CN105190771B - 给传热管内部输送工具的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
一种用于远程地驱动涡流探针穿过换热器的管道的输送系统。系统使用柔性轴和空气压力来驱动检查探针穿过换热器管道。柔性轴先驱动探针穿过被密封的管道从而将探针输送到管端,在管端位置处靠近探针头部的轴上密封件接触管内部表面,从而允许空气压力在密封件后面积蓄,因此驱动探针穿过管。
Description
技术领域
本发明总体上涉及工具输送系统,更具体地,涉及给传热管内部远程地输送工具的方法和设备。
背景技术
在压水反应堆核电站中,蒸汽发生器换热器将来自反应堆堆芯的水的热能转换成蒸汽,从而驱动涡轮发电机。为了传递热量,同时维持流过反应堆堆芯的高压水和被转换成蒸汽的低压水之间的分离,蒸汽发生器由提供了大传热表面积的数千个小直径管构成。蒸汽发生器中的管的数量典型地在大约4000到15000的范围内。某些蒸汽发生器采用每根大约60英尺(18.3米)长的长直管。大部分蒸汽发生器由U形管构成,或由具有通过长度较短的水平管被结合在一起的两个90度弯部的竖长段构成。所有的管都终止于一块厚板,即已知的管板,管板上被钻出大量的孔,所述孔捕捉所述管的端部,并与下封头交界,下封头形成了用于来自反应堆堆芯的主冷却剂的入口增压室和出口增压室。在电站运行期间,流过反应堆堆芯的高压水传递一定量的放射性颗粒穿过蒸汽发生器,部分颗粒被沉积在管的内表面上。电站运行后,蒸汽发生器变成辐射源。
明智地利用涡流探针的定期检查,以保证蒸汽发生器传热管的结构完整性。由于蒸汽发生器内的高辐射场,机器人和远程控制的机动化装置被用于定位并移动涡流探针穿过所述管。设备、人力、电站停机时间的成本以及使员工辐射暴露最小化的好处强烈地要求优化涡流检查工艺的性能和能力。
通过如下步骤来执行所述检查:将位于蒸汽发生器外侧的卷绕探针经柔性管道推入所述下封头的蒸汽发生器增压室内并到达机械操纵器,然后机械操纵器在蒸汽发生器的传热管内引导所述探针。目前的系统典型地只使用刚性轴来推动探针穿过所述管道和传热管。这些系统容易卡住,使检查困难。少部分系统使用指向传热管端部的开放式空气射流来驱动探针穿过传热管,但是所获得的探针驱动力很小,而且空气射流容易使放射性污染物分散,使得所述方法不合需要。
所以,本发明的目标是提供一种使涡流探针以最小的阻力容易穿过输送管道以及穿过换热器管的涡流输送系统。
本发明的另一个目标是提供能被有效地展开且将使放射性污染物的扩散最小化的输送系统。
发明内容
通过一种用于将工具远程地传递穿过换热器的传热管的工具输送系统来实现所述的和其他的目标,所述换热器具有通过第一管端与传热管的内部流体连通的歧管增压室、以及用于接近所述增压室的进入口。所述工具输送系统包括:可密封的输送管道,所述输送管道的尺寸被设计成从所述增压室外侧的第一位置穿过所述进入口延伸到第一管端;柔性轴,所述柔性轴用于经所述输送管道将所述工具推到所述传热管内。第一密封件被支撑在所述柔性轴的前部的附近,并且当所述柔性轴在所述传热管内被插入一个指定距离后,在所述传热管的内部和所述柔性轴之间形成基本上不透流体的可滑动的密封。第二密封件位于输送管道的待定位在所述增压室外侧的一部分上,第二密封件得到支撑,从而在所述柔性轴和所述输送管道的内部之间形成基本上不透流体的密封且使得柔性轴能滑动穿过所述第二密封件。流体入口形成在输送管道上,所述流体入口与所述输送管道的内部流体连通、且在第二密封件和第一管端之间,用于引入流体从而沿传热管的内部驱动所述工具。优选地,第三密封件被支撑在所述输送管道的被配置成与所述第一管端交界的一端处。第三密封件被构造成在所述第一管端和所述输送管道之间形成基本不透流体的密封,同时使得工具和柔性轴能够穿过其中。所述柔性轴足够刚硬以向前推动所述工具,直到所述第一密封件位于所述传热管内,从而在所述柔性轴和所述传热管的内部之间形成基本上不透的密封。
在一个实施例中,第四密封件被设置在第二密封件的上游;所述第四密封件被构造成在所述柔性轴和所述输送管道之间提供基本上不透流体的密封,同时使柔性轴能滑动穿过所述第四密封件,并且在所述输送管道的内部在所述第二密封件和所述第四密封件之间的空间形成腔室,所述腔室具有穿过腔室壁的端口,通过该端口可以施加负压通风。理想地,第一密封件和第二密封件都被配置成使得所述工具和所述柔性轴能离开所述输送管道,该输送管道优选地通过机械臂以与所述第一管端(89)密封地流体连通的方式得到支撑。
在实施例之一中,第一密封件包括与多个周向内侧段重叠的多个周向外侧段,所述周向外侧段和周向内侧段沿朝外的方向被偏置。优选地,第一密封件包括具有入口的流体路径,所述流体路径的入口在第一密封件的上游侧且与所述周向内侧段的朝内表面流体连通。在另一个实施例中,第一密封件包括周向交替的密封垫和弹性泡沫体密封段,其中,所述泡沫体密封段贴合所述密封垫和所述传热管的内壁,从而在所述内壁和所述工具之间形成基本不透流体的可滑动的密封。
本发明还预期一种通过进入口和增压室将工具输送到换热器的传热管内的方法。所述方法包括:将输送管道插入到换热器的增压室内,并且所述输送管道的一端与传热管的一端流体连通,所述输送管道的第二端位于所述增压室的外侧。所述方法将所述工具插入所述输送管道的第二端内;在所述工具的后侧将柔性轴插入所述输送管道的第二端内,从而所述工具位于所述柔性轴和所述传热管之间。所述方法随后推动所述柔性轴和所述工具穿过所述输送管道并进入所述传热管内;利用第一密封件围绕所述传热管的内壁的圆周可滑动地密封所述柔性轴,从而形成基本上不透流体的密封、同时使所述柔性轴能在所述传热管内移动。所述方法驱动柔性轴从输送管道的第二端的外侧穿过第二密封件,从而在管道的第二端处可滑动地密封柔性轴。所述方法随后强迫流体进入所述输送管道并且由此进入传热管的所述一端内,从而驱动所述工具穿过所述传热管的内部的一部分。在一个实施例中,所述方法包括利用被支撑在输送管道和传热管之间的第三密封件形成基本不透流体的密封的步骤,同时所述第三密封件被配置以使得柔性轴和工具能滑动穿过其中。优选地,所述方法包括穿过第二密封件和第三密封件之间的输送管道形成流体入口,用于引入流体以驱动所述工具穿过传热管的内部的一部分。
在另一个实施例中,所述方法包括如下步骤:产生一个被附接到所述输送管道的第二端的腔室,所述腔室通过利用第四密封件将在所述腔室的内壁和柔性轴之间部分柔性轴可滑动地密封而形成,所述第四密封件由在输送管道的第二端与第四密封件之间延伸的导管支撑,从而在所述导管的内部在第二密封件和第四密封件之间产生一个所述柔性轴能滑动穿过的腔室;同时一个流体联接件被设置在所述腔室内用于施加负压通风。优选地,所有的密封件被配置以使得柔性轴和工具能从传热管的内部离开输送管道。
附图说明
通过结合附图阅读下面的优选实施例的描述能获得本发明的进一步理解,其中:
图1是能应用本发明的输送系统的竖直蒸汽发生器的局部剖开透视图;
图2是图1的蒸汽发生器的下封头的一半的剖视图,它示意地展示了被连接到U形传热管的一端并利用机械臂支撑的本发明一个实施例的输送系统;
图3是图2中所示实施例的可滑动第一密封件的透视图,它形成了柔性轴和传热管内部之间的密封交界部;
图4是图3中所示密封件沿4-4的剖视图;
图5是图3的密封件沿5-5的剖视图;
图6是输送管道一端的剖视图,它画出配合图2所示实施例使用的管板密封件;
图7是图2中所示的输送管道的组合的管道流体入口和负压通风腔室部分的剖视图;
图8是图7中所示的管道流体入口和负压通风腔室的端视图,其示出了组件的流体入口端;
图9是图3,4和5中所示的第一密封件的替换实施例的透视图;
图10是图9中所示的第一密封件的替换实施例的剖视图。
具体实施方式
参见附图,图1示出了采用多个U形管的蒸汽或蒸气发生器10,所述U形管形成管束,以提供传递来自管内流动的主流体的热量所需的加热面,从而使包围管外侧的次流体蒸发或沸腾。蒸汽发生器10包括具有竖直定向的管状下壳体部14、竖直定向的上壳体部15、包封上端的顶罩或碟形封头16、以及包封下端的基本半球形的下封头18的容器。下壳体部14的直径小于上壳体部15,下壳体和上壳体通过截头圆锥形的壳体段20进行连接。管板22在下壳体部14的底端处被附接到下封头18,且具有设置在其中接收U形管端部的多个孔24。分隔板26被设置在下封头18的中央,从而将下封头分隔成两个作为管束封头的室28和30。室30是主流体入口室并具有与其流体连通的主流体入口喷嘴32。室28是主流体出口室并具有与其流体连通的主流体出口喷嘴34。因此,进入流体室30的主流体(即反应堆冷却剂)被驱动流过管束12并经出口喷嘴34流出。管束12被围筒36包围,围筒36分别在围筒36与壳体14之间和围筒36与锥部20之间形成环形通道38。围筒36的顶部被下甲板40覆盖,下甲板包括与多个立管44流体连通的多个开口42。小叶片46被设置在立管内,使从中流过的蒸汽发生旋转并在蒸汽流过主离心分离器时离心地除去蒸汽中所夹带的部分水分。在主分离器中从蒸汽中被分离出的水分返回下甲板的顶表面。在流过主离心分离器后,蒸汽在到达被设置在碟形封头16中央的蒸汽出口50之前流过次分离器48。
所述发生器的给水入口结构包括给水入口喷嘴52,给水入口喷嘴52具有被称为给水环54的基本上水平的部分和高于所述给水环的排水喷嘴56。经给水入口喷嘴52供给的给水流过给水环54并经排水喷嘴56离开,然后与从蒸汽中分离出的水混合,然后被再循环。混合物向下流到下甲板40的上方进入环形通道38。然后水在围筒36的下部处进入管束并顺着管束向上流动,在管束中水被加热以产生蒸汽。
以上所描述的蒸汽发生器是已知的“U形弯管”方案,因为每个管都具有位于其长度中间的单个U形弯。有大量的变型方案,比如“方形弯管”,其中“U”形被两个小半径弯(典型地90度)以及两个弯之间的笔直段所取代。也存在具有完全笔直管的蒸汽发生器,它的特征是在管束的每一端都有增压室。不考虑具体的管样式和弯曲布置,本文中所描述的本发明适用于检查和维护所述传热管。尽管本发明以输送涡流探针的应用进行描述,但是应当明白的是,本文中所描述的输送系统和方法能被用于输送维护蒸汽发生器所需要的其他工具。
图2示出了蒸汽发生器10的下封头18中的增压室30,增压室30在其上侧以管板22为界,右侧以下封头分隔板26为界,分隔板26将入口增压室30与图1中所示的出口增压室28分隔开。配合本发明的一个实施例被使用的设备也在图2中示出,且可以互换地用于入口增压室或出口增压室。所述设备包括从下封头18的外部延伸穿过进入口62到达增压室30内部的输送管道70,并且输送管道70的前端90由机械臂64的端部执行件66支撑靠在管板22中的开口24上。所述机械臂的一个例子能在1994年10月11日授权给本申请受让人的美国专利5355063中找到。本发明的系统采用柔性轴72联合流体压力(比如空气)来驱动工具(例如涡流探针68或其他工具)穿过输送管道70和传热管58。所述轴72被设计为使得其足够刚硬以在没有空气压力的辅助下推动探针68到达管端89,并且在穿过待检查的管58中的弯部60具有足够柔性弯曲。所述带有轴-管密封件74的探针68最初仅采用柔性轴72作为推进力被朝前推动穿过输送管道70。在所述实施例中,在插入阶段没有使用空气压力,因为探针缺少与输送管道70的内部表面形成空气密封的手段。在探针穿过传热管端89后,轴72上的所述轴-管密封件74(1号密封件)与管58的内部表面匹配,从而在探针68后面产生空气密封。用于输送探针68到传热管端89的输送管道70具有在两端的空气密封件,即足够不透空气以允许空气压力在所述轴-管密封件74后面积蓄、同时使轴72能滑动穿过输送管道70和传热管58的空气密封件76,84(分别称为2号密封件和3号密封件)。当在传热管58中形成所述轴-管密封件后,空气经空气入口78被喷入输送管道70,并经传热管58的入口端89流过输送管道70的长度,从而强制探针68沿传热管58的内部移动。通往输送管道70的入口具有位于第二密封件76的上游的第四密封件86,柔性轴72滑动穿过该第四密封件。所述第四密封件86被构造成在柔性轴72和输送管道70之间提供与输送管道的内部的基本不透流体的密封,并且在第四密封件86和第二密封件76之间形成一个具有负压通风连接器90的腔室88。可以在两个密封件86和76之间的负压通风入口90处施加负压通风抽吸,从而收集从前侧密封件76泄漏的空气。空气在密封件76上游的空气入口78处被喷入输送管道70。图2所示的实施例还示出了柔性轴72的紧线器82和推进辊80,用于为检查传热管58而驱动柔性轴72穿过输送管道70和撤出柔性轴72。密封件84(3号密封件)被设置在输送管道70的前端处,并通过机械臂64被牢固地保持在管板22的下侧上,从而维持驱动探针68穿过传热管58所用的空气压力。应当明白,所述密封件在前面的描述中被赋予数字只是为了帮助读者理解后面的实施例描述,所述密封件的数字(即1、2、3、4号密封件)没有其他的关联。另外,应当明白,尽管空气被描述为探针的驱动流体,但是在不脱离本发明的前提下其他流体也能用于所述目的。类似地,尽管数字1的密封件被附接到柔性轴72,但是替换地,它也能被附接到探针68。
图3是第一密封件74的透视图,同时图4示出了沿图3的线4-4的第一密封件的剖视图,以及图5示出了沿图3的线5-5的第一密封件的剖视图。第一密封件74具有固定柔性轴72的中央孔92。带斜面的两端94帮助将所述密封件居中地定位在柔性轴所插入的开口内,轴向居中的凹部96支撑交替的、弹簧加载的密封垫98。更具体地,参见图4和5(分别示出了穿过密封垫和轴向穿过外壳切开的剖视图),能更清楚地看到1号密封件的外壳100包括容纳多个交错的密封垫98的凹部96,所述密封垫98围绕外壳的圆周延伸并且坐落在被支撑于弹簧102和外密封垫98之间的多个备用密封件104上。如图4所示,备用密封件104将交错的外侧密封垫98之间的间隙密封。外壳100的一端包含位于该密封件的增压侧上的孔171,它允许空气压力进入备用密封件下方,从而抵消密封时与所施加的空气压力相反的密封垫98被朝内推动的趋势。第一密封件外壳100以两个独立半体的形式被构造;下半体110和上半体108。所述两个半体被分开以围绕柔性轴72安装,然后围绕柔性轴通过螺丝106被合紧,从而形成不透流体的密封。
图6是被装配在输送管道70的前端上的第三密封件84的剖视图。第三密封件与管板22的传热管58中的开口交界。适配器套管112包围输送管道70并且被输送管道70的端部上的扩张端114或等同的卡环捕捉就位。O形环密封件116将适配器套管112的内表面和输送管道70的外表面之间的任何流体通道封闭。管状滑动件118套在输送管道70的开放端91和适配器套管112的上部上。空气通道120被设置在管状滑动件118和适配器套管112之间,从而允许围绕一部分适配器套管的环形开口122与输送管道70以及传热管58内的内部通道124之间的空气交换,从而通过空气压力的积蓄增强管状滑动件118的向上位移。环形开口122的侧壁在其外径处被外套管126包封,在其内径处被适配器套管112包封。利用O形环128将外套管126与适配器套管密封。环状弹性泡沫体130的圆柱体位于所述环形开口122内,并在管状滑动件118之间延伸,所述滑动件在行程的最高点被外套管126上朝内延伸的环形台132所捕获。环状弹性泡沫体130将滑动件118沿向上的方向朝着管板上与其连通的开口偏置。管状滑动件118在其上端具有直径被缩小的鼻部、以及尺寸设计成允许探针68和柔性轴72通过的开口。环形的管板密封件136围绕滑动件118的所述鼻部134被定位,并形成与管板22的密封。所述管板密封被保持环138保持就位。外套管126通过定位螺丝140被锚定到适配器套管112。机械臂64端部执行器66抓住所述管道70的外侧并抵靠套管126推动,以将其向上压迫在管板22上,从而迫使滑动件118的鼻部134向下压在泡沫体130上,这在密封件136上提供了靠压管板22以形成不透流体的密封的压力。
图7和8示出了空气入口和负压通风腔室组件的分离图。负压通风腔室被第二和第四密封件76和86密封。负压通风腔室88由如下的外壳形成,所述外壳由在交界处通过环形夹148和150连接并通过相应的垫圈152和154密封的三个管状段142,144和146构成。密封件156和158在交叉处被分别设置在凹部内并在管状外壳段142和144和146的内壁上。密封件156和158由主密封件160和更刚硬的备用盘162形成,每个备用盘具有柔性轴72穿过的中央开口164。密封件158是之前关于图2所提到的第二密封件76,密封件156是第四密封件86。
快速脱开装置166用于将压缩空气引入输送管道70,从而驱动探针68穿过传热管58,而仪表168监视空气压力。通过从端口170抽吸空气实现了腔室负压通风。前段146的鼻部172滑入输送管道70上的开口内,后开口174接收柔性轴72。对于所有的实践而言,负压通风组件88能被视为输送管道70的部件。
应当明白,尽管已经示出密封件的示范方案,但是在不脱离本发明意图的前提下可以采用其他密封件方案。例如,图9和10示出了第一密封件74的替换方案,其采用周向交替的密封垫98和弹性泡沫体密封段176。相同的附图标记被用于表示图3,4,5,9和10中的相应部件。图9示出了第一密封件74的所述实施例的透视图。探针68可以被附于密封件74之前或之后。在图9所示的实施例中,探针68(未在图9中示出)在支撑密封件98,176的外壳100的侧部108上被附接于向外突出的环形毂178。在所述实施例中探针68具有装配在周向突起182上的周向底切,从而保持密封垫98并防止它们与外壳分离。图10示出了图9在密封件处切开的横截面,还示出了在密封垫98下方延伸且将所述密封垫沿朝外的方向偏置的泡沫体184。在所述实施例中,中央泡沫体部件184作为弹性泡沫体密封件176的一体部件被示出,但是应当明白,它们能被构造为独立的部件。因此,根据所述实施例,泡沫体密封件176与密封垫98集成,从而使密封垫可以变形,即朝外伸展或朝内压缩,从而适应传热管内径的变化,同时泡沫体密封件176贴合密封垫98和传热管以在传热管内部和工具(此时是指探针68)之间产生基本上不透流体的可滑动密封。还应当明白第一密封组件74可以被定位在所述工具附近的任意位置。
虽然本发明的具体实施例已经被详细地描述,但本领域技术人员将明白根据本文的全面教导能对那些细节做出各种改动和替换。所以,所公开的具体实施例仅是展示性的,不限制本发明的范围,本发明的范围由后附权利要求及其任意的和所有的等同物的整个范围所限定。
Claims (9)
1.一种用于将工具远程地传递至换热器的传热管并穿过该传热管的工具输送系统,所述换热器具有通过第一管端与传热管的内部流体连通的增压室、以及用于进入所述增压室的进入口,所述工具输送系统包括:
可密封的输送管道,所述输送管道的尺寸被设计成从所述增压室外侧的第一位置穿过所述进入口延伸到第一管端;
柔性轴,所述柔性轴用于经所述输送管道将所述工具推到所述传热管内;
第一密封件,所述第一密封件被支撑在所述柔性轴的前部的附近,并且当所述柔性轴在所述传热管内被插入一个指定距离后,在所述传热管的内部和所述柔性轴之间形成基本上不透流体的可滑动的密封部;
基本固定的第二密封件,所述第二密封件位于输送管道的待定位在所述增压室外侧的一部分上,第二密封件得到支撑,从而在所述柔性轴和所述输送管道的内部之间形成基本上不透流体的密封部、同时使得柔性轴能滑动穿过所述第二密封件;以及
在输送管道上的流体入口,所述流体入口与所述输送管道的内部流体连通、位于所述柔性轴和所述输送管道的内壁之间、位于第二密封件的下游、且在第二密封件和第一管端之间。
2.根据权利要求1所述的工具输送系统,包括第三密封件,所述第三密封件被支撑在所述输送管道的被配置成与所述第一管端交界的一端处,第三密封件被构造成在所述第一管端和所述输送管道之间形成基本不透流体的密封部。
3.根据权利要求1所述的工具输送系统,其中,所述柔性轴足够刚硬以向前推动所述工具,直到所述第一密封件位于所述传热管内,从而在所述柔性轴和所述传热管的内部之间形成基本上不透的密封部。
4.根据权利要求1所述的工具输送系统,包括位于所述第二密封件上游的第四密封件,所述第四密封件被构造成在所述柔性轴和所述输送管道之间提供基本上不透流体的密封部,同时使柔性轴能滑动穿过所述第四密封件,并且在所述输送管道的内部在所述第二密封件和所述第四密封件之间的空间形成腔室,所述腔室具有穿过腔室壁的端口。
5.根据权利要求1所述的工具输送系统,其中,第一密封件和第二密封件都被配置成使得所述工具和所述柔性轴能离开所述输送管道。
6.根据权利要求1所述的工具输送系统,其中,所述输送管道通过机械臂以与所述第一管端密封地流体连通的方式得到支撑。
7.根据权利要求1所述的工具输送系统,其中,第一密封件包括与多个周向内侧段重叠的多个周向外侧段,所述周向外侧段和周向内侧段沿朝外的方向被偏置。
8.根据权利要求7所述的工具输送系统,包括具有入口的流体路径,所述流体路径的入口在第一密封件的上游侧且与所述周向内侧段的朝内表面流体连通。
9.根据权利要求1所述的工具输送系统,其中,所述第一密封件包括周向交替的密封垫和弹性泡沫体密封段,其中,所述弹性泡沫体密封段贴合所述密封垫和所述传热管的内壁,从而在所述传热管的内壁和所述工具之间形成基本不透流体的可滑动的密封部。
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