JPS6042632A - 音響信号の急激的な発生を検出する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、音響学的モニターのために使用される音響信
号の急激的な発生を検出するだめの装置に関し、特に漏
れ検出に用いて好適な装置に関する。本発明は、特に高
速中性子炉の検査設備に使用され、ナ）　ＩＪウム加熱
型蒸気発生器（ｓｏｄｉｕｍ−ｈｅａｔｅｄ　ｓｔｅａ
ｍ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　）の熱交換壁における漏れを
検出することができる。更に、本発明は、任意の部材に
おける漏れを検出しようとするときはいっても使用可能
である。

（背景技術） 高速中性子炉において、蒸気発生器は一般にスチール製
の管を有しており、該管内では高圧の下で水と蒸気が循
環している。炉心より放出された熱を運ぶ液体ナトリウ
ムは前記管の外側を循環する。この管は水とナトリウム
との間の熱交換壁となっている。水は管内にて蒸発し、
発生した蒸気はタービンを駆動させるために使用される
。

水とナトリウムの親和性のため、管におけるいかなる密
封上の欠陥も速やかに検出しなければならない。ナトリ
ウム中への水の漏れは、（数ｇ／ｓｅｃ　＝　１００　
ｇ　／　ｓｅｃ　（７Ｄ間の量テ）突発的ニ高圧場を発
生させると共に浸蝕−腐蝕現象の作用により近くの管の
孔を介して蒸気発生器に深刻なタリージを与える。

現在、２種類の密封欠陥検出手段が使用されている。そ
の１つは（ナトリウム中またはアルゴン中の）水素検出
手段によるものであり、もう１つは安全膜（ダイアフラ
ム）によるものである。

水素検出式装置は、装置の出口におけるナトリウム中の
あるいはカバー気体であるアルゴン中の水素濃度を連続
的に測定するものである。この種の装置はｌ　ｇ　／　
ｓｅｅ以下の流量である漏れを検出することができるの
で、感度は優れている。しかし、応答時間は長く、ある
場合には、漏れの近くの管が破壊する時間あるいは穴が
あく時間に較べて長くなることがある。

安全膜は蒸気発生器内が過度の圧力になるのを防止する
役割をする。安全膜は、漏れの突発的な発生によりある
いは二次ループ中に存在するアルゴン体積中のナトリウ
ム質量体の振動により、装置内で発生する圧力波のため
破壊される。

ごく最近、新しい漏れ検出方法が発見された。

この方法は以下の原理に基づいて動作する音響学的手段
を用いている。すなわち、音響センサを制御しようとす
る蒸気発生器に取付ける。液体ナトリウム中への加圧蒸
気のいかなる漏れも蒸気発生器の壁を振動せしめ、この
振動は、別のノイズ源、すなわち、ナトリウムの流出、
蒸気の流出、種々の機械部品の動き、装置の振動、金属
の応力の緩和等から生じる振動に重畳される。これら全
ての振動はナトリウムと金属部材を介して蒸気発生器の
壁に伝達される。音響センサはこれら全ての波を反映し
た複合電気信号を出力する。そのスペクトル領域は可聴
帯をカバーする。漏れによる音波は特徴信号を生じせし
め、該特徴信号は前記音響センサに接続される電子シス
テムによって検出される。

上記のごとき方法は、１９８０年４月２０日〜２４日に
アメリカ合衆国ワシントンのリッチモンドで開催すれた
エイ・エヌｅニス　コンファレンス（ＡＮＳ　Ｃｏｎｆ
ｅｒｅｎｃｅ　）の報告に開示されており、特にディー
・ニー・グリーン（Ｉ）、Ａ、ＧＲＥＥＮＥ）、エフ−
エフ・アールグレン（Ｆ、Ｆ、ＡＨＬＧＲＥＮ）、ディ
ー・メニリー（Ｄ、ＭＥＮＥＥＬＹ）によるＮアコース
ティック・リーク・デイテクショ戸システム・フォー・
ソデイウムーヒーテイッド・スチーム・ジェネレータ（
Ａｃｏｕ−ｓｔｉｃ　Ｌｅａｋ　Ｄｅｔｅｃｉｉｏｎ　
Ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ＳｏｄｉｕｍＴ（ｅａｔｅｄ　
Ｓｔｅａｍ　Ｑｅｎｅｒａｔｏｒｓ“に開示さ扛ている
。

この方法は有利であるが、次の理由により実施が困難で
ある。音響センサによって検出されるバックグラウンド
・ノイズは多数のパラメータ、特に炉の出力に依存した
強度を有する。そして、出力が例えばその最大値の２０
〜８０％を超えると、バックグラウンド・ノイズは２０
ｄＢ程増加し、これは漏れにより生じる音響信号の増加
をかなりマスクしてしまう。従って、漏れを信頼性良く
検出し、慎重にアラームをトリ？Ｃたいときには、音響
信号の処理がかなり重要となってくる。

（発明の課題） 本発明の目的は漏れの発生を検出することのできる好適
な処理手段を提供することにある。

本発明は、一定の闇値との比較（その値を超えたときア
ラームをトリガーする）と可変閾値との比較（装置に固
有のある熱力学的パラメータの関数として調整される）
とに基づいた従来の２つの方法によらない。

前述した理由のため、閾値を超えたことの検出は漏れの
発生に対して信頼性のある規範とはなら々い。従って、
本発明は、音響信号の傾斜及びこの傾斜の急激な変化の
発生の検出の検査を推奨する。

数個の制御チェインを用いた場合、従来の方法は不測の
アラームの危険性を減少させるために使用される。乙の
ため、ある種の干渉性が種々のモニター・チェインの応
答に加わってくる。

アラームは次のごとき条件を満足しなければならない。

一少なくとも２つのチェインが同一の装置をモニターし
、欠陥を指摘すること。

一別の装置に設けられた１つのチェインが同時に欠陥の
指摘をしないこと。

一熱力学的パラメータが過度にゆらがないこと。

（発明の構成及び作用） 以下の記述は例示としてのみ液体ナトリウム加熱型蒸気
発生器に言及しており、本発明の技術思想は更に一般化
可能であることは明白なことである。

第１図において、蒸気発生器１０には金属性ロッド１２
が取付けられており、該ロッド１２は、チャージ・コン
バータ１６に接続されている加速度計１４のところで終
結している。ロッド１２は例えば蒸気発生器１０の外部
フエ・ルールに固定される。加速ＩＷ計計装変換器アセ
ンブリ、蒸気発生器１０の振動を電圧に変換する圧電変
換器を構成する。この電圧は回路１８により増幅され、
回路２０にてＰ波される。

信号を数’ＫＨｚ以下、例えば５　ＫＨｚ、以下の帯域
に制限するのに、例えばローパスフィルタを使用するこ
とが可能である。Ｆ波された信号は回路２２によシ処理
され、該回路２２は電圧の実効値を出力する。

このようにして得られた信号の形状を第３図に示すが、
同図において時間は横軸にとっである。次に、信号は解
析回路により処理される。この解析回路は得られた信号
を平滑化する平滑回路２４を有しており、平滑化された
信号は第４図に示しである。この平滑化は、サンプリン
グ及びサンプルの中央検出値の決定によりなされる。こ
の解析回路は更にアラームをトリガー可能にする不規則
性検出回路２６を有している。本発明によれば、この回
路２６は、平滑化された信号におけるステップの発生、
換言すれば信号の実効値における急激な増加の発生を決
定することができる。

」二記のごときステップの検査は、このことに関連して
なされた本発明者による研究に基づく２つの実験観測に
基礎をなしている。ナトリウム中への水の漏れはいくつ
かの相を発生させる。初めの相もしくはインキュベーシ
ョン相は１０００時間持続し、この間初期クラックは腐
食生成物によって再びシールされ、次いで短い持続期間
の相がゆっくりと発生し、この間流量は数ｇ　／　ｓｅ
ｅ　４で増加する。この相に続いて約１００　ｇ　／　
ｓｅｅまでの流量の増加を伴なう突発的な相の発生が起
こる。水とナトリウムの化学反応は非常に発熱を伴なう
ので、水がす）　ＩＪウム中に漏れると、尖先性の炎を
生じ、この炎は漏れの近くの１つあるいはそれ以上の管
の金属を溶かしてしまう。クレータは影響が及ぶ管の金
属内に拡がり、急速に数賜の径の穴を介して通過する。

そして新しい漏れが生じ、その流量は数１００　ｇ　／
　ｓｅｃとなる。

いずれの場合においても、音波の振幅は急激に増加し、
その結果信号の実効値にステップが生じる。

このステップの出現を検出するために使用される手段を
第２図に示す。発生器３０は鋸歯状信号を出力し、該鋸
歯状信号は加算器３２にて平滑化された信号に重畳され
る。鋸歯状信号の付加の後に得られる信号は第５図に示
すような切欠き状信号と々る。回路３４は平滑化された
信号を受取り、例えば最小自乗法により該平滑化された
信号と最も良く一致した直線線分（ｓｔｒａｉｇｈｔ　
ｓｅｇｍｅｎｔ）を決定する。この回路は既知である。

直線線分は第６図に示すように切欠き状信号に重畳して
いる。信号がはソ一定の場合、直線線分は実質的に平滑
化された信号と一致する。しかし、信号が急激に増加す
る場合、各直線線分は実際の信号と異なってくる。回路
３６は、シーケンステストによってこれらの直線線分に
対する切欠き状信号の位置を解析する。シーケンステス
トは以下のようにして行なわれる。直線線分によって構
成される信号は回路３４により供給され、切欠き状信号
は加算器３２により供給される。切欠き状信号の各頂部
は、直線線分の上側もしくは下側に位置し、この位置に
おいて平滑化信号が調整される。平、滑止信号がほとん
ど変化しないとき、切欠き状信号の頂部は直線線分を交
互に上下する。説明を簡単にするため、直線線分の上（
１１！ｌに位置する点に符号十を付し、直線線分の下側
に位置する点に符号−を付すと、回路３６において→−
−十一＋−のごときタイプのシーケンスを観測すること
ができる。しかしながら、平滑化信号が突然増加したと
きは、最も良く一致する直線線分は実際の値より急激に
下となり、切欠き状信号は完全に直ｍ線分の上方になる
。そして」−十十＋のごときシーケンスとなる。逆に、
信号の急激な減少の場合−一一一のごときシーケンスと
なる。

種々のシーケンステスト、すなわち符号十と符号−の配
列を有する点のグループの数を計数することが実行され
る。信号の変化がわずかである場合には多数の＋−＋−
十−シーケンスとなシ、この数は信号の急激な上昇があ
るとすぐに減少し、信号が再びはソ一定になったときに
は元の状態に回復する。このような変化は第７図に示し
てあり、同図は信号の傾斜の増加の出現を示す急激な数
の変化を明確に示している。

種々のシーケンスがそれらの長さ、点の数等の関数とし
て変化するごとき方法により、更に別の情報テストを考
えることも可能である。例えば、第８図は次のように定
義される数Ｃのエボルーショ７　（ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ
）を示す。

Ｃ＝Ｎ十Ｒ−Ｐ−Ｌ−Ｅ ここでＮは考慮される点の数、Ｒはシーケンスの数、Ｐ
は最初のシーケンスの長さ、Ｌは最後のシーケンスの長
さ、Ｅは最後のシーケンスの長さのエボルーションであ
る。このような規範により、振幅の変化をより明確に示
すことが可能となる。

本発明の見地の外にある展開は、数Ｃが高々２Ｎに等し
いことを示す。最小自乗法による直線の傾斜が負である
ならば、Ｃ＝２Ｎとすることができ、これにより傾斜の
負の変化の検出を防止できる。

テストの結果が何であれ、それはチャンネルの信号の異
常な発生を検出する閾値回路３８にて比較される。

この閾値は、以下に述べる理由により、実際の信号の実
効値と関連してでなくシーケンステストの結果と関連し
て観測されるべきである。

本発明者は、本発明による装置の助力を得てテストを実
行した。感度は、種々の流体（アルゴン、水素、水蒸気
）を蒸気発生器の管束内に注入して測定した。約５００
ｍｇ／ｓｅｅ　の流量、１８０バールの圧力にて８回の
注入が行なわれ、数バール下で６〜Ｉｇ／５ｅｅＯ間で
流液を変化させた注入も行なった。

操作条件、注入点にかかわらず、すべての注入は信号の
解析により検出した。しかしながら名目上の操作条件下
では音響信号の発生は顕著であるが制限される。

このテストは、本発明による装置の感度が水素検出装置
（１，ｇ／ｓｅｃ以下）の感度より小さいことを示す。

しかし、本発明による装置の感度は安全膜（急速な破壊
の場合２Ｋｐ／Ｂｅ（４以上）の感度よシ大きい。逆に
、装置の応答時間は水素検出装置の場合よりもはるかに
短い。そして、ナトリウム中の音速のため、漏れの発生
と関連した情報の伝達はほとんど瞬間的である。しかし
、アラーム信号の検出及び有効性のために必要な信号の
処理はある時間を要する。従って、ある時間遅延が存在
し、これは得られた信号の性質と使用される検出方法と
に依存する。しかし、全ての場合において、この時間遅
延は１０秒を超えない。

原子力発電所安全システムは、本発明による２つの制御
ラインを有していて良く、これらは互いに分離しており
それぞれが別々の電源に結合されている。上記安全シス
テムは２つのサブアセンブリに分割され、各々が原子力
発電所のサービスの半分を保証する。２つのサブアセン
ブリは絶縁された１５００　Ｖ結線により連結され、そ
の結果情報交換を行なうことができる。

このような監視システムの一般的な構成は第９図に示さ
れている。サブシステムＳ、　、　Ｓ２の各々は次の３
つの部分に分かれる。

一回路５０．　．５０２を有し熱力学的信号（ｔｈｅｒ
ｍｏ−ｈｙｄｒａｇ、ｌｉｃ　ｓｉｇｎａｌｓ　）をア
ナログ的に得ると共に回路５２＋　、５２□を有し音響
信号をアナログ的に得るだめの手段。

一回路５４．　．５４２を有しくＦ波及び実効値の決定
をする）アナログ処理チェイン。

−処理回路５６．　．５６２、英文字数字式コンソール
５８．　．５８２及び記憶装置６０．　．６０２を有し
、インターフェース６２により制御室に接続されるディ
ジタル処理チェイン。

ザブシステム１つにつき熱力学的信号は５つである。こ
れらは次のパラメータの測定に対応する。

すなわち、装置の入口における水の流量（２個の信号）
、ナ）　ＩＪウムの流量（２個の信号）及び蒸気発生器
の回路のバランス・ストラップの蒸気圧（１個の信号）
である。熱力学的信号の数は８つまでにすることができ
る。音響信号は８個（１つの蒸気発生器につき４個）と
なる。

ディジタル処理チェインは、上記の部材とけ別に、コン
ソール、高速プリンタ及び記憶装置を有することができ
る。アナログチェインとの接続はＡ／Ｄ変換器及びアナ
ログチェイン制御装置を介して行なわれる。

上述したように、信号を解析するための電子回路は、信
号処理技術において既知であるアイソレーションを考慮
した方法を使用している。これに関しては、特にウィリ
ー−インターサイエンス社（Ｗｉｌｌｅｙ　−Ｉｎｔｅ
ｒｓｃｉｅｎｃｅ社）刊、ユリウス・ニス−ペンダツト
（Ｊｕｌｉｕｓ　Ｓ、Ｂｅｎｄａｔ　）及びアラン・ジ
ー・ビアソール（Ａｌａｎ　Ｇ、Ｐｉｅｒ：Ｑｏｌ　）
著者の１ランダム・データ・アナリシス・アンド・メジ
ャラメントブロセデュアズ（Ｒａｎｄｏｍ　Ｄａｔａ　
Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄＭｅｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｐｒ
ｏｃｅｄｕｒｅｓ）　’　、特に第２３５頁を参照され
たい。これはシーケンステストを扱っている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による装置を示す商、第２図はセンサに
より供給された信号を処理する手段の変形例のブロック
図、第３図は漏れが発生したときの信号の実効値におけ
る変化を示す曲線、第４図は上記の状態に対応する平滑
化された信号を示す図、第５図は平滑化された信号に鋸
歯状信号が重畳して得られる信号を示す図、第６図は直
線線分により前記信号を適正化する図、第７図は信号シ
ーケンスの数の変化を時間の関係として示した図、第８
図はシーケンスの数の関畝であると共に最初と最後のシ
ーケンスの長さの関数である基箱の変化を示す図、第９
図は本発明による制御システムの一般的な設計例を示す
図である。 １０・・・蒸気発生器　１２・・・金属性ロッド１４・
・・加速度計　１６・・・チャージ・コンバータ１８・
・・増幅回路　２０・・・フィルタ回路２２・・・処理
回路　２４・・・平滑回路２６・・・不規則性検出回路 ３０・・・鋸歯状信号発生器 ３２・・加算器 ３４・・・直線線分を決定する回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ある部材に設けられ電気信号を出力する音響セン
   サからの音響信号の急激的な発生を検出するための装置
   であって、前記音響センサから出力された前記信号の実
   効値を測定するための回路と、前記実効値を解析するだ
   めの解析回路とを具備する装置において、前記解析回路
   が、前記実効値を平滑化するだめの回路と、鋸歯状信号
   発生器と、平滑化された信号と鋸歯状信号を受取ると共
   にこれら２つの信号の和により形成される切欠き状信号
   を出力する加算器と、前記平滑化された信号を受取り、
   該平滑化された信号と最も良く一致する直線線分状の信
   号を決定する回路と、前記切欠き状信号を出力する前記
   加算器に接続されると共に前記直線線分状の信号を出力
   する前記回路に接続され、シーケンステストにより前記
   直線線分状の信号に対する前記切欠き状信号の配列を解
   析することのできる回路と、この解析の結果を所定の閾
   値と比較する比較器とを具備することを特徴とする装置
   。
2. （２）前記実効値を測定するだめの回路が、数ＫＨＺ以
   下で動作するローパスフィルタに対し前置される特許請
   求の範囲第１項記載の装置。
3. （３）前記音響センサを支持する前記部材が蒸気発生器
   であシ、当該装置が前記蒸気発生器における漏れの検出
   のために使用される特許請求の範囲第１項記載の装置。