CN104992737B - Cepr核电站控制棒驱动机构的焊缝超声检查装置 - Google Patents

Cepr核电站控制棒驱动机构的焊缝超声检查装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种CEPR核电站控制棒驱动机构的焊缝超声检查装置。它包括壳体、设置在所述壳体下部的安装环、用于扫查控制棒焊缝的多个超声扫查探头、用于储存耦合剂的内储箱，所述超声扫查探头安装在安装环的下部，当所述壳体安装在控制棒上时，位于所述安装环下侧的壳体内形成一密闭的扫查空间，所述扫查空间与内储箱相连通以使耦合剂进入扫查空间内，所述超声扫查探头位于该扫查空间内。本发明的目的是提供一种CEPR核电站控制棒驱动机构的焊缝超声检查装置，其结构紧凑、吊装方便。

Description

CEPR核电站控制棒驱动机构的焊缝超声检查装置
技术领域
本发明涉及一种CEPR核电站控制棒驱动机构的焊缝超声检查装置。
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、耐压壳、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，其包括下部的耐压壳和上部的驱动机构行程套筒，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。
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，超声检查只能在壳体外壁实施，这样，检查设备扫查器必须通过驱动机构高达5.2 m的细管顶端安装至待检位置。因此，控制棒的焊缝超声检查装置结构需设置紧凑，便于吊装。此外，扫查时需采用水作为耦合剂，有可能会造成水泄漏至反应堆压力容器顶盖，这在核电站在役检查中定位为事故，决定禁止，所以水必须能够回收并被截留在一定的空间内。
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的焊缝超声检查装置，其结构紧凑、吊装方便。
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的焊缝超声检查装置，包括壳体、设置在所述壳体下部的安装环、用于扫查控制棒的焊缝的多个超声扫查探头、用于储存耦合剂的内储箱，所述超声扫查探头安装在安装环的下部，当所述壳体安装在控制棒上时，位于所述安装环下侧的壳体内形成一密闭的扫查空间，所述扫查空间与内储箱相连通以使耦合剂进入扫查空间内，所述超声扫查探头位于该扫查空间内。
优选地，所述内储箱位于安装环的上侧，该焊缝超声检查装置还包括与密闭空间相连通的第一管道。
更优选地，所述安装环上固定设置有多个探头架，所述超声扫查探头一一对应地安装在探头架上，所述密闭空间具有开设在各探头架的多个进口，所述第一管道通过支管分别与各进口相连通。
更优选地，所述密闭空间具有开设在壳体下端部的出口，该焊缝超声检查装置还包括第二管道及第一循环泵，所述第二管道的两端部分别与出口和内储箱相连通，所述第一循环泵与第二管道相连通以使密闭空间内的耦合剂回收至内储箱。
进一步地，所述壳体的下端部设置有一圈气囊，当所述壳体安装在控制棒上时，所述气囊抵紧控制棒并与控制棒相密封接触。
更进一步地，所述出口开设于气囊的上方。
优选地，该焊缝超声检查装置还包括用于储存耦合剂的外储箱、用于将外储箱内的耦合剂向密闭空间或内储箱供给的第二循环泵，所述外储箱位于壳体外。
更优选地，该焊缝超声检查装置还包括连通外储箱和内储箱的第三管道，所述第二循环泵与第三管道相连通。
优选地，所述安装环可滑动地设置在壳体内。
优选地，它还包括设置在所述壳体上的至少一个周向定位组件，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定位气缸、设置在所述定位气缸的活塞杆上的抵紧件、连接在所述摆动架或定位气缸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、定位气缸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、定位气缸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。
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：焊缝超声检查装置的壳体内设置内储箱，并与密闭空间相连通，内储箱内的耦合剂可直接向密闭空间供给，结构紧凑，不需要外部实时供给耦合剂，使得焊缝超声检查装置可以方便地吊装到控制棒上。检查时，耦合剂还可以单独从外部提供给内储箱，内储箱再采用自循环的方式进行扫查。扫查完毕后，再将耦合剂从探头出口处全部回收，确保耦合剂不会在吊装过程中漏出（因其是依靠重力原因，所以最终水会回收至外部），增加了检测时的安全性和轻型化。
附图说明
图1为本发明的焊缝超声检查装置安装在CEPR核电站控制棒驱动机构上的结构示意图；
图2为本发明的耦合剂循环的示意图；
图3为本发明的部分焊缝超声检查装置的示意图，其中周向定位组件在第二个工作状态；
图4为本发明的壳体的下端部的结构示意图；
图5为本发明的部分焊缝超声检查装置的示意图，其中周向定位组件在第一个工作状态。
其中：1、控制棒；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；
2、壳体；21、安装环；22、超声扫查探头；23、出口；24、气囊；
31、内储箱；32、第一管道；33、第二管道；34、第一循环泵；
41、外储箱；42、第三管道；43、第二循环泵；44、第四管道；
5、周向定位组件；51、枢轴；52、摆动架；53、定位气缸；54、定位气缸活塞杆；55、抵紧件；56、调整索。
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，CEPR核电站的控制棒驱动机构的多个控制棒呈矩阵排布地设置在压力容器的顶盖上，控制棒包括下部的耐压壳和上部的驱动机构行程套筒。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控制棒的金属焊缝的超声检查，需利用该设施从顶部安装焊缝超声检查装置。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，因此检查装置的外形需要限制在该方形范围之内。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。检查装置需经由栅格环上的方孔进入每一个CRDM控制棒的检查位置。为确保检查装置能够顺利从该孔进入，检查装置的外框尺寸设计为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。本发明的焊缝超声检查装置主要用于对控制棒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，为必检焊缝。
结合图2、图3所示，本发明的焊缝超声检查装置包括壳体2、设置在所述壳体2下部的安装环21、用于扫查控制棒1焊缝的多个超声扫查探头22，所述超声扫查探头22安装在安装环21的下部。当壳体2安装在控制棒1上时，位于安装环21下侧的壳体2内形成一密闭的扫查空间，超声扫查探头22均位于该扫查空间内。具体地，超声扫查探头22共4个且沿控制棒的轴向间隔设置，超声扫查探头22均为超声探头，焊缝的超声扫查必须在一个具有耦合剂且密闭的环境内进行。本发明的焊缝超声检查装置的耦合剂循环具有内循环和外循环两种方式。
该焊缝超声检查装置还包括设置在壳体2内的内储箱31、设置在壳体2外的外储箱41，内储箱31和外储箱41内均存储有耦合剂，本实施例中采用去离子水作为耦合剂。
内循环由内储箱31、第一管道32、第二管道33及第一循环泵34构成。内储箱31位于安装环21的上侧。安装环21的下侧固定设置有四个探头架，四个超声扫查探头22一一对应地安装在探头架上，每个探头架上均开设有入口，第一管道32的下端分别通过支管与四个入口相连通以向各个超声扫查探头22供给耦合剂，第一管道32的上端与内储箱31相连通，内储箱31中的耦合剂通过重力作用经第一管道32、入口进入密闭空间内。壳体2的下端部上开设有出口23，第二管道33的下部与出口23相连通、上部伸入内储箱31中、并与第一循环泵34相连通以将密闭空间中的耦合剂从出口23回收至内储箱31中。
外循环由外储箱41、第三管道42、第二循环泵43、内储箱31、第一管道32、第四管道44构成。外储箱41通过第三管道42与内储箱31相连通，第二循环泵43与第三管道42相连通以将外储箱41中的耦合剂向内储箱31供给，耦合剂再经由第一管道32从各探头架的入口中流入密闭空间内。然后，通过与密闭空间相连通的第四管道44将密闭空间中的耦合剂回收至外储箱41中。
壳体2的下端部设置有一圈气囊24，当壳体2安装在控制棒上时，气囊24抵紧控制棒并与控制棒相密封接触。出口23开设于气囊24的上方。气囊24内可填充压缩空气，当气囊24充满时，气囊24与控制棒1密封接触并可将超声扫查探头22固定在控制棒1的不同轴向位置上，实现对控制棒1各焊缝的轴向定位。
安装环21可滑动且可转动地设置在壳体2内。当该焊缝超声检查装置安装在控制棒1上并定位完成后，安装环21沿控制棒的轴向滑动以使超声扫查探头22位于焊缝扫查区内。当超声扫查探头22到达焊缝扫查区后，安装环21沿控制棒的周向转动以使超声扫查探头22对焊缝的进行360°扫查。
为了方便将焊缝超声扫查装置对各焊缝进行周向定位，本发明的焊缝超声扫查装置还包括一对分别位于壳体相对两侧的周向定位组件5。各周向定位组件5均包括通过枢轴51可转动地设置在壳体2上端部的摆动架52、固定设置在壳体2上的定位气缸53、固定连接在定位气缸53的活塞杆54端部上的抵紧件55、用于控制摆动架52转动的柔性的调整索56。枢轴51的轴心线水平设置且与定位气缸53活塞杆54的轴心线相垂直，摆动架52的摆动角度小于等于90度。抵紧件55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5具有两个工作状态，在第一个工作状态时，定位气缸53的活塞杆54退回且基本竖直设置，摆动架52、定位气缸53及抵紧件55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52、定位气缸53抵紧件55相对壳体2展开并在壳体2的限位板的作用下摆动至水平位置，定位气缸53的活塞杆54水平设置并伸出使抵紧件55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。
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55上的调整索56，使得抵紧件55以及定位气缸53因重力原因摆动至水平位置，定位气缸53的活塞杆54伸出使得抵紧件55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；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56，一侧的抵紧件55以及定位气缸53摆动至水平位置，该侧的抵紧件55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。
本发明的用于CEPR核电站控制棒驱动机构的控制棒的焊缝超声检查装置采用内循环和外循环两种方式，两种方式可独立使用，以便适应不同环境下的控制棒的焊缝扫查。而且内循环的方式中，无须设置外储箱41等外循环设备，可减轻整个检查装置的吊装重量，使得整个焊缝超声检查装置的结构紧凑、吊装方便，另外只需少量的耦合剂即可完成全部的扫查，即使耦合剂泄露，也是少量的，不足以构成安全隐患。检查时，耦合剂还可以单独从外部提供给内储箱，内储箱再采用自循环的方式进行扫查。扫查完毕后，再将耦合剂从探头出口处全部回收，确保耦合剂不会在吊装过程中漏出（因其是依靠重力原因，所以最终水会回收至外部，），增加了检测时的安全性和轻型化。
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 (9)

1.一种CEPR核电站控制棒驱动机构的焊缝超声检查装置，其特征在于：包括壳体、设置在所述壳体下部的安装环、用于扫查控制棒的焊缝的多个超声扫查探头、用于储存耦合剂的内储箱，所述超声扫查探头安装在安装环的下部，当所述壳体安装在控制棒上时，位于所述安装环下侧的壳体内形成一密闭的扫查空间，所述扫查空间与内储箱相连通以使耦合剂进入扫查空间内，所述超声扫查探头位于该扫查空间内；
该焊缝超声检查装置还包括用于储存耦合剂的外储箱、用于将外储箱内的耦合剂向密闭空间或内储箱供给的第二循环泵，所述外储箱位于壳体外。
2.根据权利要求1所述的焊缝超声检查装置，其特征在于：所述内储箱位于安装环的上侧，该焊缝超声检查装置还包括与密闭空间相连通的第一管道。
3.根据权利要求2所述的焊缝超声检查装置，其特征在于：所述安装环上固定设置有多个探头架，所述超声扫查探头一一对应地安装在探头架上，所述密闭空间具有开设在各探头架的多个进口，所述第一管道通过支管分别与各进口相连通。
4.根据权利要求2所述的焊缝超声检查装置，其特征在于：所述密闭空间具有开设在壳体下端部的出口，该焊缝超声检查装置还包括第二管道及第一循环泵，所述第二管道的两端部分别与出口和内储箱相连通，所述第一循环泵与第二管道相连通以使密闭空间内的耦合剂回收至内储箱。
5.根据权利要求4所述的焊缝超声检查装置，其特征在于：所述壳体的下端部设置有一圈气囊，当所述壳体安装在控制棒上时，所述气囊抵紧控制棒并与控制棒相密封接触。
6.根据权利要求5所述的焊缝超声检查装置，其特征在于：所述出口开设于气囊的上方。
7.根据权利要求1所述的焊缝超声检查装置，其特征在于：该焊缝超声检查装置还包括连通外储箱和内储箱的第三管道，所述第二循环泵与第三管道相连通。
8.根据权利要求1所述的焊缝超声检查装置，其特征在于：所述安装环可滑动地设置在壳体内。
9.根据权利要求1所述的焊缝超声检查装置，其特征在于：它还包括设置在所述壳体上的至少一个周向定位组件，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定位气缸、设置在所述定位气缸的活塞杆上的抵紧件、连接在所述摆动架或定位气缸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、定位气缸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、定位气缸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。
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