控制棒驅動機構錯對中落棒噪聲特性研究

彭翠云

【摘 要】利用噪聲檢測技術對控制棒驅動機構進行正常和錯對中落棒噪聲檢測試驗，并對采集到的噪聲信號時程特性及其對應的頻譜特性進行了分析研究，試驗表明，控制棒驅動機構錯對中狀態下落棒時間在設計允許范圍內，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動機構錯對中狀態。

【關鍵詞】控制棒驅動機構；落棒噪聲；錯對中；特征量

0 引言

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

在國內，噪聲檢測技術應用于控制棒驅動機構故障檢測尚處于嘗試階段，但該技術可逐步建立驅動機構運行故障特征數據，對驅動機構早期故障進行檢測，提前預知驅動機構運行工況，以便盡早采取措施，保證控制棒驅動機構的運行安全性。

本研究針對滾輪絲杠控制棒驅動機構，采用噪聲檢測技術對處于偏心狀態下的控制棒驅動機構落棒噪聲進行時程和頻譜特性分析，并給出了反應故障特性信息的特征量及其隨偏心量增大的變化關系。

1 試驗裝置與設備

試驗本體為滾輪絲杠控制棒驅動機構，它是通過滾輪絲杠傳動副將轉子的旋轉運動轉化為絲杠帶動控制棒的上下直線運動，主要部件由位置指示器、轉子部件、定子部件、絲杠部件、彈簧部件等組成。

試驗測試設備由一個寬頻加速度計、一個4通道前置電荷轉換器和一臺4個噪聲檢測通道、32個棒位測量通道組成的便攜式噪聲檢測儀構成。加速度計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 控制棒驅動機構噪聲檢測流程圖

2 試驗內容

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

落棒時間通過測量驅動機構電源柜位置指示器初級線圈內因驅動軸通過而產生感應電勢的辦法來測量。

3 試驗結果比較與分析

3.1 落棒時間測量結果分析

落棒時間是控制棒從反應堆堆芯頂部下落到底部的時間，圖2為試驗中所測得正常和錯對中偏心狀態控制棒驅動機構落棒時間，從圖中可見，隨偏心量增大落棒時間變化較小，且均在設計允許范圍內，由此可見通過測量落棒時間很難辨別錯對中偏心故障。

圖2 不同偏心量落棒時間

3.2 驅動機構落棒噪聲特性分析

3.2.1 時程分析

控制棒驅動機構落棒行程中，產生主要噪聲的事件依次為轉子開啟、驅動機構摩擦、控制棒下插摩擦和落棒沖擊，將落棒加速度時程信號分為四段，提取各段加速度有效值特征量分別為RMS1、RMS2、RMS3、RMS4，并進行各錯對中偏心狀態時程特征量比較如圖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的頻率范圍內的頻譜特征中，提取正常與錯對中偏心狀態落棒加速度信號頻譜特征頻率以及對應的峰值進行比較，發現在特征頻率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

為了對驅動機構摩擦噪聲的進行檢測，將噪聲加速度信號時程在1Hz～10kHz頻率范圍積分，得加速度級，計算公式如下式。在控制棒落棒過程中，加速度級的計算方法，是對在高速采樣下的加速度信號，進行整個落棒過程的數據塊的頻譜計算，再對頻譜在1Hz～10kHz頻段進行數字積分。

由公式計算正常與錯對中狀態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 結論

（1）采用噪聲檢測技術檢測控制棒驅動機構錯對中落棒噪聲，在時程和頻譜特征量變化較為明顯。

（2）采用噪聲檢測技術可通過特征量變化辨別驅動機構錯對中偏心故障狀態以及偏心程度，而采用測量落棒時間的方法很難辨別。

【參考文獻】

[1]張繼革，吳元強，王敏稚.控制棒新型電磁驅動機構性能實驗研究[J].核動力工程，2001，22（4）：365-369.

[2]蘇世杰.控制棒落棒時間測量的機制和方法[J].核工程與技術，1996，9（3）：15-22.

[責任編輯：楊玉潔]