close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

Заявление о наступлении события, имеющего признаки;pdf

код для вставкиСкачать
ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКТИВНОГО ИСПОЛНЕНИЯ СРЕДСТВ НАТУРНОГО
ТЕНЗОМЕТРИРОВАНИЯ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ СРАВНИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ
Руководитель: В.У. Хайретдинов
Автор: М.В. Рысаева
ВВЕДЕНИЕ
Тензометрические исследования на протяжении всей истории развития атомной энергетики
являются одной из основных составных частей научно-исследовательских и опытно-конструкторских
работ (НИОКР) при отработке проектных решений реакторных установок (РУ).
В связи с развернувшимся вводом в эксплуатацию значительного числа новых энергоблоков
атомных электрических станций (АЭС), продолжающих и эволюционно развивающих проектные
решения водо-водяных энергетических реакторов (ВВЭР), становится необходимым эффективное
обобщение и максимальное использование в разрабатываемых РУ результатов выполненных НИОКР.
Базовые ВВЭР-1000, являющиеся основой отечественной атомно-энергетической программы последних
тридцати лет, эксплуатируются на 32 энергоблоках АЭС России, Украины, Болгарии, Чехии, Китая,
Ирана и Индии. При этом проект каждого последующего энергоблока является либо модификацией
предыдущего (с изменениями на основе анализа эксплуатационного опыта), либо качественно новым
проектным вариантом (В-187, В-302, В-338, В-320, В-428, В-446, В-412), создаваемым на базе прогресса
науки и техники.
Пусконаладочный контроль параметров термомеханической нагруженности элементов
оборудования РУ, наряду с вибродинамическими и теплогидравлическими измерениями, входящий в
комплекс специальных пусконаладочных измерений (СПНИ), выполнялся и выполняется при вводе в
эксплуатацию на каждом энергоблоке АЭС с ВВЭР-1000. Названный вид натурных испытаний и
измерений является завершающим этапом определения температурного и напряженнодеформированного состояния (НДС) элементов основного оборудования РУ при действии нагрузок в
реальных условиях эксплуатации в рамках обоснования прочности и проектного ресурса.
Средства термомеханического (тензометрического) контроля в составе СПНИ предназначены для
определения температурного и напряженно-деформированного состояния оборудования первого
контура, а также тепловых перемещений элементов оборудования от самокомпенсации РУ.
Для последовательного повышения эффективности использования и достижения новых уровней
качества
пусконаладочных
термомеханических
измерений
целесообразно
обновление
технологического, методического и метрологического обеспечения натурного ядерно-энергетического
тензометрирования с целью решения новых задач как на этапах ввода в эксплуатацию, так и при
последующей эксплуатации энергоблоков АЭС.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
В настоящее время тензорезисторы применяются во многих областях науки и техники. При этом
возникает много сложных теоретических и практических проблем. По этим вопросам имеется обширная
монографическая и периодическая литература, в которой, однако, мало внимания уделяется
прикладным вопросам , с которыми сталкиваются измерители при использовании тензодатчиков. Тем
не менее, именно эти вопросы имеют первостепенное значение в тензометрии.
Целью данной работы является выбор конструктивного исполнения измерительной точки
статодинамического тензометрирования элементов оборудования реакторных установок АЭС в составе
диагностических систем специальных пусконаладочных измерений. Указанный выбор должен быть
сделан на основе анализа являющихся неотъемлемой частью данной работы результатов сравнительных
испытаний существующих в настоящее время различных типов тензопреобразователей.
АКТУАЛЬНОСТЬ И ПРИМЕНЕНИЕ ТЕНЗОМЕТРИИ
Тензометрия в атомной энергетике
Определение НДС элементов конструкций РУ с помощью тензометрии занимает важнейшее место
в обосновании безопасности и надежности блоков АЭС вследствие их высокой механической
напряженности, крупных габаритов, жестких условий работы (высокие давления, термопульсации и
термоудары, радиация и т.д.), а также повышенных требований к прочности, ресурсу и безопасности.
Экспериментальные методы определения НДС применяются на всех этапах жизненного цикла
оборудования АЭС: при проектировании, изготовлении, монтаже, проведении ПНР, энергопуске и
освоении мощности до 100% Nном, а также в процессе эксплуатации и на стадии завершения проектного
эксплуатационного ресурса, когда решается вопрос о возможности продления срока службы
оборудования, либо снятия его с эксплуатации.
Необходимо отметить, что в обеспечение всеохватывающего подхода к созданию надежных и
безопасных РУ, натурной тензометрии в атомной энергетике предшествует огромный комплекс НИОКР
в том числе, и с применением иных методов определения НДС.
В общем случае тензометрическому контролю на АЭС с ВВЭР подвергаются те элементы, которые
воспринимают наибольшие нагрузки в процессе ПНР и эксплуатации. Такими зонами, являются
корпуса реакторов и их ВКУ (поток теплоносителя является источником вибрации), тройниковые
соединения и узлы приварки ГЦТ, узлы приварки коллекторов первого контура парогенераторов
(уровень и распределение напряжений в которых зависят действия температур и давлений со стороны
первого и второго контуров, усилий со стороны трубопроводов, условий изготовления и сборки и т.д.),
компенсатор давления, барботер, корпуса и клапаны турбин (режимы пуска вызывают значительные
напряжения), а также иное теплообменное оборудование, его патрубки и трубопроводы.
Средства термомеханического (тензометрического) контроля в составе СПНИ позволяют в
необходимом объеме определить температурное и напряженно-деформированное состояние
оборудования первого контура, а также тепловые перемещения элементов оборудования от
самокомпенсации РУ, что в дальнейшем применяется в расчетах, обосновании прочности,
безопасности, продлении ресурса и т.д.
Виды и принцип действия тензопреобразователей
В связи с разнообразием решаемых задач и условий измерений существует большое число
тензометров, различных по своим характеристикам и назначению. Наиболее распространенными
являются следующие виды:
– резистивные проволочные (малоинерционность, простота технологии и высокая надежность;
принцип измерения – преобразование относительной деформации в электрический сигнал из-за
изменения сопротивления тензочувствительной решетки датчика, выполненной из проволоки, жестко
связанной с исследуемой конструкцией;
– резистивные фольговые, принцип и материалы аналогичны, изготавливаются фототравлением
(имеют большую площадь соприкосновения с материалом, что снижает саморазогрев датчика,
увеличивает стабильность при критических температурах и длительных нагрузках);
– пленочные (изготавливаются напылением высокоомного материала на упругую сапфировую
подложку с высоким удельным сопротивлением);
– полупроводниковые (вырезаются из монокристалла кремния, германия или сульфида самария,
которые под нагрузкой изменяют сопротивление) важнейшей особенностью является возможность
изменения в широких пределах их механических и электрических свойств, что принципиально
неосуществимо в проволочных и фольговых тензорезисторах; имеют большой выходной сигнал,
продолжительный срок службы, малые размеры и высокую тензочувствительность; к недостаткам
следует отнести их малую механическую прочность и малую гибкость, нелинейность характеристик и
высокую чувствительность к внешним факторам;
– пьезоэлектрические (изготавливаются на интегральных чувствительных элементах из
монокристаллического кремния, при сжатии которого образуется потенциал (прямой пьезоэффект);
преобразователи имеют высокую чувствительность благодаря изменению удельного объемного
сопротивления полупроводника при деформировании);
– в различных областях науки и техники встречаются также индукционные, магнитоупругие,
оптоволоконные и другие виды тензодатчиков.
Для тензометрирования основного оборудования реакторных установок в атомной энергетике в
настоящее время применяются высокотемпературные резистивные проволочные или фольговые
тензодатчики типа ТТК, ТТН, ТТ-700 или НМТ-450, разработанные в Институте машиноведения им.
Благонравова АН СССР (ИМАШ РАН) при участии ОКБ «ГИДРОПРЕСС». Указанные преобразователи
привариваются к детали с применением точечной сварки, либо приклеиваются с помощью
специального клея. В связи с жесткими условиями работы на натурном объекте РУ используются
специальные средства защиты от механических повреждений, а для измерений НДС внутрикорпусных
устройств используются специальные гермотензорезисторы.
В современном виде тензорезистор конструктивно представляет собой чувствительный элемент из
тензочувствительного материала (проволоки, фольги и др.), закрепленный с помощью связующего
(клея, цемента) на исследуемой детали. Для присоединения чувствительного элемента в электрическую
цепь в тензорезисторе имеются выводные проводники. Некоторые конструкции тензорезисторов для
удобства установки имеют подложку, расположенную между чувствительным элементом и
исследуемой деталью, а также защитный элемент, расположенный поверх чувствительного элемента.
Широкое распространение тензорезисторов объясняется тем, что они малоинерционны, позволяют
дистанционно и во многих точках проводить измерения; способ установки их на исследуемую деталь не
требует сложных приспособлений и не искажает поле деформаций исследуемой детали. Малые размеры
и масса тензорезисторов позволяют размещать их в малодоступных местах и устанавливать на детали в
период сборки конструкции.
Деформация ε исследуемой конструкции, переданная с помощью связующего чувствительному
элементу, приводит к изменению его сопротивления, функционально зависимого от деформации вдоль
главной оси (главная ось – ось чувствительного элемента тензорезистора, направление которой
совпадает с направлением его максимальной чувствительности к деформации) тензорезистора,
сопротивления R до деформации, коэффициентов передачи деформации Kпер и ее преобразования Kпр,
т.е.
(1)
Однако, в тензорезисторе, установленном на исследуемой конструкции, протекает ряд процессов,
приводящих к изменению его сопротивления и зависящих от свойств конструктивных элементов
тензорезистора, от условий эксперимента: времени измерений деформаций, температуры и ее
изменения во времени и др.
В связи с зависимостью изменения сопротивления не только от информативного параметра –
деформации поверхности, но и от неинформативных влияющих факторов, сопутствующих
экспериментальным исследованиям, целесообразно характеризовать тензорезисторы не одной
комплексной характеристикой отражающей все метрологические свойства тензорезистора, а
комплексом метрологических характеристик, каждая из которых отражает одно из свойств
тензорезистора.
Метрологические характеристики тензорезистора, входящие в комплекс, условно разделены на
следующие, связанные с параметрами:
– с измеряемой деформацией вдоль главной оси тензорезистора (информативным входным
сигналом), такие как чувствительность K и функция преобразования деформации
при нормальной
температуре;
– с чувствительностью тензорезистора к деформации, перпендикулярной к главной оси
тензорезистора, — поперечная чувствительность Kпоперечная;
– с измеряемой деформацией и временем её воздействия — ползучесть П и механический
гистерезис Г;
– с действием таких влияющих величин, как температура (функция влияния температуры на
чувствительность Фt, температурная характеристика сопротивления, ползучесть при максимальной
температуре) и время (дрейф выходного сигнала Дt).
Функция преобразования деформаций будет в этом случае иметь вид:
(2)
где ε — измеряемая деформация; ξ — выходной сигнал тензорезистора зависящий от измеряемой
деформации и действия неинформативных параметров; ξi — значения выходных сигналов от
характеристик ползучести, гистерезиса, температурной характеристики сопротивления, дрейфа,
вносимые в формулу в виде детерминированных поправок, число и знак которых зависят от конкретных
величин и схемы измерения деформаций.
Для измерений деформаций в сложных условиях воздействия различных влияющих величин
необходимо использовать тензорезисторы и схемы измерения, приводящие к малым значениям
поправок.
Разработка таких тензорезисторов и методов их применения требует проведения многочисленных,
трудоемких и подчас тонких экспериментальных исследований по выбору материалов конструктивных
элементов, созданию конструкций с малыми разбросами характеристик в партиях, исследованию
влияний информативных и неинформативных величин на метрологические характеристики в условиях,
имитирующих условия реального прочностного эксперимента.
Применяемая в настоящее время конструкция измерительной точки
В зависимости от цели измерений применяются различные конструкции измерительных точек
статодинамического
тензометрирования.
Наиболее
распространенной
для
проволочных
тензорезисторов типа НМТ-450 является применяемая в СПНИ полумостовая схема (рисунок 1),
которая включает в себя четыре тензорезистора: два измерительных (в продольном и поперечном
направлениях) и два компенсационных. Тензорезисторы привариваются к исследуемой конструкции
методом точечной сваркой. Для защиты от механических повреждений измерительный узел
закрывается металлическим корпусом. Для измерения НДС внутрикорпусных устройств используется
более прочный герметичный корпус.
Рис. 1. Внешний вид измерительной точки (внереакторные измерения, СПНИ)
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
Как уже было отмечено ранее, целью проводимой работы является выбор конструктивного
исполнения точки статодинамического тензометрирования на основе анализа результатов
сравнительных испытаний метрологических характеристик различных образцов тензопреобразователей,
существующих в настоящее время на российском рынке. Таким образом, первым шагом к выполнению
данной работы явилась разработка программы и методики сравнительных испытаний
высокотемпературных тензопреобразователей на базе НМТ-450 (ОКБ «ГИДРОПРЕСС»), ТПФ-21
(фирма «СЕНСОР») и LZN (HITEC от Vishay Micro-Measurements group) на экспериментальных стендах
создаваемого метрологического центра испытательной лаборатории отдела исследований напряжений и
технической диагностики ОАО ОКБ «ГИДРОПРЕСС», которая определяет цели, объём и состав
сравнительных испытаний высокотемпературных тензопреобразователей, а также методику обработки
результатов измерений, критерии завершения испытаний, требования к отчетной документации и
необходимые меры безопасности при проведении работ.
Описание исследуемых образцов
Высокотемпературный тензопреобразователь НМТ-450. Тензорезистор высокотемпературный
НМТ-450 (рисунок 2) предназначен для измерения деформаций в деталях машин при статических и
динамических нагрузках при положительных температурах от 25 до 450 С.
Рис. 2. Внешний вид тензорезистора НМТ-450
Тензорезистор (рисунок 3) состоит из решетки тензочувствительной поз. 3, изготовленной из
проволоки диаметром 0,03 мм сплава марки НМ23ХЮ. Решетка закреплена на подложке поз. 1,
изготовленной из ленты марки стали 12Х18Н10Т ГОСТ 498679 толщиной 0,15 мм, с помощью
органосиликатной композиции ОС5202.
Выводы поз. 4, изготовленные из нихромовой проволоки марки Х20Н80 ГОСТ 880389 диаметром
0,15 мм, приварены к решетке. Место сварки защищено тканью А1 П ГОСТ 848175 и скобой из
сплава Х20Н80Н ГОСТ 12766.2-90.
Деформация от исследуемого объекта передается на решетку через подложку. Связь подложки с
поверхностью объекта осуществляется с помощью точечной контактной сварки. Связь подложки с
решеткой осуществляется с помощью связующего из органосиликатной композиции.
Рис. 3. Схема тензорезистора высокотемпературного НМТ-450
1  подложка, 2  композиция ОС-52-02, 3  решетка, 4  выводы
Измерение деформаций тензорезисторами возможно на объектах, изготовленных из материалов,
позволяющих приваривать тензорезисторы. Тензорезистор приваривается к поверхности изделия
контактной сваркой. Схема приварки показана на рисунке 4. При сварке исключается коробление и
деформация подложки тензорезистора. Направление главной оси тензорезистора задается направлением
длинной стороны подложки и должно совпадать с направлением измеряемой деформации.
Рис. 4. Схема приварки тензорезистора
ТПФ-21. Тензопреобразователь ТПФ-21 (рисунок 5) представляет собой полупроводниковую
мостовую тензорезистивную сборку, выполненную на основе моносульфида самария (SmS). Вся
конструкция размещена на металлической нержавеющей подложке, толщиной 0,2 мм, привариваемой к
исследуемой поверхности точечной контактной сваркой. Полупроводниковая тензорезисторная матрица
заключена в герметичный прямоугольный корпус с жесткими выводами. Габаритные размеры
представлены на рисунке 6.
Рис. 5. Модель и внешний вид тензодатчика ТПФ-21
Рис. 6. Габаритные размеры тензодатчика SmS ТПФ-21
LZN-NC-W250G-120/2F.
Тензопреобразователи
серии
LZN
представляют
собой
высокотемпературные бескорпусные тензорезисторы, аппликация которых осуществляется способом
плазменного напыления или с помощью керамического цемента. Материал решетки варьируется:
нихром, платина-вольфрам и другие. Внешний вид тензорезистора представлен на рисунке 7, схема
аналогично НМТ-450 (рисунок 3).
Рис. 7. Внешний вид и схема тензорезистора LZN-NC-W250G-120/2F
Определяемые параметры
Испытания проводились в три этапа:
– подготовительные работы (настройка и калибровка аппаратуры);
– «холодные» испытания (определение метрологических характеристик при НУ);
– «горячие» испытания (определение метрологических характеристик в диапазоне температур от
20 до 600 ˚С).
В ходе испытаний исследовались следующие характеристики:
– масса и габаритные размеры;
– сопротивление тензорезистора;
– коэффициент чувствительности;
– отношение сигнал/шум;
– нелинейность функции преобразования;
– поперечная чувствительность;
– температурная характеристика сопротивления (ТХС);
– воспроизводимость ТХС;
– часовой дрейф выходного сигнала;
– часовая ползучесть;
– воспроизводимость начального сопротивления;
– разрешающая способность;
– сопротивление изоляции;
– время реакции на ступенчатый входной сигнал.
Результаты подготовительных работ
В ходе подготовительной фазы был проведен большой комплекс работ по калибровке и настройке
вторичной измерительной аппаратуры, проверке измерительных каналов с целью подтверждения их
идентичности, отсутствия взаимовлияния, отсутствия помех и т.д.. Необходимо отметить, что во всей
работе использовались только поверенные измерительные средства, имеющие действующие
сертификаты и свидетельства о поверке и калибровке.
Результаты «холодных» испытаний
На рисунке 8 изображен комплекс измерительных устройств на котором проводились «холодные»
испытания. Он включает в себя установку УТС1-ВТ-12 предназначенную для изгиба балок постоянного
сечения и имеющую участок длиной 200 мм с постоянным изгибающим моментом, ПК с ПО Catman
Professional, а также измерительный усилитель MGC+.
Рис. 8. Измерительное оборудование. 1 – ПК; 2 – установка изгиба УТС1-ВТ-12; 3 – измерительный
усилитель MGCplus
Результаты «холодных» испытаний показали, что полупроводниковый тензопреобразователь ТПФ21 на основе сульфида самария несколько опережает остальные образцы по своим метрологическим
характеристикам. Данный факт объясняется принципиально отличными физическими основами работы,
технологии изготовления и применением мостовой схемы. Наибольшее влияние это оказывает на его
чувствительность и разрешающую способность. Отрицательным моментом применяемой технологии
является большой изначальный разбаланс плеч мостовой схемы тензодатчика SmS, что приводит к
значительным техническим трудностям, а иногда и невозможности его инициализации при настройке
измерительных каналов на применяемом вторичном измерительном оборудовании. Малые размеры
самого чувствительного элемента приводят также к невозможности его длительного питания
стандартным используемым для проволочных тензопреобразователей напряжением 3÷5 В (ограничение
производителей SmS – 1 В) вследствие высокой вероятности поломки, несмотря на то, что питание
напряжением 5В значительно улучшает метрологические характеристики исследуемого
полупроводникового тензопреобразователя.
Проволочные тензодатчики на основе НМТ-450 в холодных испытаниях показали очень близкие
результаты по всем характеристикам, кроме часовой ползучести. Однако полученные значения часовой
ползучести для обоих типов образцов не выходят за их паспортные характеристики – 1%. Данный факт
требует дальнейшего дополнительного исследования. Необходимо отметить, что полученные в
холодных испытаниях метрологические характеристики всех образцов НМТ лучше значений,
указанных в ТУ на их производство. Высокотемпературный тензодатчик LZN показал наихудшие
результаты по всем параметрам, что, вероятно, объясняется технологией его изготовления (связующим
в тензорезисторах данной марки является специальным образом напыленная керамика).
Полученные в холодных испытаниях метрологические характеристики всех образцов (в том числе
и LZN) в целом удовлетворяют существующим стандартным задачам, присутствующим в тематике
АЭС с РУ ВВЭР.
Результаты «горячих» испытаний
На рисунке 9 представлен комплекс измерительных устройств, на котором проводились «горячие»
испытания. Он включает в себя камерную электропечь, станину для закрепления балок переменного
сечения (равного сопротивления изгибу), измерительный усилитель MGCplus и ПК.
Рис. 9. Оборудование для проведения температурных испытаний: 1 – ПК; 2 – камерная электропечь; 3 –
измерительный усилитель MGCplus
На момент написания доклада температурные испытания выполнены не в полном объеме – только
до 300 °С. В связи с этим все сделанные ниже выводы являются предварительными, их применимость
ограничивается нижним пределом температурного диапазона ВВЭР. В связи с тем, что тематика СПНИ
затрагивает также реакторы БН, необходимо проведение полного цикла испытаний до 600 °С.
Результаты температурных испытаний показывают, что полупроводниковый мостовой тензодатчик
SmS имеет более высокие значения метрологических характеристик по сравнению с традиционными
проволочными HMT-450 и LZN. Однако, наряду с повышенной чувствительностью, полупроводниковая
основа приводит и к тому, что SmS имеет более высокие значения часового дрейфа и ползучести при
температуре, что может негативно повлиять на результаты измерений в ходе многомесячных режимов
испытаний, и, соответственно, общую целесообразность применения данного тензодатчика.
С одной стороны полупроводниковая схема открывает широкие новые возможности, примером
чего может служить актуальная на момент написания настоящей работы задача (в целях снятия
консерватизма расчетов) определения паросодержания в ПГ РУ с ВВЭР-1200 (АЭС-2006) путем
установки тензодатчиков на его опоры и определения массы воды. Данная задача требует от
тензодатчика не только высоких значений чувствительности, разрешающей способности в составе
канала и соотношения сигнал/шум (характеристик, по которым SmS превосходит проволочные
аналоги), но и низких (в т.ч. температурных) значений дрейфа и ползучести. Последнее требование
обусловлено тем, что задача предполагает длительную калибровку показаний тензодатчиков в
зависимости от уровня и температуры теплоносителя первого и второго контуров, что окажется
невозможным в условиях больших значений дрейфа и ползучести.
Проволочные НМТ-450 производства ОАО ОКБ «ГИДРОПРЕСС» и ОАО «Тензоприбор» в
испытаниях на 300 °С показали очень близкие метрологические характеристики, которые, однако,
уступили характеристикам образца LZN. Конструкция последнего, имеющая связующее из
керамического напыления и предусмотренная на работу до температуры 600 °С, полностью оправдала
себя в диапазоне средних температур.
Вдобавок к вышесказанному, температурный диапазон стабильной работы тензодатчика для
применения в РУ ВВЭР должен достигать 400 °С. для применения в РУ БН - 600 °С. Заявленные
производителями верхние пределы температурного диапазона применимости образцов являются 350 °С
для SmS, 450 °С для НМТ-450 и 1200 °С для LZN. Данные диапазоны и стабильность метрологических
характеристик в них нуждаются в экспериментальном подтверждении, однако, по имеющимся на
данный момент результатам испытаний и информации от производителей, вероятным результатом
дальнейших высокотемпературных испытаний до 600 °С может стать заключение о том, что
единственно возможным вариантом тензодатчика для реактора БН может быть LZN, тензодатчики на
базе НМТ-450 являются оптимальным вариантом для РУ ВВЭР, а SmS применим пока только в
низкотемпературной области
Общие выводы и предложения по оптимизации конструкции измерительной точки
В работе приведена общая оценка испытываемых образцов с точки зрения их соответствия
требованиям СПНИ на основе специально разработанной и согласованной с ведущими специалистами и
руководством СПНИ шкалы весовых коэффициентов. К учету принимались характеристики
измерительной точки (тензопреобразователя), а не отдельно взятого тензорезистора (для ТПФ-21 –
мостовая схема, для проволочных НМТ-450 и LZN – полумостовая схема).
Рис. 10. Диаграмма оценочных баллов
Необходимо отметить, что все испытываемые в данной работе образцы тензорезисторов и
тензодатчиков имеют абсолютно независимых производителей, а также различные технологии
изготовления.
По результатам проведенных сравнительных испытаний ни один из образцов не показал
качественно лучших метрологических характеристик.
Анализируя полученные результаты можно сделать следующие выводы:
– полупроводниковый SmS имеет наилучшую применимость для низкотемпературных измерений;
– проволочный образец LZN показывает более стабильные характеристики и наиболее подходит
для высокотемпературных измерений;
– проволочные тензорезисторы марки НМТ-450 имеют средние характеристики как при НУ, так и
при 300 °С, что обеспечивает их универсальность.
На рисунке 1 была приведена схема измерительной точки тензометрирования на основе НМТ-450
применяемая в настоящее время в СПНИ. На рисунках 11–13 приведены варианты оптимизированных
измерительных точек на основании предложенных выше решений.
Рис. 11. Схемы измерительных точек с НМТ-450
Если дальнейшие исследования подтвердят хорошую воспроизводимость температурной
характеристики НМТ-450, то можно будет использовать измерительную точку с двумя
тензорезисторами, установленными в продольном и поперечном направлении, а влияние температуры
компенсировать аппаратно. Также возможен вариант: измерительная точка из двух полумостовых
тензодатчиков, компенсационные тензорезисторы установлены вертикально. Такие решения позволят
уменьшить размер измерительной точки.
На рисунке 12 представлена измерительная точка с тензодатчиками ТПФ-21. Здесь, аналогично
НМТ-450, необходимо дальнейшее изучение температурной характеристики и функции влияния
температуры. Однако, даже в случае использования двух измерительных и двух компенсационных
датчиков размеры точки оказываются меньше, чем для варианта с НМТ-450.
Рис. 12. Схемы измерительных точек с датчиками ТПФ-21
На рисунке 13 представлена измерительная точка с тензодатчиками типа LZN. Здесь, как и в
предыдущих случаях необходимо подтверждение температурной характеристики и функции влияния
температуры (изначально производители VISHAY совместно с NASA предлагают вариант без
компенсационных тензорезисторов, компенсация осуществляется программно).
Рис. 13. Схемы измерительных точек с датчиками типа LZN
Для окончательного заключения о применимости испытываемых образцов необходимо проведение
высокотемпературных испытаний до 600 °С.
Подводя итог, на момент написания настоящей работы можно предложить следующие, примерно
одинаковые, пути оптимизации существующих вариантов измерительных точек:
– НМТ-450 - детальное изучение температурных характеристик и функции влияния температуры,
измерительная точка из 2 одиночных тензорезисторов, аппаратная компенсация температуры, либо
измерительная точка из 2 полумостовых тензодатчиков, компенсационных тензорезисторы установлены
вертикально;
– ТПФ-21 – детальное изучение температурных характеристик и функции влияния температуры,
измерительная точка из 2 мостовых датчиков, аппаратная компенсация температуры;
– LZN - детальное изучение температурных характеристик и функции влияния температуры,
измерительная точка из 2 одиночных тензорезисторов, аппаратная компенсация температуры.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
По результатам выполненных сравнительных испытаний различных типов высокотемпературных
тензодатчиков разработаны предложения по оптимизации конструктивного исполнения точки
натурного термотензометрирования в составе средств контроля специальных пусконаладочных
измерений на АЭС.
Важным аспектом данной работы является то, что она направлена не только на улучшение
конструкции измерительной точки термотензометрирования, но и на развитие метрологического
обеспечения с целью повышения достоверности результатов пусконаладочных измерений на
оборудовании АЭС, базового инструмента проектирования и анализа безопасности.
В продолжение настоящей работы на базе метрологической лаборатории ОКБ «ГИДРОПРЕСС» и с
участием специалистов ИМАШ РАН, ООО «Сенсор» и ООО «МТ-Солюшнс» запланировано как
полномасштабное изучение характеристик тензодатчиков (в т.ч. определение поперечной
чувствительности, динамических характеристик, проведение высокотемпературных исследований до
600 °С), так и натурные испытания на вводимых в эксплуатацию АЭС.
Список литературы
1. Дайчик М.Л., Пригоровский Н.И., Хуршудов Х., Методы и средства натурной тензометрии.
Справочник. – М.: Машиностроение. 1989, 240 с.
2. Митенков Ф.М., Стекольников В.В., Махутов Н.А., Пригоровский Н.И., Дайчик М.Л.,
Тензометрические исследования конструкций энергетического оборудования.// Проблемы
машиностроения и автоматизации. 1988.№2. – М.: Наука.с. 33-43
3. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. – М.: Наука, 1965, 856 с.
4. И. Немец Практическое применение тензорезисторов. – М.: Энергия, 1970, 144 с.
5. Тензометрия в машиностроении. Под ред. Макарова Р.А. – М.: Машиностроение, 1975. 288 с.
6. Сухарев И.П. Экспериментальные методы исследования деформаций и прочности. – М.:
Машиностроение, 1987. 213 с.
7. Исследование температурных напряжений. Под ред. Пригоровского Н.И. – М.: Наука, 1972. 228 с.
8. Исследование термонапряженного состояния оборудования реакторной установки ВВЭР-1000 при
вводе в эксплуатацию энергоблока №2 Ростовской АЭС. В.У. Хайретдинов, Р.Ю. Малышев //
Сборник трудов конференции молодых специалистов ОАО ОКБ «ГИДРОПРЕСС», 2010
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа