CN103901105B - 一种核电站大口径管道超声波自动扫查装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种核电站大口径管道超声波自动扫查装置，包括：机械扫查部分、电控部分、管线部分，机械扫查部分包括：周向导轨部分，包括一环形体、安装在环形体内侧且可沿环形体径向活动的多个支撑脚；周向运动模块，包括固定于环形体上的周向导轨、可拆卸地安装在周向导轨上且可沿周向导轨运动的弧形固定板、固定于弧形固定板一端且与周向导轨相啮合的周向驱动电机；轴向运动模块，包括可拆卸地安装在弧形固定板上的弧形框、平行于弧形固定板且可在弧形框内滑动的用于固定超声波探头的探头盘、固定于弧形框上的轴向驱动电机、与轴向驱动电机相连接用于驱动探头盘的传动机构。本发明一方面通过将机械扫查部分进行模块化设计，能够有效减小其所占空间，方便在核电站的狭小空间内移动和安装；另一方面机械扫查部分的连接方式均为可拆卸的快速连接锁紧方式，减少了安装时间。

Description

一种核电站大口径管道超声波自动扫查装置

技术领域

本发明涉及一种超声波扫查装置，具体涉及一种核电站大口径管道超声波自动扫查装置。

背景技术

管道广泛应用于石油、化工、冶金、制药、能源和环保等行业，担负着高温、高压、易燃、易爆和有毒等介质的输送任务，管道尤其是主回路的大口径管道在核电站中起担负着堆芯热量介质循环的重要作用，是整个核电站的心脏和关键设备，其寿命和安全运行情况直接决定了整个核电站的可用寿期。为全面了解和判断反应堆压力容器等回路系统部件的材料状态，核电站在役检查规范和检查大纲中，对反应堆压力容器管道等各部位提出了应用特定无损检测技术进行检查的强制性要求，因此必须对反应堆压力容器及其回路系统定期进行严格的检查，及时发现缺陷并制定相应的处理措施，以避免缺陷发展到不可处理的地步，导致回路系统部件不可用进而终止核电站寿命的不可控局面。

核电站系统中包括多种大口径规格的管道，这些管道大都是焊接连接起来的，在核电运行过程中管道内承载高温、高压、高流速以及含有放射性物质的水介质。长期在这种工作环境下，管道对接焊缝容易产生应力腐蚀裂纹、腐蚀、碰撞、减薄等状况。因此有必要开发专用的自动化设备对焊缝进行超声检查，减少工作人员的受照剂量的同时，保证核电站设备质量安全。

对于管道的无损检测，从上世纪60年代开始，美国、英国、德国、加拿大等国在政府支持下，大学、科研机构和企业界合作，已投入数十亿美元开展了相关研究。我国的管道无损检测技术发展是从引进国外设备开始的。1989年，管道局引进了一套德国的超声波无损检测器，1994年，管道局又引进了口径Φ529mm和Φ273mm两套漏磁检测器。1997年，又引进了口径720mm的漏磁检测器。但是，引进设备价格昂贵，而且由于技术上的原因，引进设备的应用范围和使用效率都受到很大的制约。

申请号为01131937.2的中国发明专利公开了一种国产大口径管道环焊缝相控阵超声检测系统，包括主控部分、专用管道爬行器部分、超声波晶片阵列探头部分、上位机智能图形处理部分、电缆部分、专用装备车，超声波晶片阵列探头部分安装于专用管道爬行器部分上，主控部分、上位机智能图形处理部分安装在专用装备车内，用专用装备车内的主控部分、上位机智能图形处理部分通过电缆部分与专用管道爬行器部分连接。该检测系统填补了国内管道焊缝在线自动检测技术的空白，其在缺陷检出率、缺陷圆周定位、焊缝截面定位等方面已接近国外同类产品水平。然而，该检测系统的基本载体是一辆17座依维柯汽车，搭载的机械扫查器重量在20kg以上，适合开展野外大口径管道的检测，但是核电站管道由于所处空间狭小、对于使用的各种材料要求极高，并且要求检测过程中绝对不能对其他设备造成伤害，不适用上述的检测系统。所以，设计一种针对核电站管道的小型、快速、安全的自动扫查装置很有必要。

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小型、快速、安全的核电站大口径管道超声波自动扫查装置。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种核电站大口径管道超声波自动扫查装置，包括：机械扫查部分、电控部分、连接机械扫查部分和电控部分的管线部分，所述电控部分用于收集和分析机械扫查部分产生的信号并对所述机械扫查部分进行智能控制，所述管线部分用于向电控部分传输机械扫查部分产生的信号、向机械扫查部分反馈电控部分的指令并向机械扫查部分供应耦合剂，其特征在于：所述机械扫查部分包括：

周向导轨部分，包括一环形体、安装在环形体内侧且可沿环形体径向活动的多个支撑脚；

周向运动模块，包括固定于环形体上的周向导轨、可拆卸地安装在周向导轨上且可沿周向导轨运动的弧形固定板、固定于弧形固定板一端且与周向导轨相啮合的周向驱动电机；

轴向运动模块，包括可拆卸地安装在弧形固定板上的弧形框、平行于弧形固定板且可在弧形框内滑动的用于固定超声波探头的探头盘、固定于弧形框上的轴向驱动电机、与轴向驱动电机相连接用于驱动探头盘的传动机构。

优化地，所述环形体由两个周向固定半环可拆卸地对接而成，所述周向导轨为对应固定在周向固定半环上的两个半环齿圈。进一步地，所述两个周向固定半环为插销连接。

优化地，所述环形体底部安装有与核电站管道相匹配的固定圈。

优化地，所述弧形固定板上固定有多个楔槽，所述弧形框底部固定有相同数量的楔块，所述楔块插入楔槽内。

优化地，所述弧形框由上基板、下基板和多根支撑杆组成，所述传动机构包括两根平行于支撑杆安装于弧形框内的丝杠以及与丝杠相连设于下基板内的同步带驱动装置。

优化地，所述的探头盘上固定有用于视频采集的摄像头架。

优化地，所述探头盘呈弧形并固定有1~10个超声波探头。

进一步地，所述管线部分包括超声信号线、电缆线、编码器线、视频监控信号线和耦合剂供应管线。

更近一步地，所述电控部分包括与所述管线部分相对应连接的扫查器电控设备、超声信号采集和分析设备、现场环境及设备运行状态监控设备和急停开关。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明核电站大口径管道超声波自动扫查装置，一方面通过将机械扫查部分进行模块化设计，能够有效减小其所占空间，方便在核电站的狭小空间内移动和安装；另一方面机械扫查部分的连接方式均为可拆卸的快速连接锁紧方式，减少了安装时间；而且框架式的轴向扫查部分提高了设备的刚度，可以保证检查精度。

附图说明

附图1为本发明核电站大口径管道超声波自动扫查装置布局图；

附图2为本发明核电站大口径管道超声波自动扫查装置机械扫查部分结构示意图；

附图3为本发明核电站大口径管道超声波自动扫查装置周向运动模块和轴向运动模块结构示意图；

附图4为本发明核电站大口径管道超声波自动扫查装置机械扫查部分安装在核电站管道上的结构示意图；

其中：1、机械扫查部分；11、周向导轨部分；111、环形体；1111、周向固定半环；1112、周向固定半环；1113、插销；112、支撑脚；12、周向运动模块；121、周向导轨；122、弧形固定板；123、周向驱动电机；124、楔槽；13、轴向运动模块；131、弧形框；1311、上基板；1312、下基板；1313、支撑杆；132、探头；133、探头盘；134、轴向驱动电机；135、传动机构；136、楔块；137、摄像头架；2、电控部分；3、管线部分；4、核电站管道；5、固定圈。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明优选实施方案进行详细说明：

如图1所示的核电站大口径管道超声波自动扫查装置，主要包括机械扫查部分1、电控部分2、管线部分3，其中机械扫查部分1用于固定于核电站管道4上并对其进行超声波检测，参见图4所示；电控部分2用于收集和分析机械扫查部分1产生的信号并对机械扫查部分1进行智能控制；管线部分3用于向电控部分2传输机械扫查部分1产生的信号、向机械扫查部分1反馈电控部分2的指令以及向机械扫查部分1供应耦合剂。在使用时，机械扫查部分1安装于核电站的待检管道上，电控部分2通过管线部分3连接至核岛辐射绿区，操作人员在绿区进行操作，这样可以避免检测人员受到辐射。

机械扫查部分1主要包括周向导轨部分11、周向运动模块12和轴向运动模块13，如图2和图3所示。其中，周向导轨部分11用于将机械扫查部分1固定于核电站管道4上，周向运动模块12用于驱动轴向运动模块13沿核电站管道4作周向运动，轴向运动模块13用于带动探头盘133沿核电站管道4作轴向运动。下面将对各模块结构进行详细介绍：

周向导轨部分11包括环形体111以及螺接在环形体111内侧且可沿环形体111径向活动的多个支撑脚112。本实施例中，环形体111由两个周向固定半环1111、1112通过插销1113可拆卸地对接而成。在环形体111外侧利用扳手旋转支撑脚112调节其沿环形体111径向的长度，可以将周向导轨部分11夹紧在不同管径的核电站管道4上，其管径覆盖范围为850-1050mm（即33.5英寸到41.3英寸），这个范围已经涵盖了核电站大口径管道的大部分尺寸，并且能够快速实现精准的同心夹紧。而且支撑脚112用于紧固于核电站管道4上的一端，带有旋转自由度，从而可以将该机械扫查部分1安装于弯管或者带有一定锥度的管道上，增加机械扫查部分1的应用范围。环形体111底部还安装有与核电站管道4相匹配的固定圈5，它与核电站管道4的中心轴线高精度正交，能够实现快速定位，制作多种直径的固定圈5，可适用于不同直径的核电站管道4。

周向运动模块12主要包括周向导轨121、弧形固定板122、周向驱动电机123。周向导轨121固定于环形体111上；弧形固定板122可拆卸地安装于周向导轨121上并可沿周向导轨121运动；周向驱动电机123固定于弧形固定板122一端且与周向导轨121相啮合。本实施例中，周向导轨121为两个半环齿圈，对应固定于两个周向固定半环1111、1112上。由于周向驱动电机123通过齿轮与半环齿圈相啮合，当周向驱动电机123运行时，它通过齿轮能够在齿圈上作周向运动，而周向驱动电机123固定于弧形固定板122一端，因而可以带动弧形固定板122在齿圈上作周向运动。

轴向运动模块13主要包括弧形框131、探头盘133、轴向驱动电机134、传动机构135。弧形框131可拆卸地安装于弧形固定板122上；探头盘133用于固定超声波探头，它平行于弧形固定板122且可在弧形框131内平动；轴向驱动电机134固定于弧形框131上，传动机构135与轴向驱动电机134相连接，用于向探头盘133传输动力使其在弧形框131上沿平行于核电站管道4轴心线的方向滑动。本实施例中，弧形固定板122上固定有多个楔槽124，弧形框131底部固定有相同数量的楔块136，通过将楔块136插入楔槽124内，使弧形框131可拆卸地固定于弧形固定板122上，因此可以选择不同行程范围的轴向运动模块13，通过拆卸更换，可以实现轴向扫查范围的变化，扫查范围为0-450mm，较短的模块对于狭小空间的适应性好，而且在使用时可以快速地将各模块组装起来，提高了工作效率。而且楔槽124内可以设有多个处于同一直线上的凹孔，楔块136底部设有一个与凹孔对应的凸起，通过将该凸起卡入不同的凹孔内，可以调整轴向运动模块13与核电站管道4管壁的距离，使该扫查装置更好的适应不同管径的管道。

弧形框131由上基板1311、下基板1312和多根支撑杆1313围成，其平行于核电站管道4；传动机构135包括多根丝杠以及与丝杠相连设于下基板内的同步带，丝杠穿过探头盘133且平行于支撑杆1313设于弧形框内，探头盘133固定有与丝杠啮合的螺母。当轴向驱动电机134运行时，带动与其连接的同步带转动，进而带动与同步带轮固定连接的丝杠旋转，从而驱动探头盘133沿核电站管道4轴向运动。探头盘133呈弧形并固定有1~10个超声波探头132，每个探头可以具有不同的发射角度，还可以安装相控阵探头，以减少单次的检查时间。本实施例中为探头为8个，探头尺寸为50mm×50mm×50mm左右，轴向定位精度在±0.5mm内，周向的定位精度可以达到±0.2°内。

本实施例通过将机械扫查部分1进行模块化设计，使其能够可拆卸地组装在一起，在使用时可方便地进行组合和安装，能够有效减小其所占空间，方便在核电站的狭小空间内移动；而且利用周向运动模块12和轴向运动模块13，使其具有周向和轴向的双自由度，使核电站管道的检测变得快速、可记录、可跟踪，而且无论焊缝是水平、竖直、倾斜还是弯曲状态，均可以很方便的实现安装和定位。在安全范围内，周向运动模块12和轴向运动模块13的最大扫查速度可以达到80mm/s。而且探头盘133上固定有摄像头架137，用于采集视频，可实时监控探头132与核电站管道4的接触情况。管线部分3包括超声信号线、电缆线、编码器线、视频监控信号线和耦合剂供应管线；电控部分2包括与管线部分3相对应连接的扫查器电控设备、超声信号采集和分析设备、现场环境及设备运行状态监控设备和急停开关。将管线部分3的缆线或者管线分别牵引到电控部分2或机械扫查部分1，按照对应的接口接线后工作人员就可以转移到绿区了。利用电控部分2中的各种设备进行实时监控，保证设备不会出现意外情况从而对核电站内其他设备造成影响，比如在多个位置的急停开关的设计、周向驱动电机123断电自动抱闸的设计、以及轴向驱动模块13的行程限制开关的设计。

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 (7)

1.一种核电站大口径管道超声波自动扫查装置，包括：机械扫查部分、电控部分、连接机械扫查部分和电控部分的管线部分，所述电控部分用于收集和分析机械扫查部分产生的信号并对所述机械扫查部分进行智能控制，所述管线部分用于向电控部分传输机械扫查部分产生的信号、向机械扫查部分反馈电控部分的指令并向机械扫查部分供应耦合剂，其特征在于：所述机械扫查部分包括：

周向导轨部分，包括一环形体、安装在环形体内侧且可沿环形体径向活动的多个支撑脚；

周向运动模块，包括固定于环形体上的周向导轨、可拆卸地安装在周向导轨上且可沿周向导轨运动的弧形固定板、固定于弧形固定板一端且与周向导轨相啮合的周向驱动电机；

轴向运动模块，包括可拆卸地安装在弧形固定板上的弧形框、平行于弧形固定板且可在弧形框内滑动的用于固定超声波探头的探头盘、固定于弧形框上的轴向驱动电机、与轴向驱动电机相连接用于驱动探头盘的传动机构；

所述环形体由两个周向固定半环可拆卸地对接而成，所述周向导轨为对应固定在周向固定半环上的两个半环齿圈；所述环形体底部安装有与核电站管道相匹配的固定圈；所述弧形固定板上固定有多个楔槽，所述弧形框底部固定有相同数量的楔块，所述楔块插入楔槽内。

2.根据权利要求1所述的核电站大口径管道超声波自动扫查装置，其特征在于：所述两个周向固定半环为插销连接。

3.根据权利要求1所述的核电站大口径管道超声波自动扫查装置，其特征在于：所述弧形框由上基板、下基板和多根支撑杆组成，所述传动机构包括两根平行于支撑杆安装于弧形框内的丝杠以及与丝杠相连设于下基板内的同步带驱动装置。

4.根据权利要求1所述的核电站大口径管道超声波自动扫查装置，其特征在于：所述的探头盘上固定有用于视频采集的摄像头架。

5.根据权利要求1所述的核电站大口径管道超声波自动扫查装置，其特征在于：所述探头盘呈弧形并固定有1~10个超声波探头。

6.根据权利要求1至5中任意之一所述的核电站大口径管道超声波自动扫查装置，其特征在于：所述管线部分包括超声信号线、电缆线、编码器线、视频监控信号线和耦合剂供应管线。

7.根据权利要求6所述的核电站大口径管道超声波自动扫查装置，其特征在于：所述电控部分包括与所述管线部分相对应连接的扫查器电控设备、超声信号采集和分析设备、现场环境及设备运行状态监控设备和急停开关。