CN104979028A - Cepr核电站控制棒驱动机构焊缝超声扫查器的定位装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种CEPR核电站控制棒驱动机构焊缝超声扫查器的定位装置。它包括用于套设在控制棒外的壳体、设置在所述壳体上的至少一个周向定位组件，扫查器的超声扫查探头设置在所述壳体内，所述周向定位组件包括可转动地设置在所述壳体的摆动架、设置在所述摆动架上的抵紧件、连接在所述摆动架或抵紧件上的用于控制摆动架转动的柔性调整索，所述周向定位组件具有两个工作状态，在第一个工作状态时，摆动架及抵紧件与壳体相靠拢以使该定位装置安装在待检控制棒上；在第二个工作位置时，摆动架及抵紧件相对壳体展开，且所述抵紧件抵紧与待测的控制棒相邻的控制棒。本发明的定位装置可进行周向精细定位，定位精度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种CEPR核电站控制棒驱动机构焊缝超声扫查器的定位装置。
背景技术
核电站反应堆控制棒驱动机构(以下简称CRDM)是用于控制反应堆反应性的伺服装置，具体是用于提升、下降、保持或快插控制棒，以完成反应堆启动、功率调节、功率维持、工况停转和事故工况下的快速停堆，是直接影响核反应堆正常运行和安全可靠的关键装备之一。
目前，我国拥有的第二代和第三代压水堆核电机组均使用磁力提升型控制棒驱动机构，其主要由钩爪组件、驱动杆组件、控制棒、磁轭线圈组件和棒位探测器组件等5部分组成。CEPR机组的控制棒驱动机构共计89根，其控制棒通过螺栓连接方式安装于反应堆压力容器顶盖上方，呈矩阵分布。单根控制棒驱动机构的长度约为5.2m。
CEPR核电站的控制棒驱动机构的控制棒是核电站反应堆冷却剂系统压力边界的直接组成部分，由5段直径各异的奥氏体或马氏体不锈钢管对焊连接而成，包括下部的耐压壳和上部的驱动杆行程套筒，焊缝表面和根部经过机加工处理(除末端的端塞焊缝CW4/5根部)。根据相关核电站在役检查大纲的规定，对CRDM的4条焊缝均需实施超声或涡流检查。对于用于CRDM控制棒对接异种金属焊缝CW1/2，其是强制性检查的超声必检焊缝。CW1/2焊缝的表面均是圆柱形，与二代电站的Ω形不同。该焊缝扫查具有的特点和难点是：
1) 其周边均为CRDM的阵列，相邻两个之间的距离有限。理论管壁之间的最小间距约为248mm，故人员无法抵达；
2) 所在区域为核电在役检查辐射环境中的黄色高辐照区，即使是在附近，人员也不可久留；
3) 轴向和周向定位精度和重复定位精度要求高，一般需要达到±2mm左右；
4) 焊缝离固定螺栓顶端位置较近，最近处只有39mm，超声探头的检查可移动行程、活动空间有限。
5) 如何确保扫查器水平和垂直方向的安装和定位，是检查质量得到保证的前提。
由于CEPR机组控制棒驱动机构的内部销爪组件占据了控制棒的内部空间，且在役检查时不取出，导致没有足够的空间从CRDM的管道内部实施控制棒CW1/2焊缝的超声检查。因此，对于CEPR机组CRDM的控制棒，超声检查只能在控制棒外壁实施，这样，检查设备扫查器必须通过驱动机构高达5.2 m的驱动杆行程套筒的顶端安装至待检位置。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种CEPR核电站控制棒驱动机构焊缝超声扫查器的定位装置，其可进行周向精细定位，定位精度高。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种CEPR核电站控制棒驱动机构控制棒焊缝超声扫查器的定位装置，包括用于套设在控制棒外的壳体、设置在所述壳体上的至少一个周向定位组件，扫查器的超声扫查探头设置在所述壳体内，所述周向定位组件包括可转动地设置在所述壳体的摆动架、设置在所述摆动架上的抵紧件、连接在所述摆动架或抵紧件上的用于控制摆动架转动的柔性调整索，所述周向定位组件具有两个工作状态，在第一个工作状态时，摆动架及抵紧件与壳体相靠拢以使该定位装置安装在待检控制棒上；在第二个工作位置时，摆动架及抵紧件相对壳体展开，且所述抵紧件抵紧与待测的控制棒相邻的控制棒。
优选地，当所述周向定位组件在第二个工作状态时，所述抵紧件可相对所述摆动架水平移动地设置在摆动架上。
更优选地，所述周向定位组件还包括设置在所述摆动架上的定位气缸，所述抵紧件设置在所述定位气缸的活塞杆上。
进一步地，所述摆动架通过枢轴可转动地设置在壳体上，所述枢轴的轴心线水平设置且与所述定位气缸的活塞杆的轴心线相垂直。
优选地，所述抵紧件的端部具有与控制棒相匹配的呈弧形的接触部，所述接触部具有弹性。
优选地，所述周向定位组件为一对，一对所述周向定位组件的抵紧件可分别与位于待检控制棒相对两侧的控制棒相抵紧，当所述周向定位组件在第二个工作状态时，所述定位气缸的活塞杆水平设置。
优选地，所述壳体的下端沿其周向间隔开设有多个定位槽，所述定位槽具有朝向正下方的槽口且与控制棒的法兰盘固定螺栓一一对应地设置，当所述周向定位组件在第二个工作状态时，所述固定螺栓插入相应的定位槽中。
优选地，该定位装置还包括轴向定位组件，所述轴向定位组件包括设置在壳体内的用于套设在控制棒上的楔形定位块，控制棒的下部具有一个台阶面，当所述楔形定位块与该台阶面相抵时，所述超声扫查探头到达控制棒最下部的焊缝处。
更优选地，所述轴向定位组件还包括设置在所述壳体下部的一圈气囊，所述气囊抵紧控制棒并与控制棒相密封接触。
优选地，该定位装置还包括设置在所述壳体下端面上的检测与控制棒法兰盘之间距离的超声测距探头。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有如下优点：可实现周向的高精度定位，可确保焊缝超声扫查器多次安装的重复定位精度达到±2mm；周向定位组件通过调整索控制，回收比较方便，使得整个焊缝扫查器的吊装方便。
附图说明
图1为本发明的定位装置安装在CEPR核电站控制棒驱动机构上的结构示意图；
图2为图1中的部分俯视图；
图3、图4为本发明的定位装置安装在控制棒上的结构示意图，其中周向定位组件在第一个工作状态；
图5为本发明的定位装置安装在控制棒上的结构示意图，其中周向定位组件在第二个工作状态；
图6为本发明的定位装置安装在控制棒上的结构示意图，其中周向定位组件中的一个在展开过程中；
图7位本发明的定位装置沿轴向的部分剖视示意图，其中对焊缝CW2/3进行定位不同于图1-6对焊缝CW1/2进行定位。
其中：1、控制棒；10、格栅孔；11、台阶面；12、待检焊缝CW1/2；13、待检焊缝CW2/3；14、待检焊缝CW3/4；15、法兰盘；16、固定螺栓；
2、壳体；21、限位板；22、定位槽； 24、超声测距探头；25、俯视摄像头；
3、周向定位组件；31、枢轴；32、摆动架；33、定位气缸；34、定位气缸活塞杆；35、抵紧件；36、调整索；
4、轴向定位组件；41、楔形定位块；42、气囊。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚明确的界定。
参照图1和图2所示，CEPR核电站的控制棒驱动机构的多个控制棒1呈矩阵排布地设置在压力容器的顶盖上，控制棒由下部的耐压壳和上部的驱动机构行程套筒构成。在CEPR反应堆压力容器顶盖吊装时，采用专用的顶盖吊装设施。对于CRDM控制棒1的金属焊缝的超声检查，利用该设施从顶部安装扫查器。由于该顶盖吊装设施的加强环中间采用了方孔状的栅格板结构，因此扫查器的外形需要限制在该方形的格栅孔10范围之内。该方孔结构由4块围板组成，且在围板的角落上固定有不同数量的三角支撑块，方孔截面尺寸为289 mm×289 mm。扫查器需经由栅格环上的格栅孔10进入每一个CRDM控制棒1检查位置。为确保扫查器能够顺利从该孔进入，扫查器的外框尺寸设计为275 mm×275 mm的方形轮廓，并且在轮廓的斜角加工倒角，以确保对角最大直线距离小于327 mm。
结合图2至图7所示，本发明的定位装置作为扫查器的一个部分，主要用于实现整个扫查器在控制棒1周向和轴向上的定位，以对控制棒1的焊缝进行全面扫查，控制棒1上自下至上存在4条待检的对接焊缝：待检焊缝CW1/2（12）、待检焊缝CW2/3（13）、待检焊缝CW3/4（14）、待检焊缝CW4/5，其中焊缝CW4/5图中未示出，焊缝CW1/2（12）为异种金属焊缝，为超声必检焊缝。参照图3所示的一种CEPR核电站控制棒驱动机构焊缝超声扫查器的定位装置，包括用于套设在控制棒1外的壳体2、设置在壳体2上的一对周向定位组件3、以及轴向定位组件4。扫查器的多个超声扫查探头（图中未示出）设置在所述壳体2内。
一对周向定位组件3分别设置在壳体2的相对两侧上。各周向定位组件3均包括通过枢轴31可转动地设置在壳体2上端部的摆动架32、固定设置在壳体2上的定位气缸33、固定连接在定位气缸33的活塞杆34端部上的抵紧件35、用于控制摆动架32转动的柔性的调整索36。枢轴31的轴心线水平设置且与定位气缸33活塞杆34的轴心线相垂直，摆动架32的摆动角度小于等于90度。抵紧件35的端部具有与控制棒1相匹配的呈弧形的接触部，接触部由尼龙等材料制成而具有一定弹性，从而可最大程度地与待检控制棒1的相邻控制棒1相抵紧。周向定位组件3具有两个工作状态，在第一个工作状态时，定位气缸33的活塞杆34退回且基本竖直设置，摆动架32、定位气缸33及抵紧件35与壳体2相靠拢以减小尺寸，可使该定位装置从顶盖吊装设施的格栅孔中通过、扫查器安装在控制棒1上；在第二个工作位置时，摆动架32、定位气缸33抵紧件35相对壳体2展开并在壳体2的限位板21的作用下摆动至水平位置，定位气缸33的活塞杆34水平设置并伸出使抵紧件35抵紧位于待检控制棒1相对两侧的相邻控制棒1，从而实现扫查器在周向上的精细定位。
壳体2的下端沿其周向间隔开设有多个定位槽22，定位槽22具有朝向正下方的槽口且与控制棒1下部的法兰盘15上的固定螺栓16一一对应地设置。当周向定位组件3在第二个工作状态时，控制棒1下部的螺栓插入定位槽22中。
结合图3所示，轴向定位组件4包括设置在壳体2内的楔形定位块41、设置在壳体2下端的一圈气囊42。楔形定位块41的中部具有与控制棒1的上部相匹配的通孔，由于控制棒1的下部的外径大于上部，因此控制棒1的下部形成有一台阶面11，当楔形定位块41与该台阶面11相抵时，超声扫查探头到达控制棒1最下部的待检焊缝12处，从而实现对最下部焊缝12的轴向定位。结合图7所示，气囊42内可填充压缩空气，当气囊42充满时，气囊42压紧控制棒1并与控制棒1相密封接触，以将超声扫查探头固定在控制棒1的不同轴向位置上，实现对控制棒1上部三条焊缝的轴向定位。
结合图4、图5所示，该定位装置还包括设置在壳体2下端部的超声测距探头24和俯视摄像头25。超声测距探头24检测其与控制棒1法兰盘15之间的距离，通过监控超声测距探头24的数据，可以进一步确认落座是否正确。通过俯视摄像头25观察法兰盘固定螺栓16的位置，可以实现轴向的精确定位。
该扫查器的定位装置的定位过程和优点如下：
1、在CEPR核电站现场，超声采集人员位于标高28.5 m的工作平台，吊装平台位于33.6 m的高度位置，将控制棒驱动机构控制棒1的扫查器固定在吊钩位置，从CRDM细杆顶端慢慢放入，当接近检查位置时，使用俯视摄像头25观察法兰盘固定螺栓16的位置，使各定位槽22正对法兰盘固定螺栓16后将扫查器落座，实现周向的粗定位，最大偏差约为±15mm。
2、结合图5所示，在检测位于中间的控制棒1时，在顶盖吊装设施加强环处的人员松卸两个连接在抵紧件35上的调整索36，使得抵紧件35以及定位气缸33因重力原因摆动至水平位置，定位气缸33的活塞杆34伸出使得抵紧件35分别达到与待检控制棒1相邻的两个控制棒1处并抵紧，且这两个控制棒1分别位于待检控制棒1的相对两侧；结合图6所示，在检测边缘和角落处的控制棒1时，由于与待检控制棒1相邻的控制棒可能只有一个，因此只需松卸其中一个调整索36，一侧的抵紧件35以及定位气缸33摆动至水平位置，该侧的抵紧件35抵紧与待检控制棒1相邻的控制棒；实现周向的高精度定位，由于以相邻的控制棒1参考定位，可获得较高的周向定位精度，一般可达±2mm。
3、由于周向定位精度很高，避免了定位槽22与法兰盘固定螺栓16相碰及落座位置不佳，不会出现因定位槽22的槽壁卡在螺栓上方、无法落到底的情况导致的轴向定位不准确，避免多次吊装调整扫查器，减少人员停留时间，而且可以通过监控底部超声测距探头24的数据，可以进一步确认落座是否正确。
4、以控制棒1中下部的台阶面11作为轴向定位面落座后，即楔形定位块41抵紧到台阶面11上，使扫查器夹紧控制棒1，防止在检查过程中发生意外偏转的情况。扫查器的顶部安装有水平仪，可以监控安装状态，其外形可确保扫查器能够从栅格加强环的顶部落至下部的待检位置。然后，底部的气囊42夹紧控制棒1并与控制棒1相密封接触，实现耦合环境的封闭，将超声扫查探头用气动方式贴紧至管道表面，启动内部耦合剂循环系统，实现耦合剂从探头的安装框架流入并从气囊42底部处回收的自动循环过程。
5、完成超声检查后，先关闭耦合剂供给，再等基座中的剩余耦合剂回收完成之后，关闭耦合剂循环系统。此时，将气囊42等夹紧机构关闭，拉紧调整索36使周向定位组件3回复至第一个工作状态，重新将扫查器提升出顶部，开始另一个CRDM的检查。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，是一种优选的实施例，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。凡根据本发明的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 (10)
1.一种CEPR核电站控制棒驱动机构焊缝超声扫查器的定位装置，其特征在于：包括用于套设在控制棒外的壳体、设置在所述壳体上的至少一个周向定位组件，扫查器的超声扫查探头设置在所述壳体内，所述周向定位组件包括可转动地设置在所述壳体的摆动架、设置在所述摆动架上的抵紧件、连接在所述摆动架或抵紧件上的用于控制摆动架转动的柔性调整索，所述周向定位组件具有两个工作状态，在第一个工作状态时，摆动架及抵紧件与壳体相靠拢以使该定位装置安装在待检控制棒上；在第二个工作位置时，摆动架及抵紧件相对壳体展开，且所述抵紧件抵紧与待测的控制棒相邻的控制棒。
2.根据权利要求1所述的定位装置，其特征在于：当所述周向定位组件在第二个工作状态时，所述抵紧件可相对所述摆动架水平移动地设置在摆动架上。
3.根据权利要求2所述的定位装置，其特征在于：所述周向定位组件还包括设置在所述摆动架上的定位气缸，所述抵紧件设置在所述定位气缸的活塞杆上。
4.根据权利要求3所述的定位装置，其特征在于：所述摆动架通过枢轴可转动地设置在壳体上，所述枢轴的轴心线水平设置且与所述定位气缸的活塞杆的轴心线相垂直。
5.根据权利要求1所述的定位装置，其特征在于：所述抵紧件的端部具有与控制棒相匹配的呈弧形的接触部，所述接触部具有弹性。
6.根据权利要求1所述的定位装置，其特征在于：所述周向定位组件为一对，一对所述周向定位组件的抵紧件可分别与位于待检控制棒相对两侧的控制棒相抵紧，当所述周向定位组件在第二个工作状态时，所述定位气缸的活塞杆水平设置。
7.根据权利要求1所述的定位装置，其特征在于：所述壳体的下端沿其周向间隔开设有多个定位槽，所述定位槽具有朝向正下方的槽口且与控制棒的法兰盘固定螺栓一一对应地设置，当所述周向定位组件在第二个工作状态时，所述固定螺栓插入相应的定位槽中。
8.根据权利要求1所述的定位装置，其特征在于：该定位装置还包括轴向定位组件，所述轴向定位组件包括设置在壳体内的用于套设在控制棒上的楔形定位块，控制棒的下部具有一个台阶面，当所述楔形定位块与该台阶面相抵时，所述超声扫查探头到达控制棒最下部的焊缝处。
9.根据权利要求8所述的定位装置，其特征在于：所述轴向定位组件还包括设置在所述壳体下部的一圈气囊，所述气囊抵紧控制棒并与控制棒相密封接触。
10.根据权利要求1所述的定位装置，其特征在于：该定位装置还包括设置在所述壳体下端面上的检测与控制棒法兰盘之间距离的超声测距探头。
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