控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)錯(cuò)對中落棒噪聲特性研究

彭翠云

【摘 要】利用噪聲檢測技術(shù)對控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)進(jìn)行正常和錯(cuò)對中落棒噪聲檢測試驗(yàn)，并對采集到的噪聲信號時(shí)程特性及其對應(yīng)的頻譜特性進(jìn)行了分析研究，試驗(yàn)表明，控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)錯(cuò)對中狀態(tài)下落棒時(shí)間在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，但其落棒噪聲特征量有明顯增大的特征，通過噪聲特征量可檢測驅(qū)動機(jī)構(gòu)錯(cuò)對中狀態(tài)。

【關(guān)鍵詞】控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)；落棒噪聲；錯(cuò)對中；特征量

0 引言

控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)是反應(yīng)堆的重要動作部件，在每次換料大修或驅(qū)動機(jī)構(gòu)發(fā)生變動后需對其進(jìn)行性能檢查，目前的檢測方法是測量線圈電流和落棒時(shí)間，此方法只能檢測出驅(qū)動機(jī)構(gòu)較明顯的升降故障，而驅(qū)動機(jī)構(gòu)多發(fā)生部件偏心、松動、形變等尚未發(fā)生可明確鑒別的故障，這些早期故障只使驅(qū)動機(jī)構(gòu)出現(xiàn)阻滯或摩擦，此時(shí)電流變化不大，落棒時(shí)間增長也不明顯，無法有效檢測。

在國內(nèi)，噪聲檢測技術(shù)應(yīng)用于控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)故障檢測尚處于嘗試階段，但該技術(shù)可逐步建立驅(qū)動機(jī)構(gòu)運(yùn)行故障特征數(shù)據(jù)，對驅(qū)動機(jī)構(gòu)早期故障進(jìn)行檢測，提前預(yù)知驅(qū)動機(jī)構(gòu)運(yùn)行工況，以便盡早采取措施，保證控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)的運(yùn)行安全性。

本研究針對滾輪絲杠控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)，采用噪聲檢測技術(shù)對處于偏心狀態(tài)下的控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)落棒噪聲進(jìn)行時(shí)程和頻譜特性分析，并給出了反應(yīng)故障特性信息的特征量及其隨偏心量增大的變化關(guān)系。

1 試驗(yàn)裝置與設(shè)備

試驗(yàn)本體為滾輪絲杠控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)，它是通過滾輪絲杠傳動副將轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為絲杠帶動控制棒的上下直線運(yùn)動，主要部件由位置指示器、轉(zhuǎn)子部件、定子部件、絲杠部件、彈簧部件等組成。

試驗(yàn)測試設(shè)備由一個(gè)寬頻加速度計(jì)、一個(gè)4通道前置電荷轉(zhuǎn)換器和一臺4個(gè)噪聲檢測通道、32個(gè)棒位測量通道組成的便攜式噪聲檢測儀構(gòu)成。加速度計(jì)采用卡扣適配方式安裝在偏心管座殼外，棒位信號直接取自電源柜。噪聲檢測流程見圖1。

圖1 控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)噪聲檢測流程圖

2 試驗(yàn)內(nèi)容

常溫、常壓、靜水狀態(tài)下，利用試驗(yàn)本體及裝置，進(jìn)行正常和錯(cuò)對中落棒噪聲特性試驗(yàn)，即在偏心量分別為0mm、4mm、6mm、10mm、15mm、20mm，各進(jìn)行至少2次落棒試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中，采集落棒噪聲加速度信號。

落棒時(shí)間通過測量驅(qū)動機(jī)構(gòu)電源柜位置指示器初級線圈內(nèi)因驅(qū)動軸通過而產(chǎn)生感應(yīng)電勢的辦法來測量。

3 試驗(yàn)結(jié)果比較與分析

3.1 落棒時(shí)間測量結(jié)果分析

落棒時(shí)間是控制棒從反應(yīng)堆堆芯頂部下落到底部的時(shí)間，圖2為試驗(yàn)中所測得正常和錯(cuò)對中偏心狀態(tài)控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)落棒時(shí)間，從圖中可見，隨偏心量增大落棒時(shí)間變化較小，且均在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，由此可見通過測量落棒時(shí)間很難辨別錯(cuò)對中偏心故障。

圖2 不同偏心量落棒時(shí)間

3.2 驅(qū)動機(jī)構(gòu)落棒噪聲特性分析

3.2.1 時(shí)程分析

控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)落棒行程中，產(chǎn)生主要噪聲的事件依次為轉(zhuǎn)子開啟、驅(qū)動機(jī)構(gòu)摩擦、控制棒下插摩擦和落棒沖擊，將落棒加速度時(shí)程信號分為四段，提取各段加速度有效值特征量分別為RMS1、RMS2、RMS3、RMS4，并進(jìn)行各錯(cuò)對中偏心狀態(tài)時(shí)程特征量比較如圖3。

圖3 不同偏心量落棒四段加速度有效值

3.2.2 頻譜分析

從1Hz至10KHz的頻率范圍內(nèi)的頻譜特征中，提取正常與錯(cuò)對中偏心狀態(tài)落棒加速度信號頻譜特征頻率以及對應(yīng)的峰值進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)在特征頻率1000Hz、3500Hz、4500Hz、8000Hz等處頻譜幅值變化較大如圖4所示，這些特征頻率在偏心量15mm、20mm的加速度頻譜幅值有明顯增大。

圖4 不同偏心量落棒頻譜特征

為了對驅(qū)動機(jī)構(gòu)摩擦噪聲的進(jìn)行檢測，將噪聲加速度信號時(shí)程在1Hz～10kHz頻率范圍積分，得加速度級，計(jì)算公式如下式。在控制棒落棒過程中，加速度級的計(jì)算方法，是對在高速采樣下的加速度信號，進(jìn)行整個(gè)落棒過程的數(shù)據(jù)塊的頻譜計(jì)算，再對頻譜在1Hz～10kHz頻段進(jìn)行數(shù)字積分。

由公式計(jì)算正常與錯(cuò)對中狀態(tài)下的落棒加速度級如圖5所示，圖中落棒信號噪聲加速度級隨偏心量增大而增大明顯。

4 結(jié)論

（1）采用噪聲檢測技術(shù)檢測控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)錯(cuò)對中落棒噪聲，在時(shí)程和頻譜特征量變化較為明顯。

（2）采用噪聲檢測技術(shù)可通過特征量變化辨別驅(qū)動機(jī)構(gòu)錯(cuò)對中偏心故障狀態(tài)以及偏心程度，而采用測量落棒時(shí)間的方法很難辨別。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張繼革，吳元強(qiáng)，王敏稚.控制棒新型電磁驅(qū)動機(jī)構(gòu)性能實(shí)驗(yàn)研究[J].核動力工程，2001，22（4）：365-369.

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]