CN105033622A - 一种用于刚性变径式全同步螺栓拉伸机的支撑环变径机构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于刚性变径式全同步螺栓拉伸机的支撑环变径机构，该机构的主要特点是由N组均匀分布的同步双向推杆、分N瓣的支撑环总成及吊持N瓣均分的支撑环并允许N瓣均分的支撑环作径向摆动的专用吊具组成。通过专用吊具和N组同步双向推杆的配合动作，使刚性变径式全同步螺栓拉伸机的支撑环內廓径增大或缩小，以适应在一体化堆顶结构的反应堆压力容器上使用整体式全同步螺栓拉伸机的要求。反应堆压力容器使用整体式全同步螺栓拉伸机进行顶盖的安装/拆开工艺，工艺路线简单，主螺栓的预紧力均匀，压力容器的密封可靠，大大减少停堆换料时间，并大大减少高辐射环境下的操作人员数量和时间。
Description
技术领域
本专利涉及一种用于刚性变径式全同步螺栓拉伸机的支撑环变径机构。
背景技术
反应堆压力容器采用自动全同步螺栓拉伸机安装/拆开工艺，操作人员在辐射条件下的介入时间大大减少，操作工艺路线简单，主螺栓的预紧力均匀，密封效果可靠。因此，自动全同步螺栓拉伸机广泛应用于目前的M310、CPR1000等反应堆压力容器的开、扣盖过程中。采用一体化堆顶结构的反应堆压力容器，由于其顶盖的最大外廓直径大于主法兰主螺栓分布圆直径，自动全同步螺栓拉伸机的整体式支撑环无法套入，因此目前只能采用分体式支撑环的分组同步的螺栓拉伸机。分体式分组同步的螺栓拉伸机操作工艺，操作人员在辐射环境下的介入时间长，操作程序复杂，主螺栓的预紧力均匀性差，总的开扣盖时间长，压力容器密封效果可靠性低。采用固定直径整体式支撑环的自动全同步螺栓拉伸机已不能适应一体化堆顶结构的反应堆压力容器的通过性要求。要想在一体化堆顶结构的反应堆压力容器上发挥自动全同步螺栓拉伸机在主螺栓安装/拆开过程中的显著优势，必须采用支撑环內廓径可变的自动全同步螺栓拉伸机。本专利就是针对自动全同步螺栓拉伸机的支撑环变径功能而研发的。
目前整体式支撑环的自动全同步螺栓拉伸机主要有以下特点：
自动全同步螺栓拉伸机的固定直径式支撑环的直径是固定的。当一体化堆顶结构的反应堆压力容器的堆顶构件的最大外廓直径接近或大于反应堆压力容器法兰主螺栓的最小分布内径时，全同步螺栓拉伸机固定直径式支撑环就无法通过一体化堆顶结构的最大外廓直径。这就限制了固定直径式支撑环的全同步螺栓拉伸机在新型的具有一体化堆顶结构的反应堆压力容器上的应用。
现有的解决一体化堆顶结构套入全同步拉伸机的方案是：将原有的整体支撑环分为四等份。然后由一个吊缆分布圆大于堆顶构件最大外廓直径的支撑环专用吊具分别吊住这四份支撑环，支撑环专用吊具在将这四份支撑环下降到堆顶构件外廓直径小于螺栓分布圆的高度时，由缆索把分离的这四块支撑环牵拉合拢在一起，再用螺栓或销轴定位结合成一个整环。结合在一起的完整支撑环继续下降到顶盖法兰的上法兰面上。这个方案的优点是结构简单，成本低。但是由于这四块支撑环的开合过程的柔性地挂在吊缆上的，导致在合拢和分开操作过程中四块支撑环的运动不稳定，不仅很难操作，而且有很大风险导致重达十几吨的支撑环撞击堆顶构件进而引发事故。
本发明的主要目的就是研发一种N块支撑环始终刚性联接在一起，而且可以平稳地自动控制分开和合拢过程的机构。
发明内容
本专利的目的是针对固定直径式支撑环的全同步螺栓拉伸机的上述技术缺陷，提供一种可实现全同步螺栓拉伸机的支撑环的刚性自动变径的支撑环变径机构。
该装置的功能：实现自动全同步螺栓拉伸机支撑环內廓径的自动调整，使支撑环內廓径既可以分开变大，从而可以穿过反应堆压力容器的一体化堆顶结构；支撑环內廓径又可以自动合拢变小，使支撑环在穿过一体化堆顶结构后，能够与反应堆顶盖法兰的主螺栓分布圆匹配。
本专利所采取的技术方案是：将全同步螺栓拉伸机的支撑环依据主螺栓数量均分为N组，支撑环变径机构由N组均匀分布的同步双向推杆、N组1/N分瓣支撑环总成及吊持N瓣1/N分瓣支撑环总成并允许N瓣1/N分瓣支撑环总成径向摆动的支撑环专用吊具组成。N组均匀分布的同步双向推杆与N组1/N分瓣支撑环总成连接，组成自动变径式刚性变径式全同步螺栓拉伸机的支撑环。通过N组同步双向推杆的同步动作使N瓣1/N分瓣支撑环总成同步分开或合拢，从而实现刚性变径式全同步螺栓拉伸机支撑环內廓径的增大或缩小。支撑环专用吊具的摆动吊杆可以相对于反应堆作径向摆动。同步双向推杆通过与支撑环专用吊具的配合，实现刚性变径式全同步螺栓拉伸机在一体化堆顶结构的反应堆压力容器上的应用。
这里N是一个整数；
当主螺栓数量M可以被3整除时，N可以取3或6；
当主螺栓数量M可以被2整除时，N可以取4；
当主螺栓数量M可以被5整除时，N可以取5；
上述支撑环专用吊具主要由支撑环专用吊具主吊环梁、N组均匀分布的可径向摆动的摆动吊杆、N组均匀分布的平动吊具架组成；平动吊具架与1/N分瓣支撑环总成的连接为4点，且刚性联接。
刚性变径式全同步螺栓拉伸机的支撑环自动变径机构具体动作如下：
1)刚性变径式全同步螺栓拉伸机进入堆坑时支撑环自动变径机构的动作：
起吊时，刚性变径式全同步螺栓拉伸机的支撑环为內廓径最小状态。
当刚性变径式全同步螺栓拉伸机吊至反应堆压力容器上方时，N组1/N分瓣支撑环总成的同步双向推杆自动同步动作，N组同步双向推杆两端法兰做同步分开平动，从而带动N瓣均匀分布的1/N分瓣支撑环总成同步分开平动，实现刚性变径式全同步螺栓拉伸机的支撑环內廓径增大，直到刚性变径式全同步螺栓拉伸机的支撑环的内廓径大于反应堆压力容器一体化堆顶结构的最大外廓直径时停止。
启动反应堆厂房吊机，缓缓落下刚性变径式全同步螺栓拉伸机，使刚性变径式全同步螺栓拉伸机通过反应堆压力容器一体化堆顶结构的最大外廓径部分。
当刚性变径式全同步螺栓拉伸机通过一体化堆顶结构的最大外廓径部分后，反应堆厂房环吊停止下降。启动N组1/N分瓣支撑环总成的同步双向推杆同步动作，N组同步双向推杆两端法兰同步做闭合平动，带动N瓣1/N分瓣支撑环总成作闭合平动，从而实现刚性变径式全同步螺栓拉伸机的支撑环內廓径缩小，直到刚性变径式全同步螺栓拉伸机的支撑环內径与反应堆压力容器主螺栓的分布圆匹配。启动反应堆厂房吊机，将刚性变径式全同步螺栓拉伸机缓缓下降至其工作位置上。
2)刚性变径式全同步螺栓拉伸机退出堆坑时支撑环自动变径机构的动作：
刚性变径式全同步螺栓拉伸机工作完成后，此时，刚性变径式全同步螺栓拉伸机的支撑环处于直径最小状态。启动反应堆厂房吊机，将刚性变径式全同步螺栓拉伸机缓慢提升至反应堆压力容器一体化堆顶结构的最大外廓径之前位置时停止。
启动N组支撑环同步双向推杆的同步动作，N组同步双向推杆的两端法兰同步做分开平动，从而带动N瓣1/N分瓣支撑环总成做分开平动，从而实现刚性变径式全同步螺栓拉伸机的支撑环內廓径增大，直到刚性变径式全同步螺栓拉伸机的支撑环內廓径大于反应堆压力容器一体化堆顶结构的最大外廓直径。
启动反应堆厂房吊机，缓缓提升刚性变径式全同步螺栓拉伸机，使刚性变径式全同步螺栓拉伸机通过反应堆压力容器一体化堆顶结构的最大轮廓外径部分。在刚性变径式全同步螺栓拉伸机的支撑环通过一体化堆顶结构的最大轮廓外径部分后，启动N组支撑环同步双向推杆的同步动作，实现刚性变径式全同步螺栓拉伸机的支撑环內廓径缩小，闭合。然后，将刚性变径式全同步螺栓拉伸机放置在其支撑台架上。
支撑环自动变径机构具体特点如下：
刚性变径式全同步螺栓拉伸机的支撑环自动变径机构由N组均匀分布的同步双向推杆、N瓣均分的1/N分瓣支撑环总成及吊持N瓣1/N分瓣支撑环总成并允许N瓣1/N分瓣支撑环总成作径向摆动的支撑环专用吊具三大部分组成。
附图说明
图1a和1b为同步双向推杆的结构示意图。
图2为刚性变径式全同步螺栓拉伸机的支撑环总成结构示意图。
图3为支撑环专用吊具结构示意图。
图4为一体化堆顶结构的反应堆压力容器结构示意图。
图5a为刚性变径式全同步螺栓拉伸机支撑环內廓径增大时的示意图。
图5b为刚性变径式全同步螺栓拉伸机支撑环內廓径增大时与堆顶结构的干涉关系俯视图。
图6a为刚性变径式全同步螺栓拉伸机支撑环內廓径缩小时示意图。
图6b为刚性变径式全同步螺栓拉伸机支撑环內廓径缩小时与堆顶结构干涉关系俯视图。
图中：
1、同步双向推杆，11、动力头，11a、电动机，11b、蜗轮蜗杆组件，11c、同步控制器，12、正反螺纹丝杆，13、导向装置，14、连接座，14a、螺母，15、连接螺钉组；
2、1/N分瓣支撑环总成，21、1/N分瓣支撑环周向定位销，22、1/N分瓣支撑环周向定位销孔；
3、支撑环专用吊具，31、支撑环专用吊具主吊环梁，32、摆动吊杆，33、N组均匀分布的平动吊具架；
4、反应堆厂房主吊钩；
5、反应堆压力容器一体化堆顶结构；
6、主螺栓组件。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本专利的一个典型实施例做进一步详细的说明。
本事实列是基于一个主螺栓数量M可以被4整除的反应堆压力容器顶盖。N=4。
如图1a和图1b所示的刚性变径式全同步螺栓拉伸机的支撑环同步双向推杆1的行程是为了使刚性变径式全同步螺栓拉伸机能适应如图2所示的一体化堆顶结构的反应堆压力容器而设计的。该一体化堆顶结构的反应堆压力容器，其特征在于一体化堆顶结构的最大外廓直径大于或接近反应堆压力容器主螺栓组件6的最小分布内径。
变径式全同步螺栓拉伸机工作时，需要通过反应堆压力容器一体化堆顶结构5而进入安装主螺栓组件6的工作位置。然而由于反应堆压力容器一体化堆顶结构5的最大外廓直径较大，而反应堆压力容器主螺栓分布圆直径较小，一体化堆顶结构的最大外廓直径大于反应堆压力容器主螺栓组件6的最小分布内径。这就需要刚性变径式全同步螺栓拉伸机在通过一体化堆顶结构时，将其支撑环內廓径增大；在到达安装主螺栓组件6的工作位置时，将其支撑环內廓径缩小并合拢，以实现刚性变径式全同步螺栓拉伸机与主螺栓组件6的分布位置的匹配。
该刚性变径式全同步螺栓拉伸机的支撑环变径机构由N组均匀分布的同步双向推杆1、1/N分瓣支撑环总成2及吊持N瓣均分的支撑环并允许N瓣均分的支撑环径向摆动的支撑环专用吊具3三的部分组成。
同步双向推杆1主要由动力头11、正反螺纹丝杆12、导向装置13、连接座14和连接螺钉组15组成。两端连接座14通过连接螺钉组15分别与对应的1/N分瓣支撑环总成2连接固定为一体。动力头11采用电动机11a驱动，通过蜗轮蜗杆组件11b带动正反螺纹丝杆12转动，连接座14中安装有分别与正反螺纹丝杆12配合的螺母14a。当正反螺纹丝杆12正转或反转时，螺母14a沿正反螺纹丝杆12轴向移动，带动两端连接座14分离或靠近，与电动机同轴的同步控制器11c配合伺服驱动器同步实现1/N分瓣支撑环总成2的分开或合拢，从而实现刚性变径式全同步螺栓拉伸机支撑环內廓径的增大或缩小。导向装置13提供导向，同时作为反作用扭矩支撑。1/N分瓣支撑环总成2上具有平头圆锥形的1/N分瓣支撑环周向定位销21与1/N分瓣支撑环周向定位销孔22，当相邻两瓣1/N分瓣支撑环总成相互靠近时，可通过1/N分瓣支撑环周向定位销21和1/N分瓣支撑环周向定位销孔22导向，并实现全部支撑环总成的精确径向定位。刚性变径式全同步螺栓拉伸机支撑环內廓径的增大可确保刚性变径式全同步螺栓拉伸机顺利通过反应堆压力容器一体化堆顶结构5；刚性变径式全同步螺栓拉伸机支撑环內廓径的缩小可保证刚性变径式全同步螺栓拉伸机与反应堆压力容器顶盖法兰的主螺栓组件6的分布圆直径匹配。
支撑环专用吊具3主要由支撑环专用吊具主吊环梁31、摆动吊杆32、N组均匀分布的平动吊具架33组成。支撑环专用吊具主吊环梁31与反应堆厂房吊钩4连接，实现刚性变径式全同步螺栓拉伸机的升降动作。摆动吊杆32用于起吊刚性变径式全同步螺栓拉伸机的N个分瓣，同时可径向摆动，实现刚性变径式全同步螺栓拉伸机的支撑环內廓径的变径动作。
当刚性变径式全同步螺栓拉伸机通过反应堆压力容器一体化堆顶结构5时，刚性变径式全同步螺栓拉伸机的支撑环內廓径增大。刚性变径式全同步螺栓拉伸机支撑环內廓径增大后的示意图如图5a和图5b所示。具体动作为：电动机11a正转，通过蜗轮蜗杆组件11b驱动正反螺纹丝杆12正转，螺母14a沿正反螺纹丝杆12轴向外移动，带动连接座14沿正反螺栓丝杆12轴向外移动，进而带动刚性变径式全同步螺栓拉伸机的N个分瓣作分离运动，同步控制器11c提供的转角信号，驱动N组1/N分瓣支撑环总成2的实现同步分离。N组同步双向推杆1的同步动作，实现刚性变径式全同步螺栓拉伸机的支撑环內廓径的同步增大。
当刚性变径式全同步螺栓拉伸机通过反应堆压力容器一体化堆顶结构5后，进入到工作位置之前，刚性变径式全同步螺栓拉伸机的支撑环內廓径缩小。刚性变径式全同步螺栓拉伸机支撑环內廓径缩小后的示意图如图6a和图6b所示。具体动作为：电动机11a反转，通过蜗轮蜗杆组件11b驱动正反螺纹丝杆12反转，螺母14a沿正反螺纹丝杆12轴向内移动，带动连接座14沿正反螺栓丝杆轴向内移动，带动两端连接座14作合拢运动，同步控制器11c提供的转角信号，驱动N组1/N分瓣支撑环总成2的实现同步合拢。N组同步双向推杆1的同步动作，实现刚性变径式全同步螺栓拉伸机的支撑环內廓径的同步缩小。
以上所阐述的仅为本发明的较佳实例而已，其作用是方便本领域的技术人员理解并据以实施，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。
Claims (13)
1.一种用于刚性变径式全同步螺栓拉伸机的支撑环变径机构，其特征在于：其由N组均匀分布的同步双向推杆、N瓣均匀分布的支撑环总成及吊持N瓣均分的支撑环并允许N瓣均分的支撑环径向摆动的支撑环专用吊具组成。
2.吊持在可径向摆动的支撑环专用吊具下的N瓣均匀分布的支撑环总成在N组均匀分布的同步双向推杆的驱动下可以平动开合，N瓣均匀分布的支撑环总成合拢时通过支撑环端部的1/N分瓣支撑环的周向定位销和1/N分瓣支撑环的周向定位销孔的配合实现径向定位；上述的N是一个3至8的整数。
3. 根据权利要求1所述的吊持N瓣均分的支撑环并允许N瓣均分的支撑环在径向摆动的支撑环专用吊具由挂钩在反应堆厂房主吊钩的支撑环吊具主吊环梁，和N个均布的可作径向摆动的摆动吊杆及N组均匀分布的平动吊具架组成。
4. 根据权利要求2所述的摆动吊杆的两端均通过可作径向摆动的铰链分别与支撑环吊具主吊环梁及平动吊具架连接。
5. 根据权利要求2所述的支撑环吊具主吊环梁的环梁可以是圆形刚体，或正N边形刚体。
6. 根据权利要求2所述的N个均布的摆动吊杆上端与支撑环吊具主吊环梁以铰链连接，下部与平动吊具架也以铰链连接。
7. 根据权利要求1所述的同步双向推杆由动力头，正反螺旋丝杆，导向装置，连接座和同步控制器组成；同步双向推杆通过两端连接座由连接螺钉组与N瓣均分的1/N支撑环相连接。
8. 根据权利要求6所述的动力头由电动机，旋转编码器，蜗轮蜗杆组件和驱动螺母组件组成。
9. 根据权利要求6所述的动力头在转动时可以驱动同步双向推杆两端的连接座作开合平动；这种开合平动又可以导致与之连接的1/N支撑环做开合平动。
10. 根据权利要求6所述的正反螺纹丝杆两端分别为左旋和右旋螺纹。
11. 根据权利要求6所述的导向装置由两根平行光杠组成。
12. 根据权利要求1所述的1/N分瓣支撑环的周向定位销和1/N分瓣支撑环的周向定位销孔为平头圆锥形。
13. 根据权利要求2所述的平动吊具架是一个多柱的门形结构，门形下的空间和形状可以允许全同步螺栓拉伸机的螺栓载入机器人小车通过。
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