CN102509566A - 核反应堆压力容器管嘴安全端焊缝自动化射线检查设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种核反应堆压力容器管嘴安全端焊缝自动化射线检查设备，包括用于将整个设备支撑在压力容器上的支撑定位机构、用于调整检查角度的主旋转机构、周向均匀分布的三个可伸缩的用于对焊缝进行检查的检查臂机构。本发明检查设备的结构及操作自动化程度高，不需人员近源操作，从而最大程度地消除辐射隐患；能够实现同时对互成 120 度的三个进水管嘴或三个出水管嘴的安全端进行检查，提高了检查效率、缩短了核电站大修期间的占堆时间；检查组件具有径向自调节、自动定心和通流的功能，解决了气囊体受径向力过大及气囊体两侧压力差导致设备受轴线方向作用力过大的问题，该技术方案可以推广应用于其它水下管道的射线检查，具有较大的应用价值。

Description

核反应堆压力容器管嘴安全端焊缝自动化射线检查设备

技术领域

本发明涉及核电站反应堆压力容器在役/役前检查的检测设备，特别涉及对压力容器出水口和进水口管嘴安全端焊缝自动化射线检查设备。

背景技术

核反应堆压力容器是核电站最为重要的部件之一，用来固定、支承和包容堆芯及所有堆内构件，是核电厂整个寿期内唯一不可更换的大型部件。核反应堆压力容器的质量是保证核动力系统正常、安全运行的关键。附图1所示的核反应堆压力容器，其主体为一圆筒101，圆筒101上部通过螺栓组件连接有半球形上封头（图中未显示）、法兰102，圆筒101下部焊接有半球形下封头103，在圆筒筒体上径向间隔焊接有多个进水管嘴104和出水管嘴105，形成焊缝1003，在进水管嘴104与出水管嘴105上分别焊接有一安全端106，安全端106再与主管道107相焊接，从而形成两道焊缝1001、1002。安全端两侧采用多层多道焊接工艺，组织结构复杂。焊接过程中容易产生冶金和组织缺陷，这种缺陷在长期高温、高压和辐射的条件下可能成为疲劳、晶间腐蚀等问题的发源地。

为确定核反应堆压力容器的质量，核电厂和核动力装置的检验规范和大纲中，对压力容器上的各焊缝及其它部位提出了无损检测的强制性要求，并指定分别在投入运行前和运行一定时间间隔后对压力容器实施役前和在役检查，役前和在役检查的结果为分析压力容器的状态提供了极其重要的依据。其中，压力容器的在役检查处在整个核电站大修的关键路径上，检查的效率（占堆时间）和人员辐照剂量是核电站极为关注的指标。

根据法国RSEM标准（In-Service Inspection Rules for Mechanical components of PWR Nuclear islands，《压水堆核电站核岛机械设备在役检查规则》），对于核反应堆压力容器管嘴安全端的对接焊缝，要求采用两种体积检验方法（超声波检验和X射线照相检验）。这一点区别于美国的ASME标准要求。由于国内很多核电站借鉴了法国核电站的设计经验，在役/役前检查一般要求采用超声波检验和X射线照相检验两种方法。

其中，对压力容器管嘴安全端焊缝进行射线检测的设备，如专利CN101598681和CN101598682所公开的技术方案，其特点是利用一个长竿工具将检查设备送到管嘴内，检查设备利用压力容器筒体内壁和管嘴内壁进行定位，每次对一个管嘴安全端实施X射线检查。这种设备的优点是体积小、重量轻，进出核岛较为方便；但是它在安装到管嘴过程中需要现场操作人员的辅助，每次只能对一个管嘴进行X射线照相，检查效率低、占堆时间长，且存在人员辐照风险。

发明内容

本发明的目的是提供一种一次可以同时对三个管嘴进行X射线照相、检查过程不需要人员辅助操作的高效率、全自动压力容器安全端焊缝射线检查设备，从而提高检查效率并减少人员辐照剂量。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种核反应堆压力容器管嘴安全端焊缝自动化射线检查设备，包括支撑定位机构、主旋转机构、周向均匀分布的三个检查臂机构，

   所述的支撑定位机构包括位于中心的内、外双层方管状立柱、分别以一端固定安装在所述的外立柱上的多个用于支撑在压力容器法兰面上的支撑腿、设置在所述的外立柱上的能够将所述的内立柱和所述的主旋转机构以及各个所述的检查臂机构降下或升起的卷扬提升组件，

   所述的主旋转机构包括安装在所述的内立柱的下端的固定座、相对于所述的固定座转动设置的主旋转架，所述的固定座与所述的主旋转架之间设置有用于控制所述的主旋转架相对于所述的固定座旋转所需角度的旋转控制机构，

所述的检查臂机构包括沿所述的主旋转架径向可伸缩地设置的伸缩臂和检查组件，所述的检查组件包括安装在伸缩臂外端部的径向调节机构和通过该径向调节机构连接的气囊组件，所述的气囊组件通过该径向调节机构来径向定位在管嘴安全端内。

优选地，所述的伸缩臂包括一一套设的外方套管、中间方套管、内方套管及收纳源罐的主箱，所述的中间方套管的相对两侧分别嵌设有两个滑轮、且二者分居所述的中间方套管的两端，所述的内方套管的相对两侧分别嵌设有两个滑轮、且二者分居所述的内方套管的两端，所述的外方套管通过两根从相反方向绕过同侧的所述的中间方套管上的两个所述的滑轮的、长度相等的钢丝绳连接至所述的内方套管，所述的中间方套管通过两根从相反方向绕过同侧的所述的内方套管上的两个所述的滑轮的、长度相等的钢丝绳连接至所述的主箱，所述的外方套管与所述的中间方套管之间设置有丝杆机构，所述的外方套管上设置有电机组件，该电机组件通过所述的丝杠机构控制所述的中间方套管向伸展或收缩的方向移动，当所述的中间方套管向伸展的方向移动时，所述的内方套管及所述的主箱在对应的所述的钢丝绳及所述的滑轮的作用下，均向伸展的方向移动；当所述的中间方套管向收缩的方向移动时，所述的内方套管及所述的主箱在对应的所述的钢丝绳及所述的滑轮的作用下，均向收缩的方向移动。

进一步地，所述的径向调节机构包括安装在所述的主箱的端部的基板，所述的基板上设置有横向滑轨，一过渡板通过其上的横向滑块与所述的基板上的横向滑轨相配合安装，所述的过渡板的另一侧设置有竖向滑块，所述的气囊组件上设置有竖向滑轨，所述的气囊组件通过所述的竖向滑轨与所述的竖向滑块相配合安装。

进一步地，所述的气囊组件包括安装在一空心轴的两端的前座板和后座板、设置在所述的前座板和后座板之间的气囊体，所述的竖向滑轨设置在所述的后座板上，所述的后座板上径向向外延伸设置有三个用于支撑在管嘴安全端的内壁上的气缸组件，其中一个气缸组件竖直设置，该竖直设置的气缸组件包括由气缸控制的两根竖直设置的从动杆，两根所述的从动杆的下端分别安装有滚轮，所述的基板的上端设置有“U”型导向槽，当两个所述的滚轮触及所述的“U”型导向槽的最低点时，所述的后座板与所述的基板相定位。

进一步地，所述的主箱中设置有送源电机，该送源电机与所述的源罐的射线源通过驱动缆连接，所述的送源电机控制所述的驱动缆将所述的射线源送至所述的空心轴中的工作位置。

进一步地，所述的空心轴内设置有准直器，该准直器包括外表面具有多个凸点的外筒，该外筒的一端为安装法兰盘、另一端为供所述的驱动缆穿过的导源管，所述的安装法兰盘固定安装在所述的前座板上，所述的安装法兰盘上开设有供水流过的通孔。

优选地，所述的丝杠机构与所述的外方套管之间设置有紧急回收机构，其与所述的丝杠机构中的丝杠螺杆传动连接以在电机组件失灵时控制回收所述的伸缩臂。

优选地，所述的旋转控制机构包括转动设置在所述的固定座中的转动轴、与所述的转动轴固定连接的主齿轮、与所述的主齿轮同轴固定的辅齿轮、驱动所述的主齿轮转动的控制电机，所述的主旋转架与所述的主齿轮相固定，所述的辅齿轮驱动一编码器的输入轴旋转从而检测所述的转动轴的转动角度。

进一步地，所述的固定座上安装有一固定板，所述的控制电机、所述的编码器均安装在所述的固定板上，该固定板上还设置有电缆固定架，所述的固定座与所述的主旋转架之间设置有用于保护和引导电缆的拖链，所述的拖链的一端连接在所述的电缆固定架上、另一端连接在一个固定在所述的转动轴上的拖链支撑盘上。

进一步地，所述的固定板上还设置有两个限位开关，其中一者用于确定所述的主旋转架的转动初始零点、另一者用于提供旋转行程限位保护。

本发明的有益效果是：本发明检查设备的结构及操作自动化程度高，不需人员近源操作，从而最大程度地消除辐射隐患；能够实现同时对互成120度的三个进水管嘴或三个出水管嘴的安全端进行检查，大大提高了检查效率，有效地缩短了占堆时间，也就提供了经济效益，检查组件具有径向自调节、自动定心和通流的功能，结构可靠的伸缩臂结构，解决了当检查臂或者设备主体径向定位不准时气囊自身受径向力过大的问题，通过在准直器的表面设置凸点和安装法兰盘上开通孔，解决了由于管嘴内液体流动引起的气囊组件两侧压力差导致设备受沿管嘴轴线方向作用力过大的问题，该技术方案可以推广应用于其它水下管道的射线检查，具有较大的应用价值。

附图说明

附图1为核反应堆压力容器结构的剖视示意图；

附图2为本发明的检查设备的整体结构示意图；

附图3为本发明的检查设备的支撑定位机构的结构示意图；

附图4为本发明的检查设备的主旋转机构的立体结构示意图；

附图5为本发明的检查设备的主旋转机构的主视示意图（部分剖视）；

附图6为本发明的检查设备的检查臂机构的结构示意图；

附图7为本发明的检查设备的伸缩臂的原理示意图；

附图8为本发明的检查设备的伸缩臂中的丝杠机构的原理示意图；

附图9为本发明的检查设备的主箱及检查组件的装配原理示意图；

附图10为本发明的检查设备的径向调节机构的主视示意图；

附图11为附图10所示的径向调节机构的拆分示意图；

附图12为本发明的检查设备的准直器的结构示意图；

附图13为本发明的检查设备的准直器的安装示意图（部分剖视）。

附图中：101、圆筒；102、法兰；103、封头；104、进水管嘴；105、出水管嘴；106、安全端；107、主管道；1001、焊缝；1002、焊缝；1003、焊缝；1、外立柱；2、支撑腿；3、卷扬提升组件；4、固定座；5、主旋转架；6、伸缩臂；7、径向调节机构；8、气囊组件；9、外方套管；10、中间方套管；11、内方套管；12、主箱；13、滑轮；14、钢丝绳；15、丝杠螺杆；16、丝杠螺母；17、电机组件；18、基板；19、横向滑轨；20、横向滑块；21、竖向滑轨；22、竖向滑块；23、空心轴；24、前座板；25、后座板；26、气缸组件；27、从动杆；28、滚轮；29、导向槽；30、送源电机；31、驱动缆；32、准直器；33、凸点；34、外筒；35、安装法兰盘；36、导源管；37、通孔；38、紧急回收机构；39、转动轴；40、主齿轮；41、辅齿轮；42、编码器；43、固定板；44、控制电机；45、电缆固定架；46、拖链；47、拖链支撑盘；48、限位开关；49、监控摄像头。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明的技术方案作以下详细描述：

如附图2至附图13所示，本发明的核反应堆压力容器管嘴安全端焊缝自动化射线检查设备包括支撑定位机构、主旋转机构、周向均匀分布的三个检查臂机构，支撑定位机构的主要功能是将整个检查装置定位到反应堆压力容器法兰面上，并且提供一个沿反应堆压力容器中心轴线方向的上、下升降直线运动，支撑定位机构包括位于中心的内、外双层方管状立柱、分别以一端固定安装在外立柱1上的多个用于支撑在压力容器壁上的支撑腿2、设置在外立柱上的能够将内立柱和主旋转机构以及各个检查臂机构降下或升起的卷扬提升组件3，卷扬提升组件3的上方有一吊耳结构，它是一根带台阶的横梁，用于整个检查装置的起吊作业；主旋转机构的主要功能是提供一个旋转自由度以及三个检查臂机构的连接接口；主旋转机构包括安装在内立柱的下端的固定座4、相对于固定座4转动设置的主旋转架5，固定座4与主旋转架5之间设置有用于控制主旋转架5相对于固定座4旋转所需角度的旋转控制机构，检查臂机构包括沿主旋转架5径向可伸缩地设置的伸缩臂6和检查组件，伸缩臂6上设置有监控摄像头49，检查组件包括安装在伸缩臂6外端部的径向调节机构7和通过该径向调节机构7连接的气囊组件8，气囊组件8通过该径向调节机构7来径向定位在管嘴安全端内；伸缩臂6的主要功能是将气囊组件8送入管嘴的指定工作位置，其包括一一套设的外方套管9、中间方套管10、内方套管11及收纳源罐的主箱12，相邻两层之间设置有滑轨，中间方套管10的相对两侧分别嵌设有两个滑轮13、且二者分居中间方套管10的两端，内方套管11的相对两侧分别嵌设有两个滑轮13、且二者分居内方套管11的两端，外方套管9通过两根从相反方向绕过同侧的中间方套管10上的两个滑轮13的、长度相等的钢丝绳14连接至内方套管11，中间方套管10通过两根从相反方向绕过同侧的内方套管11上的两个滑轮13的、长度相等的钢丝绳14连接至主箱12，外方套管9与中间方套管10之间设置有丝杆机构，丝杠机构的丝杠螺杆15通过支座旋转定位在外方套管9上，丝杠机构的丝杠螺母16固定在中间方套管10上，外方套管9上设置有电机组件17，该电机组件17通过两组锥齿轮与丝杠螺杆15传动连接（电机组件17的输出轴与丝杠螺杆15相平行）、并通过丝杠机构控制中间方套管10向伸展或收缩的方向移动，当中间方套管10向伸展的方向移动时，内方套管11及主箱12在对应的钢丝绳14及滑轮13的作用下，均向伸展的方向移动；当中间方套管10向收缩的方向移动时，内方套管11及主箱12在对应的钢丝绳14及滑轮13的作用下，均向收缩的方向移动，特别地，丝杠机构与外方套管9之间设置有紧急回收机构38，其与丝杠机构中的丝杠螺杆15传动连接以在电机组件17失灵时控制回收伸缩臂6；其中，径向调节机构7包括安装在主箱12的端部的基板18，基板18上设置有横向滑轨19，一过渡板通过其上的横向滑块20与基板18上的横向滑轨19相配合安装，过渡板的另一侧设置有竖向滑块22，气囊组件8上设置有竖向滑轨21，气囊组件8通过竖向滑轨21与竖向滑块22相配合安装，该气囊组件8包括安装在一空心轴23的两端的前座板24和后座板25、设置在前座板24和后座板25之间的气囊体，该气囊体的作用是充气后将待检查焊缝处的水排开，以减小水对射线的阻挡作用，竖向滑轨21设置在后座板25上，后座板25上径向向外延伸设置有三个用于支撑在管嘴安全端的内壁上的气缸组件26，三者之间互成120度，其中一个气缸组件26竖直设置，该竖直设置的气缸组件26包括由气缸控制的两根竖直设置的从动杆27，两根从动杆27的下端分别安装有滚轮28，基板18的上端设置有“U”型导向槽29，当该气缸组件26的气缸伸出时，从动杆27和滚轮28向上运动，滚轮28和导向槽29不接触，从而气囊后座板25位置不受基板18的约束，可以在竖直和水平导轨行程范围内自由调节；当该气缸组件26的气缸缩回时，从动杆27和滚轮28向下运动，滚轮28与导向槽29接触并施加推力，使滚轮28运动到导向槽29的低点，从而气囊后座板25的位置受基板18的约束，气囊后座板25的中心线与基板18的中心线重合，即两个滚轮28触及“U”型导向槽29的最低点时，后座板25与基板18相定位；主箱12中设置有送源电机30，该送源电机30与源罐的射线源通过驱动缆31连接，送源电机30控制驱动缆31将射线源送至空心轴23中的工作位置；空心轴23内设置有准直器32，该准直器32包括外表面具有多个凸点33的外筒34，该外筒34的一端为安装法兰盘35、另一端为供驱动缆31穿过的导源管36，安装法兰盘35固定安装在前座板24上，安装法兰盘35上开设有供水流过的通孔37；由于带凸点33的外筒34与空心轴23之间的间隙和通孔37的作用，使得气囊组件两侧的水能够流通，而不会产生较大的压差，从而保证检查高效、可靠地进行；主箱12上设置紧急收回装置，当送源电机30出现不可恢复故障时，可以手动将放射源收回源罐内，以降低辐射伤害，旋转控制机构包括转动设置在固定座4中的转动轴39、与转动轴39固定连接的主齿轮40、与主齿轮40同轴固定的辅齿轮41、驱动主齿轮40转动的控制电机44，主旋转架5与主齿轮40相固定，辅齿轮41驱动一编码器42的输入轴旋转从而检测转动轴39的转动角度；固定座4上安装有一固定板43，控制电机44、编码器42均安装在固定板43上，该固定板43上还设置有电缆固定架45，固定座4与主旋转架5之间设置有用于保护和引导电缆的拖链46，拖链46的一端连接在电缆固定架45上、另一端连接在一个固定在转动轴39上的拖链支撑盘47上；固定板43上还设置有两个限位开关48，其中一者用于确定主旋转架5的转动初始零点、另一者用于提供旋转行程限位保护。

综合上述的机构设计，本发明的检查设备：结构及操作自动化程度高，不需人员近源操作，从而最大程度地消除辐射隐患；能够实现同时对互成120度的三个进水管嘴或三个出水管嘴的安全端进行检查，大大提高了检查效率，有效地缩短了占堆时间，也就提供了经济效益，检查组件具有径向自调节、自动定心和通流的功能，结构可靠的径向调节机构7，解决了当检查臂或者设备主体径向定位不准时气囊自身受径向力过大的问题，通过在准直器32的表面设置凸点33和安装法兰盘35上开通孔37，解决了由于管嘴内液体流动引起的气囊组件8两侧压力差导致设备受沿管嘴轴线方向作用力过大的问题，该技术方案可以推广应用于其它水下管道的射线检查，具有较大的应用价值。

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 (10)

1.一种核反应堆压力容器管嘴安全端焊缝自动化射线检查设备，其特征在于：包括支撑定位机构、主旋转机构、周向均匀分布的三个检查臂机构，

   所述的支撑定位机构包括位于中心的内、外双层方管状立柱、分别以一端固定安装在所述的外立柱上的多个用于支撑在压力容器法兰面上的支撑腿、设置在所述的外立柱上的能够将所述的内立柱和所述的主旋转机构以及各个所述的检查臂机构降下或升起的卷扬提升组件，

   所述的主旋转机构包括安装在所述的内立柱的下端的固定座、相对于所述的固定座转动设置的主旋转架，所述的固定座与所述的主旋转架之间设置有用于控制所述的主旋转架相对于所述的固定座旋转所需角度的旋转控制机构，

   所述的检查臂机构包括沿所述的主旋转架径向可伸缩地设置的伸缩臂和检查组件，所述的检查组件包括安装在伸缩臂外端部的径向调节机构和通过该径向调节机构连接的气囊组件，所述的气囊组件通过该径向调节机构来径向定位在管嘴安全端内。

2.根据权利要求1所述的核反应堆压力容器管嘴安全端焊缝自动化射线检查设备，其特征在于：所述的伸缩臂包括一一套设的外方套管、中间方套管、内方套管及收纳源罐的主箱，所述的中间方套管的相对两侧分别嵌设有两个滑轮、且二者分居所述的中间方套管的两端，所述的内方套管的相对两侧分别嵌设有两个滑轮、且二者分居所述的内方套管的两端，所述的外方套管通过两根从相反方向绕过同侧的所述的中间方套管上的两个所述的滑轮的、长度相等的钢丝绳连接至所述的内方套管，所述的中间方套管通过两根从相反方向绕过同侧的所述的内方套管上的两个所述的滑轮的、长度相等的钢丝绳连接至所述的主箱，所述的外方套管与所述的中间方套管之间设置有丝杆机构，所述的外方套管上设置有电机组件，该电机组件通过所述的丝杠机构控制所述的中间方套管向伸展或收缩的方向移动，当所述的中间方套管向伸展的方向移动时，所述的内方套管及所述的主箱在对应的所述的钢丝绳及所述的滑轮的作用下，均向伸展的方向移动；当所述的中间方套管向收缩的方向移动时，所述的内方套管及所述的主箱在对应的所述的钢丝绳及所述的滑轮的作用下，均向收缩的方向移动。

3.根据权利要求2所述的核反应堆压力容器管嘴安全端焊缝自动化射线检查设备，其特征在于：所述的径向调节机构包括安装在所述的主箱的端部的基板，所述的基板上设置有横向滑轨，一过渡板通过其上的横向滑块与所述的基板上的横向滑轨相配合安装，所述的过渡板的另一侧设置有竖向滑块，所述的气囊组件上设置有竖向滑轨，所述的气囊组件通过所述的竖向滑轨与所述的竖向滑块相配合安装。

4.根据权利要求3所述的核反应堆压力容器管嘴安全端焊缝自动化射线检查设备，其特征在于：所述的气囊组件包括安装在一空心轴的两端的前座板和后座板、设置在所述的前座板和后座板之间的气囊体，所述的竖向滑轨设置在所述的后座板上，所述的后座板上径向向外延伸设置有三个用于支撑在管嘴安全端的内壁上的气缸组件，其中一个气缸组件竖直设置，该竖直设置的气缸组件包括由气缸控制的两根竖直设置的从动杆，两根所述的从动杆的下端分别安装有滚轮，所述的基板的上端设置有“U”型导向槽，当两个所述的滚轮触及所述的“U”型导向槽的最低点时，所述的后座板与所述的基板相定位。

5.根据权利要求4所述的核反应堆压力容器管嘴安全端焊缝自动化射线检查设备，其特征在于：所述的主箱中设置有送源电机，该送源电机与所述的源罐的射线源通过驱动缆连接，所述的送源电机控制所述的驱动缆将所述的射线源送至所述的空心轴中的工作位置。

6.根据权利要求5所述的核反应堆压力容器管嘴安全端焊缝自动化射线检查设备，其特征在于：所述的空心轴内设置有准直器，该准直器包括外表面具有多个凸点的外筒，该外筒的一端为安装法兰盘、另一端为供所述的驱动缆穿过的导源管，所述的安装法兰盘固定安装在所述的前座板上，所述的安装法兰盘上开设有供水流过的通孔。

7.根据权利要求2所述的核反应堆压力容器管嘴安全端焊缝自动化射线检查设备，其特征在于：所述的丝杠机构与所述的外方套管之间设置有紧急回收机构，其与所述的丝杠机构中的丝杠螺杆传动连接以在电机组件失灵时控制回收所述的伸缩臂。

8.根据权利要求1所述的核反应堆压力容器管嘴安全端焊缝自动化射线检查设备，其特征在于：所述的旋转控制机构包括转动设置在所述的固定座中的转动轴、与所述的转动轴固定连接的主齿轮、与所述的主齿轮同轴固定的辅齿轮、驱动所述的主齿轮转动的控制电机，所述的主旋转架与所述的主齿轮相固定，所述的辅齿轮驱动一编码器的输入轴旋转从而检测所述的转动轴的转动角度。

9.根据权利要求8所述的核反应堆压力容器管嘴安全端焊缝自动化射线检查设备，其特征在于：所述的固定座上安装有一固定板，所述的控制电机、所述的编码器均安装在所述的固定板上，该固定板上还设置有电缆固定架，所述的固定座与所述的主旋转架之间设置有用于保护和引导电缆的拖链，所述的拖链的一端连接在所述的电缆固定架上、另一端连接在一个固定在所述的转动轴上的拖链支撑盘上。

10.根据权利要求9所述的核反应堆压力容器管嘴安全端焊缝自动化射线检查设备，其特征在于：所述的固定板上还设置有两个限位开关，其中一者用于确定所述的主旋转架的转动初始零点、另一者用于提供旋转行程限位保护。

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