CN104751915B - 一种核反应堆压力容器螺纹孔带自动超声检查设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于核电站无损检测技术领域，具体是一种核反应堆压力容器螺纹孔带自动超声检查设备。包括：机架（2）、垂直支撑轮组件（7）、驱动轮组件（10）、编码器组件（11）、周向支撑轮组件（12）、周向顶紧轮组件（13）；机架（2）水平设置，是所述核反应堆压力容器螺纹孔带自动超声检查设备的主体结构，用于承载各个功能组件；垂直支撑轮组件（7）包括多个垂直支撑轮，设置于机架（2）下方，将机架（2）支撑于压力容器。本发明应用于核反应堆压力容器螺纹孔带的内螺纹、螺栓孔与孔之间的联系带及压力容器筒体内侧螺栓孔联系带的自动超声检测，也可以用于其它领域压力容器法兰处的无损检测，或者对螺纹孔进行清洗等工作。

Description

一种核反应堆压力容器螺纹孔带自动超声检查设备

技术领域

本发明属于核电站无损检测技术领域。

背景技术

核反应堆压力容器螺纹孔带位于压力容器的最上方，上面均匀分布着若干个螺栓孔，压力容器在运行期间顶盖扣上其上方并用螺栓螺母进行紧固。螺栓孔及孔与孔联系带之间材料性能的好坏直接影响着压力容器与顶盖的紧固可靠性，进而影响着压力容器的安全性能。按照ARSM要求，需要对核反应堆压力容器螺纹孔带进行定期的无损检测。

目前，国内外对压力容器螺纹孔带的检查分为两部分：一、压力容器法兰处内壁螺纹孔联系带，目前对这一部位的检查主要是通过MIS和SUPREEM，采用接触式脉冲反射回波探头完成。二、法兰面上的螺纹孔及孔间联系带，由于螺纹孔端塞的上表面不能保证与法兰面相平，所以目前对这一部位的检查主要是手动检查或通过长杆进行半自动手动检查，这样方法不仅效率低，检查数据定量性低，并且，如果是做在役检查还会增加检查人员的受照剂量。

目前，还没有能够对于上述被测对象进行自动检查的设备。

发明内容

本发明目的是提出一种专门的检查设备，实现对核反应堆压力容器螺纹孔带自动超声检查。

本发明是如此实现的：一种核反应堆压力容器螺纹孔带自动超声检查设备，其中，包括：机架、垂直支撑轮组件、驱动轮组件、编码器组件、周向支撑轮组件、周向顶紧轮组件；

机架水平设置，是所述核反应堆压力容器螺纹孔带自动超声检查设备的主体结构，用于承载各个功能组件；

垂直支撑轮组件包括多个垂直支撑轮，设置于机架下方，将机架支撑于压力容器；

在机架下侧，在水平方向上设置驱动轮组件、编码器组件、周向支撑轮组件、周向顶紧轮组件；驱动轮组件、编码器组件、周向支撑轮组件与压力容器侧壁内侧接触，驱动轮组件驱动机架在压力容器侧壁周向上运动，编码器组件对于小车的运动进行定位，周向支撑轮组件为从动轮，用于支撑；周向顶紧轮组件设置于压力容器侧壁外侧，在径向上伸缩。

如上所述的核反应堆压力容器螺纹孔带自动超声检查设备，其中，还包括：外导向板、内导向板；外导向板和内导向板为长方形板，垂直设置于机架下侧，并且与压力容器侧壁垂直；外导向板位于压力容器侧壁外侧，内导向板位于压力容器侧壁内侧，外导向板和内导向板夹持压力容器侧壁，外导向板和内导向板的下方靠近压力容器侧，具有斜角。

如上所述的核反应堆压力容器螺纹孔带自动超声检查设备，其中，还包括：吊装头，吊装头安装在机架上侧，用于装卸吊装用的长杆。

如上所述的核反应堆压力容器螺纹孔带自动超声检查设备，其中，还包括：激光摄像头组件，所述激光摄像头组件包括：LED灯、摄像头和一字型激光器；激光摄像头组件安装在机架下侧。

如上所述的核反应堆压力容器螺纹孔带自动超声检查设备，其中，还包括：径向扫查组件和轴向扫查组件。

本发明应用于核反应堆压力容器螺纹孔带的内螺纹、螺栓孔与孔之间的联系带及压力容器筒体内侧螺栓孔联系带的自动超声检测，也可以用于其它领域压力容器法兰处的无损检测，或者对螺纹孔进行清洗等工作。

能同时从压力容器内侧和法兰面对螺纹孔及孔间联系带实施检查。该检查设备能都自动检查法兰面上的螺纹孔及孔间联系带，检查的数据定量性强；同时，在役检查时，能够减小检查人员受照剂量和污染风险。能够在不影响检查压力容器别的部位的时间对螺纹孔带进行自动超声检查，进而节约总的压力容器检查时间。同时，本发明还可以进行螺孔清洗，视频检查等工作。

本发明实现对核反应堆压力容器螺纹孔带自动超声检查，在世界上属于首创。

附图说明

图1是核反应堆压力容器螺纹孔带自动超声检查设备总图。

图2是核反应堆压力容器螺纹孔带自动超声检查设备左视图。

图3是核反应堆压力容器螺纹孔带自动超声检查设备俯视图。

图4是核反应堆压力容器螺纹孔带自动超声检查设备原理图。

图5是周向定位结构的剖视图。

其中，1、压力容器螺纹孔带，2、机架，3、吊装头，4、径向扫查组件，5、轴向扫查组件，6、外导向板，7、垂直支撑轮组件，8、内导向板，9、激光摄像头组件，10、驱动轮组件，11、编码器组件，12、周向支撑轮组件，13、周向顶紧轮组件，14、螺纹端塞，15、LED灯，16、摄像头，17、一字型激光器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。

本发明所涉及的核反应堆压力容器螺纹孔带自动超声检查设备及原理如图1、图2、图3和图4所示。核反应堆压力容器螺纹孔带自动超声检查设备包括：机架2、吊装头3、径向扫查组件4、轴向扫查组件5、外导向板6、垂直支撑轮组件7、内导向板8、激光摄像头组件9、驱动轮组件10、编码器组件11、周向支撑轮组件12、周向顶紧轮组件13、LED灯15、摄像头16和一字型激光器17。

本发明包括以下几个部分：

1吊装机构：吊装头3安装在机架2上。检查设备安装时，先用长杆与吊装头3锁紧，再将检查设备安装到压力容器螺纹孔带1，安装到位后再将长杆脱出。

2扫查组件：径向扫查组件4和轴向扫查组件5能够同时扫查，其中径向扫查组件4安装水浸超声探头，用来检查法兰面上的螺纹孔及孔间联系带，传动方式为丝杠螺母传动。轴向扫查组件5安装接触式超声探头，用来检查压力容器法兰处内壁螺纹孔联系带，传动方式为丝杠螺母传动。

当然，扫查组件可以根据需要安装各种探头，以及各种扫查机构。

3安装导向机构：包括外导向板6和内导向板8，检查设备安装到压力容器时起导向作用。外导向板6和内导向板8为长方形板，垂直设置于机架2下侧，并且与压力容器侧壁垂直；外导向板6位于压力容器侧壁外侧，内导向板8位于压力容器侧壁内侧，外导向板6和内导向板8夹持压力容器侧壁，外导向板6和内导向板8在靠近压力容器侧，在下方具有斜角。其材料为塑料，以保护压力容器密封面。

4垂直方向支撑结构：采用5个垂直支撑轮组件7，为检查设备垂直方向提供支撑，垂直方向的压紧力依靠检查设备自身的重力。其中3个垂直支撑轮支撑在压力容器内上支撑台阶上，另外2个垂直支撑轮支撑在压力容器法兰面上。

5水平方向支撑结构：水平方向支撑指沿压力容器的径向支撑，由于压力容器内壁为加工面，其内径精度较高，因此采用内部支撑，外部夹紧。内部采用驱动轮组件10和周向支撑轮组件12共同支撑，两组件固定在机架2上；外部采用两个周向顶紧轮组件13，工作时为检查设备提供径向夹紧力，顶紧轮组件13采用杠杆结构，夹紧力由气缸提供，如此能够在吊装时，将顶紧轮收缩，以防止吊装时所述核反应堆压力容器螺纹孔带自动超声检查设备与压力容器上下摩擦，损坏压力容器，在吊装到位后，顶紧轮伸出，在径向上逐渐压紧。

6周向运动结构：通过水平方向的内部支撑、外部夹紧，检查设备在水平方向的径向自由度得到的限制，检查设备在周向能够自度的运动。周向运动形式采用摩擦轮传动，摩擦轮采用摩擦系数高的材料，以增加最大驱动力。摩擦轮传动的压紧力由两个周向顶紧轮组件13提供，驱动力由电机提供。周向运动采用终端编码，终端编码器11工作时由气缸顶在压力容器内壁，不工作时气缸回收以方便将检查设备安装到压力容器螺纹孔带1上。周向运动控制采用终端编码和电机的同轴编码的双闭环控制。

7周向初始标定结构：检查设备安装到压力容器螺纹孔带1后周向位置需要进行标定，如图5所示，本发明采用激光摄像头组件9为检查设备提供周向标定。激光摄像头内部设置一字型激光器17，工作时能射出一字型激光，通过与压力容器法兰处螺纹端塞14的位置关系来对检查设备周向标定。

在所述核反应堆压力容器螺纹孔带自动超声检查设备进行工作时，首先将检查设备的轴向扫查组件5的气缸和编码器组件11的气缸设置成收缩状态，周向顶紧轮组件13的气缸设置成伸出状态，此时检查设备处于安装状态。同时，将径向扫查组件4和轴向扫查组件5进行标定。再将快速长杆插入吊装头3并锁住，然后将检查设备吊到压力容器螺纹孔带1上方附近。利用外导向板6和内导向板8的导向作用，将检查设备缓慢下落，直至垂直支撑轮组件7放置在压力容器螺纹孔带1上。再将周向顶紧轮组件13的气缸收缩，周向顶紧轮顶在压力容外壁，同时将编码器组件11的气缸伸出，编码轮顶在压力容器内壁。此时，将快速长杆吊装头3松开并移走，检查设备在垂直方向和水平径向定位并固定。

然后，进行检查设备的周向标定，通过远程控制，同时配合水下外部长杆摄像头观察，将检查设备周向运动到某一知道其周向位置的螺纹端塞14的正上方。接着缓慢周向移动检查设备，用激光摄像头组件9的摄像头16观察一字型激光器17射出的一字型激光与螺纹端塞14的中心之间关系，当一字型激光过螺纹端塞14的中心对检查设备的周向进行标定。

最后将轴向扫查组件5的气缸伸出，把轴向扫查托盘顶在压力容器内壁，即可按照检查程序进行扫查。

如此，本发明具有如下特点：

1快速吊装：采用在机架2上设置吊装头3的方式，可以对检查设备的吊装进行快速的连接与拆卸，方便将检查设备安装到压力容器螺纹孔带1上面。

2采用径向扫查和轴向扫查同时扫查：采用这种方法能够对压力容器法兰面上的螺纹孔及孔间联系带和法兰处内壁螺纹孔联系带两个位置同时检查，减小整体的检查时间。

3安装导向机构：能对检查设备安装到压力容器时超导向作用。同时材料为塑料，以保护压力容器密封面。

4垂直方向支撑方法：采用本方法支撑，避开压力容器的密封面，也能提高支撑的可靠性。考虑到压力容器内上支撑台阶上有4个键槽，在此位置设备3个垂直支撑轮，保证检查设备工作时，至少有两个轮子与上支撑台阶相接触。

5水平方向支撑方法：因为压力容器内壁为加工面，其内径精度较高，因此采用内部支撑，外部夹紧，能提高径向的安装精度。把驱动轮组件10作为内部支撑，能简化整个检查设备的结构。外部的两个周向顶紧轮组件13，工作时为检查设备提供径向夹紧力，机构采用杠杆结构，夹紧力由气缸提供，采用杠杆结构能够在检查设备发生偏转或偏转趋势时快速地将检查设备夹正。

6周向运动方法：周向运动形式采用摩擦轮传动，摩擦轮采用摩擦系数高的材料，以增加最大驱动力。摩擦轮传动的压紧力由两个周向顶紧轮组件13提供，驱动力由电机提供。采用摩擦轮传动不需要在压力容器上布置导轨。由于，摩擦轮传动有擦滑现象，如果采用电机的同轴编码的单闭环控制，那么周向运动的精度根本无法保证。本发明采用终端编码器11，工作时由气缸将编码器轮顶在压力容器内壁，不工作时气缸回收以方便将检查设备安装到压力容器螺纹孔带1上。采用这种双闭环控制方式，能提高周向运动的精度。

7周向初始标定方法：压力容器螺纹孔带1在无损检查时，在螺纹孔上安装螺纹端塞14，螺纹端塞14中心是梅花形，但是螺纹端塞14安装存在不一致性，很难利用电气元件判别。本发明采用激光摄像头组件9为检查设备提供周向标定，激光摄像头组件9内部设置一字型激光器17，工作时能射出一字型激光，通过摄像头16观察检查设备射出的一字型激光与压力容器法兰处螺纹端塞14的位置关系，来对判别并标定检查设备周向位置，LED灯15为摄像头16提供照明。

上面对本发明的实施例作了详细说明，上述实施方式仅为本发明的最优实施例，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (4)

1.一种核反应堆压力容器螺纹孔带自动超声检查设备，其特征在于，包括：机架(2)、垂直支撑轮组件(7)、驱动轮组件(10)、编码器组件(11)、周向支撑轮组件(12)和周向顶紧轮组件(13)；

机架(2)水平设置，是所述核反应堆压力容器螺纹孔带自动超声检查设备的主体结构，用于承载各个功能组件；

垂直支撑轮组件(7)包括多个垂直支撑轮，设置于机架(2)下方，将机架(2)支撑于压力容器；

在机架(2)下侧，在水平方向上设置驱动轮组件(10)、编码器组件(11)、周向支撑轮组件(12)和周向顶紧轮组件(13)；驱动轮组件(10)、编码器组件(11)和周向支撑轮组件(12)与压力容器侧壁内侧接触，驱动轮组件(10)驱动机架(2)在压力容器侧壁周向上运动，编码器组件(11)对于所述核反应堆压力容器螺纹孔带自动超声检查设备的运动进行定位，周向支撑轮组件(12)为从动轮，用于支撑；周向顶紧轮组件(13)设置于压力容器侧壁外侧，在径向上伸缩；

还包括：外导向板(6)、内导向板(8)；外导向板(6)和内导向板(8)为长方形板，垂直设置于机架(2)下侧，并且与压力容器侧壁垂直；外导向板(6)位于压力容器侧壁外侧，内导向板(8)位于压力容器侧壁内侧，外导向板(6)和内导向板(8)夹持压力容器侧壁，外导向板(6)和内导向板(8)的下方靠近压力容器侧，具有斜角。

2.如权利要求1所述的核反应堆压力容器螺纹孔带自动超声检查设备，其特征在于，还包括：吊装头(3)，吊装头(3)安装在机架(2)上侧，用于装卸吊装用的长杆。

3.如权利要求2所述的核反应堆压力容器螺纹孔带自动超声检查设备，其特征在于，还包括：激光摄像头组件(9)，所述激光摄像头组件(9)包括：LED灯(15)、摄像头(16)和一字型激光器(17)；激光摄像头组件(9)安装在机架(2)下侧。

4.如权利要求3所述的核反应堆压力容器螺纹孔带自动超声检查设备，其特征在于，还包括：径向扫查组件(4)和轴向扫查组件(5)，所述的径向扫查组件(4)和轴向扫查组件(5)与机架(2)连接。