Мониторинг вибрационных характеристик сложных конструкций способен выявить на ранней стадии появление механических дефектов или аномальное изменение условий закрепления элементов конструкций. Так как вибрационные характеристики связаны с такими параметрами конструкции, как матрицы жесткости, инерции, то появляется возможность диагностирования с выходом на причину той или иной аномалии.

Система виброшумовой диагностики предназначена для проведения виброконтроля и диагностирования реакторной установки с целью выявления аномальных вибрационных состояний оборудования, вызванных появлением в нем дефектов, изменением условий его закрепления или возрастанием гидродинамических нагрузок на оборудование со стороны потока теплоносителя I контура в режимах нормальной эксплуатации.

Основными задачами системы являются:

• определение условий гидродинамического нагружения оборудования и трубопроводов реакторной установки (РУ) от потока теплоносителя с целью своевременного обнаружения повышенных нагрузок, связанных с условиями изготовления, сборки и балансировки вращающихся механизмов главного циркуляционного насоса (ГЦН);
• контроль условий закрепления внутрикорпусных устройств (ВКУ) в ходе эксплуатации с целью своевременного выявления релаксации и износов элементов крепления;
• контроль тепловых перемещений оборудования и трубопроводов в режимах плановых разогревов и расхолаживаний РУ с целью подтверждения воспроизводимости величин перемещений, а также выявления затираний и заеданий элементов оборудования;
• оценка поканального расхода теплоносителя. Эта функция необходима, прежде всего, для определения условий эксплуатации топливных сборок;
• оценка фактического ресурса ВКУ по условиям их вибронагруженности. Эта задача связана с возможностью продления срока службы ВКУ, а ее актуальность обусловлена тем, что расчетные оценки вибропрочности, проводимые на этапе плановых ремонтов, могут оказаться непредставительными из-за того, что не учитывали возможного изменения условий закрепления ВКУ за длительную эксплуатацию.

Объектом контроля СВШД является реакторная установка ВВЭР-1000 (ВВЭР-440), включая реактор с ВКУ, основное оборудование и трубопроводы главного циркуляционного контура (ГЦК).

Изменение вибрации компонентов реакторной установки - самый чувствительный индикатор для выявления таких изменений механического состояния оборудования, как:

• избыточная деформация трубчатых упругих элементов шахты с ослаблением ее прижатия со стороны крышки реактора;
• превышение проектных зазоров по разделителю потока;
• аномальные вибрации тепловыделяющих сборок (ТВС) из-за их кривизны, а также смещения дистанционирующих решеток;
• износ контактных поверхностей виброгасителей в верхнем и нижнем узлах крепления шахты;
• всплытие ТВС;
• аномальные изменения жесткостных характеристик опор парогенераторов (ПГ), главных циркуляционных насосов, опорного бурта корпуса реактора, приводящие к недопустимым амплитудам и типам колебаний, перечисленных элементов ГЦК;
• непроектные температурные перемещения ПГ, ГЦН и трубопроводов.

Созданный программно-технический комплекс (ПТК) СВШД позволяет выявлять на ранней стадии и прогнозировать их динамику. Одновременно с контролем изменения механического состояния оборудования в ПТК СВШД решается задача контроля температурных перемещений основного оборудования ГЦК в динамических режимах (разогрев/расхолаживание). Эта функция СВШД обеспечивается датчиками относительного перемещения, которые способны измерять вибрационные микроперемещения оборудования как в стационарных режимах, так и при изменении температуры теплоносителя (перемещения различных элементов ГЦК в пределах до 10 см).

В состав СВШД входит:

• программно-технический комплекс - аппаратура для обработки и анализа сигналов датчиков, главное вычислительное устройство (ГВУ) с программным обеспечением и средствами передачи и приема информации по локальной сети;
• измеритель абсолютных перемещений, в составе первичных преобразователей (датчиков абсолютных перемещений, ДАП) и электронного блока;
• измеритель перемещений 24-канальный программируемый, в составе первичных преобразователей (датчиков относительных перемещений, ДОП), и усилителя несущей частоты;
• измерительный канал пульсации давления в составе датчиков пульсаций давления (ДПД) и усилителя несущей частоты;
• измерительный канал ионизационных камер (ИК) в составе подвесок диагностических ионизационных камер и измерителя тока ионизационных камер;
• блок приема сигналов внутриреакторных детекторов прямого заряда (ДПЗ), принимающий сигналы ДПЗ от штатной системы внутриреакторного контроля (СВРК);
• клеммные коробки;
• узлы крепления датчиков.

СВШД представляет собой автоматизированную локальную информационно-измерительную систему, состоящую из измерительных каналов и программно-технических средств. В основу построения ПТК СВШД положено использование новейших средств измерительной и вычислительной техники: преобразователей различных типов и программируемых контроллеров в каналах измерения и цифровой обработки информации и промышленных компьютеров для управления измерениями, обработки и анализа информации.

СВШД имеет целый ряд существенных особенностей по сравнению с другими системами диагностики. Это в первую очередь относится к шумовым компонентам сигналов датчиков различной физической природы. Например, размах флюктуаций шумов внутризонных нейтронных датчиков составляет величину 10^-12 - 10^-9 А и находится на уровне собственных шумов аппаратуры, что требует качественной аналоговой обработки: использования прецизионных измерительных усилителей и высокодобротных фильтров, гальванического разделения входных и выходных сигналов, применения 16-ти разрядных аналогово-цифровых преобразователей для синхронной оцифровки всего частотного диапазона. Кроме того, объем вычислений и сложность для извлечения из регистрируемых сигналов диагностических признаков очень высока, что требует реализации сложных алгоритмов.

Расположение детекторного оснащения СВШД на примере
реакторной установки ВВЭР-440 Кольской АЭС

Расположение детекторного оснащения СВШД на примере реакторной установки ВВЭР-440 Кольской АЭС приведено на рисунке.

На данном рисунке не показаны датчики пульсаций давления, расположенные на «холодной нитке» главного циркуляционного трубопровода между ГЦН и реактором, и датчики абсолютных перемещений, расположенные на корпусах ГЦН.

Программное обеспечение СВШД построено по модульному принципу и содержит компоненты, предназначенные для управления техническими средствами системы, регистрации оцифрованных сигналов датчиков, анализа измерений и построения трендов параметров вибрации контролируемого оборудования. Запуск перечисленных функций выполняется оператором системы из оболочки пользователя. ПО СВШД функционирует под управлением ОС Redhat LINUX^TM. Пользовательский интерфейс реализован на базе средств X-WINDOW. Системное и прикладное обеспечение СВШД реализует:

• управление измерениями, в том числе калибровку и балансировку измерительных каналов ДАП, ДОП;
• предварительную подготовку сигналов датчиков;
• регистрацию данных;
• хранение и архивацию данных;
• автоматический анализ измерений.

Алгоритм вибродиагностики реализован в виде сценариев – вычислительных процедур, производящих диагностирование конкретного элемента оборудования РУ и осуществляющих контрольные функции. Стартовая библиотека состоит из следующих сценариев:

• вибрации основного оборудования главного циркуляционного контура (парогенератор и ГЦН);
• совместная вибрация корпуса РУ и шахты активной зоны;
• вынуждающие вибрации силы (акустические стоячие волны, турбулентный поток теплоносителя);
• вибрации тепловыделяющих сборок.