DE3104885A1

DE3104885A1 - Schallueberwachungseinrichtung fuer industrieanlage

Info

Publication number: DE3104885A1
Application number: DE19813104885
Authority: DE
Inventors: Antrag Auf Nichtnennung
Original assignee: Framatome SA
Current assignee: Areva NP SAS
Priority date: 1980-02-12
Filing date: 1981-02-11
Publication date: 1981-12-24
Also published as: FR2475769A1; US4392214A; FR2475769B1; YU29781A; ES8202174A1; ES499313A0; BE887467A; YU42378B

Description

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FRAMATOME
I24oo Courbevoie
Frankreich

Schallüberwachungsexnrichtung für Industrieanlage

Die Erfindung betrifft eine Schallüberwachungsexnrichtung (akustische Überwachungseinrichtung) einer idustriellen Anlage zum Erfassen möglicher Stöße von in der Anlage wandernden bzw. umlaufenden Körpern.

In einem Kernreaktor oder einer beliebigen industriellen Anlage, die eine große Anzahl von Gliedern aufweist, wie Rohrleitungen, Behälter und Ventile,in denen Fluide umgewälzt werden, besteht eine Beschädigungsgefahr für Konstruktionselemente der Anlage durch mechanische Teile wie einem Bolzen, einer (Unterleg-)Scheibe oder einem Element eines Ventils, welcher bzw. welches sich lösen kann und zu einem wandernden Körper wird und dabei mit großer Geschwindigkeit in der Anlage umläuft, wenn das Fluid selbst nut großer Geschwindigkeit umgewälzt wird.

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Boj derartigen Anlagen können aufgrund der durch im Betrieb befindliche Teile erzeugten Spannungen örtliche mehr oder minder vollständige Risse auftreten, die sich so weit entwickeln können, daß sich das Teil löst und von dem Strom mitgenommen wird, wodurch es zu einem in der Anlage wandernden Körper wird.

Insbesondere bei Kernreaktoren können die Risse verursachenden Spannungen thermischen oder mechanischen Ursprung besitzen und kann deren Wirkung durch Korrosion verstärkt werden.

Es gibt Zonen von hydraulischen Kreisen der erwähnten Anlagen, in denen wandernde Körper bevorzugt leicht auf einen Teil der Anlage aufprallen können. Insbesondere bei einer Ventile aufweisenden Rohrleitung können diese Stellen bevorzugt Rohrleitungskrümmer, tiefliegende Stellen und auch die Ventilkörper sein.

Im Fall von Druckwasserreaktoren kann der Aufprall wandernder Körper auf bestimmte Teile des Primärkreises in besonderem Maße gefahrvoll sein, da die Strömungsgeschwindigkeiten der Fluide sehr hoch in der Größenordnung von 10-I5 m/s sind. Derartige Aufpralle können daher wesentliche Beschädigungen an dem Reaktorkreis verursachen.

Diese Beschädigungen sind andererseits umso schwieriger zu reparieren, je länger der Reaktor in Betrieb geblieben ist und je mehr die Reparaturen in Zonen durchgeführt werden müssen, die der Bestrahlung durch ionisierende Teilchen unterlegen., haben.

Es ist daher wesentlich, sehr schnell derartige wandernde Körper zu erfassen, bei deren ersten Aufprallen auf die

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Konstruktionselementο des Kreises^ derart, daß in der Steuerzentrale ausreichende Entscheidungen darüber getroffen werden können, um wesentliche Beschädigungen in dem Reaktor zu vermeiden.

Seit langem werden Stöße zweier Metallteile unter Verwendung von Schallfühlern erfaßt, die auf der Konstruktion angeordnet sind, oder durch Mikrofone, die in der Luft nahe der Konstruktion angeordnet sind, die den Stoßen unterliegt. Fenn die durch einen Stoß von Metall auf Metall erzeugten Schallwellen von den Detektoren oder den Mikrofonen erfaßt werden, wird das empfangene abgegebene Signal so umgesetzt, daß ein Impulssignal abgegeben wird.

Es wurde bereits daran gedacht, nahe den Zonen, in denen die Möglichkeit eines Aufpralls groß ist, Fühler anzuordnen, die auch nahe den Teilen angeordnet werden können, in denen die Wahrscheinlichkeit von Rissen oder Brüchen erheblich ist.

Bei industriellen Anlagen wie Kernreaktoren kann nämlich der Fühler sehr leicht auf andere Beanspruchungen oder Belastungen ansprechen als diejenigen, die der Stoßerscheinung oder dem Bruch oder Reißen entsprechen, die überwacht werden soll. Lärm unterschiedlichen Ursprungs, wie der Lärm, der das Schließen der Klappe eines Ventils, die Bewegung von Steuerstäben und anderer bewegbarer Glieder begleitet kann impulsförmige Schallsignale erzeugen, die an den Klemmen der Fühler beobachtbar sind und die zu Signalen angenommen werden können, die sich aufgrund eines Aufpralls zwischen zwei Metallteilen in der überwachten Zone ergeben.

Selbst durch die Verwendung von Fühlern wie piezoelektrischen Fühlern von Schallwellen bzw. Schallsignalen, deren Ansprech-

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Frequenzen relativ hoch sind (über 50 kHz) und deren Empfindlichkeitszone sehr klein ist, wie beispielsweise solche von Beschleunigungsmessern, die niederfrequente Komponenten akustischer oder Schallzonen berücksichtigen, ist es nicht möglich, eine wirksame Diskriminierung zwischen den Signalen aufgrund von Aufprallen wandernder Körper und den Signalen aufgrund anderer Ursachen in anderen Teilen der Anordnung durchzuführen.

Insbesondere ermöglichen derzeit verwendbare Einrichtungen keine Unterscheidung einer geringen Schallbelastung, deren Quelle naheliegt und einer erheblichen Belastung, die mit großem Abstand erzeugt wird.

Tm !''all von Kernreaktoren ermöglichen derzeit verwendete Einrichtungen keine Unterscheidung von beispielsweise Schallwellen aufgrund eines Aufpralls auf den Boden eines Dampferzeugers, als Beispiel, und aufgrund des Schließens einer Klappe in sehr großem Abstand von der Zone, in der der Fühler angeordnet ist. Die Ausnutzung von Aufzeichnungen der Fühler mittels einer elektronischen Überwachungseinrichtung, die einfache Zähl- oder Aufzeichnungsglieder enthält, ist daher nicht möglich, da der Verlauf der Signale bzw. die Stärke der Signale zu berücksichtigen ist und diese unter Verwendung eines Oszilloskops analysiert werden müssen.

Darüber hinaus kann ein elektrisches parasitäres Signal von der Überwachungsschaltung als Schallimpuls erfaßt werden, was die Ursache von Falschalarmen ist.

Es ist daher Aufgabe der E findung, eine Schallüberwachungseinrichtung für eine industrielle Anlage zum Erfassen von möglichen Stoßen wandernder Körper in der Anlage anzugeben, die Schallfühler von während der Stöße der wandernden Körper

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abgegebenen Wellen aufweist, wobei die Einrichtung nur das Berücksichtigen von Schallsignalen aufgrund von Aufprallen der wandernden Körper in der überwachten Zone ermöglicht unter Ausschluß jeder anderen störender Schall- oder Elektro-Erscheinung.

Zur Lösung der Aufgabe weist die erfindungsgemäße Schallüberwachungseinrichtung mindestens eine Gruppe von zwei Schallfühlern auf, die in Berührung mit der Wand der Anlage oder in deren Nähe angeordnet sind an zwei unterschiedlichen Stellen der Anlage,zwischen denen die Überwachung durchgeführt werden soll, sowie eine Meß- und Alarraschaltung bzw. -Einrichtung, mit der die beiden Schallfühler verbunden sind mit einer Meßeinrichtung des Zeitbereiches zwischen dem Empfang der Schallwellen von dem einen und dem anderen Schallfühler, einer Vergleichseinrichtung dieses Zeitbereiches mit mindestens einer Gruppe von zwei vorgegebenen Werten und einer Alarmeinrichtung, die ausgelöst wird, wenn der Zeitbereich zwischen den beiden vorgegebenen Werten liegt.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele bei der Überwachung eines Rohrloitungsabschnittes,in dessen Innerem ein Fluid strömt und der einen wandernden Körper umschließen kann, näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung in schematischer Ansicht und in einer Anordnung an dem Leitungsabschnitt, Fig. 2 die an jedem der Fühler empfangenen Signale und das den Zeitbereich zwischen dem Empfang der Schallwellen von dem einen und dem anderen Fühler wiedergebende Signal,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung in schematischer Form und in einer Anordnung auf einem Ledtungsabschnitt mit der Möglichkeit der Bestimmung dos Teils der Lei-

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- 8 tung, in dem der Aufprall stattgefunden hat.

Fig. 1 zeigt einen Leitungsabschnitt 1, auf dem an zwei um einen Längenabschnitt 1 der Leitung getrennten Stellen zwei Schallfühler 3 und 4 angeordnet sind, die mit einer Meß- und Alarmeinrichtung über Verstärker 5 bzw. 6 verbunden sind.

Es sind ein Mittelpunkt 0 der Leitung zwischen den Schallfühlern 3 und k, das Zentrum C einer Zone 7 der Leitung 1, die überwacht werden soll_/ und Endpunkt D und E dieser überwachten Zone 7 dargestellt.

Wenn an der Stelle C ein Stoß oder Aufprall stattfindet, wird eine Schallwelle ausgelöst, die sich in der Leitung mit konstanter bekannter Geschwindigkeit ausbreitet, die von dem die Leitung 1 bildenden Werkstoff abhangt.

Selbst wenn das im Augenblick des Aufpralls erzeugte Wellensystem komplex ist und wenn unterschiedliche Wellenarten auf diese Weise ausgelöst werden (Longitudinalwellen, Transversalwellen, LambscheVfellen oder Oberflächenwellen) erfolgt alles ausgehend von einem bestimmten Abstand vom Aufprall,als ob die akustischen Schwingungen sich mit der Geschwindigkeit der Oberflächenwellen ausbreiten würden.

Im Fall einer Stsüleitung beträgt die Geschwindigkeit der Oberflächenwellen etwa c - 3OOO m/s.

An allen Stellen d£s Streckenabschnitts zwischen den Fühlern 3 und k kann eine Laufζextdifferenz definiert werden gemäß:

At 1.2 = ti - t2
oder

Λ t2.1 = t2 - ti,

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wobei der Punkt Tür don At 1.2 =<Jt2.1 0 in der Mitte 0 des Streckenabschnitt« dor Leitung 1 angeordnet ist.

An den Punkten A und B der Leitung 1, an denen die Fühler 3 bzw. k angeordnet sind, ergibt sich

ti = CA/c
bzw. t2 = CB/c.

Die Meß- und Alarmschaltung bzw. -anordnung weist eine Einrichtung 8 auf, durch die die Different der Ankunftszeiten der von dem Fühler 3 und dem Fühler k stammenden Schallwellen möglich ist, wobei die erfaßten Signale an den Verstärkern 5 bzw. 6 verstärkt worden sind.

Fig. 2 zeigt eine Darstellung der von dem Fühler 3 empfangenen Schallwelle, eine Darstellung der von dem Fühler k empfangenen Schallwelle und eine Darstellung des von der Meßeinrichtung 8 der Differenz der Ankunftszeiten abgegebenen Signals. Das die Differenz der Ankunftszeiten Δι wiedergebende Signal wird von einem Vergleicher 9 empfangen, der auch Signale empfängt, die zwei Werten von ^t, nämlich ^t mini und ^t maxi, entsprechen, über eine Bereichseinstelleinrichtung

Die Werte von ^t mini und /it maxi entsprechen dem Bereich zwischen den Aufprallsignalen am Punkt D bzw. am Punkt E, wobei diese Punkte die Zone 7 begrenzen, innerhalb der die Schallüberwachung durchgeführt wird.

Der Vergleicher 9 gibt ein Signal ab, wenn das gemessene At zwischen At mini und At maxi ist, wobei dieses Signal in einer Zähl- und Anzeigeeinrichtung 11 die Ausgabe einer Nachricht auslöst, die dem Vorhandensein eines Aufpralls in der überwachten Zone 7 entspricht.

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Simultan ermöglicht ein Alarm 12,beispielsweise ein Lichtsignal, eine vollkommene Sichtbarmachung des Vorhandenseins des Aufpralls.

Eine Uhr bzw. ein Zeitgeber Ik ermöglicht die genaue Datierung der verschiedenen Aufpralle.

Die Wahl der Lage der Fühler 3 und k an der Leitung 1 bezüglich der Zone 7» bei der die Überwachung durchgeführt werden soll, ist so gewählt, daß die Meßempfindlichkeit maximal wird. Insbesondere wird eine zentrierte Lage der Streckenabschnitte D,E bezüglich den Punkten A,B vermieden, an denen sich die Fühler* 3 und k befinden, da dann die Werte von At in der überwachten Zone 7 Null oder sehr gering sind, was es nicht erlaubt, sie von elektrischen parasitären Signalen zu unterscheiden, für die £t, wie das in Fig. 2 dargestellt ist, Null ist.

Das Auftreten eines elektrischen parasitären Signals 15 im von den Fühlern 3 und 4 empfangenen Signal tritt nämlich simultan auf, während die von den Fühlern 3,'* empfangenen Schallsignale in der Zeit um einen Zeitbereich At gegeneinander verschoben sind.

Durch die Wahl der Lage der Fühler 3»^ können in sicherer Weise die Signale aufgrund von Aufprallen in der überwachten Zone 7 erkannt werden.

Fig. 3 zeigt einen Leitungsabschnitt 21, an dem Schallfühler 23 und 2'i angeordnet sind, die mit einer Meßschaltung bzw. -anordnung über Verstärker 25 bzw. 26 verbunden sind.

Wie zuvor weist die Meßanordnung eine Meßeinrichtung 28 zum Messen des Zeitbereiches zwischen dem Empfang der Signale an

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dem einen und dem anderen Schallfühler 23*24 und einen Vergleicher auf, der die Werte für ^t mini und &t maxi empfängt, und zwar hier für vier Zonen anstelle von lediglich einer wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1.

Darüber hinaus überträgt der Vergleicher 29, entsprechend dem Intervall ^t mini, Δι maxi, dem das gemessene ^t zugeordnet ist, ein Signal einer Zahl- und Anzeigeeinrichtung entsprechend der jeweiligen Zone 31»32,33 oder 34, deren Intervall 4 ^t mini -^t maxi den Wert des gemessenen £ umfaßt.

Die Meß- und Anzeigeeinrichtung weist vier Zähl- und Anzeigeeinheiten 41,42,43 und 44 sowie vier Leuchtanzeigen 45,46,47 und 48 auf.

Weiter erlaubt wie zuvor ein Zeitgeber 50 die genaue Datierung der in Höhe der verschiedenen überwachten Zonen 31i32,33»3^ aufgezeichneten Aufpralle.

Die wesentlichen Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung liegen darin, daß eine vollkommene Diskriminierung zwischen den von Aufprallen in genauen überwachten Zonen stammenden Signalen und parasitären Signalen möglich ist, daß sie in außerordentlich einfacher Weise an der industriellen Anlage anbringbar ist, ausgehend von einem Augenblick, an dem diese Anlage eine bestimmte lineare Konstruktion besitzt, und daß eine genauerere Lokalisierung der Aufpralle in den überwachten Zone, die zwischen den beiden Fühlern liegen, möglich ist.

Selbstverständlich sind noch andere Ausführungsformen möglich. Es kann eine beliebige Anzahl von Zonen überwacht werden,

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die zwischen den beiden Fühlern angeordnet sind, es kann Weiter eine Überwachung bezüglich der gesamten Zone der Anlage erfolgen, die zwischen den beiden Fühlern ist, jedoch mit der Ausnahme des mittigen gleich beabstandeten Teils bezüglich der beiden Fühler, für den eine genaue Diskriminierung der Signale nicht möglich ist.

Es ist möglich, Schallfühler beliebiger Bauart zu verwenden, wobei es sich um Beschleunigungsmesser oder piezoelektrische Fühler handeln kann ausgehend von dem Augenblick, an dem den Fühlern eine Meßeinrichtung für die Ankunftszeitdifferenz der Signale zugeordnet wird, die mit den Fühlern kompatibel ist.

ICs kann eine beliebige Alarmeinrichtung verwendet werden, wobei der Alarm ein Lichtalarm oder ein Schallalarm sein kann, es kann jedoch einzig eine Aufzeichnung mit oder ohne simultaner automatischer Einwirkung auf ein Steuerglied erfolgen.

Schließlich kann die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung nicht nur im Fall von Rohrleitungen verwendet werden, sondern auch bei jeder anderen industriellen Anlage, die zumindest teilweise lineare Konstruktion besitzt und dabei von einem Fluid mit großer Geschwindigkeit durchströmt sein kann oder auch nicht.

Auf jeden Fall ist jedoch die Erfindung vorzugsweise anwendbar bei einer linearen Anlage, die von einem Fluid großer Geschwindigkeit durchströmt wird, wie bei einem Teil des Primärkreises eines Druckwasserreaktors.

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Leerseite

Claims

Ansprüche;

1.) Schallüberwachungsvorrichtung für industrielle Anlage zum Erfassen möglicher Stöße von in der Anlage wandernden Körpern, mit

Schallfühlern zum Erfassen von während der Stöße der wandernden Körper abgegebenen Schallwellen, wobei mindestens eine Anordnung aus zwei Schallfühlern (3»4;23,24) vorgesehen ist, die in Berührung mit der Wand der Anlage (1,21) oder nahe dieser an zwei unterschiedlichen Punkten (Λ,Β) der Anlage (1,21) vorgesehen sind, zwischen denen die Überwachung durchgeführt werden soll und einer Meß- und Alarmanordnung,mit der die Schallfühler (3,4;23,2k) verbunden sind, mit einer Meßeinrichtung (8,28) des Zeitbereiches zwischen dem Empfang der Schallwellen an dem einen und dem anderen Schallfühler, dadurch gekennzeichnet,

daß die Meß- und Alarmeinrichtung weiter aufweist eine Vergleichseinrichtung (9,29) des Zeitbereiches mit mindestens einer Gruppe von zwei vorgegebenen Werten und

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eine Alarmeinrichtung (12,45-48), die auslösbar ist, wenn der Zeitbereich zwischen den beiden vorgegebenen Werten liegt.

2. Schallüberwachungseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Glied (10), durch das in die Vorgleichseinrichtung (9) des Zeitbereichos zwei vorgegebene Werte dieses Bereiches einführbar sind, die den Endstellen (D,E) einer Zone (7) der Anlage (1) zwischen den beiden Schallfühlern (3i4) entsprechen, innerhalb der die Überwachung durchgeführt wird (Fig. 1).

3- Schallüberwachungseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die in die Vergleichseinrichtung (29) des Zeitbereiches mindestens zwei Gruppen von zwei vorgegebenen Werten des Zeitbereiches einführt, die den Endstellen mindestens zweier Überwachungszonen (31,32,33,3*0 in der Anlage (21) zwischen den beiden Schallfühlern (23,24) entsprechen (Fig. 3).

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