本發(fā)明涉及核級管道疲勞技術，具體涉及一種采用應變傳感器的監(jiān)測核級管道疲勞的方法。
背景技術：
在核電站服役期間，運行溫度和壓力的波動會導致核級管道產生交變應力，當交變應力達到一定幅度時將對核級管道產生疲勞損傷。在核電廠設計階段，假設管道承受的運行瞬態(tài)是設計瞬態(tài)。設計瞬態(tài)比實際核電廠的運行瞬態(tài)要嚴厲，而且這些設計瞬態(tài)發(fā)生的次序（即瞬態(tài)歷程）未知，所以在進行核級管道疲勞設計分析時只能假設最不利的瞬態(tài)歷程，導致分析得出的累積疲勞使用系數(shù)十分保守。另外NRC RG1.207已明確提出新建核電廠應考慮環(huán)境因素對核級管道疲勞損傷的影響，這樣就會更進一步增加分析得出的累積疲勞使用系數(shù)的保守性，會導致核電廠的經濟性大大降低。因此，在核電廠運行期間進行核級管道的疲勞監(jiān)測可以保證核電廠的安全性，同時還可以為核電廠延壽提供強有力的數(shù)據支持，提高核電廠的經濟性。本發(fā)明正是為實現(xiàn)監(jiān)測核級管道疲勞而提供的一種可行的方法。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種采用應變傳感器的監(jiān)測核級管道疲勞的方法，同時可以獲取核級管道監(jiān)測部位的應變數(shù)據歷程，更加合理地評估環(huán)境對核級管道疲勞的影響。
本發(fā)明的通過下述技術方案實現(xiàn)：一種采用應變傳感器的監(jiān)測核級管道疲勞的方法，其特征在于：包括如下步驟：
S1：確定核級管道的監(jiān)測位置；
S2：采用應變傳感裝置布置在監(jiān)測位置的核級管道外表面；
S3：通過應變采集器采集應變傳感裝置的應變數(shù)據，通過間隔時長的方式對應變數(shù)據進行采集和記錄；
S4：根據監(jiān)測位置附近用于核電廠安全運行的溫度、壓力及流量監(jiān)測設備的監(jiān)測結果以及管道材料的性能參數(shù)，通過導熱反問題方法計算監(jiān)測位置內表面的應變值，從而得到監(jiān)測位置內外表面的應變歷程；
S5：確定管道疲勞計算周期；
S6：尋找應變峰值點和應變谷值點，并用雨流法進行應變組合，按照交變應變幅值大小排序，分別為ε1、ε2、ε3……、εn，并得到應變幅值對應的循環(huán)次數(shù)，分別為n1、n2、n3、……、nn；根據預設的ε-N曲線確定上述交變應變幅值允許的最大循環(huán)次數(shù)，分別為N1、N2、N3、……、Nn；
S7：對每一個應變循環(huán)，根據U1=n1/N1，U2=n2/N2，U3=n3/N3，……，Un=nn/Nn計算疲勞使用系數(shù)， U1、U2、U3、……、Un均為疲勞使用系數(shù)；
S8：根據應變歷程確定應變循環(huán)對應的應變率，從而得到合理的環(huán)境因素的影響系數(shù)Fen.i，利用公式M修正該管道疲勞計算周期內的疲勞使用系數(shù)，公式M為：；其中，Uen為考慮環(huán)境影響的疲勞使用系數(shù)，Ui為上述每一個應變循環(huán)產生的疲勞使用系數(shù)；
S9：輸出計算周期內的修正后的疲勞使用系數(shù)，最終實現(xiàn)每隔一段時間輸出監(jiān)測位置的累積疲勞使用系數(shù)，輸出隨時間變化的累積疲勞使用系數(shù)曲線，用于評估監(jiān)測位置的累積疲勞使用系數(shù)的變化趨勢。
上述方法的設計原理為：在步驟S1至S3的過程是利用應變傳感裝置和應變采集器獲取應變數(shù)據，在步驟S4至S8的過程是完成管道疲勞使用系數(shù)計算，利用應變數(shù)據和導熱反問題方法計算得到應變歷程，利用S6至S8的計算方法計算得到的計算周期內的修正后的疲勞使用系數(shù)；最后將累積疲勞使用系數(shù)，和隨時間變化的累積疲勞使用系數(shù)曲線通過步驟S9輸出顯示。其總體過程為：通過應變采集器、應變傳感裝置獲得應變數(shù)據，利用管道疲勞使用系數(shù)計算模塊計算出計算周期內的修正后的疲勞使用系數(shù)；本方法在需要監(jiān)測的管道位置布置應變傳感裝置，并且不影響管道的完整性，通過連接在應變傳感裝置上的應變采集器采集監(jiān)測位置的應變數(shù)據，采集到的應變數(shù)據分別傳輸?shù)街骺厥绎@示終端和管道疲勞使用系數(shù)計算模塊（管道疲勞使用系數(shù)計算軟件），通過計算模塊計算得到的管道累積疲勞使用系數(shù)傳輸?shù)街骺厥绎@示終端。
本發(fā)明的管道疲勞使用系數(shù)計算模塊利用了反推管道內壁應變方法和雨流法計算應變幅值和循環(huán)次數(shù)，再根據預設的ε-N曲線計算疲勞使用系數(shù)，最后考慮環(huán)境對疲勞的影響，準確估算應變率，從而得到更合理的環(huán)境影響系數(shù)修正疲勞使用系數(shù)。該方法提供的監(jiān)測裝置不影響核級管道的完整性，提供的核級管道累積疲勞使用系數(shù)等監(jiān)測數(shù)據可為核電廠的定期安全審查和延壽提供有力的數(shù)據支持。
優(yōu)選的，所述應變傳感裝置選用耐高溫高壓、耐輻射環(huán)境的應變傳感裝置。
優(yōu)選的，所述應變傳感裝置為應變片或應變計或應變傳感器。
優(yōu)選的，所述間隔時長為N秒，N為1至60范圍內的任意正整數(shù)。
優(yōu)選的，所述管道疲勞計算周期為1月或1個換料周期。
優(yōu)選的，應變采集器采集的應變數(shù)據要輸入到主控室顯示終端，主控室顯示終端實時輸出應變數(shù)據隨時間變化的曲線。
優(yōu)選的，輸出計算周期內的修正后的疲勞使用系數(shù)為疲勞使用系數(shù)U，在主控室顯示終端實時輸出疲勞使用系數(shù)U，當疲勞使用系數(shù)U達到預先指定的限值時，在終端報警。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果：可以方便地根據用戶需求對核電廠核級管道關鍵位置進行在線疲勞監(jiān)測與評定；顯示或記錄監(jiān)測位置的應變數(shù)據；合理評估運行環(huán)境對管道疲勞的影響系數(shù)；監(jiān)測核電廠重要的管道位置的疲勞使用系數(shù)；根據監(jiān)測的管道疲勞使用系數(shù)優(yōu)化核電廠運行規(guī)程和檢修大綱；為核電廠定期安全審查和延壽提供數(shù)據支持。
附圖說明
附圖用來提供對本發(fā)明實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本發(fā)明實施例的限定。
圖1為本發(fā)明流程示意圖。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明，本發(fā)明的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對本發(fā)明的限定。
實施例1：
如圖1所示，
本發(fā)明的總體設計架構為：先采用應變片或應變計等應變傳感器測量核級管道外表面應變；再根據所述核級管道的外表面應變、所述核級管道的材料性能以及核電廠已有的監(jiān)測裝置信息，通過導熱反問題方法，確定核級管道的內壁應變；然后確定應變循環(huán)中交變幅值及相應的循環(huán)次數(shù)，根據預設的ε-N曲線計算疲勞使用系數(shù)；再根據管道應變歷程確定合理的環(huán)境影響系數(shù)Fen，修正所述疲勞使用系數(shù)；最后，在主控室顯示終端輸出疲勞使用系數(shù)，可以輸出隨時間變化的累積疲勞使用系數(shù)曲線，用于評估監(jiān)測位置的累積疲勞使用系數(shù)的變化趨勢。
其具體過程為：一種采用應變傳感器的監(jiān)測核級管道疲勞的方法，包括如下步驟：
S1：確定核級管道的監(jiān)測位置；
S2：采用應變傳感裝置布置在監(jiān)測位置的核級管道外表面；
S3：通過應變采集器采集應變傳感裝置的應變數(shù)據，通過間隔時長的方式對應變數(shù)據進行采集和記錄；應變數(shù)據通過以太網傳輸至主控室顯示并記錄。采集和記錄管道應變間隔根據用戶硬件條件靈活確定，可為1s或其它間隔時長；同時應變數(shù)據也輸入到管道疲勞使用系數(shù)計算模塊使用，以監(jiān)測的應變歷程作為計算輸入，應用計算模塊對監(jiān)測位置的疲勞使用系數(shù)進行計算。
S4：應變歷程的獲取方法是：根據監(jiān)測位置附近用于核電廠安全運行的溫度、壓力及流量監(jiān)測設備的監(jiān)測結果以及管道材料的性能參數(shù)，通過導熱反問題方法計算監(jiān)測位置內表面的應變值，從而得到監(jiān)測位置內外表面的應變歷程；
S5：確定管道疲勞計算周期；
S6：尋找應變峰值點和應變谷值點，并用雨流法進行應變組合，按照交變應變幅值大小排序，分別為ε1、ε2、ε3……、εn，并得到應變幅值對應的循環(huán)次數(shù)，分別為n1、n2、n3、……、nn；根據預設的ε-N曲線確定上述交變應變幅值允許的最大循環(huán)次數(shù)，分別為N1、N2、N3、……、Nn；
S7：對每一個應變循環(huán)，根據U1=n1/N1，U2=n2/N2，U3=n3/N3，……，Un=nn/Nn計算疲勞使用系數(shù)， U1、U2、U3、……、Un均為疲勞使用系數(shù)；
S8：根據應變歷程確定應變循環(huán)對應的應變率，從而得到合理的環(huán)境因素的影響系數(shù)Fen.i，利用公式M修正該管道疲勞計算周期內的疲勞使用系數(shù)，公式M為：；其中，Uen為考慮環(huán)境影響的疲勞使用系數(shù)，Ui為上述每一個應變循環(huán)產生的疲勞使用系數(shù)；
S9：輸出計算周期內的修正后的疲勞使用系數(shù)，最終實現(xiàn)每隔一段時間輸出監(jiān)測位置的累積疲勞使用系數(shù)，輸出隨時間變化的累積疲勞使用系數(shù)曲線，用于評估監(jiān)測位置的累積疲勞使用系數(shù)的變化趨勢。
上述方法的設計原理為：在步驟S1至S3的過程是利用應變傳感裝置和應變采集器獲取應變數(shù)據，在步驟S4至S8的過程是完成管道疲勞使用系數(shù)計算，利用應變數(shù)據和導熱反問題方法計算得到應變歷程，利用S6至S8的計算方法計算得到的計算周期內的修正后的疲勞使用系數(shù)；最后將累積疲勞使用系數(shù)，和隨時間變化的累積疲勞使用系數(shù)曲線通過步驟S9輸出顯示。其總體過程為：通過應變采集器、應變傳感裝置獲得應變數(shù)據，利用管道疲勞使用系數(shù)計算模塊計算出計算周期內的修正后的疲勞使用系數(shù)；本方法在需要監(jiān)測的管道位置布置應變傳感裝置，并且不影響管道的完整性，通過連接在應變傳感裝置上的應變采集器采集監(jiān)測位置的應變數(shù)據，采集到的應變數(shù)據分別傳輸?shù)街骺厥绎@示終端和管道疲勞使用系數(shù)計算模塊（管道疲勞使用系數(shù)計算軟件），通過計算模塊計算得到的管道累積疲勞使用系數(shù)傳輸?shù)街骺厥绎@示終端。
本發(fā)明的管道疲勞使用系數(shù)計算模塊利用了反推管道內壁應變方法和雨流法計算應變幅值和循環(huán)次數(shù)，再根據預設的ε-N曲線計算疲勞使用系數(shù)，最后考慮環(huán)境對疲勞的影響，準確估算應變率，從而得到更合理的環(huán)境影響系數(shù)修正疲勞使用系數(shù)。該方法提供的監(jiān)測裝置不影響核級管道的完整性，提供的核級管道累積疲勞使用系數(shù)等監(jiān)測數(shù)據可為核電廠的定期安全審查和延壽提供有力的數(shù)據支持。
優(yōu)選的，所述應變傳感裝置選用耐高溫高壓、耐輻射環(huán)境的應變傳感裝置。
優(yōu)選的，所述應變傳感裝置為應變片或應變計或應變傳感器。
優(yōu)選的，所述間隔時長為N秒，N為1至60范圍內的任意正整數(shù)。
優(yōu)選的，所述管道疲勞計算周期為1月或1個換料周期。
優(yōu)選的，應變采集器采集的應變數(shù)據要輸入到主控室顯示終端，主控室顯示終端實時輸出應變數(shù)據隨時間變化的曲線。
優(yōu)選的，輸出計算周期內的修正后的疲勞使用系數(shù)為疲勞使用系數(shù)U，在主控室顯示終端實時輸出疲勞使用系數(shù)U，當疲勞使用系數(shù)U達到預先指定的限值時，在終端報警。
以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其它相關的技術領域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內。