CN103680649B - 核电站反应堆压力容器主螺栓的涡流检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种核电站反应堆压力容器主螺栓的涡流检测装置，其包括：底座及固定在底座上的竖直架；支撑平台，通过旋转机构设在底座上；抱紧机构，包括第一安装座和设在第一安装座上的环抱主螺栓的抱爪，第一安装座设在竖直架上并且位于面向支撑平台的一侧；检测主螺栓螺纹区的第一检测机构，包括安装架和带有涡流探头的第一夹具，安装架上设有两根平行导杆以及转动设在导杆上的滑块，第一夹具与滑块相连，第一夹具与主螺栓接触处设有内螺纹；检测主螺栓光杆区的第二检测机构，包括设在底座上的支撑架，支撑架上设有第一电机、丝杆机构和带有涡流探头的第二夹具。本发明既能对主螺栓的螺纹区进行涡流检测，又能对光杆区进行涡流检测。

Description

核电站反应堆压力容器主螺栓的涡流检测装置

技术领域

本发明涉及一种核电站反应堆压力容器主螺栓的检测装置，特别是涉及一种核电站反应堆压力容器主螺栓的涡流检测装置。

背景技术

反应堆压力容器主螺栓是反应堆压力容器本体和顶盖之间的紧固件，长期在高温高压辐照环境下工作，易于形成疲劳损伤，是反应堆压力容器中重要的受力易损部件。为了确保核电站安全可靠运行，在主螺栓制造过程中或电站换料维修时，需对反应堆压力容器主螺栓实行严格的检查，因此，ASME规范和RSEM标准均规定主螺栓为核电站役前检查和在役检查（定期检查）的重点检查对象。对反应堆压力容器主螺栓的涡流检测部位主要为主螺栓两端螺纹区及中部光杆区等易产生缺陷部位。

针对用于主螺栓的涡流检测方式，手动检测方法存在重复精度不高、检测效率低、易漏检、高放射性污染等缺点，因此既不能适应反应堆压力容器主螺栓的检测可靠性高、标准严格等要求，也不适合运行后存在一定放射性污染的检测环境。自动检测不仅能够克服手动法的缺点，具有可靠性高、灵敏度(信噪比)高、重复性好等优点外，也可以很大程度上提高检测效率，对核电站高效高品质地及时发现隐患、确保部件的运行安全有重大意义，这也对承载涡流探头的自动化机械装置提出了更高要求。

主螺栓的涡流检测要求决定了涡流自动检测装置应至少具有绕圆周方向的转动和沿轴向的移动两个自由度，同时还要具有放置主螺栓的承重平台以及用于无损检测的涡流组件。目前核电站主螺栓的涡流自动检测装置的主要供货商有美国西屋公司、西班牙Tecnatom公司等。西班牙Tecnatom的PERCI涡流检测装置其机构为立式，主螺栓竖直放置，装置下部的转台用于支撑主螺栓，带动主螺栓一同旋转，两个独立的手臂用于检测上下螺纹区域；该装置在机构上的不足是缺少对主螺栓的抱紧装置及对光杆区的检测装置，不仅降低检测时的运动稳定性，而且由于径向跳动的影响会导致检测精度降低，降低信噪比。

美国UniWest公司的螺栓涡流检测系统US-1779其机构为卧式，主螺栓平放在系统的两根旋转轴面上，可以在橡胶O型圈上快速旋转，X-Y球形滑块带动涡流探头沿主螺栓轴向移动，探头移到螺纹末端时停止前进，操作人员需手动将探头移到主螺栓光杆部，沿着主螺栓光杆部到达螺纹区域，将角度调为45°对螺纹部位进行检测，该检测系统转速可达100-400rpm，适用主螺栓长度为25.4-152.4mm，直径为7.92mm-25.4mm；该装置在机构上的不足是测量范围比较小，且需要操作人员协助检测，不适合对带有一定辐射性的主螺栓进行检测。现有国外设备的另一缺点是价格昂贵，且无法获取详细技术资料，同时由于其专用性强，导致检测的柔性不足，无法适应不同堆型核电站主螺栓主螺母的涡流检测。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种核电站反应堆压力容器主螺栓的涡流检测装置，用于解决现有技术中无法利用一台装置完成对主螺栓光杆区和螺纹区的涡流检测的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种核电站反应堆压力容器主螺栓的涡流检测装置，其包括：底座及固定在所述底座上的竖直架；支撑平台，通过旋转机构设在所述底座上，支撑并且带动主螺栓旋转；抱紧机构，包括第一安装座和设在第一安装座上的环抱主螺栓的抱爪，所述第一安装座设在所述竖直架上并且位于面向所述支撑平台的一侧；检测主螺栓螺纹区的第一检测机构，包括安装架和带有涡流探头的第一夹具，所述安装架设在所述竖直架上，所述安装架上设有两根竖直方向的平行导杆以及转动设在两根导杆上的滑块，所述第一夹具与所述滑块相连，第一夹具与所述主螺栓接触处设有与主螺栓螺纹相啮合的内螺纹；检测主螺栓光杆区的第二检测机构，包括设在所述底座上的支撑架，支撑架上设有第一电机、丝杆机构和带有涡流探头的第二夹具，第一电机与所述丝杆机构内的丝杆传动相连，所述丝杆平行于所述主螺栓的轴线，所述第二夹具与所述丝杆机构上的丝杆螺母相连。

优选的，所述第一安装座包括双向调节螺杆、位于双向调节螺杆两侧的导向杆，以及穿设在双向调节螺杆和导向杆端部的抱爪臂，所述抱爪设在所述抱爪臂的两端。

优选的，所述抱爪为弧形，在弧形的两端设有抱紧滚轮。

优选的，所述第一夹具由尼龙材料制成。

优选的，所述导杆的下端设有限位件。

优选的，所述第二夹具与所述主螺栓接触的平面为圆弧面。

优选的，所述第二夹具上在所述圆弧面的两端设有滚轮。

优选的，所述丝杆的两端均设有限位件。

优选的，所述涡流检测装置还包括控制系统，所述旋转机构的主电机和所述第一电机均与所述控制系统控制相连。

优选的，所述底座下方设有万向滚轮。

如上所述，本发明的核电站反应堆压力容器主螺栓的涡流检测装置，具有以下有益效果：其可实现对不同型号主螺栓的快速安装、定位、夹紧，驱动被检主螺栓的平稳、精确旋转；上述第一夹具和第二夹具携带涡流探头沿被检主螺栓的螺纹渐开线运动，完成主螺栓涡流检测所需的螺旋运动，检测范围既包括主螺栓外表面螺纹区，也包括光杆区；信噪比及定位精度高，符合标准规范的规定；通过更换不同夹具的位置调节可适应不同型号主螺栓直径及螺纹形式。

附图说明

图1显示为本发明的核电站反应堆压力容器主螺栓的涡流检测装置示意图。

图2显示为所述抱紧机构示意图。

图3显示为所述第一检测机构示意图。

图4显示为所述第二检测机构示意图。

图5显示为所述第二夹具示意图。

元件标号说明

1竖直架

2底座

3抱紧机构

4支撑平台

5主螺栓

6第二检测机构

7第一检测机构

8主电机

9万向滚轮

301锁紧机构

302抱爪

303抱爪臂

304导向杆

305双向调节螺杆

306抱紧滚轮

601支撑架

602第二夹具

603第一电机

604支撑杆

605丝杆

606滚轮

701安装架

702导杆

703第一夹具

704滑块

705限位件

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图5。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，本发明提供一种核电站反应堆压力容器主螺栓的涡流检测装置，其包括：底座2及固定在底座上的竖直架1；支撑平台4，通过旋转机构设在所述底座2上，支撑并且带动主螺栓5旋转；抱紧机构3，包括第一安装座和设在第一安装座上的环抱主螺栓的抱爪302，第一安装座设在竖直架1上并且位于面向支撑平台4的一侧；检测主螺栓螺纹区的第一检测机构7，见图3所示，包括安装架701和带有涡流探头的第一夹具703，安装架701设在竖直架1上，安装架701设有两根竖直方向的平行导杆702以及转动设在两根导杆上的滑块704，第一夹具703与滑块704相连，第一夹具703与主螺栓接触处设有与主螺栓螺纹相啮合的内螺纹；检测主螺栓光杆区的第二检测机构6，包括设在底座2上的支撑架601，支撑架601上设有第一电机603、丝杆机构和带有涡流探头的第二夹具602，第一电机603与丝杆机构内的丝杆605传动相连，丝杆605平行于主螺栓5的轴线，第二夹具602与丝杆机构上的丝杆螺母相连。

本发明的核电站反应堆压力容器主螺栓的涡流检测装置，首先，本涡流检测装置将主螺栓竖直放置在上述支撑平台，支撑平台可以在旋转机构的带动下旋转，也就带动了主螺栓的旋转，同时上述抱紧机构可以将主螺栓抱紧，防止主螺栓在旋转时的径向跳动，其可实现对不同型号主螺栓的快速安装、定位、夹紧，驱动被检主螺栓的平稳、精确旋转；再次，上述第一夹具和第二夹具携带涡流探头沿被检主螺栓的螺纹渐开线运动，完成主螺栓涡流检测所需的螺旋运动，检测范围既包括主螺栓外表面螺纹区，也包括光杆区；信噪比及定位精度高，符合标准规范的规定；通过更换不同夹具的位置调节可适应不同型号主螺栓直径及螺纹形式。

本发明的涡流检测装置还包括控制系统，驱动上述旋转机构的主电机8和第一电机均与该控制系统相连，使检测速度及检测范围可根据标准规定及检测需要在一定范围内连续调节。在上述底座下方设有多个调节水平度的万向滚轮9，其承载能力高，可方便实现整个装置的调平、移动及固定。

下面分别描述上述各个机构的一具体实施例。

上述支撑平台4安装在底座2上，上述旋转机构可采用单列圆锥滚子轴承，其经同步带与主电机8传动相连，可无级调速。使用成对单列圆锥滚子轴承传动，可承受较大径向力及轴向力，满足主螺栓吊装及检测时的承载要求。支撑平台4上方针对不同主螺栓设计了不同的法兰，可对不同规格的主螺栓进行定位，更换方便。

如图2所示，上述抱紧机构3的一具体结构图：第一安装座包括双向调节螺杆305、位于双向调节螺杆两侧的导向杆304，以及穿设在双向调节螺杆和导向杆端部的抱爪臂303，抱爪302设在抱爪臂303的两端，本抱紧机构通过双向调节螺杆来调节两个抱爪臂间的距离，以适应抱紧各类型的主螺栓。上述双向调节螺杆305与一锁紧机构301相连，通过该锁紧机构来调节间距，并将双向调节螺杆锁定。该抱紧机构在不干扰超声检测的前提下，减少被测主螺栓运动时的径向跳动，防止主螺栓旋转时倾覆，确保运动平稳，有利于相对运动以及信号的采集。上述抱爪302为弧形，在弧形的两端设有抱紧滚轮306，该抱紧滚轮306与主螺栓贴合并且同步旋转，保证主螺栓运动平稳，其可采用尼龙等材料制成，既具有一定的耐磨性，还可以避免损害主螺栓。

如图3所示，检测主螺栓螺纹区的第一检测机构的一具体结构图，第一检测机构包括安装架701和带有涡流探头的第一夹具703，安装架701上设有两根竖直方向的平行导杆702以及转动设在两根导杆上的滑块704，第一夹具703与滑块704相连，第一夹具703与主螺栓接触处设有与主螺栓螺纹相啮合的内螺纹。滑块704内设有直线轴承，通过该直线轴承穿设在导杆上，实现转动与直线运动的转换，而第一夹具703通过螺纹与主螺栓相啮合，在主螺栓转动时会带动第一夹具转动进而使滑块沿导杆上下滑动，以此完成对主螺栓螺纹区的检测。

滑块704沿双导杆上下平滑移动，具有很小的摩擦力，其运动速度则可通过上述支撑平台转速与主螺栓螺纹参数（螺纹升角）计算，满足检测要求。第一夹具703具有与主螺栓配合的螺纹形式，在运动时啮合实现传动。第一夹具703以尼龙材料制成，避免为涡流信号带来噪声及损坏主螺栓。涡流探头位于第一夹具内部，由尼龙材料紧定螺钉固定，既避免为涡流扫查带来噪声，也可避免用力过大而损坏探头。涡流探头的位置要既能保证涡流信号良好稳定，又避免涡流探头与主螺栓接触过紧而造成磨损。第一夹具703带有水平弹性导向机构可保证端部与主螺栓齿根处的连续紧密接触，水平弹性导向机构可为具有压簧的压紧螺钉，使得检测信号良好并稳定。主螺栓旋转时，涡流探头的合成运动轨迹为其螺旋线方向，完成扫查。导杆702的下端装有限位件705，可在扫查完成时自动停止。限位件703可沿导杆调整位置，适应不同规格的主螺栓。

如图4所示，检测主螺栓光杆区的第二检测机构的一具体结构图，其包括支撑架601，以及设在支撑架601上的第一电机603、丝杆机构和带有涡流探头的第二夹具602。丝杆机构可采用滚珠丝杆机构，其包括丝杆605和设在丝杆上的丝杆螺母。第一电机603与丝杆605通过锥形齿轮传动相连，丝杆605平行于主螺栓5的轴线，在丝杆的一侧还配有与其平行的支撑杆604，该支撑杆起承重与导向的作用。丝杆605的两端均设有限位件，可在扫查完成时自动停止。第二夹具602与丝杆机构上的丝杆螺母相连，第二夹具还穿设在支撑杆604上，在丝杆螺母的带动下沿丝杆和支撑杆上下运动。

如图5所示，第二夹具602与主螺栓接触的平面为圆弧面，其圆心位于主螺栓中心线上。第二夹具上在圆弧面的两端各设有两个尼龙滚轮606，滚轮与主螺栓光杆区外表面贴合，与主螺栓同步旋转，起到导向支撑的作用，尼龙材料的滚轮还可避免损伤主螺栓。第二夹具上设有水平弹性导向机构，该水平弹性导向机构可为具有压簧的压紧螺钉，可确保第二夹具时刻与主螺栓光杆区外表面保持接触，避免由于径向跳动造成分离。涡流探头安装在第二夹具的内部方孔内，在确定位置后以锁紧螺钉固定。涡流探头的位置要既能保证涡流信号良好稳定，又避免涡流探头与主螺栓接触过紧而造成磨损。

本发明的第一检测机构7和第二检测机构6均可拆卸的连接在上述底座和竖直架上，可根据检测需要选择安装，安装方便，使用灵活。采用本涡流检测装置对主螺栓进行涡流检测，其具体检测过程如下：

1.主螺栓螺纹区涡流检测

根据被检主螺栓参数，对本装置进行适当调节，安装以及调节第一夹具703、第一检测机构7及限位件705的位置、放置支撑平台4上的法兰、主电机转速等。在核电站停堆换料检测时，首先手动将第一检测机构7移至上方极限位置，避免吊装时发生磕碰。然后通过吊装将主螺栓5在支撑平台4上放置平稳。注意尽量避免对第一检测机构的磕碰。调节抱紧机构3，使两侧抱爪302同步相向运动，至抱紧主螺栓5时停止，使得四个抱紧滚轮306都与主螺栓贴合，并用锁紧机构301锁紧。将涡流探头在第一夹具703内适当位置固定，注意避免用力过大。将第一检测机构7移至合适位置，与主螺栓外螺纹啮合。此时涡流探头应位于主螺栓第一圈螺纹的上方。

为控制系统上电，启动主电机8，通过同步带传动带动支撑平台转动，进而带动主螺栓按既定速度旋转，抱紧机构3上的抱紧滚轮306与主螺栓5同步运动。主螺栓旋转速度可通过上述控制系统进行调节，第一夹具703则通过螺纹的传动沿导杆702运动即沿主螺栓轴向运动，形成主螺栓螺纹区检查所需要的螺旋线运动。在第一夹具703运动至限位件705位置时，停止检测。如遇紧急情况，可通过急停按钮避免造成损坏。

主螺栓上、下螺纹区的检测过程一致，均按上述检测过程检测。

2.主螺栓光杆区涡流检测

根据被检主螺栓参数，对本装置进行适当调节，安装以及调节第二夹具602、第二检测机构6及限位件的位置、放置支撑平台4上的法兰、各电机转速等。在核电站停堆换料检测时，通过吊装将主螺栓5在支撑平台4上放置平稳。注意尽量避免对第二检测机构的磕碰。调节抱紧机构3，使两侧抱爪302同步相向运动，至抱紧主螺栓5时停止，使得四个抱紧滚轮306都与主螺栓贴合，并用锁紧机构301锁紧。将涡流探头在第二夹具602内适当位置固定，注意避免用力过大。将第二夹具602移至合适位置，此时涡流探头应位于主螺栓光杆区的上方。

为控制系统上电，启动主电机8，通过同步带传动带动支撑平台转动，进而带动主螺栓按既定速度平稳旋转，抱紧机构上的抱紧滚轮306与主螺栓5同步运动。启动光杆区检测电机即上述第一电机603，通过锥形齿轮传动以驱动丝杠605旋转，带动丝杠螺母运动，第二夹具602沿丝杠运动，第二夹具前端的滚轮606与主螺栓同步转动，以此，形成主螺栓光杆区检查所需的螺旋线运动。支撑平台的转速与第一电机的输出速度可通过上述控制系统进行调节，在第二夹具运动至上述限位件时，检测停止。

综上所述，本发明的核电站反应堆压力容器主螺栓的涡流检测装置，其可实现对不同型号主螺栓的快速安装、定位、夹紧，驱动被检主螺栓的平稳、精确旋转；上述第一夹具和第二夹具携带涡流探头沿被检主螺栓的螺纹渐开线运动，完成主螺栓涡流检测所需的螺旋运动，检测范围既包括主螺栓外表面螺纹区，也包括光杆区；信噪比及定位精度高，符合标准规范的规定；通过更换不同夹具的位置调节可适应不同型号主螺栓直径及螺纹形式。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种核电站反应堆压力容器主螺栓的涡流检测装置，其特征在于，所述涡流检测装置包括：

底座(2)及固定在所述底座上的竖直架(1)；

支撑平台(4)，通过旋转机构设在所述底座(2)上，支撑并且带动主螺栓旋转；

抱紧机构(3)，包括第一安装座和设在第一安装座上的环抱主螺栓的抱爪(302)，所述第一安装座设在所述竖直架(1)上并且位于面向所述支撑平台(4)的一侧；

检测主螺栓螺纹区的第一检测机构(7)，包括安装架(701)和带有涡流探头的第一夹具(703)，所述安装架(701)设在所述竖直架(1)上，所述安装架(701)上设有两根竖直方向的平行导杆(702)以及转动设在两根导杆上的滑块(704)，所述第一夹具(703)与所述滑块(704)相连，第一夹具(703)与所述主螺栓接触处设有与主螺栓螺纹相啮合的内螺纹；

检测主螺栓光杆区的第二检测机构(6)，包括设在所述底座(2)上的支撑架(601)，支撑架(601)上设有第一电机(603)、丝杆机构和带有涡流探头的第二夹具(602)，第一电机(603)与所述丝杆机构内的丝杆(605)传动相连，所述丝杆(605)平行于所述主螺栓(5)的轴线，所述第二夹具(602)与所述丝杆机构上的丝杆螺母相连。

2.根据权利要求1所述的核电站反应堆压力容器主螺栓的涡流检测装置，其特征在于：所述第一安装座包括双向调节螺杆(305)、位于双向调节螺杆两侧的导向杆(304)，以及穿设在双向调节螺杆和导向杆端部的抱爪臂(303)，所述抱爪(302)设在所述抱爪臂(303)的两端。

3.根据权利要求2所述的核电站反应堆压力容器主螺栓的涡流检测装置，其特征在于：所述抱爪(302)为弧形，在弧形的两端设有抱紧滚轮(306)。

4.根据权利要求1所述的核电站反应堆压力容器主螺栓的涡流检测装置，其特征在于：所述第一夹具(703)由尼龙材料制成。

5.根据权利要求1所述的核电站反应堆压力容器主螺栓的涡流检测装置，其特征在于：所述导杆(702)的下端设有限位件。

6.根据权利要求1所述的核电站反应堆压力容器主螺栓的涡流检测装置，其特征在于：所述第二夹具(602)与所述主螺栓接触的平面为圆弧面。

7.根据权利要求6所述的核电站反应堆压力容器主螺栓的涡流检测装置，其特征在于：所述第二夹具(602)上在所述圆弧面的两端设有滚轮(606)。

8.根据权利要求1所述的核电站反应堆压力容器主螺栓的涡流检测装置，其特征在于：所述丝杆(605)的两端均设有限位件。

9.根据权利要求1所述的核电站反应堆压力容器主螺栓的涡流检测装置，其特征在于：所述涡流检测装置还包括控制系统，驱动所述旋转机构的主电机(8)和所述第一电机(603)均与所述控制系统控制相连。

10.根据权利要求1所述的核电站反应堆压力容器主螺栓的涡流检测装置，其特征在于：所述底座(2)的下方设有万向滚轮(9)。