Розпізнавання передаварійних теплогідравлічних процесів у водоохолоджуваних ядерних енергетичних реакторах

6. Результати двох циклів експериментальних досліджень спектральних параметрів та структурних статистичних характеристик інформаційно-значущих реакторних шумів, що були виконані в умовах реальних АкЗ ВО ЯР киплячого та некиплячого типу

В цих типах РУ досліджувались наступні стохастичні діагностичні сигнали: 1) акустичної емісії процесу генерації парової фази в технологічному каналі (ТК) реактора РБМК-1000; 2) нейтронного шуму в ТВЗ реактора ВВЕР-440, що відповідає локальним флуктуаціям потоку нейтронів, зареєстрованим на виході штатних електронно-емісійних детекторів СВРК вздовж аксіальної координати НВК в експериментальній термометричній збірці ТВЕЛ.

Відповідно до цих типів ЯР діагностовану множину ТГП складали наступні класи режимів генерації парової фази в їх ТВЗ: а) клас, що відповідає початку генерації пари на поверхні ТВЕЛ; б) клас, що співвідноситься з пузирковим режимом плину потоку теплоносія в реакторних каналах і охоплює також прилеглі до нього режими емульсійної та дисперсно-кільцевої структур з кипінням у пристінковій рідинній плівці; в) група класів, що відповідають окремим підрежимам пузиркової та дисперсно-кільцевої структур при збільшенні рівня паровмісту у ТВЗ реактора РБМК-1000.); г) клас, що відповідає умовам виникнення високочастотної коливальної нестійкості теплоносія у ТВЗ реакторів РБМК та ВВЕР. У відповідності до СБН моделі розпізнавання зазначених класів ТГП головні об'єкти досліджень в структурі множини режимів генерації парової фази становили: 1) спектральний ознаковий простір, що формується на основі параметрів АСП та КСП термоакустичних діагностичних сигналів та нейтронного шуму; 2) розподіли ймовірностей складових елементів множини спектральних ознак, що є визначальними структурними характеристиками статистичних еталонів тих класів ТГП, які підлягають автоматичній комп'ютерній ідентифікації на основі СБН моделі. З урахуванням особливостей реакторів РБМК та ВВЕР в якості кінцевої множини діагностичних ознак ТГП, що підлягали розпізнаванню і досліджувались у реакторних експериментах, використовувались комплекси частотних складових, які формувались із використанням відповідних типів спектральних перетворень вищезазначених стохастичних діагностичних сигналів: а) спектральні складові АСП акустичної емісії процесу кипіння в ТК реактора РБМК; б) спектральні складові АСП одномірних та КСП двомірних сигналів нейтронного шуму, що реєструвались в процесі експлуатації реакторів ВВЕР на виході ДПЗ, тобто штатних родієвих електронно-емісійних детекторів потоку нейтронів.

Висновки

теплогідравлічний ядерний передкризовий реактор

Вирішено актуальну науково-технічну проблему суттєвого підвищення теплогідравлічної надійності та безпеки активних зон водоохолоджуваних енергетичних ядерних реакторів. Створено наукові засади, розроблено і впроваджено математичне та програмне забезпечення для надання існуючим комп'ютерним системам моніторингу активних зон ядерних енергетичних реакторів принципово нових інтелектних діагностичних функцій з автоматичного розпізнавання потенційно небезпечних режимів теплоз'йому з поверхні ТВЕЛ. Забезпечено можливість раннього оперативного виявлення передаварійних та аномальних режимів кипіння теплоносія, що передують виникненню криз тепловіддачі та руйнації ТВЕЛ, які сучасними технічними засобами практично не контролюються.

Отримано наступні найважливіші наукові та практичні результати:

1. Теоретично та експериментально в лабораторних і натурних умовах досліджено характер та особливості трансформації спектральної структури діагностичних сигналів (акустичного і нейтронного шуму та пульсацій гідравлічного опору) відповідно до умов виникнення і розвитку в активних зонах ядерних енергетичних реакторів основних класів нештатних режимів теплообміну, а саме: початку кипіння, пузиркового та інших режимів течії двофазного парорідинного потоку, високочастотної термоакустичної коливальної нестійкості та передкризових режимів теплоз'йому з поверхні ТВЕЛ. Дослідження виконано в широкому діапазоні тисків, масових швидкостей та недогрівів теплоносія, який відповідає реальним умовам експлуатації реакторних установок.

2. Вперше встановлено інформаційно значущі спектральні діапазони реакторних шумів, що є характерними для виникнення та розвитку основних класів штатних та потенційно небезпечних режимів теплоз'йому з поверхні ТВЕЛ: - для акустичного шуму в теплоносії; - для флуктуацій нейтронного потоку, - для пульсацій гідравлічного опору.

3. На основі експериментальних досліджень виявлено нові закономірності, що коригують існуючі уявлення про фізичні особливості формування структури двофазного пристінкового шару у передкризовій області та обґрунтовують необхідність відмови від використання гідродинамічної моделі кризи тепловіддачі при кипінні теплоносія С.С. Кутателадзе на користь адекватної теплової моделі В.Н. Кружиліна, В.І. Толубінського та ін.

4. Встановлено причини передчасної (на рівні теплових потоків 0,3….0,5 від критичних) дискретно-хвильової руйнації поверхні ТВЕЛ, що обумовлена спектральною структурою термоакустичних коливань при виникненні у парогенеруючих каналах режиму високочастотної резонансної нестійкості теплоносія.

5. Експериментально виявлено нові фізичні закономірності виникнення кризи тепловіддачі 1-го роду у парогенеруючих каналах при пузирковому, снарядному, емульсійному та в нижній частині дисперсно-кільцевого режиму течії діабатного потоку теплоносія у відповідному діапазоні масових паровмістів.

6. Обґрунтовано можливість раннього (одразу після виникнення кризи гідравлічного опору) автоматичного виявлення кризи тепловіддачі 2-го роду на основі розпізнавання початку процесу формування пристінкової рідинної мікроплівки на поверхні тепловіддачі перед її пересиханням.

7. Розвинено статистичний, геометричний і нейромережевий підходи до розпізнавання теплогідравлічних процесів в каналах ядерних реакторів. Розроблено, досліджено та впроваджено комплекс ефективних математичних моделей, обчислювальних методів і алгоритмів інтелектної шумової діагностики активних зон ядерних реакторів, а також програмно-технічні засоби, які забезпечують автоматичне виявлення і надійну ідентифікацію основних класів передаварійних та аномальних режимів теплоз'йому з поверхні ТВЕЛ за спектральними параметрами реакторних шумів.

8. Забезпечено універсальність створеного програмно-технічного комплексу, що використовує всі розроблені діагностичні моделі, шляхом надання йому можливості гнучкої адаптації та самоорганізації відповідно до різних видів навчальної апріорної інформації про режими теплоз'йому в АкЗ ВО ЯР і умов високої (до 70%) фонової зашумленості корисних діагностичних сигналів.

9. Розроблено, метрологічно атестовано та впроваджено на об'єктах атомної енергетики серію радіаційно стійких п'єзоелектричних діагностичних сенсорів, що призначені для використання при температурах до 10000С та тисках до 40,0 МПа.

10. Вирішено комплекс задач локальної верифікації сучасних теплогідравлічних кодів для реакторів ВВЕР, РБМК, ВК та інших типів. Результати верифікації впроваджено у провідних ядерних центрах.

11. Розроблені методи та засоби автоматичної комп'ютерної діагностики нештатних теплогідравличних процесів в енергетичних ядерних реакторах забезпечують суттєве підвищення надійності і подовження ресурсу їх активних зон та складають наукову і технологічну основу для широкого впровадження на енергоблоках АЕС України інтелектних діагностичних засобів нового покоління.

Література

1. Орнатский А.П., Шараевский И.Г. Термоакустические процессы при кипении воды в кольцевом канале в условиях вынужденного движения // Теплофизика и теплотехника: Зб. наук. праць. - Київ, 1976. - С. 36-41.

2. Орнатский А.П., Шараевский И.Г. Особенности возникновения и развития термоакустических колебаний при кипении воды в условиях вынужденного движения // Теплообмен и гидродинамика: Зб. наук. праць. - Київ, 1977. - С. 26-33.

3. Шараевский И.Г. Об акустических резонансных колебаниях парогенерирующего канала // Промышленная теплотехника. - 1980. - т. 2, № 5. - С. 24-29.

4. Орнатский А.П., Шараевский И.Г. Акустическая диагностика начала кипения воды в кольцевом канале // Промышленная теплотехника. - 1983. - т. 5, № 6. - С. 21-26.

5. Шараевский И.Г. Метод распознавания начала вскипания теплоносителя в реакторе ВВЭР на основе байесовского классификатора нейтронных шумов // Промышленная теплотехника. - 1999. - т.21, № 6. - С. 69-75.

6. Шараевский И.Г., Письменный Е.Н., Домашев Е.Д., Шараевская Е.И. Возможности совершенствования компьютерных систем контроля АЭС на основе методов искусственного интеллекта // Промышленная теплотехника. - 2000. - т. 22, № 1. - С. 70-77.

7. Шараевский И.Г. Распознавание режимов течения двухфазного потока в каналах ядерного реактора по шумам технологических параметров // Промышленная теплотехника. - 2000. - т. 22, № 1. - С. 53-59.

Размещено на Allbest.ru