CN103033562B - 核电站压力容器接管安全端焊缝缺陷超声波自动检测设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种核电站压力容器接管安全端焊缝缺陷超声波自动检测设备，包括检测装置、气路控制装置等。检测装置还设置有浮力机构，定位压紧机构，轴向进向与周向转动机构，校验机构。气路控制装置主要由溢流阀、减压阀、电气比例阀、五通阀等组成。本发明的检测设备结构小巧、便于运输，缺陷定位、定量一次扫查完成，无需更换端部效应器，可应用不同堆型核电站接管安全端焊缝缺陷的检测。

Description

核电站压力容器接管安全端焊缝缺陷超声波自动检测设备

技术领域

本发明涉及一种超声波自动检测设备，特别是一种应用于核电站压力容器接管安全端焊缝缺陷的超声波自动检测设备，属核检测系统。

背景技术

核电站反应堆压力容器接管安全端是反应堆压力容器接管与主管道之间的连接过渡段，是反应堆冷却剂压力边界的重要组成部分。安全端两侧存在两道焊缝，即安全端与接管之间焊缝和安全端与主管道之间焊缝。安全端焊缝靠近堆芯活性区，在核电站运行中要承受高温、高压、高辐射的交变复杂应力和腐蚀。故该两道焊缝的质量对于保障一回路系统的完整性至关重要。

根据国外核电站运行经验反馈，该焊缝检查频度一般高于标准规范要求，为3～4个换料周期，约为4～6年。而目前国内对该焊缝的检测主要通过反应堆压力容器十年大修来实现,主要出现的问题有：检测周期长，不能满足该焊缝的检测频度；设备庞大，由于十年大修检测装置需要检测多种焊缝缺陷，故检测设备非常庞大，需要数十名检测人员联合作业才能完成；操作复杂，接管安全端焊缝只是十年大修中的一小部分，故该焊缝的检测程序置于十年大修的检测程序中，要检测该焊缝需首先熟悉整个系统，增加了操作和学习难度。为了灵活方便地对接管安全端焊缝进行不定期检测，提高工作效率，缩短检测时间，需研制体积小，操作方便的专用检测装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一套适用于不同堆型核电站压力容器进出水接管安全端焊缝缺陷的超声波自动检测设备。该设备能够实现检测装置自动进入接管内部并实现可靠轴向定位；自动定位接管与安全端，安全端与主管道之间的焊缝位置；自动识别缺陷，并一次性完成定位和定量检测，无需中途更换端部效应器；能记录缺陷的位置和大小；通过更换少许零部件能够适应不同堆型的核电站，不同直径范围的进出水接管。

本发明是这样实现的：它包括检测装置、气路控制装置，而在所述的检测装置中还设置有：由头部浮力块、前右浮力块、前左浮力块、后右浮力块、后左浮力块组成的浮力部件，由端部效应器汽缸、压紧定位汽缸、轴向限位调整杆、倾角传感器、轴向限位调整座、轴向限位盘、端部效应器安装盘、端部效应器、上梁架、位置传感器、接管组成的定位压紧机构；由齿轮箱、齿轮箱安装板、轴向电机仓密封盘、轴向进给电机仓、接线盒、周向进给电机仓、左右螺旋桨、升降螺旋桨、驱动丝杆、轴承组成的轴向进给与周向转动机构；由导向杆、试块推进汽缸、试块托架、校验试块、校零盘组成的校验机构及吊入快插座、手动送入快插座，其中，所述的头部浮力块、前右浮力块、前左浮力块、后左浮力块、后右浮力块分别安装在所述检测装置的头部和前后的左右两边；所述的端部效应器汽缸、端部效应器安装在所述的端部效应器安装盘上，端部效应器安装盘安装在所述周向进给电机仓上，所述压紧定位汽缸安装在上梁架上,所述试块推进汽缸安装在所述齿轮箱安装板上，所述轴向限位调整杆插入在所述轴向限位调整座里，所述倾角传感器安装在所述上梁架上，所述左右螺旋桨安装在所述检测装置的尾部左右两侧，所述接线盒安装在上梁架尾部下方，所述轴向限位调整座安装在检测装置的尾部上端和下端，所述位置传感器安装在轴向限位盘上并与接管接触，所述轴向限位盘与轴向限位调整杆相连接，所述齿轮箱安装在所述齿轮箱安装板上，所述轴向电机仓密封盘与所述轴向进给电机仓相连接，所述驱动丝杆、轴向进给电机仓与所述齿轮箱相连接，所述的导向杆、试块托架、校准试块都安装在检测装置的底部，所述校零盘安装在周向进给电机仓的顶端，所述轴承安置在周向进给电机仓与所述端部效应器安装盘之间，所述升降螺旋桨安装在检测装置的头部和尾部，所述吊入快插座及手动送入快插座与上梁架相连接；

所述的气路控制装置是由溢流阀、减压阀、三联件、三位五通中封阀、电气比例阀、两位五通阀、调速阀组成的，其中所述的三联件与减压阀相连，减压阀同时分别与所述的溢流阀、与轴向进给与周向转动机构中的接线盒、与轴向进给电机仓、与周向进给电机仓相连接，所述三位五通中封阀与所述的定位压紧机构中的压紧定位汽缸相连，电气比例阀与所述的两位五通阀相连，所述的两位五通阀与所述的调速阀相连接，所述的调速阀与所述的端部效应器汽缸相连，其中一路调速阀与所述的试块推进汽缸相连。

本发明由于采用上述的结构，采用该自动检测设备，可以实现核电站压力容器接管安全端焊缝缺陷超声波自动检测。该设备体积小、重量轻、2—3人即可实现该检测设备的安装和焊缝缺陷的检测。操作简单、检测周期短，结构小巧，合理的定位装置使得该检测设备安装时间短，与十年大修检测设备相比，其安装时间约为十年大修检测设备的十分之一，焊缝缺陷定位与定量工作一次扫查完成，无需更换端部效应器。针对不同的核电站堆型，只需更换少许零部件，即可应用于多种类型核电站接管安全端焊缝缺陷检测，具有很强的适应性。

附图说明

图1为本发明的检测装置的结构示意图。

图2为本发明的检测装置中轴向进给与周向转动机构结构示意图。

图3为本发明的检测装置中端部效应器结构示意图

图4为本发明的检测装置在接管中的安装示意图。

图5为本发明的气路控制装置原理框图。

图6为本发明的检测装置应用过程框图。

图1---图5中：1.端部效应器汽缸 2.头部浮力块 3.前右浮力块4.前左浮力块 5.吊入快插座 6.轴向限位调整杆 7.压紧定位汽缸 8.倾角传感器 9.手动送入快插座 10.试块推进汽缸 11.后右浮力块 12.左右螺旋桨 13.接线盒 14.后左浮力块 15.轴向限位调整座 16.轴向限位盘 17.齿轮箱 18.齿轮箱安装板 19.轴向电机仓密封盘 20.轴向进给电机仓 21.导向杆 22.试块托架 23.校准试块 24.周向进给电机仓 25.校零盘 26.端部效应器安装盘 27.端部效应器28.升降螺旋桨29.驱动丝杠 30.轴承 31.上梁架 32.位置传感器 33.接管 34.溢流阀35.减压阀 36.三联件 37.三位五通中封阀 38.电气比例阀 39.两位五通阀 40.调速阀。

具体实施方式

以下结合附图和应用过程对本发明作进一步说明。

如图1---图3所示，该检测设备中的检测装置是：

由三块头部浮力块2、右前浮力块3、左前浮力块4、右后浮力块11、左后浮力块14组成的浮力装置。它们分别安装在检测装置的头部及左右两边的前后，用以增加检测装置的浮力使之悬浮于水中，便于升降螺旋桨28驱动，所有浮力块是由其内部多种小浮力块组成，通过添减小浮力块的数量，能达到调整检测装置浮力的目的；

由端部效应器汽缸1、轴向限位调整杆6、压紧定位汽缸7、倾角传感器8、接线盒13、轴向限位调整座15、轴向限位盘16、端部效应器安装盘26、端部效应器27、上梁架31、位置传感器32、接管33组成定位压紧机构。端部效应器汽缸1、端部效应器27都安装在端部效应器安装盘26上，端部效应器汽缸1带着端部效应器27伸缩，使其与待检表面良好贴合。端部效应器安装盘26安装在周向进给电机仓24上，由周向电机带动端部效应器安装盘26旋转，实现周向进给。压紧定位汽缸7安装在上梁架31上，压紧定位汽缸7共两组6个，使用时其支撑在接管33内部。轴向限位调整杆6插在轴向限位调整座15上，通过上下移动轴向限位调整杆6可适应不同接管33直径的轴向定位需求。轴向限位调整座15安装在检测装置的尾部上方和下方，位置传感器32安装在轴向限位盘16上并与接管33接触，轴向限位盘16与轴向限位调整杆6相连接，由于限位盘16上装有位置传感器32，可确定检测装置是否可靠进入接管33。倾角传感器8安装在上梁架31上，用于记录检测装置的偏摆角度。接线盒13安装在上梁架31尾部下方，其内部有保压气体，防止水进入。接线盒13把所有动力线和信号线汇集在内后转变为两个接插件输出，便于检测装置的无缆运输；

由左右螺旋桨12、齿轮箱17、齿轮箱安装板18、轴向电机仓密封盘19、轴向进给电机仓20、周向进给电机仓24、升降螺旋桨28、驱动丝杆29、轴承30组成轴向进给与周向转动机构。左右螺旋桨12安装在检测装置的尾部左右两侧，可以驱动检测装置左右转向和前进后退等。齿轮箱17安装在齿轮箱安装板18上。轴向电机仓密封盘19与轴向进给电机仓20相连接，轴向进给电机仓20及驱动丝杆29与齿轮箱17相连接。轴承30安置在周向进给电机仓24与端部效应器安装盘26之间，减少旋转阻力并起支撑作用。升降螺旋桨28安装在检测装置的头部和尾部，用于控制检测装置的下潜深度。端部效应器27的轴向运动通过丝杠29和齿轮箱17内的螺母传动实现，由齿轮箱17的齿轮带动螺母旋转，驱动丝杠29与周向进给电机仓24相连前后运动，实现焊缝缺陷的轴向扫查。轴向进给电机仓密封盘19与周向进给电机仓24外部安装有保压气管接头，使内部保压，并在电机线缆接头处做防水处理，保证电机可靠运行；

由试块推进汽缸10、导向杆21、试块托架22、校验试块23、校零盘25组成的校验机构。试块推进汽缸10安装在齿轮箱安装板18上，用于推动校验试块23伸出到合适位置。导向杆21、试块托架22、校准试块23都安装在检测装置的底部。为保证检测过程中能随时校验探头的准确度，在检测装置底部安装有校验试块23，校验试块23由试块推进汽缸10驱动。校验试块23伸出时处于悬臂状态，为保证校验试块23伸出时的刚性，增加试块托架22和导向杆21。端部效应器27伸开，观察检测信号调整端部效应器汽缸1到合适的压力，移动端部效应器27，完成探头校验。校零盘25安装在周向进给电机仓24顶端，用于校零周向旋转的零位。其特殊的腰槽结构使周向零位校准可通过机械挡块的形式实现，保证检测探头能够实现360度全覆盖，提高了检测精度。

如图4所示，吊入快插座5及手动送入快插座9与上梁架31相连接。通过长柄工具插入吊入快插座5将检测装置吊入压力容器内部。有两种方式使其进入接管33内部。一是手动进入，将手动送入长柄工具插入手动送入快插座9，通过安装人员配合水下电视，手动将检测装置送入接管33内部。二是依靠升降螺旋桨28和左右螺旋桨12将检测装置送入接管33内部。在检测装置进入接管33内后，尾部轴向限位盘16上的两个位置传感器32与接管33尾部筒壁同时接触，并触发启动信号，六个定位压紧汽缸7同时张开，保证装置在接管33中的位置固定可靠，这时倾角传感器8显示的是装置相对于水平面的偏摆角度，该角度作为一补偿量来校准装置相对于接管33的周向零位。

图5所示为本发明的气路控制装置原理框图，主要由溢流阀34、减压阀35、三联件36、两个三位五通中封阀37、电气比例阀38、叁个两位五通阀39、五个调速阀40组成，三联件36与减压阀35相连，减压阀35同时分别与溢流阀34、与轴向进给与周向转动机构中的接线盒13、与轴向进给电机仓20、与周向进给电机仓24相连接，三位五通中封阀37与定位压紧机构中的压紧定位汽缸7相连，电气比例阀38与两位五通阀39相连，两位五通阀39与调速阀40相连接，调速阀40与端部效应器汽缸1相连，其中一路调速阀40与试块推进汽缸10相连。该检测设备采用高压驱动、低压保压的气路控制方式。粗线表示低压回路，细线表示高压回路。低压回路主要用于保压，高压回路主要用于驱动。所有汽缸工作于差压状态，在工作的任意时刻，汽缸的两侧都有压力，保证水不会通过汽缸的动密封进入汽缸内部，导致汽缸失效。同时，低压回路还与电机仓相通，保证电机在水下工作时的可靠性。气路中共设置三个气压表，主要目的分别是监测气源输出压力、驱动压力、保压压力，气压表安装在控制柜面板上。考虑到汽缸动作时的排气问题，低压气路中增加了溢流阀34，溢流阀34的溢流压力与低压气路压力一致，溢流阀34的主要作用是增加低压回路的排气流量，调节保压压力。

定位压紧汽缸7通过双作用三位五通中封阀37控制，即使在断气的情况下，检测装置依然能够在一定时间内仍保持压紧力，检测装置相对于接管33的位置不会发生改变，汽缸两端的调速阀40主要用来控制汽缸进给或回退的速度，提高工作效率。电气比例阀38主要是用来控制探头压紧汽缸上的压紧力，端部效应器27通过过渡件安装在端部效应器汽缸1顶端，汽缸张开时端部效应器27上的探头组件帖合在待检区域表面，通过计算机远程实时调整气路中的电气比例阀38参数，来控制探头组件的贴合力，并获得恒定的压紧力输出，从而保证检测数据的真实性与可靠性。由于探头校验时两个端部效应器27不能同时校验，否则会导致运动干涉，故每个端部效应器27的伸缩汽缸需要单独控制，用两个两位五通阀39实现。

下面结合图6阐述自动检测装置的使用过程：用长柄工具将检测装置吊装进入压力容器。启动开始程序，若采用手动进入模式，则插入手动长柄工具。锁住手动长枘工具与手动送入快插座9的连接键。手动送入检测装置到接管33内部。若采用自动进入模式，则启动螺旋桨，调整升降螺旋桨28左右螺旋桨12，螺旋桨旋转使检测装置进入接管33。此时计算机不断监测检测装置是否到位，当检测装置轴向限位盘16上的两个位置传感器32同时触发信号时，表示已到位。否则，循环监测。到位时，同时张开六个二组定位压紧汽缸7张开，固定检测装置在接管33中的位置。检测前需进行首次标定，校准试块23伸出，进行标定。此过程中，计算机循环查询检测过程是否结束，若是检测完成后的校验标定，则结束，否则，校准试块23回收。而后端部效应器汽缸1张开，驱动端部效应器27与待检表面贴合，视频检查是否贴紧，若没有贴紧，则不断增加电气比例阀的输出，直至贴紧。若已贴紧，则采集倾角传感器8的数据，上传自计算机用于检测装置周向零位的设定。利用涡流检测方法实现轴向校零。利用校零盘25实现周向校零。采集检测数据并实时处理，判断检测完毕？若没有则继续检测，若完毕则询问是否二次校准，若要再次校准，则跳至校准环节，否则结束检测。

Claims (1)

1.一种核电站压力容器接管安全端焊缝缺陷超声波自动检测设备，包括检测装置、气路控制装置，其特征在于：

a、在所述的检测装置中还设置有：由头部浮力块(2)、前右浮力块(3)、前左浮力块(4)、后右浮力块(11)、后左浮力块(14)组成的浮力部件，由端部效应器汽缸(1)、压紧定位汽缸(7)、轴向限位调整杆(6)、倾角传感器(8)、接线盒(13)、轴向限位调整座(15)、轴向限位盘(16)、端部效应器安装盘(26)、端部效应器(27)、上梁架(31)、位置传感器(32)、接管(33)组成的定位压紧机构；由齿轮箱(17)、齿轮箱安装板(18)、轴向电机仓密封盘(19)、轴向进给电机仓(20)、周向进给电机仓(24)、左右螺旋桨(12)、升降螺旋桨(28)、驱动丝杆(29)、轴承(30)组成的轴向进给与周向转动机构；由导向杆(21)、试块推进汽缸(10)、试块托架(22)、校验试块(23)、校零盘(25)组成的校验机构及吊入快插座(5)、手动送入快插座(9)，其中，所述的头部浮力块(2)、前右浮力块(3)、前左浮力块(4)、后左浮力块(14)、后右浮力块(11)分别安装在所述检测装置的头部和前后的左右两边；所述的端部效应器汽缸(1)、端部效应器(27)安装在所述的端部效应器安装盘(26)上，端部效应器安装盘(26)安装在所述周向进给电机仓(24)上，所述压紧定位汽缸(7)安装在上梁架(31)上,所述试块推进汽缸(10)安装在所述齿轮箱安装板(18)上，所述轴向限位调整杆(6)插入在所述轴向限位调整座(15)里，所述倾角传感器(8)安装在所述上梁架(31)上，所述左右螺旋桨(12)安装在所述检测装置的尾部左右两侧，所述接线盒(13)安装在上梁架(31)尾部下方，所述轴向限位调整座(15)安装在检测装置的尾部上方和下方，所述位置传感器(32)安装在轴向限位盘(16)上并与接管(33)接触，所述轴向限位盘(16)与轴向限位调整杆(6)相连接，所述齿轮箱(17)安装在所述齿轮箱安装板(18)上，所述轴向电机仓密封盘(19)与所述轴向进给电机仓(20)相连接，所述驱动丝杆(29)、轴向进给电机仓(20)与所述齿轮箱(17)相连接，所述的导向杆(21)、试块托架(22)、校准试块(23)都安装在检测装置的底部，所述校零盘(25)安装在周向进给电机仓(24)的顶端，所述轴承(30)安置在周向进给电机仓(24)与所述端部效应器安装盘(26)之间，所述升降螺旋桨(28)安装在检测装置的头部和尾部，所述吊入快插座(5)及手动送入快插座(9)与上梁架(31)相连接；

b、所述的气路控制装置是由溢流阀(34)、减压阀(35)、三联件(36)、三位五通中封阀(37)、电气比例阀(38)、两位五通阀(39)、调速阀(40)组成的，其中所述的三联件(36)与减压阀(35)相连，减压阀(35)同时分别与所述的溢流阀(34)、与轴向进给与周向转动机构中的接线盒(13)、与轴向进给电机仓(20)、与周向进给电机仓(24)相连接，所述三位五通中封阀(37)与所述的定位压紧机构中的压紧定位汽缸(7)相连，电气比例阀(38)与所述的两位五通阀(39)相连，所述的两位五通阀(39)与所述的调速阀(40)相连接，所述的调速阀(40)与所述的端部效应器汽缸(1)相连，其中一路调速阀(40)与所述的试块推进汽缸(10)相连。