CN104778979B - 力锤器 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种力锤器，包括底座、套筒、箱体、撞杆，在底座内的撞杆末端安装有锤头，在箱体内的撞杆上设置有一个撞杆轴，在撞杆轴上安装有撞杆轴承，在所述箱体内设置有步进电机，步进电机的输出端带动凸轮，凸轮与撞杆轴承配合带动撞杆在其轴线运动，在套筒内的撞杆上设置有一个固定的弹簧座，套筒内设置有一个固定的凸台，在撞杆上套装有位于弹簧座与凸台之间的弹簧，撞杆在弹簧与凸轮的配合作用下在其轴线上做往返运动。本发明可以实现远程的操作控制，不需要人工敲打产生撞击信号，实现满负荷运载条件下的松脱件模拟信号的获得，不影响正常的生产，解决了满功率运行期间不能检测的问题。

Description

力锤器

技术领域

本发明涉及核电站松脱部件监测系统的调试和役期在线检测工具，具体是力锤器。

背景技术

核电站反应堆安装、调试或大修期间，反应堆内可能会带入外来件，另一方面反应堆在长期连续运行情况下，因振动或设备老化会使得某些零件产生松脱，这些外来件或松脱件在反应堆主回路随流道运动，将与反应堆容器器壁、管壁或内部部件发生撞击，严重危害反应堆内部结构和压力边界结构完整性。因此国内现役和在建的二代或二代加核电站均安装了松脱部件监测系统（简称LPMS），三代AP1000核电技术设置了数字式金属撞击监测系统（简称DMIMS-DX），用于在线监测核电站反应堆，以及时发现并定位反应堆内的松脱件。LPMS和DMIMS-DX包括一次探测设备、二次仪表和监测软件，在安装调试过程中和在役运行期间均要求对系统的软硬件进行检测，以保证监测系统的工作性能。目前核电站采用的方法是在探测设备端容器壁或管壁上人为制造松脱件信号，通过监测该松脱件信号在机柜端测试监测系统的软硬件性能。在LPMS和DMIMS-DX安装调试时，工作人员可直接进入核岛，利用手工工具在反应堆主回路的管壁或器壁上敲击产生模拟松脱件信号，在机柜端观察该信号，由此检测系统的软硬件性能。而在反应堆满功率运行期间，上述的检测方法不可行。

经专利查新，未检索到任何关于本申请技术方案的文字记载。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于力锤器，解决目前的松脱件信号通过人工敲打产生带来的，这种方式不能用于满功率运行期间检测的问题。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

力锤器，包括圆筒状的底座，在底座顶部固定安装有一个与底座同轴的套筒，在套筒上方安装一个箱体，还包括一根穿过套筒的撞杆，在底座内的撞杆末端安装有锤头，在箱体内的撞杆上设置有一个撞杆轴，在撞杆轴上安装有撞杆轴承，在所述箱体内设置有步进电机，步进电机的输出端带动凸轮，凸轮与撞杆轴承配合带动撞杆在其轴线运动，在套筒内的撞杆上设置有一个固定的弹簧座，套筒内设置有一个固定的凸台，在撞杆上套装有位于弹簧座与凸台之间的弹簧，撞杆在弹簧与凸轮的配合作用下在其轴线上做往返运动。本发明采用步进电机作为驱动的动力，通过步进电机驱动凸轮，凸轮的转动带动撞杆上下移动，当撞杆轴到达上止点时，随着凸轮的继续转动，弹簧的弹力以及撞杆的重力作为动力，将重力势能与弹性势能全部转化为撞杆的动能，推动锤头向下运动，撞击在管道长，就可以产生模拟的撞击信号，采用现有的步进电机控制技术和模拟信号的采集技术，就可以实现远程的操作控制，不需要人工敲打产生撞击信号，而且，这样的力锤器结构可以通过控制步进电机的动作来实现远程控制，实现满负荷运载条件下的松脱件模拟信号的获得，不影响正常的生产，解决了满功率运行期间不能检测的问题。

在所述箱体底部通过有固定的电机座安装有步进电机，在箱体与电机座之间设置有一层垫板，在箱体底部通过轴承座固定有传动轴承，在传动轴承内设置有传动轴，步进电机的输出轴通过联轴器与传动轴连接，凸轮固定在传动轴上。具体地讲，箱体的作用不仅是提供一个空间，而且作为步进电机的固定基础，在箱体内部设置一层垫板，可以起到紧固零部件和缓冲的作用，避免出现共振的现象，在垫板上设置固定在箱体底部的电机座，步进电机安装在电机座上，步进电机的输出轴通过联轴器带动传动轴，传动轴安装在传动轴承内，传动轴承通过轴承座固定在箱体底部，通过联轴器的方式进行传动，可以在故障状态下，有效保护步进电机，避免其发生堵转；传动轴带动撞杆轴承，改变了动力的方向，便于设备的安装。

在所述的底座顶部安装有同轴法兰，套筒通过固定环连接在同轴法兰上。通过设置固定环，可以固定套筒，避免其发生倾斜，保持轴线的重合，避免偏心，而且可以限定撞杆的运动方向。

所述的底座下部设置有与被测管道相匹配的弧形座板，在弧形座板的两侧分别设置有钢带，两条钢带的末端设置有相互匹配的锁紧结构。申请人对本发明的技术方案做了进一步的改进，通过将底座设置在弧形座板上的方式，可以适用于不同直径的管道，使用时将弧形座板与被测的管道表面贴合，然后利用钢带围合成圆形，两条钢带的末端通过紧固结构连接成整体，锁紧结构可以采用很多种：例如螺栓与螺母、单项卡口等结构都可以实现将钢带固定的目的。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1本发明力锤器，采用步进电机作为驱动的动力，通过步进电机驱动凸轮，凸轮的转动带动撞杆上下移动，当撞杆轴到达上止点时，随着凸轮的继续转动，弹簧的弹力以及撞杆的重力作为动力，将重力势能与弹性势能全部转化为撞杆的动能，推动锤头向下运动，撞击在管道上，就可以产生模拟的撞击信号，采用现有的步进电机控制技术和模拟信号的采集技术，就可以实现远程的操作控制，不需要人工敲打产生撞击信号，而且，这样的力锤器结构可以通过控制步进电机的动作来实现远程控制，实现满负荷运载条件下的松脱件模拟信号的获得，不影响正常的生产，解决了满功率运行期间不能检测的问题；锤头在弹簧力和撞杆组件重力的作用下撞击主管道，产生撞击信号，模拟核电站松脱件在主管道上的撞击，力锤器执行机构撞击反应堆系统主管道可产生大于1.9J的撞击能量，该模拟松脱部件撞击信号达到了对松脱部件监测与诊断系统或和数字式金属撞击监测系统监测性能定期检测的要求，使得检测工作变得简便易行，避免了人员辐射危害；

2本发明力锤器，在箱体内部设置一层垫板，可以起到紧固零部件和缓冲的作用，避免出现共振的现象，在垫板上设置固定在箱体底部的电机座，步进电机安装在电机座上，步进电机的输出轴通过联轴器带动传动轴，传动轴安装在传动轴承内，传动轴承通过轴承座固定在箱体底部，通过联轴器的方式进行传动，可以在故障状态下，有效保护步进电机，避免其发生堵转；传动轴带动撞杆轴承，改变了动力的方向，便于设备的安装；

3本发明力锤器，通过将底座设置在弧形座板上的方式，可以适用于不同直径的管道，使用时将弧形座板与被测的管道表面贴合，然后利用钢带围合成圆形，两条钢带的末端通过紧固结构连接成整体，便于整体的安装和拆卸。

附图说明

图1为本发明半剖结构原理示意图；

图2为本发明钢带结构示意图。

附图中标记及相应的零部件名称：

1—底座，2—套筒，3—箱体，4—撞杆，5—锤头，6—撞杆轴，7-撞杆轴承，8-步进电机，9-凸轮，10-弹簧座，11-弹簧，12-垫板，13-电机座，14-轴承座，15-传动轴承，16-传动轴，17-联轴器，18-固定环，19-弧形座板，20-钢带，21-固定卡扣，22-同轴法兰。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1至2所示的原理图，本发明的力锤器，包括圆筒状的底座1，在底座1下部设置有与被测管道相匹配的弧形座板19，在弧形座板19的两侧分别设置有钢带20，两条钢带末端的固定卡扣21设置有相互匹配的螺栓、螺帽，螺栓、螺帽配合后将钢带固定在被测管道上；力锤器的底座1与弧形座板19之间焊接，焊材的性能不差于ER316L，钢带20与弧形座板19由4个铆钉连接后焊接，钢带20与卡扣由4个铆钉连接后焊接，通过宽80mm的钢带20捆扎在主管道上，力锤器安装座的轴线与主管道水平面垂直，在主管道的保温层开方孔，尺寸为250*250mm，利用卡扣紧固钢带，使得力锤器安装座固定在主管道上，在底座1顶部安装有同轴法兰22，在同轴法兰22上固定安装有一个固定环18，在固定环18上安装有一个套筒2，套筒2的内侧壁上有一个凸台结构，底座1、套筒2的凸台、固定环20、均为同轴设置，在套筒2的顶部设置有一个箱体3，在箱体3内设置有一个垫板12，撞杆4安装在套筒2内部，其一端位于底座1内部，并在其末端安装有锤头5，在被测管道上与锤头5对应的位置可以安装缓冲垫，避免损坏管道；撞杆4的另一端伸出套筒2并延伸至箱体3内部，在撞杆4上设置有弹簧座10，弹簧座10位于套筒2内，在弹簧座10与套筒2的凸台之间套装有弹簧11，在撞杆4顶部设置有一个垂直于撞杆4的撞杆轴6，在撞杆轴6上安装有一个撞杆轴承7，撞杆轴承7为深沟滚珠轴承，在箱体3内部设置一层垫板12，可以起到紧固零部件和缓冲的作用，在垫板12上设置固定在箱体3底部的电机座13，步进电机8安装在电机座13上，步进电机8的输出轴通过联轴器17带动传动轴16，传动轴16安装在传动轴承15内，传动轴承15通过轴承座14固定在箱体3底部，传动轴15上安装有一个凸轮9，凸轮位于撞杆轴6正下方，当步进电机8启动后，其输出端通过联轴器17带动传动轴16，传动轴16在传动轴承15内转动，带动凸轮9转动，凸轮9转动后，带动撞杆轴承7转动，并在凸轮9变化的直径作用下，撞杆轴6向上提升，从而带动撞杆4向上提升，弹簧11进行压缩，当撞杆轴6到达上止点，继续转动凸轮9，凸轮对撞杆轴6的支撑瞬间消失，撞杆4在弹簧11恢复性变的弹性作用下，弹簧11的弹性势能转化成撞杆4的动能，带动其末端的锤头向下快速运动，撞击在管道上形成撞击的模拟信号；步进电机8输出力矩驱动凸轮9；凸轮9推程期带动轴承提升锤头5，并压缩弹簧11；凸轮9回程期，锤头5在弹簧11力和撞杆4重力的作用下撞击主管道，产生撞击信号，模拟定量的松脱件撞击信号；锤头5撞击能量E总为弹簧11的弹性势能E弹与撞杆4的重力势能E重的总和，其存在如下关系：

（1）

（2）

（3）

其中：k—压缩弹簧的弹性系数，单位为N/m，h—轴承的上升高度，单位为m，m—撞杆组件的质量，单位为kg。

为适应主管道附近高温、强辐照环境，与主管道直接接触的部件材料为00Cr17Ni14Mo2，一体式步进电机8为特制电机，可在强辐照环境下长期稳定工作，耐辐照指标为1*10⁸rad，工作温度-20~300℃；轴承为定制61900型深沟轴承，轴圈、座圈和滚珠材料为9Cr8，保持架的材料为聚乙烯，弹簧11材料为0Cr18Ni9，弹性系数分别为3.5N/mm；力锤器通过控制盒控制其动作，控制盒为壁挂式、置于反应堆厂房内，控制盒的外形尺寸不大于240*200*140mm，使用4个M8的膨胀螺栓，分别安装在反应堆环廊外墙上，每个力锤器执行机构配备一个控制盒；力锤器执行机构的控制盒的供电电源为直流电压24V、电流不大于3A，由松脱部件监测系统仪表柜内的报警处理设备提供，并通过贯穿件，由一对双绞线连接到力锤器执行机构控制盒内的电机控制模块；力锤器执行机构控制盒的控制信号为一组无源触点信号，允许电压为5V，电流不大于1A，由LPMS机柜内的报警处理设备提供，并通过贯穿件，由一对双绞线连接到力锤器控制盒内的电机控制模块；电机控制模块输出A、B两组控制信号到力锤器执行机构，由两对双绞线进行连接；力锤器执行机构的动作过程由报警处理设备中的FPGA控制：通过松动部件监测软件界面功能按钮手动方式，启动LPMS松动部件探测设备中的I/O模块对应端口，传送到报警处理设备的FPGA执行控制。当力锤器控制信号导通时，A、B两组信号控制电机的持续运动，直到产生一次撞击动作；当力锤器控制信号断开时，电机停止运动。力锤器的控制通过操作松脱部件监测系统LPMS监测软件来实现，基于PXI数据总线实现控制器与I/O模块的数据交换，将执行命令传输至LPMS机柜内报警处理设备的FPGA逻辑控制模块，报警处理设备将2路控制信号和1路直流电压通过电缆送至就地控制箱的控制模块，从而实现对力锤器的控制；为减少控制信号和直流电源的衰减，实现力锤器的精确控制，针对每一台力锤器在反应堆厂房内设置一就地控制箱，将电机控制模块安装在就地控制箱内。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.力锤器，其特征在于：包括圆筒状的底座（1），在底座（1）顶部固定安装有一个与底座（1）同轴的套筒（2），在套筒（2）上方安装一个箱体（3），还包括一根穿过套筒（2）的撞杆（4），在底座（1）内的撞杆（4）末端安装有锤头（5），在箱体（3）内的撞杆（4）上设置有一个撞杆轴（6），在撞杆轴（6）上安装有撞杆轴承（7），在所述箱体（3）内设置有步进电机（8），步进电机（8）的输出端带动凸轮（9），凸轮（9）与撞杆轴承（7）配合带动撞杆（4）在其轴线运动，在套筒（2）内的撞杆（4）上设置有一个固定的弹簧座（10），套筒（2）内有一凸台结构，在撞杆（4）上套装有位于弹簧座（10）与套筒凸台之间的弹簧（11），撞杆（4）在弹簧（11）与凸轮（9）的配合作用下在其轴线上做往返运动；在所述箱体（3）底部通过有固定的电机座（13）安装有步进电机（8），在箱体（3）与电机座（13）之间设置有一层垫板（12），在箱体（3）底部通过轴承座（14）固定有传动轴承（15），在传动轴承（15）内设置有传动轴（16），步进电机（8）的输出轴通过联轴器（17）与传动轴（16）连接，凸轮（9）固定在传动轴（16）上；在所述的底座（1）顶部安装有同轴法兰（22），套筒（2）通过固定环（18）连接在同轴法兰（22）上。

2.根据权利要求1所述的力锤器，其特征在于：所述的底座（1）下部设置有与被测管道相匹配的弧形座板（19），在弧形座板（19）的两侧分别设置有钢带（20），两条钢带末端的固定卡扣（21）设置有相互匹配的锁紧结构。