устройство для определения расхода течи
Классы МПК: | G01M3/24 с использованием инфразвуковых, звуковых или ультразвуковых колебаний G21C17/017 проверка или обслуживание трубопроводов или труб в ядерных установках |
Автор(ы): | Казарян А.А., Афоносов А.А., Мишенин А.Ю. |
Патентообладатель(и): | Государственное унитарное предприятие Центральный аэрогидродинамический институт им. проф.Н.Е.Жуковского |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-07-27 публикация патента:
20.09.2003 |
Изобретение предназначено для измерения расхода течи теплоносителя в местах повреждения трубопроводов на АЭС. Устройство содержит ряд емкостных датчиков звукового давления течи, расположенных на определенном расстоянии от объекта контроля и между собой. Каждый емкостный датчик через согласующий усилитель заряда и усилитель напряжения соединен со входом индикатора. Для поляризации датчика служит источник постоянного тока. Изобретение обеспечивает надежный контроль герметичности оборудования теплоэнергетических систем с разными реакторами АЭС путем определения места возникновения и количества течей дистанционно, на расстоянии от трубопровода. 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
Устройство для определения расхода течей теплоносителя, протекающего по трубопроводу, содержащее емкостные датчики звукового давления, расположенные на расстоянии а от исследуемого объекта и на расстоянии R между собой, обеспечивающем исключение взаимодействия течей в контролируемых точках, причем![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-44t.gif)
где D - максимальный размер датчика;
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212555/955.gif)
при этом выход емкостного датчика через согласующий усилитель заряда и усилитель напряжения соединен со входом индикатора, к которому подключен источник поляризации емкостного датчика, своими выходами соединенный с указанными датчиком и усилителями.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в народном хозяйстве для определения расхода течей теплоносителя акустического происхождения, в частности для контроля и диагностики герметичности трубопроводов (.с теплоизоляцией и без теплоизоляции) и оборудования с реакторами РБМК, ВВР на АЭС. Известно устройство для определения утечки жидкости (газа) - акустический течеискатель замкнутых систем. Это устройство содержит: последовательно соединенные микрофоны, избирательный усилитель, усилитель высокой частоты, второй вход которого соединен с выходом микрофона согласующим каскадом, а также содержит измерительный усилитель низкой частоты, индикатор и телефон. При действии звукового или воздушного давления на мембрану микрофона давление преобразовывается в электрический сигнал и воспринимается избирательным усилителем, усилителем высокой частоты или измерительным усилителем низкой частоты в зависимости от частоты сигнала. Такое устройство позволяет измерять расход утечки на расстоянии и контролировать герметичность изделий (см. а.с. СССР "Акустический течеискатель" N SU 1657995 G 01 М 3/24 1991, авторы С.Д. Нестеренко, С.В. Юрченко, В.И, Исаенко и др.). Недостатками этого устройства являются громоздкость, большая стоимость, трудность реализации на объектах эксплуатации с повышенной радиацией, влажностью, температурой и т.д. Громоздкость объясняется тем, что использованы усилители высокой и низкой частоты, отдельный согласующий каскад. Влияние нестандартных высоких уровней внешних факторов вызывает большие погрешности измерения полезного сигнала с выхода измерительного усилителя. Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением является устройство определения степени герметичности системы. Изобретение на способ реализует устройство, содержащее пьезодатчик из титаната бария, усилитель, частотомер и мягкий резиновый мешок, заполненный контактной жидкостью. При известных толщине стенок системы и внутреннем давлении содержащегося газа (жидкости) частота возникающих звуковых колебаний характеризует поперечное сечение места утечки, а амплитуда этих колебаниний - скорость истекающего потока газа в этом же сечении. Измерения проводят с помощью пьезодатчика, подключенного через усилитель к частотомеру, а сам датчик укреплен на стенке трубопровода. Для улучшения акустического контакта пьезодатчик с исследуемой поверхностью системы помещают в мягкий резиновый мешок, заполненный контактной жидкостью. Устройство позволяет определять расход жидкости в замкнутых трубопроводах, находящихся под давлением в коротких и больших магистралях (а.с. СССР "Способ Д. И. Шпаковского определения степени герметичности системы" N SU 1118880 1984 автор Д.И. Шпаковский). Устройство имеет следующие недостатки: оно используется только в замкнутых трубопроводах, невозможно определить место и количество течей дистанционно на определенном расстоянии от трубопровода. Задачей настоящего изобретения является расширение области применения и повышение надежности диагностической системы для контроля герметичности трубопроводов и оборудования теплоэнергетических систем с разными реакторами AЭС и другими подобными установками за счет акустического метода обнаружения повреждений, т.е. течи исследуемого объекта (ИО). Технический результат достигается тем, что устройство для определения расхода течей теплоносителя, протекающего по трубопроводу, содержит расположенные на расстоянии "а" от исследуемого объекта и на расстоянии R между собой емкостные датчики звукового давлении, причем![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-2t.gif)
а R
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212454/8805.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212555/955.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212555/955.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-3t.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-4t.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-5t.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-6t.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-7t.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212451/8226.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212456/963.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212454/8805.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212555/955.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212555/955.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-8t.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212510/969.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212454/8805.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212555/955.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-9t.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-10t.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-11t.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-12t.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-13t.gif)
Обнаружение течи теплоносителя реализуют следующим образом. С помощью датчиков (в частности, датчика 2), обнаруживается течь теплоносителя и измеряется давление с фиксированных мест. При этом предполагают, что остальные случайные повреждения xx1,..., xxn. не существуют. На основе начальных условий, сделанных допущений и при малом диаметре исследуемого объекта расстояние "а" между датчиком 2 и трубопроводом выбирается таким, чтобы волна на расстоянии "а", исходящая из точек x1.....,xn стала сферической, т. е. расстояние "а" соответствует дальней зоне распространения звука. При этом излучаемое звуковое давление в местах повреждения 1...,xn с площадью повреждения
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-14t.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-15t.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212456/963.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-16t.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-17t.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-18t.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212451/8226.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212456/963.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212456/963.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-19t.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-20t.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212456/963.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212471/961.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212456/963.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-21t.gif)
Зная, что проводимость К круглого отверстия е=0, имеют
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-22t.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-23t.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-24t.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-25t.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-26t.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-27t.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-28t.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-29t.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-30t.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-31t.gif)
и т. д. В случае, когда кроме повреждения в точке 1 еще появляются по одному повреждению слева (в точке
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-32t.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-33t.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-34t.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-35t.gif)
Как следует из этих выражений, в процессе эксплуатации ИО могут определить количество и примерное место повреждений. Если датчик 2 регистрирует выходной сигнал
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-36t.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-37t.gif)
то имеем одно повреждение с правой стороны. Если показание датчика 2 примерно утраивается, тогда повреждение с правой и левой стороны, всего три повреждения и т.д. с другими датчиками. При измерении расхода течи определение объема течи v
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212456/963.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212456/963.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212451/8226.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212456/963.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212456/963.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-38t.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212469/916.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-39t.gif)
Реализацию предложенного изобретения осуществляют следующим образом:
- как правило, дорогостоящие и опасные объекты имеют свою модель, на которой в нормальных условиях проводят любую необходимую работу, в том числе дефектоскопию и обнаружение течи теплоносителя;
- в частности, исследуемый объект обнаружения течи является трубопроводом о наружным диаметром 20 мм большой длины;
- используют результаты ранее эксплуатируемых трубопроводов, в частности характер повреждения, какие трещины возникают, поломки и т.д. Такую диагностику проводят после остановки объекта на капитальный или профилактический ремонт;
- из нормативных документов по эксплуатации объекта изучают, в каких случаях (с учетом расхода течи) считают допустимые условия эксплуатации объекта, а в каких тревожные;
- затем на модели объекта или на определенном куске в трубопроводе теплоносителя создают нормальный режим эксплуатации, т.е. по трубопроводу пропускают горячую воду с температурой до 280oС под постоянным статическим давлением, и эти параметры поддерживают постоянно;
- на основе собранных и изученных материалов с помощью лазерного луча формируют микротрещины в виде окружности, эллипса и т.д. (от 1 до 150 мкм), трещины (от 0,2 до 2 мм) и поломки больших размеров, при которых нарушается герметичность трубопровода. Руководствуются тем, что от размеров повреждения зависят параметры течи, в частности уровень звукового давления. Чем меньше площадь повреждения, тем выше звук;
- согласно предлагаемому изобретению, датчики направляют на фиксированные места x1-xn. Полученные результаты измерения обрабатывают и хранят в памяти индикатора в качестве тестовых или опорных параметров. После выполнения перечисленных работ реализуют предложенное изобретение в нормальных режимах работы ИО. В процессе эксплуатации объекта результаты измерения звукового давления и его спектральные характеристики сравнивают с тестовыми параметрами. Регистрируют время возникновения повреждения, уровень звукового давления и его спектральную характеристику. Затем определяют расходы течи, места течи, размеры повреждения и т.д. Полученные результаты в стадии эксплуатации объекта сравнивают с тестовыми параметрами и принимают решение, каковы режимы работы объекта: нормальные, тревожные, аварийные. Принцип работы устройства следующий. При возникновении повреждений в трубопроводе, допустим в точках x1,...,xn образуются непрерывные источники звукового давления (пульсации давления)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-40t.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212469/916.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-41t.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-42t.gif)
![устройство для определения расхода течи, патент № 2212640](/images/patents/258/2212640/2212640-43t.gif)
- спектральную характеристику течи. В ЦАГИ был изготовлен одноканальный макет устройства для измерения давления и определения расхода течи с места повреждения пароводяного трубопровода. В качестве приемника был использован макет емкостного датчика пульсаций давления с нижним пределом измерения не менее 104 мкПа (55 дБ), максимальным уровнем 200 Па (140 дБ). Рабочий диапазон температуры емкостного датчика +280oС. Б качестве согласующего усилителя был использован стандартный усилитель заряда. Далее сигнал усиливался усилителем напряжения в диапазоне частот от 120 Гц до 24 кГц. Уровень измеряемых фоновых шумов 50 дБ в диапазоне частот от 20 до 100 Гц. Емкостной датчик и усилитель заряда соединены высокотемпературным кабелем AВКТ-6 длиной 30 м. Усилители напряжения и заряда соединены кабелем КММ-7 длиной 20 м.
Класс G01M3/24 с использованием инфразвуковых, звуковых или ультразвуковых колебаний
Класс G21C17/017 проверка или обслуживание трубопроводов или труб в ядерных установках