CN101894592A - 反应堆压力容器检查机的前端探头机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种反应堆压力容器检查机的前端探头机构，包括超声探头本体、框设在超声探头本体外侧的探头支撑框架、与探头支撑框架通过第三转轴相转动连接的壁面支撑架，探头支撑框架包括与超声探头本体相对两侧分别通过第一转轴相转动连接的内框、与内框相对两侧分别通过第二转轴相转动连接的外框，在第三转轴上还套设有扭簧，扭簧的一端与壁面支撑架相连，另一端与外框相连，所述的第一转轴、第二转轴以及扭簧为超声探头本体在球面上提供旋转自由度以使得超声探头本体与待测球面紧密耦合。本发明探头机构避免了因探头本体与球面耦合不好而使得检测数据丢失的缺陷，为核电站安全运行奠定基础。

Description

反应堆压力容器检查机的前端探头机构

技术领域

本发明涉及一种核电站反应堆压力容器焊缝检测设备。

背景技术

核反应堆压力容器下方是由一个圆柱筒体100和一个半球形下封头200焊接而成的，如图1所示，因此，在压力容器下方两者的连接处有一道焊缝300，根据核电站相关检查规范，需要对焊缝两侧50mm的区域(图3中阴影部分所示)进行探伤检查，同时，对其表面的堆焊层也需要以焊缝为中心线、两侧各250mm的区域进行扫查，现有技术中出现有采用超声原理进行检测的检查机，其原理是将探头伸入压力容器底部进行扫查，由于待扫查区域为球面，而现有超声探头的安装方式不能保证探头与球形弧面相紧密耦合，从而导致检测结果不可靠，而且，在压力容器的底部还竖立有多个位于不同水平层面上的贯穿件400，最上端的贯穿件400紧靠待检测区域，使得超声探头的运动范围受阻，从而影响待测区域的全面扫查。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种能够与待检测球面相紧密贴合从而保证检测结果精确可靠的探头机构。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种反应堆压力容器检查机的前端探头机构，包括超声探头本体、框设在所述的超声探头本体外侧的探头支撑框架、与探头支撑框架通过第三转轴相转动连接的壁面支撑架，所述的探头支撑框架包括与超声探头本体相对两侧分别通过第一转轴相转动连接的内框、与内框相对两侧分别通过第二转轴相转动连接的外框，所述的第一转轴的轴心线与第二转轴的轴心线相垂直，所述的第二转轴与第三转轴的轴心线相平行，在所述的第三转轴上还套设有扭簧，所述的扭簧的一端与壁面支撑架相连，另一端与所述的外框相连，所述的第一转轴、第二转轴以及扭簧为所述的超声探头本体在球面上提供旋转自由度以使得超声探头本体与待测球面紧密耦合。

所述的旋转自由度包括所述的超声探头本体沿第一转轴在球面周向上偏转的第一自由度、所述的内框沿第二转轴在弧面上偏转的第二自由度、所述的外框在扭簧的作用下压向球面半径方向的第三自由度。

根据上述技术方案所进一步实施的方式中，所述的壁面支撑架为“工”型支架，所述的外框具有嵌入所述的壁面支撑架两侧的翼部，所述的第三转轴连接在壁面支撑架的两侧与外框的翼部之间。

所述的壁面支撑架上对称地设置有两个探头支撑框架及超声探头本体。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明探头机构在探头本体与内框、内框与外框以及外框与壁面支撑架之间设置供探头本体在球面各方向上的位置调节，从而使得探头本体能够与球面相紧密耦合，其尤其适用于多个探头机构并排使用下的调节，避免了因探头本体与球面耦合不好而使得检测数据丢失的缺陷，为核电站安全运行奠定基础。

附图说明

附图1为反应堆压力容器结构示意图；

附图2为本发明探头机构工作状态示意图；

附图3为附图2中A处放大示意图；

附图4为带有本发明探头机构的多个探头组件排列方式示意图

附图5为带有本发明探头机构的单个探头组件立体结构示意图(初始状态)；

附图6为带有本发明探头机构的单个探头组件立体结构示意图(工作状态)；

附图7为单个探头组件侧视图；

附图8为探头组件前端探头机构结构示意图；

其中：10、检查臂；20、探头组件；201、弹簧缓冲台架；2011、连杆；2012、弹簧；2013、滑块；202、探头机构；203、下伸支架；2031、水平部；2032、倾斜部；204、支撑架；

1、超声探头本体；2、探头支撑框架；21、内框；211、第一转轴；22、外框；221、第二转轴；222、翼部；3、壁面支撑架；31、第三转轴；4、扭簧；5、第四转轴；

100、圆柱筒体；200、下封头；300、焊缝；400、贯穿件；

具体实施方式

下面结合附图、举例详细说明本发明的具体内容：

图2和图3示出了检查机前端探头扫查装置的结构及工作状态，由于反应堆压力容器为大型容器，其底部位于20m的水下，同时压力容器存在较大核辐射，人不能靠近操作，因此，为了实现将探头扫查装置伸入至容器底部，在容器的外部架设有大型检查机(图中未显示)，检查机的核心在于控制探头扫查装置的位置并接收探头反馈的信息，检查机的外部机械结构及其控制系统不是本发明要点，其可采用现有检查机的架构，在此对其结构不再赘述。

下面首先对探头扫查装置结构进行介绍以引出本发明的探头机构：参见图2和图3，探头扫查装置主要由检查臂10及位于检查臂10前端的多个并排设置的探头组件20组成，多个探头组件20之间通过一支撑架204相支撑连接，如图4所示，探头组件20的个数为八个，每个探头组件20上设置有两个超声探头本体1，下面对单个探头组件20的构成进行说明：

如图5至图7所示，每个探头组件20由弹簧缓冲台架201、探头机构202以及连接在弹簧缓冲台架201与探头机构202之间的下伸支架203组成，其中，弹簧缓冲台架201由与检查臂10轴心线相平行设置的多根连杆2011、套设在至少一根所述的连杆2011上的弹簧2012以及与检查臂10相固定连接且可滑动地设置在连杆2011上的滑块2013组成，滑块2013的至少一端与弹簧2012相抵触，在检查臂10带动滑块2013沿径向往复滑动时，所述的弹簧2012在释放与被压缩之间变换。具体地，图5所示的为单个探头组件20初始状态，此时，滑块2013处于连杆2011的最上端，弹簧2012处于最小压缩状态；图6所示的为单个探头组件工作状态，即在检查臂10的推进下，滑块2013下滑至连杆2011的中下端，弹簧2012处于最大压缩状态，从而弹簧2012对前端探头机构202产生一定的弹力，该弹力决定了探头本体在球面上的压紧程度。

下伸支架203由与各连杆2011相垂直且固定连接的水平部2031以及与水平部2031相倾斜连接的倾斜部2032组成，倾斜部2032与水平部2031之间的夹角可在120度～150度之间设定，具体设定需要根据探头组件20的个数以及压力容器内贯穿件的位置综合考虑，本实施例中，倾斜部2032与水平部2031之间的夹角为135度，在工作状态下，如图3所示，倾斜部2032向球面方向倾斜。为了使得下伸支架203与探头机构202稳定连接，本实施例中，倾斜部2032为由水平部2031前端平行引出的两支分叉，即整个下伸支架大致呈“Y”形。

位于最前端的探头机构202主要由超声探头本体1、框设在超声探头本体1外侧的探头支撑框架2、与探头支撑框架2通过第三转轴31相转动连接的壁面支撑架3所组成，如图8所示，其中，探头支撑框架2又由与超声探头本体1相对两侧分别通过第一转轴211相转动连接的内框21、与内框21相对两侧分别通过第二转轴221相转动连接的外框22组成，所述的第一转轴211的轴心线与第二转轴221的轴心线相垂直，第二转轴221与第三转轴31的轴心线相平行，第一转轴211采用螺钉实现。在第三转轴31上还套设有扭簧4，扭簧4的一端与壁面支撑架3相连，另一端与外框22相连。在本实施例中，壁面支撑架3为“工”字型支架，所述的外框22具有嵌入壁面支撑架3两侧的翼部222，第三转轴31连接在壁面支撑架3的两侧与外框22的翼部222之间。本实施例中，在壁面支撑架3的两侧对称地设置有上述两个超声探头本体1及探头支撑框架2。

同时，下伸支架203的两倾斜部2032跨接在壁面支撑架3的两端侧，并通过第四转轴5与壁面支撑架3相连接，所述的第四转轴5的轴心线与第三转轴31的轴心线相平行。

上面对探头扫查装置的结构组成进行了说明，下面将对其作用原理进行介绍：

首先，我们对扫查装置的运动方向进行定义，在压力容器检查中，业界约定俗成的坐标系统定义如下：

A)、沿筒体和下封头的周向旋转方向定义为X方向(从容器口方向俯视)；

B)、沿下封头弧面运动方向为Y方向；

C)、沿球面壁厚运动方向为Z方向。

首先我们对检查臂的动作方式进行说明：在检查机控制系统的控制下，检查臂10实质上具有两个旋转自由度和一个线性自由度，当检查臂10伸入至容器内部，首先检查臂10控制弹簧缓冲台架201的滑块2013往壁面方向运动(球体半径方向)，此即检查臂10的线性运动自由度(图7中标示为Z)，当探头机构与反应堆壁面接触之后，通过观察弹簧的压缩情况，来确定探头机构是否与壁面已经接触或压紧；之后，启动检查臂上的旋转自由度(图7中标示为Y3)，使得检查臂往下方摆到最极限的位置，此时探头机构与贯穿件的距离最近，但需要保留一定的安全距离，一般至少需1英寸左右，通过上述两个自由度的控制，使得探头机构202定位到需要检查的位置。在确定探头机构202与检查位置紧密贴合后，控制检查臂旋转(另一旋转自由度)，带动探头机构做周向旋转运动，旋转一周以后，检查臂上的旋转自由度再往Y负向步进，继续反方向旋转一周扫查，一直到旋转自由度所步进区域覆盖完整个焊缝所需检查区域时为止。

在探头机构202定位到需要检查的位置后，控制探头机构202与检查位置的紧密贴合是通过设置在各探头机构上的自由度来实现的，探头机构202上主要包括三个旋转自由度，如图8所示，第一自由度X由连接超声探头本体1与内框21的第一转轴211处实现，其用于控制探头的X方向偏转，该方向自由度的设置是由于探头机构202安装有多个超声探头本体1，在球面检查时，各探头本体1的X方向偏转角度是不相同的，因此，需要通过各自的第一转轴211进行微调；第二自由度Y1由连接内框21与外框22的第二转轴221实现，控制探头Y方向的偏转，保证各探头本体与壁面的紧密贴合；第三自由度Y2由扭簧4实现，其用于控制的是单个探头机构不同的偏向，且具有向球面Z方向紧贴的趋势。以上的各个自由度，均有一定的限位范围。

通过在探头机构设置上述自由度，保证了探头本体与球面的较好耦合，从而保证检测信号的连续性，不会因为接触不好或不稳定而丢失数据，保证了检测结构的可靠性和精确性。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种反应堆压力容器检查机的前端探头机构，包括超声探头本体(1)、框设在所述的超声探头本体(1)外侧的探头支撑框架(2)、与探头支撑框架(2)通过第三转轴(31)相转动连接的壁面支撑架(3)，所述的探头支撑框架(2)包括与超声探头本体(1)相对两侧分别通过第一转轴(211)相转动连接的内框(21)、与内框(21)相对两侧分别通过第二转轴(221)相转动连接的外框(22)，所述的第一转轴(211)的轴心线与第二转轴(221)的轴心线相垂直，所述的第二转轴(221)与第三转轴(31)的轴心线相平行，在所述的第三转轴(31)上还套设有扭簧(4)，所述的扭簧(4)的一端与壁面支撑架(3)相连，另一端与所述的外框(22)相连，所述的第一转轴(211)、第二转轴(221)以及扭簧(4)为所述的超声探头本体(1)在球面上提供旋转自由度以使得超声探头本体(1)与待测球面紧密耦合。

2.根据权利要求1所述的反应堆压力容器检查机的前端探头机构，其特征在于：所述的旋转自由度包括所述的超声探头本体(1)沿第一转轴(211)在球面周向上偏转的第一自由度、所述的内框(21)沿第二转轴(221)在弧面上偏转的第二自由度、所述的外框(22)在扭簧(4)的作用下压向球面半径方向的第三自由度。

3.根据权利要求1或2所述的反应堆压力容器检查机的前端探头机构，其特征在于：所述的壁面支撑架(3)为“工”型支架，所述的外框(22)具有嵌入所述的壁面支撑架(3)两侧的翼部(222)，所述的第三转轴(31)连接在壁面支撑架(3)的两侧与外框(22)的翼部(222)之间。

4.根据权利要求3所述的反应堆压力容器检查机的前端探头机构，其特征在于：所述的壁面支撑架(3)上对称地设置有两个探头支撑框架(2)及超声探头本体(1)。

5.根据权利要求1所述的反应堆压力容器检查机的前端探头机构，其特征在于：所述的第一转轴(211)为螺钉。

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