用于進(jìn)行疲勞監(jiān)測(cè)和疲勞評(píng)估的裝置和方法
【專利說明】用于進(jìn)行疲勞監(jiān)測(cè)和疲勞評(píng)估的裝置和方法
[0001] 本發(fā)明涉及用于對(duì)核電技術(shù)設(shè)備的部件進(jìn)行疲勞監(jiān)測(cè)和疲勞評(píng)估的裝置和方法。
[0002] 由于新設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)或現(xiàn)有設(shè)備的使用壽命延長(zhǎng)，因此核電技術(shù)設(shè)備的老 化和疲勞管理變得越來越重要。此外，也在不斷要求靈活的設(shè)備操作并考慮疲勞效應(yīng)。由 于核電設(shè)備的老化和疲勞效應(yīng)可導(dǎo)致意想不到的問題而且會(huì)因此造成設(shè)備停機(jī)，因此可取 的是將在設(shè)備運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的載荷識(shí)別出來，以便能評(píng)估其狀態(tài)。
[0003] WO 2014/131499 Al公開了一種用于疲勞監(jiān)測(cè)的方法，其中要測(cè)量部件（例如管 道）外表面的溫度，以確定溫度分布。此外還使用了電磁超聲換能器，以便連同溫度測(cè)量的 結(jié)果一同確定張力曲線。
[0004] EP 2 743 500 Al描述了一種用設(shè)備來對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)進(jìn)行疲勞監(jiān)測(cè)的方法，所述 設(shè)備具有至少一個(gè)傳感器、控制單元和存儲(chǔ)介質(zhì)。在計(jì)算模型的基礎(chǔ)上對(duì)借助于傳感器檢 測(cè)到的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以便能對(duì)受到監(jiān)控的部件進(jìn)行評(píng)估。
[0005] 從EP 2 108 112 Bl中已知一種用于確定部件的疲勞狀態(tài)的方法，其中分別從溫 度分布確定張力振幅。
[0006] 下列出版物（非專利文獻(xiàn)）中也描述了用于對(duì)核電技術(shù)設(shè)備的部件進(jìn)行疲勞監(jiān)測(cè) 和疲勞評(píng)估的裝置和方法：
[0007] -AREVA股份有限公司2013年發(fā)表的"FAMOSI-疲勞監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（FAMOSi - Fatigue Monitoring System)"，
[0008] -AREVA股份有限公司2013年發(fā)表的"AREVA疲勞概念（AFC :AREVA Fatigue Concept) "，
[0009] -Rudolph J.，Bergholz S.，Heinz B. and Jouan Β·(德國埃爾蘭根 AREVA NP股份有限公司）于2012年3月21日在由Soon Heung Chang博士編輯， ISBN: 978-953-51-0408-7,出版商InTech出版的刊物：核電廠第293-317頁的"AREVA疲勞 概念-電廠部件疲勞評(píng)估三階段法"("AREVA Fatigue Concept-A Three Stage Approach to the Fatigue As-sessment of Power Plant Components"）一文，2014 年 11 月 12 日的 訪問網(wǎng)址為 http://www. intechopen. com/books/nuclear-power-plants〇
[0010] 基于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的任務(wù)在于，提出用于對(duì)核電技術(shù)設(shè)備的部件進(jìn)行疲勞監(jiān) 測(cè)和疲勞評(píng)估的裝置和方法。
[0011] 就裝置而言此任務(wù)通過用于對(duì)核電技術(shù)設(shè)備部件，特別是管，進(jìn)行疲勞監(jiān)測(cè)和疲 勞評(píng)估的裝置得以實(shí)現(xiàn)，所述裝置具有權(quán)利要求1所述的特征。
[0012] 所述裝置具有：至少一個(gè)測(cè)量設(shè)備，其用于采集部件的溫度測(cè)量值；以及，數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括用于進(jìn)行冷端補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備、用于處理測(cè)量值的第一處理單元、 至少一個(gè)與處理單元連接的信息模塊和數(shù)據(jù)服務(wù)器。此外所述裝置還具有評(píng)估單元，其中 執(zhí)行了用于評(píng)估測(cè)量值的軟件。
[0013] 處理單元會(huì)將溫度變化記錄下來并進(jìn)行分類，然后借助解析方程來計(jì)算從中得出 的機(jī)械應(yīng)力。接著借助雨流算法（Rainflow-Algorithmus)將張力最大值和最小值進(jìn)行分 類，將所述這些最大值和最小值與材料特定的負(fù)荷變化圖，例如沃勒曲線（\V0hlerkurve) 進(jìn)行比較以確定疲勞程度。使用如本發(fā)明所述的裝置既可以對(duì)疲勞程度進(jìn)行在線評(píng)估也可 按一定的時(shí)間間隔對(duì)其進(jìn)行評(píng)估。此外所有的數(shù)據(jù)都可以離線評(píng)估并用于進(jìn)行詳細(xì)的疲勞 分析。
[0014] 測(cè)量設(shè)備安裝在與部件的疲勞相關(guān)的位置，例如管道表面（"局部疲勞監(jiān)測(cè)"），從 而使得這里除了操作參數(shù)外還可借助熱電偶來測(cè)量溫度。
[0015] 信息模塊被用于進(jìn)行信號(hào)調(diào)節(jié)并使測(cè)量設(shè)備采集到的測(cè)量值數(shù)字化。第一處理裝 置將測(cè)量值減少并進(jìn)行信號(hào)分析，而且還提供與數(shù)據(jù)服務(wù)器的通信。
[0016] 數(shù)據(jù)服務(wù)器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連并且例如集成到位于核電技術(shù)設(shè)備中的電控箱。 數(shù)據(jù)服務(wù)器具有數(shù)據(jù)庫，其中不僅可以存儲(chǔ)測(cè)量值及其評(píng)估結(jié)果，而且還可存儲(chǔ)設(shè)備的運(yùn) 行參數(shù)。這樣一來就可長(zhǎng)期使用測(cè)量值和評(píng)估結(jié)果。同樣也可存儲(chǔ)有關(guān)測(cè)量設(shè)備和數(shù)據(jù)采 集單元的信息，例如圖片或線路圖，從而使得總是可以獲得，例如關(guān)于安裝位置或測(cè)量設(shè)備 布線的概況。
[0017] 評(píng)估單元，例如計(jì)算機(jī)，可以訪問數(shù)據(jù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫并借助所執(zhí)行的軟件對(duì)測(cè) 量值進(jìn)行評(píng)估。例如可實(shí)時(shí)顯示測(cè)量值并且可對(duì)整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)，即測(cè)量設(shè)備和處理單元進(jìn) 行配置。系統(tǒng)中的故障或偏離正常范圍的測(cè)量值會(huì)被顯示出來。此外對(duì)所述數(shù)值進(jìn)行合理 性檢驗(yàn)以評(píng)估測(cè)量值，從而確定溫度曲線和機(jī)械負(fù)載并用圖表將其描繪出來。
[0018] 在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施形式中，至少一個(gè)測(cè)量設(shè)備具有至少一個(gè)布置在帶尺 (Messband)上表面的熱電偶。該熱電偶例如焊接在帶尺上。帶尺本身緊夾在部件上，例如 管道上。一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的方法是用張力銷來緊固，這會(huì)實(shí)現(xiàn)即使管道直徑不同也有短的安 裝時(shí)間。為了確保最佳的熱傳遞，在熱電偶的安裝位置處要求部件有盡可能光滑的表面，即 沒有干擾性的凹凸，例如凹槽。帶尺約為30mm寬，0.5mm厚，并且-根據(jù)其中應(yīng)安裝測(cè)量設(shè) 備的部件的材料-例如由碳鋼或不銹鋼制成。
[0019] 熱電偶本身僅具有非常薄的殼體，這有利的是，帶尺和至少一個(gè)所述熱電偶由保 護(hù)套環(huán)繞以保護(hù)其免受損壞。借助間隔螺栓使保護(hù)套與帶尺保持一定的距離，這也取決于 管道的材料-例如由碳鋼或不銹鋼制成。保護(hù)套也優(yōu)選通過張力銷來安裝，以縮短所需的 安裝時(shí)間并從而減少安裝人員暴露在輻射中的風(fēng)險(xiǎn)。特別是當(dāng)管道直徑較大時(shí)也提供其它 的緊固可能性，例如擰緊。
[0020] 至少一個(gè)熱電偶的測(cè)量線優(yōu)選在導(dǎo)槽內(nèi)或管道內(nèi)被引向用于冷端補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備，其 中導(dǎo)槽或管道具有至少一個(gè)第一剛性部分和一個(gè)第二柔性部分。用于進(jìn)行冷端補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備 特別具有電纜接線箱。在這種情況下，所述部分通過適當(dāng)?shù)倪B接器，例如通過由陽極氧化鋁 構(gòu)成的連接器彼此相連。第一剛性部分，例如以中空管形式被焊接到保護(hù)套上并通過隔離 部件或管道來引導(dǎo)熱電偶的測(cè)量線。第一剛性部分一般由不銹鋼制成。如果熱電偶的測(cè)量 線具有多個(gè)不同長(zhǎng)度的部分，其可通過插頭連接彼此連接，則插頭連接位于第二柔性部分 以內(nèi)。第二部分優(yōu)選由彈性金屬，例如陽極氧化鋁，或鍍鋅鋼制成。這具有的優(yōu)點(diǎn)在于，其 很容易就可將測(cè)量線或熱電偶分離或連接以進(jìn)行構(gòu)建或維修工作，方式是縮回第二柔性部 分從而使得插頭連接裸露在外。第二柔性部分例如又與電纜槽連接，該電纜槽將測(cè)量線引 向冷端補(bǔ)償。因此，測(cè)量設(shè)備可以安裝在不同位置上，因?yàn)榭蓪y(cè)量線靈活地在不同的方向 上引導(dǎo)，但在導(dǎo)槽內(nèi)會(huì)受到保護(hù)。
[0021] 在冷端補(bǔ)償?shù)碾娎|接線箱中將多個(gè)特別是彼此臨近布置的熱電偶的測(cè)量線捆成 主纜。熱電偶的測(cè)量線由鎳鉻/鎳構(gòu)成而主纜由銅構(gòu)成，則材料變化時(shí)產(chǎn)生的溫度信號(hào)的 補(bǔ)償通過電阻溫度計(jì)來實(shí)現(xiàn)，所述電阻溫度計(jì)例如布置在由銀或銅構(gòu)成的等溫塊上。將這 樣采集到的溫度信號(hào)累加成相應(yīng)熱電偶的信號(hào)，以便確定部件的絕對(duì)溫度。
[0022] 為了能檢查從電纜接線箱到冷端補(bǔ)償?shù)臏y(cè)量鏈，設(shè)置了用于分離熱電偶的測(cè)量線 的分離終端和連接自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的插頭，以便能夠依次測(cè)試單個(gè)測(cè)量通道。將測(cè)試系統(tǒng)連 接之后，則可獨(dú)立并遠(yuǎn)程控制地進(jìn)行所述測(cè)試，從而使得在輻射值較大時(shí)也可保護(hù)工作人 員不會(huì)暴露在福射下。
[0023] 例如通過電纜螺紋接頭將測(cè)量線引至例如由不銹鋼構(gòu)成的電纜接線箱中。該電纜 接線箱防止進(jìn)入灰塵和水并接地。此外，該電纜接線箱還具有通信裝置用于與數(shù)據(jù)采集單 元，例如信息模塊和處理單元的其它部件通信。用于冷端補(bǔ)償?shù)碾娎|接線箱在80°C的最高 溫度下能夠被安裝在安全容器內(nèi)。其還具有壓力補(bǔ)償閥，從而使得其即使在安全殼進(jìn)行壓 力試驗(yàn)時(shí)依舊能夠位于安全容器內(nèi)。
[0024] 在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，測(cè)量設(shè)備具有與部件表面匹配的絕緣裝置。為此要將 通常圍繞部件的絕熱部分去除并用適當(dāng)?shù)慕^緣裝置來代替。該絕緣裝置具有凹槽，其中布 置了熱電偶和保護(hù)套以及導(dǎo)槽的一部分剛性部分。由此能夠安裝可與管道直接接觸的熱電 偶。此外還可在出現(xiàn)必須維修或更換測(cè)量設(shè)備的情況下輕松快速地移除絕緣裝置。
[0025] 如果不能通過與部件匹配的絕緣裝置來替代絕緣體或相應(yīng)地與絕緣體匹配，則有 可能將測(cè)量設(shè)備直接安裝在現(xiàn)有絕緣體的下方。在這種情況下使用包裹住熱電偶的銀箔， 結(jié)果導(dǎo)致響應(yīng)時(shí)間的數(shù)值更高，從而產(chǎn)生更高的精度。同樣可以在這里使用保護(hù)套。
[0026] 至少一個(gè)信息模塊具有至少一個(gè)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器和/或用于對(duì)熱電偶所測(cè)得的 信號(hào)進(jìn)行降噪處理的信號(hào)濾波器和/或用于在模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器與第一處理單元之間通信 的通信接口和/或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)。因此該信息