izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2021-11-30-37izmertech-2002Research ArticleМЕХАНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯMECHANICAL MEASUREMENTSМетод измерения расхода теплоносителя в системах контроля работы ядерных реакторовMethod of coolant expenditure measuring in work control system of nuclear reactorhttps://orcid.org/0000-0001-8353-6553ДавыдовР. В.DavydovR. V.

Роман Вадимович Давыдов

Санкт-Петербург

Roman V. Davydov

Saint Petersburg

davydovroman@outlook.comhttps://orcid.org/0000-0001-9530-4805ГурееваИ. М.GureevaI. M.

Ирэна Михайловна Гуреева

Санкт-Петербург

Irena M. Gureeva

Saint Petersburg

irena-gureeva@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1958-4221ДавыдовВ. В.DavydovV. V.

Вадим Владимирович Давыдов

Санкт-Петербург

Большие Вязёмы, Московская область

Vadim V. Davydov

Saint Petersburg

B. Vyazemy, Moscow Region

davydov_vadim66@mail.ruСанкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоРоссияPeter the Great Saint Petersburg Polytechnic UniversityRussian FederationСанкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого; Всероссийский научно–исследовательский институт фитопатологииРоссияPeter the Great Saint Petersburg Polytechnic University; All Russian Research Institute of PhytopathologyRussian Federation2021270920230113037Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/2002

Рассмотрена проблема обеспечения погрешности не более 1% при контроле расхода теплоносителя, протекающего в трубопроводе первого контура реактора атомных электростанций. Предложен метод измерения расхода теплоносителя на основе регистрации γ-излучения в процессе изменения кислородной активности теплоносителя. Создана измерительная конструкция для регистрации всплесков γ-излучения, содержащая датчики на основе оптического волокна, и описаны способы её размещения на трубопроводе. Для реализации предложенного метода разработан оптический расходомер для контроля расхода теплоносителя в трубопроводе при ламинарном и турбулентном режимах течения и различной температуре. Установлено оптимальное значение легирования сердцевины оптического волокна оксидом германия для измерений расхода теплоносителя при различной интенсивности кислородной активности. Предложен способ восстановления прозрачности оптического волокна при измерениях расхода теплоносителя под действием γ-излучения. Подробно рассмотрена методика измерения расхода теплоносителя и отмечены особенности её реализации. Представлены результаты исследования оптического расходомера на экспериментальном стенде.

The article discusses a design of an optical flow meter for monitoring the flow rate of a coolant in a pipeline, both in laminar and turbulent flow regimes at different temperatures. A method for measuring the flow rate of the coolant based on the registration of γ-radiation from changes in its oxygen activity has been developed. The design of sensors for recording oxygen activity based on optical fiber and a method for their placement on the pipeline are proposed. The optimal value of doping the core of an optical fiber with germanium oxide for measuring the flow rate of the coolant q at various intensities of oxygen activity in it has been established. A method is proposed for restoring the transparency of an optical fiber when measuring q in the presence of γ-radiation. The technique for measuring q is considered in detail and the features of its implementation are noted. The results of investigating the operation of an optical flow meter on an experimental stand are presented

оптический расходомертеплоносительсистема контроляядерный реакторкислородная активностьγ-излучениелазерное излучениеоптическое волокнорасходпогрешность измеренияoptical flowmetercoolantcontrol systemnuclear reactoroxygen activityγ-radiationlaser radiationoptical fiberexpendituremeasurement errorReferencesАлексеев П. Н., Гагаринский А. Ю., Калугин М. А. и др. К стратегии развития ядерной энергетики в России // Атомная энергия. 2019. Т. 126. Вып. 4. С. 183–187.Alekseev P. N., Gagarinskii A. Y., Kalugin M. A., Fomichenko P. A., Asmolov V. G., Atomic Energy, 2019, vol. 126, no. 4, pp. 207–212. https://doi.org/10.1007/s10512-019-00538-wКлимов Д. А., Гулевич А. В., Каграманян В. С. и др. Вызовы и стимулы развития натриевых быстрых реакторов в современных условиях // Атомная энергия. 2018. Т. 125. Вып. 3. С. 131–135.Klinov D. A., Gulevich A. V., Kagramanyan V. S., Dekusar V. M., Usanov V. I., Atomic Energy, 2019, vol.125, no. 3, pp. 143–148. https://doi.org/10.1007/s10512-018-00457-2Давыдов В. В., Мязин Н. С., Кирюхин А. В. Ядерно-магнитные расходомеры-релаксометры для контроля расхода и состояния теплоносителя и питательной воды на АЭС. // Атомная энергия. 2019. Т. 127. Вып. 5. С. 250–255.Davydov V. V., Myazin N. S., Kiryukhin A. V., Atomic Energy, 2020, vol. 127, no. 5, pp. 274–279. https://doi.org/10.1007/s10512-020-00623-5Шпейзман В. В., Николаев В. И., Поздняков А. О., Бобыль А. В., Тимашов Р. Б., Аверкин А. И. Прочность пластин монокристаллического кремния для солнечных элементов // Журнал технической физики. 2020. Т. 90. № 1. С. 79–84.Shpeizman V. V., Nikolaev V. I., Pozdnyakov A. O., Timashov R. B., Averkin A. I., Technical Physics, 2020, vol. 65, no. 1, pp. 73–77. https://doi.org/10.1134/S1063784220070191Bobyl A., Malyshkin V., Dolzhenko V., Grabovets A., Chernoivanov V., IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2019, vol. 390, no. 1, 012047. https://doi.org/10.1088/1755-1315/390/1/012047Bobyl A., Malyshkin V., Dolzhenko V., Grabovets A., Chernoivanov V., IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2019, vol. 390, no. 1, 012047. https://doi.org/10.1088/1755-1315/390/1/012047Вельт И. Д., Михайлова Ю. В. Магнитный расходомер жидких металлов // Измерительная техника. 2013. № 3. C. 24–28.Velt I. D., Mikhailova Yu. V., Measurement Techniques, 2013, vol. 56, no. 3, pp. 283–288. https://doi.org/10.1007/s11018-013-0196-zLooney R., Priede J., Flow Measurement and Instrumentation, 2019, vol. 65, pp. 128–135. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2018.11.019Looney R., Priede J., Flow Measurement and Instrumentation, 2019, vol. 65, pp. 128–135. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2018.11.019Вельт И. Д., Дьяконова Е. А., Михайлова Ю. В., Терехина Н. В. Магнитный расходомер для быстрых натриевых реакторов. // Атомная энергия. 2017. Т. 122. Вып. 4. С. 203–209.Vel’t I. D., D’yakonova E. A., Mikhailova Y. V., Terekhina N. V., Atomic Energy, 2017, vol. 122, no. 4, pp. 243–251. https://doi.org/10.1007/s10512-017-0262-8Семенихин А. В., Саунин Ю. В., Рясный С. И. Методика определения достоверности внутриреакторного контроля ВВЭР в режиме реального времени // Атомная энергия. 2018. Т. 124. Вып. 1. С. 8–13.Semenikhin A. V., Saunin Y. V., Ryasnyi S. I., Atomic Energy, 2018, vol. 124, no. 1, pp. 8–13. https://doi.org/10.1007/s10512-018-0367-8Сорокин А. П., Кузина Ю. А. Физическое моделирование гидродинамики и теплообмена в быстрых натриевых реакторах с жидкометаллическим теплоносителем // Атомная энергия. 2020. Т. 128. Вып. 5. С. 259–268.Sorokin A. P., Kuzina Y. A., Atomic Energy, 2020, vol. 128, no. 5, pp. 277–286. https://doi.org/10.1007/s10512-020-00688-2Давыдов В. В., Дудкин В. И., Карсеев А. Ю. Малогабаритный ядерно-магнитный релаксометр для экспресс-контроля состояния жидких и вязких сред // Измерительная техника. 2014. № 8. С. 44–48.Davydov V. V., Dudkin V. I. and Karseev A. Yu., Measurement Techniques, 2014, vol. 57, no. 8, pp. 912–918. https://doi.org/10.1007/s11018-014-0559-0Firth J., Ladouceur F., Brodzeli Z., Wyres M., Silvestri L., Flow Measurement and Instrumentation, 2016, vol. 48, pp. 15–19. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2016.01.006Firth J., Ladouceur F., Brodzeli Z., Wyres M., Silvestri L., Flow Measurement and Instrumentation, 2016, vol. 48, pp. 15– 19. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2016.01.006Абрамов Л. В., Бакланов А. В., Бахметьев А. М. и др. Опыт АО «ОКБМ Африкантов» в развитии методов и программ анализа надежности и вероятностного анализа безопасности ядерных установок // Атомная энергия. 2020. Т. 129. Вып. 2. С. 105–110.Abramov L. V., Baklanov A. V., Bakmetiev A. M., Kiselev V. V., Atomic Energy, 2020, vol. 129, no. 2, pp. 103–108. https://doi.org/10.1007/s10512-020-00611-2Марусина М. Я., Базаров Б. А., Силаев А. А., Марусин Н. П., Закемовская Е. Ю., Гилев А. Г., Алексеев А. В. Магнитная система на основе постоянных магнитов для расходомера многофазных текучих сред // Измерительная техника. 2014. № 4. С. 62–65.Marusina M. Ya., Bazarov B. A., Galaidin P. A., Silaev A. A., Marusin M. P., Zakemoskya E. Yu., Gilev A. G., Alekseev A. V., Measurement Techniques, 2014, vol. 57, no. 4, pp. 461–465. https://doi.org/10.1007/s11018-014-0478-0Kashaykin P. F., Tomashuk A. L., Salgansky M. Y., Guryanov A. N., Dianov E. M., Journal of Applied Physics, 2017, vol. 121, no. 21, 213104. https://doi.org/10.1063/1.4984601Kashay kin P. F., Tomashuk A. L., Salgansky M. Y., Guryanov A. N., Dianov E. M., Journal of Applied Physics, 2017, vol. 121, no. 21, 213104. https://doi.org/10.1063/1.4984601Kashaykin P. F., Tomashuk A. L., Vasiliev S. A., Zarenbin A.V., Semjonov S.L., IEEE Transactions on Nuclear Science, 2020, vol. 67, no. 10, pp. 216 –2171. https://doi.org/10.1109/TNS.2020.3019404Kashaykin P. F., Tomashuk A. L., Vasiliev S. A., Zarenbin A. V., Semjonov S. L., IEEE Transactions on Nuclear Science, 2020, vol. 67, no. 10, pp. 2162–2171. https://doi.org/10.1109/TNS.2020.3019404Dmitrieva D. S., Pilipova V. M., Dudkin V. I., Davydov V. V., Rud V. Yu., Journal of Physics: Conference Series, 2020, vol. 1697, no. 1, 012145. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1697/1/012145Dmitri eva D. S., Pilipova V. M., Dudkin V. I., Davydov V. V., Rud V. Yu., Journal of Physics: Conference Series, 2020, vol. 1697, no. 1, 012145. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1697/1/012145Dmitrieva D. S., Pilipova V. M., Davydov V. V., Valiullin L. R., Journal of Physics: Conference Series, 2020, vol. 1695, no. 1, 012130. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1695/1/012130Dmitrieva D. S., Pilipova V. M., Davydov V. V., Valiullin L. R., Journal of Physics: Conference Series, 2020, vol. 1695, no. 1, 012130. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1695/1/012130Филимонов П. Е., Семченков Ю. М., Малышев В. В. и др. Испытания ВВЭР-1200 при эксплуатации в режиме суточного графика нагрузки на 6-м энергоблоке Нововоронежской АЭС // Атомная энергия. 2020. Т. 129. Вып. 3. С. 123–129.Filimonov P. E., Semchenkov Yu. M., Malyshev V. V., Gusev I. N., Atomic Energy, 2020, vol. 129, no. 3, pp. 143–148. https://doi.org/10.1007/s10512-020-00672-2Архаров И. А., Какорин И. Д. Методика расчёта расхода криогенных двухфазных потоков в бессепарационных расходомерах на базе сужающего устройства // Измерительная техника. 2020. № 7. С. 34–42. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2020-7-34-42Arkharov I. A., Kakorin I. D., Measurement Techniques, 2020, vol. 63, no. 7, pp. 549–558. https://doi.org/10.1007/s11018-020-01822-zДавыдов В. В. Ядерно-магнитный спектрометр для исследования потоков жидких сред // Измерительная техника. 2016. № 11. С. 46–51.Davydov V. V., Measurement Techniques, 2016, vol. 59, no. 11, pp. 1202–1209. https://doi.org/10.1007/s11018-017-1116-4Ахобадзе Г. Н. Структурные методы повышения точности измерения расхода веществ в трубопроводах // Измерительная техника. 2020. № 5. С. 30–35. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2020-5-30-35Akhobadze G. N., Measurement Techniques, 2020, vol. 63, no. 5, pp. 361–367. https://doi.org/10.1007/s11018-020-01796-y

The authors declare that there are no conflicts of interest present.