro JE NORD byl vyvinut a je v provozu systém šumové analýzy PM 3652 /resp. RAS 11/, který při provozu elektrárny slefuje on-line průběhy těchto veličin: a/ hustotu toku neutronů v aktivní zóně reaktoru b/ hustotu toku neutronů vně reaktoru c/ tlak chladivá na vstupu a výstupu reaktoru a na vybraných místech primárního okruhu d/ vibrace tlakové nádoby, regulačních kazet a hlavních cirkulačních čerpadel Systém zajištující sledování uvedených veličin je v blokovém schématu na obr. 2. 4. V následujícím si podrobněji všimneme jednotlivých funkčních celků. a/, b/ Neutronový šum Signály neutronového šumu z třiceti emisních detektorů, umístěných ve skupinách po šesti v pěti kanálech v nádobě reaktoru a z deseti ionizačních komor, umístěných po dvou s různou citlivostí v pěti kanálech ve vodním plášti reaktoru /nižší citlivost pro provoz, vyšší citlivost pro najíždění/, jsou přes skříň předzesilovače jaderných signálů /tuto v blízkosti reaktoru stojící skříň lze při pracech na reaktoru celou odpojit/ zavedeny do skříně hlavního zesilovače jaderných signálů. Skříň obsahuje hlavní a oddělovací zesilovače se dvěma signalizacemi, pozitivní a negativní limitní hodnoty, značkování signálu, integrační zesilovače k integraci signálů při malých výkonech reaktoru a při určování středních hodnot místně závislých jevů, a nakonec také kompenzační zesilovače pro určování efektivnosti regulačních kazet v závislosti na jejich poloze. K vyhodnocování lze ruční volbou vybírat jakoukoliv skupinu kanálů, vyhodnocování probíhá ve společné skříni pro celý systém. c/ Tlakové pulzace Signály z piezoelektrických snímačů tlakových pulzací /po jednom snímači na výtlačném potrubí, po dvou na hlavních cirkulačních čerpadlech, jeden u vstupního a jeden u výstupního hrdla na tlakové nádobě reaktoru/ jsou přes nábojové předzesilovače zavedeny do skříně hlavního zesilovače mechanických signálů, kde jsou zesilovače se signalizací překročení mezních hodnot s možností odposlouchávání reproduktorem a zařízení ke značkování signálů. Vyhodnocování probíhá ve společné skříni pro celý systém. d/ Vibrační šum šířený konstrukcí
111
Signály z piezoelektrických snímačů zrychlení na tlakové nádobě /I na dně, 4 pod aktivní zónou, 4 nad aktivní zónou, 4 mezi nátrubky, 4 na přírubě/, na nátrubcích regulačních kaset / 2 / a na výtlaku tří hlavních cirkulačních čerpadel / 3 / jsou přes nábojové předzesilovače zavedeny do skříně hlavního zesilovače mechanických signálů. Vyhodnocování probíhá ve společné skříni pro celý systém. Skříň a on-line vyhodnocovacím zařízením On-line vyhodnocování sledovaného šumu je v tomto zařízení umožněno prostřednictvím - šestikanálového pomaluběžného osciloskopu - stejnosměrného digitálního voltmetru - přístroje pro měření vibrací - úzkopásmového analyzátoru /0,2 Hz až 20 kHz, min. šíře pásma 3 %/ - odposlechu přes hi-fi reproduktorový box Off-line diagnostika Skříň vyhodnocovacího zařízení má výstupy pro záznam na magnetickou pásku a panel výstupů na počítač. Externě lze připojit analyzátor v reálném čase. Velmi obtížné případy jsou zasílány do Ústavu jaderného výzkumu v Rosendorfu, kde je prováděna hluboká analýza zaznamenaných signálů a její výsledek je poskytován JE NORD. Diagnostický systém vyvinutý v VEIKI /MLR/
/12/
V primárním okruhu se vychází z analýzy tlakových pulzací v chladivú a mechanických vibrací vyvolaných proudem primárního chladivá. Diagnostika sekundárního okruhu je zaměřena na analýzu vibrací turbogenerátorů. Zařízení pro diagnostiku vibrací může provádět frekvenční analýzu v úzkém pásmu fluktuací signálu primárního okruhu a vibrací ložisek turbogenerátoru. Signály z primárního a sekundárního okruhu jsou přijímány a zpracovány centrální jednotkou sběru a analýzy dat. Tato jednotka sestává z bloků, které' provádí analogový příjem signálů a napájení jednotlivých předzesilovačů. Dále je součástí centrální jednotky sběru a analýzy dat ještě systém analýzy vybavený mikroprocesory,jehož základ tvoří systém CAMAC. Systém analýzy plní následující funkce: - příjem signálu a kontinuální kontrola velikost vibrační rychlosti u měřících kanálů turbogenerátoru - programový výběr a pravidelná kontrola daného kanálu pomocí 64 kanálového multiplexeru - programovaný výběr hranic měření - sběr dat synchronizovaný s otáčkami hřídele nebo převod analogových signálů
-
na numerické se zvolenou rychlostí s jedním nebo dvěma vstupy, s převodníkem ve 4 frekvenčních pásmech do 10 kHz použití metody rychlé Pourierovy transformace /FFT/ a vytvoření odpovídající frekvenční charakteristiky se 400 hladinami v daném frekvenčním pásmu středovánl spektra uchování spekter v paměti srovnání výchozího spektra se spektrem změřeným . v daném časovém okamžiku
112
- výstup maximálních odchylek na displej ve 20 intervalech pro všech 16 kanálů - podrobné informace o spektrech - současné zpracování spekter ze dvou synchronizovaných signálů /korelace/ -: inversní Fourierova transformace Popis systému diagnostiky vibrací a tlakových pulzací Blokové schema systému je na obr. č. 5 Signály z piezoelektrických snímačů zrychlení a tlakových pulzací jsou přes nábojové předzesilovače přiváděny kabely do symetrických přijímačů /1-64/ umístěných ve skříni analogových přístrojů. Výběr kanálu a zpracování signálu je prováděno pomocí stavebnicového systému CAMAC, jehož součástí je rovněž řídicí mikroprocesorová jednotka typu 8080 s programovým vybavením /70/. Výběr kanálu se uskutečňuje polovodičovým multiplexerem /65/. Signál z vybraného kanálu je zesílen na potřebnou úroveň /+ 5 V/ pro vstup do A/D převodníku /68/ širokopásmovým zesilovačem /66/ s programovatelnými hranicemi měření. Horní mezní frekvence je určena filtrem /67/. Tento filtr je nestandardním prvkem systému CAMAC. Jeho funkce spočívá v tom, že eliminuje falešné harmonické složky. V modulu A/D převodníku je prováděna konverze na základě metody postupných přiblížení, uvedení konverze /68/ do provozu se děje impulzivním generátorem /69/. Další zpracování údajů se uskutečňuje řídící jednotkou /70/ mikroprocesor, doplněnou o zapisovač v paměti /71/ RAM a /72/ PROM. Časová synchronizace systému je zajišťována numerickým časovým modulem /75/. Pomocí klávesnicového voliče, který je součástí terminálu /77/ je dána možnost přímého zasahování do systému. Použitím kresliče grafů /74/ je možno získat grafické znázornění průběhu sledovaných veličin. Použití uspořádání prvků systému CAMAC dává možnost vstupu dvou analogových signálů, avšak při práci diagnostického systému podle standardního schématu se využívá pouze jeden vstup /druhý tvoří zálohu/. Bližší informace jsou obsaženy v lit. 11. Diagnostický systém elektrárny V-l Jaslovské Bohunice /ČSSR/ Vibroakustická metoda se zde zaměřuje na zjištění mechanického stavu hlavních cirkulačních čerpadel a na zjištování volných částic v primárním okruhu a v reaktoru. Na obr. č. 6 je nakresleno blokové schema diagnostického systému JE V-l. Signály jsou zde zpracovávány od snímačů až k monitoru vibrací v analogové formě. V této části se jedná v podstatě o sledování provozního stavu zařízení. Diagnostika zde probíhá off-line za pomocí měřícího magnetofonu, analyzátoru, korelátoru a počítače s potřebným programovým vybavením. Podrobné tídaje a výsledky byly presentovány ve zprávách a referátech VOJE a proto zde nejsou uváděny /13 až 21/. Diagnostické systémy v USA /22/, 23/, /24/ V USA je diagnostice stavu důležitých komponent JE věnována značná pozornost. Příklad řešení systému pro monitorování vibrací rotačních zařízení fy. Rockwell International je uveden na obr. 7. Vibrace generované rotačním zařízením jsou detekovány pomocí snímačů zrychlení nebo snímačů výchylky rotoru. Obdržené signály jsou porovnávány s předem nastavenými varovnými a poplašnými úrovněmi. Možnost automatického monitorování je v systému uskutečňována prostřednictvím jednotky SPECTRA-SCAN, která je založena na počítačem řízeném snímání a zpracování výsledků. Součástí systému je magnetofon, který slouží k zaznamenání signálů v reálném čase pro pozdější analýzy a k vytvoření "databanky" základních charakteristik zařízení. Systém znázorněný na obr. 7 je navržen pro diagnostiku rotačních zařízení, jež mají největší vliv na bezpečnost provozu JE /hlavní cirkulační čerpadla.
113
napájecí čerpadla, kondenzátní čerpadla, čerpadla chladící vody, ventilátory kontejnrnentú, turbogenerátory apod./. Zdokonalená forma tohoto systému je vybavená barevnou obrazovkou, na níž jsou v případě výskytu nenormálních jevů znázorněny barevné údaje z příslušných měřících kanálů, čímž je dosaženo zvýšení pozornosti obsluhy a přehlednosti výsledků v kritických situacích. Za normálního stavu nejsou na obrazovce žádné lídaje, pokud nejsou vyžadovány. Diagnostické údaje mohou být přitom prezentovány jak v tabelární, tak i v grafické formě, v případě dokonalejšího, automatického počítačového diagnostického systému i ve formě stručných instrukcí obsluze zařízení. Příklad takového systému, nabízeného fa. Rockwell International, je uveden v blokovém schématu na obr. 8. Dle nám zatím dostupných informací /24/ je v USA rovněž věnována pozornost kombinaci systému monitorování vibrací a uvolněných částí se systémem monitorování stavu důležitých komponent JE pomocí akustické emise s využitím jednoho společného počítače. Takovýto kombinovaný systém dává předpoklady k ekonomickému monitorování některých komponent/ např. tlakové nádoby reaktoru, potrubí/ pouze akustickou emisí, některých částí /např. .potrubní podpěry/ pouze z hlediska vibrací a jiných zařízení /čerpadla, turbiny apod./ oběma způsoby. Užitečným se jeví i používání přenosné jednotky pro nahrávání vibroakustických signálů na zařízení, pro něž není nutné kontinuální sledováni jejich stavu. Pomocí naprogramovaného kódu jsou na magnetickou pásku nahrány signály z různých míst na zařízení. Přitom jsou automaticky zaznamenány i časové údaje, takže je umožněno po nahrání /pořízení záznamu/ nárazové zpracování všech získaných údajů na centrální vyhodnocovací jednotce. Závěr Diagnostické systémy používané na jaderných elektrárnách s tlakovodními reaktory jsou v zásadě založeny na snímání následujících jevů: a/ vibrace a šumy b/ uvolněné části c/ tlakové pulzace d/ neutronové šumy e/ úniky chladivá f/ akustická emise Diagnostické systémy SSSR, NDR, MLH a ČSSR zpracovávají signály přibližně týmiž metodami. Digitalizované signály slouží jen pro složitější off-line analýzy na počítače. * O systémech používaných v KS měli autoři k dispozici pouze podklady od fy Rockwell International. Uvedený systém představuje kompletní celek. Jeho výhodou je on-line vyhodnocování signálů s názornou presentací výsledků, dávající i určité instrukce operátorovi v dané situaci. Jestliže se pokusíme z uvedeného srovnání odhadnout směr vývoje, který by se měl odrazit v diagnostickém systému jaderné elektrárny Dukovany, je zřejmé, že těžiště spočívá ve vyhodnocovací části systému /při správné volbě množství a umístění čidel/. Díky pokročilému rozvoji elektroniky, je potřebné pohlížet na off-line analýzy jako na určité přechodní stadium a je nutné požadovat, aby i složitější případy vyhodnocení prováděl diagnostický systém on-line.
114
Literatura /I/ Sidorenko V.A., Kovalevič V.M.: Obespečenie bezopasnosti atomnych energoistočnikov, Atomnaja energija, tom 50, vyp. 2, tínor 1981 / 2 / Sedov V.K., Adamenkov K.A.: Zkušenosti z vibroakustické kontroly zařízení primárního okruhu, ČSKAE, ÚISJP - Zkušenosti z provozu Novovoroněžské jaderné elektrárny, 1976 - SNTL /3/ Zamirovský a kol: Provozní spolehlivost strojů a agregátů, SNTL Praha, 1981 / 4 / Prokop K., Hulín J.: Diagnostický systém jaderné elektrárny Dukovany Konference Pieštany 20. - 22.10.1981 Zaistenie kvality JEZ /5/ Prokop K., Zahrádka I.: Zpracování vibroakustickych signálů, Konference Diagnostika zařízení jaderných elektráren, Zvíkovské podhradí 23.-24.11.1981 /6/ GOST 20417-75 Technická diagnostika - společná ustanovení o způsobu rozpracování systémů diagnostiky /7/ Adamenkov K.A., Uvarov V.V., Dunajev S.D., šifrin V.M.: Metody i apparatura diagnostičeskogo kontrolja oborudovanija NVAES - C - 80 - 2/SSSR / 8 / Giera D., Schumann P., Lot K., Ebersbach A.: Opyt razrabotki, projektivovanija i primenenija vo vremjá puskonaladoSnych rabot i ekápluatacii AES sistémy ustanovok dlja diagnostiky,'rabotaju,sčich na osnove analiza šumov, C-80-10/NDR /9/ Rauchrness system PM 3652. Technische information /10/ Prokop K., Novák M., Stech S.: Diagnostický systém jaderné elektrárny PM 3652, Energetika č. 9, 1981 /li/ Prokop K., Novák M.: Zkušenosti z vývoje, projektování a použití diagnostického systému v období spouštění a v provozu JE, Energetika č. 10/1981 /12/ Toth Z., Hollo E.: Osnovnyje charakteristiky sistemy diagnostiky dlja atomnych stancij, rozrabatyvaemoj v VEIKI, C-8O-3/MLR /13/ Jaroš I.: Provozní kontrola a diagnostika vybraných zařízení 1. bloku JE V-l v období předspouštěcích prací a ES, VÖJE 9/79 /15/ Jaroš I.: Diagnostický systém pro jadernou elektrárnu V-l VlJjE 24/79 /16/ Jaroš I., Bahna J.: Diagnostické sledování stavu HCČ po dobu ES a 1. fáze provozu 1. bloku JE V-l, VOJE 1/79 /17/ Bahna J., Jaroš I.: Vyhodnocovanie vibroakustickych signálov získaných na HCČ 1. bloku JE V-l v modelových podmienkach, VOJE 14/80 /18/ Jaroš I., Bahna J., Hrázký M.: Vyhodnotenie metodík a programov diagnostického sledovania stavu vybraných zariadení JE W E R na základě výsledkov získaných na el. V-l, VOJE 70/80 /19/ Suchý R.: Prevádzkové sledovanie a diagnostika reaktora W E R 440 riadiacim počítačom, VOJE 76/80 /20/ Jaroš I.: Koncepcia diagnostického sledovania stavu vybraných zariadení JE V-l, Konference Diagnostika zařízení jaderných elektrární. Železná Ruda 17.-18.10. 1979 /21/ Bahna J.: Využitie riadiaceho počítače RPP 16 pre tfčely vyhodnocovania diagnostických meraní. Konference Diagnostika zařízení jaderných elektráren, Železná Ruda 17. - 18. 10. 1979 /22/ A loose parts monitoring system, SWRI, 1976 /23/ Pekrul P.j.: One-line vibration and loose parts monitoring of nuclear power stations as a preventative maintenance- tool, Power Magazine, March 1976 /24/ Aguiponent monitoring system, Rockwell International - ESG, 1981
115
I
REfilSTRÁTOR VIBRAČNÍHO ZRYCHLENÍ INDi
J>U i
2>K
IND*
THJK
INDZ4
J) 14
1
.
,
•REGISTRÁTOR RYCHLOSTI VIBRACI
IND.
I
KANÁLU
Nu
j. K1
PKP-I
INT
rI
IND.
LB
MřŘÍCI JEDNOTKA
mt
-
nm.
VI&RACNÍCH
WWW
f FNF -• INT
ZF
116
KPz
t
KANÁLU
Kí
Obr. 1
-• IND HM.
-m
sim I
I
I
INT
«T
?NF
Strukturální schéma systému vibroakustická kontroly
Obr. 2
Strukturální schéma kontroly vnitroreaktorových zařísení pomocí neutronových šumů
117
IND
IND3
IND»
L J.
INDi,
IN0J
T—,
INDe
Ps
Z3
1 -
z,
Di
Obr. 3
118
1 °J
{
Za
ľs
Strukturální schema kontroly čerpadel
äeLekLov
vy/oůínoeoVrtc«.
cleieHtoru
100
Obr. 4
<0
Blokové schéma systému šumové analýzy
to
o
"T"
J
.Is —
—m
NUK
.K
e«
{*>—-EJ—E
Obr. 5
Blokové schéma diagnostického systému
z 3 4 5 6 «t
a
9
SNÍMAČ £ 3 0 6 PÄEDZESU.OVAÍ 2634. V08OTÉ5NA SVOMOVNICE WB 0230 Sí)%UÍvSlcl SVORKOVNICE Wh 0355 MULTIPLEXER 5 6 9 4 NOMITOH VlftMCi S50C HA6NETOFON 7003 , KOUlÁTOR. POČÍTAČ
Obr. 6
Diagnostický systém JE VI
to to
LOKALITA
ZAŘÍZENI i
I
'
INDIKAČNÍ SOUBOR V KONTROLNÍ MÍSTNOSTI
i
STANDARDNÍ KANAL AKCElEllOMCTftU
,-fcí
matni f
I—a
via. sítu/u-
A/D pJÍEVOPMiK RYCHLOSTNÍ KANAL
|
I
POtlUC
MMNtTOFON
_» a.
3f£CTM- SCAN
KANAL MEREMI VMHYLKY p-tí •—D
VA.ROVNA VTCHrtKÄ PANCL »KIT/tLMlHO VYCHYIM
A....
re...
z... Obr.
7
Systém monitorování vibrací
ZE5IIOVAČ
F... D... K ... KOHPAOATOR I ... . INTEGRATOR 0-D. . OíCIlflTOR-řEMOtíULATO« 5 . . . . INDUKŽNÍ SNIMAÍ VÝCHVLKY*. (
KONTROLNÍ
KONTEJNMENT
MÍSTNOST TISKÁRNA IDENTIFIKACE MEKROCEW
vyíuy JlCNALIZACt
vi
i
M£2I
i
06W2ÖVKA
MŽENI VYSERU KANÁLU
MtZI
KLAVtSNICi
ma JtWOTKA
v'
MATkiCE
m m
V
POCITAC SKKTRA.LW Á
ŕ
PDP >M/O
l/OAJE
WAÍNITlCKA
MAGNETOFON
Obr. 8
CO
Blokové schéma systému SPECTRA - SCAN
ZPRACOVANÍ VIBROAKUSTICKÍCH SIGNALS Ing. Karel Prokop, EGI - závod Jaderná elektrárna Dukovany Ing. Ivan Zahrádka, ORGREZ Brno
základy vibroakustické metody Praxe ukazuje; že mezi nejvýznamnější diagnostické veličiny, které přímo souvisejí s poruchovým stavem zařízení, patří akustické signály emitované jednotlivými prvky resp. uzly mechanické soustavy během její činnosti / I / . Ve struktuře složité mechanické soustavy probíhají různé fyzikální procesy související s její činností, které jsou provázeny vznikem vzájemně působících sil mezi spolupracujícími prvky soustavy. Tyto síly FÍt) se mění s časem t činnosti soustavy. Liší se od sebe navzájem charakterem změny v závislosti na čase. Podle tohoto kriteria je lze rozdělit do dvou skupin a/ kvazistatické b/ dynamické /impulsní/ Sílu F(t) je možné považovat za kvazistatickou, jestliže platí
~ I-^M "T"«'-
kde 1 je geometrický rozměr uvažovaného prvku a c je rychlost šíření pružných kmitů v materiálu uvažovaného prvku. Sílu F(t) je možné považovat za dynamickou, jestliže platí
max
dF (t)
dt
Fmax
Pružné kmity prostředí mechanické soustavy mohou být vyvolány pouze dynamickými silami /!/. Jednou z diagnostických metod pro hodnocení technického stavu zařízení /resp. součástí mechanické soustavy/ je vibroakustická metoda /snímání vibrací buzených dynamickými silami/. Jako diagnostických signálů se u vibroakustické metody kontroly stavu technologického zařízení využívají vibrace a šumy doprovázející práci zařízení / 2 / , /3/. Principiální možnost využití vibrací a šumů jako diagnostických signálů pro vyhodnocení parametrů kmitajících systémů je fyzikálně podmíněna existencí vztahu mezi reakcí systému navnější poruchy a jeho elasticitou,jeho inerčními a disipačními vlastnostmi. Jestliže parametry diagnostického signálu označíme S., potom se diagnostickým signálem nazývá tfplný soubor těchto parametrů S,, S-, . . . , S , které mohou být bezprostředně změřeny při práci zařízení. Stav elementů zařízení je možné popsat ve tvaru souboru parametrů stavu X 1 , X 2 , ...,X n , za něž je možné 'vzít tuhost, pružnost napjatých součástí, vůle v kinematických dvojicích atp. Při formulaci diagnózy je třeba určit hodnoty X^ na základě změřených S. ze soustavy rovnic
i = 1,2,..., n
ra£n
125
Diagnostická úloha má řešení, jestliže existuje jednoznačná korespondence mezi souborem S. a X A . Při Vibroakustické kontrole stavu zařízení primárního okruhu jaderné elektrárny se okruh rozděluje na kontrolované oblasti. Každá oblast obsahuje zdroj vibrací a šumů, akustický kanál a snímač. Změna vibroakustických charakteristik sledovaného zařízení je dána /4/ - změnou charakteristiky budícího zdroje nebo objevením se nového zdroje vibrací a šumů - změnou amplitudově-frekvenčních charakteristik akustického kanálu. Každý se signálů, vznikajících v okruhu se může dostat od místa vzniku k čidlu libovolným způsobem. Existuje tedy nekonečný počet cest, po nichž se může signál šířit. Pro vlčely vibroakustické metody kontroly stavu zařízení byla v tomto směru přijata konvence. Akustickým kanálem se rozumí oblast okruhu, po níž postupuje signál nejkratší cestou od zdroje vibrací a šumů ke snímači. Znamená to, že při aplikaci vibroakustické metody zobrazujeme primární okruh jako mnohokanálový systém. Umístění čidel Pro jakostní kontrolu stavu zařízení má velký význam umístění čidel. Jejich množství je dáno objemem nutné informace o stavu zařízení. Je jasné, že by nebylo efektivní snažit se získat informaci o stavu každé kinematické dvojice stroje, tj. statický systém vyhodnocování. Postačující je menší množství čidel umístěných na tělese stroje a získání signálu obsahujícího integrální informaci o stavu všech elementů stroje. Vyžaduje to však zpracování signálů najmalyzátoru. Z hlediska celého primárního okruhu je v současné době účelné umístění čidel na všech základních komponentách primárního okruhu tj. na reaktoru, hlavních cirkulačních čerpadlech, hlavních uzavíracích armaturách, parogenerátorech, hlavním cirkulačním potrubí atp. Pro kvalitní kontrolu je velmi důležitá správná volba pozice čidla přímo na zařízení. Spektrální analýza Nejjednodušší diagnostická metoda pro hodnocení technického stavu složitých mechanických soustav se opírá Jo výsledky měření charakteristických parametrů vibrací /zrychlení, rychlosti, výchylky/. Např. kriteria pro hodnocení vibrací podle VDI 2056 hodnotí stav zařízení podle hodnoty rychlosti vibrací jako: dobrý přípustný právě v toleranci nepřípustný Tento přístup, tj. hodnocení stavu zařízení podle střední nebo efektivní hodnoty, má zásadní nedostatek spočívající v tom, že nemůže zachytit třeba i markantní změny v časovém průběhu kmitání, které signalizují změnu v mechanickém stavu stroje. Důvodem je to, že i značné změny v časovém průběhu kmitání se projeví ve změně maximální příp. efektivní hodnoty jen relativně málo. Tyto nedostatky odstraňuje v současné době nejpoužívanější metoda spektrální analýzy /5/, /€/, /!/.
126
Výkonová spektrálni hustota Vlastnosti náhodných procesů popisují jejich kmitočtová spektra. Uvažuj« nejprve soubor realizací spojitého náhodného procesu x(t)uvnitř časového intervalu (- T/2,+T/2^. Každou realizaci lze nahradit odpovídající realizací x T (t), která je vně uvedeného intervalu nulová. Pro každou realizaci dostaneme pomocí Fourierovy transformace kmitočtové spektrum
X T (f) - Jx (t) e-
|
T
Výkonová spektrální- hustota jedné realizace náhodného procesu x(t) na intervalu ^-T/2, +T/2> B f
I
df _ s _ f + 2 Místo oboustranné výkonové spektrální hustoty s x x ( f J se často užívá jednostranná výkonová spektrální hustota B->0
T*-
G
vv XX
(f^~
2
'Svv XX
definovaná pro nezáporné kmitočty 0 é f í CO. Výkonová spektrální hustota náhodného procesu x(t) je Fourierovou transformací jeho autokorelační funkce
Vzájemná výkonová spektrální hustota jedné realizace náhodného procesu x(t) a jedné realizace náhodného procesu y ( t )
S x y (f) = xy
"mJt__
XT*(f> YtJ, (f)
/ 8 /
*r ... značí konjugovanost Pro nezáporné kmitočty je možné napsat pro jednostrannou vzájemnou výkonovou spektrální hustotu xy **' Ä
""xy
Výpočet výkonových spektrálních hustot Spektrum zkoumaných náhodných procesu tedy může být vyvozeno bud přímo z průběhu jejich realizací nebo Fourieróvo.u transformací jejich korelačních funkcí. V současné době se dává přednost přímému výpočtu. Pro ergodický náhodný proces x(t) je možné vypočítat výkonovou spektrální hustotu Gxx(f)postupem, který dál* popíšeme. Má-li realizace délku T, je spektrum dáno výrazem
127
w(t) x (t)
e
"j2"f
dt
J
/1O/
kde W(t)
je váhová funkce Sašu zvaná "Časové okénko". Výše uvedená váhová funkce času má však nevýhodný tvar, protože její Fourierova transformace má značné postranní vlny. Proto byly nalezeny vhodnější tvary "časových okének". Pro zvolené okénko se výpočet spektra děje tzv. rychlou Fourierovou transformací podle algoritmu zajištujícího rychlý výpočet. Pro takto získané hodnoty spektra X„ (f) vypočteme výkonovou spektrální hustotu ze vzorce /5/ s uvážením, že Gxx (f) » xx
2. Sxx (f)
Pro vlastní výpočet GJ[X(f) byla vyvinuta řada metod /6/. Korelační analýza Při vyšetřování šumových resp. vibračních jevů za provozu se zabýváme signály nízké úrovně, které však obsahují důležité informace o stavu zařízení. Za předpokladu, že známe fyzikální jevy, které se odrážejí v signálech, hlavním předmětem analýzy signálů je získat relevantní část celkové informace obsažené v signálech. Toho je dosahováno pomocí korelační analýzy. Korelační funkce Vibroakustické signály mají původ v náhodných procesech. Momenty prvního řádu náhodných procesů neposkytují informace o souvislosti hodnot v rušných okamžicích. Takovou informaci pro dva různé okamžiky dává moment druhého řádu, jímž je korelační funkce. Slouží-li k popisu statistických vlastností jednoho náhodného procesu, je nazývána autokorelační funkce, popisuje-li statistickou závislost dvou různých náhodných procesů, označuje se názvem vzájemná korelační' funkce. „
_
,
_ R xx (t)»lim -t!
•
*
•
J
,ft)x(t + T ) dt
•
=—
2 Platí pro realizaci x(t}, která je spojitou funkcí času.
128
Wiener - Chinčinnv teorém Autokorelacní funkci náhodného procesu x (t) získáme rovněž inverzní Fourierovou transformací jeho oboustranné výkonové spektrálni hustoty S x x ( t )
S
xx
t f )
e
df /«/ o Vzhledem k tomu, že oboustranná výkonová spektrálni hustota je sudá funkce, můžeme psát
-J
s x x (f)
cos 2 i r f T d f
Protože se v praxi běžně pracuje s jednostrannou výkonovou spektrální hustotou definovanou pro O £ £ •£ 00 G
xx
(f)
=
2 S
xx
(f
>
platí pro autokorelační funkci R
G
(f)
xx Í T ) = jj G xx ( f ) ** c o s 2
Vzájemná korelační funkce v fiase mezi realizací náhodného procesu x(t) a posunutou realizací náhodného procesu y(tj je pro spojité realizace x(t) , y(t)
í
_T 2
T
T-» •• x
x(t) y U +t) dt
I __ J _T 2
Vzájemná korelační funkce náhodných procesů x(t), y(t) je inverzní Fourierovou transformací jejich vzájemné výkonové spektrální hustoty S v R
anebo
xy l t > - j S xy l f > •» df /18/
použijeme-li vzájemné výkonové spektrálni hustoty'G kmitočty.
(f) definované pro nezáporné
129
Ergodický teorém Ergodické náhodné procesy se vyznačují tím, že střední hodnota funkce hodnot všech realizací v kterémkoliv okamžiku se rovná střední hodnotě v čase odpovídající funkce každé jednotlivé realizace. Tato vlastnost, ergodicita, se kromě vlastní střední hodnoty týká střední hodnoty druhých mocnin autokorelační funkce atd. U ergodického náhodného procesu není proto zapotřebí znát všechny realizace, postačí jediná. Fyzikální stacionární náhodné procesy, s nimiž se setkáváme v praxi lze běžně pokládat za ergodické. Výpočet korelačních funkci Vzájemnou korelační funkci a rovněž autokorelační funkci můžeme v zásadě vypočítat dvěma způsoby /6/ a/ přímo z číselných hodnot vzorků realizací b/ zpětnou Fourierovou transformací odpovídajících výkonových spektrálných hustot ad/a/ Odhad vzájemné korelační funkce se vypočítá /pro kladné posunutí/ n-r R
xv xy
ír T
í
v'" —
n-r
> Z-
x
T
Ii v J y r«O,l,...,m
<
0,1 n
Odhad autokorelační funkce ergodického procesu x(tj je dán n-r
i 1 ad b/ Vzhledem k tomu, že byl vypracován algoritmus rychlé Fourierovy transformace /FFT/ je možné vypočítat korelační funkce takto: - neprve se vypočítá pomocí Fourierovy Transformace z hodnot vzorků realizace výkonová spektrální hustota - zpětnou Fourierovou transformací se vypočítá při znalosti výkonové spektrální hustoty hledaná korelační funkce ze vzorců:
4m
T
y
L
í
V
XX
130
•
i»!
v
m
kde R
je tzv. kruhová autokorelační funkce, G„„ hrubý odhad jednostranné výkono-
XX
A"
vé spektrální hustoty «w G
xx
,
.
*
r v
Ji
i* k >- - Í T 1 - H r ~ T
v
x
,
T(fkM
,2
/22/
Autokorelační funkce R x x se vypočte ze vztahu R
xx í rT v>=
^^
í R xx í rT vi + R xx t r (n-l-r)]T J
K výpočtu korelační funkce přímo tj. dle bodu a/ potřebujeme přibližně m.n /24/ násobení a sčítání. Při výpočtu korelační funkce dle bodu b/ potřebujeme 8 n log 2 n /25/ násobení a sčítání. Z výše uvedeného vyplývá, že při větším posunutí a větším počtu vzorků je metoda dle bodu b/ výhodnější než metoda dle bodu a/. Rychlá Fourierova transformace /FFT/
/&/, /9/
Rychlá Fourierova transformace /FFT/ je v současnosti bezpochyby nejdůležitější technikou pro získávání výsledků Diskrétní Fourierovy transformace /DFT/. Revoluční změny a pokrok frekvenční analýzy je možno datovat od jejího znovuobjevení v roce 1965. FFT byly zprvu schopny poskytovat jen počítače s jazykem na vysoké úrovni /FORTRAN/, ale po rychlém vývoji jsou již na světovém trhu běžné poměrně laciné samostatné analyzátory s mikroprocesorovým firmware pro FFT. Příkladem takového přístroje, známého na některých pracovištích i u nás, je úzkopásmový kmitočtový analyzátor Brüel a Kjaer typ 2033, ó kterém se zmíníme v dalším. Zde ještě poznamenejme, že FFT je jen jeden z řady algoritmů vyvinutých pro transformace pomocí ortogonálních funkcí. V budoucnu zřejmě budou hrát zvyšující se úlohu transformace zahrnující nesJLnusoidální funkce vycházející z dvouúrovňových funkcí obdélníkového průběhu /funkce Walshovy, Haarovy, Bifořovy/, protože jsou obzvláště vhodné pro digitální zpracování.. Popisem algoritmu FFT se v tomto referáte nebudeme zabývat. Poučení lze nalézt v literatuře, např. v publikacích firmy Brüel a Kjaer. Zde nás zajímají hlavně výhody, které FFT on-line přináší při zpracování signálů diagnostického systému JE. Hlavní výhodou FFT oproti ostatním způsobům frekvenční analýzy je zachovávání informace o fázi jednotlivé frekvenční složky, což umožňuje případné zpětné obnovení časového průběhu analyzovaného signálu, ale zejména /ve spojení se stolním počítačem/ on-line vyhodnocování výsledků analýzy na vyšší úrovni /autospektra,vzájemná spektra, koherenční funkce, kepstra, přenosová funkce atd./. Pro naprostou většinu signálů v diagnostickém systému je možno vyhodnocovat v reálném čase. Protože podle konvolučního teorému je možno konvoluci časových průběhů získat jako součin jejich Fourierových transformací a inversní transformací výsledků, probíhá výpočet korelačních veličin ekonomicky a rychle.
131
Dalšími výhodami FFT je lépe definovaná přesnost výsledků a velký dynamický rozsah. Na každý bit vstupního signálu připadá dynamický rozsah 6 dB a jsou-li použity vstupní bloky po 16 bitech, z nichž 4 jsou pro aritmetické operace, znamená to dynamický rozsah 72 dB. Jistou nevýhodou FFT je lineární frekvenční stupnice, kterou prakticky nelze transformovat na logaritmickou. Při výpočtu korelací a vyhodnocování přechodových jevu je nutno postupovat se znalostí příslušných, zákonitostí, jinak muže být výsledek neplatný. Kepstrální analýza / 8 / ř /10/ Pojem "kepstrální" je přesmyčka pojmu "spektrální" a byl počátkem šedesátých let zaveden k označení další spektrální analýzy již získaného frekvenčního spektra. Základní diference vzhledem k autokorelační funkci /což je inverzní Fourierova transformace výkonového spektra/ je ta, že výchozí spektrum je pro kepstrální analýzu zlogaritmováno /čili je udáno v dB/. Je nepochybné, že kepstrální analýza je v mnoha případech výhodnější než analýzy na základě autokorelační funkce a že umožňuje diagnostikovat tam, kde ostatní metody selhávají. Jakmile se ve větší míře rozšíří FFT analyzátory, kepstrální analýza přestane být něčím exotickým a bude se běžně používat. V současnosti se ustálily dva typy kepstrální funkce. První z nich je výkonové kepstrum, definované jako výkonové spektrum logaritmu výkonového spektra. Je-li f x (t) původní signál jako funkce času a jífx(t)j jeho Fourierova transformace, potom výkonové kepstrum C {%) je rovno
/26/ Nezávisle proměnná " f " v kepstru se nazývá kvefrence /přesmyčkou/, třebaže xaá rozměr času a je vlastně totéž co " £ " v autokorelační funkci. Taková terminologie je pravděpodobně užitečná pro toho, kdo je zvyklý interpretovat.časové signály v pojmech jejich frekvenčních složek, nebot vysoká kvefrence znamená velké rozdíly v amplitudách blízkých frekvenčních složek spektra a nízká kvefrence popisuje chování vzdálenějších složek. Druhým typem kepstrální funkce je tzv. komplexní kepstrum, kteró je bez ohledu na jméno reálnou veličinou. Jméno však poukazuje na to, že toto kepstrum neztratilo informace o fázi a proto je z něj možno obráceným postupem získat původní signál. Je definované jako inverzní Fourierova transformace logaritmu komplexního spektra, matematicky " "**'
kde K {t)
X
"X
je komplexní kepstrum a L(f) je komplexní logaritmus L(f) * lgA(f) + j ^ (f),
vyjádříme-li výsledek Fourierovy transformace původního časového signálu ve formě , A .o ft\
fx (t). » A(f)
132
«m«
/27/
/28/
Využití kepster pro diagnostiku je nezastupitelné při zjišťování harmonických souvislostí ve spektru vibrací, např. při zjišťování poruchy v lopatkování rotačních strojů, dále pak při rozlišování postranních pásem různého původu ve vibračním spektru převodových skříní, při oddělení vlivu přenosové cesty na tvar šířeného signálu, při odstraňování ozvěn ze směsi signál - ozvěna atd. V současnosti je již možno zabezpečit kepstrální analýzu on-line, použije-li se spektrální analyzátor s FFT /B and K 2033/ a vhodný stolní kalkulátor. Závěr Vibroakustická metoda kontinuálního sledování stavu zařízení jaderné elektrárny s tlakovodním reaktorem nachází stále více uplatnění na budovaných a provozovaných elektrárnách. Vibroakustické signály mají původ v náhodných procesech. Zpracování těchto signálů se proto děje aplikací metod založených na teorii náhodných procesů. V současné době se potřebná informace získává měřením vibrací a šumů a následným zpracováním metodami spektrální a korelační analýzy. S rozvojem elektroniky byly vyvinuty aparatury umožňující práci vibroakustického diagnostického systému on-line. Diagnostický systém na jaderné elektrárně Dukovany je potřebné řešit tak, aby umožňoval práci v režimu on-line.
Literatura /I/ Znamirovský a kol.: Provozní spolehlivost strojů a agregátů, SNTL, Praha 1981 / 2 / Samarin A.A., Adamenkov K.A. a kol.: Principy vibroakustičeskogo oborudovanija pervogo kontura AES, Električeskije stancii, 1974/5 /3/ Samarin A.A., Adamenkov K.A.: Vibroakustičeskaja diagnostika sfpstojanija glavnych cirkuljacionnych nasosov pervogo kontura AES s W E R , Teploenergetika, 6/1974 / 4 / Jaroš I.: Koncepcia diagnostického sledovania stavu vybraných zariadení JE V-l, Sborník semináře v Železné Rudě, 17.-18.10.1979 /5/ On-load surveillance of nuclear power plant components by noise and vibration, EUR 5O36e/1974 /6/ Matyáš V.: Měření, analýza a vytváření náhodných procesů, SNTL, Praha 1976 / 7 / Bahna J.: Vyhodnocovanie vibroakustických signálov získaných na HCČ 1. bloku JE V-l v modelových podmínkách, VOJE 14/80, 1980 / 8 / Randall R.B.: Application of B and K Equipment to Frequency analysis Briiel and Kjaer, 1977 /9/ Upton R.: An Objective Comparison of Analog and Digital Methods of Real-time Frequency Analysis, B and K Technical Review, 1/1977 /10/ Randall R.B., Hee J.: Cepstrum analysis, B and K Technical Review, 3/1981
133
ZÁVĚRY SEMIřtóŘE Ve dnech 23. a 24. listopadu 1981 se konal ve Zvíkovském Podhradí druhý celostátní semirář "Diagnostika provozu jaderných zařízení". Zúčastnilo se jej celkem 48 specialistů z průmyslu, energetiky, centrálních úřadů, ČSAV, projekčních a výzkumných ústavů. Byly předneseny referáty z oblasti - monitorování vibrací vnitřních částí reaktoru a komponent primárního okruhu pomocí čidel instalovaných vně zařízení - detekce netěsností parogenerátorů - teorie šumů a s tím spojených aplikací na diagnostické systémy. Účastníci semináře konstatují, že - v uplynulých několika letech došlo k výraznému uplatnění diagnostických systémů v jaderné technice ve světě, což má za následek zlepšení informací o provozních stavech jednotlivých komponent a v konečném důsledku se toto projevuje zvýšením efektivnosti provozovaných jaderně energetických výroben - ve stejné době vznikla sít specializovaných výrobců diagnostických systémů - za období od prvého semináře konaného v roce 1979 v Železné Rudě došlo v ČSSR ke zkvalitnění vědeckovýzkumné základny v jednotlivých organizacích, zlepšila se částečně i koordinace, čímž byly vytvořeny základní předpoklady pro některé specifické realizační práce. Z daného stupně poznání účastníci semináře navrhují tato opatření - vzhledem k tomu, že problematika diagnostiky se souběžně řeší v několika organizacích, jeví se nezbytné vytvoření koordinačního orgánu pro realizaci těchto prací s cílem zavádění optimálních diagnostických systémů - rozpracovávat a výpočtově ověřovat matematické a fyzikální modely komponent primárního a sekundárního okruhu a jaderné elektrárny jako celku včetně programů pro vyhodnocování naměřených signálů v reálném čase; při tvorbě těchto programů uplatňovat moderní vědní disciplíny/jako např.. metodu rozpoznávání obrazů, diagnostické množiny, regresní modely apod. - dokončit výstavbu hydrodynamického zařízení SVÚSS Běhovice pro modelové zkoušky komponent a maximálně využívat možností, které poskytuje provoz JE VI a zkušeností, které tam byly nashromážděny - pro plánované diagnostické systémy zajišťovat v dostatečném předstihu jednotnou softwerovou základnu - realizovat cesty pracovníků podílejících se bezprostředně na pracích v oboru diagnostiky jaderných zařízení na elektrárny v SSSR, NDR, MLR a podle možností i v KS, kde jsou tyto systémy již instalovány - urychlit schválení koncepce diagnostického systému pro JE V2 a JE Dukovany - projednat návrh koncepce systému provozních diagnostik se sovětským vědeckým vedením, pokud možno za účasti specialistů LOTEP, sovětského hlavního řešitele reaktoru, řešitelů systému řízení a ochran reaktoru apod., s cílem získat souhlas a podporu pro realizaci systému provozní diagnostiky /dále j*n SPD/
135
na budovaných a připravovaných jaderných elektrárnách /V2, Dukovany, Mochovce,* Temelín/ - bez ohledu na stav projednávání se sovětskou stranou vytvořit u stanoveného dodavatele SPD /k.p. ŠKODA/ podmínky, aby mohly být upřesňovány resp. požadavky na potřebné vípravy či řešení v navazujících systémech a subsystémech budovaných a připravovaných jaderných elektráren v ČSSR - seminář opakovat za dva roky, program přizpůsobit požadavkům provozu JE a výzkumně vývojové základny.
Zvíkovské Podhradí, 24. listopadu 1981
136
